[發明專利]編碼器、解碼器以及具有低錯誤平層的編碼方法

在審

• 申請號: 201580069394.9
• 申請日: 2015-12-18
• 公開（公告）號: CN107113007A
• 公開（公告）日: 2017-08-29
• 發明（設計）人: 海因里奇·萬科瑞奇鮑爾;斯蒂翰·懷特;斯特凡諾·卡拉布羅;伯恩哈德·施平納勒
• 申請（專利權）人: 驍陽網絡有限公司
• 主分類號: H03M13/11
• 分類號: H03M13/11;H03M13/27;H03M13/29
• 代理公司: 北京英賽嘉華知識產權代理有限責任公司11204
• 代理人: 王達佐,王艷春

技術領域

本發明屬于信息傳輸和信息記錄的領域。具體地，本發明涉及在其中以高可靠性來傳輸或記錄高速率數據的應用，尤其是在光通信或磁記錄方面。

背景技術

在信息理論中，已經證實，在任何給定的有噪通信信道上，借助于信道編碼有可能幾乎無誤地傳輸信息直到最大速率，也就是所謂的容量，它取決于信道轉移概率。這一結果最早由克勞德·香農(Claude Shannon)在1948年提出，因此，對應的理論最大信息傳送速率通常被稱為“香農極限”。

運行接近于香農極限的實際代碼經常出現所謂的“錯誤平層”。“錯誤平層”是在利用迭代解碼的現代錯誤校正碼(像是LDPC碼或渦輪碼)中遇到的現象，其中一般隨著信噪比(SNR)增加而降低的誤碼率(BER)在某一些點不像以前那樣地快速下降。BER隨著SNR變平的區域被稱為“錯誤平層區域”。

另一方面，沒有呈現出錯誤流的代碼(像是限制距離解碼下的代數碼)通常達不到香農極限。

例如，如在2009年4月ETSI EN 302 307的DVB-S2標準(V1.2.1)中所描述地，除去錯誤平層的常見解決方案是使用代數外碼來清理高性能內碼的錯誤平層。然而，這種方法意味著速率損失，因此意味著解碼器閾值(即，解碼器所能忍受的最大噪聲電平)與錯誤平層之間的權衡。另外，這種方法需要具有較長時延的深度交織，以打破在內部解碼器之后出現的錯誤群并且避免外部解碼器過載。

如果不需要代數外碼，那么錯誤平層必須針對每個設計而位于目標誤碼率以下。這通常由具有較大漢明距離的分量碼的級聯實現。然而，這個解決方案可導致明顯的解碼復雜性，尤其是在高速率數據的應用中。

非常高效的代碼結構由D·特魯海瑟夫(D.Truhacev)、M·蘭特梅爾(M.Lentmaier)和K·茲岡洛夫(K.Zigangirov)于2003年6月至7月在IEEE ISIT發表的“關于編織塊碼(On Braided Block Codes)”中介紹的編織塊碼(BBC)提供。BBC是從兩個塊碼的正交級聯中獲得的卷積碼，并且取得優良的糾錯性能。在A·西蒙尼斯·菲爾特斯道姆(A.Jiménez)、d·特魯海瑟夫(d.Truhacev)、M·蘭特梅爾(M.Lentmaier)和K·Sh·茲岡洛夫(K.Sh.Zigangirov)在2009年6月的《IEEE信息理論匯刊》上發表的“編織塊碼(Braided Block Codes)”中，描述沿著其他代碼系的類似推導的線來計算BBC的綜合距離界限的方法。然而，最小距離上的綜合界限并不保證具體代碼的錯誤平層。因此，從工程師的角度來看，針對每個設計而確定考慮實施的代碼的最小漢明距離的下限將更有用。此外，BBC的界限表明它們的整體約束長度(因此，不幸的是也表明它們的時延和復雜性)隨著分量碼的長度和速率而快速增長。

在一些情況下，最小漢明距離不是對出現錯誤平層起支配作用的參數。例如，對于消息傳遞解碼下的LDPC碼，錯誤平層通常由與二分圖中的吸收集相關聯的病理模式確定，而不是由最小漢明距離確定，這可以從Z·張(Z.Zhang)、L·杜雷恰克(L.Dolecek)、B·尼克利奇(B.Nikolic)、V·阿南薩萊姆(V.Anantharam)和M·溫賴特(M.Wainwright)在2006年11月的IEEE GLOBECOM上發表的“借助硬件模擬的結構化低密度奇偶校驗碼的錯誤平層的調查(Investigation of error floors of structured low-density parity-check codes by hardware emulation)”中看出。該文獻中已經描述了對吸收集進行識別和后處理的若干技術。然而，它們需要冗長的模擬，所述模擬通常在FPGA上實施。由于FPGA速度有限，因此，仍存在忽視一些關鍵模式的殘余風險，尤其是在目標誤碼率非常低(諸如，BER≤10^-12)的高速率應用中。

發明內容

本發明潛在的問題是提供編碼器和卷積編碼方案，所述編碼器和卷積編碼方案允許按照設計而確定最小漢明距離的下限，并且由此來排除錯誤平層的存在，直至給定的目標BER，同時仍允許保持得到的約束長度較低。

這個問題由根據權利要求1所述的編碼器和權利要求16所述的編碼方法解決。本發明進一步提供對應的解碼器。從屬權利要求中限定優選實施例。

根據本發明的一方面，提供用于對數字數據進行編碼的編碼器。該編碼器包括：