專利名稱：編碼設備和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于改善通信系統(tǒng)中的衰落信道(fadingchannel)中的發(fā)送特性的編碼設備。
為了實現(xiàn)多媒體通信的實際應用，已經進行了各種研究和開發(fā)。實際中，已經在移動終端通信系統(tǒng)中進行了開發(fā)而這種系統(tǒng)對于用于實際移動終端通信的、包括數(shù)據(jù)和圖象等等的信息以及語音信息的發(fā)送，已經變得非常普遍。
在這種移動終端通信中，一種這樣的系統(tǒng)是CDMA(碼分多址聯(lián)接)系統(tǒng)。然而，在這種移動終端通信中的一個關鍵問題，是移動終端不是固定的。因此，需要能夠保證令人滿意的通信系統(tǒng)。
例如，當移動終端被用在高層建筑之間時，從基站向移動終端發(fā)送的電波在被各種障礙物所反射之后被移動終端所接收。這種衰減被稱為多徑衰落(multi-path fading)。通過這種多徑衰落，移動終端接收的電波的功率經常被改變。
當電波在差的電功率狀態(tài)下被接收時，接收的數(shù)據(jù)的位錯誤率變得很高。當位錯誤以均勻分布的方式出現(xiàn)時，錯誤可以被方便地校正。然而，如果位錯誤以脈沖串的方式發(fā)生，則校正這種錯誤就更困難。
特別地，在下一代的移動終端通信系統(tǒng)中，高速和高質量的發(fā)送是必不可少的。為了保持這種質量，一種渦輪碼被認為是有效錯誤校正碼的一種可能的候選。采用這種渦輪碼，通信系統(tǒng)的發(fā)送特性能夠得到顯著的改善。
圖6顯示了傳統(tǒng)DS-CDMA系統(tǒng)的發(fā)送器的一個例子。當數(shù)據(jù)和/或語音信號被輸入時，它被一個將在后面描述的渦輪編碼器61所接收，在該渦輪編碼器61中采用了渦輪碼。在渦輪編碼器61中，數(shù)據(jù)信號和語音信號被編碼成渦輪碼，且這些信號被置于可校正狀態(tài)。
編碼信號隨后被輸入一個信道交錯器62，而該信道交錯器62被用來防止錯誤脈沖串通過衰落而產生發(fā)送特性的惡化。信道交錯器62對輸入信號的位陣列進行隨機化，并輸出其結果。
從信道交錯器62輸出的信號，與用于同步信號的引導信號63一起，被隨后輸入到一個多路復用單元64。多路復用單元64對來自信道交錯器62的信號進行多路復用，并隨后將多路復用的輸出輸入到一個調制器65(以進行圖6中的QPSK調制)。受到QPSK調制器65的調制的信號被發(fā)送到一個擴展單元66，以受到擴展頻譜調制處理，并隨后通過一個天線67被發(fā)送。
圖7顯示了傳統(tǒng)的渦輪編碼器的一個例子。輸入圖7所示的編碼器的數(shù)據(jù)信號u被分支。一個分支信號被發(fā)送到一個多路復用器73，且另一個被發(fā)送到一個卷積編碼器70-1和一個交錯器71。在卷積編碼器70-1中，利用輸入數(shù)據(jù)信號u的信號串，產生一個卷積碼。在圖7的配置中，一個輸入信號xk被一個加法器加到一個一位延遲值xk-1和一個兩位值xk-2上。進一步地，該結果被重新加到該2位延遲值xk-2上，并作為一種卷積碼y1k而被加到一個穿孔單元(puncturing unit)72上。
進一步地，被發(fā)送至交錯器71的數(shù)據(jù)信號臨時進入一個矩陣，并隨后按照不同于它們被寫入到該矩陣中的順序的一個順序被讀取。因此，從交錯器71輸出的數(shù)據(jù)信號由不同于原來的數(shù)據(jù)信號u的一個位陣列表示。因此，在該數(shù)據(jù)信號的位序列被隨機改變之后，該信號被輸入到一個卷積編碼器70-2。
在卷積編碼器70-2中，進行著與在卷積編碼器70-1中進行的處理類似的處理，且卷積碼被產生出來。然而，從卷積編碼器70-2輸出的卷積碼是通過對具有由交錯器71隨機化的位序列的數(shù)據(jù)信號進行編碼而獲得的。因此，它作為不同于從卷積編碼器70-1輸出的碼的一種卷積碼y2k，而被輸入穿孔單元72。
穿孔單元72利用一種預定的形式，切換來自卷積編碼器70-1的碼y1k和來自卷積編碼器70-2的碼y2k。切換的碼隨后被輸入多路復用器73。一種典型的穿孔方法，是交替地切換碼y1k和碼y2k。然而，碼的切換不一定是交替進行的。用戶可適當?shù)卮_定切換的模式。
信號xk和來自穿孔單元72的信號被多路復用器73所多路復用，且其結果隨后作為一種編碼信號而被輸出。從多路復用器73輸出的該編碼信號被一個交錯器62所交錯。換言之，編碼信號被讀入一個矩陣，并隨機地讀出，并隨后被輸出。圖7的交錯器71用于使來自卷積編碼器70-2的碼y2k不同于來自卷積編碼器70-1的碼y1k。交錯器71和卷積編碼器70-2形成了一個編碼器。進一步地，交錯器62用于防止在一種發(fā)送信號中出現(xiàn)脈沖串。
由于發(fā)送信號是借助對信號的位陣列進行隨機化的交錯器62而獲得的，發(fā)生在信號中的可能跨越多個位的錯誤脈沖串被擴展了。錯誤脈沖串可通過用于把錯誤擴展成散布的位錯誤的接收側交錯器74，而得到擴展。這是所希望的，因為多個散布的位錯誤比一個錯誤脈沖串更方便得到校正。結果，由于錯誤脈沖串而引起的錯誤編碼率得到了降低。
圖8顯示了基本的交錯處理的一個例子。一個交錯器包括用于依次存儲輸入數(shù)據(jù)的多個存儲器。如圖8所示，輸入數(shù)據(jù)信號從開始位起被一位一位地依次寫入。例如，圖8中的標號所表示的行方向。在讀取了預定長度的數(shù)據(jù)信號之后，數(shù)據(jù)信號隨后按照例如列方向被讀出。因此，數(shù)據(jù)信號的位被隨機輸出。列的讀取并不總是從左邊開始依次進行的。更好的方法，是隨機地選擇和讀取列，從而進一步地隨機化所要輸出的數(shù)據(jù)信號。
為了隨機化數(shù)據(jù)信號，所希望的是讀取和輸出大量的數(shù)據(jù)信號。因此，其輸出順序可被改變的信號的數(shù)目增大了。例如，一組的數(shù)據(jù)信號可被讀取和交錯。在此情況下，該組跟隨有一個末尾位，且該末尾位可以被交錯也可以不被交錯。當末尾位被交錯時，它可以與形成圖8所示的矩陣的其他信號一起被類似地讀出。除非末尾位被交錯，該信號被從末尾位的存儲位置以外的位置被讀出。在所有其他的數(shù)據(jù)信號都被讀出之后，末尾位才按照其被寫入的順序而被讀出，并隨后被加到輸出信號的末尾。
交錯器首先把數(shù)據(jù)信號存儲在存儲器中，并隨后讀取該數(shù)據(jù)信號。因此，所要讀取的數(shù)據(jù)信號的數(shù)目越大，延遲就越長。結果，當交錯處理由如圖7所示的交錯器71進行時，卷積編碼器70-2的輸出被延遲了交錯器71的延遲量。因此，提供了移位寄存器等，以調節(jié)其他編碼器的輸出，或直接輸出數(shù)據(jù)信號的時序。
由于所有信號都在圖7的交錯器62進行的交錯處理中被延遲了，所以不需要設計用于調節(jié)與其他信號的時序關系的配置。然而，為了更有效地進行交錯處理，更大量的數(shù)據(jù)信號得到了存儲，從而造成了更大的延遲。
圖9顯示了一種傳統(tǒng)解碼器的一個例子。圖9所示的解碼器是串聯(lián)的并用于依次解碼。在這些解碼器中被解碼的信號由圖7顯示的編碼器進行編碼。這些解碼器的操作可參見美國專利第5,446,747中的描述，該專利在此被引為參考文獻。


圖10顯示了當采用衰落信道時接收電功率的圖象。在移動終端通信等的情況下，錯誤脈沖串可由于衰落的影響而產生。在圖10中，接收功率隨時間的漲落很大。當接收功率高時，信號被正確地接收的可能性很大。當接收功率低時，出現(xiàn)大量的錯誤脈沖串的可能性很大。在最差的情況下，數(shù)據(jù)完全不能被接收。一般地，為了校正在數(shù)據(jù)信號發(fā)送期間發(fā)生的位錯誤，進行了一種錯誤校正編碼處理。然而，由于傳統(tǒng)的錯誤校正解碼器受到錯誤脈沖串的嚴重影響，經常采用一種交錯器來隨機化錯誤脈沖串。即，在錯誤校正編碼器之后設置了圖7所示的交錯器62。上述的編碼器被稱為渦輪編碼器，并能夠利用眾所周知的編碼方法來校正錯誤。
在上述的傳統(tǒng)技術中，獨立地進行著渦輪編碼處理和信道交錯處理。因此，錯誤校正解碼處理未得到有效處理。進一步地，由于在渦輪編碼器中還設置了一個交錯器，編碼和交錯處理所產生的延遲約為2N(在此情況下N指的是存儲在交錯器中的信號的長度)。換言之，在這種交錯處理中，在把具有信號長度為N的信號寫入存儲器中的過程中產生了延遲N。
進一步地，當把信號長度為N的信號從存儲器中讀出時，產生了另一個延遲N。在此情況下，需要就給定的2N延遲進一步地改善發(fā)送特性(位錯誤率、幀錯誤率)。這種可能對高標準的(數(shù)據(jù)等)服務來說是特別嚴重的。
本發(fā)明的一個目的，是通過考慮衰落信道的特性，而提供一種編碼器與交錯器的一種優(yōu)化組合。
根據(jù)本發(fā)明，這些和其他的目的得到了實現(xiàn)，其中本發(fā)明包括一個第一編碼單元，用于對輸入信號進行編碼；一個第一交錯器單元，用于對輸入信號和第一編碼單元的輸出進行交錯；一個第二交錯器單元，用于交錯輸入信號；一個第二編碼單元，用于編碼第二交錯器單元的輸出；以及，一個多路復用單元，用于對第一交錯器單元的輸出信號與第二編碼單元的輸出信號進行多路復用，并發(fā)送所獲得的結果。
根據(jù)本發(fā)明的方法還包括以下步驟(a)編碼一個輸入信號；(b)交錯該輸入信號和在步驟(a)中編碼的信號；(c)以不同的方式交錯輸入信號并隨后對在步驟(c)中被不同地交錯的信號進行編碼。進一步地，把在步驟(b)中獲得的信號與在步驟(d)中獲得的一個輸出信號進行多路復用，并發(fā)送所獲得的結果。
如上所述的本發(fā)明消除了傳統(tǒng)的編碼器的輸出端處的信道交錯器，其中信號先在未受交錯處理的情況下被多路復用并隨后由一個信道交錯器一起進行交錯。根據(jù)本發(fā)明，在傳統(tǒng)的設備中被多路復用的信號首先被交錯、同另一編碼信號一起被多路復用、并隨后被發(fā)送。因此，通過減小傳統(tǒng)的延遲時間而獲得了所希望的發(fā)送特性。
圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的用于DS-CDMA的發(fā)送器；圖2顯示了根據(jù)本實施例的渦輪編碼器；圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明的渦輪解碼器的一個實施例；圖4顯示了一種模擬的結果；
圖5顯示了根據(jù)本發(fā)明的一種多維渦輪編碼器；圖6顯示了用于傳統(tǒng)的DS-CDMA系統(tǒng)的發(fā)送器的一個例子；圖7顯示了傳統(tǒng)編碼器的一個例子；圖8顯示了交錯的基本概念；圖9顯示了傳統(tǒng)的解碼器的一個例子；且圖10顯示了采用衰落信道的接收電功率的圖象。
圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的用于DS-CDMA系統(tǒng)的發(fā)送器的一個實施例。根據(jù)本發(fā)明，一種渦輪編碼器具有不同于傳統(tǒng)的編碼器的配置。本發(fā)明的渦輪編碼器1消除了傳統(tǒng)的解碼器的輸出端處所需的信道交錯器。包括語音信號等的輸入數(shù)據(jù)信號受到根據(jù)本實施例的渦輪編碼器1的編碼，并隨后被直接發(fā)送到一個多路復用單元2。多路復用單元2對編碼信號進行多路復用使之與一個引導信號3同步，并把多路復用的信號發(fā)送至一個QPSK調制器4。受到QPSK調制器4的QPSK調制的信號由一個擴展單元5進行頻譜擴展調制，并隨后通過一個天線6被發(fā)送。
在采用高斯信道的渦輪編碼中，具有1/2的編碼率(信息因數(shù))的渦輪碼的最大解碼錯誤率，是以如下方式獲得的。Pb(e)≤~1NΣk=1[N/2]2k(k2k)H(2+2Zmin)k(1-HZmin-2)2k|H=e-RcEb/N0]]>其中Zmin表示由權為2的一個信息序列產生的錯誤事件奇偶校驗位，Eb/No表示主信號的信號能量與干擾能量的比值，且Rc表示一個正的常數(shù)。
根據(jù)上述公式，錯誤率特性與交錯器的長度N(交錯器中存儲的信號長度)有關。N的值越大，被稱為交錯器增益的Pb(e)就越小。較低的最大解碼錯誤率或較小的交錯器增益，意味著錯誤率的最差值變得較小，因而改善了發(fā)送特性。
根據(jù)本發(fā)明，以下的渦輪編碼器改善了移動終端通信系統(tǒng)的發(fā)送特性。
圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明的渦輪編碼器的一個實施例。如所示，輸出xk和y1k得到交錯。例如交錯器10的長度是2N且交錯器11的長度是4N。因此，包括末尾位(長度為v)的交錯器11的長度是4N+v。因此，如果交錯器11的讀取和寫入速度是交錯器10的兩倍，則編碼處理所產生的延遲大約為2N。然而，本發(fā)明不限于這種配置。
輸入數(shù)據(jù)信號u被分支成被輸入到交錯器11、傳統(tǒng)的編碼單元12和交錯器10的信號xk。由傳統(tǒng)編碼單元12編碼的信號r1被輸入到一個穿孔單元14。進一步地，該信號輸入達到一個信號長度N，且該信號隨后被隨機地讀出和輸入到一個卷積編碼單元13中。在交錯器10中，當具有長度N的信號被寫入存儲器并隨后被讀出時，產生了一個延遲2N。被交錯器10交錯的信號被卷積編碼單元13所編碼，并作為編碼信號r2而被輸入到一個穿孔單元15。
穿孔單元14、15同步地進行啟動和停止輸出信號的操作。確定信號是否從穿孔單元14、15得到輸出的方式，可以是交替地輸出信號的方式。然而，本發(fā)明不限于這種方式。雖然應該選用對錯誤校正有效的一種方式。
從穿孔單元14發(fā)送的信號y1k被輸入到交錯器11。進一步地，從穿孔單元15發(fā)送的信號y2k被輸入到一個多路復用器16。由于信號xk和y1k被輸入到交錯器11，需要讀取信號長度為N的信號xk和y1k，以借助交錯器10的信號長度交錯各個信號。這些信號隨后以一種混合的方式被隨機地讀出，以獲得信號xk’和y1k’。在此情況下，發(fā)生了4N的延遲。因此，交錯器11的讀出和寫入速度被加倍，以把具有交錯器10產生的2N延遲的信號y2k和交錯器11產生的具有4N延遲的信號xk’和y1k’同時輸入多路復用器16。這是重要的，因為它消除了對多路復用器的輸出端的另一交錯器的需要。因此，由這樣的交錯所導致的延遲被消除了。多路復用器16隨后多路復用信號xk’、y1k’和y2k，并隨后發(fā)送這些多路復用的信號。
交錯器10、11能夠依次地選擇輸入信號的末尾位是否被交錯。如上所述，如果一組數(shù)據(jù)信號被臨時讀入一個交錯器并隨機地被再讀出，則末尾位的讀取方式可以與另一信號的方式相同?；蛘?，末尾位可以在所有其他信號都已被讀出之后被專門地讀出，并隨后被加到交錯的信號的末尾。這可以由本領域的技術人員通過適當控制交錯器10、11的存儲器形成部分的讀取地址，而方便地得以實現(xiàn)。
借助圖2顯示的配置，在多路復用器16之后沒有設置信道交錯器。然而，在其之后可以設置信道交錯器。在此情況下，通過信道交錯器而發(fā)生了一個延遲，但該延遲可被設定在系統(tǒng)的規(guī)定所要求的范圍之內。因此，可同時實現(xiàn)本實施例的優(yōu)點和采用信道交錯器的優(yōu)點。
圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明的渦輪解碼器的一個實施例。圖3的解碼器的配置基本上與圖9所示的解碼器的配置相同，只是在解碼器之前設置了一個去交錯器20。設置去交錯器20，是為了對通過在編碼側進行交錯而獲得的信號xk’和y1k’進行去交錯處理。解碼器的操作實際上與圖9所示的相同，只是該處理是通過去交錯器20而進行的。實際的操作請參見所引用的參考專利公開。
如果本發(fā)明象傳統(tǒng)技術那樣采用了相同的延遲量，則系統(tǒng)的位錯誤率和幀錯誤率可得到減小。換言之，位錯誤率可通過增大所要交錯的信號量而得到減小。然而，在此情況下，交錯器造成了延遲。因此，如果被交錯的信號數(shù)目越大，則產生的延遲越長。這意味著與相同數(shù)目的交錯信號相對應的相同的延遲量。因此，根據(jù)本實施例，對于相同數(shù)目的交錯信號，位速率可得到減小。
在根據(jù)本發(fā)明的DS-CDMA移動終端通信系統(tǒng)中，交錯器的效果通過模擬而得到證實。表1顯示了模擬的條件。
模擬條件
圖4顯示了上述模擬的結果，如所示，根據(jù)本發(fā)明位錯誤率得到減小。根據(jù)本發(fā)明的位錯誤率在大的Eb/No值范圍內都低于傳統(tǒng)技術。
圖5顯示電流根據(jù)本發(fā)明的多維渦輪編碼器的一個實施例。當兩或多個部件的編碼單元得到采用時，如圖2所示的情況那樣對輸出xk和y1k進行交錯處理。
輸入圖5所示的編碼器的信號u被分支。一個信號x被直接輸入交錯器32，且另一個被輸入編碼單元(部件編碼單元)31-1和交錯器31-1至31-n-1。由編碼單元31-1編碼的信號y1被輸入到一個交錯器32，在與信號x混合之后被交錯，并隨后被輸入到多路復用器33。
進一步地，被輸入到交錯器31-1至31-n-1的信號分別得到交錯，并隨后被輸入到編碼器31-2至31-n。輸入至各自的編碼器31-2至31-n的信號受到預定的處理、編碼并隨后被輸入到多路復用器33。
根據(jù)本發(fā)明，信道交錯器被從多路復用器33的輸出端除去，且信號x和y1在被交錯之后被輸入到多路復用器33并隨后被發(fā)送，從而減小了位錯誤率。采用傳統(tǒng)技術的配置，在被交錯之后將要被編碼的信號的延遲是2N，且信道交錯器的延遲是2N。因此，產生了一個總延遲4N。相比之下，根據(jù)本發(fā)明和上述實施例的，由于信道交錯器的延遲在多路復用器的輸出端被消除了。因此，各個交錯器10、11所允許的延遲可被增大至4N，而這是所希望的。如果交錯器能夠包括若干個信號以進一步借助大量的交錯器來改善發(fā)送特性，則本實施例或上述實施例可被配置成具有比傳統(tǒng)技術大的交錯器延遲的，從而減小了編碼錯誤率。
根據(jù)本發(fā)明的編碼器，能夠在不增大延遲的情況下，改善系統(tǒng)的發(fā)送特性。
在此公布了本發(fā)明目前所能夠設想的最佳實施例。然而，應該理解的是，在不脫離本發(fā)明的精神的前提下，可以作出各種改變和修正。
權利要求
1.一種用于移動通信系統(tǒng)的編碼設備，包括一個第一編碼器，用于編碼一個輸入信號；一個第一交錯器，用于交錯該輸入信號和來自所述第一編碼器的輸出；一個第二交錯器，用于交錯該輸入信號；一個第二編碼器，用于對所述第二交錯器的輸出進行編碼；以及一個多路復用器，用于對所述第一交錯器的輸出信號和所述第二編碼器的輸出信號進行多路復用。
2.根據(jù)權利要求1的設備，其中所述第一和第二編碼器進行一種渦輪編碼處理
3.根據(jù)權利要求1的設備，進一步包括耦合在所述第一編碼器的輸出端與所述第一交錯器的輸入端之間的一個穿孔單元。
4.根據(jù)權利要求1的設備，進一步包括耦合在所述第二編碼器的輸出端與所述多路復用器之間的一個第二穿孔單元。
5.根據(jù)權利要求1的設備，其中所述第一交錯器確定在輸入至所述第一交錯器的一個編碼信號的末尾位上是否進行一種交錯處理。
6.根據(jù)權利要求2的設備，其中提供了所述第二編碼器與所述第二交錯器的多個組合。
7.根據(jù)權利要求1的設備，進一步包括一個信道交錯器，用于交錯所述多路復用器的輸出。
8.一種用于通信系統(tǒng)的編碼設備，包括一個第一交錯器，用于交錯一個輸入信號；一個第一編碼器，用于對所述第一交錯器的輸出進行編碼；一個第二編碼器，用于對該輸入信號進行編碼；一個第二交錯器，用于交錯該輸入信號和所述第二編碼器的輸出；以及一個多路復用器，用于對所述第一編碼器和所述第二交錯器的輸出進行多路復用。
9.用于對移動通信系統(tǒng)的輸入信號進行編碼的方法，所述方法包括以下步驟(a)編碼該輸入信號；(b)把該輸入信號與在所述步驟(a)中編碼的信號進行交錯；(c)交錯該輸入信號；(d)對在所述步驟(c)中獲得的信號進行編碼；(e)把在所述步驟(b)中獲得的信號和在所述步驟(d)中獲得的另一信號進行多路復用。
10.根據(jù)權利要求9的方法，其中在所述步驟(a)和(d)中進行一種渦輪編碼處理。
11.根據(jù)權利要求9的方法，其中在交錯在所述步驟(b)中獲得的信號之前，對在所述步驟(a)中獲得的一種信號進行穿孔處理。
12.根據(jù)權利要求9的方法，其中對在步驟(d)中獲得的一種信號進行穿孔處理。
13.根據(jù)權利要求9的方法，進一步包括以下步驟確定編碼信號的一個末尾位是否將要被交錯。
14.根據(jù)權利要求9的方法，進一步包括以下步驟對在所述步驟(e)中獲得的多路復用信號進行交錯。
全文摘要
本發(fā)明是通過考慮衰落信道的特性,而提供一種編碼器與交錯器的一種優(yōu)化組合。發(fā)送到一個多路復用器的信號x
文檔編號H04L1/00GK1248102SQ99117950
公開日2000年3月22日 申請日期1999年8月19日 優(yōu)先權日1998年8月19日
發(fā)明者李繼峰 申請人:富士通株式會社