專利名稱：編碼方法及具有卷積解碼器的接收機的用途的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及到用于調制具有16個不同數(shù)字狀態(tài)(4-比特-信號)的載波信號的編碼方法。
此外本發(fā)明涉及到具有卷積解碼器的接收機的用途，其編碼參數(shù)是由所述的編碼方法確定的。
現(xiàn)有技術對于數(shù)字信號的傳輸特別應用16-PSK-編碼，其中必須可以檢測相差為22.5°的16個不同的相位。在這種方法中因此可以將16個不同數(shù)字狀態(tài)，即將4-比特-字用相位信息進行傳輸。
在實際條件下傳輸路徑遇到明顯的干擾。因此在接收機上的任務是，從所有可能的沒有受干擾的接收序列中選定那些接收序列，這些序列應該是用最大概率通過受干擾的接收序列進行傳輸?shù)?。最大概率的計算是這樣進行的，即在可能不受干擾的接收序列和當前考察的受干擾的接收序列之間確定最小的歐幾里得距離。如果原則上可以想象所有的接收序列，則對于實際應用會產(chǎn)生太高的計算費用。因此已知在接收機上的最大概率計算是遞歸地進行的，且在遞歸期間序列的大部分是不可能排除的。為此將維特比(viterbi)規(guī)定的算法使用在卷積碼的解碼中，這樣就構成了具有所謂的維特比解碼器的接收機。計算可能的碼字序列的限制是通過借助于一個格構(Trellis)-圖確定可能的狀態(tài)過渡而產(chǎn)生的。
使用16個數(shù)字狀態(tài)的不同編碼對于可傳輸?shù)臄?shù)據(jù)密度和因此對傳輸速度是一個優(yōu)點。但當應用16PSK-編碼時會產(chǎn)生降低同步可靠性的問題，因為在接收機中必須可以檢測相對小的相位差。通過DE19529982A1和19529983A1已知一種方法，其中通過在跟蹤期間進行接收方的維特比解碼器的所謂最佳-狀態(tài)-信息分析來提高TC16-PSK-傳輸?shù)耐娇煽啃?。因此可以在這種傳輸方式中近似地達到如同8-PSK-星座一樣的同步可靠性。
此外，一個決定性的質量判據(jù)是相對于無編碼的傳輸而可達到的“編碼增益”。
本發(fā)明的優(yōu)點本發(fā)明所基于的問題在于，用新的編碼方法有可能改進同步剛性和編碼增益。
從這個問題出發(fā)，按照本發(fā)明將開始敘述方式的編碼方法用以下處理步驟得到其編碼參數(shù)a)使用2ASK/8PSK-編碼，b)選擇卷積碼和求出具有卷積碼自由距離的所有可能的碼字序列，c)通過將2ASK/8PSK信道比特的一部分分配給多個子集形成可能的映射，d)選定那個映射，其中在確定每個可能的映射的兩個振幅的最佳半徑(ac，c)之后，得出的在兩個可能的子集順序-碼字序列-之間的歐幾里得距離變成最大。
因此本發(fā)明敘述了一種確定方法，通過這種方法將最小的歐幾里得距離變成最大，這樣就對這里使用的2ASK/8PSK-編碼達到了提高編碼增益的目的。因為按照本發(fā)明對于按照本發(fā)明的2ASK/8PSK-編碼的試驗性應用能比用普通使用的TC16-PSK-編碼達到甚至更高的編碼增益，故這是本發(fā)明方法的優(yōu)越性。此外也可以將DE19529982A1或者DE19529983A1所述的同步可靠性的改進使用在按照本發(fā)明的方法中，其中達到了近似4PSK的同步可靠性。
此外本發(fā)明的優(yōu)點是，可以使用具有維特比解碼器的傳統(tǒng)的接收機，將其用于接收按照本發(fā)明的編碼信號只需要很小的改動。一般來說只要求所謂的分支-度量-圖表(Branch-Metrik-Tabelle)的匹配。
當接收按照本發(fā)明的編碼信號時，相對于接收按照TC16-PSK編碼的信號的FM-靈敏度可以改善大約3分貝。
附圖下面借助于附圖詳細敘述本發(fā)明。附圖表示附

圖1是按照本發(fā)明具有4個子集的2ASK/8PSK-符號星座，子集是通過同樣的2LSB構成的，附圖2表示了比特差錯率與在一個比特基礎上的信噪比尺度Eb/No的關系。
實施例說明用專門的卷積碼(實用格構-編碼)為例敘述本發(fā)明。附圖1表示如本發(fā)明可以使用的一樣的2ASK/8PSK-符號星座。用同樣的2LSB(最小有效比特)構成的至子集A，B，C，D的分配關系原則上是任意的。在附圖1上表示的分配(映射)對于實用格構-編碼中的專門實施是最佳的。
現(xiàn)在用普通方法選擇一種卷積碼。對于這種卷積碼，按照本發(fā)明的確定方法求出具有卷積碼自由距離的所有碼字序列。假設存在這種碼字序列CWMAX。將順序指數(shù)用cw＝0…CWMAX-1表示。
對于按照本發(fā)明的2ASK/8PSK-符號星座的設計，計算trellis-編碼符號字母表的最小歐幾里得距離作為漸近的誤差特性的尺度。按照如下公式計算這個最小距離dmin＝min(dcodmin，duncodmin).
其中在括弧左邊部分考慮了編碼信息比特的最小歐幾里得距離。從被選擇的映射和所使用的卷積碼的特性中確定這個項。其余的部分考慮了在第三個平面的分區(qū)內的最小歐幾里得距離(4*4點)，也就是說兩個沒有被保護的信息比特的最小距離。這個大小可以直接從幾何計算中求出。
一般來說應用在實用格構-編碼中的卷積碼(生成多項式(八進制)133，171)具有的自由距離為10。為了計算編碼信息比特的最小距離，必須確定具有輸出加權10的碼字序列離具有加權0(即連續(xù)的零序列)的碼字序列的最小歐幾里得距離。
下面表格規(guī)定了具有輸出加權10的所有可能的11個碼字序列。
從以下公式中計算碼字序列的歐幾里得距離dpfad=n·d112+m·d012+k·d102]]>其中-d11表示00-＞11過渡的最小幾何距離，n表示在被考察的碼字序列中該過渡的數(shù)目，-d01表示00-＞01過渡的最小幾何距離，m表示在被考察的碼字序列中該過渡的數(shù)目，-d10表示00-＞10過渡的最小幾何距離，k表示在被考察的碼字序列中該過渡的數(shù)目。
因此這些距離與被選擇的映射和卷積碼的特性有關。
為了選擇映射將2 LSB分配給子集A，B，C和D。
總共有24個映射分配，將這些分配表示在后面的表格中。因此順序指數(shù)map是在0和23之間。
2MSB的分配對于這里敘述的確定計算不重要。
對于被選擇的卷積碼和被選擇的映射map進行最佳確定。一般來說這對于所有24個可能的分配是按照圖表進行的。因此，所有考慮中的最佳解決方法是如下那個映射，即其中在按照上述方法確定半徑之后得出的最小的歐幾里得距離是最大的。
作為確定公式為1.標準化(平均發(fā)送功率＝1)8(ac)2+8c2＝162.dmincod=dminuncod⇒]]>n·d112+m·d012+k·d102=(2ac)2]]>如果2ac≤c2+(ac)2---(a≤0,577)]]>或n·-d112+m·d012+k·d102=c2+(ac)2]]>如果2ac≥c2+(ac)2---(a≥0,577)]]>
其中n，m和k以及d11，d01和d10適合上面已經(jīng)敘述過的規(guī)定。最小幾何距離dxx是借助于參數(shù)a和c(a≤1)表示的，于是公式1和2表示a和c的確定公式。對所使用的卷積碼具有自由距離的所有碼字序列w＝0…CWMAX-1和所有24個不同的分配map＝0…23分析處理這些確定公式。
需將如下數(shù)值對(a(cwopt，mapopt)，c(cwopt，mapopt))用于所有數(shù)值對(a(cw，map)，c(cw，map))，對于所使用的卷積碼具有自由距離的所有碼字序列，由該數(shù)值對得出數(shù)值對(dcodmin(cw，map)，duncodmin(cw，map))的最大數(shù)值。其中在這之前應該檢查，是否在確定公式中確定的最小歐幾里得距離d11，d10和d01對于從其中得出的數(shù)值對(a(cwort，mapopt)，c(cwort，mapopt))也實際代表了各自的最小距離。
如果選擇按照附圖1的映射時，得出如下確定公式1.標準化(平均發(fā)送功率＝1)8(ac)2+8c2＝162.dmincod=dminuncod⇒]]>n·d112+(m+k)·d01/102=(2ac)2]]>如果2ac≤c2+(ac)2---(a≤0,577)]]>或n·d112+(m+k)·d01/102=c2+(ac)2]]>如果2ac≥c2+(ac)2---(a≥0,577)]]>其中d11=d1=c-ac falls c-ac≤ac2---(a≥0,4142)]]>或d11=d1=ac2falls ac2≤c-ac---(a≤0,4142)]]>和d01=d10=d0=ac2(1-0,5).]]>如此描述的2ASK/8PSK符號星座的確定代表了一般的情況。實踐中提供了簡化的確定計算。此外可以設定先決條件為d1=d11≤2.]]>d0=2·d01=2·d10.]]>在這種情況下具有最大n＝nmax的碼字序列(也就是說碼字序列具有最大數(shù)目的碼字11)是“最壞情況的序列”，這個序列最終確定了參數(shù)a和c。只對這種情況將參數(shù)a和c確定為(a＝0.5432，c＝1.24270，d1＝0.56765以及d0＝0.56765；也即d1≤2.]]>d0)和對于所有碼字序列確定歐幾里得距離。如所希望的，具有n＝nmax的碼字序列確定了最小距離dcodmin，這根據(jù)設計標準等于duncodmin。針對各個被考察的碼字序列dcodmin＝duncodmin得出對所有其他碼字序列的確定公式的分析處理。因此對于具有n＝nmax的碼字序列，dcodmin≠duncodmin，且最小值(Min(dcodminduncodmin))小于針對這個碼字序列的數(shù)值對(a，c)進行專門計算的情形。
利用上面求出的數(shù)值，在第三個平面分區(qū)內的最小距離為duncodmin＝2ac＝1.350。
為了將傳統(tǒng)的16PSK和本發(fā)明的2ASK/8PSK-配置之間的歐幾里得距離進行比較，將碼字過渡00-＞11和00-＞01/10以及在第三個分區(qū)步驟的相鄰符號之間的最小歐幾里得距離綜合在下面的表格中。
漸近的編碼增益對于前面確定的星座，現(xiàn)在對具有輸出增益10的每個編碼序列計算歐幾里得距離，并將其與16-PSK進行比較。
對于TC16-PSKd1＝d11＝0.7654，d0＝d01＝d10＝0.3902對于2ASK/8PSKd1＝d11＝0.5677，d0＝d01＝d10＝0.5167
從表格中讀出，
dcodmin＝duncodmin＝1.350現(xiàn)在相對于TC16-PSK的漸近編碼增益為G=20·lgdminTC8-8PSK/ASKdminTC16-PSK20·lg1.3502=-0.4dB]]>這意味著，新的星座漸近地比TC16-PSK壞0.4分貝。
差錯率將2ASK/8PSK-星座相對于Ebit/N0的比特差錯率與TC16-PSK表示在附圖2上面。在兩種情況下，所使用的編碼是利用在這之前選定的卷積碼的實用格構編碼。
下面的表格記錄了用這種星座相對于TC16-PSK而達到的編碼增益。
如同TC16-PSK-運行方式一樣，在附圖1的2ASK/8PSK星座中也是通過分析處理維特比解碼器的最佳-狀態(tài)-度量來得到導出載波的輔助信號。這些輔助信號說明了當接收符號時是否兩個LSB是一樣的或者是不一樣的。在上述映射中這些信息足夠用于判斷是否被接收的信號點相對于參考載波旋轉了45°的奇數(shù)倍或者90°的倍數(shù)。與之相應地，對于附圖1包括16個符號的星座，這可以在同步性方面成功地達到近似QPSK-星座的可靠性。
上述實施例表示了，用按照本發(fā)明的編碼在差錯率為10-4至10-3的區(qū)域，相對于現(xiàn)有技術TC16-PSK可以達到在1.0和2.0分貝之間的編碼增益。
對于運行在差錯率區(qū)域為10-8和10-4之間的實際系統(tǒng)，漸近損耗0.4分貝是無關緊要的。
本發(fā)明的符號星座的同步性比TC16-PSK的可靠性還好，因為在整個復平面上只存在8個允許的角度。如同在TC16-PSK中一樣，按照本發(fā)明的方法在跟蹤相位期間通過分析處理接收方的維特比解碼器的所謂最佳-狀態(tài)-信息也可以近似地達到如同QPSK-星座的同步可靠性。
權利要求
1.用于調制具有16個不同數(shù)字狀態(tài)(4-比特-信號)的載波信號的編碼方法，其編碼參數(shù)利用以下處理步驟來獲得a)使用2ASK/8PSK-編碼，b)選擇卷積碼和求出卷積碼具有自由距離的所有可能的碼字序列，c)通過將2ASK/8PSK信道比特的一部分分配給多個子集形成可能的映射，d)選定如下的映射，即在該映射中，當確定每個可能的映射的兩個振幅最佳半徑(ac，c)之后，在兩個可能的子集順序-碼字序列-之間得出的最小歐幾里得距離變成最大。
2.按照權利要求1的編碼方法，其特征為，使用下面的確定公式確定最佳半徑(ac，c)8(ac)2+8c2＝16n·d112+m·d012+k·d102＝(2ac)2對于2ac≤c2+(ac)2]]>n·d112+m·d012+k·d102＝c2+(ac)2對于2ac≥c2+(ac)2,]]>其中d11是子集過渡00-＞11的最小幾何距離，n是在被考察的碼字序列中這些過渡的數(shù)目，d01是子集過渡00-＞01的最小幾何距離，m是在被考察的碼字序列中這些過渡的數(shù)目，d10是子集過渡00-＞10的最小幾何距離，k是在被考察的碼字序列中這些過渡的數(shù)目。
3.按照權利要求1的編碼方法，其特征為，這樣選擇子集(A，B，C，D)，使得d11＝d1＝c-acfürc-ac≤ac·2]]>或d11=d1=ac·2]]>fürac·2≤c-ac]]>和d01=d10=d0=ac(1-0,5).]]>
4.按照權利要求3的編碼方法，其特征為，對于計算最佳半徑(ac，c)，簡化的先決條件是d1≤2·d0.]]>
5.具有卷積解碼器、特別是維特比解碼器的接收機的用途，用于按照上述權利要求的步驟接收和解碼其編碼參數(shù)。
6.按照權利要求5的用途，其中用卷積解碼器的輔助信號來支持載波的導出。
全文摘要
用于調制具有16個不同數(shù)字狀態(tài)(4－比特－信號)的載波信號的編碼方法，其中為了達到高的同步可靠性和至少部分改進的編碼增益，利用以下處理步驟來獲得編碼參數(shù)a)使用2ASK/8PSK－編碼；b)選擇卷積碼和求出卷積碼具有自由距離的所有可能的碼字序列；c)通過將2ASK/8PSK信道比特的一部分分配給多個子集形成可能的映射；d)選定如下的映射，即在該映射中，當確定每個可能的映射的兩個振幅最佳半徑(ac，c)之后，在兩個可能的子集順序－碼字序列－之間得出的最小歐幾里得距離變成最大。
文檔編號H04L27/34GK1425243SQ01808278
公開日2003年6月18日 申請日期2001年2月23日 優(yōu)先權日2000年2月24日
發(fā)明者U·塞爾, J·－M·米勒, A·恩格爾 申請人:馬科尼通訊股份有限公司