Aparato y método de intercalado turbo.

Turbo codificador que comprende:

un primer codificador (111) para codificar una trama de bits K de información de entrada para generar primeros símbolos codificados;

un dispositivo de intercalado para

escribir secuencialmente los bits K de información de entrada en una matriz rectangular R x C fila por fila comenzando en la primera columna de la primera fila,

seleccionar una raíz primitiva g0 que corresponde a un número primo p,

generar una secuencia C(i) de base para la permutación dentro de una fila como

C(i)≥[g0xC(i-1)] mod p, i≥1,2,...,(p-2) y C(0) ≥ 1

determinar un conjunto de números enteros primos mínimo {qj} para j≥0, 1, 2, ... , R-1 de tal manera que g.c.d{qj,p-1} ≥ 1 y qj >6, qj >q(j-1), para cada j≥1, 2, ... , R-1,

en el que g.c.d es un máximo divisor común y q0 ≥ 1,

determinar {pj} a partir de {qj} usando

pP(j) ≥ qj, j ≥ 0, 1, ..., R-1

donde P(j) indica un patrón de permutación entre filas predeterminado,

permutar posiciones de los bits de información en una fila de orden j según

Cj(i) ≥ C([ixpj] mod (p-1)),

donde j ≥ 0, 1, 2, ... (R-1), i ≥ 0, 1, 2, ..., (p-2), Cj(p-1) ≥ 0, y Cj(p) ≥ p.

Aparato y método de intercalado turbo Antecedentes de la invención

1. Campo de la invención

La presente invención se refiere generalmente a un turbo codificador usado para sistemas de comunicación por radio (que incluyen sistemas satélites, RDSI, celulares digitales, W-CDMA e IMT-2000) , y en particular a un dispositivo de intercalado interno de un turbo codificador.

2. Descripción de la técnica relacionada

En general un dispositivo de intercalado utilizado para un turbo codificador aleatoriza una dirección de palabra de información de entrada y mejora una propiedad de distancia de una palabra de código. En particular, se ha decidido que un turbo codificador se utilizará en un canal suplementario (o canal de transmisión de datos) de interfaces aéreas IS-95C e IMT-2000 (o CDMA-2000) y en un canal de datos del UMTS (“Universal Mobile Telecommunication System”, sistema universal de telecomunicaciones móviles) propuesto por el ETSI (“European Telecommunication Standards Institute”, instituto europeo de estándares de telecomunicaciones) . Por tanto, para este fin se requiere un método para poner en práctica un dispositivo de intercalado. Adicionalmente la invención se refiere a un código de corrección de errores que afecta en gran medida a la mejora del rendimiento de los sistemas de comunicación digital existentes y futuros.

Para un dispositivo de intercalado interno existente para un turbo codificador (en lo sucesivo, se hace referencia a un dispositivo de intercalado turbo) se han propuesto diversos dispositivos de intercalado tales como dispositivos de intercalado aleatorio PN (“Pseudo Noise”, pseudo ruido) , dispositivos de intercalado aleatorios, dispositivos de intercalado a bloques, dispositivo de intercalado no lineal y dispositivo de intercalado aleatorio S. Sin embargo, hasta ahora, tales dispositivos de intercalado eran simples algoritmos diseñados para mejorar sus rendimientos en términos de investigaciones científicas más que de implementación. Por tanto, cuando se implementa un sistema real, debe tenerse en cuenta la complejidad de la implementación de hardware. Ahora se realizará una descripción de propiedades y problemas asociados al dispositivo de intercalado convencional para el turbo codificador.

El rendimiento del turbo codificador depende de su dispositivo de intercalado interno. En general, un aumento en el tamaño de trama de entrada (es decir, el número de bits de información incluidos en una trama) mejora la eficacia del turbo codificador. Sin embargo, un aumento en el tamaño del dispositivo de intercalado provoca un aumento geométrico en los cálculos. Por tanto, en general no es posible implementar el dispositivo de intercalado para el tamaño grande de trama.

Por tanto, en general, los dispositivos de intercalado se implementan determinando las condiciones que cumplen con varios criterios dados. Los criterios son los siguientes:

Propiedad de distancia: la distancia entre símbolos de palabras de código adyacentes debería mantenerse hasta una determinada medida. Esto tiene la misma función que una propiedad de distancia de palabra de código del código convolucional, y como un criterio que indica esto, se utiliza una distancia libre mínima que es un valor del trayecto de palabra de código o una secuencia de palabra de código con el peso Hamming mínimo de entre las secuencias de símbolo de código (o trayectos de palabra de código) emitidos en el enrejado (“trellis”) . En general se prefiere que el dispositivo de intercalado se diseñe para tener la distancia libre más larga, si es posible.

Propiedad aleatoria: un factor de correlación entre símbolos de palabras de salida tras el intercalado debería ser mucho más bajo que un factor de correlación entre símbolos de palabras de entrada originales antes del intercalado. Es decir, debería realizarse completamente la aleatorización entre los símbolos de palabra de salida. Esto afecta directamente a la calidad de la información extrínseca generada en la decodificación continua.

Aunque los criterios anteriores puedan aplicarse a un dispositivo de intercalado turbo general, es difícil analizar claramente las propiedades cuando el dispositivo de intercalado aumenta su tamaño.

Adicionalmente, otro problema que se produce cuando se diseña el dispositivo de intercalado turbo es que la distancia libre mínima del código de turbo varía según el tipo de la palabra de código de entrada. Es decir, cuando la palabra de información de entrada tiene un patrón de secuencia específico definido como patrón de secuencia de información crítica (CISP) la distancia libre de los símbolos de código de salida generados desde el turbo codificador tiene un valor muy pequeño. Si la palabra de información de entrada tiene un peso Hamming 2, el CISP se produce cuando la palabra de información de entrada tiene dos bits de información de `1’ y puede producirse también cuando la palabra de información de entrada tiene 3 o más bits de información de `1’. Sin embargo, en la mayoría de los casos, cuando la palabra de información de entrada tiene 2 bits de información de `1’ se forma la distancia mínima libre y la mayoría de los eventos de error se producen en esta condición. Por tanto, cuando se diseña el dispositivo de intercalado turbo se realiza generalmente un análisis en el caso en el que la palabra de información de entrada tenga el peso Hamming 2. Un motivo de la existencia del CISP es que el turbo codificador utiliza generalmente codificadores RSC (“Recursiv Systematic Convolutional Codes”, codificadores sistemáticos convolucionales recursivos) para los codificadores de componentes mostrados en la figura 1 (descritos adicionalmente más adelante) . Para mejorar el rendimiento del turbo codificador debería emplearse un polinomio primitivo para un polinomio de retroalimentación (gf (x) de la figura 1) de entre los polinomios de generador para el codificador de componentes. Por tanto, cuando el número de las memorias del codificador RSC es m, una secuencia de retroalimentación generada por el polinomio de retroalimentación repite continuamente el mismo patrón a un periodo de 2m-1. Por tanto si se recibe una palabra ‘1’ de información de entrada a la distancia correspondiente a este periodo, los mismos bits de información son O exclusivos de manera que el estado del codificador RSC se convierte en un estado de todo ceros de ahora en adelante, generando así los símbolos de salida de todo ceros. Esto significa que el peso Hamming de la palabra de código generada por el codificador RSC tiene un valor constante después de este evento. Es decir, la distancia libre del turbo código se mantiene tras este tiempo, y el CISP se convierte en una causa principal de una reducción de la distancia libre del turbo codificador, mientras que, como se observó anteriormente, es deseable una distancia libre mayor.

En este caso (en el dispositivo de intercalado turbo de la técnica anterior) para aumentar la distancia libre, el dispositivo de intercalado turbo dispersa aleatoriamente la palabra de información de entrada CISP para impedir un descenso en la distancia libre en el símbolo de salida del otro codificador RSC de componentes.

Las propiedades expuestas anteriormente son características fundamentales del dispositivo de intercalado turbo conocido. Sin embargo, para el CISP es conveniente que la palabra de información tenga el peso Hamming mínimo, cuando la palabra de información de entrada tenga el peso Hamming 2. En otras palabras, no se tuvo en cuenta el hecho de que el CISP pueda generarse incluso cuando la palabra de información de entrada tiene el peso Hamming 1 (es decir cuando la palabra de información de entrada tiene un bit de información de `1’) cuando la entrada de la palabra de información al turbo codificador tenía el tipo de un bloque compuesto de tramas.

Por ejemplo, un dispositivo (PIL) de intercalado principal diseñado como el modelo de trabajo del dispositivo de intercalado de turbo código especificado mediante el estándar UMTS presente muestra tales problemas, presentando una propiedad de distancia libre degradada. Es decir, el algoritmo de implementación del modelo de dispositivo de intercalado turbo PIL incluye 3 etapas, de las cuales la segunda etapa que juega el papel más importante, realiza la permutación aleatoria en los bits de información de los grupos respectivos. La segunda etapa se divide en tres casos caso A, caso B y caso C, y el caso B siempre invoca el caso en el que la distancia libre disminuye debido al evento en el que la palabra de información de entrada tiene el peso Hamming 1. Adicionalmente incluso el caso C implica una posibilidad... [Seguir leyendo]

1. Turbo codificador que comprende:

un primer codificador (111) para codificar una trama de bits K de información de entrada para generar primeros símbolos codificados;

un dispositivo de intercalado para escribir secuencialmente los bits K de información de entrada en una matriz rectangular R x C fila por fila comenzando en la primera columna de la primera fila,

seleccionar una raíz primitiva g0 que corresponde a un número primo p, generar una secuencia C (i) de base para la permutación dentro de una fila como C (i) =[g0xC (i-1) ] mod p, i=1, 2, …, (p-2) y C (0) = 1 determinar un conjunto de números enteros primos mínimo {qj} para j=0, 1, 2, … , R-1 de tal manera que g.c.d{qj, p-1} = 1 y qj gt; 6, qj gt; q (j-1) , para cada j=1, 2, … , R-1, en el que g.c.d es un máximo divisor común y q0 = 1, determinar {pj} a partir de {qj} usando pP (j) = qj, j = 0, 1, …, R-1 donde P (j) indica un patrón de permutación entre filas predeterminado, permutar posiciones de los bits de información en una fila de orden j según Cj (i) = C ([ixpj] mod (p-1) ) , donde j = 0, 1, 2, … (R-1) , i = 0, 1, 2, …, (p-2) , Cj (p-1) = 0, y Cj (p) = p; realizar permutaciones entre filas según el patrón de permutación entre filas predeterminado P (j) , y leer los bits de información desde la matriz rectangular R x C permutada columna por columna comenzando en la primera fila de la primera columna; y

un segundo codificador (113) para codificar los bits de información intercalados para generar segundos símbolos codificados, en el que la matriz rectangular R x C tiene R filas y C columnas, K especifica el número de bits de información de entrada en la trama, y K = R x C, C=p+1 y K gt; R gt;1; caracterizado porque el número primo p es el número primo mínimo cumpliéndose 0 (p+1) -K/R; y el dispositivo de intercalado se dispone para implementar, entre la permutación de las posiciones de los bits

de información y la realización de las permutaciones entre filas, uno de los siguientes: intercambiar CR-1 (P) con CR-1 (0) , intercambiar CR-1 (P) con CR-1 (P-1) , intercambiar Cj (p) con Cj (0) para cada j, donde j=0, 1, 2, …, R-1, intercambiar Cj (p) con Cj (p-1) para cada j, donde j=0, 1, 2, …, R-1,

intercambiar CR-1 (p) con CR-1 (k) , donde k indica una posición de intercambio específica buscada para una regla de intercalado dada.