CN1123976C

CN1123976C - 移动通信系统中用于数据编码和频率分集的装置和方法

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Publication number: CN1123976C
Application number: CN98808931A
Authority: CN
Inventors: 李光旭; 金英基; 安宰民; 尹淳暎; 姜熙原; 孔胜铉; 郑夏奉; 卢宗善; 梁景喆
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 1997-09-11
Filing date: 1998-09-10
Publication date: 2003-10-08
Anticipated expiration: 2018-09-10
Also published as: CA2302175C; JP2002527916A; DE69840702D1; JP3392826B2; US6310923B1; CN1273712A; WO1999013585A1; KR19990025179A; EP1012985B1; BR9812812A; KR100374032B1; CA2302175A1; EP1012985A1; RU2183905C2

Abstract

一种在具有Nf个频率信道和Np个相位信道的移动通信系统中的代码集发生方法。该方法中，由NfxNp得到代码长度Nc；确定代码集中各码字之间的最小距离Nd及频率分集Nfd，并根据Nc、Nd和Nfd来检测各代码集；及从所检测的代码集中选择表示使解调误差最小的各码字之间的汉明距分布的代码集，并将该代码集存储在一解调器中的映射表中。

Description

移动通信系统中用于数据编码和频率分集的装置和方法

本发明背景

1.本发明领域

本发明涉及一种移动通信系统中的发射机和数据发送方法，尤其涉及一种用于对发送数据编码并实现频率分集的装置和方法。

2.相关技术描述

移动通信系统中，为了进行无线电发送和接收而对话音或数据进行信道编码。例如在前向链路上，以一种QPSK(正交移相键控)方法对要发送的话音或数据进行信道编码和调制。一般对单频数据发送进行信道编码，并且在发送之前对编码符号进行BPSK(二相移相键控)/QPSK调制。

但是，如果在高速数据发送时用户可用多个频率和相位信道，则需要给多个信道指定发送数据符号。

一般来讲，将各数据符号分布在多个发送信道上。该方法的优点在于能够发送信道容量所能允许数目的数据，但其在恢复数据方面的有可能出现信道失效或出现发送数据丢失的局限性。可通过强化数据编码来恢复所丢失的数据，但这降低了多信道的发送效率。

另外，在现有技术中，当一信道有缺陷或缺陷持续时，不使用该信道或较少使用该信道，直至该信道得以恢复。因此，通信服务品质得不到补偿而变得恶劣。

上述问题通过在多个频率或相位信道上发送相同数据而得到解决。尽管可能在有些信道中出现差错，但其他信道上发送的数据还是可靠的，从而能够构建可靠的通信链路。此外，该方法明显降低了信道使用效率。

由于在常规技术中单独进行信道编码及频率和相位信道的分配，因此，在数据编码时不能考虑到信道使用效率。

本发明概述

本发明的一个目的是提供一种移动通信系统中的装置和方法，其考虑到信道使用效率和多个频率和相位信道的特性而将信道编码符号转换成码字(code word)，并经多个信道发送这些码字。

本发明的另一目的是提供一种移动通信系统中的装置和方法，用于检测其码字间具有所需最小距离的代码集(code set)，以便将发送数据转换成码字。

本发明的又一目的是提供这样一种装置和方法，用于在移动通信系统中从多个所检测到的代码集中选择最佳代码集，并发送所选代码集。

为了实现上述目的，本发明提供了一种在具有Nf个频率信道和Np个相位信道的移动通信系统中的代码集发生方法。在该方法中，通过NfxNp得到代码长度Nc，确定一代码集中各码字之间的最小距离和频率分集Nfd，根据Nc、Nd和Nfd来检测多个代码集，从所检测的代码集中选择表明各码字的汉明距(Hamming distance)分布使解调误差最小的一代码集，并将该代码集存储在解调器中的映射表中。

附图简述

参照附图对本发明优选实施例的详细描述，本发明的上述目的和优点将变得更加清楚，附图中：

图1是表示在移动通信系统中前向链路上的发射机的框图；

图2是表示图1中所示波形调制器的框图；

图3是根据本发明一实施例由逻辑电路构成的波形调制器的框图；及

图4和5是表示根据本发明实施例用于波形调制器的存储器的示意图。

优选实施例的详细描述

本发明旨在提供用于诸如CDMA(码分多址)蜂窝系统或PCS(个人通信系统)的数字移动通信系统的数据编码和频率分集。亦即，在本发明一实施例中，设计一采用信道编码和多载波发送的移动通信系统，使得其能够在其中由于衰落信道易出现差错的通信环境下通过有效地给可用频率和相位资源指定数据和代码符号，来进行有效的信息发送和接收。

根据本发明实施例的移动通信系统中的发射机采用在给定条件下检测代码集的算法。

首先，将描述如何根据给定数目的频率和相位信道来构建码字。如果给定频率信道和相位信道的数目为Nf和Np，则所需频率和相位多路复用发送数据为Mf和Mp，可用信道数目为(NfxNp)。这意味着最大代码长度Nc为(NfxNp)。然后，对于dmin(各码字之间的最小距离)＝Nd，检测满足如下条件的代码集。

取决于相位信道数目的码字数目为2^Np。当在QPSK中Np＝2时，可得到4个码字：{00，01，10，11}＝{a，b，c，d}。

取决于频率分集的码字数目为2^Nf。对于Nf＝3，可得到8个码字。

如果相位信道和频率信道共同操作，则码字长度为(NfxNp)，并可在代码集中产生2^NfxNp个码字。对于Nf＝3和Np＝2，一代码集包括64个码字。接收机中使用dmin为2的代码集来减小解调误差，增加了码字调制/解调的可靠性，这实际上带来信道编码效果。dmin为2的代码集的尺寸(码字数目)为2^NfxNp/2。因此，在采用dmin＝Nd的代码集进行调制时可用2^NfxNp/Nd个码字。根据2^N＝2^NfxNp/2，解调器的信道编码效率为N/{NfxNp)/Nd}。

下面将描述满足上述条件的所构成的代码集。

1.3个频率

1-1.Nf＝3，Np＝2(I和Q)，dmin＝2，并且频率分集≥2

码字长度为6比特(NfxNp)，并且对于每频率2个相位信道可用4个码字：{00，01，10，11}＝{a，b，c，d}。

于是，3个频率的码字可设计如下：

从a开始的码字为：

aaa＝{00 00 00}

abb＝{00 01 01}

acc＝{00 10 10}

add＝{00 11 11}

通过固定a、b、c、d顺序中的第二符号，并且以与从a开始的码字中第三符号的顺序不同的顺序置换第三符号，获得从b开始的码字。这里，第三符号排列的数等于置换总数减去对应于从a开始的码字中第三符号排列的置换。

baX＝{01 00 xx}

bbX＝{01 01 xx}

bcX＝{01 10 xx}

bdX＝{01 11 xx}

类似地，通过固定a、b、c、d顺序中的第二符号，并且以与从a和b开始的码字中排列第三符号的顺序不同的方式置换第三符号，获得从c开始的码字。

caX＝{10 00 xx}

cbX＝{10 01 xx}

ccX＝{10 10 xx}

cdX＝{10 11 xx}

可以以同样方式产生从d开始的码字。

daX＝{11 00 xx}

dbX＝{11 01 xx}

dcX＝{11 10 xx}

ddX＝{11 11 xx}

因此，可得到多个代码集。例如，一代码集可以是：

aaa＝{00 00 00}

abb＝{00 01 01}

acc＝{00 10 10}

add＝{00 11 11}

bab＝{01 00 01}

bbc＝{01 01 10}

bcd＝{01 10 11}

bda＝{01 11 00}

cac＝{10 00 10}

cbd＝{10 01 11}

cca＝{10 10 00}

cdb＝{10 11 01}

dad＝{11 00 11}

dba＝{11 01 00}

dcb＝{11 10 01}

ddc＝{11 11 10}

将从由上述过程得到的各代码集中得出的最佳代码集应用于移动通信系统中是最有效的，并且，有效性判据是各码字之间的汉明距分布。亦即，该最佳代码集表示使解调误差最小的汉明距分布。

1-2.Nf＝3，Np＝2(I和Q)，dmin＝3，并且频率分集＝3

码字长度为6比特(＝NfxNp)，并且对于每频率2个相位信道可得到4个码字：{00，01，10，11}＝{a，b，c，d}。

于是，3个频率的码字可设计如下。如果一码字从a开始，则代码集中的其他代码不从a开始。该规则适用于第二和第三符号。

aaa＝{00 00 00}

bbb＝{01 01 01}

ccc＝{10 10 10}

ddd＝{11 11 11}

可通过置换从上述代码集中得到多个代码集。

aXX＝{00 xx xx}

bXX＝{01 xx xx}

cXX＝{10 xx xx}

dXX＝{11 xx xx}

通过置换a、b、c、d的顺序，可产生第二和第三符号。

代码集的一不同例子为：

abc＝{00 01 10}

bcd＝{01 10 11}

cda＝{10 11 00}

dab＝{11 00 01}

1-3.Nf＝3，Np＝2，并且dmin＝3

对于频率分集＝2，代码集尺寸为4，并且给出

aaa＝{00 00 00}

adb＝{00 11 01}

dda＝{11 11 00}

dab＝{11 00 01}

对于频率分集≥2，代码集尺寸为8，并可产生6个代码集。

代码集#1

aaa＝{00 00 00}

adb＝{00 11 01}

bdc＝{01 11 10}

bad＝{01 00 11}

cbc＝{10 01 10}

ccd＝{10 10 11}

dbb＝{11 01 01}

dca＝{11 10 00}

代码集#2

aaa＝{00 00 00}

adb＝{00 11 01}

bdc＝{01 11 10}

bad＝{01 00 11}

cbd＝{10 01 1 1}

ccc＝{10 10 10}

dba＝{11 01 00}

dcb＝{11 10 01}

代码集#3

aaa＝{00 00 00}

adb＝{00 11 01}

bbc＝{01 01 10}

bcd＝{01 10 11}

cad＝{10 00 11}

cdc＝{10 11 10}

dbb＝{11 01 01}

dca＝{11 10 00}

代码集#4

aaa＝{00 00 00}

adb＝{00 11 01}

bbc＝{01 01 10}

bcd＝{01 10 11}

cbd＝{10 01 11}

ccc＝{10 10 10}

dab＝{11 00 01}

dda＝{11 11 00}

代码集#5

aaa＝{00 00 00}

adb＝＝{00 11 01}

bbd＝{01 01 11}

bcc＝{01 10 10}

cad＝{10 00 11}

cdc＝{10 11 10}

dba＝{11 01 00}

dcb＝{11 10 01}

代码集#6

aaa＝{00 00 00}

adb＝{00 11 01}

bbd＝{01 011 1}

bcc＝{0110 10}

cbc＝{10 01 10}

ccd＝{10 10 11}

dab＝{11 00 01}

dda＝{11 11 00}

2.6个频率

在多载波前向链路上，可用频率数不限于3，也可为6。因此，可根据频率分集来设计用于6个频率的代码集如下。

在构建6个频率的代码集时，也可采用{a，b，c，d}＝{00，01，10，11}。

2.1存在频率分集，并且Dmin＝2

码字总数为45。码字可表示为e1 e2 e3 e4 e5 e6，而e4 e5 e6由e1 e2 e3确定。然后，得到下面的3个频率集。

aaa bab cac dad

SA＝{abb bbc cbd dba}

acc bcd cca dcb

add bda cdb ddc

aba bbb cbc dbd

SB＝{acb bcc ccd dca}

adc bdd cda ddb

aad baa cab dac

aca bcb ccc dcd

SC＝{adb bdc cdd dda}

aac bad caa dab

abd bba cbb dbc

ada bdb cdc ddd

SD＝{aab bac cad daa}

abc bbd cba dbb

acd bca ccb dcc

如果e1 e2 e3 e4 e5 e6的前3个符号属于SA，则从SA选择后3个符号。当以这种方式产生代码时，代码集尺寸为4⁵。

2-2.频率分集＝6

由于码字在每个符号位置具有不同代码符号，因此代码集尺寸为4。为了使各码字之间的距离最大，应考虑符号距离。对于4个码字，码字距离为6个符号，并且6个符号中01、10、11各出现两次，不管符号位置如何。由于6个符号中的4个具有权值1，而另两个符号的权值为2，因此，6个符号由4个权值为1的符号和2个权值为2的符号组成，以便使代码距离最大。亦即，

c1+c2{01 01 10 10 11 11}

c2+c3{10 10 11 11 01 01}

c1+c3{11 11 01 01 10 10}

c1+c4{10 10 11 11 01 01}

c2+c4{11 11 01 01 10 10}

c3+c4{01 01 10 10 11 11}

例如，当c1＝00 00 00 00 00 00时，该代码集为

c1＝00 00 00 00 00 00

c2＝01 01 10 10 11 11

c3＝11 11 01 01 10 10

c4＝10 10 11 11 01 01

此时，代码集尺寸为4，dmin＝8。

2-3.频率分集≥5

总共12个比特被分组为4个比特。亦即，从给定频率分集的角度来看，如果符号为a0，a1，a2，...，a15，则码字的每个符号(ai aj ak)与其他符号不同，

尽管代码尺寸为16，但不能说对各具有不同符号的所有码字均有频率分集≥5。因此，实际的代码集尺寸为8，并且一代码集为：

a a a a a a

a b b b b b

b a c c c c

b b d d d d

c c a b c d

c d b c d a

d c c d a b

d d d a b c

2-4.频率分集≥4

码字中头3个符号不同，并且代码集中的码字数目为4³。具有32(＝2×4²)个码字的代码集以如下过程构成。

首先，通过SA+SA产生16个码字，即将SA中的16个码字重复一次。

a a a a a a

b a b b a b

c a c c a c

d a d d a d

a b b a b b

b b c b b c

c b d c b d

d b a d b a

a c c a c c

b c d b c d

c c a c c a

d c b d c b

a d d a d d

b d a b d a

c d b c d b

d d c d d c

然后，通过SB+SB^*来产生另外的16个码字。SB^*是通过改变SB中的符号顺序而得到的。

ccd dca acb bcc

SB^*＝{cda ddb adc bdd}

cab dac aad baa

cbc dbd aba bbb

该其他16个码字为：

a b a c c d

b b b d c a

c b c a c b

d b d b c c

a c b c d a

b c c d d b

c c d a d c

d c a b d d

a d c c a b

b d d d a c

c d a a a d

d d b b a a

a a d c b c

b a a d b d

c a b a b a

d a c b b b

因此，产生总共32个码字。

下面将描述上述代码集发生方法对多载波前向链路上波形调制器的示例性应用。

图1是移动通信系统中前向链路上的发射机的框图。参照图1，源编码器111对输入数据进行编码，信道编码器112对从源编码器111接收到的数据进行信道编码，并对信道编码数据进行扩频。波形调制器113将从信道编码器112接收到的扩频数据转换成由预定代码集中得到的码字。本发明涉及图1的波形调制器113。

图2是图1所示波形调制器113的框图。参照图2，串/并转换器211将自信道编码器112接收到的数据转换成并行数据，码字调制器212以预定方法将该并行数据映射成相应码字。图2中所示码字调制器212将输入的3个比特调制为6个码字符号F1I、F1Q、F2I、F2Q、F3I和F3Q。

如图2所示构成的波形调制器113可将N比特的输入数据映射成M符号输出码字。在这种情况下，码字调制器212应将N比特输入数据转换成M符号码字。

图3是以硬件实现的图2所示码字调制器212的详细框图。在码字调制器212中，3比特输入数据被转换成具有从8个码字中选择的6个符号的码字。

参照图3，串/并转换器211将输入数据转换成3比特数据。码字调制器212包括8个码字#0-#7以及多路复用器MUX1-MUX7，这些多路复用器根据从串/并转换器211接收到的3比特A0-A2从8个码字中选择相应的码字。

可采用上述方法来输出N比特输入数据的M符号码字。

图4是用作用于输出3比特输入数据A0-A2的6符号码字的波形调制器113的ROM。如果在图4的ROM中存储码字映射表，则可将N比特数据转换成M符号码字。

可根据dmin和频率分集要求来产生各个代码集。这些代码集可用于多载波前向链路中的波形调制器，诸如CDMA蜂窝系统、PCS或IMT-2000中的前向链路调制器，从而同时达到各编码增益和频率分集。

在具有3个频率信道及I和Q相位信道的多载波前向链路上发送数据时使用由本发明方法设计的代码集，能够有效地实现频率分集。由于能够在频率分集方案中不必区别频率和相位信道便使用发送信道，因此，提高了数据发送效率。另外，可以为频率分集设置适当比率的数据发送率。因此，通过采用使用上述代码集的调制器的方式，可降低系统中另一方的信道编码增益要求，并且可以以最大频率分集和dmin实现高编码率的波形调制器。

上述产生代码集而不管频率和相位如何的方法的构思可用于产生多符号块代码。

当具有3个频率信道和2个相位信道时，基本上给一个符号指定6个信道。多符号块代码方案是指将各符号指定给从3个频率信道、2个相位信道和2个时隙提取的总共12个信道。对于12个信道，可考虑到频率分集而设定其中将各码字之间的距离设置得较大的多个代码集。可采用多符号块代码来一起实现频分复用、时分复用、和编码增益。

在采用频率、相位和时间产生码字符号的方法中，整个信道为：

[f1-I f1-Q f2-I f2-Q f3-I f3-Q

f1-I f1-Q f2-I f2-Q f3-I f3-Q]

考虑到频分复用和dmin来构建用于上述信道的码字。对于12个信道、dmin＝2以及频率分集≥2，可用码字数为2¹⁰。如果根据编码增益要求而降低dmin，则可发送10个或更少的符号比特，而各码字之间的距离增大，这有助于解调。

由于可从前述示例中推导出代码集发生方法，因此对产生12个信道的代码集的描述将予以省略。

图5是表示用作调制器的一ROM的示意图，该调制器中，对同时使用的3个频率信道、2个相位信道和2个时间信道的数据进行块编码。图5的码字调制器212产生12个输出码字符号。这里，f1t1-I表示以频率f1、时隙t1和相位信道I发送的码字符号，而f3t2-Q表示以频率f3、时隙t2和相位信道Q发送的码字符号。

图5的码字调制器可应用于诸如CDMA蜂窝系统、PCS及IMT-2000的采用多个频率信道、相位信道或时间信道的通信系统。

本发明实施例中将数据编码和调制一起应用于发送系统中，这提高了在与频率有关的衰落环境下的频率分集效果，并且能够在不以高数据发送速率进行多路复用以及以低数据发送速率对每个频率信道进行多路复用的两种极端情况之间的各种场合进行动态数据编码和调制。另外，由于一同使用多个相位信道和频率信道，因此，提高了接收机中的解调效率。

在上述本发明优选实施例中，通过根据频率和相位信道的特性对采用多个频率和相位信道的发送/接收系统动态应用数据编码和调制，提高了系统容量和功率使用效率以及编码和调制效率。

尽管已参照其特定实施例详细描述了本发明，但这仅是示例性应用。因此，应理解的是，本领域的普通技术人员可在不背离本发明范围和宗旨的前提下进行各种变化。

Claims

1.一种在具有Nf个频率信道和Np个相位信道的移动通信系统中的代码集发生方法，包括下列步骤：

由NfxNp计算代码长度Nc；

设置代码集中各码字之间的最小距离Nd及频率分集Nfd，并根据Nc、Nd和Nfd来检测各代码集；及

从所述检测的代码集中选择具有使解调误差最小的各码字之间的汉明距分布的代码集，并将所述代码集存储在一解调器中的映射表中。

2.如权利要求1所述的方法，其中代码长度Nc等于频率信道的数目Nf乘以相位信道的数目Np。

3.一种移动通信系统中的发射机，包括：

源编码器，用于对发送数据进行编码；

信道编码器，用于对所述源编码器的输出进行信道编码；

波形调制器，其具有代码集表，用于参照所述代码集表将所述信道编码数据映射成相应的码字；及

发送部，用于在多个信道上发送从所述波形调制器接收到的码字。

4.如权利要求3所述的发射机，其中，所述波形调制器包括：

串/并转换器，用于将所述信道编码数据转换成并行数据；和

码字调制器，其具有其代码长度为频率和相位信道数目乘积的所述代码集表，用于对所述并行数据进行地址映射，并选择相应的码字。

5.如权利要求3所述的发射机，其中，所述波形调制器包括：

串/并转换器，用于将所述信道编码数据转换成并行数据；和

码字调制器，其具有其代码长度为频率、相位信道和时隙数目乘积的所述代码集表，用于对所述并行数据进行地址映射，并选择相应的码字。

6.一种移动通信系统中的数据发送方法，所述移动通信系统包括用于存储其长度为频率信道和相位信道数目乘积的码字的代码集表，所述方法包括下列步骤：

对要发送的源数据进行编码；

对所述编码的源数据进行信道编码；

将所述信道编码数据转换成并行数据；

对所述代码集表中的所述并行数据进行地址映射，选择相应的码字，并调制所选码字的波形；及

在其数目与频率信道和相位信道数目乘积一样多的多个信道上发送所述波形调制的码字。

7.一种移动通信系统中的数据发送方法，所述移动通信系统包括用于存储其长度为频率信道、相位信道和指定的时隙数目乘积的码字的代码集表，所述方法包括下列步骤：

对要发送的源数据进行编码；

对所述编码的源数据进行信道编码；

将所述信道编码数据转换成并行数据；

在其数目与频率信道、相位信道和指定的时隙数目乘积一样多的多个信道上发送所述波形调制的码字。