用在信道編碼器和解碼器中的高性能差錯控制編碼的製作方法

2023-10-11 12:12:49

專利名稱：用在信道編碼器和解碼器中的高性能差錯控制編碼的製作方法
技術領域：
本發明涉及數字通信系統，尤其涉及一種用在信道編碼器和解碼器中的高性能差錯控制編碼系統，它用一個選擇性的方式將冗餘碼加入傳輸之前的數據中並且然後對接收的數據進行解碼。用於數據差錯預防的這類器件通常稱之為用作信道編碼和信道解碼的″信道編碼解碼器″。本發明特別適用於數字單元式網絡，但也可有效地用在任何使用低速率話音編碼解碼器和需要為壓縮的語音數據進行差錯控制的生產線中。
單元式電信系統正從目前的模擬調頻(FM)形式向數字系統發展。電信工業協會(TIA)已正式通過了一個標準使用一個全速率8.0kbps的矢量和受激線性預測(VSELP)語音編碼器，用於糾錯的卷積編碼，差分四相移鍵控(QPSK)調製，以及每個載頻使用一個可再分為6個時隙的40ms幀的時分復用信息選取(TDMA)系統。全速率標準每40ms佔有兩個時隙並因此應使單元式系統的信息量傳遞容量增加兩倍。
為了進一步將其容量增加兩倍，TIA已開始評定並隨後選擇一個每40ms僅需要一個時隙的半速率語言和信道編碼解碼的過程。為了進行速率編碼解碼器選擇，半速率語音加信道編碼解碼器應具有6.5kbps的總位速率並被限制為一幀是40ms。半速率語音加信道編碼解碼器應具有一個在各種狀態下可與全速率標準相媲美的話音質量。這些狀態包括各種類型的發言者，送受話器的影響，背景噪聲狀態，以及信道狀態。
用在全速率標準中的差錯預防系統利用眾所周知的半速率卷積信道編碼器。半速率卷積信道編碼器將冗餘碼加入壓縮語音數據中，這是通過使用移位寄存器，對於每一個輸入位產生兩個輸出位，以及將輸出位多路復用形成輸出來實現的。按預定生成程序多項式，由輸入位的加權模二和以及移位寄存器的內容產生每一輸出位。在移位寄存器中的存儲單元加1稱為卷積編碼器約束長度。在全速率標準的情形，約束長度為六或五個存儲單元。使移位寄存器的初始狀態輸出為0，並在壓縮語音數據的每個輸入塊之後通過使用五個尾隨位或″0″清除位來清除移位寄存器並且也保證了其最後狀態為0。
VSELP語音編碼解碼器每20ms輸出159個壓縮語言位。這些位分為兩類。一類位是感知較有效的並且因而需要差錯保護的位。這由約束長度為6的半速率卷積信道編碼解碼器來實現。二類位是不如一類位那樣有效並且沒有加入差錯保護的那些位。有77個一類位和82個二類位。在一類位中，有幾個感知上最有效的位，並且重要的是這些最有效的位還有檢錯能力。這通過對十二個感知最有效的位使用7比特循環冗餘校驗(CRC)來實現。將77個一類位，7個CRC位，以及5個尾隨位送入卷積編碼器以產生178個編碼位。然後將產生的編碼位與二類位一起送入大小為26×10的交錯矩陣，用前述的20ms幀的交錯矩陣按行交錯，並且在交錯之後按行傳送。
在接收臺，首先進行去交錯以得到前述的20msVSELP幀的已編碼的一類和二類位的26×10的矩陣。在提取178個已編碼一類位之後，用維特比(viterbi)算法對77個一類位和7個CRC位進行解碼，這是動態編程的一個特殊情況。將局部產生的7個CRC位與接收到的7個CRC位進行比較以給VSELP語言解碼器提供壞幀指示。
希望半速率語言加上信道編碼解碼器在各種信道狀態(包括傳輸速度為5mph時誤碼率(BER)為3％的狀態)的工作性能和全速率標準一樣好。壓縮數據的半速率語音編碼解碼器以每秒的位數大致減半的方式傳送同樣的信息。所以，平均來說它應該對位差錯更敏感。因而半速率信道編碼解碼器必須提供更強的差錨保護，儘管它的位速率比全速率信道編碼解碼器的低也應如此。這僅能由具有較高程度的糾錯能力的信道編碼解碼器來實現，而且最好適合於糾正代表一個Rayleigh衰減信道的這類誤差型式。全速率標準中用的卷積信道編碼解碼器無論如何不適合糾正因Rayleigh衰減信道引起的傳輸差錯。增加這種編碼解碼器的編碼約束長度能提高其糾錯能力。但這將帶來維特比(Viterbi)解碼器的成本或複雜性成指數地上升。通用的Viterbi解碼技術遇到同樣的問題。
在針對這個問題而提出的信道編碼解碼器中，有短塊編碼器。這類信道編碼解碼器也象卷積信道解碼器一樣利用了使用軟判定的最大似然技術。此外，這類信道編碼解碼器有下列附加優點1.沒有因清零位而引起附加位。
2.對於一個給定的碼字誤碼率，能優化碼字產生程序矩陣以減少誤差位的平均數。
3.對於給定衰減信息能優化交錯器。
4.能用通用解碼進一步減少誤碼率而且減少誤碼率，幾乎不增加額外的費用。
這類短塊編碼器的糾錯能力是其最小漢明距離的一個函數。通常越長的塊編碼器具有越大的最小漢明距離，但對這類塊編碼器進行解碼的成本也將隨其長度的增加而增加，對這類塊編碼器解碼的複雜性也隨其長度的增而增加。長度為16而且最小漢明距離為6的由Nordstrom和Robison(A，W，Nordstrom和J，P，Robinson，《信息與控制》，1967年11-12月，第613161頁)發明的半速率非線性塊編碼(NBC)看起來是一個理想的折衷方案，而且具有能通過使用基於快速Hadamard變換的方法簡化最大似然解碼的附加優點。
對於兩個十進位的NBC碼是已知的，就對於給定漢明距離儘可能有最大數量的碼字而言，這種碼是最佳的。儘管是最佳的，但由於這種碼是非線性的，因此在工程製造領域並沒有得到足夠重視。最近的結果表明，把NBC碼作為四進位碼(字母表{0，1，2，3})編碼時這種碼實際上是線性的。從而，現在可將所有線性技術應用於NBC。
本發明的目的是改進用於低位速率語音編碼器的差錯控制編碼系統，以便改進在有數字單元式信道的典型傳輸誤差的情況下它們的工作性能。
根據本發明，為了使NBC適合衰減信道的需要，差錯控制編碼系統使用了新發現的非線性塊編碼(NBC)的線性特徵，以便給壓縮的半速率語音數據提供優良差錯保護。在本發明優選實施例的描述中，認為半速率語音編碼解碼器有一個大小為40ms的幀。語言編碼器每40ms輸出固定數量的位。這些位被分為三個性質不同的類，稱之為一類位，二類位以及三類位。為了糾錯的目的進一步用CRC保護一類位的一個子集。用碼字長度為16的半速率NorstromRobinson碼對一類位和CRC位進行編碼。用收縮型的NordstromRobinson碼對二類碼進行編碼，其碼字長度為14時有效速率為8/14。對剩下的三類位未進行保護。將編碼的一類位加上CRC位，編碼的二類位，以及三類位在16×17的交錯矩陣中進行混合，並且用最好在兩個時隙之間分開每一個碼字的方式在兩個時隙上進行交錯。在接收機中，在去交錯之後提取編碼的一類位加CRC位，編碼的二類位，以及三類位。利用採用軟判定的最大似然技術對一類位加CRC位，以及二類位進行解碼。也可使用CRC進一步減少用普通解碼技術產生的一類位子集的誤碼率(BER)。除基於CRC的壞幀指示標誌外，也將對應每一碼字的原始信道誤碼率的評估送入語音解碼器。
通過下面參考附圖詳細描述本發明的一個優選實施例會更好地理解上述的和其它目的，特點及優點。其中

圖1是一個使用信道編碼器的全速率TDMA數字單元式系統的發射部分的基帶部分的方框圖；圖2是一個使用信道解碼器的全速率TDMA數字單元式系統的接收部分的基帶部分的方框圖；圖3是根據按全速率標準使用的卷積編碼的通道編碼器方框圖；圖4是根據按全速率標準使用的卷積編碼維特比解碼的信道解碼器的方框圖；圖5是將壓縮的語音位分成多類所用的方法的流程圖；圖6是用圖表描述的在16×17交錯矩陣中編碼的一類位加CRC位，編碼的二類位，以及三類位的分布；圖7是基於本發明最佳實施例中所用的NBC碼的信道編碼器的方框圖8是一個用在本發明最佳實施例中的完整的信道解碼器的方框圖；以及圖9是表示本發明最佳實施例中PMSB代碼字的普通解碼流程圖。
作為介紹，將首先描述全速率TDMA數字單元式系統，隨後描述用於一個特定半速率編碼解碼器的本發明。現在參考附圖，尤其是圖1，其中表示了數字單元式系統的發射部分的基帶部分。以8khz速率對模擬語言(來自一個適當的送受話器)進行取樣，由模數(A/D)轉換器11將取樣所得的信號轉換為數字值並提供給一個VSELP語言編碼器12。用卷積信道編碼器13再對編碼的語音進行編碼，並將所得的編碼位流提供給一個DQPSK調製器14。由時隙管理電路15給調製器14的輸出分配多個時隙中的一個時隙，並由數模(D/A)轉換器16轉換為放大了的QPSK信號以及由射頻(RF)上轉換器17進行頻率多路復用並經天線18發射出去。
在圖2中，由天線21接收傳送的信號並由RF下轉換器22外差為中頻(IF)。由A/D轉換器23將中頻信號轉換為數字位流，並將所得的位流提供給時間分配恢復與同步電路24。然後在DQPSK解調器25中對位流進行解調。接著進行與發射機中編碼過程相反的變換。具體地講，由信道卷積解碼器26和VSELP語音解碼器27進行解碼，最後，將語音解碼器的輸出提供給具有8khz取樣率的D/A轉換器28以合成模擬語言。
用在全速率標準中的圖1所示的卷積信道編碼器13，如圖13所示，接收159個VSELP壓縮語音位並將這些語音位分成兩類，77個一類位和82個二類位。在標號31處提取一類位。在一類位中有幾個感知最有效的位(PMSB)，在標號32處提取這些PMSB，並且在33處通過對十二個感知最有效的位使用一個7位循環冗餘校驗使其具有檢錯能力。將剩餘的一類位和在標號34處產生的附加的清零位在標號35處重新排序並提供給卷積編碼器36。在標號37處提取二類位並將其未加保護地送入一個有兩個時隙的交錯器38，在交錯器38用卷積編碼器36的輸出對二類位進行交錯。
在全速率標準中用的如圖2所示的信道解碼器26如圖4所示，它包括一個進行與交錯器38相反的處理的兩個時隙的去交錯器40。在標號41處提取編碼位並將提取的結果提供給一個維特比卷積解碼器42。由解碼位，在標號43處提取CRC位並在標號44處提取一類位。根據提取出的一類位，在標號4 5處提取PMS位並在標號46處計算CRC位。在比較器47中將計算所得的CRC位與提取出的CRC位進行比較。如果兩者不能相比，則設置一個壞幀標誌。將在標號44處提取的一類位和在標號48處提取的二類位在多路復用器49中組合起來以產生159個VSELP壓縮語言位。
現在我們把注意力轉向TIA標準主要部分正考慮的半速率信道編碼器。這樣的一個半速率信道需要使用低速語言和總共僅利用6.5kbps的信道編碼解碼器。任何低速率的編碼解碼器的壓縮語音位都需分成要有不同程度保護的許多類。這是脫機完成的並且為上述的低速編碼解碼器特有。這些壓縮語音位分成為許多類的分類方法是基於A因子分析和非正規的監聽測試的組合。可通過在重複地迫使語音編碼器輸出的每一位有差錯時觀察已定義好的″性能衡量″的下降來研究傳輸誤差對該位的影響。″性能″的下降用相對於無幹擾的信道″性能″的分貝(db)數來表示，並且將″性能″的下降稱之為該特定位的相關的A因子。比較靈敏的位″性能″下降很多並因此有大的A因子。遺憾地是，對於低位速率話音編碼器，已定義好的″性能衡量″是主觀的量度，進行這種測量很昂貴。折衷的辦法是用客觀性能衡量並將其與非正式的監聽測試結合起來。這樣的一種度量是用分段的信噪比(SNR)。通過這種度量，可準確地給相同參數的位以優先權。但是採用這種客觀性能衡量在參數間進行比較可能會有困難。這樣，對於整個幀可使用這些基於分段信噪比的A因子，以便給屬於某一參數型(例如短期預測)的所有位以優先權，但在不同參數型的位之間(比如在短期預測位和增益位之間)的比較卻會造成錯誤。因而我們使用非正式的監聽一個大語音發聲以對每一參數型判斷A因子閾值。高於該閾值的組成一類，而低於該閾值的組成一個第二類。用類似的方式能進一步進行分類以使產生許多類。
在圖5中示意表示了描述將壓縮語音位分成多類的過程的流程圖。在第一步50將壓縮語音位分成不同參數的類。使用A因子在步驟511，512…51m中給每一參數類以優先權。在52步為每一類建立A因子閾值，其中每一類用非正式的監聽測試產生了等效失真。在53步用等效閾值將這些A因子規格化，然後在54步用規格化的A因子給壓縮語音位以優先權。在55步將有優先權的壓縮語音位分成多類以形成分成多類的有優先權的壓縮語音位的輸出。
在本發明優選實施例中使用的半速率語音編碼解碼器，其一幀的大小為40ms而且位速率為4.2khps。對於每一幀，壓縮語音數據由168位構成。從感知的觀點來看，這些位並不是同等重要的，因而需要不同級別的保護。本發明輸出168位，用上面限定的方法將輸出的168位分成三類
*40個一類位*48個二類位*80個三類位40個一類位在它們非常容易受傳輸損耗的意義上，是最重要的壓縮語音位。在這40位中有24位為在感知上最有效的位(PSMB)，也需差錯檢測。用給上面概述的每一類中的位以優先權的程序將這些PSMP單獨隔離開。通過用生成程序多項式1＋X2＋X7＋X8將8位CRC加到24個PMSB上而獲得這種檢錯能力。給8個CRC位和40個一類位提供最大的差錯保護。
48個二類位不如一類位重要但仍然需要差錯保護。最後留下80個三類位未加保護。表一列出了編碼前和編碼後的位分配。
表1在各類中的位分配
用Nordtrom Robinson(16，8，6)碼使40個一類位和8個CRC得到最大保護。在這裡，16指的是碼字長度，8指的是信息字長度，以及6表示最小漢明(Hamming)碼距。將40個一類位和8個CRC位組合為6個信息字，每個信息字長度為8，然後對每個信息字獨立地進行編碼以形成6個代碼字，每個代碼字長度為16。在4個信息字中分配24個PMSB位和8個CRC位，每個信息字有2個CRC位和6個PMSB位。用每個碼字的平均重要性(使用給每一類中所有位優先權的規格化的措施)以大致相同的方式在這4個信息字中分配PMSB位。將剩下的16個一類位以同樣的方式分成兩個信息字。首先通過將表2的變換用於在輸入信息矢量中的每一對相鄰位，使該編碼過程把每8位長的信息矢量轉換為四個四進位碼字符。
表2.將位對變成四進位碼字符
四進位碼是字母表{0，1，2，3}的元素而且實質上是基於整數模4的環。用模4的運算進行具有這些字碼的乘法和加法。因而能根據下面定義的生成程序矩陣來確定編碼過程，生成程序矩陣的定義是1000312101001231G＝0010333200012311如果我們利用其四進位碼字符元素將信息矢量表示為m＝[m0m1m2m3]，那麼編碼過程能簡單地描述為信息矢量m乘以生成矩陣G，即C＝[C0C1…C6C7]＝M·G0如前所述，所有的操作都用模4運算來進行。用表2將碼字四進位碼字符變回到位對。應注意到，生成程序矩陣是一個系統化矩陣，而且因此是C0＝M0，C1＝M1，C＝M2，C3M3，所以僅需要計算C4，C5，C6，C7。選擇生成矩陣以便使對於一個有誤差的碼字的有差錯的平均位數對於所討論的最壞信道狀態(即傳輸速率為5mph時3％BER)保持為最小值。這裡對生成程序矩陣進行了描述並且生成程序矩陣在所討論的最壞的信道狀態下對於每一有誤差的碼字平均產生三個出現差錯的位。
用收縮型基本Nordstrom Robinson碼對二類位編碼並且其有效速率為8/14。收縮碼將長度為8的一個信息字變換為長度為14的一個碼字。用與一類位相同的方式將48個二類位分成6個信息字。用表2中的變換將8位長的信息字轉換成4個四進位碼字符矢量。編碼處理使用與前所述相同的生成程序矩陣(但去掉最後一列)；也就是，
10003120100123G′＝00103330001231上面的生成程序矩陣也在所討論的最壞信道狀態下對於一個有誤差的碼字生成最少出現差錯的平均位數，這個最小做平均位數是1.8位。由信息矢量乘以修改的生成程序矩陣G′得到七個字符長的信息矢量。然後用表2中的變換將七個字符長碼字轉換為一個14位的碼字。
圖6描述了在16×17交錯矩陣中編碼的一類位加上CRC位，編碼的二類位，以及三類位的分布。將編碼的一類位加上CRC位，編碼的二類位，以及三類位輸入到一個16×17交錯矩陣中。一類位碼字分別佔用列1，3，5，7，9和11。二類碼字分別佔據列2，4，6，8，10和12。三類位佔據剩下的每一二類碼字列的兩個空的位置，和列13，14，15，16，以及列17的前四行。通過發送本交錯矩陣的偶數行2，4，6，8，10，12，14，16和前面交錯矩陣的奇數行1，3，5，7，9，11，13，15來實現交錯兩個時隙。為了使對應最壞信道狀態(在傳輸速度為5mph時有3％的BER)的一類碼字的碼字誤碼率最小，需要在兩個時隙中的傳輸之間最佳分配已編碼的四進位碼字符。根據我們的研究，通過在一個時隙傳送每個一類位碼字C0，C1，C2，C3的四進位碼字符和在另一個時隙傳送剩下的C4，C5，C6，C7的四進位碼字符來實現這個目的。因而C0位佔據行1和3，C1位佔用行5和行7，C2佔用行9和11，C3位佔用行13和15，C4位佔用行2和4，C5位佔用行6和8，C6位佔用行10和12，以及C7位佔用行14和16。類似地，對於二類碼字，通過在一個時隙傳送每個二類碼字C0，C1，C2的四進位字符和在另一個時隙傳送剩下的C3，C4C5，C6來使對應於所討論的最壞信道狀態下的碼字誤碼率最小。因此，C0位佔據行1和3，C1位佔據行5和7，C2位佔行9和11，C3位佔行2和4，C4佔行6和8，C5位佔行10和12，以及C6位佔行14和16。三類位通常由碼本索引和其它參數型的最低有效位構成。以下述這樣的方式分配與這些碼本索引相對應的位，即，在一個時隙傳送一個給定的碼本索引，而在另一時隙傳送與語言的相鄰子幀或子字塊相對應的碼本索引。
圖7是信道編碼器的功能方塊圖。將168個壓縮語音位提取成一類位，二類位以及三類位。根據在標號71處提取的一類位，在標號72處提取PMSB位並送入CRC計算塊73。由一個8/16 NBC編碼器74對CRC計算塊73的輸出和剩下的一類位進行編碼。由一個8/14NBC編碼器76對在標號75處提取出的二類碼進行編碼。將編碼器74和76的輸出以及在標號77處提取的三類位以圖6所示的16×17矩陣形式提供給一個兩時隙交錯器78，從而產生260位輸出給調製器。
圖8所示的信道解碼器接收與來自解調器的260位中的每一位相對應的軟判定值。一般而言這些軟判定值與差分解調衰落幅度的平方的量化值相關。在TIA半速率編碼解碼器測試中，用精度的十四位表示軟判定值的大小，但必須注意，可使用下面描述的具有任何軟判定或硬判定表達式的信道解碼器。
在信道解碼過程中的第一步是去交錯，即交錯的逆過程。接收的260個軟判定值被送入一個16×17矩陣80，將舊矩陣的偶數行與現行矩陣的奇數行組合起來以重新產生與先前的語言幀相對應的圖6的交錯矩陣。由該矩陣，可提取與先前的語音幀的編碼的一類位加CRC位，編碼的二類位，以及三類位相對應的軟判定值。由於三類位是沒有編碼的，只有它們的硬判定值需保持不變。
為了對任何PMSB碼字進行解碼，計算在與該碼字相應的接收到的軟判定值和256可能的碼字中的每一個碼字之間的相關性。在標號81處提取非PMSB編碼的一類位並將它們送到輸出16個一類語音位的一個最大似然8/16NBC譯。碼器82。最大似然的或最佳選擇對象產生最大相關性的碼字。第二最佳的選擇對象是產生第二最大相關性的碼字，等等。因而，通過用N個最大相關性標記碼字可列出N個最佳選擇對象。
在標號83處提取PMSB編碼位並送入輸出24個PMSB語音位的一個通用8/16NBC解碼器84。對於4個PMSB碼字，可列出4N種碼字的可能的組合。那麼通過尋找就地產生的CRC位與接收的CRC位一致的組合就能實現使用CRC的通用解碼。如果沒有發現這樣的組合，則設置一個壞幀指示標誌，並且剛好這4個PSMB碼字被確定為最大似然選擇對象。
通用解碼有助於減少壞幀誤率但以在沒有正確提供或沒有提供壞幀指示時再現的誤報警率為代價。為了妥善處理減少壞幀誤碼率和誤報警率之間的關係，在PMSB碼字的通用解碼中僅使用4N組合的一個子集。在本發明的最佳實施例中，將N設置為3，但僅利用一個20種組合的子集，而不是在通用解碼中的全部43或64種組合。因此在通用解碼中僅對下述組合利用第一PMSB碼字的第J1最佳選擇對象，第二PMSB碼字的第J2最佳選擇對象，第三PMSB碼字的第J3最佳選擇對象，以及第四PMSB碼字的第J4最佳選擇對象
表3.通用解碼中使用的組合
如果就地產生的CRC等於接收到的CRC位的組合多於一個，那麼選擇J1＋J2＋J3＋J4為最小值的一個組合。
本發明優選實施例中描述PMSB碼字通用解碼的流程圖如圖9所示。給這個程序的輸入是用作PMSB碼字的最佳的三個選擇對象。在93步首先進行初始化，然後進入迭代環。迭代環的第一步94是從表3中讀J1＋J2＋J3＋J4，然後在95步得到與每一個PMSB5碼字的最佳選擇對象相對應的信息位。在96步提取8個CRC位，在97步，計算接收到的PMSB位的CRC位。在98步的檢查進行判斷以確定是否″START＝TRUE″。如果是，存儲解碼的PMSB語音位，設置START為FALSE，並在99步使SUM等於J1＋J2＋J3＋J4，否則跳躍過99步。在100步將提取出的CRC位和計算所得的CRC位進行比較，如果它們相等，則在101步使BADFRAME為FALSE。在102步進行檢查以確定是否J1＋J2＋J3＋J4小於SUM。如果是，存儲已解碼的PMSB語音位，並在103步SUM等於J1＋J2＋J3＋J4；否則，跳過103步。程序執行這一步時，在判定塊104中進行判斷以確定是否到了表3的結尾。如果沒有，程序迭代環回到94步執行下一次迭代。
對於其它兩個一類位碼字，在確定最大似然數值之後解碼停止。類似地對6個二類碼字進行解碼。具體而論，將在標號87處提取的二類編碼位提供給輸出48個二類語音位的最大似然8/14NBC解碼器88。此外，可以通過對相應的解碼信息位進行再次編碼並將其與接收到的碼字的硬判定表達式相比較來評價任何碼字經過的原始信道BER。用8/16NBC編碼器85對解碼器82和84的輸出進行再次編碼以產生一個輸出，將該輸出在標號86處與去交錯的編碼的一類位進行比較以產生一個估計的一類BER。用8/14 NBC編碼器89對48個二類語音位再次編碼以產生一個輸出，該輸出在標號90處與去交錯二類編碼位相比較從而產生一個估計的二類BER。可以對所有的碼字，或僅僅PMSB碼字，或僅僅一類碼字，或僅僅二類碼字的這樣一些原始信道BER估計值求平均值，並且然後送到語音解碼器，在語音解碼器中，即使在未能糾正傳輸誤差的情況下利用這種信息也能改進語音質量。
在多路復用器92中將與解碼的一類和二類碼字，三類位，以及與壞幀指示標誌相應的信息位進行多路復用以產生將被送向語音解碼器的168個壓縮語音位，它們被送到語音解碼器。
用快速Hadamard變換可進行相關性計算。下面是對本發明優選實施例中所用的快速算法方案的描述。
首先，將接收到的解調矢量表示為複數矢量R＝[R0R1…R1]，在這裡通過複數元Ri(Ri＝ri＋JFi)和與第i個四進位碼字符相對應的軟判定值相關聯。第一步是建立複數對角矩陣Q，通過旋轉和共軛接收到的矢量得到複數對角矩陣Q的對角元素如下[Q0Q1…Q7]＝R*(HJ)。所以，每個複數元素Qi通過i=qi+jqi^=(ri+fi^)+j(ri-fi^)]]>與接收到的軟判定值相關。
在第二步，通過常矢量hi建立八個複數矢量Vi(i＝0到7)，Vi＝hiQo這裡，複數矢量hi定義如下
h0＝[1 1 1 1 1 1 1 1]h1＝[1 1 1 j -1 -j j j]h2＝[1 1 j 1 -j -j -j -1]h3＝[1 1 j j j -1 1 -j]h4＝[1 j 1 1 j -1 -j j]h5＝[1 j 1 j -j j 1 -1]h6＝[1 j j 1 1 j -1 -j]h7＝[1 j j j -1 1 -j 表4.將一個四進位碼變換為一個複數
在第三步，計算矢量Vi與8個常複數矢量的內積，這些常複數矢量對應於由信息矢量產生的碼字的一個變換，其中信息矢量的頭一個四進位碼字符元素m0被限定為0，並將其它元素m1，m2，m3限定為0或2。這可表示為W^Ti=H8V^Ti]]>，其中H8是8×8 Sylvester型Hadamard矩陣，矢量 和 分別是Vi和Wi的置換型式，即Vi＝[Vi0Vi1ViBVi7Vi2Vi4Vi5Vi6]Wi＝[Wi0Wi4Wi1Wi5Wi2Wi6Wi3Wi7]用快速Hadamard變換實現乘以H8。
在第四步，複數Zikr的實部確定了256個相關性，Zikr的定義如下Zikl＝Wik(j)1Qsis7，Osks7，Osls3，在第五步和最後一步，用m0＝1m1＝(i1＋2k1＋1)mod4m2＝(i2＋2k2＋1)mod4m3＝(i3＋2k3＋1)mod4]確定與一個給定的i，k，l相對應的信息四進位碼字符m0，m1，m2，m3，其中i1，i2，i3是i的二進位表示，K1，K2，K3是K的二進位表達式，即i＝4i1＋2i2＋i3，0≤i1，i2，i3≤1，k＝4k1＋2k2＋k3，0≤k1，k2，k3≤1。以及這一步可離機進行，並且以一個表格的形式存儲i，k，l到信息四進位字符m0，m1，m2，m3的變換。這就完結了以快速相關計算方法為基礎的Hadamard變換。
為了評價基於信道編碼解碼器的NBC的有效性，使用一個參考基線卷積信道編碼解碼器和一個相似的交錯器，該編碼解碼器使用了大致相同數量的一類位，二類位，PMSB位，CRC位。使用了k＝7的約束長度。因而，用作參考的卷積信道編碼解碼器的複雜性大於與之進行比較的NBC。使用具有十四位軟判定大小的T/A提供的誤差表徵碼進行比較。用作比較的性能由壞幀誤碼率來度量，表示為CRCWER，一類BER，以及二類BER。通過使用25,000個時隙進行模擬來確定這些數值，在表5中列出了對應在最壞的信道BER為3％的情況下所有傳送速率的這些數值。
表5.對應3％原始信道BER的卷積碼與NBC的性能比較<t
>由表5可很明顯地看出，基本NBC的設計在各個傳送速率所有的性能指標，儘管實現NBC的成本較低，但都勝過卷積信道編碼解碼器。
總之，應理解到，用於話音傳送目的NBC碼的使用不僅僅局限於在優選實施例中所使用的8/16和8/14碼。通過為每7個信息位選擇第八個奇偶佼驗位，以便使信息四進位位字符的和有一個偶數的奇偶校驗位，並接著可用(16，8，6)Nordstron Robinson碼對這八個位進行編碼，就能得到一個較穩定的7/16碼。通過縮短基本(16，8，6)NBC碼能得到更加穩定的6/14碼。可直接地而不是通過收縮NBC碼就可獲得較弱的9/16和10/16碼。本優選實施例描述的編碼和解碼方法也能用於NBC碼的那些其它的變型，這對本領域技術人員來說應該是顯而易見的。我們也強調儘管在本優選實施例中已將信道編碼解碼器有效地用於語音傳輸，但其應用並不局限於保護語音數據。信道編碼解碼器也能用於保護通信數據，視頻數據以及任何其它數據，從而即可保護在衰減信道環境中的數據。
儘管用一個優選實施例描述了本發明，本領域的技術人員會認識到在所附的權利要求書的精神和範圍內還能改進實施本發明。
權利要求
1.一種信道解碼器，它包括一個接收器，它接收交錯的編碼和未編碼位，並將接收到的位放置在一個去交錯矩陣中，編碼和未編碼的位與多個不同的類相對應，所述類的最重要的一個類的位稱為一類位；一個從去交錯矩陣中提取編碼位和未編碼位的去交錯器；一個第一塊解碼器，對已經用非線性塊碼(NBC)進行編碼的所有一類位和加到一類位子集中的任何循環冗餘校驗(CRC)位進行解碼；一個第二塊解碼器，對也使用NBC進行了編碼的其它編碼位進行解碼；一個多路復用器，在一個包含固定數量的數據位的幀中將解碼的一類位，其它已解碼的位和未解碼的位組合起來。
2.如權利要求1所述的信道解碼器，其特徵在於所述數據位包括壓縮語音位，並且所述一類位是很容易受傳輸損耗的位，所述一類位包括感知最有效的位(PMSB)的一個子集。
3.如權利要求2所述的信道解碼器，其特徵在於，所述第一塊解碼器包括兩個塊解碼器，一個塊解碼器用於對編碼一類位PMSB進行解碼，另一個塊解碼器用於對非PMSB編碼的一類位進行解碼，CRC位是僅為PMSB而產生的，用於編碼一類位PMSB的塊解碼器對PMSB位和CRC位解碼，為已解碼的PMSB位計算CRC位，將解碼的CRC位與計算的CRC位進行比較，當解碼的CRC位不等於計算的CRC位時，設置一個壞幀標誌。
4.如權利要求3所述的信道解碼器，其特徵在於，用於編碼一類PMSB位的塊解碼器是一個通用的解碼器，該塊解碼器對於每一解碼的PMSB碼字產生多個選擇對象，並將就地產生的所有選擇對象的組合的CRC位與接收到的CRC位進行比較，僅當發現接收到的CRC位和就地產生的所有選擇對象的組合的CRC位不一致時設置所述的壞幀標誌。
5.如權利要求4所述的信道解碼器，其特徵在於所述的用於編碼一類PMSB位的塊解碼器包含一個PMSB最佳選擇對象的可能組合的子集的表格，從所述表中與PMSB的選擇對象相對應的信息位中提取CRC位。
6.如上述任一權利要求所述的信道解碼器，進一步包括一個對已解碼的一類位再次編碼的第一編碼NBC；一個第一比較器，將從所述的去交錯矩陣中提取出的編碼的一類位與再編碼的一類位進行比較並計算對應於一類位的一個估計的誤碼率；一個用NBC對已解碼的其它位再次編碼的第二編碼NBC；一個第二比較器，將從所述的去交錯矩陣中提取出的編碼的其它位與再次編碼的其它位進行比較並計算所述其它位的估計的BER。
7.一個信道編碼器，它包括一個信號處理器，將固定量的輸入數據位分成多種不同的類，所述類中的最重要的一個類的位稱為一類位；一個為一類位的子集產生循環冗餘校驗(CRC)位的CRC產生器；一個第一塊編碼器，用非線性塊碼(NBC)對一類位和CRC位進行編碼；一個第二塊編碼器，用NBC對輸入數據位的某些其它位進行編碼；一個對編碼的和未編碼的位進行交錯的交錯器；以及一個傳輸交錯位的發送器。
8.如權利要求7所述的信道編碼器，其特徵在於所述的輸入數據位是壓縮的語音位，並且所述一類位是很容易受傳輸損耗的位，所述一類位包括感知最有效的位(PMSB)的子集，CRC位是僅僅為了PMSB而產生的。
9.如權利要求8所述的信道編碼器，其特徵在於壓縮語音位的固定數量是168，168位被分成三個不同類，稱為一類位，二類位以及三類位，有40個一類位，48個二類位以及80個三類位。
10.如權利要求8所述的信道編碼器，其特徵在於所述第一塊編碼器是一個速率為8/16的NBC編碼器，並且所述第二塊編碼器是通過收縮8/16NBC編碼器獲得的一個速率為8/16的NBC編碼器。
全文摘要
提供一種用在低位速率的編碼器中的改進的差錯控制編碼系統，以便在有數字單元式信道的典型傳輸誤差的情況下改進其工作性能。差錯控制編碼系統利用了使這些代碼適應衰減信道的非線性塊編碼(NBC)以便給壓縮的半速率語音數據提供優良差錯保護。
文檔編號H03M13/29GK1128917SQ9411800
公開日1996年8月14日 申請日期1994年9月10日 優先權日1993年9月10日
發明者卡萊恩·甘尼珊, 庫馬·斯瓦米納塞恩, 普拉海特·格普塔, 普·維傑伊·庫馬 申請人:休斯航空公司