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用于处理数字通信系统中传输错误的方法

基本信息

  • 申请号 CN00810271.6 
  • 公开号 CN1360770A 
  • 申请日 2000/05/02 
  • 公开日 2002/07/24 
  • 申请人 艾利森公司  
  • 优先权日期  
  • 发明人 D·R·欧文 A·S·哈伊拉拉  
  • 主分类号  
  • 申请人地址 美国北卡罗来纳 
  • 分类号  
  • 专利代理机构 中国专利代理(香港)有限公司 
  • 当前专利状态 发明专利申请公布 
  • 代理人 程天正 
  • 有效性 发明公开 
  • 法律状态
  •  

摘要

在数字通信系统内,提供用于当检测到传输错误时识别信息域特征的差别和对于其动作的方法。
可以接收受到信道码保护的、有多于一个域的信息,并且根据该信道码进行译码。
基于译码结果,识别传输错误所落入的信息域。
这些域被称作有缺陷域。
判断有缺陷域的特征。
然后根据特征,对信息进行处理。
在本发明的一个实施例中,计算输入分组的伴随式。
当伴随式为全零时,按照常规方式把分组向上传递给通信协议栈。
当伴随式不为全零时,找到与伴随式相关的陪集首项,并且用其去判断分组内的哪个域最可能有缺陷。
基于这种判决,根据随后的方法,拒绝、校正或者不用校正就接受分组,即:当分组头的关键域有缺陷时,拒绝分组。
否则,根据传输错误所落入域的重要性,经过校正或者未经校正传输错误,而把分组向上传递给协议栈。
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权利要求书


1.一种对数字信息中传输错误进行响应的方法,该信息受到信道码 的保护,并且被分为例如头标域、净荷域和奇偶校验域的多个域,其中 该方法包含步骤: a)根据信道码对数字信息进行译码; b)响应该译码,识别多个域中的有缺陷域; c)判断该有缺陷域的特征;以及 d)根据所述特征,处理数字信息。

2.权利要求1的方法,还包括在步骤a)之前执行的如下步骤: e)接收数字信息。

3.权利要求1的方法,其中步骤a)还包括如下步骤: f)找到数字信息的伴随式。

4.权利要求3的方法,其中该伴随式是部分伴随式。

5.权利要求3的方法,还包括步骤f)之后执行的如下步骤: g)找到对应于该伴随式的陪集首项。

6.权利要求5的方法,还包含步骤g)之后执行的如下步骤: h)比较该陪集首项内非零比特的位置和数字信息的域。

7.权利要求3的方法,还包含步骤f)之后执行的如下步骤: i)找到分割的陪集首项的一部分。

8.权利要求7的方法,还包括步骤i)之后执行的如下步骤: j)比较分割的陪集首项的一部分内非零比特的位置和数字信息的 域。

9.权利要求1的方法,其中所述特征是该有缺陷域的重要性。

10.权利要求9的方法,其中步骤d)中还包括如下步骤: k)当该有缺陷域的重要性是关键的时,拒绝该数字信息。

11.权利要求9的方法,其中步骤d)中还包括如下步骤: l)当该有缺陷域的重要性是可校正的时,校正该有缺陷域内的传输 错误。

12.权利要求9的方法,其中步骤d)中还包括如下步骤: m)当该有缺陷域的重要性是可容忍的时,不对该有缺陷域内的传输 错误进行校正而接受该数字信息,。

13.权利要求9的方法,其中步骤d)中还包括如下步骤: n)当该有缺陷域的重要性是可容忍的时,校正该有缺陷域内的多个 传输错误。

14.权利要求13的方法,其中该数量超过了信道码的校正限制。

15.权利要求1的方法,其中所述特征是数字信息内的该有缺陷域 的位置。

16.权利要求1的方法,其中所述特征是该有缺陷域的应用的标识。

17.权利要求1的方法,其中所述特征是拥有该有缺陷域的会话的 标识。

18.一种对数字信息中传输错误进行响应的方法,该信息受到信道 码的保护,并且被分为例如头标域、净荷域和奇偶校验域的多个域,其 中该方法包含步骤: a)接收数字信息; b)根据信道码,计算数字信息的伴随式; c)找到与该伴随式相关的陪集首项; d)通过比较该陪集首项和数字信息来找到数字信息的多个域的有 缺陷域; e)判断该有缺陷域的特征;以及 f)根据所述特征,处理数字信息。

19.权利要求18的方法,其中该伴随式是部分伴随式。

20.权利要求18的方法,其中所述特征是该有缺陷域的重要性。

21.权利要求20的方法,其中步骤f)中还包括如下步骤: g)当该有缺陷域的重要性是关键的时,拒绝该数字信息。

22.权利要求20的方法,其中步骤f)还包括如下步骤: h)当该有缺陷域的重要性是可校正的时,校正该有缺陷域内的传输 错误。

23.权利要求20的方法,其中步骤f)还包括如下步骤: i)当该有缺陷域的重要性是可容忍的时,不对该有缺陷域内的传输 错误进行校正而接受该数字信息。

24.权利要求20的方法,其中步骤f)还包括如下步骤: j)当该有缺陷域的重要性是可容忍的时,校正该有缺陷域内的多个 传输错误。

25.权利要求24的方法,其中该传输错误的数量超过信道码的校正 限制。

26.权利要求20的方法,其中所述特征是数字信息内的该有缺陷域 的位置。

27.权利要求20的方法,其中所述特征是该有缺陷域的应用的标识。

28.权利要求20的方法,其中所述特征是拥有该有缺陷域的会话的 标识。
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说明书

发明背景 1.发明领域 本发明总体涉及到数字通信系统,并且特别涉及到在发现传输错误 时,识别受信道码保护的数字信息的信息域间特征差别并且在这些差别 的识别中动作的方法。
2.相关技术描述 在数字通信系统中,以分组或者符号帧(例如二进制数字比特)的 形式,通过通信信道,把例如语音、数据、图像或视频的数字信息从一 个位置传递到另一位置。
当通信信道受到例如电子噪声的干扰时,经过 信道的一个或者多个比特会被改变,使得不能按预期那样准确地接收到 达信道远端的信息。
这种被改变的信息被称作受到传输错误的影响,并 且传输错误落入的分组或其中一部分被称作有缺陷。
根据信道的物理结构,通信信道或多或少地会引入错误。
在一种极 端情况中,由于光纤信道基本上不会受到周围环境的影响,因此正常操 作的光纤信道中引入的传输错误很少。
而在另一极端情况中,由于无线 链路中的信号衰落、大气扰动、干涉障碍、辐射信号强度的限制、其它 无线活动所引起的干扰以及多种相关现象,因此即使无线链路经过很好 地设计以及正确地操作,其中的传输错误也会非常多。
为了防止数字通信系统内的传输错误,需要采用信道码。
这些码可 以以冗余形式生成奇偶校验比特,该比特包含在分组内。
由于增加了冗 余,接收机能够以某种确信度检测到出现的传输错误,并且通常可以校 正这些错误。
然而,信道码检测以及校正传输错误的能力都要有一定的代价:奇 偶校验比特要求额外的传输带宽,或者要加上更长的传输时间,并且因 此会使经济效果差。
而且,编码和译码所要求的设备也会相对复杂。
在 具备大量数据通信特征的小型无线通信终端领域内,信道编码和译码设 备的负担最终变得繁重,正比于其费用,并且还正比于其对体积、散热 和电池功率的需求。
这样,尽管在无线系统(不可避免地会易于出现传 输错误)中迫切需要信道码,但也不能采用无限的信道码,而是必须要 在信道码能力和对带宽、经济效果和终端大小限制之间找到实际的平 衡。
使平衡问题更加复杂的情况是:由于分组头中通常承载用于把分组 传递到正确目的地的关键信息,因此落入分组头中的传输错误要比落入 分组净荷中的传输错误更加麻烦。
为了响应区分分组头错误和净荷错误 的需要,在相关技术中教导采用第一组奇偶检验比特去保护分组头,并 且采用第二组奇偶校验比特去保护净荷。
典型地,可以根据按相对低阶 的生成多项式计算得到的循环冗余校验(CRC)来得到第一奇偶校验比 特,而且第二奇偶校验比特可以来源于按相对较高阶的生成多项式计算 得到的CRC。
例如,四比特的CRC域可以被包含作为头标的最后一个 域,而且十六比特的CRC域可以被包含作为净荷的最后一个域。
然而从本质上讲,上述错误控制方法并不是有效的。
一方面,用于 保护头标的冗余比特需要消耗宝贵的传输时间或者带宽,因此冗余比特 的数量是要受到限制的。
另一方面,有限冗余比特数量保护头标中所承 载关键信息的能力也是有限的。
而且,接收机需要两个单独的CRC译码 器,一个用于头标校验,另一个用于净荷校验。
需要两个单独译码器会 为系统带来不希望的复杂性。
最后,由于两个单独CRC译码器内的每个 译码器都是根据其保护下的比特单独地并且盲目地进行动作,因此上述 错误控制方法不能适应于有缺陷信息内的特征的变化。
因此相关技术中 给出的方法是不灵活的。
例如,该方法要求多种不同的分组结构,以容 纳多种多媒体应用,其中分组内关键信息的定位并非一定要遵循简单的 头标-净荷二分法,而是可以根据不同应用以及不同分组进行变化。
或者,相关技术中教导采用复信道码,试图对单一分组范围内的比 特提供非平等地保护。
不幸的是,这些码都有很多缺点,限制了它们的 实际应用。
在某些实例中,这种码对其保护下的比特所能提供的最大和 最小保护程度是几乎没有区别的。
在其它实例中,当这种码被扩展应用 到需要显著区分其最大和最小保护能力的情况时,它们的性能就会大大 降低。
而且如果这种码被要求去适应多媒体系统不断变化的要求,其中 分组内关键信息的定位从第一应用变化到第二应用,以及在第一应用中 从第一分组变化到第二分组,则所得到的编码器和译码器都将是非常复 杂的,并且因此当其被用于便携式设备(例如小型无线通信终端)时, 终端的成本会较昂贵,难以令人满意,而且还易于消耗过多的电池功率。
由于相关技术中存在这些以及其它限制,因此存在对一种方法的需 要,用于判断数字信息中哪个子集因为传输错误而有缺陷,并且在这些 子集性质差别的识别中动作,这里该方法是:a)适当灵活的以满足多媒 体业务的要求;b)当需要时,具备较强的防止传输错误的能力;以及 c)有效地利用电池功率、传输带宽以及处理资源,使其可以实际应用于无 线通信当中。
发明概述 因此,本发明的一个目的在于:提供一种对流过数字通信系统的信 息中的传输错误进行响应的方法,其中该方法可以判断信息内的哪个子 集有缺陷,并且在这些子集特征间差别的识别中动作。
因此本发明的另一个目的在于:提供一种处理数字信息的方法,其 中该方法对数字通信系统内出现的传输错误进行响应,并且该方法是适 当灵活的以满足多媒体业务的需求,在这种多媒体业务中,分组内关键 信息的定位从第一应用变化到第二应用,以及从第一分组变化到第二分 组。
本发明的另一个目的在于:提供一种对数字通信系统内的传输错误 进行响应的改进方法,其中该改进方法可以有效地利用电池功率、传输 带宽以及处理资源,使得该改进方法可以实际应用于无线通信当中。
在本发明的优选实施例中,通过根据信道码计算分组的伴随式,并 且检验计算得到的伴随式,对输入分组进行译码。
当伴随式为全零时, 按常规方式,把分组向上传递给通信协议栈。
当伴随式不是全零时,通 过找到与伴随式相关的陪集首项,继续执行译码操作。
陪集首项被用于 去判断分组内的哪个域最可能有缺陷。
在这种判决的基础上,然后根据 随后方法,拒绝、校正或者不经校正就接受该分组。
当具备关键重要性 的域有缺陷时,拒绝分组。
当分组的关键域保持完整,但其一个或多个 具备可校正重要性的域有缺陷时,校正分组内可校正域中的传输错误, 并且把分组向上传递给协议栈。
否则,由于分组的关键域和可校正域保 持完整,而其中至少一个具备可容忍重要性的域有缺陷,则可以不对该 分组进行校正而把它向上传递给协议栈。
在本发明的优选实施例中,当信息非灵活地不能容忍错误时,该信 息具备关键重要性(或者是“关键的”)。
当信息可以容忍足够多的错 误而经得住在纠错译码器的校正尝试后仍存在的偶发错误时,该信息具 备可校正的重要性(或者是“可校正的”)。
如果尽管信息内包含大量 的传输错误,该信息还可容易地被使用,则该信息具备可容忍的重要性 (或者是“可容忍的”)。
典型地,分组的一个或多个头标域是关键的。
典型地,分组的净荷域可以:a)当承载非灵活地不能容忍任何错误风险的 数据(例如金融数据或者关键系统管理指令)时,其是关键的,b)当承 载例如用于在屏幕上静止显示的图像或数据信息时,其是可校正的,以 及c)当承载例如用于实时播放的话音或视频信息时,其是可容忍的。
典 型地,分组的奇偶校验域是可校正的。
根据优选实施例,本方法被提供对数字信息内的传输错误进行响 应,该数字信息受信道码的保护,并且被分割为例如头标域、净荷域以 及奇偶校验域的多个域,其中该方法包括步骤:根据信道码对数字信息 进行译码;响应译码步骤,识别多个域内的有缺陷域;判断有缺陷域的 特征;并且根据该特征,处理数字信息。
本发明的优选实施例针对那些用于处理混合媒体或多媒体系统内 信息的当前方法的缺点,其中某些应用可以比其它应用更加能够容忍传 输错误,而且甚至在一个给定分组内,某些传输错误会比其它错误更加 麻烦。
这样,当通信系统承载混合业务时(从例如信用卡号的关键财务 信息,到用于屏幕显示的普通字符文本或图像,到经过数字编码的语音 或视频信号),就会出现由传输错误导致的有缺陷信息的相对重要性问 题。
这些应用当中的每种应用都要求采用不同的方法去处理传输错误。
当关键信息被认为有缺陷时,不应该对此进行校正;而是为了有利 于新信息的重传,使得崩溃的危险性可以降到最小,应该拒绝该信息。
在不同的情况下,例如当用于普通屏幕显示的文本被认为有缺陷时,可 以通过信道码对传输错误进行校正,而不会带来非必要的风险,尽管在 极少情况下,校正本身也会不正确。
在另外的不同环境中,例如当承载 数字编码的语音或视频的分组有缺陷时,根据分组的哪个域受到了影 响,可以对其进行适当地处理。
当传输错误落在分组净荷中时,由于净 荷中出现的传输错误除了会对传输可信性带来一定损害之外几乎没有其 它的后果,因此有时可以不对净荷进行校正就可以使用。
另一方面,当 传输错误落入分组头内时,由于头标内通常承载把分组传递到正确目的 地的关键信息,因此最好要丢弃该有缺陷分组。
或者根据有缺陷头标内 特定域的性质,可接受地校正错误。
本发明的一个优点在于:具备根据信息子集特征去处理信息的能 力,其中该子集因传输错误而有缺陷。
本发明的另一个优点在于:当信息因传输错误而有缺陷时,具备有 效并且经济地处理多媒体系统信息的适应性。
本发明的另一个优点在于:可以有效地利用电池功率、传输带宽以 及处理资源,使得本发明可以实际应用于经常受到传输错误影响的无线 通信当中。
附图简述 参考随后更加详细的描述以及权利要求和附图,可以更好地理解本 发明的优点和特征,附图中相同的元素采用相同的符号来标识,其中: 图1以通用形式给出现有技术中数字通信系统的框图; 图2是说明优选方法的逻辑操作的流程图,该方法判断输入信息的 哪个域因传输错误而有缺陷,并且采用与至少一个有缺陷域的特征相关 的措施来处理信息; 图3是给出根据现有技术、适于通过图1中所示数字通信系统传输 的分组的结构; 图4是按照本发明的优选方法,在接收输入信息后,图1中第二处 理器的操作流程图; 图5是图4的改进,适于采用线性信道码,并且显示在接收到输入 信息后图1中第二处理器的操作; 图6是按照本发明的优选方法,在接收到为其找到分割的陪集首项 的输入信息后图1中第二处理器的操作流程图;以及 图7是图6中所给出优选方法的改进,其中该改进中包括找到部分 伴随式。
发明详述 为帮助描述本发明,图1给出了根据现有技术的、示范数字通信系 统。
信息源110生成被发送到信息宿120的信息。
信息源110把信息传 递给第一处理器130a或者其它逻辑或电路,后者根据组成第一通信协议 栈140a的软件对信息进行调整,借助发射机或者调制器160,通过通信 信道150传输。
在通信信道150的另一端,接收机或者解调器170接受 输入信息,并且将其传递给第二处理器130b或其它逻辑或电路,后者根 据组成第二通信协议栈140b的软件对信息进行调整,提供给通信息宿 120。
图2是当输入数字信息因传输错误而有缺陷时,第二处理器130b的 逻辑操作的优选方法的流程图。
在模块210接收输入信息。
在模块220 校验接收到的信息中是否出现传输错误。
当信息中没有发现传输错误 时,在模块240,按照传统方式把信息向上传递给第二协议栈140b。
当 发现传输错误时,则在模块250,根据随后描述的方法对有缺陷的信息域 进行标识,并且在模块260,根据有缺陷域的相关特征,对信息进行处理。
根据本发明,处理信息的操作中包括但不局限于:调用各种适于有缺陷 信息子集和传输信道性质的错误控制和错误恢复方法;把有缺陷信息按 路由传递给可替代的目的地;根据缺陷的特性和出现,对用户进行收费 或计账等等。
图3描述了根据现有技术、通过通信信道150的信息的示范组织结 构。
出于说明的目的,信息显示为比特的分组310,适于协议栈140a、 140b(见图1)的第二层到第二层的操作。
在实际系统中,为响应信息源 110和信息宿120的需求(即响应采用数字通信系统的应用的需求),并 且还响应协议栈140a、140b的更高层的需求,分组310中还可以具备附 加头标和尾标信息。
为了清楚,图3中省略了这些附加头标和尾标信息。
图3中给出的分组310内包括三个域:头标域320、净荷域350以及 奇偶校验域380。
头标320内包含标识信息源110的来自地址域325、标 识信息宿120的去往地址域330、以及传递应用特性或信息源110和信息 宿120参与的会话的标识的消息标识符域335。
因此,消息标识符域335 可以用于去识别净荷域350所承载信息的性质和标识,以及识别信息会 话和拥有分组310的用户。
根据能够纠错或检错的信道码来计算奇偶校 验域380内的比特。
例如,可以根据下述的二进制汉明码来计算奇偶校 验域380内的比特,这种码在1970年Prentice-Hall出版的、Shu Lin的 《An Introduction to Error Correcting Code(纠错码导论)》一书的第5.2 节中,以及1968年McGraw-Hill出版的、Elwyn Berlekamp的《Algebraic coding Theory(代数编码理论)》一书的第5章中有进一步的描述,在此引 入这两本书作为参考。
在本发明的优选实施例中,分组310中的每个域都与一个或者多个 特征相关。
这些关联的列表、目录或者数据库以及辅助信息都被保存在 或者可用于第二处理器130b或者其代替元件中。
这些特征中可以包括但 不局限于:域中所承载信息的重要性;域在信息中的位置;使用该域的 应用的特性或会话标识;当域被发送或接收时的时刻或者日期;域被发 送或接收的地理位置;对域中所承载信息进行发送或接收一方的标识; 业务、服务质量和服务等级考虑等等。
出于解释清楚的目的,而不是出于限制的目的,在此所进行的讨论 主要考虑域中所承载信息的重要性特征。
关于此特征,信息的重要性被 认为是关键的、可校正的或可容忍的。
当信息非灵活地不能容忍错误时, 该信息是关键的。
当信息能够容忍足够多的错误而经得住在纠错译码器 的校正尝试后的偶发错误时,该信息是可校正的。
如果尽管信息内包含 大量的传输错误,但该信息还可以被传递给信息宿120且很容易使用时, 则该信息是可容忍的。
或者当尽管假设校正的传输错误的数量被认为超 过纠错信道码的纠错能力,对传输错误所进行的纠正尝试结果仍然被传 递给信息宿时,信息也被认为是可容忍的。
典型地,分组310内的一个 或多个头标域325、330和335都是关键的。
当所承载数据是非灵活地不 能容忍任何错误风险时(例如金融数据或者关键系统管理指令),净荷 域350也被认为是关键的,当所承载的图像或数据信息用于在屏幕上静 止显示时,认为净荷域350是可校正的,以及当其所承载语音或视频信 息用于实时播放时,净荷域350是可容忍的。
奇偶校验域380是典型可 校正的。
本发明可以根据传输错误所落入的域的相关特征,来区分传输错 误。
在下述的优选实施例中,采用下述方法,对被认为落入输入信息的 关键域、可校正域和可容忍域的错误进行区分,并且在这些区分的识别 中处理该信息。
更加特别的是,图4中描述了在接收到输入信息后(例如在接收到 输入分组310后)第二处理器130b的操作。
在模块410中接收输入信息。
在模块420内判断信息中的哪个域或哪个部分有缺陷(如果有的话), 并且在模块430中检验这种判决结果。
当信息被判断没有缺陷时,即指 示没有出现传输错误,则在模块440中,按照常规方式把信息向上传递 给第二协议栈140b。
否则(即当信息有缺陷时),通过比较有缺陷域和从保存在或可用 于第二处理器130b或其代替元件中内具备关键重要性的域相关的列表、 目录或数据库中搜索到的信息,在模块460内判断是否任何关键域有缺 陷。
当至少一个关键域有缺陷时,在模块470中拒绝该信息。
典型地(但 不是必定地),在提供自动重复请求(ARQ)机制(没有画出)条件下, 信息源110可以重新发送被拒绝的信息。
当关键域内没有找到缺陷时, 则在模块475再次参考列表,判断可校正域内是否有缺陷。
当发现可校 正域有缺陷时,在模块480内校正这些域中的传输错误,并且在模块440 中把这些信息向上传递给第二协议栈140b。
否则(即存在缺陷,但是没 有处于关键域或可校正域内),有缺陷域必定是可容忍的,并且在模块 440把信息向上传递(未校正)给第二协议栈140b。
或者,当存在缺陷 但缺陷没有落入关键域或者可校正域内时,可以试图去校正可容忍域内 的传输错误,并且把结果向上传递给第二协议栈140b。
图5是图4的改进,适用于本发明优选实施例,其中包括二进制线 性信道码。
类似于图4,图5表示在接收到输入分组310后第二处理器 130b的操作。
在模块510接收输入分组310。
在模块520中通过计算伴 随式,对输入分组进行译码。
在模块530中对伴随式进行检验。
当伴随 式为全零时,表示没有传输错误,则在模块540中,按照常规方式把分 组310向上传递给第二协议栈140b。
否则(即当伴随式不是全零时), 在模块550通过找到与伴随式相关的陪集首项,继续对输入分组进行译 码。
在模块560检验陪集首项,判断在与分组310的关键域相对应的比 特位置上是否有非零项。
该步骤的目的在于测量其中任何关键域是否有 缺陷。
当非零伴随式项对应于分组310的一个或多个关键域时,在模块 570拒绝分组310。
否则(即当非零伴随式项不与其中任何关键域相对 应),在模块575检验陪集首项,判断在与分组310的可校正域相对应 的比特位置上,陪集首项是否有非零项。
当校验结果为真时,也就是意 味着可校正域内有缺陷,在模块580内对可校正域内的传输错误进行校 正,并且在模块540把分组310向上传递给第二协议栈140b。
否则(即 存在缺陷但是它们没有处于关键域或可校正域内),有缺陷域必定是可 容忍的,并且在模块540把分组310向上传递给(未校正)第二协议栈。
或者当有缺陷域是可容忍的时,可以试图去校正可容忍域内的传输错 误,并且把结果向上传递给第二协议栈140b。
为了进一步理解上述以及在图4和图5中给出的操作,考虑大小为q 的有限代数域内的(n,k)线性信道码,其中k是输入字的长度,而且n>k 是码字的长度。
(注意此处出现的复合术语“有限代数域”,以及整个 文档中出现的简单术语“域”,在长期形成的传统使用以及本文档中, 具备不同的意义)。
代码由k行n列的生成矩阵G来表示。
在整个文档 中,i元组指长度为I的行向量,其中元素来自有限代数域。
输入字x的 格式可以为k元组,并且按照下述公式,在有限代数域内利用适当的加 法和乘法运算,映射为n元组的码字y: y=xG 与G相关的是m=n-k行和n列的奇偶校验矩阵H。
矩阵H是满 秩的,并且满足等式: GHT=[0]    (1) 其中上标(T)表示转置运算,并且[0]是k行m列的零矩阵。
对于 任意的n元组z,其伴随式s是由下式给出的m元组,即 s=zHT根据公式(1),当且仅当z是由G所生成的码字时,s是全零的。
换句话说,伴随式可以提供一种方式去识别码字,并且因此还可以检测 传输错误。
对于通用线性编码来说,最有效的译码器使用伴随式。
译码过程如 下进行:首先根据伴随式,把所有qn个n元组分级。
可以证明存在qm个级,也被称作陪集,其中每级包括qk个n元组。
对于每个陪集来说, 选择汉明权重(非零元素的个数)最小的n元组e作为陪集首项。
当然, 这组码字就是对应于全零伴随式的陪集。
而且对于线性编码来说,全零 的n元组是一个码字,并且它是与该组码字相一致的陪集的陪集首项。
伴随式译码器存储一组qm个伴随式s及其相应的陪集首项e的列 表。
当码字y通过噪声传输信道进行传输且被接收作为n元组z时,首 先伴随式译码器计算伴随式: s=zHT然后利用相应的陪集首项e作为最可能被传输信道干扰的错误模 式,并且从z中减去该模式: y’=z-e 结果得到的y’(也是码字)是译码器能够生成的有关真正码字y的 最佳猜测。
根据y’,译码器可以生成相应的输入字x’,作为有关真正输 入字x的最佳猜测。
注意当译码器使用汉明权重i的陪集首项时,可以有 效地校正i个错误。
在识别信道码的校正限制的情况下,本发明的优选实施例对译码器 允许进行纠错的程度进行限制,超出该限制的校正尝试本身就可能引入 错误。
在该优选实施例中,根据递增的陪集首项的汉明权重,对陪集首 项及其对应伴随式进行排序。
也就是,全零的陪集首项处于第一位,随 后是权重为1、2等的陪集首项。
在产生的排序的基础上,译码器被配置 去校正直到特定权重的错误,并且检测但不校正较小权重的错误。
为了进一步理解细节,考虑如下情形:输入数字信息或输入字x由 具备不同重要性或具备其它特征差别的信息部分组成。
不失一般性,为 了描述的方便,假设x由x1和x2毗连组成: x=[x1 x2] 其中x1包含需要以高度可靠性接收的信息(例如分组头或者头标内特定 域的关键信息),而x2包含能够经得住若干错误而不会带来严重后果的 信息(例如承载数字化图像元素的净荷的可校正信息)。
为了简单,我们考虑系统形式的生成矩阵,即左边的k列与单位矩 阵相符合。
这就意味着码字y的前面k个符号与输入字x相符合。
如下 式来表示码字y: y=[x1 x2 p] 其中p包含奇偶校验符号。
令n1表示x1的长度,而且n2=n-n1
由于x1和x2具备不同特征并因而当它们有缺陷时需要进行不同地处 理,所以译码器应该不同地对待x1和x2
考虑陪集首项e及其相应伴随 式s。
每个陪集首项e被分割为包含e的最左边n1个元素的e1,和包含剩 余的n2个元素的e2
这样的结果被称作分割的陪集首项。
我们选择两个 门限值T1和T2,有时将其中一个或者两个设置为零。
在此,T1表示译码 器对接收到的n元组z的最左边n1个元素所允许校正的最大错误数量, 其中在该实例中这些元素是头标,而T2表示译码器对剩余的n2个元素所 允许校正的最大错误数量,在这种情况中,这些元素表示净荷。
通过分 别比较e1、e2的权重和T1、T2,允许对陪集首项e进行分级。
图6给出根据上述思想的、本发明优选实施例的逻辑操作流程图。
在模块610接收输入分组310。
在模块620计算输入分组310的伴随式。
在模块630检验伴随式,查看它是否为全零。
当伴随式为全零时,在模 块640,按常规方式把分组向上传递给第二协议栈140b。
否则(即伴随 式不为全零),在模块650找到分割的陪集首项。
在模块660检验该分 割陪集首项的最左边部分(e1)。
当e1不为全零时,在模块670比较e1的汉明权重和第一门限值T1
当e1的汉明权重超过门限T1时,在模块 675拒绝分组。
否则,在模块680对e1作出响应,校正输入字最左边部 分内(在该实例中是分组头)的传输错误。
在模块680中对这些错误校 正后,以及当在模块660中发现e1是全零时,则在模块685比较e2的汉 明权重和第二门限T2
当e2的汉明权重超过门限T2时,在模块675中拒 绝分组。
否则,在模块690中响应e2,校正输入字最右边部分内(在该 实例中是分组净荷)的传输错误,并且在模块640中把分组向上传递给 第二协议栈140b。
为了进一步理解这些思想,考虑n=7、k=4的简单二进制汉明码。
系统的生成矩阵G由下式给出: G = 1000110 0100101 0010011 0001111 ]]>并且其对应奇偶校验矩阵H为: H = 1101100 1011010 0111001 ]]>伴随式s和相应陪集首项为: 表中指出:示范汉明码能够校正权重为0或1的所有错误模式,而不能 校正其它的错误模式。
现在假设n1=2、T1=0以及T2=1。
表中指出:s=(101) 和s=(110)对应于e中最左边两个符号(也就是e1)内的任一中的错误。
给 定接收到的n元组z,首先计算s。
如果s=(101)或者s=(110),则已经超 过对e1的校正限制,并且分组或者接收到的n元组被拒绝。
否则,译码 器对于e2进行纠错。
图6中方法的变型描述如下:如图6的模块670和675,如果超过接 收到的n元组内一部分的校正限制,可能导致停止译码过程,则计算刚 刚足够的伴随式来做出判决是更加有效的。
特别是,我们首先把对应于 G的奇偶校验矩阵H分为两部分,H1包含H的最左边的n1列元素,并 且H2包含剩余的n2列。
给定接收到的n元组z,计算第一分组伴随式和 第二分组伴随式是方便并且有效的,即 s1=z1H1Ts2=z2H2T其中z1包含接收n元组z中最左边的n1个元素,并且z2中包含剩余的n2个元素。
该过程的线性可以保证: s=s1+s2由于z1中的元素个数要少于z,因此计算s1的复杂度要低于计算s的复杂 度。
因此,可以按照如下方式来修改译码过程,以提高其计算效率:首 先计算s1,如果超过了校正限制,则停止。
如果没有,则计算s2,并且 完成译码过程。
更加特别的是,图7给出根据这些思想的、本发明优选实施例的流 程图。
在模块710接收输入分组。
在模块715计算接收分组的第一部分 伴随式s1,并且在模块720找到分割的陪集首项的最左边部分e1
在模 块725校验部分e1,查看它是否为全零。
当伴随式不为全零时,在模块 730比较e1的汉明权重和第一门限T1
当e1的汉明权重超过门限T1时, 在模块735拒绝分组310。
否则(即汉明权重没有超过门限),在模块740校正输入字最左边 部分(在该实例中为分组头)内的传输错误。
在模块740中这些错误校 正后,以及当在模块725内发现e1为全零时,在模块745计算第二部分 伴随式s2
在模块750找到分割的陪集首项的最右边部分e2,并在模块 755中检验最右边部分e2
当e2为全零时,在模块760把分组310向上 传递给第二协议栈140b。
否则(即e2不是全零),在模块765比较e2汉明权重和第二门限T2
当e2的汉明权重超过门限T2时,在模块735拒绝分组。
否则,在模 块770校正输入字最右边部分(在该实例中为分组净荷)内的传输错误, 并且在模块760把分组310向上传递给第二协议栈140b。
已通过特定术语实例来描述本发明,使得本发明容易理解。
然而本 发明并不局限于这些示范术语和元素,而且还可以应用于多种数字通信 系统中。
例如尽管为了描述的清楚性,在此讨论了汉明码,但本发明并 不局限于使用汉明码;而是,本发明还包括使用其它冗余和奇偶校验方 法,其中包括在前面提到的参考文献(lin和Berlekamp)以及更多新近 发表的文献中所描述的多种线性纠错和检错码,所有这些都包含在术语 “信道码”的范畴之内。
而且一旦被教导给本发明,本领域的技术人员 就会理解到,相对图1的通信系统的描述是通用的,而且本发明还可适 用于其它类型的通信系统,包括被组织成容纳帧、连续比特流以及其它 信息和分组的通信系统;还可以应用于具备其它域和数据组织的其它类 型的分组结构;还可用于其它类型的通信信道,包括可以跨越广阔区域、 城市区域、本地区域、电子组件和部件、微芯片和存储器的有线和无线 信道,可以为其采用适当的发射机或调制器160以及接收机或解调器 170,其中包括基带设备以及其它类型的这种设备;还可以应用于各种应 用以及净荷信息。
而且当然,本发明还可以在不脱离本发明的精神和基 本特征的情况下,不采用在此所提出的方式,而以其它特定方式来执行。
因此从所有方面来看,本发明的实施例都应被看做是说明之用,而不是 出于限制的目的。
处于所附权利要求的意义以及等效范围之内的所有变 化都被包含在这些权利要求之内。
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