Устройство и способ турбокодирования/декодирования для обработки данных кадра в соответствии с качеством обслуживания

 

Изобретения относятся к области вычислительной техники и могут быть использованы при передаче речевых сообщений. Техническим результатом является расширение класса решаемых задач. Изобретения основаны на том, что данные кодируют в соответствии с параметром обслуживания, включающего информацию, определяющую размер данных кадра. 8 с. и 29 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение в целом относится к устройству и способу для канального кодирования/декодирования данных в системе связи с мобильными объектами и, в частности, к устройству и способу канального кодирования/декодирования данных, используя турбокод.

Предшествующий уровень техники Кодер, использующий турбокод (в дальнейшем называемый турбокодер) кодирует N-битный входной кадр в символы четности, используя два простых параллельных каскадных кода, в которых РСС (рекурсивный систематический сверточный, RSC) код обычно используют в качестве кода компонентов.

Фиг. 1 и 2 иллюстрирует структуры обычного параллельного турбокодера и декодера, которые раскрыты в патенте США 5446747, включенном в настоящее описание в качестве ссылки.

Фиг. 1 является блок-схемой, изображающей конфигурацию обычного турбокодера. Турбокодер, изображенный на фиг. 1, включает в себя первый кодер компонентов 12, второй кодер компонентов 14 и перемежителъ 16, подключенный между ними. Для первого и второго кодеров компонентов 12 и 14 может использоваться РСС кодер, который хорошо известен. Перемежитель 16 имеет тот же размер, что и длина кадра, входных данных (то есть, N бит), и уменьшает корреляцию входного битового потока данных d_k, подаваемых на второй кодер компонентов 14. Поэтому параллельные сцепленные коды для входного битового потока данных, d_k, становятся х_k (то есть, d_k без изменения) и у_lk, и у_2k выходами первого 12 и второго 14 кодеров компонентов.

На фиг. 2 показана блок-схема обычного турбодекодера. Турбодекодер включает в себя сумматор 18, вычитающие устройства 20 и 22, схему 24 программно-реализуемого решения, схемы задержки 26, 28 и 30 и декодеры 32 и 34, декодеры 32 и 34 максимальной апостериорной вероятности. Турбодекодер также включает в себя перемежитель 36, идентичный перемежителю 16 на фиг.1, и обращенные перемежители 38 и 40. Турбодекодер декодирует с повторением данные, принятые кадровым блоком, используя алгоритм МАВ-декодирования, посредством этого увеличивая частоту ошибок по битам (ЧОБ). Для реализации турбодекодера вместо указанного алгоритма МАВ-декодирования может использоваться алгоритм SOVA (алгоритм Витерби с программируемым выходом - АВПВ).

Использование перемежителя 16 турбокодера, изображенного на фиг.1, означает, что кодирование и декодирование должны выполняться как блок (элемент) кадра. Соответственно, емкость требуемого запоминающего устройства и объем вычислений, требуемых для МАВ-декодеров 32 и 34, показанных на фиг. 2, пропорциональны значению, полученному умножением размера кадра на количество состояний первых и вторых кодеров компонентов 12 и 14, изображенных на фиг.1.

В системе связи с мобильными объектами, речевые сообщения и данные передают на скорости передачи данных, равной от нескольких килобит в секунду (кбит/с) до нескольких мегабит в секунду (Мбит/с), и длительность кадра данных, поступающих на канальный кодер, может изменяться от нескольких миллисекунд (мс) до нескольких сотен миллисекунд. Например, в случае, когда данные передают на скорости передачи данных свыше 32 кбит/с. Количество данных, поступивших на турбокодер, увеличивается при высокой скорости передачи данных, и турбодекодер требует большей емкости запоминающего устройства и большего объема вычислений, чтобы декодировать принятые данные. Турбокодер обладает свойством, состоящим в том, что эффективность коррекции ошибок увеличивается при увеличении длины кадра, входных данных становится больше, однако в декодере требуется увеличение емкости запоминающего устройства и объема вычислений.

К тому же, если длительность входного кадра является слишком короткой, например менее 8 кбит/с/10 мс, перемежителъ 16 в турбокодере не может в достаточной степени увеличивать корреляцию входных данных, таким образом ухудшая эффективность коррекции ошибок. То есть, если длина кадра входных данных увеличивается (или скорость входных данных высока), турбокодер, имеющий структуру, показанную на фиг.1, и турбодекодер, имеющий структуру, показанную на фиг. 2, требуют большой объем вычислений и памяти для выполнения кодирования и декодирования. В противном случае, при меньшей длине кадра входных данных, или при меньшей скорости передачи входных данных турбокодер может оказаться менее эффективным по сравнению со сверточным кодером или каскадным кодером (сверточный кодер + рекурсивный кодер), что приводит к увеличению ЧОБ.

Соответственно, можно уменьшить требуемый объем вычислений и емкость памяти, требуемой для декодирования, путем соответствующего изменения размера обработки данных, поступающих на турбокодер, независимо от скорости передачи данных для соответствующего вида обслуживания, в то же время полностью сохраняя низкую ЧОБ, требуемую в системе связи.

Согласно настоящему изобретению, как подробно описано ниже, предлагается устройство канального кодирования/декодирования, включающее в себя первый кодер компонентов для кодирования битов данных суперкадра или множества субкадров, перемежитель для осуществления перемежения битов данных суперкадра или субкадров, и второй кодер компонентов для кодирования после перемежения битов данных супер кадра или субкадров, причем второй кодер компонентов подсоединен к выходу перемежителя.

Устройство канального кодирования/декодирования может использоваться как часть базовой станции или мобильной станции. Новый турбокодер может быть введен как часть канального передатчика в соответствии с возможным вариантом осуществления. Турбокодер определяет, сегментировать ли один входной кадр в несколько субкадров или объединить несколько входных кадров в один суперкадр.

Сущность изобретения Задачей настоящего изобретения является создание устройства канального кодирования и способа изменяемого кодирования кадров входных данных в суб- или суперкадры соответствующей длины в соответствии с КО (качеством обслуживания) данных для передачи.

Другой задачей настоящего изобретения является создание устройства канального декодирования и способа декодирования кодированных данных кадра, у которых длина кадра соответствующим образом изменяется в соответствии с КО (качеством обслуживания) данных для передачи.

Еще одной задачей настоящего изобретения является создание устройства и способа канального турбокодирования/декодирования для сегментации длинного входного кадра или высокой скорости передачи данных в множество субкадров, которые должны кодироваться, и для отдельного декодирования разделенных кодированных субкадров и затем рекомбинирования декодированных субкадров в кадр первоначальной длины.

Другой задачей настоящего изобретения является создание устройства и способа канального турбокодирования/декодирования для объединения коротких входных кадров или данных с низкой скоростью передачи в суперкадр, имеющий соответствующую длину, для кодирования объединенного суперкадра, декодирования объединенного кодирования суперкадра и затем рекомбинации декодированного суперкадра в первоначальные кадры.

Другой задачей настоящего изобретения является создание устройства и способа канального турбокодирования/декодирования для определения оптимальной длины суб/суперкадров путем анализа качества обслуживания (КО), например длины кадра, допустимой временной задержки, допустимого количества ошибок, сложности приемника (особенно запоминающего устройства приемника), соответствия скорости передачи данных типу обслуживания для кадра входных данных, которые должны быть переданы, и сегментации или объединения кадра входных данных в суб- или суперкадры в соответствии с определением.

Краткое описание чертежей Вышеуказанные и другие задачи, признаки и преимущества настоящего изобретения поясняются ниже в подробном описании, иллюстрируемом чертежами, на которых представлено следующее: фиг.1 - диаграмма, иллюстрирующая блок-схему обычного турбокодера; фиг.2 - диаграмма, иллюстрирующая блок-схему обычного турбодекодера; фиг. 3 - диаграмма, иллюстрирующая блок-схему канального передатчика, включающего в себя турбокодер согласно варианту осуществления настоящего изобретения; фиг. 4 - диаграмма, иллюстрирующая способ объединения и турбокодирования входных кадров согласно варианту осуществления настоящего изобретения; фиг. 5 - диаграмма, иллюстрирующая способ сегментации входного кадра и турбокодирования сегментированных кадров, согласно варианту осуществления настоящего изобретения; и фиг. 6 - диаграмма, иллюстрирующая блок-схему канального приемника, включающего в себя турбодекодер согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

Подробное описание предпочтительного варианта осуществления
Предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения описан ниже со ссылками на чертежи. В целях наглядности в нижеследующем описании хорошо известные функции или конструкции подробно не описаны, чтобы не загружать описание изобретения несущественными деталями.

Перспективные системы связи должны иметь возможности предоставления множества типов обслуживания с изменяющимися характеристиками КО (качества обслуживания), и параметрами КО, включающими в себя временную задержку, ЧОБ и частоту ошибок кадров (ЧОБ). Услуги можно в общем разделить на услуги с высокой частотой появления ошибок и услуги с низкой частотой появления ошибок. Т. е. услуги, которые могут быть предоставлены с высокой частотой появления ошибок, включают в себя: обслуживание речевых сообщений, которое требует относительно короткой временной задержки, и службы передачи коротких сообщений (СКС), которая допускает длительную временную задержку. С другой стороны, услуги, требующие низкой частоты появления ошибок, включают в себя: обслуживание видеоконференций, требующее короткой временной задержки, и службу передачи неподвижных изображений или пересылки файлов сети Интернет, допускающих относительно более длительную временную задержку. К тому же, один и тот же вид обслуживания может иметь различные задержки и скорости передачи данных.

Например, в случае службы передачи и приема информации движущихся изображений, скорость передачи данных составляет 32-2048 кбит/с, и допустимая временная задержка находится в диапазоне 10-400 мс: скорость передачи данных и допустимая временная задержка могут, однако, отличаться согласно ряду критериев, включающих в себя: класс пользователя или терминала, пользующихся данным видом обслуживания, класс базовой станции, предоставляющей услуги или состояние канала во время соответствующего обслуживания. В системе связи с мобильными объектами МДКРК (множество доступа с кодовым разделением каналов), в частности, так как выходная мощность базовой станции или мобильной станции ограничена, нецелесообразно увеличивать мощность передачи только некоторого пользователя для предоставления услуг высокого качества. Это объясняется тем, что, при увеличении мощности передачи определенного пользователя, помехи другим пользователям будут увеличиваться пропорционально этой увеличенной мощности передачи. Поэтому существует необходимость в способе предоставления различных мулътимедийных услуг при снижении помех другим пользователям посредством минимизации степени увеличения мощности передачи.

В другом примере обслуживания по передаче данных пакета с коротким кадром требуют низкой скорости передачи данных и очень малой частоты появления ошибок. Однако, если задержка не принимается во внимание, разумно уменьшить частоту появления ошибок даже при некотором увеличении задержки. Поэтому в этом изобретении предлагается концепция суперкадра.

Между тем, турбокодер для непосредственной коррекции ошибок обнаруживает свойство, заключающееся в том, что частота появления ошибок по битам (ЧОБ) или частота появления ошибочных кадров (ЧОК) изменяются в соответствии с размером данных кадра (количеством битов данных, которые должны быть обработаны за некоторое время), определяемым длительностью кадра входных данных и скоростью передачи данных. Турбокодер состоит из кодеров компонентов, имеющих короткую длину кодового ограничения, однако возможность коррекции ошибок улучшается по мере снижения корреляции между данными, вводимыми в соответствующие кодеры компонентов из-за наличия перемежителя в турбокодере. Корреляция между данными, вводимыми в соответствующие кодеры компонентов, понижается, когда размер данных кадра, поступивших в турбокодер, становится намного больше. Поэтому увеличение длительности кадра входных данных улучшает возможность коррекции ошибок. Однако увеличение длительности входного кадра вызывает увеличение задержки во времени в кодере и декодере.

Фиг. 3 поясняет конфигурацию канального передатчика, включающего в себя турбокодер, согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Турбокодер, показанный на фиг.3, осуществляет сегментацию одного входного кадра на несколько субкадров или объединяет несколько входных кадров в один суперкадр, подсчитывая биты введенных данных пользователя в соответствии с предоставляемой информацией сообщения, и после этого кодирует сегментированные или объединенные кадры с помощью турбокода, чтобы передатъ кодированные кадры по каналу передачи. Используемый термин "информация сообщения" относится к информации, связанной с КО, то есть, к типу обслуживания, скорости передачи данных, таких как речевые сообщения, символы, данные изображения для движущихся изображений, к размеру кадра входных данных, допустимой задержке и допустимой ошибке. Информацией сообщения обмениваются между базовой станцией и мобильной станцией во время установления вызова; и обмен информацией сообщения продолжают до завершения соответствующего обслуживания. Далее, определенная информация между базовой станцией и мобильной станцией, заданная во время установления вызова, может также изменяться во время соответствующего обслуживания посредством обмена данных. То есть, информация сообщения, включающая в себя информацию, представляющую размер кадра, который должен быть обработан в турбокодере, может быть адаптирована в соответствии со скоростью передачи данных обслуживания. Например, когда данные с длительностью кадра 10 мс обслуживаются при скорости передачи данных 2048 кбит/с, один кадр данных состоит из 20480 битов. В этом случае, турбокодер согласно настоящему изобретению, сегментирует (или делит) 10 мс кадр на 10/4 мс субкадры и затем осуществляет турбокодирование четырех 5120-битовых субкадров, и затем рекомбинирует четыре кодированных субкадра в 10 мс кадр для осуществления канального перемежения. Турбодекодер затем декодирует четыре кодированных субкадра и рекомбинирует их в один 20480-битовый 10 мс кадр.

фиг. 3 изображает блок-схему передатчика канала, включающего в себя турбокодер согласно приводимому в качестве примера варианту осуществления настоящего изобретения.

Как показано на фиг. 3, данные пользователя (ДП) принимают кодером 42 исходных данных. Данные пользователя ДП имеют скорость передачи выше нескольких десятков килобит/сек, например, символьные данные, данные изображения и данные движущихся изображений, в отличие от речевых данных имеющих гораздо меньшую скорость передачи данных порядка нескольких килобит/сек. Кодер 42 исходных данных кодирует принятые данные пользователя ДП посредством кадра фиксированной длительности которая определяется в соответствии с типом обслуживания, а затем подает кодированные данные кадра фиксированной длительности на вход счетчика битов 50. Например, кодер 42 исходных данных обычно кодирует речевые данные кадром формата 10 мс, символьные данные - кадром формата 20 мс, данные изображения - кадром формата 80 мс и данные движущихся изображений - кадром формата 40 мс, и подает соответствующие кодированные данные в счетчик битов 50. Обрабатываемый размер может быть разным по отношению к скорости передачи данных или длительности кадра. Единица длительности кадра может быть зафиксирована равной 10 мс или 20 мс. Центральный процессор (ЦП) 46 передает информацию относительно КО, то есть, типа обслуживания данных пользователя, которые должны быть переданы (например, речевые данные, символьные данные, данные изображения или данные движущихся изображений) и скорости передачи данных, на приемник 108 информации сообщения, изображенный на фиг. 6, через передатчик 44 информации сообщения. Канальное передающее устройство, изображенное на фиг.3, может быть одинаково применено и к базовой станции, и к мобильной станции.

Хотя настоящее изобретение описано со ссылкой на тот вариант осуществления, в котором передают информацию сообщения на декодер, используя отдельный передатчик, также возможно передавать информацию о размере данных, помещая ее в заголовок кадра передачи во время передачи данных.

ЦП 46 (фиг.3) считывает из запоминающего устройства 48 информации о сегментации/объединении кадра информацию о КО, включающую в себя информацию о типе обслуживания для передаваемых данных, соответствующей скорости передачи данных, допустимой задержке, допустимой частоте появления ошибок (ЧОБ и ЧОК) и длительности кадра, и информацию о классе обслуживания базовой станции или мобильной станции. Затем ЦП 46 принимает решение сегментировать принятый кадр, и поэтому он должен также определить размер и количество сегментируемых кадров, используя считанную информацию. Альтернативно, при создании суперкадра ЦП 46 может применять решение об объединении нужных кадров, и поэтому он должен также определить количество объединяемых кадров, используя считанную информацию. На основании этого решения ЦП 46 выдает управляющий сигнал сегментирования/объединения кадра и сигнал режима перемежения на счетчик битов 50 и программируемый перемежитель 52, соответственно, для выполнения турбокодирования. То есть, в соответствии с КО передаваемых данных, ЦП 46 определяет, сколько последовательных входных кадров должны быть объединены, чтобы сформировать суперкадр, или, альтернативно, определяет количество субкадров, которые должны быть сформированы посредством сегментирования одного входного кадра. Турбокодер затем осуществляет турбокодирование битов суперкадра или битов данных соответствующих субкадров. Как указано выше, КО может включать в себя длительность входного кадра, скорость передачи данных пользователя, допустимую задержку, допустимую частоту появления ошибок и т.д. Размер входного кадра может быть определен на основании длительности входного кадра скорости передачи данных пользователя.

При определении, сегментировать или объединять кадры посредством ЦП 46, учитываются следующие критерии.

Как правило, для передачи пакетных данных система связи с мобильными объектами использует низкую скорость передачи данных менее нескольких десятков кбит/с с задержкой при передаче сигналов от нескольких десятков до нескольких сотен миллисекунд, и требует ЧОБ порядка 10^-2-10^-4. Например, если выходной кадр кодера 42 исходных данных имеет длительность 10 мс и допустимое время задержки, разрешенное в турбокодере, составляет 40 мс, можно объединить четыре кадра длительностью 10 мс, выданных из кодера 42 исходных данных, в один суперкадр, подаваемый в турбокодер. Поэтому частоту появления ошибок объединенных пакетных данных пакета можно понизить.

Для передачи символьных данных, данных изображения и данных движущихся изображений система связи с мобильными объектами имеет допустимую задержку передачи от нескольких десятков миллисекунд до нескольких сотен миллисекунд, и требует ЧОБ, равную 10^-6-10^-7. Рабочие характеристики турбокодера повышаются при увеличении длительности кадра входных данных. Однако для турбодекодера требуются дополнительные возможности вычисления и дополнительная емкость памяти. Имеется компромисс сложность декодера - эффективность. В случае обслуживания пакетных данных, например, можно одновременно выполнить условие и требуемой ЧОБ, и умеренной сложности декодера, если обеспечить для ЦП 46 возможность сформировать управляющий сигнал суб/суперкадра для сегментации/объединения выходных данных от кодера 42 исходных данных длиной М бит в суб/супер кадры длиной N бит.

То есть, запоминающее устройство 48 информации о сегментации/объединении кадра сохраняет информацию о сегментации/объединении кадра фрейма, чтобы увеличить длительность N суб/суперкадра для обслуживания, требующего низкую ЧОБ, и чтобы уменьшить длительность N суб/суперкадра для обслуживания, требующего короткую задержку во времени и высокую ЧОБ. ЦП 46 считывает информацию о сегментации/объединении кадра из запоминающего устройства 48 информации о сегментации/объединении кадра в соответствии с типом обслуживания и длинностью кадра входных данных.

Сегментация/объединение кадров, вводимых в турбокодер, можно уяснить из следующего примера. Предположим, что размер кадра данных, вводимых в турбокодер, равен 20480 бит/10 мс, для типа обслуживания с низкой ЧОБ, при котором скорость передачи данных составляет 2048 кбит/с. В мобильной станции, предоставляющей вышеуказанное обслуживание, турбодекодер требует емкость запоминающего устройства, которая пропорциональна 20480 битам, умноженным на количество битов программно-реализуемого решения. Увеличение емкости запоминающего устройства в мобильной станции вызывает увеличение сложности и стоимости мобильной станции.

Однако для типа обслуживания, имеющего скорость передачи данных 2048 кбит/с/10 мс, если канальный кодер делит (то есть, сегментирует) кадр, введенный в турбокодер, на четыре субкадра (то есть, 10 мс/4) и кодирует субкадры, а турбодекодер в канальном декодере затем декодирует субкадры и рекомбинирует декодированные субкадры в первоначальный кадр, турбодекодер требует емкость запоминающего устройства, которая пропорциональна 5120 битам, умноженным на количество битов программно-реализуемого решения, таким образом обусловливая уменьшение требуемой емкости запоминающего устройства.

Кроме того, для типа обслуживания с низкой ЧОБ (например 10^-6-10^-7), имеющей низкую скорость передачи данных 32 кбит/с/10 мс, каждый кадр данных, введенный в турбокодер, будет состоять из 320 битов. Если кодирование выполняют при скорости передачи данных 32 кбит/с/80 мс (то есть, каждый кадр состоит из 2560 битов), задержка во времени несколько увеличивается по сравнению со случаем, когда турбокодирование выполняют при скорости передачи данных 32 кбит/с/10 мс (то есть, каждый кадр состоит из 320 битов). Однако можно понизить ЧОБ для того же значения отношения сигнал-шум (Eb/No) или уменьшить Eb/No для того же значения ЧОБ, посредством этого увеличивая общую производительность системы.

В системе связи с мобильными объектами не все пользователи или мобильные станции обеспечиваются одинаковой степенью обслуживания. Вместо этого имеющуюся скорость передачи данных ограничивают в соответствии с классом пользователя, мобильной станции или базовой станции. Кроме того, имеющуюся скорость передачи данных могут ограничить из-за емкости запоминающего устройства, определенной в соответствии с классом соответствующих мобильных станций. Соответственно, когда скорость передачи данных изменяется от 32 кбит/с до 2048 кбит/с в соответствии с типом обслуживания (или вариантом обслуживания), и допустимая задержка во времени также изменяется от 10 мс до 400 мс, устройство, согласно настоящему изобретению, может изменить длительность кадров, вводимых в турбокодер, в соответствии с классом пользователя или мобильной станции, классом базовой станции, типом обслуживания или канальными условиями, одновременно обеспечивая требуемую частоту появления ошибок соответствующего обслуживания. Например, при плохих условиях в канале, устройство согласно настоящему изобретению может обеспечить частоту появления ошибок, требуемую соответствующим обслуживанием, увеличивая длительность кадров, вводимых в турбокодер, и, таким образом, допуская увеличение задержки во времени вместо увеличения мощности передачи.

Информация о сегментации/объединении кадра, которая является информацией сообщения, обмениваемой между базовой станцией и мобильной станцией, содержит информацию относительно размера кодируемых/декодируемых кадров, причем размер кадра может быть определен в соответствии со скоростью передачи данных пользователя, длительностью входного кадра, допустимой задержкой, допустимой частотой ошибок и канальными условиями и т.д.

Счетчик битов 50 подсчитывает N бит входных данных в соответствии с сигналом управления сегментацией/объединением N-бит-ного кадра, выданным из ЦП 46, и выдает подсчитанные N бит в программируемый перемежитель 52 и в первый и второй входные буферы 54 и 56. Счетчик битов 50 также формирует сигнал завершения подсчета битов для ЦП 46 всякий раз, когда он подсчитывает N бит входных данных. Таким образом, счетчик битов 50 сегментирует или объединяет входные кадры в суб- или суперкадры, имеющие определенную длительность, под управлением ЦП 46, который использует информацию КО, такую как тип обслуживания и скорость передачи входных данных, заполненную в запоминающем устройстве 48 информации о сегментации/объединении кадра, и выдает суб- или суперкадры в программируемый перемежитель 52 и в первый и второй входные буферы 54 и 56.

Процессор 72 перемежения, являющийся компонентом программируемого перемежителя 52, считывает параметры перемежения из запоминающегося устройства 70 параметров перемежения в соответствии с управляющим сигналом выбора режима перемежения, выданным из ЦП 46, чтобы обработать считанные параметры перемежения, и выдает результат обработки в устройство 74 отображения адреса перемежения. В данном случае ЦП 46 обеспечивает процессор 72 перемежения следующей информацией перемежения.

Во-первых, при использовании турбоперемежителя, имеющего единственный способ перемежения, в качестве перемежителя 52, оптимальные значения параметров выдают в качестве информации перемежения. Оптимальные значения параметров определяют, чтобы получить наивысшие рабочие характеристики в соответствии с длиной последовательности битов информационных данных, для которой нужно осуществить перемежение. Значения параметров могут быть определены экспериментально.

Во-вторых, при использовании турбоперемежителя с одним или большим числом способов перемежения в качестве перемежителя 52, оптимальные значения параметров выдают в качестве информации перемежения и их определяют, чтобы получить наивысшие рабочие показатели посредством экспериментов в соответствии с длиной битов информации для перемежения и изменяемой длиной перемежителя в соответствующем режиме перемежения. Например, в случае, когда требуемая задержка во времени передачи является короткой, и кадр входных данных турбокодера (то есть, кадр выходных данных кодера 42 исходных данных) является небольшим по размеру (или по длине), в качестве перемежителя 52 используют однородный перемежитель, такой как блочный перемежитель, или перемежителъ с циклическим сдвигом. Иначе, в случае, когда требуемая задержка во времени передачи является относительно длительной, и кадр входных данных имеет большой размер, то в качестве перемежителя 52 используют неоднородный перемежитель, такой как произвольный перемежителъ. Из предшествующего описания видно, что могут быть использованы различные перемежители в соответствии с размером перемежаемых данных.

Устройство 74 отображения адреса перемежения принимает или суб- или суперкадры длительностью N-битов, сегментируемые или объединенные счетчиком битов 50, устройство 74 отображения адреса перемежения отображает входные биты в адрес буфера перемеженных входных данных, соответствующем результату обработки перемежения, чтобы выполнить перемежение, и направляет первые перемеженные данные суб- или суперкадра в буфер перемеженных входных данных (БПВД) 78 в первом буфере 54, поочередно подает вторые перемеженные данные суб- или суперкадра к БПВД 90 во втором буфере 56.

И первый, и второй входные буферы 54 и 56 включают в себя два входных коммутатора, два выходных коммутатора, буфер сохранения входных данных (БСВД) с портами ввода и вывода, подключенными к одному входному и одному выходному коммутатору, и БПВД с входным и выходным портами, подключенными к другим входным и выходным коммутаторам. На чертеже обозначения 76 и 88 указывают БСВД, обозначения 78 и 90 указывают БПВД, обозначения 80, 84, 92 и 96 указывают входные коммутаторы, и обозначения 82, 86, 94 и 98 указывают выходные коммутаторы. Все коммутаторы управляются ЦП 46. Коммутаторы 80, 82, 84 и 86 в первом входном буфере 54 работают как зеркальное отображение при чередовании с коммутаторами 92, 94, 96 и 98 во втором входном буфере 56. То есть, входные коммутаторы 80 и 84 в первом входном буфере 54 находятся в состоянии "Вкл.", и выходные коммутаторы 82 и 86 находятся в состоянии "Выкл. ", в то время как входные коммутаторы 92 и 96 во втором входном буфере 56 находятся в состоянии "Выкл.", и выходные коммутаторы 94 и 98 находятся в состоянии "Вкл.".

Соответственно, когда счетчик битов 50 подсчитывает N бит входных данных под управлением ЦП 46, выходные данные счетчика битов сначала сохраняют в БСВД 76 в первом буфере 54, подавая через входной коммутатор 80, который первоначально находится в состоянии "Вкл.". В этот момент над подсчитанными битами данных, выданными из счетчика битов 50, осуществляют перемежение с помощью программируемого перемежителя 52, и затем их сохраняют в БПВД 78 в первом входном буфере 54, подавая через коммутатор 84. Если счетчик битов 50 формирует сигнал завершения подсчета битов для суб/суперкадра N-битовой длины, ЦП 46 затем повторяет вышеуказанную процедуру после переключения первого входного буфера 54 в состояние выдачи, и второго входного буфера 56 в состояние ввода. В результате, следующие N-битов, подсчитанные в счетчике битов 50, и перемеженные данные из программируемого перемежителя 52 сохраняют в БСВД 88 и БПВД 90 во втором входном буфере 56, соответственно.

Во время этой операции первый РСС (РСС1) 58 и второй РСС (РСС2) 60 принимают N-битовый суб/суперкадр и соответствующие перемеженные данные, выданные из БСВД 76 и БПВД 78 в первом входном буфере через выходные коммутаторы 82 и 86, соответственно, и затем выполняют турбокодирование N-битового кадрового элемента тем же путем, что и турбокодер, изображенный на фиг.1.

Затем, когда данные N-битового кадра полностью сохранены во втором входном буфере 56, первый входной буфер 54 снова переключается в состояние ввода, а второй входной буфер 56 - в состояние вывода. Поэтому, РСС1 58 и РСС2 60 осуществляют турбокодирование данных, которые поочередно выдаются в виде N-битового кадрового элемента из первого и второго входных буферов 54 и 56.

Для турбокодированных битов из РСС1 58 и РСС2 60 осуществляют мультиплексирование мультиплексором 62, и затем - перемежение канальным перемежителем 64. В случае, когда несколько входных кадров объединяют в один суперкадр и данные турбокодируют блоком суперкадра, канальный перемежителъ 64 выполняет канальное перемежение блоком супер кадра, как показано на фиг.4. С другой стороны, когда один входной кадр сегментируют на несколько субкадров, и данные турбокодируют блоком субкадра, канальное перемежение выполняют входным кадровым блоком, как изображено на фиг.5. То есть, канальный перемежитель 64 выполняет канальное перемежение, объединяя выходные символы турбокодера, кодированные суперкадровым блоком или субкадровым блоком, такого же размера, что и входной кадр. Перемеженные данные модулируют модулятором 66, и затем передают по каналу передачи 68.

Таким образом, новое канальное передающее устройство, показанное на фиг. 3, объединяет кадры входных данных в суперкадры, чтобы увеличить количество битов N, когда требуется низкая ЧОБ, исходя из анализа информации КО, такой как тип обслуживания для пользователя (например, речевые сообщения, символьные данные, данные изображения и данные движущихся изображений). В противном случае, когда требуется малая сложность декодера, новое канальное передающее устройство сегментирует кадр входных данных в субкадры, чтобы уменьшить количество битов N в кадре. Таким образом, канальное передающее устройство может максимизировать эффективность турбокодера/декодера.

На фиг. 4 представлена диаграмма, поясняющая функционирование согласно изобретению, в соответствии с которой кадры объединяют при низкой или средней скорости передачи данных, и затем осуществляют турбокодирование. Например, параметр J может изменяться от 1 до 8 в соответствии с количеством объединяемых кадров. В турбокодере количество битов в кадре входных данных, которое определяют посредством умножения количества битов первоначального кадра на количество кадров, J, может быть ограничено в зависимости от скорости передачи данных пользователя и сложности декодера.

На фиг.5 представлена диаграмма для пояснения изобретения, когда данные кадра, подаваемые с высокой скоростью передачи данных, сегментируют и затем турбокодируют. Параметр 1 может быть изменен от 1 до 4 в соответствии с количеством сегментированных субкадров. Аналогично, в турбокодере количество битов кадра входных данных, которое определяется значением, полученным делением количества битов первоначального кадра на количество, 1, сегментированных субкадров, может быть ограничено в зависимости от скорости передачи данных пользователя и допустимой частоты появления ошибок.

Данные в канале передачи, переданные канальным турбокодером, изображенным на фиг.3, декодируют для получения первоначальных данных канальным турбодекодером, изображенным на фиг.6, который более подробно описан ниже.

На фиг.6 показана конфигурация канального турбодекодера в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. Канальный турбодекодер, изображенный на фиг.6, подсчитывает биты данных пользователя, введенные в виде N-битового субкадрового блока согласно информации сообщения, чтобы декодировать входные данные пользователя, и после этого объединяет декодированные данные в кадры, имеющие первоначальную длительность, таким образом рекомбинируя данные пользователя.

Когда данные пользователя состоят из b N-битового суперкадра, турбодекодер декодирует входные данные пользователя, и после этого сегментирует декодированные данные в кадры, имеющие первоначальную длительность, таким образом сегментируя данные пользователя.

После приема кадра длиной N-бит (фиг.6) через канал передачи 68, демодулятор 100 демодулирует принятые данные кадра и подает демодулированные данные в канальный обращенный перемежителъ 102. Канальный обращенный перемежитель 102 дескремблирует демодулированный кадр данных и подает его в демультиплексор 104, который осуществляет демультиплексирование мультиплексированных символов данных и символов четности, и подает демультиплексированные символы в счетчик битов 106. Приемник 108 информации сообщения принимает информацию сообщения относительно типа обслуживания пользователя и скорости передачи данных, которые передал приемопередатчик 44 информации сообщения, изображенный на фиг.3, и подает принятую информацию сообщения в ЦП 112.

ЦП 112 анализирует информацию сообщения, поступившую от приемника 108 информации сообщения, и считывает информацию сегментации/объединения кадра из запоминающего устройства 110 информации сегментации/объединения кадра в соответствии с результатом анализа. Также ЦП 112 анализирует информацию перемежения, включенную в информацию сообщения, и подает сигнал режима перемежения и значение параметра в перемежитель и обращенный перемежитель в турбодекодере 116 в соответствии с результатом анализа, таким образом выполняя турбоперемежение. Помимо этого, если принятые данные являются субкадром (в действительности, принятые данные имеют размер исходного кадра, но кадр закодирован субкадровым элементом), ЦП 112 выдает управляющий сигнал сегментации N-битового кадра до турбодекодирования и управляющий сигнал рекомбинации кадра после турбодекодирования в соответствии со считанной информацией сообщения. Здесь, информация, сохраненная в запоминающем устройстве 110 информации сегментации/объединения кадра, аналогична сохраненной информации в запоминающем устройстве 48 информации сегментации/объединения кадра, изображенном на фиг. 3.

Если принятые данные являются суперкадром, ЦП 112 управляет турбодекодером, чтобы декодировать принятый кадр, как он есть, и затем выдает управляющий сигнал сегментации кадра после турбодекодирования в соответствии со считанной информацией сообщения.

Счетчик битов 106 последовательно подает данные, выданные из демультиплексора 104, в буфер кадров 114 N-битовым субкадровым элементом в соответствии с управляющим сигналом сегментации N-битового кадра. Коммутаторы 126 и 132 в буфере кадров 114 первоначально находятся в состоянии "Вкл.", а другие коммутаторы 128 и 130 первоначально находятся в состоянии "Выкл.".

Поэтому подсчитанные биты данных выданные из счетчика битов 106, первоначально сохраняют в первом N-кадровом буфере кадров (N-БК1) 122. После завершения сохранения N-битовых данных, выданных из счетчика битов 106 в N-БФ1 122, счетчик битов 106 формирует сигнал завершения подсчета N-битов. После обнаружения сигнала завершения подсчета N-битов ЦП 112 выключает коммутаторы 126 и 132 в буфере кадров 114 и включает другие коммутаторы 130 и 128. Затем N-битовые данные, выданные из счетчика битов 106, сохраняют во втором N-кадровом буфере кадров (N-БK2) 124. В этот момент принятые данные, сохраненные в N-БК1 122, декодируют турбодекодером 116, имеющим структуру, показанную на фиг. 2.

Соответственно, под управлением ЦП 112 N-БК1 122 и N-БK2 124 в буфере кадров 114 поочередно принимают и сохраняют данные, выданные в виде N-битового элемента из счетчика битов 106, и сохраненные данные декодируют турбодекодером 116. Когда данные пользователя декодируют субкадровым блоком, декодированные данные, выданные из турбодекодера 116, рекомбинируют для получения кадров первоначальной длительности с устройством 118 рекомбинирования кадра, которое управляется ЦП 112, и затем выдают в качестве данных пользователя через декодер 120 исходных данных.

Таким образом, турбодекодер 116 принимает суперкадр, состоящий из множества кадров или множества субкадров, сегментированных из кадра, и осуществляет турбодекодирование принятых кадров. Устройство 118 рекомбинирования кадра под управлением ЦП 112 осуществляет рекомбинирование, когда данные пользователя декодированы субкадровым элементом, выходные данные т урбодекодера 116, в первоначальные кадры в ответ на информацию относительно размера кадра и количестве кадров, составляющих субкадры, или информацию относительно количества субкадров, сегментированных из входного кадра, и размере субкадров.

Устройство 118 рекомбинирования кадра под управлением ЦП 112 сегментирует, когда данные пользователя декодированы суперкадровым элементом, выходные данные турбодекодера 116 в первоначальные кадры в ответ на информацию относительно размера кадра и количества кадров, составляющих суперкадр.

Другой аспект настоящего изобретения заключается в том, что турбокодер данного изобретения также включает в себя способ, в соответствии с которым любое одно из устройств - счетчик битов 50 и буферы 54 и 56 для осуществления перемежения, показанные на фиг.3, - не требуется. В операции объединения кадров биты данных последовательно сохраняют в памяти (т.е. буфер 54 или 56) для осуществления перемежения объединяемых кадров. Биты данных последовательно выводят в РСС1 в турбокодере в количествах, эквивалентных размеру неперемеженных объединенных кадров. Биты данных выводят в РСС2 в количествах, эквивалентных размеру объединенных кадров, которые перемежают в соответствии с адресами устройства отображения адреса перемещения, сформированными процессором перемежения.

В другом приводимом в качестве примера способе при сегментации кадра биты входных данных последовательно сохраняют в памяти для перемежения. Биты данных последовательно выводят в РСС1 в турбодекодере в количествах, эквивалентных размеру сегментированного кадра. Биты данных перемежают для РСС2 и выдают в количествах, эквивалентных размеру объединенного кадра.

Соответственно, канальный турбокодер, изображенный на фиг.3, и канальный турбодекодер, изображенный на фиг.6, объединяют кадры входных данных в суперкадр, чтобы кодировать и декодировать входные кадры суперкадровым блоком, когда кадры входных данных слишком коротки, и сегментируют входной кадр на множество субкадров, чтобы кодировать и декодировать входной кадр субкадровым блоком, когда входной кадр имеет большую длительность, чтобы увеличить эффективность передачи.

Как описано выше, в варианте осуществления настоящего изобретения сегментируют/объединяют входные кадры в суб/суперкадры соответствующей длительности, когда кадр входных данных имеет большую длительность или короток, и затем кодируют и декодируют суб/суперкадры. Таким способом возможно сократить объем требуемых вычислений и емкость запоминающего устройства, требуемые в декодере, в то же время полностью сохраняя рабочие показатели кодера турбокода.

Хотя данное изобретение показано и описано со ссылками на определенный предпочтительный вариант его осуществления, специалистам будет понятно, что различные изменения по форме и в деталях могут быть сделаны в рамках объема и сущности изобретения, определяемых в соответствии с прилагаемой формулой изобретения.

Формула изобретения

1. Устройство кодирования для системы связи с мобильными объектами, содержащее центральный процессор (ЦП) для определения количества последовательных входных кадров, требуемых для объединения суперкадра, в соответствии с параметром качества обслуживания, включающего в себя информацию, которая определяет размер данных кадра, и турбокодер для осуществления турбокодирования определенного количества последовательных входных кадров.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что турбокодер содержит первый компонентный кодер для кодирования блока данных размером суперкадра, перемежитель для перемежения упомянутого блока данных размером суперкадра, и второй компонентный кодер, связанный с указанным перемежителем, для кодирования перемеженного блока данных размером суперкадра.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что перемежитель включает в себя устройство отображения адресов перемежения для перемежения указанного блока данных размером суперкадра.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что дополнительно содержит мультиплексор для мультиплексирования соответствующих выходных сигналов первого и второго компонентных кодеров и канальный перемежитель для перемежения выходного сигнала мультиплексора.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что параметр качества обслуживания включает в себя по меньшей мере скорость передачи данных, причем количество входных кадров, объединяемых в суперкадр, определяется указанной скоростью передачи данных входного кадра и длительностью входного кадра.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что размер блока данных входного кадра составляет менее 320 битов.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что параметр качества обслуживания включает в себя по меньшей мере допустимую задержку, причем количество входных кадров, объединяемых в суперкадр, определяется допустимой задержкой.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что параметр качества обслуживания включает в себя по меньшей мере допустимую частоту появления ошибок, причем количество входных кадров, объединяемых в суперкадр, определяется на основании допустимой частоты появления ошибок.

9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что параметр качества обслуживания включает в себя по меньшей мере размер емкости запоминающего устройства приемника, причем количество входных кадров, объединяемых в суперкадр, определяется на основании размера емкости запоминающего устройства приемника.

10. Способ канального кодирования для системы связи с мобильными объектами, содержащий этапы определения количества последовательных входных кадров, которые требуется объединить в суперкадр, согласно параметру качества обслуживания, включающему в себя информацию, которая определяет размер данных кадра, и турбокодирования блока данных размером суперкадра, определяемого посредством объединения ряда входных кадров из последовательных входных кадров.

11. Способ по п.10, отличающийся тем, что дополнительно включает этап выполнения канального перемежения в соответствии с размером турбокодированных символов суперкадра.

12. Способ по п.10, отличающийся тем, что параметр качества обслуживания включает в себя по меньшей мере скорость передачи данных, при этом количество входных кадров, объединяемых в суперкадр, определяют в соответствии со скоростью передачи данных входного кадра и длительностью входного кадра.

13. Способ по п.10, отличающийся тем, что размер блока данных входного кадра составляет менее 320 битов.

14. Способ по п.10, отличающийся тем, что параметр качества обслуживания включает в себя по меньшей мере допустимую задержку, причем количество входных кадров, объединяемых в суперкадр, определяют допустимой задержкой.

15. Способ по п.10, отличающийся тем, что параметр качества обслуживания включает в себя по меньшей мере допустимую частоту появления ошибок, причем количество входных кадров, объединяемых в суперкадр, определяют допустимой частотой появления ошибок.

16. Устройство кодирования для системы связи с мобильными объектами, содержащее ЦП для определения количества и размера субкадров, которые могут быть сформированы в результате сегментации одного входного кадра, согласно параметру качества обслуживания, включающему в себя информацию, которая определяет размер данных кадра, и турбокодер для турбокодирования входного кадра в соответствии с указанным определенным размером субкадров.

17. Устройство по п.16, отличающееся тем, что турбокодер содержит первый компонентный кодер для кодирования блока данных размером субкадров, перемежитель для перемежения блока данных размером субкадров, и второй компонентный кодер, связанный с указанным перемежителем, для кодирования перемеженного блока данных размером субкадров.

18. Устройство по п.17, отличающееся тем, что дополнительно содержит канальный перемежитель для перемежения указанных кодированных субкадров во времени.

19. Устройство по п.16, отличающееся тем, что параметр качества обслуживания включает в себя по меньшей мере задержку, скорость передачи данных и частоту появления ошибок.

20. Устройство по п. 16, отличающееся тем, что количество сегментированных субкадров определяется в соответствии со скоростью передачи данных и длительностью кадра.

21. Устройство по п. 16, отличающееся тем, что размер данных входного кадра включает в себя по меньшей мере 20480 битов.

22. Устройство по п.16, отличающееся тем, что параметр качества обслуживания включает в себя допустимую задержку, причем количество сегментированных субкадров определяется допустимой задержкой.

23. Устройство по п.16, отличающееся тем, что параметр качества обслуживания включает в себя по меньшей мере допустимую частоту появления ошибок, причем количество сегментированных субкадров определяется допустимой частотой появления ошибок.

24. Способ канального кодирования для системы связи с мобильными объектами, содержащий этапы определения количества субкадров, которые могут быть сформированы из одного сегментированного входного кадра, согласно параметру качества обслуживания, включающему в себя информацию, которая определяет размер данных кадра, и сегментации входного кадра на определенное количество субкадров и кодирование соответствующих субкадров для обеспечения кодирования входного кадра субкадровым блоком и кодирования блока данных размером субкадра.

25. Способ по п.24, отличающийся тем, что дополнительно включает этап объединения символов, кодированных субкадровым блоком, и канального перемежения объединенных символов.

26. Способ по п.24, отличающийся тем, что параметр качества обслуживания включает в себя по меньшей мере допустимую задержку, скорость передачи данных и частоту появления ошибок.

27. Способ по п.24, отличающийся тем, что количество сегментированных субкадров определяют согласно размеру данных входного кадра, определяемого указанной скоростью передачи данных и длиной кадра.

28. Способ по п.24, отличающийся тем, что размер данных входного кадра составляет по меньшей мере 20480 битов.

29. Способ по п.24, отличающийся тем, что количество сегментированных субкадров определяют допустимой задержкой.

30. Способ по п.24, отличающийся тем, что количество сегментированных субкадров определяют частотой появления ошибок.

31. Устройство декодирования для системы связи с мобильными объектами, содержащее декодер для турбодекодирования данных, принимаемых как суперкадр, причем суперкадр объединен как множество последовательных первоначальных кадров данных; и устройство восстановления кадра для восстановления выходных данных декодера в виде множества кадров данных в соответствии с информацией сообщения о количестве первоначальных кадров, составляющих суперкадр.

32. Устройство по п.31, отличающееся тем, что упомянутая информация сообщения принимается во время установления вызова.

33. Устройство по п.31, отличающееся тем, что дополнительно содержит ЦП для определения количества первоначальных кадров, составляющих суперкадр, на основании принятой информации сообщения о количестве первоначальных кадров, объединенных в суперкадр, и размера соответствующих кадров, и для выдачи информации об определенном количестве и о размере на устройство восстановления кадров.

34. Способ канального декодирования для системы связи с мобильными объектами, содержащий этапы турбодекодирования данных, принимаемых в виде суперкадра, причем суперкадр объединен в виде множества последовательных первоначальных кадров данных; и восстановления турбодекодированных данных во множество последовательных первоначальных входных кадров данных в соответствии с информацией сообщения о количестве кадров, составляющих суперкадр.

35. Устройство декодирования для системы связи с мобильными объектами, содержащее декодер для сегментации принятого кадра данных, который включает в себя блок из множества субкадров, на множество субкадров, и для турбодекодирования указанного сегментированного блока субкадров и устройство восстановления кадра для восстановления выходных данных декодера в первоначальный кадр в соответствии с информацией сообщения о количестве субкадров.

36. Устройство по п.35, отличающееся тем, что дополнительно содержит ЦП для определения количества субкадров и размера соответствующих субкадров после приема информации сообщения о количестве субкадров и размере соответствующих субкадров, и для выдачи информации об определенном количестве и размере на устройство восстановления кадра.

37. Способ канального декодирования для системы связи с мобильными объектами, включающий этапы сегментации принятых данных на раздельные субкадры согласно принятой информации сообщения, турбодекодирования блока субкадров и восстановления кадра турбодекодированных данных в принятый кадр в ответ на указанную информацию сообщения о количестве субкадров.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6