數字通信系統中編碼和解碼信息的方法和裝置的製作方法
2023-09-22 13:38:45
專利名稱：數字通信系統中編碼和解碼信息的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明通常涉及數字通信系統，特別涉及數字通信系統中編碼和解碼信息的方法和裝置。
在數字無線通信系統中，普遍採用比特交織來改進在與同播和信道衰落相關的突發差錯的情況下的誤碼率。比特交織是一種對碼字的傳輸進行時分復用以使各碼字的順序比特不順序發送的處理。而各碼字的順序比特由稱作交織深度(interleaving depth)的許多比特按時間分離開來。
常規交織方法將許多碼字的比特存儲在一個存儲器中，作為一個矩陣處理，其中各碼字形成陣列的一行，而陣列的每列對應於所有碼字的一個比特位中的比特。然後，通過按逐列的方式發送陣列的比特，很容易地實現了交織，從而達到與陣列中碼字數目相等的交織深度。
但是，在採用2M調製電平上的2M符號來發送信息的系統(其中每個符號代表M個符號比特)中，常規交織方法會出現一個問題。如果M是一個偶數(如四電平或十六電平調製)時和如果矩陣中碼字數目是M的整數倍，則出現這個問題。如果遇到這兩種情形，常規交織方法將通過重複使用一個單個的符號比特位來發送各碼字。這是不理想的，因為一些「弱」符號比特位始終比其它比特位具有更高的誤碼率。通過重複使用一個「弱」符號比特位來發送的碼字將比其中「弱」符號比特位間置在「強」符號比特位中的碼字具有更高的不可糾正差錯的頻率。
雖然對這個問題的一個普通的解決辦法似乎可以是簡單地選擇一個包括許多非M的整數倍的碼字的矩陣尺寸，但由於以下原因，這種解決辦法是不理想的。處理矩陣中的數據的效率是一個重要的考慮。為維持處理效率，碼字長度和交織深度應為8比特(一字節)的倍數。這個要求導致碼字數目在M＝2，4，8等等時為M的整數倍。而且，M的值通常由系統要求來支配並且不容易改變。
因此，需要一種用於交織發送採用符合數據處理效率的矩陣尺寸的碼字比特的方法和裝置，同時防止一個單個符號比特位專門用於發送任何碼字。這種方法和裝置最好對發送各碼字提供符號比特位的均等分布。
本發明的一個方面是一種在一個採用至少四個調製電平來將信息作為符號而發送的數字通信系統中編碼和解碼信息的方法。各符號代表位於許多符號比特位中的許多符號比特。許多符號比特位中至少一個符號比特位的誤碼率高於許多符號比特位中的其它符號比特位的誤碼率。該方法包括將信息編碼成包括位於許多碼字比特位中的許多碼字比特的偶數數目碼字，和將偶數數目碼字作為交織數據流發送的步驟。以一種預定的方式重新排列許多碼字比特的發送順序以形成一個修改的發送順序，使得許多碼字以基本相同的誤碼率發送。該方法還包括接收和解調交織數據流以提取許多碼字比特，和在接收之後對許多碼字比特重新排序以恢復修改發送順序導致的比特修改，從而恢復許多碼字的步驟。該方法還包括在恢復之後解碼許多碼字以恢復信息的步驟。
本發明的另一方面是編碼和解碼信息的數字通信系統。數字通信系統採用至少四個調製電平來將信息作為符號而發送。各符號代表位於許多符號比特位中的許多符號比特。許多符號比特位中的至少一個符號比特位的誤碼率高於許多符號比特位中的其它符號比特位的誤碼率。該數字通信系統包括一個用於將信息編碼成包括位於許多碼字比特位中的許多碼字比特的偶數數目碼字的編碼器，和一個連接到編碼器上、用於將偶數數目碼字作為交織數據流發送的交織器(interleaver)。以一種預定的方式重新排列許多碼字比特的發送順序以形成一個修改的發送順序，使得許多碼字以基本相同的誤碼率發送。數字通信系統還包括一個連接到交織器上、用於接收和解調交織數據流以提取許多碼字比特的接收器，和一個連接到接收器上、用於在接收之後對許多碼字比特重新排序以恢復修改的發送順序導致的比特修改，從而恢復許多碼字的重新排序器。數字通信系統還包括一個連接到重新排序器上、用於在恢復之後解碼許多碼字以恢復信息的解碼器。
本發明的另一方面是一個在一個採用至少四個調製電平來將信息作為符號而發送的數字通信系統中編碼信息的控制器。各符號代表位於許多符號比特位中的許多符號比特。許多符號比特位中的至少一個符號比特位的誤碼率高於許多符號比特位中的其它符號比特位的誤碼率。控制器包括一個用於將信息編碼成包括位於許多碼字比特位中的許多碼字比特的偶數數目碼字的編碼器，和一個連接到編碼器上、用於將偶數數目碼字作為交織數據流發送的交織器。以一種預定的方式重新排列許多碼字比特的發送順序以形成一個修改的發送順序，使得許多碼字以基本相同的誤碼率發送。
本發明還有另一方面是一個用於在一個採用至少四個調製電平來將信息作為符號而發送的數字通信系統中解碼信息的通信接收器。各符號代表位於許多符號比特位中的許多符號比特。許多符號比特位中的至少一個符號比特位的誤碼率高於許多符號比特位中的其它符號比特位的誤碼率。數字通信系統包括一個用於將信息編碼成包括位於許多碼字比特位中的許多碼字比特的偶數數目碼字的編碼器。數字通信系統還包括一個連接到編碼器上、用於將偶數數目碼字作為交織數據流發送的交織器。以一種預定的方式重新排列許多碼字比特的發送順序以形成一個修改的發送順序，使得許多碼字以基本相同的誤碼率發送。通信接收器包括一個連接到交織器上、用於接收和解調交織數據流以提取許多碼字比特的接收器，和一個連接到接收器上、用於在接收之後對許多碼字比特重新排序以恢復修改發送順序導致的比特修改，從而恢復許多碼字的重新排序器。通信接收器還包括一個連接到重新排序器上、用於在恢復之後解碼許多碼字信息以恢復信息的解碼器。
圖1是根據本發明優選實施例的數字無線通信系統的電氣框圖。
圖2是根據本發明的優選實施例和另一個實施例的控制器的電氣框圖。
圖3是根據本發明優選實施例的通信接收器的電氣框圖。
圖4是描述常規比特交織方法的一個現有交織技術簡圖。
圖5是描述根據本發明優選實施例、用於四電平調製的比特交織方法的交織簡圖。
圖6是描述根據本發明優選實施例、用於十六電平調製的比特交織方法的交織簡圖。
圖7是描述根據本發明優選實施例的編碼和解碼信息方法的流程圖。
圖8是描述在比特移位之前根據本發明另一替代實施例的比特交織方法的四電平調製的交織簡圖。
圖9是描述在比特移位之後根據本發明另一替代實施例的比特交織方法的四電平調製的交織簡圖。
圖10是描述在比特移位之前根據本發明另一替代實施例的比特交織方法的十六電平調製的交織簡圖。
圖11是描述在比特移位之後根據本發明另一替代實施例的比特交織方法的十六電平調製的交織簡圖。
圖12是描述根據本發明另一替代實施例的編碼和解碼信息的方法的流程圖。
參照圖1，根據本發明優選實施例的數字通信系統100的電氣框圖包括許多由通信鏈路106連接到控制器104上的常規選擇呼叫基站102，控制器104控制選擇呼叫基站102。各選擇呼叫基站102經發送天線109向許多通信接收器110發送無線信號。無線信號包括發送給通信接收器110的選擇呼叫地址和消息。控制器104由常規本地鏈路107連接到一個本地輸入設備114(例如常規鍵盤/顯示終端)上用於接收選擇呼叫方，並由常規遠程鏈路105連接到公用交換電話網(PSTN)116上。來自PSTN116的選擇呼叫方可以以本領域眾所周知的方式從例如連接到PSTN116的常規電話118、常規計算機/數據機120或常規傳真機122產生。
選擇呼叫基站102和通信接收器110之間的傳輸最好採用一種眾所周知的選擇呼叫信號協議，例如Motorola的FLEXTM協議。也能採用象戈萊順序碼(GSC)或郵政總局尋呼碼標準化諮詢組(POCSAG)協議這些其它的協議。這些協議採用眾所周知的檢錯和糾錯技術，並因此在比特差錯在任何一個碼字中不是太大時容許在傳輸期間出現的比特差錯。例如，FLEXTM採用包括21個信息比特和11個奇偶校驗比特的32/21博斯-喬赫裡-霍克文黑姆(BCH)碼字。可以以一種眾所周知的方式來處理該碼字以糾正碼字中出現的多至兩比特的差錯。
來自選擇呼叫基站102的傳輸最好採用四電平頻移鍵控(FSK)調製，根據業務量要求工作在每秒1600至3200符號的範圍內。也能採用其它的信號協議、調製方式和傳輸速率。最好是選擇呼叫基站102類似於C73PURC5000型發射機，控制器104的硬體類似於MPS 2000TM尋呼控制中心的硬體，通信接收器110的硬體類似於A03KLB5962CA ADVISOR型尋呼機的硬體，它們均由Schaumburg，Illinois的Motorola公司生產。也可使用其它類似硬體來構造數字通信系統100。
為了便於對根據本發明的各種實施例進行一般描述，於是規定數字通信系統採用對應於2M符號的2M調製電平，並且各符號代表M符號比特位中的M符號比特。M最好是一個大於1的正整數。例如，在四電平系統中M＝2。這樣，發送的每個符號將代表兩比特的信息。在十六電平系統中M＝4。這樣，發送的每個符號將代表四比特的信息。最好採用格雷碼，其中相鄰符號有一個單個比特的不同。例如，在一個具有按調製頻率上升順序的符號A，B，C和D的四電平系統中，各符號可分別代表比特組合00，01，11和10。在這樣一個系統中，碼字0111001011101101(看作01-11-00-10-11-10-11-01)可作為符號B-C-A-D-C-D-C-B發送。
參照圖2，根據本發明的優選實施例和另一替代實施例的控制器104的電氣框圖包括一個連接到本地和遠程鏈路107、105上的輸入接口202，用於接收來自那裡的選擇呼叫方。輸入接口202還連接到一個用於控制控制器104的工作的處理器204上。處理器204連接到發射機接口上用於控制許多選擇呼叫基站102和通過通信鏈路106發送選擇呼叫信號到那裡。處理器204還連接到一個用於暫時存儲象碼字比特209的矩陣這樣的工作變量的隨機存取存儲器(RAM)208上。此外，處理器204還連接到一個包括根據本發明優選實施例的固件部件的只讀存儲器(ROM)210上。
固件部件包括一個用於將要向許多通信接收器110之一發送的信息編碼到一個包括許多位於許多碼字比特位中的碼字比特的偶數數目碼字中的編碼器212。尤其是，為了提高處理效率，編碼器最好編碼許多碼字，其數目為一字節中比特數量的倍數，如8、16、24、32等等。
固件部件還包括一個用於將偶數數目的許多碼字作為交織數據流發送的交織器214。以一種預定的方式重新排列許多碼字比特的發送順序以形成一個修改的發送順序，使得許多碼字以基本相同的誤碼率發送。最好通過這樣形成修改的發送順序來實現，以便對應於許多碼字中的每個碼字的許多碼字比特在許多符號比特位中的每個符號比特位上以基本上等同的分布發送出去。此處，「基本上」意味著「最大可能地」。例如，如果碼字長度是偶數例如32比特，且在每個符號的兩個符號比特位中有兩個符號比特，則可能在兩個符號比特位的每個符號比特位中發送各碼字的碼字比特的一半，從而在兩個符號比特位中的每個符號比特位中以正好等同的分布來發送各碼字的碼字比特。另一方面，如果碼字的長度為奇數，例如33比特，且在每個符號的兩個符號比特位中有兩個符號比特，則不可能在兩個符號比特位的每個符號比特位中發送各碼字的碼字比特的一半。這樣，在兩個符號比特位的每個符號比特位中不能以正好等同的分布而只是以基本等同的分布來發送奇數長度碼字的碼字比特，例如在一個符號比特位中發送16個碼字比特，在另一個符號比特位中發送17個碼字比特。
交織器214包括一個用於將許多碼字排列到一個具有行和列的矩陣中的排列器216(arranger)，其中許多碼字中的每個碼字形成矩陣的一行，許多碼字比特形成矩陣的列，各列對應於許多碼字比特位中的一個碼字比特位。交織器214還包括一個用於以一種預定方式將列內各部分中的許多碼字比特移至新位置上以重新排列許多碼字比特的移位器218。此外，交織器214還包括一個用於如重新排列的那樣以逐列的順序發送許多碼字比特的發送器224，其中在一列的傳輸中，該列的許多碼字比特以線性逐行的順序發送。
移位器218包括一個用於將許多碼字比特分類組合成M類組群的組合器220，M類組群的每類由一個範圍在0到M-1內的類型整數來標記，各組群由以單個符號發送的許多碼字比特的部分組成。M類組群的分布是這樣的許多碼字的每個碼字具有基本相同數目的來自各M類組群的許多碼字比特。如上所述，「基本上」意味著「最大可能地」。移位器218還包括一個用於在各組群內以循環方式將組群中許多碼字比特部分的位置移動一個比特位數目的移動器222(mover)，其中比特位數目等於組群的類型整數。
在根據本發明的另一替代實施例中，組合器220用於將許多碼字比特組合成M類組群，M類組群中的每個組群由一個範圍在0到M-1內的類型整數標記，各組群由包括8比特的整數倍的許多碼字比特的列部分組成。M類組群的分布是這樣的許多碼字的每個碼字具有基本相同數目的來自各M類組群的許多碼字比特。如上所述，使得各組群包括8比特的整數倍的優點是8比特是一個字節中的比特數。如果數據組織成字節大小的組群，則處理器能有效地處理數據。
在另一替代實施例中，發送器224包括一個用於在發送由較高類型整數標記的列的許多碼字比特之前發送由較低類型整數標記的列的許多碼字比特的排序器226。也在另一實施例中，移動器222包括一個用於在每個由大於0的類型整數標記的列內將許多碼字比特的部分(各列的最頂上的N個比特除外)上移的旋轉器223(rotator)，最頂上的N個比特旋轉到列中的最低位，從而填補其它比特上移所產生的空白。
又如以上所述，控制器104的硬體類似於MPS 2000TM尋呼控制中心的硬體。可知其它類型的存儲器，如磁碟存儲器、光存儲器、電可擦寫編程隨機存取存儲器(EEPROM)，也能替代RAM 208和ROM 210。
參照圖3，根據本發明優選實施例的通信接收器110的電氣框圖包括一個用於接收作為交織數據流從選擇呼叫基站102發送來的消息的天線302。天線302連接到一個用於接收和解調交織數據流以提取包含於其中的許多碼字比特的接收器304上。接收器304連接到一個用於解碼和處理無線信號所承載信息的微處理器306上。微處理器306連接到一個用於存儲接收碼字的常規隨機存取存儲器(RAM)314。將碼字作為碼字比特矩陣328存儲起來。微處理器306還連接到一個輸出部件310上，例如一個常規液晶顯示器(LCD)或一個揚聲器，用於可視或可聽地輸出接收到的消息。
微處理器306還連接到一個控制部分312上，包括眾所周知的開關和按鈕，用於使用戶能控制通信接收器110。此外，微處理器306還連接到一個告警發生器308上，例如一個常規的壓電變換器(PZT)或一個根據接收發往通信接收器110的信息而產生可聽或可視告警的燈。此外，微處理器306連接到一個包含用於控制根據本發明實施例的通信接收器110的工作的固件部件的只讀存儲器(ROM)316上。
固件部件包括一個用於在恢復之後解碼許多碼字以恢復信息的解碼器318。固件部件還包括一個用於在接收之後對許多碼字比特重新排序以恢復修改傳輸順序而導致的比特修改、從而恢復許多碼字的重新排序器320。重新排序器320包括一個用於在接收之後以這樣一種方式存儲交織數據流的存儲器(storer)322重構包括在傳輸期間重新排列的許多碼字比特的矩陣。重新排序器還包括一個用於以與移位器218所使用的預定方式相反的方式對諸列部分內的許多碼字比特進行移位以恢復原始比特位、從而恢復許多碼字的反移位器324。固件部件還包括一個用於選擇性地識別通信接收器110的接收器選擇呼叫地址326。
可知其它類型的非易失存儲器，例如EEPROM、電池備份RAM、可編程只讀存儲器(PROM)等等，能替代ROM 316。而且微處理器306、RAM 314和ROM 316能完全或部分組合成一個整體集成電路器件。
參照圖4，現有交織技術簡圖400描述了一種常規的比特交織方式，其中為說明起見，碼字比特被組裝到一個8×8矩陣中。矩陣的行各包括一個8比特碼字401-408。矩陣的列410各包括各碼字401-408中的一個碼字比特，該碼字比特對應於一個恆定比特位。用列編號418對各列從1-8進行編號。粗水平線420表示符號邊界，各符號代表對應於兩個碼字比特的兩個符號比特的信息(M＝2)。
現有交織技術簡圖400採用編號1-64來標記碼字比特。由於比特是逐列發送的，所以編號還代表碼字比特以常規比特交織方法發送的順序。注意，在各列內碼字比特以線性逐行的順序發送。例如，碼字401的碼字比特在第一、第九、第十七、第二十五、第三十三、第四十一、第四十九和第五十七傳輸位被發送。通過以所示方式交織碼字比特，在出現與信道衰落相關的突發誤碼時改進了碼字誤碼率。
可知也可採用另一尺寸的矩陣，尺寸由碼字比特長度和在傳輸期間碼字比特的有足夠的時間分隔所需的交織深度來確定。例如，當工作在每秒6400比特時，Motorola的FLEXTM協議優選32×32比特的陣列。這在屬於一個單個碼字的相鄰碼字比特之間提供了5微秒的間隔，間隔被認為是在突發差錯保護中提供基本的改進。
如上所述，在採用2M符號在2M調製電平上發送信息的系統中(其中各符號代表M個符號比特)，常規交織方法可能會出現問題。如果M是偶數(例如，四電平或十六電平調製)且如果矩陣中碼字401-408的數目是M的整數倍時，就出現問題。如果滿足這兩個條件，則常規交織方法將通過重複使用同一符號比特位來發送各碼字401-408。這是不理想的，因為一些「弱」符號比特位總是比其它符號比特位具有更高的誤碼率。重複使用「弱」符號比特位來發送的碼字401-408將比「弱」符號比特位間置在「強」符號比特位之間的碼字具有更大的不可糾差錯頻率。
注意，例如，碼字401的碼字比特全在奇數編號的傳輸位中發送，而碼字402的碼字比特全在偶數數目的傳輸位中發送。在一個採用四電平調製(每符號兩比特)的系統中，碼字401的每一碼字比特將通過第一符號比特來發送，而碼字402的每一碼字比特將通過第二符號比特來發送。對於其餘的碼字，出現同樣的情況。各在全奇或全偶符號比特位中發送。這是不理想的，因為一半的碼字401-408將在「弱」符號比特位中發送，並因此較可能包含太多的比特差錯，使糾錯碼不能糾正。
參照圖5，交織簡圖500描述了根據本發明優選實施例的用於四電平調製的比特交織方法。如現有交織技術簡圖400那樣，碼字比特首先組裝成一個矩陣。各行包含一個碼字501-508，而列510、512各包含一個來自公共比特位中的所有碼字501-508的碼字比特。根據本發明的優選實施例，碼字比特被組合成兩種類型的組群，且最好各列僅包含兩類組群中的一類。各列中組群的類型由一個範圍為0到1的類型整數518來標記。粗水平線520表示符號邊界，各符號代表對應於兩個碼字比特(M＝2)的兩個信息符號比特。替代方法中，可知列也能包含多於單個類型的組群，理想的要求是各碼字501-508應包含基本相同數目的來自兩類組群中的每類的比特。顯然，交織簡圖500滿足該要求，其中各碼字501-508包含來自每類組群的4比特。
根據本發明的優選實施例，碼字比特在各列內組合成包括將在一個單個符號中發送的碼字比特的組群。例如，碼字比特1和2形成一個組群；比特3和4形成一個組群；比特5和6形成一個組群等等。矩陣單元(cell)內的編號1-64代表與現有交織技術簡圖400中編號1-64相同的比特。注意，編號1-64在類型整數等於1的組群中的編號的傳輸位不同於現有交織技術簡圖400的傳輸位。
類型整數等於1的組群的碼字比特的傳輸位最好相互交換。例如，在第二列512中，比特9和10的傳輸位進行了交換。這意味著通常在第10傳輸位中發送的比特在第9位中發送，而通常在第9傳輸位中發送的比特在第10傳輸位中發送。在碼字比特由通信接收器110接收到之後，它們被組裝成類似的矩陣，且先前交換了的碼字比特被交換回到其原始位置，以恢復原始碼字(在交換回到其原始位置之後，碼字比特將位於在現有交織技術簡圖400中所描述的矩陣中，這樣碼字可以以常規方式解碼)。其結果是各恢復的碼字包括相同數目的在奇和偶編號的傳輸位中發送的碼字比特。這樣，各碼字便利地包括了相同數目的「強」、「弱」符號比特，從而降低了任何單個碼字具有多於兩個差錯的概率，並因此改進了總碼字差錯率。
可知傳輸位的交換也能通過將碼字比特不改變地保留在矩陣中其原始位置上而改變碼字比特從矩陣中發送的順序來實現。實現在各組群內交換傳輸位的精確方法並不重要，只要修改傳輸位使得接收到的各碼字包括基本相同數目的在各符號比特位中發送的碼字比特。可知還有許多不同的交換傳輸位的方法。例如，頭四列可以不交換而發送出去，而後四列交換後發送出去。如果在一個給定符號中發送的比特不移動到另一符號上，則任何均衡用於傳送各碼字的奇偶符號比特位數目的交換方法將根據本發明的優選實施例來實現。
參照圖6，交織簡圖600描述了根據本發明優選實施例的用於十六電平調製的比特交織方法。如交織簡圖500所示，碼字比特首先組裝成一個矩陣。各行包含一個碼字601-608，而列610、612、614和616各包含一個來自公共比特位中所有碼字601-608的碼字比特。根據本發明的優選實施例，碼字比特被組合成四種類型的組群，並且各列610-616最好僅包括四類組群中的一類。各列610-616中組群的類型由一個範圍為0到3的類型整數618來標記。粗水平線620表明符號邊界，各符號代表對應於四個碼字比特(M＝4)的四個信息符號比特。在替代方法中，可知61 0-616能包含多於單個類型的組群，理想的要求是各碼字601-608應包含基本相同數目的來自四類組群中的每類的比特。顯然，由交織簡圖600滿足該要求，其中各碼字601-608包含來自每類組群的2比特。
根據本發明的優選實施例，碼字比特在各列內組合成包括將在一個單個符號中發送的碼字比特的組群。例如，碼字比特1、2、3和4形成一個組群；比特5、6、7和8形成一個組群；比特9、10、11和12形成一個組群等等。矩陣單元(cell)內的編號1-64代表與現有交織技術簡圖400中編號1-64相同的比特。注意，在類型整數大於0的組群中編號1-64的傳輸位不同於現有交織技術簡圖400的傳輸位。類型整數大於零的組群中的碼字比特被垂直循環移位，移位次數等於類型整數。垂直移位的方向(向上和向下)對於所有組群最好是恆定的。循環方式是這樣的在移位之後，溢出比特移至各組群中因移位產生的空隙中。例如，在第二列612中，比特9、10和11向下移至第10、第11和第12傳輸位，而溢出比特12移至第9傳輸位中的空隙中。
一種描述移位的普通方法是碼字比特被組合成M種類型的組群，M類組群中的各組群由一個範圍為0到M-1的類型整數標記。各組群由以單個符號發送的碼字比特的部分組成，且組群分布成使得各碼字具有基本相同數目的來自M類組群中各類組群的比特。組合之後，在各組群內以循環方式將各組群的碼字比特移位若干比特位。移位次數等於該組群的類型整數。
通過如上所述將碼字比特在各符號比特位中循環，對應於各碼字的碼字比特以在M個符號比特位中的各符號比特位上相同的分布而便利地發送出去，從而防止「弱」符號比特位被連續用於任何一個碼字。還有便利的是，根據本發明優選實施例的交織方法不改變符號交織深度，因為碼字比特不從一個符號循環到下一符號。
參照圖7，流程圖700描述了根據本發明優選實施例編碼和解碼信息的方法。流程圖700以控制器104的處理器204訪問編碼器212以將信息編碼702成碼字而開始。然後處理器204訪問RAM 208和排列器216，以將碼字排列704成一個碼字比特的矩陣。接著處理器204訪問組合器220並將碼字比特組合706成由一個從0到M-1的類型整數所標記的M類組群。各組群以單個符號被發送。組群分布成使得各碼字具有相同數目的來自各類組群的比特。處理器204然後訪問移動器222，以循環方式將各組群的碼字比特垂直移動708與組群的類型整數相等的若干比特位。處理器204然後訪問發送器224和發射機接口206，以將移位的碼字比特作為交織數據流而發送出去710。
通信接收器110的接收器304接收並解調712交織數據流的碼字比特。微處理器306訪問存儲器322，以將從數據流中恢復的碼字比特存儲起來714並將矩陣重構成重新排列用於發送的矩陣。然後，微處理器306訪問反移位器324，以與步驟708相反的方式垂直移位716碼字比特以將碼字恢復成如步驟702中初始編碼的那樣。微處理器306然後訪問解碼器318以解碼718碼字。在步驟720中，處理器204檢驗是否有更多的信息要發送。如果有，流程返回到步驟702。否則處理器204等待722更多的信息，且當有更多的信息到達時，流程返回到步驟702。
根據本發明優選實施例編碼和解碼信息的方法的比特重新排列部分已在上面描述成由處理器204和微處理器306在固件的控制下來實現。本領域一般技術人員懂得，如果需要，該方法的比特重新排列部分可完全以專用硬體來實現。為了降低處理器204和微處理器306上的處理負荷，象數據傳輸速率這樣的系統要求會導致優選專用硬體實現比特重新排列部分。
參照圖8，一個描述在比特移位之前根據本發明另一替代實施例的比特交織方法的用於四電平調製的交織簡圖800示出了排列成矩陣802的碼字比特1-64。如交織簡圖400、500、600中那樣，矩陣802的水平行各包含一個8比特碼字。矩陣802的垂直列各包含一個來自各碼字的碼字比特，碼字比特對應於一個恆定比特位。為了增強處理效率，碼字比特被組合成8個各包含8比特的柱形組群，且組群由範圍為0到1的8個類型整數804標記。類型整數804等於0的組群的碼字比特不移位。類型整數804等於1的組群的碼字比特將以循環方式移動一個比特位。即，類型整數8 04等於1的各列最好向上移動一個比特位，且溢出比特33、41、49和57將如箭頭所示移動到列的底部。
參照圖9，一個描述在比特移位之後根據本發明另一替代實施例的比特交織方法的用於四電平調製的交織簡圖900示出了為發送而移位時的碼字比特。符號邊界由粗線902表明。碼字比特將以位於交織簡圖900中的逐列的順序發送。即，比特將以以下比特順序發送1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11等等，直到63、64和57。傳輸和接收之後，碼字比特將由通信接收器110恢復到如交織簡圖800所示的其原始位置上。便利的是，各碼字的多數碼字比特保持了完全的四符號交織深度。僅有在類型整數為0的四個組群和類型整數為1的四個組群之間的間斷點的兩邊的三對比特遭受符號交織深度的下降。受影響的比特對是第三原始碼字的27/35、第五原始碼字的29/37和第七原始碼字的31/39，它們遭受一個符號的交織深度的下降。相信這對突發差錯保護的影響最小，尤其是對於較大陣列，例如，32×32比特陣列。
如果特定應用需要，可採用另一替代移位方法，它導致三個比特對遭受符號深度的增加，而單個比特對遭受較大的符號深度的下降。這可通過向下移動類型整數804為1的組群的碼字比特並向與交織簡圖800的箭頭所示相反的方向移動底部溢出比特而實現。這將導致第八原始碼字的比特對32/40在相鄰符號中(符號深度＝1)被發送，而陣列的所有其它比特對的符號深度保持不改變或增加一個符號。
可知類型整數能以許多不同的順序分配，且碼字比特以根據本發明的許多不同方法來重新排列，理想的要求是在重新排列之後，各碼字具有基本相同數目的來自各類組群的比特，並假設符號交織未負面影響到不可接受的程度。對於多數應用，尤其對於大型陣列，如32×32陣列，組群最好向上移動，且較低編號的組群類型最好在較高編號的組群類型之前發送，對至少一個比特組合以防止符號交織過度地減少。例如，如果交織簡圖900中所描述的類型2組群在類型1組群之前發送，則第一碼字的兩個比特，例如比特1和比特57，將討厭地由緊鄰的符號發送。
參照圖10，一個描述在比特移位之前根據本發明另一替代實施例的比特交織方法的用於十六電平調製的交織簡圖1000示出了排列成矩陣1002的碼字比特1-64。如交織簡圖400、500、600、800、900中那樣，矩陣1002的水平行各包含一個8比特碼字。矩陣1002的垂直列各包含一個來自各碼字的碼字比特，碼字比特對應於一個恆定比特位。為了增強處理效率，碼字比特被組合成8個各包含8比特的柱形組群，且組群由範圍為0到3的8個類型整數1010標記。類型整數1010等於0的組群的碼字比特不移位。類型整數804等於1的組群的碼字比特將以循環方式移動一個比特位。即，類型整數1010等於1的各列最好向上移動一個比特位，且溢出比特17和25將如箭頭所示移動到其各自列的底部。以類似的方式，類型整數1010等於2的各列最好向上移動兩個比特位，且溢出比特33、34和41、42將如箭頭所示移動到其各自列的底部。類似地，類型整數1010等於3的各列最好向上移動三個比特位，且溢出比特49、50、51和57、58、59將如箭頭所示移動到其各自列的底部。
參照圖11，，一個描述在比特移位之後根據本發明另一替代實施例的比特交織方法的用於十六電平調製的交織簡圖1100示出了為發送而移位時的碼字比特。符號邊界由粗線1102表明。碼字比特將以位於交織簡圖1100中的逐列的順序發送。即，比特將以以下比特順序發送1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11等等，直到63、64、57、58和59。傳輸和接收之後，碼字比特將由通信接收器110恢復到如交織簡圖1000所示的其原始位置上。便利的是，各碼字的多數碼字比特保持了完全的符號交織深度。僅有在具有不同類型整數值的組群之間的間斷點的兩邊的三對比特遭受符號交織深度的下降。受影響的比特對是第五原始碼字的13/21、第六原始碼字的30/38和第七原始碼字的47/55，它們遭受一個符號的交織深度的下降。在大型陣列中，例如，32×32比特陣列，相信這對突發差錯保護的影響最小，但在小型陣列中，如8×8陣列中-其中受影響的比特的符號交織深度減半，這就需要考慮進去。
如上所述，類型整數最好能以許多不同的順序分配，且碼字比特以根據本發明的許多不同方法來重新排列，理想的要求是在重新排列之後，各碼字具有基本相同數目的來自各類組群的比特，並假設符號交織未負面影響到不可接受的程度。對於多數應用，尤其對於大型陣列，如32×32陣列，組群最好向上移動，且較低編號的組群類型最好在較高編號的組群類型之前發送，對於至少一個比特組合以防止符號交織過度地減少。
參照圖12，流程圖1200描述了根據本發明另一替代實施例編碼和解碼信息的方法。流程圖1200類似於流程圖700，以下描述主要不同點。在碼字在步驟704中被排列成矩陣之後，處理器204訪問組合器220以將碼字比特優選地組合1206成由從0到M-1的類型整數所標記的M種類型的列。實施組合以使各碼字具有相同數目的來自各種類型的列的比特。然後，處理器204訪問移動器222和旋轉器223，將類型整數大於0的各列的碼字比特循環移位1208與該列的類型整數相等的若干比特位。
現在，應理解，本發明提供了一種用於交織發送採用符合數據處理效率的矩陣尺寸的碼字比特、同時防止單個符號比特位專門用於發送任何碼字的方法和裝置。該方法和裝置便利地對發送各碼字提供了符號比特位的均等分布。
權利要求
1.一種在採用至少四個調製電平來將所述信息作為符號發送的數字通信系統中編碼和解碼信息的方法，各符號代表位於許多符號比特位中的許多符號比特，其中至少一個的誤碼率比許多符號比特位中的另一個的誤碼率更高，該方法包括以下步驟將所述信息編碼成包括位於許多碼字比特位中的許多碼字比特的偶數數目(even-numbered)的許多碼字；將所述偶數數目的許多碼字作為交織數據流發送，其中以預定方式重新排列所述許多碼字比特的發送順序而形成一個修改的發送順序，使得所述許多碼字以基本相同的誤碼率被發送；接收和解碼所述交織數據流以提取所述許多碼字比特；在接收之後重新排序所述許多碼字比特以恢復修改發送順序所導致的比特修改，從而恢復所述許多碼字；和在恢復之後解碼所述許多碼字以恢復所述信息。
2.權利要求1的方法，其中所述發送步驟包括以下步驟將所述許多碼字排序成行列矩陣，其中所述許多碼字的各碼字形成所述矩陣的一行，且其中所述許多碼字比特形成所述矩陣的列，各列對應於所述許多碼字比特位之一；以預定方式將列內各部分中的所述許多碼字比特移位到新位置上以重新排列所述許多碼字比特；和如重新排列的那樣以逐列的順序發送所述許多碼字比特，其中在一列的發送中，該列的所述許多碼字比特以線性逐行的順序被發送。
3.權利要求2的方法，其中數字通信系統採用2M的調製電平，且其中各符號代表M個符號比特位中的M個符號比特，且其中所述移位步驟包括以下步驟將所述許多碼字比特組合成M種類型的組群，各所述M類組群由範圍為0到M-1的類型整數標記，各組群由以單個符號發送的所述許多碼字比特的部分組成，且各所述許多碼字具有基本相同數目的來自各M類組群的所述許多碼字比特；和以循環方式在各組群內將該組群中所述許多碼字比特的所述部分移動若干比特位，其中所述若干比特位等於該組群的類型整數。
4.權利要求2的方法，其中所述重新排序步驟包括以下步驟在接收之後以這樣的方式存儲所述交織數據流將包括所述許多碼字比特的所述矩陣重新構造成如在發送期間重新排列的矩陣和以與所述預定方式相反的方式移動列內所述部分的所述許多碼字比特，以恢復原始比特位，從而恢復所述許多碼字。
5.權利要求2的方法，其中數字通信系統採用2M的調製電平，且其中各符號代表M個符號比特位中的M個符號比特，且其中所述移位步驟包括以下步驟將所述許多碼字比特組合成M種類型的組群，各所述M類組群由範圍為0到M-1的類型整數標記，各組群由包含8比特的整數倍的所述許多碼字比特的柱狀部分組成，且各所述許多碼字具有基本相同數目的來自各M類組群的所述許多碼字比特；和以循環方式在各組群內將該組群中所述許多碼字比特的所述部分移動若干比特位，其中所述若干比特位等於該組群的類型整數。
6.權利要求5的方法，其中每個所述M類組群對應於所述矩陣的列，且其中所述發送步驟包括在發送較高類型整數所標記的列的所述許多碼字比特之前，發送較低類型整數所標記的列的所述許多碼字比特，且其中各列定義為具有N個最高比特，N等於該列的類型整數，且其中所述移動步驟包括在大於0的類型整數所標記的各列內向上移動除各列的N個最高比特外的所述許多碼字比特的所述部分，所述N個最高比特旋轉到該列中的最低位。
7.一種編碼和解碼信息的數字通信系統，該數字通信系統採用至少四個調製電平來將所述信息作為符號發送，各符號代表位於許多符號比特位中的許多符號比特，其中至少一個的誤碼率比許多符號比特位中的另一個的誤碼率更高，該數字通信系統包括一個用於將所述信息編碼成包括位於許多碼字比特位中的許多碼字比特的偶數數目的許多碼字的編碼器；一個連接到所述編碼器上、用於將所述偶數數目的許多碼字作為交織數據流發送的交織器，其中以預定方式重新排列所述許多碼字比特的發送順序而形成一個修改的發送順序，使得所述許多碼字以基本相同的誤碼率被發送；一個連接到所述交織器上、用於接收和解調所述交織數據流以提取所述許多碼字比特的接收器；一個連接到所述接收器上、用於在接收之後重新排序所述許多碼字比特以恢復修改發送順序所導致的比特修改，從而恢復所述許多碼字的重新排序器；和一個連接到所述重新排序器上、用於在恢復之後解碼所述許多碼字以恢復所述信息的解碼器。
8.權利要求7的數字通信系統，其中所述交織器包括一個用於將所述許多碼字排列成一個行列矩陣的排列器，其中所述許多碼字的各碼字形成所述矩陣的一行，且其中所述許多碼字比特形成所述矩陣的列，各列對應於所述許多碼字比特位之一；一個連接到所述排列器上、用於以預定方式將列內部分中的所述許多碼字比特移位到新位置上以重新排列所述許多碼字比特的移位器；和一個連接到所述移位器上、用於如重新排列的那樣以逐列的順序發送所述許多碼字比特的發送器，其中在一列的發送中，該列的所述許多碼字比特以線性逐行的順序發送。
9.權利要求8的數字通信系統，其中數字通信系統採用2M的調製電平，且其中各符號代表M個符號比特位中的M個符號比特，且其中所述移位器包括一個用於將所述許多碼字比特組合成M種類型的組群的組合器，各所述M類組群由範圍為0到M-1的類型整數標記，各組群由以在單個符號發送的所述許多碼字比特的部分組成，且各所述許多碼字具有基本相同數目的來自各M類組群的所述許多碼字比特；和一個連接到所述組合器、用於以循環方式在各組群內將該組群中所述許多碼字比特的所述部分移動若干比特位的移動器，其中所述若干比特位等於該組群的類型整數。
10.權利要求8的數字通信系統，其中所述重新排序器包括一個用於在接收之後以這樣的方式存儲所述交織數據流的存儲器將包括所述許多碼字比特的所述矩陣重新構造成如在發送期間重新排列的矩陣和一個連接到所述存儲器上、用於以與所述預定方式相反的方式移動所述列內各部分中的所述許多碼字比特，以恢復原始比特位，從而恢復所述許多碼字的反移位器。
11.權利要求8的數字通信系統，其中數字通信系統採用2M的調製電平，且其中各符號代表M個符號比特位中的M個符號比特，且其中所述移位器包括一個用於將所述許多碼字比特組合成M種類型的組群的組合器，各所述M類組群由範圍為0到M-1的類型整數標記，各組群由包含8比特的整數倍的所述許多碼字比特的柱狀部分組成，且各所述許多碼字具有基本相同數目的來自各M類組群的所述許多碼字比特；和一個連接到所述組合器、用於以循環方式在各組群內將該組群中所述許多碼字比特的所述部分移動若干比特位的移動器，其中所述若干比特位等於該組群的類型整數。
12.權利要求11的數字通信系統，其中每個所述M類組群對應於所述矩陣的列，且其中所述發送器包括一個用於在發送較高類型整數所標記的列的所述許多碼字比特之前發送較低類型整數所標記的列的所述許多碼字比特的排序器，且其中各列定義為具有N個最高比特，N等於該列的類型整數，且其中所述移動器包括一個用於在大於0的類型整數斯標記的各列內向上移動除各列的N個最高比特外的所述許多碼字比特的所述部分的旋轉器，所述N個最高比特旋轉到該列中的最低位。
13.一個用於在採用至少四個調製電平將所述信息作為符號發送的數字通信系統中編碼信息的控制器，各符號代表位於許多符號比特位中的許多符號比特，其中至少一個的誤碼率比許多符號比特位中的另一個的誤碼率更高，該控制器包括一個用於將所述信息編碼成包括位於許多碼字比特位中的許多碼字比特的偶數數目的許多碼字的編碼器；和一個連接到所述編碼器上、用於將所述偶數數目的許多碼字作為交織數據流發送的交織器，其中以預定方式重新排列所述許多碼字比特的發送順序而形成一個修改的發送順序，使得所述許多碼字以基本相同的誤碼率被發送。
14.權利要求13的控制器，其中所述交織器包括一個用於將所述許多碼字排列成一個行列矩陣的排列器，其中所述許多碼字的各碼字形成所述矩陣的一行，且其中所述許多碼字比特形成所述矩陣的列，各列對應於所述許多碼字比特位之一；一個連接到所述排列器上、用於以預定方式將列內各部分中的所述許多碼字比特移位到新位置上以重新排列所述許多碼字比特的移位器；和一個連接到所述移位器上、用於如重新排列的那樣以逐列的順序發送所述許多碼字比特的發送器，其中在一列的發送中，該列的所述許多碼字比特以線性逐行的順序發送。
15.權利要求14的控制器，其中數字通信系統採用2M的調製電平，且其中各符號代表M個符號比特位中的M個符號比特，且其中所述移位器包括一個用於將所述許多碼字比特組合成M種類型的組群的組合器，各所述M類組群由範圍為0到M-1的類型整數標記，各組群由以單個符號發送的所述許多碼字比特的部分組成，且各所述許多碼字具有基本相同數目的來自各M類組群的所述許多碼字比特；和一個連接到所述組合器、用於以循環方式在各組群內將該組群中所述許多碼字比特的所述部分移動若干比特位的移動器，其中所述若干比特位等於該組群的類型整數。
16.權利要求14的控制器，其中數字通信系統採用2M的調製電平，且其中各符號代表M個符號比特位中的M個符號比特，且其中所述移位器包括一個用於將所述許多碼字比特組合成M種類型的組群的組合器，各所述M類組群由範圍為0到M-1的類型整數標記，各組群由包含8比特的整數倍的所述許多碼字比特的柱狀部分組成，且各所述許多碼字具有基本相同數目的來自各M類組群的所述許多碼字比特；和一個連接到所述組合器、用於以循環方式在各組群內將該組群中所述許多碼字比特的所述部分移動若干比特位的移動器，其中所述若干比特位等於該組群的類型整數。
17.權利要求16的控制器，其中每個所述M類組群對應於所述矩陣的列，且其中所述發送器包括一個用於在發送較高類型整數所標記的列的所述許多碼字比特之前發送較低類型整數所標記的列的所述許多碼字比特的排序器，且其中各列定義為具有N個最高比特，N等於該列的類型整數，且其中所述移動器包括一個用於在大於0的類型整數所標記的各列內向上移動除各列的N個最高比特外的所述許多碼字比特的所述部分的旋轉器，所述N個最高比特旋轉到該列中的最低位。
18.一個用於在採用至少四個調製電平來將所述信息作為符號發送的數字通信系統中解碼信息的通信接收器，各符號代表位於許多符號比特位中的許多符號比特，其中至少一個的誤碼率比許多符號比特位中的另一個的誤碼率更高，其中數字通信系統包括一個用於將所述信息編碼成包括位於許多碼字比特位中的許多碼字比特的偶數數目的許多碼字的編碼器，且其中數字通信系統還包括一個連接到所述編碼器上、用於將所述偶數數目的許多碼字作為交織數據流發送的交織器，且其中以預定方式重新排列所述許多碼字比特的發送順序而形成一個修改的發送順序，使得所述許多碼字以基本相同的誤碼率被發送，該通信接收器包括一個連接到所述交織器上、用於接收和解調所述交織數據流以提取所述許多碼字比特的接收器；一個連接到所述接收器上、用於在接收之後重新排序所述許多碼字比特以恢復修改發送順序所導致的比特修改，從而恢復所述許多碼字的重新排序器；和一個連接到所述重新排序器上、用於在恢復之後解碼所述許多碼字以恢復所述信息的解碼器。
19.權利要求18的通信接收器，其中數字通信系統的交織器包括一個用於將所述許多碼字排列成一個行列矩陣的排列器，且其中所述許多碼字的各碼字形成所述矩陣的一行，且其中所述許多碼字比特形成所述矩陣的列，各列對應於所述許多碼字比特位之一，且其中交織器還包括一個連接到所述排列器上、用於以預定方式將列內各部分中的所述許多碼字比特移位到新位置上以重新排列所述許多碼字比特的移位器，且其中所述重新排序器包括一個用於在接收之後以這樣的方式存儲所述交織數據流的存儲器將包括所述許多碼字比特的所述矩陣重新構造成如在發送期間重新排列的矩陣；和一個連接到所述存儲器上、用於以與所述預定方式相反的方式移動所述列內各部分中的所述許多碼字比特，以恢復原始比特位，從而恢復所述許多碼字的反移位器。
全文摘要
通信系統(100)編碼和解碼信息,採用至少四個調製電平來將信息作為代表符號比特位中的符號比特的符號來發送。至少一個符號比特位的誤碼率高於另一符號比特位的誤碼率。處理器(204)將信息編碼(702)成偶數數目的碼字並將碼字作為交織數據流發送。處理器(204)以預定方式重新排列(706,708)碼字比特的發送順序而形成修改的發送順序,以使碼字以基本相同的誤碼率被發送出去(710)。接收器(110)接收並解調(712)交織數據流以提取碼字比特,然後重新排序(714,716)碼字比特以恢復修改發送順序而導致的比特修改,從而恢復碼字。接收器然後解碼碼字以恢復信息。
文檔編號H03M13/27GK1173255SQ95197331
公開日1998年2月11日 申請日期1995年12月12日 優先權日1995年1月13日
發明者G·戴維·曼特爾, 格雷戈裡·劉易斯·卡農, R·路易斯·布裡登 申請人:摩託羅拉公司