[发明专利]编码器、解码器以及具有低错误平层的编码方法

说明书

技术领域

本发明属于信息传输和信息记录的领域。具体地，本发明涉及在其中以高可靠性来传输或记录高速率数据的应用，尤其是在光通信或磁记录方面。

背景技术

在信息理论中，已经证实，在任何给定的有噪通信信道上，借助于信道编码有可能几乎无误地传输信息直到最大速率，也就是所谓的容量，它取决于信道转移概率。这一结果最早由克劳德·香农(Claude Shannon)在1948年提出，因此，对应的理论最大信息传送速率通常被称为“香农极限”。

运行接近于香农极限的实际代码经常出现所谓的“错误平层”。“错误平层”是在利用迭代解码的现代错误校正码(像是LDPC码或涡轮码)中遇到的现象，其中一般随着信噪比(SNR)增加而降低的误码率(BER)在某一些点不像以前那样地快速下降。BER随着SNR变平的区域被称为“错误平层区域”。

另一方面，没有呈现出错误流的代码(像是限制距离解码下的代数码)通常达不到香农极限。

例如，如在2009年4月ETSI EN 302 307的DVB-S2标准(V1.2.1)中所描述地，除去错误平层的常见解决方案是使用代数外码来清理高性能内码的错误平层。然而，这种方法意味着速率损失，因此意味着解码器阈值(即，解码器所能忍受的最大噪声电平)与错误平层之间的权衡。另外，这种方法需要具有较长时延的深度交织，以打破在内部解码器之后出现的错误群并且避免外部解码器过载。

如果不需要代数外码，那么错误平层必须针对每个设计而位于目标误码率以下。这通常由具有较大汉明距离的分量码的级联实现。然而，这个解决方案可导致明显的解码复杂性，尤其是在高速率数据的应用中。

非常高效的代码结构由D·特鲁海瑟夫(D.Truhacev)、M·兰特梅尔(M.Lentmaier)和K·兹冈洛夫(K.Zigangirov)于2003年6月至7月在IEEE ISIT发表的“关于编织块码(On Braided Block Codes)”中介绍的编织块码(BBC)提供。BBC是从两个块码的正交级联中获得的卷积码，并且取得优良的纠错性能。在A·西蒙尼斯·菲尔特斯道姆(A.Jiménez)、d·特鲁海瑟夫(d.Truhacev)、M·兰特梅尔(M.Lentmaier)和K·Sh·兹冈洛夫(K.Sh.Zigangirov)在2009年6月的《IEEE信息理论汇刊》上发表的“编织块码(Braided Block Codes)”中，描述沿着其他代码系的类似推导的线来计算BBC的综合距离界限的方法。然而，最小距离上的综合界限并不保证具体代码的错误平层。因此，从工程师的角度来看，针对每个设计而确定考虑实施的代码的最小汉明距离的下限将更有用。此外，BBC的界限表明它们的整体约束长度(因此，不幸的是也表明它们的时延和复杂性)随着分量码的长度和速率而快速增长。

在一些情况下，最小汉明距离不是对出现错误平层起支配作用的参数。例如，对于消息传递解码下的LDPC码，错误平层通常由与二分图中的吸收集相关联的病理模式确定，而不是由最小汉明距离确定，这可以从Z·张(Z.Zhang)、L·杜雷恰克(L.Dolecek)、B·尼克利奇(B.Nikolic)、V·阿南萨莱姆(V.Anantharam)和M·温赖特(M.Wainwright)在2006年11月的IEEE GLOBECOM上发表的“借助硬件模拟的结构化低密度奇偶校验码的错误平层的调查(Investigation of error floors of structured low-density parity-check codes by hardware emulation)”中看出。该文献中已经描述了对吸收集进行识别和后处理的若干技术。然而，它们需要冗长的模拟，所述模拟通常在FPGA上实施。由于FPGA速度有限，因此，仍存在忽视一些关键模式的残余风险，尤其是在目标误码率非常低(诸如，BER≤10^-12)的高速率应用中。

发明内容

本发明潜在的问题是提供编码器和卷积编码方案，所述编码器和卷积编码方案允许按照设计而确定最小汉明距离的下限，并且由此来排除错误平层的存在，直至给定的目标BER，同时仍允许保持得到的约束长度较低。

这个问题由根据权利要求1所述的编码器和权利要求16所述的编码方法解决。本发明进一步提供对应的解码器。从属权利要求中限定优选实施例。

根据本发明的一方面，提供用于对数字数据进行编码的编码器。该编码器包括：