Патент на изобретение №2239292

(54) УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ГЕНЕРАЦИИ КОДОВ В СИСТЕМЕ СВЯЗИ

(57) Реферат:

Изобретение относится к передаче данных для генерации дополнительных кодов с использованием турбокодов в системе связи, работающей по схеме повторной передачи. Технический результат – повышение пропускной способности. Для этого генерируют исходную матрицу перфорации, из которой получают первый субкод в системе связи, содержащей турбокодер для генерации информационных символов, первых символов четности и вторых символов четности для входного потока информационных битов и генератор субкодов из информационных символов, первых символов четности и вторых символов четности с помощью матрицы перфорации, причем количество субкодов равно количеству матриц перфорации, при этом выбирают информационные символы в количестве, равном количеству столбцов исходной матрицы перфорации, их информационных символов, выдаваемых турбокодером. 4 с. и 17 з.п. ф-лы, 6 ил., 4 табл.

Настоящее изобретение относится, в целом, к устройству и способу генерации кодов в системе передачи данных и, в частности, к устройству и способу генерации дополнительных кодов с использованием турбокодов в системе связи, работающей по схеме повторной передачи.

В общем случае, система, работающая по схеме повторной передачи (например, смешанного АЗП (автоматического запроса повторения)), осуществляет мягкое объединение для повышения пропускной способности. Методы мягкого объединения подразделяются на объединение пакетов по разнесению и объединение пакетов по коду. Эти две схемы объединения обычно называют мягким объединением пакетов. Хотя схема объединения пакетов по разнесению обеспечивает не столь высокую эффективность, как схема объединения пакетов по кодам, в случае небольшого снижения эффективности, она выигрывает благодаря простоте реализации.

В системе передачи пакетов используют схему объединения пакетов по коду для повышения пропускной способности. Это значит, что при каждой пакетной передаче передатчик передает код с разной скоростью кодирования. В случае обнаружения ошибки в принятом пакете, приемник запрашивает повторную передачу и осуществляет мягкое объединение первичного пакета и повторно переданного пакета. Код повторно переданного пакета может отличаться от кода предыдущего пакета. Схема объединения пакетов по кодам представляет собой процесс объединения принятых N пакетов, имеющих скорость кодирования R, в код с эффективной скоростью кодирования R/N до декодирования, чтобы, таким образом, получить выигрыш за счет кодирования.

Что касается схемы объединения пакетов по разнесению, то она, напротив предусматривает, что передатчик передает код с одной и той же скоростью кодирования R при каждой пакетной передаче. В случае обнаружения ошибки в принятом пакете приемник запрашивает повторную передачу и осуществляет мягкое объединение первичного пакета с повторно переданным пакетом. Код повторно переданного пакета идентичен коду предыдущего пакета. В этом смысле можно говорить, что схема объединения пакетов по разнесению усредняет символы на канале со случайным шумом. Схема объединения пакетов по разнесению снижает мощность шума путем усреднения выходных сигналов мягкого решения принятых символов и обеспечивает выигрыш за счет разнесения, подобный тому, который получают на канале многолучевого распространения за счет повторной передачи одного и того же кода по каналу с замиранием. Однако схема объединения пакетов по разнесению не обеспечивает такого дополнительного выигрыша за счет кодирования, который получают в соответствии со структурой кода в схеме объединения пакетов по коду.

В силу простоты реализации в большинстве систем пакетной связи используется схема объединения пакетов по разнесению, которая рассматривается применительно к синхронной системе IS-2000 и асинхронной системе UMTS. Дело в том, что в существующих системах пакетной связи используются сверточные коды и даже объединение пакетов по кодам не дает большого выигрыша в случае использования сверточных кодов с низкой скоростью кодирования. Если система с R=1/3 поддерживает повторную передачу, то между схемой объединения пакетов по кодам и схемой объединения пакетов по разнесению нет большой разницы в эффективности. Поэтому схему объединения пакетов по разнесению выбирают из соображений простоты реализации. Если же в качестве кодов прямого исправления ошибок (ПИО) использовать турбокоды, то необходим другой механизм объединения пакетов, поскольку турбокоды, используемые в качестве кодов исправления ошибок, должны иметь характеристики эффективности, очень близкие к “Предельной емкости канала Шеннона”, ввиду использования итерационного декодирования, и их эффективность в отличие от сверточных кодов сильно зависит от скорости кодирования. Отсюда следует вывод, что для достижения оптимальной эффективности в системе пакетной связи, работающей по схеме повторной передачи с использованием турбокодов, полезно использовать объединение пакетов по кодам.

Итак, задачей настоящего изобретения является устройство и способ генерации субкодов для оптимального кодового объединения в системе повторной передачи с использованием турбокодов.

Другой задачей настоящего изобретения является устройство и способ генерации дополнительных кодов с использованием турбокодов в системе связи.

Для решения вышеуказанных и других задач предлагаются устройство и способ генерации субкодов из турбокодов в системе связи. В устройстве генерации субкодов турбокодер генерирует информационные символы, первые символы четности и вторые символы четности для входного потока информационных битов, и генератор субкодов генерирует субкоды из информационных символов, первых символов четности и вторых символов четности с использованием матриц перфорации. При этом количество субкодов равно количеству матриц перфорации. Чтобы генерировать исходную матрицу перфорации для первого субкода, генератор субкодов выбирает информационные символы в количестве, равном количеству столбцов исходной матрицы перфорации, из информационных символов, поступающих от турбокодера, если разность между количеством Ns выбранных символов в исходной матрице перфорации и количеством столбцов исходной матрицы перфорации больше или равна количеству компонентных кодеров турбокодера. Затем генератор субкодов выбирает первые и вторые символы четности в количестве, равном разности, таким образом, чтобы количество выбранных первых символов четности было больше или равно количеству выбранных вторых символов четности.

Вышеупомянутые и другие задачи, признаки и преимущества настоящего изобретения явствуют из описания, приведенного в сочетании с чертежами, где

фиг.1 – график, демонстрирующий различие в эффективности системы передачи пакетных данных с использованием турбокодов, в случае применения объединения пакетов по кодам и объединения пакетов по разнесению;

фиг.2 – блок-схема устройства генерации субкодов согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг.3 – график, демонстрирующий эффективность схемы повторной передачи без использования субкодов, схемы повторной передачи, в которой применяется объединение по разнесению с использованием субкодов, и схемы повторной передачи, в которой применяется кодовое объединение с использованием субкодов;

фиг.4 – логическая блок-схема, иллюстрирующая способ генерации первого субкода в наборе субкодов, представляющих собой квазидополнительные турбокоды, согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг.5 – логическая блок-схема, иллюстрирующая способ генерации промежуточного субкода в наборе субкодов, представляющих собой квазидополнительные турбокоды, согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг.6 – логическая блок-схема, иллюстрирующая способ генерации последнего субкода в наборе субкодов, представляющих собой квазидополнительные турбокоды, согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

Ниже приведено описание варианта осуществления настоящего изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи. В этом описании не будут подробно рассматриваться общеизвестные функции или конструкции, чтобы не затемнять сущность изобретения несущественными деталями.

Настоящее изобретение предусматривает способ генерации субкодов для оптимального объединения пакетов в системе повторной передачи с использованием турбокодов и систему, позволяющую избирательно применять схему объединения пакетов по коду или схему объединения пакетов по разнесению, в зависимости от скорости кодирования данных. Будет показано, какие преимущества и выигрыш в эффективности обеспечивает предложенная система.

Опишем сначала принцип действия системы, которая избирательно использует схему объединения пакетов по коду или схему объединения пакетов по разнесению, в зависимости от скорости кодирования данных.

В системе, где используются турбокоды, например, с R=1/5, объединение пакетов по коду применяется, пока общая скорость кодирования кодов, полученных мягким объединением повторно переданных пакетов остается меньше 1/5. Для последующих повторно переданных пакетов, осуществляется объединение пакетов по разнесению, а затем объединение пакетов по коду. Если при передаче первого пакета используется скорость кодирования данных 1/3, то в запрос повторной передачи входит требование к необходимому количеству избыточных символов, позволяющему довести общую скорость кодирования до 1/5. Таким образом, когда приемник принимает оба пакета, общая скорость кодирования оказывается равной 1/5. Каждый следующий пакет дублируют до передачи, приемник осуществляет объединение пакетов по разнесению и объединение пакетов по коду над повторно переданными пакетами со скоростью кодирования 1/5.

На фиг.1 изображен график, демонстрирующий различие в эффективности, обеспечиваемой объединением пакетов по коду и объединением пакетов по разнесению, в случае использования турбокодов. Согласно фиг.1, турбокод с низкой скоростью кодирования данных 1/6 обеспечивает больший выигрыш в эффективности, чем турбокод с высокой скоростью кодирования 1/3, при одной и той же энергии символа Es и обеспечивает выигрыш в эффективности, равный 3 дБ, за счет объединения пакетов по коду. Следовательно, генерация турбокодов с R=1/3 путем объединения пакетов по коду с помощью субкодов с R=1/6 дает выигрыш, который обеспечивают турбокоды со скоростью кодирования ниже 1/3, а так же, выигрыш, обеспечиваемый кодовым объединением разных кодов.

В частности, для одной и той же энергии Es кодового символа и одной и той же данной скорости кодирования турбокоды в отличие от сверточных кодов обеспечивают эффективность, близкую к “Предельной емкости канала Шеннона” в соответствии со скоростью кодирования, если только полностью реализовано итерационное декодирование. Известно, что турбокод с низкой скоростью кодирования дает больший выигрыш в эффективности, чем турбокод с высокой скоростью кодирования при одной и той же энергии Es кодового символа. Например, при снижении с R=1/3 до R=1/6 различие в эффективности можно оценить, проанализировав изменение “Предельной емкости канала Шеннона”. Причина, по которой для изображенных на фиг.1 кривых, отвечающих R=1/3 и 1/6, предусматривают одну и ту же энергию символа, состоит в том, что в смешанной системе АЗП, в каждой повторной передаче используется одна и та же энергия символа Es.

При однократном повторе кода с R=1/3 и объединении двух кодов по разнесению пакетов на канале с АБГШ (аддитивным белым гауссовым шумом) получают максимальный выигрыш в 3 дБ применительно к отношению энергии символа к шуму (Es/No). То же самое происходит в случае кода с R=1/6. Таким образом, кривая эффективности для турбокода с R=1/3 смещается влево параллельно оси на +3 дБ за счет выигрыша, обусловленного объединением пакетов по разнесению, и кривая эффективности для турбокода с R=1/6 также смещается влево параллельно оси на +3 дБ при одной и той же заданной энергии символа. В данном случае, кривые эффективности характеризуют отношение энергия/шум (Eb/No), которое измеряют для сравнения эффективностей кодов в зависимости от скорости кодирования. Следовательно, различие между кривыми эффективности для турбокодов эквивалентно различию в эффективности, обеспечиваемой объединением пакетов по разнесению и объединением пакетов по коду. Изменение эффективности в зависимости от скорости кодирования можно оценить из “Предельной емкости канала Шеннона”, и минимальное различие в эффективности можно получить на основании минимально необходимого отношения сигнал-шум (ОСШ).

В системе, где используются турбокоды со скоростью кодирования R и очень большой размер L блока кодера, минимальное Eb/No, необходимое для обеспечения отсутствия ошибок на канале, выражается как

Eb/No>(4^R-1)/2R (1)

В Таблице 1 приведены значения минимально необходимого Eb/No на канале с АБГШ на каждой скорости кодирования для турбокодов согласно вышеприведенному соотношению. Приведенные в Таблице 1 типичные значения Eb/No соответствуют значениям Eb/No, необходимым для того, чтобы частота появления ошибочных битов (ЧПОБ) составляла менее 0.00001, когда размер L блока кодирования для турбокодов равен 1024.

Из Таблицы 1 следует, что для скорости кодирования 3/4, 2/3, 1/2, 3/8, 1/3, 1/4, 1/5 и 1/6 необходимое Eb/No равно 0.86, 0.57, 0.0, -0.414, -0.55, -0.82, -0.975 и -1.084 дБ, соответственно. Для системы, использующей код с R=1/3, и системы, использующей код с R=1/6, различие в эффективности составляет не менее 0.53 дБ. Это минимальное различие в эффективности, полученное на основании “Предельной емкости канала Шеннона”. С учетом реальных декодера и системной среды разность оказывается еще больше. Моделирование показывает, что для системы, использующей объединение пакетов по коду для кодов с R=2/3, и системы, использующей объединение пакетов по разнесению для кодов с R=2/3, различие в эффективности составляет около 1.12 дБ.

В Таблице 2 показаны различия в эффективности, обеспечиваемой объединением пакетов по коду и объединением пакетов по разнесению после одной повторной передачи в системе со скоростью кодирования субкода 2/3. Согласно Таблице 2 минимальное различие в эффективности составляет 1.12 дБ, и в системе, где используются турбокод, схема объединения пакетов по коду обеспечивает больший выигрыш в эффективности.

Согласно вышеописанному схема объединения пакетов по коду демонстрирует высокую эффективность в системе повторной передачи с использованием турбокода. Поэтому, для оптимального объединения пакетов по коду в системе повторной передачи с использованием турбокода настоящее изобретение предусматривает способ генерации субкодов. Генерация субкодов для объединения пакетов по коду согласно заранее определенному правилу обеспечивает вышеупомянутый выигрыш за счет кодового объединения и максимальную эффективность системы, запрашивающей субкоды одного и того же размера для каждой повторной передачи.

На фиг.2 изображена блок-схема устройства генерации субкодов с использованием турбокодов, отвечающего варианту осуществления настоящего изобретения. Согласно фиг.2 устройство генерации субкодов содержит турбокодер, генератор 204 субкодов и контроллер 205.

Что касается турбокодера, первый компонентный кодер (или первый составляющий кодер) 201 кодирует входной поток информационных битов и выводит первые кодовые символы, т.е. информационные символы X и первые символы четности Y0 и Y1. Перемежитель 202 перемежает входной поток информационных битов согласно заранее определенному правилу. Второй компонентный кодер (или второй составляющий кодер) 203 кодирует перемеженный поток информационных битов и выводит вторые кодовые символы, т.е. информационные символы X’ и вторые символы четности Y’0 и Y’1. Таким образом, турбокодер выводит первые и вторые кодовые символы. Поскольку, на самом деле, информационные символы X’, генерированные вторым компонентным кодером 203, не подлежат передаче, скорость кодирования турбокодера равна 1/5.

Генератор 204 субкодов генерирует субкоды из первых и вторых кодовых символов, поступающих от первого и второго компонентных кодеров 201 и 203, путем перфорации и дублирования под управлением контроллера 205. Контроллер 205 сохраняет матрицы перфорации (и дублирования), сформированные согласно алгоритмам, показанным на фиг.4, 5 и 6, и выводит сигналы выбора символа для матриц перфорации на генератор 204 субкодов. Затем генератор 204 субкодов выбирает заданное количество кодовых символов в заданном диапазоне перфорации в соответствии с сигналами выбора символа.

Используемые здесь условные обозначения X, Y0, Y1, Y’0 и Y’1 имеют следующий смысл.

X: систематический кодовый символ или информационный символ

Y0: избыточный символ, выдаваемый верхним компонентным кодером турбокодера

Y1: избыточный символ, выдаваемый верхним компонентным кодером турбокодера

Y’0: избыточный символ, выдаваемый нижним компонентным кодером турбокодера

Y’1: избыточный символ, выдаваемый нижним компонентным кодером турбокодера

На фиг.4, 5 и 6 изображены логические блок-схемы, иллюстрирующие процедуры генерации субкода (или матрицы перфорации), отвечающие варианту осуществления настоящего изобретения. В частности, на фиг.4 показана процедура генерации первого субкода С₀ в наборе субкодов, на фиг.5 показана процедура генерации промежуточных субкодов с C₁ по С_s-2 в наборе субкодов, и на фиг.6 изображена процедура генерации последнего субкода C_s-1 в наборе субкодов.

В дальнейшем, сигнал, включающий в себя информационные символы X и первые символы четности Y0 и Y1, выдаваемые первым компонентным кодером 201, будем обозначать ENC1 (первые кодовые символы), а сигнал, включающий в себя вторые символы четности Y’0 и Y’1, выдаваемые вторым компонентным кодером 203, будем обозначать ENC2 (вторые кодовые символы).

Согласно фиг.4, на этапе 401 задают максимальную скорость кодирования (Rmax), доступную для передатчика. Это значение зависит, главным образом, от скорости передачи данных, используемой в системе. Минимальную скорость кодирования (Rmin) задают как целое кратное от Rmax (=k/n). Здесь, k это количество входных символов, a n – количество выходных символов. Хотя Rmin можно задавать произвольным образом, оно обычно бывает равно 1/6, 1/7 или ниже, поскольку выигрыш за счет кодирования достигает насыщения при снижении скорости кодирования турбокодов до R=1/7 или ниже. Кроме того, определяют реальную скорость кодирования, т.е. материнскую скорость кодирования (R) декодера приемника. R задают большей, чем Rmin.

В реальной системе Rmax и Rmin задают заранее. В некотором смысле, Rmax это скорость кодирования при генерации субкодов, a Rmin это конечная скорость кодирования после кодового объединения субкодов. В целом, Rmin это скорость кодирования кодера передатчика.

На этапе 403 вычисляют количество субкодов (S) посредством следующего выражения, в которое входят Rmax и Rmin. В данном случае, количество субкодов или количество матриц перфорации является минимальным целым числом, превышающим отношение Rmax к Rmin.

где представляет минимальное целое число, большее или равное *.

На этапе 405 задают исходное значение 1 переменной m, a на этапе 407 определяют С (=mk). “С” это количество столбцов каждой матрицы перфорации, которое зависит от Rmax. Например, для Rmax=3/4, С может составлять 3, 6, 9,…, и его задают равным минимальному доступному значению для первого передаваемого субкода. В данном случае, для Rmax=3/4, С задают равным 3.

На этапе 407 вычисляют количество Ns символов, выбираемых из матрицы перфорации, умножая переменную m на длину кода, т.е. количество кодовых символов n, полученных из выражения Rmax=k/n. Ns – это количество выбранных символов или количество выбранных позиций в каждой матрице перфорации, равное C/Rmax.

На этапе 409 величину (Ns-C) сравнивают с количеством компонентных кодеров турбокодера передатчика. В современном турбокодере обычно предусмотрено два компонентных кодера. Таким образом, предполагаем, что используется два компонентных кодера. На этапе 409 проверяют, что (Ns-C) больше или равно 2, поскольку турбокодер содержит два компонентных кодера, подключенных параллельно с перемежителем, находящимся между ними, как показано на фиг.2, в отличие от традиционных кодеров, использующих другие единичные коды. Иными словами, чтобы сохранить характеристики, присущие турбокодеру, после передачи всех информационных символов надлежит передавать, по меньшей мере, по одному символу четности, полученному от каждого компонентного кодера.

Если (Ns-C) меньше 2, то выбирают только один символ из первого набора символов четности или второго набора символов четности. В каждом из этих случаев могут возникать проблемы с турбокодами. В первом случае, субкоды, генерируемые без вторых символов четности, представляют собой не турбокоды, а традиционные коды с ограничительной длиной К=4, выдаваемые кодером, содержащим только первый компонентный кодер, и не дают выигрыша от перемежителя, предусмотренного в турбокодере. С другой стороны, во втором случае, передача только систематических символов без символов четности, выдаваемых первым компонентным кодером, дает субкоды со скоростью кодирования 1. Это эквивалентно системе без кодирования, которая не дает никакого выигрыша за счет кодирования. Соответственно, для обеспечения эффективности турбокодера (Ns-C) должно быть больше или равно 2.

Если на этапе 409 выясняется, что (Ns-C) больше или равно 2, то на этапе 411 из матрицы перфорации выбирают С систематических информационных символов и другие символы согласно заданному типу. Для типа 1, на этапе 413, другие символы выбирают из первых и вторых символов четности в соответствии с выражением (3). Количество выбранных первых символов четности больше или равно количеству выбранных вторых символов четности. Например, если количество других символов, (Ns-C) равно 3, то первый и второй символы четности выбирают согласно выражению (3), а затем выбирают еще один символ из первых символов четности.

где представляет максимальное целое число, меньшее или равное *.

Для типа 2, на этапе 415, другие символы выбирают из первых и вторых символов четности в соответствии с выражением (4). Если заданы коэффициенты распределения символов для первых символов четности и вторых символов четности а и b, соответственно, то из первых символов четности выбирают количество символов, равное минимальному целому числу, большему или равному отношению а(Ns-C) к (а+b), а из вторых символов четности выбирают количество символов, равное максимальному целому числу, меньшему или равному отношению b(Ns-C) к (а+b).

где a+b=1 и а и b – коэффициенты распределения символов для ENC1 и ENC2, соответственно.

Если условие, проверяемое на этапе 409 не выполняется, т.е. (Ns-C) меньше 2, то на этапе 417 переменную m увеличивают на 1, после чего процедура возвращается к этапу 407. Этап 409 выполняют для того, чтобы определить, можно ли в данном диапазоне перфорации (размер матрицы перфорации) генерировать субкоды, способные сохранить характер турбокодов. Если не удается сохранить характер турбокодов, то на этапе 417 диапазон перфорации увеличивают.

Согласно вышеописанному, исходную матрицу перфорации строят так, чтобы в турбокодере можно было выбрать все информационные символы и, по меньшей мере, по одному символу из первого и второго наборов символов четности.

Теперь перейдем к описанию способа генерации промежуточной матрицы перфорации со ссылкой на фиг.5. Матрицы перфорации с C₁ по С_s-2 генерируют, повторяя процедуру, представленную на фиг.5.

Согласно фиг.5, этапы 501 и 502 выполняют в соответствии с заданным типом. Для типа 1, на этапе 501, выбирают Ns символов из первого и второго наборов символов четности, согласно выражению (5). Ns – это произведение m и n, полученного из Rmax (=k/n). Количество выбранных первых символов четности больше или равно количеству выбранных вторых символов четности. В данном случае выбирают символы, не выбранные из предыдущих матриц перфорации.

Для типа 2, на этапе 503, выбирают Ns символов из первого и второго наборов символов четности в соответствии с заданными коэффициентами, согласно выражению (6). Если а и b – заданные коэффициенты распределения символов для первых символов четности и вторых символов четности, соответственно, то из первых символов четности выбирают количество символов, равное минимальному целому числу, большему или равному отношению a(Ns) к (a+b), а из вторых символов четности выбирают количество символов, равное максимальному целому числу, меньшему или равному отношению b(Ns) к (a+b). В данном случае выбирают символы, не выбранные из предыдущих матриц перфорации.

Теперь опишем способ генерации последней матрицы перфорации _s-1 со ссылкой на фиг.6.

Согласно фиг.6, на этапе 601 выбирают все оставшиеся символы, не выбранные из предыдущих матриц перфорации. Количество выбранных символов обозначим Ns2. На этапе 603 задают новое Ns как (Ns-Ns2). Поскольку при выполнении операций, показанных на фиг.4, 5 и 6, выбирают символы во всех позициях матриц перфорации, то новое Ns представляет собой количество символов, подлежащих повторному выбору. На этапе 605 проверяют, что Ns больше 0. Если Ns равно 0, то процедура заканчивается. Если это число больше 0, то из информационных символов повторно выбирают символы в количестве нового Ns. Иными словами, осуществляют повторную передачу выбранных символов.

Ниже приведены конкретные численные расчеты, поясняющие вышеописанный способ генерации субкодов, отвечающий настоящему изобретению.

Для Rmax=3/4 и R=1/5, Rmin=1/6 и S=6/(4/3)=4/55. Таким образом, получается пять матриц перфорации.

{C₀, C₁, C₂, C₃, C₄}:Rmax=3/4.

Поскольку скорость кодирования субкодов равна 3/4 и количество субкодов равно 5, то после объединения кодов субкоды имеют скорость кодирования 3/20 ((1/S)(Rmax=(1/5)((3/4)=3/20). Это значит, что при наличии трех информационных битов, приемник принимает 20 кодовых символов. Однако, поскольку из Sn=54=20 символов генерируют 15 символов и Sk=53=15, то повторно передают 5 символов из 15. Дублировать предпочтительно информационные символы. В вышеприведенном примере, если информационный символ X повторяется один раз в каждом субкоде, то декодер принимает турбокоды с R=1/5, в которых информационные символы встречаются дважды для каждого из S субкодов, когда приняты все S субкодов.

Субкоды, полученные в результате выполнения процедур, представленных на фиг.4, 5 и 6, являются своего рода дополнительными кодами, но не в строгом смысле этого термина, ввиду наличия дублированных символов и различия характеристик разных субкодов. Поскольку субкоды получают из турбокодов, их можно называть квазидополнительными турбокодами (КДТК). В системе смешанного АЗП с использованием КДТК применяется следующая схема повторной передачи.

Система смешанного АЗП является основным примером использования объединения пакетов по коду. Объединение пакетов по коду осуществляется в современных системах смешанного АЗП, а именно, HARQ Type I, Type II и Type III. В этих системах, методы повторной передачи можно реализовать с использованием КДТК. Если транспортным элементом (ТЭ) считается блок информационных битов, который является основным элементом пакетной передачи, то для передачи каждого ТЭ в смешанной системе выбирают один субкод C_i.

Элемент повторной передачи и ТЭ первичной передачи могут иметь одинаковые или разные размеры. Для первичной передачи и каждой повторной передачи используют следующее множество КДТК.

Из С_q КДТК, имеющего размер S набора кодов, можно реконструировать материнский код С или генерировать новый код Cq с более низкой скоростью кодирования по сравнению с материнской скоростью кодирования Rm, путем объединения (или кодового объединения) субкодов C_i (i=0, 1, 2,…, S-1). В данном случае, материнский код имеет минимальную скорость кодирования, доступную кодеру. Затем КДТК задают как исходный код С со скоростью кодирования R=Rm или код С со скоростью кодирования

где S – количество субкодов со скоростью кодирования Ri; Rm – материнская скорость кодирования.

Опишем принцип работы системы, в которой при первичной передаче и каждой последующей передаче с использованием КДТК передают ТЭ одного и того же размера. Очевидно, что настоящее изобретение поддерживает также схему передачи с использованием различных ТЭ. В данном случае, количество S субкодов равно 4 и материнская скорость кодирования R равна 1/5.

(Этап 1) Передачу осуществляют на основе ТЭ, и при первичной передаче и каждой повторной передаче передают субкод C_i КДТК.

(Этап 2) Когда общая скорость кодирования для кодов, полученных мягким объединением первоначально переданного и повторно переданных пакетов, превышает 1/5, каждый субкод C_i КДТК передают в порядке С₀, C₁, С₂,…, C_s-1 при каждом запросе на повторную передачу. Это называется объединением пакетов по коду.

(Этап 3) Когда общая скорость кодирования для кодов, полученных мягким объединением первоначально переданного и повторно переданных пакетов, меньше или равна 1/5, каждый субкод C_i КДТК повторно передают в порядке С₀, C₁, C₂,…, C_s-1 при каждом запросе на повторную передачу. Это называется объединением пакетов по разнесению.

(Этап 4) Размер набора КДТК может быть произвольной величиной, в зависимости от материнской скорости кодирования. Для R=1/5 и скорости кодирования 2/3 субкодов для повторной передачи можно использовать до четырех субкодов.

В Таблице 3 перечислены наборы КДТК для скоростей передачи пакетных данных прямого канала трафика, которые, как предполагается, доступны современной системе IS-2000 1XEVDV. В данном случае, материнская скорость кодирования R=1/5, и скорость кодирования субкодов R=2/3, 1/3 или 1/6.

Из Таблицы 3 явствует, что при скорости кодирования субкода 1/6, что меньше материнской скорости кодирования 1/5, при каждой повторной передаче используется один и тот же код С₀. При скорости кодирования субкода 1/3, превышающей материнскую скорость кодирования 1/5, в разных передачах используются разные коды С₀ и C₁. В этом случае размер S набора кодов равен 2. При скорости кодирования субкода 2/3, превышающей материнскую скорость кодирования 1/5, в разных передачах используются разные коды С₀, С₁, С₂, С₃. В этом случае, размер S набора кодов равен 4. После передачи всех S субкодов, приемник может восстановить материнскую скорость кодирования R и получить максимальный выигрыш за счет кодирования, обеспечиваемый кодером.

В Таблице 4 приведены примеры матриц перфорации для каждой скорости кодирования субкодов.

Согласно Таблице 4, когда в качестве материнского кода используют турбокод со скоростью 1/5 и генерируют субкод со скоростью 2/3, кодовые символы которого выводят для 4 информационных битов, то из 4 информационных битов генерируют 20 кодовых символов. Субкод со скоростью 2/3 генерируют путем перфорации 14 символов из 20 символов. В процессе объединения таких субкодов посредством объединения пакетов по разнесению при каждом запросе на повторную передачу передают один и тот же С₀, полученный из вышеуказанных матриц перфорации. С другой стороны, в процессе объединения пакетов по коду, при каждом запросе на повторную передачу передают разные кодовые символы. После передачи всего набора субкодов С₀, C₁, C₂, С₃, выполняют объединение пакетов по разнесению. Для HARQ Type III с использованием объединения пакетов по коду все кодовые символы материнского кода декодируют после осуществления четырех передач.

Обратим внимание на то, что “1” в матрицах перфорации, приведенных в Таблице 4, указывают на то, что символы в этих позициях подлежат выбору или передаче, а “0” указывают на то, что символы в этих позициях подлежат перфорации. “2” указывает на то, что символ в этой позиции дублируется. Матрицы перфорации (и дублирования) должны удовлетворять следующим условиям.

(Условие 1) Информационный символ X повторяется в субкоде КДТК, в случае использования дублирования.

(Условие 2) Если информационный символ X повторяется в субкоде КДТК с использованием дублирования, то период повторения задают равным минимальной постоянной величине в КДТК, объединяющем все субкоды.

(Условие 3) Если используется перфорация, то в субкодах КДТК избыточные символы, за исключением информационного символа X, если возможно, подвергаются перфорации.

(Условие 4) Если используется перфорация, то, в субкодах КДТК, избыточные символы, за исключением информационного символа X, если возможно, подвергаются однородной перфорации.

Опишем матрицу перфорации и повтора с R=1/6, удовлетворяющую вышеуказанным условиям. Декодирование осуществляется после мягкого объединения символов X, которые встречаются дважды, и потому реальная скорость кодирования декодера равна 1/5. Код со скоростью 1/5, при повышенной энергии информационного символа X, обеспечивает повышенную эффективность по сравнению с кодом со скоростью 1/5, в котором энергия символов распределена однородно. Иными словами, наиболее предпочтительно дублировать информационный символ. Можно сказать, что матрицы перфорации и дублирования, показанные в Таблице 4, построены таким образом, чтобы энергия информационного символа возрастала при однородном повторении информационных символов.

В Таблице 4, для R=1/6, последовательность передачи кодовых символов выглядит следующим образом:

С₀: X, X, Y0, Y1, Y’0, Y’1, X, X, Y0, Y1, Y’0, Y’1,…

Поскольку при вводе одного информационного символа генерируется шесть кодовых символов, скорость кодирования субкода составляет 1/6.

Для R=1/3 последовательности передачи кодовых символов выглядит следующим образом:

С₀: X, Y0, Y’0, X, Y0, Y’0, X, Y0, Y’0, X, Y0, Y’0,…

C₁: X, Y1, Y’1, X, Y1, Y’1, X, Y1, Y’1, X, Y1, Y’1,…

Поскольку при вводе одного информационного символа генерируется три кодовых символа, скорость кодирования субкода составляет 1/3. При каждой передаче передается другой код, вследствие использования другой матрицы перфорации. После мягкого объединения С₀ и C₁, X появляется дважды, а каждый из Y0, Y1, Y’0 и Y’1 появляется один раз. Таким образом, в этом случае можно использовать декодер со скоростью кодирования 1/5, и матрицы перфорации удовлетворяют вышеописанным условиям, обеспечивая эффективность.

В первом случае R=2/3, указанном в Таблице 4, последовательность передачи кодовых символов выглядит следующим образом:

С₀: Y0, X, Y’0, Y0, X, Y’0, Y0, X, Y’0, Y0, X, Y0, …

C₁: X, Y0, Y0, X, Y’0, Y0, X, Y’0, Y0, X, Y’0, Y’0, …

C₂: Y1, X, Y’1, Y1, X, Y’1, Y1, X, Y’1, Y1, X, Y’1, …

С₃; X, X’1, Y1, X, Y’1, Y1, X, Y’1, Y1, X, X’1, Y1, …

Поскольку при вводе двух информационных символов генерируется три кодовых символа скорость кодирования субкода составляет 2/3. При каждой передаче передается другой код, вследствие использования другой матрицы перфорации. После мягкого объединения С₀, C₁, C₂, С₃, X появляется дважды, а каждый из Y0, Y1, Y’0 и Y’1 появляется один раз. Таким образом, в этом случае, как и в случае R=1/6, можно использовать декодер со скоростью кодирования 1/5 и матрицы перфорации удовлетворяют вышеописанным условиям, обеспечивая эффективность.

Во втором случае R=2/3, указанном в Таблице 4, последовательность передачи кодовых символов выглядит следующим образом:

С₀: X, Y0, X, X, Y’0, X, X, Y0, X, X, Y’0, X, X, Y0, X, X, Y’0, X, …

C₁: Y’0, Y0, Y’0, Y0, Y0, Y’0, Y’0, Y0, Y’0, Y0, Y0, Y’0, …

C₂: Y1, Y1, X’1, Y’1, Y1, Y’1, Y1, Y1, Y’1, Y’1, Y1, Y’1, …

С₃: X, Y’1, X, X, Y’1, X, X, Y’1, X, X, Y’1, X, …

Поскольку при вводе четырех информационных символов генерируется шесть кодовых символов скорость кодирования субкода составляет 2/3. При каждой передаче передается другой код, вследствие использования другой матрицы перфорации. После мягкого объединения С₀, C₁, C₂, С₃, X появляется дважды, а каждый из Y0, Y1, Y’0 и Y’1 появляется один раз. Таким образом, в этом случае, как и в случае R=1/6, можно использовать декодер со скоростью кодирования 1/5, и матрицы перфорации удовлетворяют вышеописанным условиям, обеспечивая эффективность.

На фиг.3 изображен график, позволяющий сравнить эффективность системы HARQ, в которой применяется объединение пакетов по коду, с эффективностью системы HARQ, в которой применяется объединение пакетов по разнесению, в отношении ее пропускной способности, для КДТК с R=2/3 и 3=4, согласно настоящему изобретению. Согласно фиг.3, система HARQ 301, в которой применяется объединение пакетов по коду для КДТК, и система HARQ 302, в которой применяется объединение пакетов по разнесению для КДТК, демонстрируют более высокую эффективность, чем система HARQ 303, в которой не используются КДТК. Для того, чтобы обеспечивать одну и ту же пропускную способность в реальном времени (например, 0.25), величина Es/No в системе HARQ 301 должна составлять около -4 дБ, в системе HARQ 302 – около -1.3 дБ, а в системе HARQ 303 – около 1 дБ. Следовательно, использование КДТК согласно настоящему изобретению гарантирует более высокую пропускную способность при меньшей энергии символа.

Согласно вышеописанному субкоды, генерируемые для оптимального объединения пакетов по коду согласно заранее определенному правилу, повышают пропускную способность системы повторной передачи пакетов с использованием турбокодов, отвечающей настоящему изобретению.

Хотя изобретение было продемонстрировано и описано со ссылкой на предпочтительные варианты его осуществления, специалисты могут предложить различные изменения, касающиеся формы и деталей, не выходя за рамки сущности и объема изобретения, определенного в формуле изобретения.

Формула изобретения

1. Способ генерации исходной матрицы перфорации, из которой получают первый субкод, в системе связи, содержащей турбокодер для генерации информационных символов, первых символов четности и вторых символов четности для кодирования в ответ на входной поток информационных битов с заданной скоростью кодирования и генератор субкодов для генерации субкодов из информационных символов, первых символов четности и вторых символов четности с помощью матриц перфорации, причем количество субкодов равно количеству матриц перфорации, содержащий этапы, на которых выбирают информационные символы в количестве, равном количеству столбцов исходной матрицы перфорации, из информационных символов, выдаваемых турбокодером, если разность между количеством Ns выбранных символов в исходной матрице перфорации и количеством столбцов исходной матрицы перфорации больше или равна количеству компонентных кодеров в турбокодере, и выбирают первые и вторые символы четности в количестве, равном разности, причем количество выбранных первых символов четности больше или равно количеству выбранных вторых символов четности.

2. Способ по п.1, который дополнительно содержит этап, на котором увеличивают количество столбцов в матрице перфорации на целое кратное, если разность меньше количества компонентных кодеров.

3. Способ по п.1, который дополнительно содержит этап, на котором, при генерации второй матрицы перфорации, выбирают Ns символов из первых и вторых символов четности, не выбранных в исходной матрице перфорации, при этом количество выбранных первых символов четности больше или равно количеству выбранных вторых символов четности.

4. Способ по п.3, который дополнительно содержит этап, на котором выбирают остальные первые и вторые символы четности, не выбранные в других матрицах перфорации, за исключением последней матрицы перфорации, и повторно выбирают (Ns-Ns2) информационные символы, где Ns2 – количество других символов четности, не выбранных в других матрицах перфорации.

5. Способ по п.1, по которому система связи использует субкод для смешанного АЗП (автоматического запроса повторения).

6. Способ по п.1, по которому количество Ns выбранных символов определяют на основании C/Rmax, где С – количество столбцов, и Rmax – скорость кодирования субкода.

7. Способ генерации первого субкода, подлежащего передаче, путем выбора заданного количества символов из информационных символов и первых и вторых символов четности в заданном диапазоне перфорации в системе связи, содержащей турбокодер для генерации информационных символов, первых символов четности и вторых символов четности для кодирования в ответ на входной поток информационных битов с заданной скоростью кодирования, причем заданным числом символов является Ns символов, содержащий этапы, на которых выбирают все информационные символы в диапазоне перфорации, если разность между Ns и количеством информационных символов больше или равна количеству компонентных кодеров турбокодера, и выбирают первые и вторые символы четности в количестве, равном разности, причем количество выбранных первых символов четности больше или равно количеству выбранных вторых символов четности.

8. Способ по п.7, который дополнительно содержит этап, на котором увеличивают диапазон перфорации на целое кратное, если разность меньше количества компонентных кодеров.

9. Способ по п.7, который дополнительно содержит этап, на котором, при генерации второго субкода, выбирают Ns символов из первых и вторых символов четности, не выбранных в первом субкоде, при этом количество выбранных первых символов четности больше или равно количеству выбранных вторых символов четности.

10. Способ по п.9, который дополнительно содержит этап, на котором, при генерации последнего субкода, выбирают остальные первые и вторые символы четности, не выбранные в других субкодах, за исключением последнего субкода, и повторно выбирают (Ns-Ns2) информационные символы, где Ns2 – количество других невыбранных символов четности.

11. Способ по п.7, по которому система связи использует субкоды для смешанного АЗП (автоматического запроса повторения).

12. Способ по п.7, по которому количество Ns выбранных символов определяют на основании C/Rmax, где С – количество столбцов матрицы перфорации, и Rmax – скорость кодирования субкода.

13. Способ генерации матриц перфорации, с помощью которых перфорируют информационные символы и первые и вторые символы четности в системе связи, содержащей турбокодер для генерации информационных символов, первых символов четности и вторых символов четности для кодирования в ответ на входной поток информационных битов с заданной скоростью кодирования и генератор субкодов для генерации субкодов из информационных символов, первых символов четности и вторых символов четности посредством перфорации, содержащий этапы, на которых определяют количество S матриц перфорации, вычисляя минимальное целое число, большее или равное отношению Rmax к Rmin, где Rmax – данная максимальная скорость кодирования, и Rmin – данная минимальная скорость кодирования турбокодера, определяют количество Ns символов, подлежащих выбору из каждой матрицы перфорации, на основании C/Rmax, где С – количество столбцов матрицы перфорации, и генерируют первую матрицу перфорации, для чего выбирают С информационных символов, выбирают первые символы четности в количестве, равном минимальному целому числу, большему или равному отношению a(Ns-C) к (а+b), вторые символы четности в количестве, равном максимальному целому числу, меньшему или равному отношению b(Ns-C) к (а+b), если разность между Ns и С, (Ns-C), больше или равна количеству компонентных кодеров в турбокодере, где а и b – коэффициенты распределения символов для первого и второго символов четности.

14. Способ по п.13, который дополнительно содержит этап, на котором увеличивают количество столбцов в матрице перфорации на целое кратное, если разность меньше количества компонентных кодеров.

15. Способ по п.13, который дополнительно содержит этап, на котором генерируют промежуточные матрицы перфорации, за исключением первой и последней матриц перфорации, выбирая первые символы четности в количестве, равном минимальному целому числу, большему или равному отношению aNs к (а+b), и вторые символы четности в количестве, равном максимальному целому числу, меньшему или равному отношению bNs к (а+b), не выбирая никаких информационных символов, таким образом, чтобы первые и вторые символы четности в первой и других матрицах перфорации отличались друг от друга.

16. Способ по п.15, который дополнительно содержит этап, на котором генерируют последнюю матрицу перфорации, выбирая остальные первые и вторые символы четности, не выбранные в других матрицах перфорации, за исключением последней матрицы перфорации, и повторно выбирают (Ns-Ns2) информационные символы, где Ns2 – количество других символов четности, не выбранных в других матрицах перфорации.

17. Способ по п.13, по которому система связи использует субкоды для смешанного АЗП (автоматического запроса повторения).

18. Устройство генерации субкода в системе связи, содержащее турбокодер для кодирования входного потока информационных битов с данной скоростью кодирования и генерирования информационных символов, первых символов четности и вторых символов четности и генератор субкодов для генерации первого субкода, подлежащего передаче, путем выбора всех информационных символов в заданном диапазоне перфорации и выбора первых и вторых символов четности в количестве, равном разности заданного количества Ns символов, подлежащих выбору, и количества информационных символов в заданном диапазоне перфорации, причем количество выбранных первых символов четности больше или равно количеству вторых символов четности, если разность больше или равна количеству компонентных кодеров турбокодера.

19. Устройство по п.18, в котором генератор субкодов генерирует второй субкод, выбирая Ns символов из первых и вторых символов четности, не выбирая информационных символов, причем количество выбранных первых символов четности больше или равно количеству выбранных вторых символов четности.

20. Устройство по п.19, в котором генератор субкодов генерирует последний субкод, выбирая остальные первые и вторые символы четности, не выбранные в других субкодах, за исключением последнего субкода, и повторно выбирают (Ns-Ns2) информационные символы, где Ns2 – количество других символов четности, не выбранных в других субкодах.

21. Устройство по п.18, в котором генератор субкодов генерирует субкоды, увеличивая диапазон перфорации на целое кратное, если разность меньше количества компонентных кодеров.

РИСУНКИ