碼分多址通信系統中生成和分配編碼碼元的設備和方法
2023-06-28 13:55:06 1
專利名稱：碼分多址通信系統中生成和分配編碼碼元的設備和方法
技術領域：
本發明背景1．本發明領域本發明通常涉及一種用於CDMA通信系統的數據傳輸設備和方法，特別涉及一種用於生成和分配碼元的設備和方法，這種碼元能防止在數據傳輸過程中信道性能的下降。
2．相關技術描述目前，碼分復用(CDMA)通信系統是基於IS-95標準實現的。但是，隨著通信技術的發展，通信服務的用戶數量顯著增長。因此，很多方法都被提出來用於滿足用戶對高質量服務的不斷增長的需求。這些方法的途徑包括一種改進前向鏈路結構的方法。
對於已改進的前向鏈路結構，設計了一個前向鏈路基本信道用於TIA/EIA TR45.5會議中所提議的第三代多載波CDMA系統。在
圖1中說明多載波CDMA通信系統的前向鏈路結構。
參考圖1，信道編碼器10對輸入數據進行編碼，速率匹配器20對信道編碼器10的碼元輸出進行轉發並穿孔(puncture)。在此，信道編碼器10的數據輸入具有一個可變的比特率。速率匹配器20轉發並穿孔信道編碼器10的編碼數據位(即碼元)輸出，從而為具有可變比特率的數據匹配碼元率。信道交錯器30對速率匹配器20的輸出進行交錯處理。代表性地採用塊交錯器作為交錯器30。
長碼發生器91生成一個與用戶所使用的長碼完全相同的長碼。該長碼是用戶唯一的識別代碼。因此，不同的長碼被分配給各個用戶。抽取器92對長碼進行抽取以便將長碼的速率與從交錯器30輸出的碼元的速率進行匹配。加法器93將信道交錯器30的輸出與抽取器92的輸出相加。代表性地採用異或門作為加法器93。
多路分解器40順序地將加法器93的數據輸出多路復用到多載波A、B和C。第一到第三二進位一四進位(binary-to-four)電平轉換器51-53通過將輸入數據「0」變成「1」、將輸入數據「1」變成「-1」來轉換多路分解器40輸出的二進位數據的信號電平。第一到第三正交調製器61-63對從第一到第三電平轉換器51-53輸出的數據採用Walsh代碼分別進行編碼。在此，Walsh代碼具有256位的長度。第一到第三擴展器71-73分別擴展第一到第三正交調製器61-63的輸出。在此，QPSK(正交移相鍵控)擴展器可用作擴展器71-73。第一到第三衰減器(或增益控制器)81-83依據相應的衰減信號GA-GC，分別控制從第一到第三擴展器71-73輸出的擴展信號的增益。這裡，從第一到第三衰減器81-83輸出的信號就成為不同的載波A、B和C。
在圖1的前向鏈路結構中，具有R=1/3編碼率的信道編碼器10將輸入數據編碼成每一位3個編碼的數據位(即碼字或碼元)。這種編碼的數據位在進行速率匹配和信道交錯之後被多路分解到三個載波A、B和C。
通過除去多路分解器40並僅使用一組電平轉換器、正交調製器、擴展器和衰減器，圖1所示的多載波CDMA通信系統就可以改為單載波CDMA通信系統。
圖2是說明信道編碼器10、速率匹配器20和信道交錯器30的詳細示圖。在圖2中，第一速率的數據由每20ms幀172位組成(全速率)；第二速率的數據由每20ms幀80位組成(1/2速率)；第三速率的數據由每20ms幀40位組成(1/4速率)；第四速率的數據由每20ms幀16位組成(1/8速率)。
參考圖2，第一到第四CRC發生器111-114生成對應於各個具有不同速率的輸入數據的CRC位，並且將生成的CRC位加到輸入數據中。具體的說，12位的CRC加到第一速率的172位數據中；8位的CRC加到第二速率的80位數據中；6位的CRC加到第三速率的40位數據中；6位的CRC加到第四速率的16位數據中。
第一到第四尾標位發生器121-124分別將8個尾標位加到已添加CRC的數據中。因此，第一尾標位發生器121輸出192位；第二尾標位發生器122輸出96位；第三尾標位發生器123輸出54位；第四尾標位發生器124輸出30位。
第一到第四編碼器11-14對第一到第四尾標位發生器121-124輸出的數據分別進行編碼。在此，可以採用具有約束長度為K=9、編碼率為R=1/3的卷積編碼器作為編碼器11-14。在這種情況下，第一編碼器11將第一尾標位發生器121輸出的192位數據編碼成為全速率的576碼元；第二編碼器12將第二尾標位發生器122輸出的96位數據編碼成為1/2速率的288碼元；第三編碼器13將第三尾標位發生器123輸出的54位數據編碼成為1/4速率的162碼元；第四編碼器14將第四尾標位發生器124輸出的30位數據編碼成為1/8速率的90碼元。
速率匹配器20包括轉發器(repeater)22-24和碼元刪除設備27-28。轉發器22-24對從第二到第四編碼器輸出的碼元分別轉發預定次數，從而將其輸出碼元率增加到全速率。碼元刪除設備27和28刪除從轉發器23和24輸出的、數量上超過全速率碼元的碼元。由於第二編碼器12輸出288碼元(是第一編碼器11輸出的576碼元的1/2)，所以第二轉發器22對接收到的288碼元轉發兩次而輸出576碼元。此外，由於第三編碼器13輸出162碼元(約為第一編碼器11輸出的576碼元的1/4)，所以第三轉發器23對接收到的162碼元轉發四次而輸出648碼元，其數量上超過了全速率的576碼元。為了將該碼元率與全速率相匹配，碼元刪除設備27將每個第九碼元刪除以便輸出全速率的576碼元。另外，由於第四編碼器14輸出90碼元(約為第一編碼器11輸出的576碼元的1/8)，所以第四轉發器24對接收到的90碼元轉發八次而輸出720碼元，其數量上超過了全速率的576碼元。為了將該碼元率與全速率相匹配，碼元刪除設備28將每個第五碼元刪除以便輸出全速率的576碼元。
第一到第四信道交錯器31-34對從第一編碼器11、第二轉發器22、碼元刪除設備27和碼元刪除設備28輸出的全速率的碼元分別進行交錯處理。
對於具有低信噪比(SNR)的信道，通過提供信道編碼增益，採用向前糾錯(FEC)來維持移動臺具有足夠低的誤碼率(BER)。採用覆蓋(overlay)的方法，多載波通信系統的前向鏈路可以與現有IS-95系統的前向鏈路共享同一個頻帶。但是，這種覆蓋方法引起下列問題。
在覆蓋方法中，在現有的IS-95 CDMA系統所採用的三個1.25MHz頻帶上覆蓋了多載波系統的三個前向鏈路載波。圖3表示IS-95系統和多載波系統基站的各個頻帶的傳輸功率電平。在覆蓋方法中，由於多載波系統的頻帶被覆蓋在現有IS-95系統的頻帶上，所以IS-95基站和多載波基站之間在同一頻帶上共享傳輸功率或信道容量。在兩個系統之間共享傳輸功率的情況下，傳輸功率首先被分配給主要支持話音服務的IS-95信道，然後再確定分配給多載波CDMA系統各個載波的最大容許傳輸功率。這裡，最大傳輸功率不能超過預定的功率電平，因為基站具有受限的傳輸功率。此外，當基站傳輸數據給太多用戶時，用戶間的幹擾就會增大，導致噪聲的增加。圖3說明IS-95基站和多載波基站在各個1.25MHz頻帶上分配了幾乎相等的傳輸功率的情況。
但是，1.25MHz頻帶的IS-95信道依據服務中用戶數量的變化和用戶話音活動的變化而具有不同的傳輸功率。圖4和圖5說明的情況是，由於IS-95用戶數量的增多，隨著分配給IS-95基站的傳輸功率在相應頻帶上迅速增強，分配給多載波基站的傳輸功率在某些載波上減弱。結果，不能對一個或更多個多載波分配足夠的傳輸功率，以致SNR隨接收器處的載波而有所不同。因此，以具有低SNR的載波所接收到信號的誤碼率(BER)就會增大。也就是說，當IS-95用戶的數量增多以及話音活動相對較高時，經由相應頻帶上覆蓋的載波所傳輸的信號的BER增大，導致系統的容量減少和IS-95用戶之間的幹擾增強。也就是說，覆蓋方法可能引起多載波系統的容量減少以及IS-95用戶之間的幹擾增強。
如圖4和圖5所示，在多載波系統中，各個載波可以有獨立的傳輸功率。在性能方面，圖4顯示了與採用R=1/2信道編碼器情況類似的功率分配，圖5顯示了比不採用信道編碼器的情況更糟的功率分配。在這些情況下，對於一個輸入位進行編碼後所得三位(即碼元)中的一位或兩位可能沒有被傳輸，導致系統性能下降。
此外，即使在採用單載波的直接擴展的CDMA通信系統中，由信道編碼生成的碼元的權值分配也是很差的，可能導致信道編碼的性能下降。
本發明概述因此，本發明的一個目的是提供一種CDMA通信系統中能夠生成具有良好的信道編碼性能的編碼數據的信道編碼設備和方法。
本發明的另一個目的是提供一種多載波CDMA通信系統中能夠生成具有良好的信道編碼性能的編碼數據、並且將生成的信道編碼數據有效地分配給各個載波的信道編碼設備和方法。
本發明的另一個目的是提供一種在多載波CDMA通信系統中將生成的碼元分配給各個載波，從而將傳輸期間被損壞碼元的影響減到最小信道傳輸設備和方法。
本發明的另一個目的是提供一種CDMA通信系統中的R=1/6卷積編碼設備和方法，能夠增強信道發送器的信道性能。
為了達到上述目的，提供一種至少使用兩個載波的通信系統。該通信系統包括信道編碼器，用於對數據編碼；信道控制器，用於生成控制信號以傳輸信道編碼後的碼元，從而使用由至少一個載波所接收到的數據來進行解碼；碼元分配器，用於將信道編碼後的碼元分配給至少兩個載波。
還提供一種信道編碼設備，具有多個延遲器，用於延遲一個輸入數據位以生成第一到第八延遲數據位；第一運算器，用於對輸入數據位和第三、第五、第六、第七及第八延遲數據位進行異或運算以生成第一碼元；第二運算器，用於對輸入數據位和第一、第二、第三、第五、第六及第八延遲數據位進行異或運算以生成第二碼元；第三運算器，用於對輸入數據位和第二、第三、第五及第八延遲數據位進行異或運算以生成第三碼元；第四運算器，用於對輸入數據位和第一、第四、第五、第六、第七及第八延遲數據位進行異或運算以生成第四碼元；第五運算器，用於對輸入數據位和第一、第四、第六及第八延遲數據位進行異或運算以生成第五碼元；第六運算器，用於對輸入數據位和第一、第二、第四、第六、第七及第八延遲數據位進行異或運算以生成第六碼元。
附圖簡介通過結合附圖對本發明進行如下詳細描述，本發明的上述和其他目的、特性、優點將會變得更加清楚，其中圖1是說明用於常規多載波CDMA通信系統的前向鏈路的示圖；圖2是說明圖1所示前向鏈路的基本信道結構的示圖；圖3是說明在同一頻帶中多載波信道覆蓋在IS-95信道上的情況下，IS-95信道頻帶和多載波信道頻帶的傳輸功率分配的示圖；圖4示圖說明的狀態是，由於系統傳輸功率或傳輸容量的限制，當相應IS-95信道的傳輸功率增強時，多個載波中一個載波的傳輸功率減弱；圖5示圖說明的狀態是，由於系統傳輸功率或傳輸容量的限制，當相應IS-95信道的傳輸功率增強時，多個載波中兩個載波的傳輸功率減弱；圖6示圖說明的是，依照本發明的實施例，使用信道編碼器和碼元分配器來生成碼元率為1/6的卷積碼的方案；圖7是說明圖6中R=1/6卷積編碼器的詳細示圖；圖8是說明圖6中碼元分配器的詳細示圖9是說明依照本發明實施例使用信道編碼器和碼元分配器的前向鏈路的一種傳輸模式的示圖；圖10是說明依照本發明實施例的R=1/3卷積碼之間性能比較的模擬圖；圖11是說明R=1/2卷積碼之間最差性能比較的模擬圖，其中使用編碼率為R=1/3的卷積編碼器的發生器多項式；圖12是說明用於R=1/6卷積碼的R=1/2約束代碼之間性能比較的模擬圖；和圖13是說明R=1/2約束代碼之間最差性能比較的模擬圖，其中使用具有最高性能的R=1/6卷積編碼器。
優選實施例詳述下面將參考附圖對本發明的優選實施例進行描述。在下列描述中，由於眾所周知的功能或結構會使本發明在不必要的細節上變得模糊，所以對其不再進行詳細說明。
在此所使用的術語「碼元」指的是從編碼器輸出的編碼後的數據位。為了便於解釋，假設多載波通信系統是採用三個載波的三載波CDMA通信系統。
在既支持IS-95系統又支持多載波系統的通信系統中，兩個不同系統的傳輸信號覆蓋在同一頻帶上，對編碼後的碼元進行分配以使得對損壞的碼元進行解碼的過程中性能下降減到最小，隨後，分配後的編碼位被指定給各個載波。因此，即使在接收過程中各載波中的一個有幹擾，也可以僅對經其他載波所傳輸的編碼位進行解碼，從而改善系統的性能。
此外，在前向鏈路中，可使用R=1/6的卷積碼作為信道編碼器。所以，當信道編碼器生成R=1/6卷積碼時，很難找到具有良好解碼性能的R=1/6卷積碼。因此，本發明用於生成具有良好解碼性能的R=1/6卷積碼並且將生成的卷積碼分配給多個載波。依照本發明生成的卷積碼在多載波CDMA通信系統中和在DS-CDMA通信系統中都具有良好的性能。
現在，對依照本發明實施例的CDMA通信系統中的生成碼元操作和分配碼元操作進行說明，其中生成碼元是為了使信道性能最佳。為了方便，以下將參考多載波CDMA通信系統對本發明進行說明。
首先，將參照採用三載波的多載波系統中的R=1/6卷積碼。圖6說明依照本發明實施例的卷積編碼器和碼元分配器。
參考圖6，卷積編碼器601對一個輸入數據位進行編碼，得到分配給三個載波A、B和C的六個碼元。對於碼元分配，碼元分配器602均勻地將六個輸入位以兩位一組分配給三個載波。碼元分配器602對卷積編碼器601輸出的碼元進行分配，考慮到三個載波有幾個被損壞。通過使用這種碼元分配方法，即使三載波中的一個或兩個載波被損壞，信道解碼的性能下降也可以減到最小。
現在將對碼元分配器602的設計方法進行描述。信道編碼後的誤碼率(BER)取決於由信道編碼器編碼後的碼元中受損壞的部分碼元。所以，即使編碼後的碼元被損壞了，性能下降最小的那部分的碼元也被均勻地分配給備載波。因此，即使某一信道的碼元全部都被損壞，信道編碼後BER的增加仍可以被減小到最少。
另外，在傳輸過程中，從信道編碼器中的一個分支(constituent)編碼器輸出的碼元被分配給各個載波；在解碼過程中，即使某一載波的碼元全被損壞，也仍可以選擇信道解碼器中的一個分支解碼器以使BER較低。
按下面的步驟對信道解碼器中的分支解碼器進行選擇。首先，參照具有約束長度K=9和速率R=1/3的卷積碼。在下列說明中，發生器多項式gi由八進位數表示。K=9和R=1/3的卷積碼具有自由距離(free distance)dfree=18。要注意的是，當對K=9、R=1/3和dfree=18的卷積碼進行查找時，通過改變發生器多項式g1、g2和g3，存在5685種組合。在此，僅選擇非惡性代碼。另外，當準備應用於多載波系統時，即使某一載波完全中斷，也必須防止性能下降。從這一點來看，最好使自由距離最大化。
採用現有IS-95系統所使用的(g1,g2,g3)=(557,663,711)卷積碼作為性能比較的基準代碼。在IS-95系統中，卷積碼的自由距離dfree=18，各分支代碼之間的自由距離為dfree(g557,g663)=9、dfree(g557,g711)=11和dfree(g663,g711)=10。採用由傳遞函數決定的BER上限公式可以預測卷積碼的性能。
對於IS-95系統，卷積碼的傳遞函數為T(D,I)︱1=1=5D18+7D20+O(D21),BER上限公式為(_/_I)T(D,I)︱I=1=11D18+32D20+O(D21)。當IS-95系統的卷積碼當作分支代碼來看，發生器多項式g1和g2的組合將發生惡性錯誤傳播。因此，當IS-95系統的卷積碼用於多載波系統時，必須適當地使用交錯和穿孔處理。由於IS-95卷積碼作為分支代碼具有惡性錯誤傳播，所以必須查找適合多載波系統的新的卷積碼。對於K=9,dfree(gi,gj)≤12。從徹底的計算機查找可以發現，分支代碼之間自由距離總是12的卷積碼不存在。因此，只有八個自由距離dfree(gi,gj)≥11的代碼。在此，不僅這些代碼而且分支代碼都是非惡性的。由於BER上限公式的第一項影響最大，所以第一個和第八個代碼被認為是最佳代碼。在此，由於第一和第八代碼、第二和第七代碼、第三和第四代碼以及第五和第六代碼都是相反的關係，所以它們本質上是相同的代碼。因此，僅有四種代碼。
表1用於說明K=9和R=1/3的卷積編碼器的特性。
在表1中，第一項d12表示d(467,543)並且以下都用作這種意思。供參考的是，當所述代碼與IS-95代碼按照BER上限公式的第一項進行比較時，第一和第八代碼的性能優於IS-95代碼，第三、第四、第五和第六代碼的性能與IS-95代碼相類似，第二和第七代碼的性能比IS-95代碼差。因此，最好採用第八(或第一)代碼。
同時，存在四種或更多種代碼其分支代碼之間的自由距離是12、12和10；在這些代碼中，按照BER上限公式第一項，較優良的代碼的發生器多項式為(g1,g2,g3)=(515,567,677)。圖10所示的是，在多載波系統(三載波)具有最優性能、各載波沒有損壞的情況下，AWGN(Additive White GaussianNoise,加性白高斯噪聲)環境中R=1/3卷積碼性能的模擬結果。在下列描述中，圖11-13的模擬都是在AWGN環境下進行的。情況1表示現有IS-95系統的R=1/3卷積碼，情況2和情況3表示用上述方法所查找到的R=1/3卷積碼。
情況1IS-95(g1=557,g2=663,g3=711)→dfree=18情況2g1=731,g2=615,g3=537→dfree=18dfree(g1,g2)=11,dfree(g1,g3)=11,dfree(g2,g3)=12情況3g1=515,g2=567,g3=677→dfree=18dfree(g1,g2)=11,dfree(g1,g3)=12,dfree(g2,g3)=10現在將對R=1/3卷積碼應用於三載波系統並且三載波中的某一個被損壞(或丟失)的情況進行描述。儘管原始編碼率為1/3，但是某個載波的丟失導致編碼率等於1/2。因此，圖11所示的是1/2卷積碼的模擬結果，該1/2卷積碼使用的是用於1/3卷積碼的發生器多項式。在圖11中，各種情況可由下列情況1到情況4解釋。圖11表示R=1/2卷積碼的最差性能圖，該R=1/2卷積碼使用的是用於R=1/3卷積碼的發生器多項式。
情況1最優1/2卷積碼→g1=561,g2=753,dfree(g1,g2)=12情況2三個R=1/2卷積碼中的最差性能g1=557,g2=711，其中R=1/2卷積碼使用的是用於IS-95系統R=1/3卷積碼的發生器多項式(557,663,711)→發生惡性錯誤傳播
情況3某一個R=1/2卷積碼的最差性能g1=731,g2=615(dfree(g1,g2)=11)，其中R=1/2卷積碼使用的是用於R=1/3卷積碼的發生器多項式(731,615,537)情況4某一個R=1/2卷積碼的最差性能g1=567,g2=677(dfree(g1,g2)=10)，其中R=1/2卷積碼使用的是用於R=1/3卷積碼的發生器多項式(515,567,677)當採用R=1/3卷積碼的三載波系統中某個載波被損壞，則編碼率變成等於R=1/2。在這種情況下，使用下面的碼元刪除矩陣，通過將最初的R=1/3卷積碼適當分配給三個載波，找到用於碼元分配器的碼元分配方法，從而即使編碼率變成R=1/2，也能使性能下降減到最小。採用最簡單的方法生成下面兩個碼元刪除矩陣。在下面的碼元刪除矩陣中，「0」意味著為其提供相應碼元的載波被損壞的情況，而「1」意味著為其提供相應碼元的載波未被損壞的情況。也就是說，這意味著對應於「0」的碼元都被分配給在傳輸過程中被損壞的某個載波的情況。因此，選擇下面各種模式的碼元刪除矩陣之一，即使某個載波被損壞也能使性能下降減到最小，並且碼元分配器602使用所選擇的模式為各個載波提供碼元。下列為碼元刪除矩陣，用於查找碼元分配器602所採用的模式。
此外，採用m序列通過二階GF(3)生成一個長度=8的m序列。對於第九卷積碼，生成序列{1,2,0,2,2,1,0,1,2}，然後採用這個序列生成下面的碼元刪除矩陣D3。 此外，通過對碼元刪除矩陣D3進行行變換，生成下面的碼元刪除矩陣D4和D5。
另外，經採用隨機數通過GF(3)生成15個隨機數來得到序列{2,1,0,1,1,0,1,2,1,0,0,0,2,1,2}，並且採用上述序列可以創建下面的碼元刪除矩陣D6。 如同採用m序列的方法，通過行變換也可以生成下列的碼元刪除矩陣D7和D8。
下面，將對碼元率為1/6的卷積碼進行描述。K=9、R=1/6的卷積碼的自由距離為dfree=37。在通過隨機地改變發生器多項式g1、g2、…、g6對自由距離dfree=37的卷積碼進行查找的過程中，應滿足下列條件。
第一，它應該是一個具有良好的編碼性能的R=1/6卷積碼。
第二，考慮到三載波系統的三載波中的某一個被損壞的情況，它應該是一個具有良好的編碼性能的R=1/4卷積碼，並具有發生器多項式(g1,g2,g3,g4)、(g1,g2,g5,g6)和(g3,g4,g5,g6)。
第三，考慮到三載波系統的三載波中的兩個被損壞的情況，它應該是一個具有良好的編碼性能的R=1/2卷積碼，並具有發生器多項式(g1,g2)、(g3,g4)和(g5,g6)。
在上述三個條件的第二和第三條件中，規定多載波系統中卷積碼的六個輸出位每兩位一組被分配給三載波，即使三載波中的一個或兩個完全中斷，性能下降也能減到最小。從這點來看，R=1/4卷積碼和R=1/2卷積碼最好有最大的自由距離。
從下列描述中將明確一種查找滿足第三條件的R=1/2卷積碼的方法。存在35個具有R=1/2、K=9和dfree=12的非惡性卷積碼。給出BER的上限公式如下，決定BER的最重要項D12的係數c12的取值範圍從33到123。
(_/_I)T(D,I)︱I=1=c12D12+c13D13+…首先，對於R=1/6卷積碼，存在180個滿足第三條件且具有dfree=37的卷積碼。假設dfree(g2i-1,g2i)=12。在此，存在58個卷積碼，其中R=1/6卷積碼的BER上限公式的第一項具有係數c37=1。下列是在性能驗證之後從所述58個卷積碼中選出的R=1/6卷積碼。
1)(457,755,551,637,523,727):c38=4(NO=1)2)(457,755,551,637,625,727):c38=4(NO=3)3)(457,755,455,763,625,727):c38=4(NO=5)4)(515,677,453,755,551,717):c38=6(NO=7)5)(515,677,453,755,551,717):c38=6(NO=9)6)(515,677,557,651,455,747):c38=6(NO=11)7)(457,755,465,753,551,637):c38=6(NO=13)8)(515,677,551,717,531,657):c38=8(NO=27)9)(515,677,455,747,531,657):c38=8(NO=29)10)(453,755,557,751,455,747):c38=10(NO=31)11)(545,773,557,651,551,717):c38=12(NO=51)12)(453,755,457,755,455,747):c38=20(NO=57)下列是從這12個性能已驗證的1/6卷積碼中選出的5個具有優良的解碼性能的R=1/6卷積碼。
1)(457,755,551,637,523,727):c38=4(NO=1)2)(515,677,453,755,551,717):c38=6(NO=7)3)(545,773,557,651,455,747):c38=6(NO=8)4)(515,677,557,651,455,747):c38=6(NO=11)5)(515,677,455,747,531,657):c38=8(NO=29)R=1/2卷積碼的性能被驗證,其中R=1/2卷積碼使用的是用於R=1/6卷積碼的五個發生器多項式，而且，R=1/4卷積碼的性能也被驗證，其中R=1/4卷積碼使用的是用於R=1/6卷積碼的五個發生器多項式。首先，參考表2說明用於R=1/2卷積碼的傳遞函數，其中，發生器多項式用八進位數表示。
通過驗證表2中各個R=1/2卷積碼的性能來查找具有最高性能的R=1/2卷積碼。另外,將所述R=1/2卷積碼的性能與用於IS-95系統的最佳R=1/2卷積碼的性能進行比較。
情況1發生器多項式→(435,657)8,NO=1,c12=33情況2發生器多項式→(561,753)8,NO=2,c12=33，用於IS-95標準的最佳R=1/2卷積碼情況3發生器多項式→(557,751)8,NO=7,c12=40情況4發生器多項式→(453,755)8,NO=9,c12=40情況5發生器多項式→(471,673)8,NO=11,c12=50情況6發生器多項式→(531,657)8,NO=17,c12=52情況7發生器多項式→(561,755)8,NO=22,c12=57情況8發生器多項式→(465,771)8,NO=24,c12=58各個例子之間的性能比較如圖12所示。圖12表示用於R=1/6卷積碼的R=1/2分支代碼之間的性能比較。它表明R=1/6卷積碼的R=1/2分支代碼在性能上與最佳R=1/2卷積碼相似。
表3表示R=1/6卷積碼的傳遞函數。
參考表3，採用5個具有優良解碼性能的R=1/6卷積碼的R=1/2分支代碼的最差性能如下。
情況1具有發生器多項式(457,755,551,637,523,727)8→(523,727)8、c12=68的R=1/6卷積碼(NO=1)的最差性能
情況2具有發生器多項式(515,677,453,755,551,717)8→(515,677)8、c12=38的R=1/6卷積碼(NO=7)的最差性能情況3具有發生器多項式(545,773,557,651,455,747)8→(545,773)8、c12=38的R=1/6卷積碼(NO=8)的最差性能情況4具有發生器多項式(551,677,557,651,455,747)8→(551,677)8、c12=38的R=1/6卷積碼(NO=11)的最差性能情況5具有發生器多項式(515,677,455,747,531,657)8→(515,677)8、c12=38的R=1/6卷積碼(JO=29)的最差性能R=1/4分支代碼的最差性能如下，其中R=1/4分支代碼採用已對R=1/2分支代碼驗證過性能的R=1/6卷積碼。
情況1具有發生器多項式(457,755,551,637,523,727)8→(551,637,523,727)8、c24=5的R=1/6卷積碼(NO=1)的最差性能情況2具有發生器多項式(515,677,453,755,551,717)8→(515,677,551,717)8、c24=2的R=1/6卷積碼(NO=7)的最差性能情況3具有發生器多項式(545,773,557,651,455,747)8→(545,773,455,747)8、c24=2的R=1/6卷積碼(NO=8)的最差性能情況4具有發生器多項式(551,677,557,651,455,747)8→(551,677,557,651)8、c24=4的R=1/6卷積碼(NO=11)的最差性能情況5具有發生器多項式(515,677,455,747,531,657)8→(515,677,531,657)8、c24=6的R=1/6卷積碼(NO=29)的最差性能圖13表示R=1/2分支代碼最差性能之間的比較，其中R=1/2分支代碼採用最高性能的R=1/6卷積碼。
下面是兩個具有良好解碼性能的R=1/6卷積碼，是從以上述方式對各種情況進行性能驗證後的R=1/6卷積碼中選出的。
1)(515,677,453,755,551,717)8:c38=6(NO=7)2)(545,773,557,651,455,747)8:c38=6(NO=8)此外，為了查找到用於三載波系統的碼元刪除模式，考慮各種不同的碼元刪除矩陣用於某一個載波損壞的情況，即，R=1/6卷積碼變成R=1/4卷積碼的情況。查找碼元刪除矩陣模式的原因與對於R=1/3卷積碼所說明的原因相同。下列矩陣可用作碼元刪除矩陣的模式，用於對R=1/6卷積碼分配碼元的方法。 考慮到三載波系統中兩個載波被損壞的情況，下列的碼元刪除矩陣模式可用於對R=1/2碼元刪除的卷積碼的分配碼元方法中，其中R=1/2碼元刪除的卷積碼使用的是具有良好解碼性能的R=1/6卷積碼的發生器多項式。 參考圖6，表示出依據本發明實施例的卷積編碼器601和碼元分配器602。在示範性的實施例中，卷積編碼器601具有R=1/6的編碼率並採用(545,773,557,651,455,747)的發生器多項式。R=1/6卷積編碼器的詳細結構如圖7所示。
參考圖7，一旦接收到輸入數據，延遲器711-A到711-H便順序地延遲各輸入數據位。在各輸入數據位的順序延遲期間，異或門721-A到721F輸出編碼後的碼元。圖7中編碼後的碼元被提供給具有圖8所示結構的碼元分配器602。
參考圖8，碼元分配器602由開關811-A和811-B實現。在圖8中，當控制開關811-A和811-B的時鐘的碼元率超過碼元分配器602的碼元率的六倍時，就可以無碼元丟失地分配碼元。也就是說，開關811-A順序地接收輸入的碼元g1、g2、g3、g4、g5、g6、g1、g2、g3、…，而且開關811-B將輸入的碼元分配給輸出節點c1、c2、c3、c4、c5和c6。
圖9表示包含圖6所示的信道編碼器601和碼元分配器602的傳輸方案。
參考圖9，首先向第一到第四CRC發生器911-914將特定位數的CRC數據加到輸入數據。具體地說，12位CRC加入第一速率的172位數據中；8位CRC加入第二速率的80位數據中；6位CRC加入第三速率的40位數據中；6位CRC加入第四速率的16位數據中。第一到第四尾標位發生器921-924將8個尾標位加入到已添加CRC的數據中。因此，第一尾標位發生器921輸出192位；第二尾標位發生器922輸出96位；第三尾標位發生器923輸出54位；第四尾標位發生器924輸出30位。
第一到第四編碼器931-934對從第一到第四尾標位發生器921-924輸出的數據分別進行編碼。在此，可以使用K=9、R=1/6卷積編碼器作為編碼器931-934。在這種情況下，第一編碼器931將從第一尾標位發生器921輸出的192位數據編碼成全速率的1152碼元；第二編碼器932將從第二尾標位發生器922輸出的96位數據編碼成1/2速率的576碼元；第三編碼器933將從第三尾標位發生器923輸出的54位數據編碼成約為1/4速率的324碼元；第四編碼器934將從第四尾標位發生器924輸出的30位數據編碼成約為1/8速率的180碼元。
第一到第四碼元分配器941-944對從編碼器931-934輸出的碼元分別進行分配。在此，為了進行碼元分配，信道控制器(未表示出)產生控制信號來分配信道已編碼的位，從而，當在同一頻帶上已編碼的碼元覆蓋在另一不同系統的碼元上進行傳輸時，在對接收到的損壞位進行解碼的過程中性能下降減到最小。碼元分配器941-944然後將從編碼器931-934輸出的碼元依據控制信號分別分配給相應的載波。
速率匹配器951-953中每個都包括碼元轉發器和碼元刪除設備。速率匹配器951-953將相應碼元分配器942-944輸出碼元的速率與碼元分配器941輸出碼元的速率進行匹配。第一到第四信道交錯器961-964對從碼元分配器941和速率匹配器951-953輸出的碼元分別進行交錯處理。
對於DS-CDMA通信系統，可以去掉圖9中的碼元分配器941-944。
如上所述，在採用頻率覆蓋方法的多載波系統中，各個載波依據現有IS-95系統頻帶的加載情況而具有有限的傳輸功率，這會導致在一個或多個頻帶上接收到的數據發生丟失現象。為了解決這個問題，通過採用用於信道編碼器的發生器多項式及碼元分配方法，就可以對於由於載波丟失而發生的數據丟失提供一個高的編碼增益，從而防止BER的下降。
儘管已參照其特定的優選實施例描述了本發明，但本領域的技術人員應該理解，在不脫離由所附權利要求限定的本發明的精神和範圍的情況下，可以對其進行形式和細節的各種修改。
權利要求
1．一種信道傳輸設備，用於使用至少兩個載波的碼分多址(CDMA)通信系統，包括信道編碼器，用於將被要傳輸的信道數據以預定編碼率編碼成多個碼元；信道控制器，用於依據預定的碼元刪除矩陣模式來生成碼元分配信號，其中，碼元刪除矩陣模式是這樣確定的即使某個特定的載波被損壞也能將碼元分配給各個具有最小性能下降的載波；和符號分配器，用於接收所述符號，並根據所述符號分配信號將所接收到的符號分配給載波。
2．如權利要求1所述的信道傳輸設備，其中，所述信道編碼器是具有R=1/6編碼率的卷積編碼器。
3．如權利要求2所述的信道傳輸設備，其中，所述卷積編碼器採用下面表中的發生器多項式之一來生成所述碼元，
4．如權利要求1所述的信道傳輸設備，其中，所述的碼元分配器包括第一選擇器，用於順序地對接收到的碼元進行多路復用；第二選擇器，用於將多路復用後的碼元依據所述碼元分配信號分配給所述載波。
5．一種信道傳輸設備，用於採用至少兩個載波的多載波CDMA通信系統，包括信道編碼器，用於將要傳輸的信道數據以預定編碼率編碼成多個碼元；碼元分配器，用於接收所述碼元並將接收到的碼元依據預定的碼元刪除矩陣模式分配給所述載波，其中，碼元刪除矩陣模式是這樣確定的即使某個特定的載波被損壞也能將碼元分配給各個具有最小性能下降的載波；信道交錯器，用於對分配的碼元進行信道交錯；多路分解器，用於將交錯後的碼元分配給所述載波；多個正交調製器，用於通過供將分配後的碼元與相應信道的正交碼倍乘，來生成正交調製後的信號；多個擴展器，用於接收經正交調製的信號，並通過用擴展碼倍乘接收到的經正交調製的信號來生成擴展信號；和多個傳輸器，用於接收擴展後的信號，並採用所述載波對接收到的擴展信號進行傳輸。
6．如權利要求5所述的信道傳輸設備，其中，所述信道編碼器是具有R=1/6編碼率的卷積編碼器。
7．如權利要求6所述的信道傳輸設備，其中，所書卷積編碼器採用下面表中的發生器多項式之一來生成所述碼元。
8．如權利要求5所述的信道傳輸設備，其中，所述碼元分配器包括第一選擇器，用於順序地對接收到的碼元進行多路復用；和第二選擇器，用於將多路復用後的碼元依據所述的碼元分配信號分配給所述載波。
9．一種信道傳輸方法，用於使用至少兩個載波的CDMA通信系統，包括以下步驟將要傳輸的信道數據以預定編碼率編碼成多個碼元；和接收這些碼元並依據預定的碼元刪除矩陣模式將接收到的碼元分配給所述載波，其中，碼元刪除矩陣模式是這樣確定的即使某個特定的載波被損壞也能將碼元分配給各個具有最小性能下降的載波；
10．如權利要求9所述的信道傳輸方法，其中，所述信道編碼器是具有R=1/6編碼率的卷積編碼器。
11．如權利要求9所述的信道傳輸方法，所述的碼元分配步驟包括以下步驟順序地多路復用所接收到的碼元；和依據所述的碼元分配信號將經多路復用的碼元分配給所述載波；
12．一種信號編碼設備包括多個延遲器，用於延遲一個輸入數據位以生成第一到第八延遲數據位；第一運算器，用於對所述輸入數據位和第三、第五、第六、第七及第八延遲數據位進行異或運算以生成第一碼元；第二運算器，用於對所述輸入數據位和第一、第二、第三、第五、第六及第八延遲數據位進行異或運算以生成第二碼元；第三運算器，用於對所述輸入數據位和第二、第三、第五及第八延遲數據位進行異或運算以生成第三碼元；第四運算器，用於對所述輸入數據位和第一、第四、第五、第六、第七及第八延遲數據位進行異或運算以生成第四碼元；第五運算器，用於對所述輸入數據位和第一、第四、第六及第八延遲數據位進行異或運算以生成第五碼元；第六運算器，用於對所述輸入數據位和第一、第二、第四、第六、第七及第八延遲數據位進行異或運算以生成第六碼元。
13．一種用於CDMA通信系統的信道傳輸設備，包括信道編碼器，包括多個延遲器，用於延遲一個輸入數據位以生成第一到第八延遲數據位；第一運算器，用於對所述輸入數據位和第三、第五、第六、第七及第八延遲數據位進行異或運算以生成第一碼元；第二運算器，用於對所述輸入數據位和第一、第二、第三、第五、第六及第八延遲數據位進行異或運算以生成第二碼元；第三運算器，用於對所述輸入數據位和第二、第三、第五及第八延遲數據位進行異或運算以生成第三碼元；第四運算器，用於對所述輸入數據位和第一、第四、第五、第六、第七及第八延遲數據位進行異或運算以生成第四碼元；第五運算器，用於對所述輸入數據位和第一、第四、第六及第八延遲數據位進行異或運算以生成第五碼元；第六運算器，用於對所述輸入數據位和第一、第二、第四、第六、第七及第八延遲數據位進行異或運算以生成第六碼元；信道交錯器，用於接收所述碼元並對接收到的碼元進行信道交錯處理；正交調製器，用於通過將分配後的碼元與信道的正交碼倍乘，來生成正交調製後的信號；和擴展器，用於通過以擴展碼倍乘正交調製後的信號來生成擴展信號。
14．如權利要求13所述的信道傳輸設備，其中，所述的碼元分配器依據一種碼元刪除矩陣模式對從信道編碼器輸出的碼元進行分配，其中，所述碼元刪除矩陣模式是這樣確定的即使某個特定的載波被損壞也能將碼元分配給各個具有最小性能下降的載波。
15．一種用於CDMA通信系統的信道編碼方法，包括以下步驟移位地延遲一個輸入數據位以生成第一到第八延遲數據位；對所述輸入數據位和第三、第五、第六、第七及第八延遲數據位進行異或運算以生成第一碼元；對所述輸入數據位和第一、第二、第三、第五、第六及第八延遲數據位進行異或運算以生成第二碼元；對所述輸入數據位和第二、第三、第五及第八延遲數據位進行異或運算以生成第三碼元；對所述輸入數據位和第一、第四、第五、第六、第七及第八延遲數據位進行異或運算以生成第四碼元；對所述輸入數據位和第一、第四、第六及第八延遲數據位進行異或運算以生成第五碼元；和對所述輸入數據位和第一、第二、第四、第六、第七及第八延遲數據位進行異或運算以生成第六碼元。
全文摘要
一種在CDMA通信系統中用於生成和分配卷積碼、以使信道解碼過程中由於較差鏈路環境引起的性能下降可以被減到最小的設備和方法。卷積編碼器對傳輸數據以R=1/6的編碼率進行編碼,並可以被用作信道編碼器。這種信道編碼器既可用於DS－CDMA通信系統又可用於多載波CDMA通信系統。當這種信道編碼器用於多載波CDMA通信系統時,依據預定的規則,從信道編碼器的多個分支編碼器輸出的碼元被分配給多個載波信道,並且即使在傳輸信道上某一特定分支編碼器的輸出完全中斷,信道編碼器的各分支編碼器也可以使整個信道編碼器的性能下降減到最小。
文檔編號H03M13/27GK1303549SQ99806799
公開日2001年7月11日 申請日期1999年5月31日 優先權日1998年5月30日
發明者樸昌洙, 孔駿鎮, 姜熙原, 金宰烈, 盧宗善, 粱景喆 申請人:三星電子株式會社