FI106758B

FI106758B - Segmentointimekanismi lohkoenkooderia varten

Info

Publication number: FI106758B
Application number: FI990863A
Authority: FI
Inventors: Esko Nieminen; Lauri Pirttiaho
Original assignee: Nokia Networks Oy
Priority date: 1999-04-16
Filing date: 1999-04-16
Publication date: 2001-03-30
Also published as: CN1300468A; EP2323266A1; ATE537609T1; EP1095461B1; FI990863A0; CA2333109A1; JP2002542706A; BR0006049A; EP1095461A1; FI990863A; CA2333109C; CN100508404C; AU3969700A; WO2000064057A1; US6437711B1; BRPI0006049B1; CN1574649A; CN1191684C

Description

1 106758

Segmentointimekanismi lohkoenkooderia varten

Keksinnön tausta

Keksintö liittyy menetelmiin ja laitteistoon lohkoenkoodereita varten. Kuten tunnetaan, lohkoenkoodereita käytetään usein virheenkorjaukseen.

5 Esimerkki lohkoenkooderista on ns. turbo(en)kooderi, joka esitetään lähteessä 1.

Kuvio 1 on lohkokaavio turboenkooderista TE, joka on kytketty vastaavaan turbodekooderiin TD (lähetys)kanavan kautta, tyypillinen turboen-kooderi välittää alkuperäisen informaation suoraan kanavaan. Näitä bittejä 10 kutsutaan systemaattisiksi biteiksi. Lisäksi turboenkooderi lisää redundanssia (pariteettia) yksinkertaisilla koodereilla 1 ja 2, joista viime mainittua edeltää lomitin P, joka permutoi alkuperäisen informaation bittejä. Lohkoenkooderin yksityiskohdat eivät kuitenkaan ole olennaisia keksinnön ymmärtämisen kannalta, vaan viitataan alan kirjallisuuteen.

15 Streaming-enkoodereista poiketen lohkoenkooderit käsittelevät yh den tai useamman datalohkon kerrallaan. Syötedatalohko, jonka koko ylittää lohkoenkooderin lohkon koon, on jaettava pienempiin segmentteihin siten, että yksikään segmentti ei ole suurempi kuin lohkoenkooderin lohkon koko. Tämän vuoksi lohkoenkooderit ovat erityisen sopivia sovelluksiin, joissa syötelohkon 20 koko on kiinteä. Ongelmana lohkoenkooderien yhteydessä on, että ne eivät helposti sovellu sovelluksiin, joissa syötelohkon koko on muuttuva (dynaaminen). Toisin sanoen, on avoin kysymys, mitä tulisi tehdä syötedatalohkon muutamalle viimeiselle segmentille.

• m

Keksinnön lyhyt selostus 25 Keksinnön tavoitteena on tuottaa mekanismi lohkoenkooderien käyttämiseksi sovelluksissa, joissa syötelohkon koko on muuttuva (dynaaminen). Mekanismin tulisi olla yleispätevä soveltuakseen käytettäväksi useassa erilaisessa lohkoenkooderissa.

^ Tämä tavoite saavutetaan menetelmällä ja järjestelmällä, joille on 30 tunnusomaista se, mitä sanotaan itsenäisissä patenttivaatimuksissa. Keksinnön edulliset suoritusmuodot ovat epäitsenäisten patenttivaatimusten kohteena.

Suoraviivainen ratkaisu olisi täyttää syötedatalohkon segmentti lohkoenkooderin lohkokokoon asti. Jos oletetaan, että lohkokoko on 8 kilobittiä 35 (kb), 14 kilobitin syötedatalohko jaettaisiin ensimmäiseen segmenttiin, jonka 2 106758 koko on 8 kb, ja toiseen (viimeiseen) segmenttiin, jonka nettokoko on 6 kb ja jossa on 2 kb täytebittejä (padding). Tämän suoraviivaisen ratkaisun etuna on, että lohkoenkooderin ei tarvitse sopeutua muuttuviin syötelohkon kokoihin.

Keksintö perustuu siihen ajatukseen, että syötelohkolle, jonka koko 5 ylittää lohkoenkooderin lohkokoon: 1) ennen koodauksen aloittamista määritetään syötedatalohkon koko; ja 2) syötedatalohko jaetaan likimain yhtäsuuriin segmentteihin siten, että yksikään segmentti ei ole suurempi kuin lohkoenkooderin lohkokoko.

10 Keksinnön edullisen suoritusmuodon mukaan syötedatalohko jae taan pienimpään mahdolliseen määrään segmenttejä. Toisin sanoen segmentit ovat mahdollisimman suuria.

Keksinnön vaihtoehtoisen suoritusmuodon mukaan syötedatalohko jaetaan lukumäärään 2n segmenttejä, missä n on positiivinen kokonaisluku.

15 Keksinnön vielä erään edullisen suoritusmuodon mukaan, mikäli syötedatalohkon jakaminen tuottaa viimeisen segmentin, joka on lyhyempi kuin muut segmentit, syötedatalohko tai viimeinen segmentti täytetään muutamalla täytebitillä, kunnes viimeisen segmentin pituus on yhtä suuri kuin muiden segmenttien. Sen sijaan suoraviivaisesta ratkaisusta poiketen viimeistä 20 segmenttiä ei täytetä lohkoenkooderin täyteen lohkokokoon asti (elleivät muut segmentit myös satu olemaan tämänkokoisia).

Kuvioiden lyhyt selostus

Keksintöä selostetaan nyt lähemmin edullisten suoritusmuotojen yhteydessä, viitaten oheisiin piirroksiin, joista: 25 Kuvio 1 on turboenkooderin lohkokaavio; ja

Kuvio 2 esittää syötedatalohkon jakamista useaan segmenttiin tur-boenkooderia varten.

Keksinnön yksityiskohtainen selostus Ύ Keksinnön useita suoritusmuotoja selostetaan nyt turboenkooderin 30 yhteydessä, josta esimerkki esitetään lähteessä 1. Turbo- tai muun enkooderin yksityiskohdat eivät kuitenkaan ole keksinnön ymmärtämiselle olennaisia.

Turboenkooderin ja vastaavan dekooderin toteuttamista voidaan helpottaa rajoittamalla koodauslohkon pituutta. Kohtuullinen arvo koodausloh-kon pituudelle on 8192 bittiä mukaanlukien käyttäjädata, mahdollinen virheen-35 paljastuskenttä (CRC) ja pääte. Käytetään seuraavia merkintätapoja: 3 106758 Λ/tail = päätebittien määrä Tdelay (sekuntia) = käyttäjän datalohkon pituus RData (bittiä sekunnissa) = käyttäjän palveludatanopeus Λ/extra = alkuperäiseen käyttäjädataan lisättyjen muiden bittien määrä (CRC...) 5 Lcb = koodauslohkon maksimipituus.

Seuraava ehto on tyydytettävä: ^data * Tdelay + Λ/extra + Λ/jail - /-es [1]

Ellei tätä ehtoa tyydytetä, koodattava data on segmentoitava siten, että kukin erillinen segmentti tyydyttää ehdon. Segmenttien määrän Ns on tyy-10 dytettävä ehto: pyöristä_ylös((RDATA * 7"DELAY + ) /Ns) + A/TA!L < LCB [2]

On edullista valita pienin Ns, joka tyydyttää epäyhtälön [2]. A/s voidaan laskea kaavasta:

Ns = pyöristä_ylös((RDATA * Tdelay + Trxjra) / (/-es — Λ/jail )) [3] 15 Voi sattua, että kaikki koodauslohkot eivät ole samanpituisia, eli että (/^data * T’delay + T'exjra) / A/s ei ole kokonaisluku. Tässä tapauksessa on ainakin kaksi vaihtoehtoista ratkaisua, joita kutsutaan algoritmeiksi A ja B. Algoritmissa A viimeisen segmentin sallitaan on eripituinen kuin muiden segmenttien. Algoritmissa B syötedataan lisätään määrä NFlLL täytebittejä (esim. nollia) siten, että ... 20 (RDATA * TDELAY + Texjra) / Λ/g on pienin mahdollinen kokonaisluku.

* · 4 (Vaihtoehtoisesti täytebitit voidaan liittää viimeiseen segmenttiin segmentoinnin jälkeen).

Algoritmi A

Algoritmi A sallii viimeisen segmentin olla lyhyempi kuin muiden ^ " 25 segmenttien. Algoritmi A käyttää seuraavia syötteitä: • ·

Rdata = käyttäjän datanopeus (bittiä sekunnissa)

Tdelay = koodattavan käyttäjädatalohkon pituus (sekuntia) Λ/extra = käyttäjädataan ennen koodausta lisättävä ylimääräinen data(bittejä) Ntml = enkoodauslohkoihin lisättävien häntäbittien määrä 30 Algoritmi A tuottaa seuraavat tulokset: Λ/δ = segmenttien määrä 4 106758 Λ/γβ = bittien määrä turboenkooderin syötelohkoissa paitsi viimeisessä Λ/lastjb = bittien määrä viimeisessä turboenkooderin syötelohkossa.

Algoritmissa A suoritetaan seuraavat laskutoimitukset:

Ns = pyöristä_ylös((RDATA * 7"delay + A/extra) ! (/-es ~ ^/tail )) 5 Njq = pyöristä_ylös((f?DATA * rDELAY + A/extra) / Ns) + A/TA1L; A/rem = jakojäännös (/?Data * ^delay + A/extra) / A/s;

Jos /VREM ei ole nolla, niin = NTB-NS + Nnm muuten Λ/^ττβ = A/TB

Loppu.

Jos algoritmia A käytetään, niin tarvitaan adaptiivista turboenkoode-10 ria, sillä turboenkooderin viimeinen syötelohko voi olla muita lyhyempi. Systemaattisten bittien määrä enkooderin annossa on: /^DATA * T’dELAY + A/exjrä + A/s * NJML [4]

Segmentin päättämisestä johtuvien bittien lisäksi muita lisäbittejä ei siis ole.

15 Algoritmi B

Kuten kuviossa 2 näytetään, algoritmissa B kaikki turboenkooderin syötelohkot ovat samankokoisia. Algoritmin B syötteet ovat: RDATa = käyttäjän datanopeus (bittiä sekunnissa) "/"delay = koodattavan käyttäjädatalohkon pituus (sekuntia) 20 A/extra = käyttäjädataan ennen koodausta lisättävä ylimääräinen data(bittejä) Nmi = enkoodauslohkoihin lisättävien häntäbittien määrä > · «

Algoritmin B tulokset ovat: A/s = segmenttien määrä

Ntb = bittien määrä turboenkooderin syötelohkoissa 25 /V/FILL = täytebittien (esim. nollien) määrä viimeisessä turboenkooderin syöte-lohkossa.

~y Algoritmissa B suoritetaan seuraavat laskutoimitukset:

Ns = pyöristä_ylös((RDATA *

Tdelay + A/extra) / (/-es “ A/tail )) A/tb = pyöristä_ylös((f?DATA * TDELAY + N^ra) > Ns) + /VTA,L 30 Nrem = jakojäännös (RDATA * ^delay + A/extra) / A/s

Jos Nrem * 0 niin lisää /VFILL = (A/s- NREM) nollabittiä syötedatan loppuun, muuten A/fill = 0.

106758 5

Kaikki turboenkooderin syötelohkot ovat samankokoisia, ja sen vuoksi samaa turbolomitinta voidaan käyttää kaikille segmenteille. Tässä tapauksessa systemaattisten bittien määrä koko kanavan lomituslohkossa turboenkooderin annossa on: 5 Λ/s 1 (pyöristä_ylös((f?DATA 1 TDELAY + Λ/extra) l Ns) + NTMl) [5] Päätebittien lisäksi voi siis olla joitakin lisäbittejä.

Algoritmien A ja B muutoksia

Yllä olevissa algoritmeissa A ja B turboenkooderin syötelohkon pituus maksimoidaan valitsemalla pienin mahdollinen segmenttien määrä Ns. 10 Joissakin tapauksissa voi olla edullisempaa käyttää segmenttien määrää Ns, joka on kahden potenssi, mutta tämä lyhentää turboenkooderin syötelohkoja. Tässä tapauksessa yllä olevien algoritmien A ja B ensimmäiset vaiheet korvattaisiin seuraavilla kolmella vaiheella: ns ~ pyöristä_ylös((RDATA 1 TDELAY + Λ/extra) / (Lcs — A/TAiL)); 15 m = pyöristä_ylös(log2/7s);

Ns = 2m.

Lähteet: 1. C. Berrou, A. Glavieux, P. Thitimajshima: Near Shannon limit error-correcting coding and decoding: Turbo-codes, IEEE International Conference on 20 Communications, ICC 1993, Geneva, Switzerland 23-26 May, 1993, Vol. 2, pp. 1064-1070.

Kaikki lähteet sisältyvät tähän hakemukseen viittauksena.

• -• :

Claims

6 106758

1. Menetelmä syötedatalohkon (IDB) enkoodaamiseksi lohkoen-kooderilla (TE), joka kykenee prosessoimaan peräkkäisiä koodauslohkoja (CB), joiden koolla on yläraja (LCB), joka on pienempi kuin syötedatalohkon 5 (IDB) koko; tunnettu siitä, että: - määritetään syötedatalohkon (IDB) pituus ennen kuin yhtään sen datasta on enkoodattu lohkoenkooderilla (TE); -jaetaan syötedatalohko (IDB) useaan segmenttiin ^ ... SN), jotka 10 kaikki ovat olennaisesti yhtä pitkiä siten, että mikään segmentti ei ole suurempi kuin mainittu yläraja (LCB); ja - prosessoidaan kukin segmentti (S, ... SN) mainitulla lohkoenkooderilla (TE).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 15 että mikäli viimeinen segmentti (SN) on lyhyempi kuin muut segmentit (S1t S2 ...), viimeiseen segmenttiin lisätään täytebittejä (NFILL) siten, että sen pituus on yhtä suuri kuin muiden segmenttien (S,, S2...).

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mikäli syötedatalohkon pituus (IDB) ei ole mainitun ylärajan (LCB) tarkka 20 monikerta, syötedatalohkoon lisätään täytebittejä (NF,LL) siten, että sen pituus on ylärajan (LCB) tarkka monikerta.

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, ·" - tunnettu siitä, että segmenttien määrä on 2", missä n on positiivinen ko konaisluku.

5. Segmentointilaite syötedatalohkon (IDB) segmentoimiseksi pro sessointia varten lohkoenkooderilla (TE), joka kykenee prosessoimaan peräkkäisiä koodauslohkoja (CB), joiden koolla on yläraja (LcB), joka on pienempi .· kuin syötedatalohkon (IDB) koko; tunnettu siitä, että segmentointilaite on sovitettu: 30. määrittämään syötedatalohkon (IDB) pituuden ennen kuin yhtään sen datasta johtamista lohkoenkooderille (TE); - jakamaan syötedatalohkon (IDB) useaan segmenttiin (S, ... SN), jotka kaikki ovat olennaisesti yhtä pitkiä siten, että mikään segmentti ei ole suurempi kuin mainittu yläraja (LCB); ja 106758 7 -johtamaan kunkin segmentin (S! ... SN) mainitulle lohkoenkoode- rille (TE). « 8 106758