專(zhuān)利名稱(chēng)：在跳頻擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中糾正衰落信號(hào)引起的差錯(cuò)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及通信系統(tǒng)，具體地說(shuō)，涉及擴(kuò)頻通信系統(tǒng)和用于確定受衰落干擾的信道和受干擾而阻塞的信道的方法。
擴(kuò)頻這種設(shè)想最初是在第二次世界大戰(zhàn)期間提出的，用來(lái)對(duì)抗強(qiáng)烈的人為堵塞性干擾和保證安全地交換信息。擴(kuò)頻系統(tǒng)必需滿(mǎn)足至少兩個(gè)條件。第一，所發(fā)送的帶寬必需比要發(fā)送的信息的帶寬或速率大得多。第二，最終得到的已調(diào)射頻(RF)帶寬由某個(gè)函數(shù)而不是要發(fā)送的信息確定。因此，擴(kuò)頻通信主要涉及擴(kuò)展信號(hào)帶寬、發(fā)送經(jīng)擴(kuò)展的信號(hào)和通過(guò)將所接收的擴(kuò)展頻譜重新映射回原信息帶寬來(lái)恢復(fù)有用信號(hào)，以在嘈雜的噪聲信號(hào)環(huán)境中傳送無(wú)差錯(cuò)信息。業(yè)已開(kāi)發(fā)了許多方式可以滿(mǎn)足這兩個(gè)要求，但通常由于過(guò)大的干擾，包括窄帶干擾引起的干擾，使這種系統(tǒng)性能下降。
擴(kuò)頻有兩種不同的調(diào)制方法，即直接序列擴(kuò)頻(DSSS)和跳頻擴(kuò)頻(FHSS)。DSSS調(diào)制利用一個(gè)高速碼將數(shù)據(jù)擴(kuò)展為大帶寬，而FHSS調(diào)制需要快速改變窄帶數(shù)據(jù)信號(hào)的載波頻率。本發(fā)明主要應(yīng)用于FHSS系統(tǒng)，但在權(quán)利要求范圍內(nèi)也可以預(yù)期有其他方面的應(yīng)用。
1985年聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC)指定工業(yè)、科技和醫(yī)療(ISM)頻段(三個(gè)沒(méi)有約束的頻段902-928 MHz，2.4-2.4835GHz，以及5.725-5.870GHz)用于通用通信，只要是遵從第15部分條例的擴(kuò)頻通信。FCC的這個(gè)決定在商業(yè)界有著重大影響?，F(xiàn)在市場(chǎng)上有大量的ISM頻段設(shè)備出售。由于這些頻段沒(méi)有約束，還會(huì)有大量的其他無(wú)線(xiàn)應(yīng)用涌現(xiàn)。這將使干擾噪聲電平大大增加，從而可能使整個(gè)頻段坍塌。本發(fā)明提出了在這種嘈雜環(huán)境下得以保持正常工作的途徑，用作消除干擾的有效方法。
因此，所需要的是一種大大降低擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中的干擾的方法和設(shè)備。
在本說(shuō)明的附圖中

圖1為按本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例配置的跳頻擴(kuò)頻選呼通信系統(tǒng)的電原理方框圖；圖2為在時(shí)間-頻率平面上示出按本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例設(shè)計(jì)的一種具體跳頻模式的示意圖；圖3為圖1所示系統(tǒng)中的選呼裝置和終端收發(fā)信機(jī)的功能方框圖；圖4為按本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例交織的碼字的矩陣表示圖；圖5為示出按本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例采用的四電平FSK碼元的頻偏的頻率輸出；圖6和7示出按本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例采用的4FSK頻偏的頻域輸出；圖8為示出終端控制器按本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例確定信道是否受到干擾堵塞的工作情況的流程圖；圖9為在FH信號(hào)受堵塞時(shí)按本發(fā)明的優(yōu)選操作為糾錯(cuò)生成的標(biāo)示疑錯(cuò)位置的矩陣表示；圖10為示出終端控制器按本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例確定信道是否衰落的工作情況的流程圖；圖11為在FH信號(hào)有衰落時(shí)按本發(fā)明的優(yōu)選操作為糾錯(cuò)生成的標(biāo)示疑錯(cuò)位置的矩陣表示；圖12為示出終端控制器按本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例糾正由于受干擾信號(hào)堵塞/或信號(hào)衰落干擾而引起的差錯(cuò)的工作情況的流程圖；以及圖13為在FH信號(hào)有衰落和/或受干擾信號(hào)堵塞時(shí)按本發(fā)明的優(yōu)選操作生成的標(biāo)示疑錯(cuò)位置的矩陣表示。
參見(jiàn)圖1，圖中所示選呼系統(tǒng)(選擇呼叫通信系統(tǒng))為按本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例配置的跳頻(FH)擴(kuò)頻選呼系統(tǒng)10，示例性地示出了其中的一個(gè)基站終端設(shè)備150和一個(gè)選呼裝置100。選呼終端150包括一個(gè)與基站收發(fā)信機(jī)156連接的終端控制器152。終端控制器152接收來(lái)自諸如電話(huà)機(jī)、計(jì)算機(jī)或字母輸入裝置之類(lèi)的輸入裝置(未示出)的消息，通過(guò)收發(fā)信機(jī)156和天線(xiàn)154將這些消息發(fā)給選呼裝置100。所接收的消息(或信息)用選呼裝置100的地址進(jìn)行編碼處理后送至天線(xiàn)154，如眾所周知。天線(xiàn)154用來(lái)向選呼裝置100發(fā)送射頻(RF)消息或接收來(lái)自選呼裝置100的RF消息。收發(fā)信機(jī)156接至或本身就包括眾所周知的混頻器或變頻器158?；祛l器158與頻率合成器160連接，從而使收發(fā)信機(jī)156能調(diào)諧或選擇多個(gè)頻率，接收(或發(fā)送)在這些頻率上的選呼消息。如眾所周知，跳頻擴(kuò)頻通信系統(tǒng)相繼跳到(轉(zhuǎn)到)各頻率上發(fā)送和/或接收消息或信息的各個(gè)部分。偽隨機(jī)(PN)序發(fā)生器162在與選呼裝置中的發(fā)射機(jī)的PN產(chǎn)生器同步的時(shí)間同步器164的控制下產(chǎn)生一個(gè)數(shù)列。頻率合成器160和混頻器或變頻器158利用PN序列產(chǎn)生器162產(chǎn)生的數(shù)列中的這些值將收發(fā)信機(jī)調(diào)諧(跳)到不同的頻率上發(fā)送消息的各個(gè)部分。
在跳頻(FH)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中，信息的收、發(fā)都占用相當(dāng)寬的頻帶，例如工業(yè)、科技和醫(yī)療(ISM)頻帶。有三個(gè)ISM頻帶902-928MHz，2400-2483.5MHz，以及5725-5850MHz。對(duì)于選呼反向信道來(lái)說(shuō)，最好工作在902-928MHz。然而，本發(fā)明并不局限在用于這個(gè)頻帶。如眾所周知，跳頻通信系統(tǒng)利用了使數(shù)據(jù)調(diào)制的載波在規(guī)定的寬帶頻率內(nèi)從一個(gè)窄帶頻率信道隨機(jī)地跳到另一個(gè)頻率上的擴(kuò)頻技術(shù)。這些頻率跳變由一個(gè)隨機(jī)序列產(chǎn)生器控制，使頻率能在多個(gè)窄帶信道上跳變。相應(yīng)的接收機(jī)能重復(fù)相同的隨機(jī)序列以及隨機(jī)載波。在FH擴(kuò)頻系統(tǒng)中，前向糾錯(cuò)(FEC)始終是很重要的。有了FEC，在一些隨機(jī)信道(或載波)被干擾和/或衰落堵塞時(shí)可用FEC恢復(fù)消息。有兩種基本的FH系統(tǒng)慢跳頻(SFH)和快跳頻(FFH)。SFH系統(tǒng)每次跳頻發(fā)送幾個(gè)碼元，而FFH系統(tǒng)在發(fā)送一個(gè)碼元期間將有幾次跳頻。
參見(jiàn)圖2，圖中在時(shí)間-頻率平面上示出了一個(gè)具體跳頻模式的例子。圖2是一個(gè)跳頻和跳頻時(shí)隙之間關(guān)系的例子。寬帶頻率細(xì)分為一系列相繼的頻隙(1-6)，分布在各時(shí)隙(TC-6TC)上。例如，在一個(gè)發(fā)信時(shí)間段內(nèi)，發(fā)送信號(hào)占用一個(gè)或多個(gè)可用頻隙，最好是一個(gè)頻隙。頻隙的選擇與發(fā)信時(shí)間段(TC-6TC)一致，按PN序列產(chǎn)生器162的輸出執(zhí)行成偽隨機(jī)性的。頻率合成器160產(chǎn)生與適當(dāng)時(shí)間段(例如TC)期間一個(gè)頻跳(frequency hop)相應(yīng)的數(shù)，使混頻器或變頻器158調(diào)諧到窄帶頻隙，例如頻隙或頻跳1，以接收發(fā)送的信息。在頻跳1期間接收信息后，PN產(chǎn)生器162產(chǎn)生下一個(gè)數(shù)，使頻率合成器160和混頻器或變頻器158將收發(fā)信機(jī)156調(diào)諧到下一個(gè)在時(shí)間段2TC期間的頻跳2上。PN產(chǎn)生器162在時(shí)間同步器164的控制下不斷產(chǎn)生偽隨機(jī)數(shù)，使頻率合成器160和混頻器或變頻器158調(diào)諧到例如與時(shí)間段3TC-6TC相應(yīng)的其他頻隙3-6上。收發(fā)信機(jī)156接收跳頻擴(kuò)頻系統(tǒng)在這些頻跳期間發(fā)送的信息，以接收選呼裝置發(fā)送的信息或消息。所接收的消息或信息存入存儲(chǔ)器166。
選呼裝置100(例如帶回發(fā)確認(rèn)發(fā)射機(jī)的選呼接收機(jī))在接收到來(lái)自基站終端150的消息時(shí)發(fā)送一個(gè)入站信號(hào)作為跳頻(FH)信號(hào)?；窘K端發(fā)出的出站信號(hào)可以按任何其他信令協(xié)議(最好是FLEXTM協(xié)議)接收。每個(gè)頻跳的入站信號(hào)帶寬等于M電平FSK調(diào)制信號(hào)的帶寬。按照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，入站FH信號(hào)調(diào)制為四電平頻移鍵控(4FSK)信號(hào)，編碼成Reed Solomon碼字“RS(15，5)”。所設(shè)計(jì)的這個(gè)系統(tǒng)采用每秒400個(gè)碼元的4FSK(每秒為800比特)。最好每個(gè)頻跳上的信號(hào)帶寬為3.125KHz。選呼反向信道的消息長(zhǎng)度最好是80比特。每20個(gè)比特編碼成一個(gè)(15，5)Reed-Solomon碼字，RS(15，5)。因此每個(gè)消息總共有4個(gè)碼字。Reed-Solomon碼是眾所周知的非二進(jìn)制Bose Chaudhuri-Hocquenghem(BCH)碼。當(dāng)然也可以使用其他碼字。RS(N，K)是一種將K個(gè)信息碼元編碼成一個(gè)具有N個(gè)碼元的碼字的代碼。這N個(gè)碼元等于(N)＝2Λm-1，其中m為每個(gè)碼元中的比特?cái)?shù)。RS碼字可以糾正t個(gè)差錯(cuò)和e個(gè)疑錯(cuò)(erasure)，如果2t＋e小于(N－K)＋1的話(huà)。差錯(cuò)定義為位置和值都不知道的傳輸錯(cuò)誤，而疑錯(cuò)定義為位置知道而值不知道的傳輸錯(cuò)誤。例如，一個(gè)RS(15，5)碼字總共有15個(gè)碼元，其中5個(gè)是信息碼元。每個(gè)碼元具有4個(gè)比特。RS(15，5)碼字可以在無(wú)疑錯(cuò)的情況下糾正5個(gè)碼元差錯(cuò)。然而，它可以糾正多達(dá)10個(gè)傳輸錯(cuò)誤，如果這些錯(cuò)誤正確地標(biāo)為疑錯(cuò)的話(huà)。由于知道了錯(cuò)誤的位置，因此就增大了糾錯(cuò)能力。
選呼裝置100有一個(gè)天線(xiàn)102，用來(lái)將接收的RF載波送至接收機(jī)104。接收機(jī)104產(chǎn)生一個(gè)適合數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)106處理的恢復(fù)信號(hào)，情況為熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員所周知。DSP 106執(zhí)行諸如對(duì)消息進(jìn)行編碼和解碼、對(duì)選呼裝置100的工作進(jìn)行控制之類(lèi)的為熟悉本技術(shù)領(lǐng)域所周知的功能。DSP 106對(duì)所接收的信號(hào)進(jìn)行處理，將地址解碼后與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器(如代碼插件118)內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)預(yù)定地址相比較。在地址充分相同時(shí)，由聽(tīng)覺(jué)報(bào)警器(如揚(yáng)聲器或換能器)112或觸覺(jué)報(bào)警器(如振動(dòng)器)114向用戶(hù)告警，表示已接收到一個(gè)信號(hào)。所接收的信號(hào)也可以包括發(fā)給選呼裝置的可選消息數(shù)據(jù)。此外，如果選呼裝置100包括一個(gè)可選語(yǔ)音輸出，所接收的RF信號(hào)的經(jīng)恢復(fù)后可提供音頻分量。對(duì)于一個(gè)消息選呼裝置，所恢復(fù)的消息存入存儲(chǔ)器128，以便以后用諸如顯示器108那樣的輸出裝置示出。輸出裝置可以自動(dòng)或用開(kāi)關(guān)116人工選擇示出消息，例如將消息顯示在顯示器108上。
對(duì)于回發(fā)確認(rèn)消息的選呼接收機(jī)100(或雙向選呼裝置)，選呼裝置100接收到選呼消息(或信號(hào))時(shí)，自動(dòng)或人工發(fā)送一個(gè)信號(hào)。在人工進(jìn)行響應(yīng)的情況下，用戶(hù)用開(kāi)關(guān)116從例如預(yù)先存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器128內(nèi)的若干個(gè)消息中選擇一個(gè)需發(fā)送給始發(fā)方的消息。這個(gè)消息由DSP 106編碼后送至發(fā)射機(jī)126，再通過(guò)天線(xiàn)102進(jìn)行傳輸。最好，消息以本技術(shù)領(lǐng)域中眾所周知的方式由DSP 106調(diào)制，編碼成RS(15，5)碼字。DSP將RS碼字調(diào)制成用于傳輸?shù)?FSK信號(hào)。信號(hào)經(jīng)編碼和調(diào)制后，按本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，PN序列產(chǎn)生器120產(chǎn)生一個(gè)序列，由頻率合成器122用來(lái)產(chǎn)生頻率輸出。這個(gè)頻率輸出送至變頻器124，將發(fā)射機(jī)126的頻率例如在時(shí)間段TC-6TC期間設(shè)置為頻隙1-6。發(fā)射機(jī)126用這些頻隙來(lái)發(fā)送消息的各個(gè)部分，直至在基站終端150接收到完整的消息?？梢岳斫?，在基站控制器152的PN序列產(chǎn)生器162是與在選呼裝置100的PN產(chǎn)生器120完全相同的。時(shí)間同步器164以在本技術(shù)領(lǐng)域眾所周知的方式使在基站終端150的收發(fā)信機(jī)與在選呼裝置100的發(fā)射機(jī)126同步。
參見(jiàn)圖3，圖中示出了圖1中所示的FH接收機(jī)(在基站終端150的接收機(jī))和FH發(fā)射機(jī)(在選呼裝置100的發(fā)射機(jī))的功能方框圖。正向糾錯(cuò)(FEC)編碼器302將選呼裝置100的信息或消息編碼成RS(15，5)碼字。所得到的RS碼字由交織器304交織，形成經(jīng)交織的跳頻擴(kuò)頻信號(hào)。參見(jiàn)圖4，交織器304形成一個(gè)15×4矩陣。矩陣的每個(gè)列表示一個(gè)RS碼字。這四列表示四個(gè)RS碼字。四個(gè)RS碼字按列存儲(chǔ)而按行發(fā)送。傳輸前，這個(gè)矩陣存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器128(圖1)內(nèi)。每個(gè)方塊表示一個(gè)比特402，兩個(gè)方塊(兩個(gè)比特)表示4FSK碼元404，而四個(gè)方塊(四個(gè)比特)表示RS碼元406。存儲(chǔ)器128能存儲(chǔ)四個(gè)RS碼元和其他所接收的出站消息。
按照?qǐng)D3，4FSK調(diào)制器306將每個(gè)比特調(diào)制成四電平FSK(4FSK)發(fā)信格式。參見(jiàn)圖5，附標(biāo)k＝0，1，2和3分別標(biāo)示4FSK信號(hào)的頻偏。每個(gè)附標(biāo)與4FSK信號(hào)的四個(gè)頻偏之一相應(yīng)。FH調(diào)制器308將部分4FSK信號(hào)，例如矩陣(圖4)的每一行，調(diào)制到跳頻擴(kuò)頻信號(hào)的各個(gè)頻隙中的一個(gè)頻隙上。PN序列產(chǎn)生器產(chǎn)生的偽隨機(jī)數(shù)由頻率合成器310用來(lái)產(chǎn)生與圖2的頻隙相應(yīng)的頻率。在每個(gè)頻跳期間，發(fā)射機(jī)312發(fā)送圖4的矩陣中的一行。每一行相應(yīng)于四個(gè)RS碼元或八個(gè)4FSK碼元。例如，在時(shí)間段TC內(nèi)發(fā)送矩陣的行1，在時(shí)間段2TC內(nèi)發(fā)送矩陣的行2，等等。
數(shù)據(jù)或FH信號(hào)320作為射頻信號(hào)發(fā)送到無(wú)線(xiàn)信道上，很容易受到各呈現(xiàn)為堵塞窄帶信號(hào)的其他信號(hào)形式的干擾322。干擾322也包括為熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員所周知的衰落、多路徑衰落或其他類(lèi)型的差錯(cuò)。
接收機(jī)330(例如在基站控制器處的)接收到的是FH信號(hào)320加上干擾322。FH解調(diào)器332與頻率合成器334連接。頻率合成器334接收一個(gè)與發(fā)射機(jī)(選呼裝置100)的PN序列相同的PN序列，從而與之同步。這個(gè)PN序列示為由虛線(xiàn)連到發(fā)射機(jī)的PN序列，表示這個(gè)PN序列與發(fā)射機(jī)同步。為了調(diào)制4FSK信號(hào)，對(duì)每個(gè)4FSK碼元進(jìn)行快速付立葉變換(FFT)336。如眾所周知，信號(hào)的采樣頻率必需充分高于滿(mǎn)足眾所周知的Nyquist頻率。例如，如果要求L點(diǎn)FFT，L就等于采樣頻率乘以采樣持續(xù)期。最好，碼元率為每秒100個(gè)4FSK碼元至每秒800個(gè)4FSK碼元。碼元率越高，要求DSP的運(yùn)算速度越快。為了保證4FSK碼元準(zhǔn)確解碼，最好采樣率為碼元率的四倍。
如所周知，采樣保持電路(未示出)對(duì)時(shí)域信號(hào)進(jìn)行采樣，模數(shù)變換器(ADC)將按時(shí)間采樣得到的樣點(diǎn)變換成數(shù)字值，然后通過(guò)FFT將時(shí)間域的數(shù)字信號(hào)變換成適合4FSK解調(diào)器338對(duì)4FSK信號(hào)進(jìn)行解調(diào)的頻率域信號(hào)。FFT的樣點(diǎn)包括多個(gè)頻率樣點(diǎn)。
參見(jiàn)圖6和7，頻率域輸出示為由與4FSK碼元的四個(gè)頻移的中心一一對(duì)應(yīng)的四個(gè)附標(biāo)k＝0，1，2和3指示的4FSK頻偏表示形式。4FSK解調(diào)器338對(duì)FFT將時(shí)域信號(hào)變換成它的頻域表示后的4FSK碼元進(jìn)行解調(diào)，根據(jù)頻率樣點(diǎn)的子集在頻率域?qū)?FSK信號(hào)解調(diào)。4FSK信號(hào)的頻偏表示為Fj，k，其中下標(biāo)j相應(yīng)于含有圖4矩陣的行中的信息的每次頻跳。
4FSK解調(diào)器338產(chǎn)生一個(gè)4×J矩陣，存入存儲(chǔ)器166(圖1)。比較器342測(cè)量與所有J值(J＝0至7，為每個(gè)頻跳內(nèi)發(fā)送的4FSK碼元序號(hào))的k＝0－3區(qū)間相應(yīng)的4FSK碼元頻偏的能量、幅度或值。比較器342將測(cè)得的頻偏與一個(gè)預(yù)定門(mén)限相比較(預(yù)定門(mén)限的確定將在下面說(shuō)明)。確定器334在FFT輸出的幅度或能量對(duì)于某個(gè)頻偏從碼元到碼元沒(méi)有變化或變化很小時(shí)就認(rèn)為這些碼元都受到干擾。眾所周知，窄帶干擾信號(hào)可能會(huì)堵塞或干擾包含在一頻跳內(nèi)的整個(gè)信號(hào)。
參見(jiàn)圖6，在一個(gè)頻隙或頻跳受到干擾時(shí)，這八個(gè)4FSK碼元在某個(gè)偏頻(例如與區(qū)間k＝0相應(yīng)的頻偏)處的能量或幅度基本上相等，并且遠(yuǎn)大于在其他頻偏(k＝1至3)處的能量。
參見(jiàn)圖7，在信號(hào)沒(méi)有受到干擾的正常情況下，F(xiàn)FT輸出的幅度或能量對(duì)于在一個(gè)頻跳內(nèi)的所有八個(gè)4FSK碼元而言在頻偏上的分布是不同的。如圖所示，對(duì)于所有的八個(gè)4FSK碼元J＝0至7，4FSK頻偏k＝0至3的能量或幅度在下標(biāo)k＝0至3和J＝0至7之間變化很大。
回到圖3，疑錯(cuò)標(biāo)注器346對(duì)所有出錯(cuò)概率很高的比特的位置加上標(biāo)志，情況將在后面詳細(xì)說(shuō)明。解交織器340對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解交織。疑錯(cuò)標(biāo)注器346和解交織器340得出的結(jié)果送至FEC解碼器348，由它執(zhí)行糾錯(cuò)，糾正由于干擾信號(hào)和衰落引起的差錯(cuò)。糾錯(cuò)情況將在后面詳細(xì)說(shuō)明。
參見(jiàn)圖8，所示流程圖例示了終端控制器確定信道是否受干擾的工作情況?；镜慕邮諜C(jī)接收到一個(gè)信號(hào)時(shí)，F(xiàn)H解調(diào)器對(duì)由多個(gè)頻跳形成的FH數(shù)據(jù)進(jìn)行解調(diào)(步驟800)。如眾所周知，已解調(diào)的數(shù)據(jù)經(jīng)采樣后送至FFT，將時(shí)域信號(hào)變換為頻域信號(hào)(步驟802)。從與FFT輸出的樣點(diǎn)相應(yīng)的幅度或能量值中，根據(jù)4FSK的頻偏選擇與4FSK碼元相應(yīng)的偏移k＝0至3(步驟804)。產(chǎn)生數(shù)據(jù)的矩陣表示形式，存儲(chǔ)為一個(gè)矩陣(步驟806)。這個(gè)矩陣具有8行4列，8行相應(yīng)于圖4交織矩陣的每行的比特?cái)?shù)，而4列相應(yīng)于4FSK的頻移數(shù)(k＝0至3)。對(duì)于每個(gè)下標(biāo)k＝0至3，計(jì)算出矩陣的相鄰行之差[dj，k＝abs(fj，k－fj－1，k)](步驟808)。對(duì)于k＝0至3，將這些差按矩陣逐行相加，[Uk=Σj=18dj,k]]>；k＝0至3](步驟810)。將幅度或能量逐行相加，計(jì)算出矩陣每一列的總能量，[Vk=Σj=07fj,k]]>；k＝0至3](步驟812)。識(shí)別出或確定具有最大值的列作為具有最大能量的列kmax(步驟814 )。將差之和除以列的最大能量，[W＝Ukmax/Vkmax](步驟816)。將一個(gè)預(yù)定門(mén)限值作為干擾門(mén)限Tj設(shè)置為0.5(步驟818)。如果差之和除以列的最大能量所得的W大于干擾門(mén)限Tj，則確定這行在傳輸期間沒(méi)有遭到干擾信號(hào)干擾(步驟820)。相應(yīng)值設(shè)為零(步驟824)，并將該值寫(xiě)入一個(gè)干擾矩陣(步驟826)。如果差之和除以最大能量所得的W大于或等于干擾門(mén)限Tj(步驟820)，則將值設(shè)為1，寫(xiě)入干擾矩陣(步驟820)。重復(fù)上述過(guò)程，直至所有數(shù)據(jù)都得到處理，產(chǎn)生一個(gè)矩陣，標(biāo)出具有高出錯(cuò)概率的那些RS碼元。
參見(jiàn)圖9，圖中示出了所生成的確定FH信號(hào)的哪些頻跳在傳輸期間受到干擾信號(hào)堵塞的已解碼4FSK碼元的矩陣表示。如果確定矩陣的一個(gè)列受干擾，所生成的干擾矩陣在與圖8步驟806的矩陣的位置相應(yīng)的行內(nèi)都為“1”。類(lèi)似，如果確定一個(gè)頻跳在傳輸期間沒(méi)有被干擾堵塞，所生成的干擾矩陣在與這個(gè)頻跳位置相應(yīng)的行內(nèi)都為零。由這個(gè)干擾矩陣可見(jiàn)，第二、第八和第九行都確定為被干擾堵塞。
參見(jiàn)圖10，圖中示出了終端控制器按本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例確定一個(gè)信道是否衰落的工作情況?；镜慕邮諜C(jī)接收到一個(gè)信號(hào)時(shí)，F(xiàn)H解調(diào)器對(duì)多個(gè)頻跳形成的FH數(shù)據(jù)進(jìn)行解調(diào)(步驟1000)。如眾所周知，已解調(diào)的數(shù)據(jù)經(jīng)采樣后送至FFT，將時(shí)域信號(hào)變換為頻域信號(hào)(步驟1002)。從與FFT輸出的樣點(diǎn)相應(yīng)的幅度或能量值中，根據(jù)4FSK碼元的頻偏選擇與4FSK碼元相應(yīng)的偏移k＝0至3(步驟1004)。產(chǎn)生數(shù)據(jù)的矩陣表示形式，存儲(chǔ)為一個(gè)矩陣(步驟1006)。這個(gè)矩陣具有8行4列，8行相應(yīng)于圖4交織矩陣的每行的比特?cái)?shù)，而4列相應(yīng)于4FSK的頻移數(shù)(k＝0至3)。對(duì)于矩陣的每一行確定頻偏的最大能量或幅度值和次最大能量或幅度值，求出最大能量與次最大能量之比Sj(步驟1008)。將一個(gè)預(yù)定門(mén)限作為眼圖張開(kāi)門(mén)限值設(shè)定為1.2(步驟1012)。在步驟1012，如果確定比值Sj大于眼圖張開(kāi)門(mén)限(1.2)，就將這比值設(shè)為1(步驟1014)。否則，如果確定比值Sj小于眼圖張開(kāi)門(mén)限(步驟1012)，就將這比值設(shè)為零(步驟1016)。通過(guò)計(jì)算式[Xj=Σk=03fj,k]]>；j＝0至7]計(jì)算出每個(gè)4FSK碼元的總能量(步驟1018)。按式[Yj＝Xj，kxsj；j＝0至7]將4FSK碼元的總能量乘以每個(gè)4FSK碼元的比值(步驟1020)。再將每對(duì)相鄰的4FSK碼元相乘，得到RS(15，5)碼字的能量度量，因?yàn)槊總€(gè)RS碼元包括兩個(gè)在矩陣中呈現(xiàn)為相鄰的4FSK碼元。該值寫(xiě)入衰落矩陣相應(yīng)位置(步驟1022)。在步驟1024，確定衰落矩陣是否完全生成，如果是，衰落確定程序結(jié)束；否則，過(guò)程返回步驟1004，進(jìn)行循環(huán)，直至衰減矩陣完全生成。
參見(jiàn)圖11，圖中示出了所生成的確定FH信號(hào)的哪些頻跳在傳輸期間處于衰落狀態(tài)的已解碼4FSK碼元的矩陣表示。所測(cè)得的RS碼元的總能量經(jīng)對(duì)4FSK碼元的兩個(gè)最大幅度值比加權(quán)后用來(lái)確定傳輸期間的衰落情況。衰落矩陣中的值越小，相應(yīng)RS碼元在傳輸期間受到衰落的概率越大。
參見(jiàn)圖12，圖中示出了終端控制器按本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例糾正由于受干擾和/或衰落而引起的差錯(cuò)的工作情況的流程圖。首先，將一個(gè)計(jì)數(shù)器初始化，令計(jì)數(shù)值M＝0(步驟1201)，再?gòu)膱D9的干擾矩陣中取出第M列存入一個(gè)結(jié)果矩陣(步驟1202)。檢驗(yàn)干擾矩陣的這些值，將疑錯(cuò)數(shù)錄為L(zhǎng)m(步驟1204)。如前面所述，RS碼字是經(jīng)交織的，以減少諸如高能量干擾信號(hào)和衰落之類(lèi)的差錯(cuò)造成的影響。每個(gè)RS碼字按列存儲(chǔ)在矩陣內(nèi)，但按行從矩陣發(fā)送出去。因此，如果一個(gè)頻跳受到干擾信號(hào)堵塞，差錯(cuò)將岔開(kāi)分布到四個(gè)RS碼字內(nèi)。
如在該技術(shù)領(lǐng)域中所周知，如果能確定差錯(cuò)位置，就能增大可糾正的差錯(cuò)的個(gè)數(shù)。這種方法稱(chēng)為糾錯(cuò)碼的軟解碼。如前面所述，RS(N＝10，K＝5)碼字可以糾正總數(shù)為t個(gè)差錯(cuò)和e個(gè)疑錯(cuò)，如果2t＋e小于(N－K)＋1＝(15－5)＋1＝11的話(huà)。差錯(cuò)定義為位置和值都不知道的傳輸錯(cuò)誤，而疑錯(cuò)定義為位置知道而值不知道的錯(cuò)誤。例如，RS(15，5)具有總共15個(gè)Reed Solomon碼元，其中有5個(gè)是信息碼元。每個(gè)碼元有4個(gè)比特。RS(15，5)在無(wú)疑錯(cuò)的情況下可糾正5個(gè)碼元的差錯(cuò)。然而，在這個(gè)實(shí)施例中，這種RS碼可以糾正多達(dá)10個(gè)傳輸錯(cuò)誤，如果這些錯(cuò)誤準(zhǔn)確地標(biāo)為疑錯(cuò)的話(huà)。由于知道錯(cuò)誤的位置，就增大了糾錯(cuò)的能力。
圖9的干擾矩陣將一些4FSK碼元的位置標(biāo)為具有高差錯(cuò)概率的位置。最大疑錯(cuò)數(shù)最好設(shè)置為10。對(duì)每一列中與“1”相應(yīng)的位置數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，檢驗(yàn)疑錯(cuò)數(shù)是否等于最大疑錯(cuò)數(shù)10(步驟1206)。如果不是，檢驗(yàn)疑錯(cuò)數(shù)，確定它是否超過(guò)預(yù)定的疑錯(cuò)數(shù)(步驟1208)。預(yù)定疑錯(cuò)數(shù)可以是任何等于或小于糾錯(cuò)碼軟解碼的糾錯(cuò)能力的數(shù)。如果是，就略去超過(guò)最大疑錯(cuò)數(shù)的所有疑錯(cuò)(步驟1226)。如果疑錯(cuò)數(shù)不超過(guò)最大疑錯(cuò)數(shù)(步驟1208)，調(diào)取圖11衰落矩陣的第M列(步驟1210)。在干擾矩陣內(nèi)沒(méi)有超過(guò)最大疑錯(cuò)數(shù)時(shí)，還可以糾正一些額外的差錯(cuò)或疑錯(cuò)?？杉m的額外疑錯(cuò)數(shù)等于最大疑錯(cuò)數(shù)減去干擾矩陣相應(yīng)列中累計(jì)的實(shí)際疑錯(cuò)數(shù)。為了確定衰落矩陣內(nèi)的這些額外疑錯(cuò)對(duì)象，在衰落矩陣的第M列內(nèi)找出其中的一些最小值(步驟1212)。對(duì)這些最小值進(jìn)行檢驗(yàn)，確定它們是否大于一個(gè)衰落門(mén)限(步驟1214)。這個(gè)衰落門(mén)限設(shè)置為0.05。如果不大于衰落門(mén)限，就對(duì)這值進(jìn)行檢驗(yàn)，看它是否等于1(步驟1216)。如果不是，這個(gè)RS碼元就標(biāo)識(shí)為一個(gè)疑錯(cuò)，將該值設(shè)置為1(步驟1218)。一旦一個(gè)疑錯(cuò)位置確定后，衰落矩陣中的這個(gè)位置就被屏蔽，以免又選擇這一位置。然后，疑錯(cuò)數(shù)Lm加1(步驟1220)。確定所錄疑錯(cuò)數(shù)Lm是否等于最大疑錯(cuò)數(shù)(步驟1222)。如果不是，過(guò)程返回步驟1212，對(duì)另一些疑錯(cuò)定位。如果所錄疑錯(cuò)數(shù)等于最大疑錯(cuò)數(shù)(步驟1222)，或衰落矩陣中的最小值大于衰落門(mén)限(步驟1214)，或者按干擾矩陣所錄疑錯(cuò)數(shù)就等于最大疑錯(cuò)數(shù)(步驟1206)或在步驟1226后，將計(jì)數(shù)器的值M加1，以便選擇干擾和/或衰落矩陣的下一列(步驟1224)。然后確定是否這兩個(gè)矩陣的所有的列都已處理(步驟1228)。如果是，按所標(biāo)的疑錯(cuò)進(jìn)行糾錯(cuò)(步驟1230)。否則，過(guò)程從步驟1202開(kāi)始重復(fù)以上操作，直至所有數(shù)據(jù)都得到處理。
參見(jiàn)圖13，圖中示出了在FH信號(hào)衰落和/或堵塞時(shí)按本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例標(biāo)出的需加以糾錯(cuò)的各疑錯(cuò)的矩陣表示。這個(gè)矩陣與圖9干擾矩陣相比，多出了一些值為1的位置，這是因?yàn)樵谶@些信道中有衰落。衰落矩陣指出了具有高出錯(cuò)概率的RS碼元。干擾矩陣中的出錯(cuò)位置和衰落矩陣中的出錯(cuò)位置加以合并后示為這個(gè)矩陣中的那些“1”。因此，F(xiàn)EC解碼器就能利用這個(gè)矩陣的出錯(cuò)指示確定數(shù)據(jù)中具有高出錯(cuò)概率的RS碼元，將那些位置標(biāo)為疑錯(cuò)處。
這樣，消息被調(diào)制成四電平頻移鍵控后編碼成Reed Solomon碼字。RS碼字?jǐn)?shù)最好為4，按列存入一個(gè)矩陣而按行發(fā)送各RS碼元，以使數(shù)據(jù)交織，最大程度地減少突發(fā)型差錯(cuò)。采用多個(gè)頻跳的跳頻擴(kuò)頻發(fā)送每組四個(gè)RS碼元。在接收到每個(gè)頻跳的各4FSK碼元后加以檢驗(yàn)，確定干擾是否形成堵塞性信號(hào)。四個(gè)RS碼元包括八個(gè)4FSK碼元。每個(gè)4FSK碼元有兩個(gè)比特，與4FSK調(diào)制的四個(gè)頻偏相應(yīng)。每個(gè)頻跳的矩陣表示生成為一個(gè)8×4矩陣，其中8行表示每個(gè)頻跳的4FSK碼元數(shù)，而4列表示每個(gè)4FSK碼元的比特?cái)?shù)。對(duì)每個(gè)4FSK碼元執(zhí)行FFT，所得結(jié)果用來(lái)確定信號(hào)是否受到堵塞性信號(hào)或信號(hào)衰落的干擾。生成兩個(gè)矩陣，用來(lái)表示很可能出錯(cuò)的RS碼元。將這兩個(gè)矩陣加以合并，從而將這些位置標(biāo)為疑錯(cuò)處，使前向糾錯(cuò)塊可以糾正數(shù)據(jù)中的這些差錯(cuò)。
如上所述，選呼系統(tǒng)的入站信道工作在跳頻擴(kuò)頻通信系統(tǒng)使用的ISM頻段?？梢灶A(yù)料，將有許多其他系統(tǒng)工作在這個(gè)ISM頻段，這會(huì)引起干擾。從而，這種方法和設(shè)備將糾正任何由于衰落引起的差錯(cuò)或其他隨機(jī)型差錯(cuò)。
總之，選呼通信系統(tǒng)包括一個(gè)選呼裝置，發(fā)射按四電平頻移鍵控(4FSK)信號(hào)調(diào)制的并按Reed Solomon碼字編碼的信號(hào)，這樣的信號(hào)在多個(gè)窄帶信道上作為交織跳頻擴(kuò)頻信號(hào)來(lái)發(fā)射。一個(gè)基站收發(fā)信機(jī)通過(guò)按偽隨機(jī)序列在多個(gè)窄帶信道上的頻跳接收所述多個(gè)窄帶信道上的交織跳頻擴(kuò)頻信號(hào)。數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)對(duì)4FSK碼元進(jìn)行快速付立葉變換以產(chǎn)生一個(gè)頻域信號(hào)。DSP進(jìn)一步包括一個(gè)比較器，測(cè)量在窄帶信道中接收的4FSK碼元的頻偏處的能量。比較器確定最大能量值和次最大能量值與眼圖張開(kāi)度門(mén)限之比以表明一個(gè)Reed Solomon碼元為錯(cuò)誤的可能性。一個(gè)確定器響應(yīng)出錯(cuò)概率低于衰落門(mén)限確定頻域信號(hào)處于衰落中，一個(gè)疑錯(cuò)標(biāo)注器標(biāo)示那些確定處于衰落中的Reed Solomon碼元的位置為疑錯(cuò)。糾錯(cuò)碼字包括用于糾正具有在Reed Solomon碼字中標(biāo)注為疑錯(cuò)的Reed Solomon碼元的差錯(cuò)的軟解碼糾錯(cuò)代碼。被標(biāo)注的位置可以改進(jìn)Reed Solomon碼字上的糾錯(cuò)能力。
權(quán)利要求
1. 在擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中，在至少一個(gè)信道處于衰落時(shí)用于糾錯(cuò)的方法，包括步驟接收在多個(gè)窄帶信道上作為擴(kuò)頻信號(hào)發(fā)射的信號(hào)；將所述擴(kuò)頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成多個(gè)頻率樣點(diǎn)的頻域信號(hào)；計(jì)算在窄帶信道上接收的頻率樣點(diǎn)的能量值；確定最大能量值和次最大能量值與眼圖張開(kāi)度門(mén)限之比；產(chǎn)生表明頻率樣點(diǎn)出錯(cuò)概率的矩陣；比較矩陣中出錯(cuò)概率與衰落門(mén)限；響應(yīng)比較步驟，把確定為處于衰落中的頻率樣點(diǎn)標(biāo)注為疑錯(cuò)；和在至少有一個(gè)信道被確定為處于衰落時(shí)，對(duì)于帶有標(biāo)注為疑錯(cuò)的多個(gè)頻率樣點(diǎn)進(jìn)行糾錯(cuò)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中確定步驟進(jìn)一步包括測(cè)量相應(yīng)于四電平頻移鍵控信號(hào)在頻偏處的能量的步驟，其中能量為頻偏處的。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中標(biāo)注步驟將一個(gè)頻率樣點(diǎn)位置標(biāo)注為疑錯(cuò)，并且糾錯(cuò)步驟使用軟解碼糾錯(cuò)代碼，其中被標(biāo)注的位置可以改進(jìn)Reed Solomon碼的糾錯(cuò)能力。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中擴(kuò)頻信號(hào)包括跳頻擴(kuò)頻信號(hào)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括解交織作為擴(kuò)頻信號(hào)發(fā)射的信號(hào)的步驟。
6. 一種選呼通信系統(tǒng)，包括選呼裝置，用于發(fā)射編碼為Reed Solomon碼字并調(diào)制為四電平頻移鍵控(4FSK)信號(hào)的跳頻擴(kuò)頻信號(hào)；基站收發(fā)信機(jī)，接收按偽隨機(jī)序列在多個(gè)窄帶信道上跳頻擴(kuò)頻信號(hào)；數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)，對(duì)跳頻擴(kuò)頻信號(hào)進(jìn)行快速付立葉變換，產(chǎn)生多個(gè)頻率樣點(diǎn)；DSP還包括比較器，計(jì)算在窄帶信道上接收的4FSK碼元的能量，該比較器確定最大能量值和次最大能量值與眼圖張開(kāi)度門(mén)限之比，以表明ReedSolomon碼元出錯(cuò)的概率；確定器，響應(yīng)出錯(cuò)概率，確定何時(shí)在窄帶信道中有衰落信號(hào)；疑錯(cuò)標(biāo)注器，標(biāo)注確定為衰落的Reed Solomon碼元的位置為疑錯(cuò)；和糾錯(cuò)代碼機(jī)制，用來(lái)糾正在加有疑錯(cuò)的標(biāo)志的窄帶信道中發(fā)送的Reed Solomon碼字中的錯(cuò)誤。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6的選呼通信系統(tǒng)，其中選呼裝置包括一個(gè)調(diào)制器，按4電平頻移鍵控(4FSK)信號(hào)調(diào)制信號(hào)；和一個(gè)編碼器，用于將4FSK信號(hào)編碼為Reed Solomon碼字。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6的選呼通信系統(tǒng)，其中比較器測(cè)量相應(yīng)于4FSK碼元的頻偏處的能量。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6的選呼通信系統(tǒng)，其中DSP確定在出錯(cuò)概率低于衰落門(mén)限時(shí)窄帶信道處于衰落中。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6的選呼通信系統(tǒng)，其中疑錯(cuò)標(biāo)注器標(biāo)注一個(gè)ReedSolomon碼元的位置為疑錯(cuò)，并進(jìn)行軟解碼糾錯(cuò)編碼，其中標(biāo)注的位置改進(jìn)了Reed Solomon碼字的糾錯(cuò)能力。
全文摘要
一個(gè)選呼通信系統(tǒng)(10)以Reed Solomon碼字發(fā)送調(diào)制為四電平頻移鍵控(4FSK)信號(hào)的跳頻擴(kuò)頻信號(hào)。一個(gè)基站收發(fā)信機(jī)(150)在多個(gè)窄帶信道上接收該信號(hào)，并且DSP(152)對(duì)該信號(hào)進(jìn)行FFT。該DSP(152)具有一個(gè)比較器(342)，用于計(jì)算4FSK碼元的能量。比較器(342)確定最大能量和次最大能量與眼圖張開(kāi)度門(mén)限之比以表明出錯(cuò)的概率。一個(gè)確定器響應(yīng)該出錯(cuò)概率確定何時(shí)出現(xiàn)衰落。一個(gè)疑錯(cuò)標(biāo)注器(346)標(biāo)注衰落中的Reed Solomon位置為疑錯(cuò)，并且糾錯(cuò)代碼裝置(348)用標(biāo)注的疑錯(cuò)糾正Reed Solomon碼字中的錯(cuò)誤。
文檔編號(hào)H04L1/00GK1240079SQ97180316
公開(kāi)日1999年12月29日 申請(qǐng)日期1997年11月25日 優(yōu)先權(quán)日1996年12月4日
發(fā)明者李曉君 申請(qǐng)人:摩托羅拉公司