移相重疊碼及其解碼方法
2023-08-03 01:56:36 5
專利名稱：移相重疊碼及其解碼方法
技術領域：
本發明屬於數字通信領域。
基帶傳輸和載波傳輸是數字通信中兩種基本的傳輸方法。基帶傳輸是按奈奎斯特準則進行，而主要用奈奎斯特第一準則(簡稱為第一準則法)。這一準則是設發送的是方波脈衝信號，即 T為周期，ai為方波的幅值，m給出了方波幅值所有可能的取值數，稱這種碼為基帶碼，而一個周期的波稱為一個碼元。將信道均衡為帶寬為1/2T的低通濾波器，在接收端的波形為SINC函數。於是產生了碼間串擾(ISI)問題。為此，只能在kT各點上採樣才可以得到當前波的幅值。但是，由於存在噪聲，使實際信號變為g(t)＝gs(t)+n(t)，n(t)是噪聲。這使得在kT各點上的採樣值不會嚴格等於信號的幅值，當在kT上的噪聲 時，將會得到一個錯誤的幅值。也就是說，信噪比的大小將限制m的最大取值。而m＝2r，r是波形所攜帶的比特數(即信息量)，r越大意味著傳輸的信息量越大，即傳輸率越高。因此，提高信噪比是提高傳輸率的主要手段之一。但是，按第一準則，在一個碼元周期中只能利用一點的數據，這就限制著信噪比的提高。
本發明的目的旨在克服現有技術的缺陷，提供一種移相重疊碼及其解碼方法，本發明的目的是通過以下方法具體實現的將在相位上有一定重疊的多個正弦波合成一個波，並對整個合成波的做多點採樣，而不是像第一準則那樣，一個波的只採樣一點；進一步，通過解方程把移相重疊碼中各子波分解出來，從而使信噪比和頻帶利用率得以提高。
首先，令發送信號為 並將信道帶寬均衡為信號的譜零點帶寬，則在接收端的波形基本保持為 形(只是幅值衰減)，碼間串擾(ISI)可以忽略不計。這樣一來，我們可以利用一個碼元周期中波形的全部信息。由於在接收端的波形基本保持為 形，則將其周期延拓後的頻率基本等於1/T(基頻)，於是在接收端可有如下運算 其中ai為信號的幅值， 為噪聲的基頻正弦分量，而SNRs＝20log(ai/Nsl)為此種情況下的信噪比，設SNRo是第一準則法的信噪比。可以證明，SNRs＞SNRo設akT和NkT分別為按第一準則法在kT各點的信號和噪聲的採樣值，則SNRo＝20log(akT/NkT)。為了在同樣情況下比較，令ai＝akT。設誤碼率Pb＝10-7，意味著傳輸107個比特不出一個錯，假定一個波攜帶1個比特，則傳輸107個波不出一個錯。於是，{NkT，k＝1，2，...，107}中必有一個以上不造成誤碼的最大值Nmax。在最壞情況下NkT＝Nmax，k＝1，2，...，107。取一個碼元的波形，其中信號基本為正弦波，而噪聲是非正弦波。因此，噪聲的頻帶比信號的頻帶寬許多，則噪聲基頻的能量Nsl2隻是整個噪聲能量的很小一部分，而Nnk2是噪聲的總能量，於是Nsl＜NkT。又知經過提取基頻分量的運算後，信號的能量ai2基本等於原信號的能量，所以SNRs＞SNRo。
然而，這樣的碼雖然有利於信噪比的提高，但從波特率的角度看，頻帶利用率(即單位頻帶上所允許傳輸的波的數量。注意，一般定義頻帶利用率為單位頻帶上所允許傳輸的比特數，我們為了敘述方便做上述定義，並稱之為波頻帶利用率)降為第一準則法的1/4。為了克服這一缺點用移相重疊碼代替單個正弦波。移相重疊碼(簡稱重疊碼)為gs(t)=h=1Hgs(th)=h=1Hfh(th)SIN2Thth;]]>重疊碼碼元是由一些子波疊加而成的合成波，其周期稱為重疊碼碼元周期T，T＝{Th，h＝1，2，A，H}；子波為 Th是T內的一段持續期，是子波的有效期，稱為子有效期，即 h＝1，2，...，H；H是T內的子波數，也是子有效期數，可由設計者根據一個重疊碼碼元周期需要的比特數B和信噪比SNR決定取某一整數；在T內，Th+l的起點比Th的起點延遲τh；τh是一個時間常數，隨h的不同可取相同或不同值；令T為基帶碼碼元周期，而Th＝T。
圖1是重疊碼的示意圖。圖中在一個重疊周期內包含3個子波。(見附圖)當信道均衡為重疊波的譜零點帶寬(等於子波的譜零點帶寬)的低通濾波器時，整個波的形狀也是基本不失真的通過信道(即每個子波基本保持為正弦形)。當 時，波頻帶利用率就等於第一準則法的頻帶利用率。如果能解出各個子波，顯然傳輸率將有較大提高。問題是如何解出各個波？取重疊周期T周期內的一個碼元，分別對各子有效期Th(h＝1，2，...，H)中的波形(注意，不是僅指一個子波，而是這一子有效期內的合成波形)進行運算，得到一線性方程組，通過解方程求出各子波所攜帶的信息。
所說的運算形式為 為噪聲；這是提取基頻分量的運算。當取h＝1，2，...，H時，得一線性方程組，AX=G,A=K11K12K1HK21K2HMKhjMKH1KHH,X=X1X2MXHG=G1G2MGH---(1)]]>Xi對應於各子波的幅值，Khj是係數矩陣的元素，取值範圍是實數域。解此方程組即可得到各子波的解。
本發明的積極效果是，波頻帶利用率和信噪比可以有較大的提高，進而傳輸率可以有較大的提高。
下面是一個實施例。在普通的電話線上傳輸信號gs(t)=h=1Hgh(th)=h=1Hfh(th)sin2Thth]]>設H＝12，τi＝0，τh＝T/12，h＝2，3，...，12。
取T＝0.5毫秒，將信道均衡為帶寬為4KHz的低通濾波器，則gsH(t)可基本形狀不失真的通過信道。做如下運算0Thg(th)sin2Ththdth=Gh,g(t)=gs(t)+n(t)]]>得方程組AX＝G，其中A＝ X＝[x1，x2，......x12]；G＝[G1，G2......G12]；設信道為有線通信中的數字用戶環路，取最壞線間串擾(NEXT)噪聲為信道噪聲，取49對線間串(NEXT)噪聲為信道噪聲，在保證誤碼率小於等於10-7的條件下，每個波為9比特(即各子波有29＝512種可能的幅值)，重疊波的比特數為12×9＝108比特(bit)，T≈1ms，波特率為2K，可獲得108bps(每秒比特)的傳輸率。
參考文獻[1]John G.，《DIGITAL COMMUNICATIONS》，3th edition，McGraw-Hill，Inc.New York，1995[2]Walter Y.Chen，DSL Simulation Techiques and StandardsDevelopment for Digital SubscriberLine Systems，Macmillan TechnicalPublishing，Indianapolis，Indiana
權利要求
1.一種移相重疊碼，其特徵是 重疊碼碼元是由一些子波疊加而成的合成波，其周期稱為重疊碼碼元周期T，子波為 Th是T內的一段持續期，是子波的有效期，稱為子有效期，即 H是T內的子波數，ai是幅值，i＝1，2，，...，m，Th＝T，T為基帶碼碼元周期。
2.一種如權利要求1所說的移相重疊碼的解碼方法，其特徵在於在重疊周期TH內，分別對各子有效期Th(h＝1，2，...，H)內的波做 運算，從而得一線性方程組，解此線性方程組可得到各子波的幅值。
全文摘要
一種移相重疊碼,其特徵是(見[I]式),重疊碼碼元是由一些子波疊加而成的合成波,其周期稱為重疊碼碼元周期T={T
文檔編號H03M13/37GK1355637SQ0012334
公開日2002年6月26日 申請日期2000年11月27日 優先權日2000年11月27日
發明者梁德群 申請人:梁德群