CN1208907C - 在移动电话系统中用于交织比特流的方法 - Google Patents

Abstract

用于在移动电话系统中交织比特流的方法，所述流被划分成比特块，并根据公式i(B，j)＝c(n，k)依次对角地划分成比特子块，其中k＝0，1，...，Bs-1；n＝0，1，...，N，N+1，...；B＝B₀+(M/2)*n+(k mod M)；j＝2*(X mod(Bs/M))+((k mod M)div(M/2))；c(n，k)是在输入到交织单元的比特流的第n个块，I(B，j)是交织的比特的第B个子块，B₀是包含来自所述比特流的第一块的比特的第一子块，M是正偶数和Bs是能被M除尽的正数，其中子块内的各比特之间的距离通过第一参数α的变化来控制，邻近子块间比特的插入的移动通过第二参数β控制，并且X是根据下式公式与所述参数α和β相关联的表达式：X＝(α*(k div M)-β*(k mod M))，其中，对于n1＝0，1，...，(Bs/M)-1，(α*n1*M)/BsZ。

Description

在移动电话系统中用于交织比特流的方法

                        技术领域

本发明涉及一种用于交织对应于移动电话系统中两单元间以数字格式表示的话音内容或数据通信的比特流的方法。

                        背景技术

从欧洲电信标准化协会(ETSI)颁布的文件“Digital cellulartelecommunications system(Phase 2+)；Channel coding(GSM 05.03 version6.2.1 Release 1997)(数据蜂窝通信系统(阶段2+)；信道编码(1997年发行的版本6.2.1的GSM 05.03))”，知道了一种用于交织对应于在GSM移动电话系统中的话音通信的比特流的标准方法。

这种已知的方法在于交织被细分成比特块的比特流，其中的比特块根据下述公式依次对角地细分成比特子块：

i(B，j)＝c(n，k)，其中

k＝0，1，...，B_s-1；

n＝0，1，...，N，N+1，...；

B＝B₀+(M/2)*n+(kmodM)；

j＝2*(Xmod(B_s/M))+((kmodM)div(M/2))；

c(n，k)是比特流的第n个块；

i(B，j)是交织的(interlaced)比特的第B个子块；

B₀是包括来自块c(0，j)的比特的第一子块，即是发送的比特流的第一块，和

X是可以改写为(a*k)的因子，其中a是常数，具体的等于49。

此外，在GSM标准中，对于专用于话音业务的TCH/FS和TCH/EFS信道，每一个比特块c(n，k)包括B_s＝456比特，并且被细分成M＝8个子块i(B，j)。在这种已知的交织方法中，在通用块(generic block)c(n，k)中彼此接近的比特，在以如此方式，即：衰落峰值的负效应影响在原数据流中相当远的比特，发送的数据流中足够远。用这种方法，简化了接收设备的解码器的任务，从而提高了接收的数字信号的质量。

但是，上述ETSI说明书所述得已知的方法不能直接扩展到输入到交织单元的比特块的通用尺寸(dimension)，因而限制了它在任何移动电话系统中的使用。这个缺点是由于以下事实，即，如果我们考虑任何两个在块c(n，k)中具有位标k1和k2的比特，k1≠k2，使用已知的方法不能确保将这两个比特插入相同子块i(B，j)中的不同位置。事实上，交织单元将这两个比特插入到子块：

对于k＝k1，B1＝B₀+(M/2)*n+(k1modM)；和

对于k＝k2，B2＝B₀+(M/2)*n+(k2modM)。

如果B1＝B2＝B，则结果为：

k1modM＝k2modM；和

对于n1＝0，1，...，(B_s/M)-1，k1-k2＝n1*M。

所以，将这两比特插入到不同的位置(j1≠j2)的必要条件是：

2*((49*k1)mod(Bs/M))+((k1 mod M))div(M/2))≠2*((49*k2)mod(Bs/M))+((k2 mod M)div(M/2)，

因此：

对于n2∈Z，49*(k1-k2)≠n2*(Bs/M)；

即：

对于n1＝0，1，...，(Bs/M-1)， $(49*M*n1)/(\mathrm{Bs}/M)\∉Z.$

随着k1和k2改变，参数n1遍取所有小于Bs/M的整数值，以便只有在Bs/M的值不能被因子7和2(M是偶数)除尽的条件下，可以应用所述的已知的改动的方法。即使常数a的值做了简单改动而不同于49，对应于Bs/M的偶数值已知的方法仍然不能应用。

                        发明内容

因此本发明的目的是提供一种没有上述这些缺点的交织方法，即一种方法它的使用可以扩展到所有移动电话系统。通过这样一种方法可以实现上述目的，此方法的主要特性在主权利要求中进行了规定，其他特性在从属权利要求中进行了规定。

为了达到本发明上述和其他目的，提供一种用于交织移动电话系统中的比特流方法，所述流被分成比特块，而该比特块根据下述公式依次对角地被划分成比特子块：i(B，j)＝c(n，k)，其中k＝0，1，...，B_s-1，n＝0，1，...，N，N+1，...，B＝B₀+(M/2)*n+(kmodM)，j＝2*(Xmod(B_s/M))+((kmodM)div(M/2))，c(n，k)是比特流的第n个块，i(B，j)是交替的比特的第B个子块，B₀是包含来自所述比特流的第一块的比特的第一子块，M是正偶数，N是自然数和Bs是可以被M除尽的正数；通过变化第一参数α控制子块内比特间的距离，通过第二参数β控制在邻近子块间的比特的插入的移动，和X是通过下式与所述参数α和β相关联的表达式：X＝α*(kdivM)-β*(kmodM)，其中 $(\mathrm{\α}*n1*M)/\mathrm{Bs}\∉Z,$ n1＝0，1，...，(Bs/M)-1，而Z表示整数集。由于引入了两个合适的参量α和β，根据本发明交织方法可以适用于输入到交织单元的任何尺寸的数据块，并可以适用于通用的交织深度，同时提供用于控制交织单元输出的比特流中的比特间距离的可能性。

因此该方法可以应用在一很普通的环境，并且不仅适用于连续发送的系统，例如FDD-UTRA系统或其他具有频分双工接入的系统，而且适用于不连续发送的系统，即在其中每个用户在高层(帧)的层次结构内，以规定的时隙发送，在时间上周期性地重复的系统。后一种系统的例子是频分双工接入，如GSM系统，或时分双工接入，如DECT和TDD-UTRA系统。这种方法也可以应用于支持话音类型业务的信道和支持数据业务的信道。

                        附图说明

通过结合附图参考如下的详细描述，本领域的技术人员可以理解根据本发明的方法以及更进一步的特性和优点，其中：

图1显示了根据所述的方法划分比特块和比特子块的图示；

图2到6和8显示了根据子块的比特间的位置数计算距离的六个图示；和

图7和9显示了代表子块的比特间的距离的两个框示。

                      具体实施方式

通过如下操作可以克服上述已知方法的局限：根据已知方法定位比特的规则可以用不同的方式，使用以下恒等式进行改写

k＝M*(k div M)+k mod M，以便

j＝2*[(49*M*(k div M)+49*(k mod M))mod(Bs/M)]+((k modM)div(M/2))。

上述的限制条件受到刚改写的j的表达式第一项中存在的因子49和M的制约。因此引入两个参量α和β并考虑j的修改的表达式为

j＝2[(α*(k div M)-β*(k mod M))mod(Bs/M)]+((k mod M)div(M/2))，剩下的唯一的限制条件是

$(\mathrm{\α}*n1*M)/\mathrm{Bs}\∉Z,$ 对于n1＝0，1，...，(Bs/M)-1

因此α值对于选择的Bs/M不具有公因子。

因此，根据本发明的方法在于交织被划分成比特块的比特流，其中的比特块根据下式依次对角地划分成比特子块：

i(B，j)＝c(n，k)，其中

k＝0，1，...，B_s-1；

n＝0，1，...，N，N+1，...；

B＝B₀+(M/2)*n+(kmodM)；

j＝2*(Xmod(B_s/M))+((kmodM)div(M/2))；

X＝α*(kdivM)-β*(kmodM)；

c(n，k)是比特流的第n个块，i(B，j)是交织的比特的第B个子块，和B₀是包括来自块c(0，k)的比特的第一子块，即是发送的比特流的第一块。用这种方式，如图1所示，根据两步交替技术分布输入到执行交织的单元的块c(0，k)、c(1，k)和c(2，k)的Bs比特。在图1的上部我们可以看到：在第一步，所述块的比特相互混合以便获得每个Bs/M比特的M个子块。在第二步。后M/2个子块的比特与下一个块的Bs比特在其间混合获得的前M/2个子块的比特交替，等等。很明显，为了正确地执行比特交织，M必须是正偶数且Bs必须是可以被M整除的正数。

更具体地说，使用在前M/2个子块具有偶位标的位置和在后M/2个子块具有奇位标的位置，应用所述公式的结果是在整个M子块分布通用块c(n，k)的Bs比特。属于下一个块c(n+1，k)的比特使用从前一块获得的后M/2个子块的偶数位置和从下一块获得的前M/2个子块的奇数位置。用这种方法，在交织单元的输出的每个子块包括来自块c(n，k)的Bs/M比特数据和来自下一块c(n+1，k)的Bs/M比特。因此每个子块i(B，j)的尺寸是(2*Bs/M)比特。

在图1的下部我们可以看到在交织单元输出的比特流中，大小为Bs/M的、来自块c(0，k)、c(1，k)和c(2，k)的子块与那些来自下一个块的对角交替，以便在交织单元中输出的交织数据序列中邻近的比特属于不同的块。

在本发明中，因子X不象在已知技术中那样等于(a*k)，而是等于：

α*(k divM)-β*(k modM))，其中

$(\mathrm{\α}*n1*M)/\mathrm{Bs}\∉Z,$ 对于n1＝0，1，...，(Bs/M)-1。

用这种方法，在M子块中的块c(n，k)的比特分布如在已知技术中一样由(k mod M)项决定，因此，在块c(n，k)中所有具有位标k＝x+n1*M，其中n1＝0，1，...，Bs/M-1的所有比特被插入到通用子块i(B+x，j)，其中x＝0，1，...，M-1。正如在已知技术中发生的一样，使用前M/2个子块的偶位标位置和后M/2个子块的奇位标位置，交替方法的结果是属于块c(n，k)的Bs比特在整个M个子块中的分布。

但是，与已知技术相比，在每个子块内排列单独比特的规则实质上改变了。事实上，参数α和β的引入，使得由于参数α而能够从表达式(k div M)控制依赖性(dependance)j，由于参数β而能够从表达式(k mod M)控制依赖性j。

在其因子中具有不必要的M值的参数α允许控制在通用子块中的比特排列，因此，间接的决定了在子块中所述的比特间的距离值。此外，α值也影响了在交替单元的输出的插入到邻近子块中的比特间的距离。

相反，参数β允许获得邻近子块间在比特插入中的移位。从后面我们可以知道，这个移位，以循环的方式发生在每个子块中，在特定情况下是必须的，以便另外在具有断续发送的移动电话系统的帧上分布比特。如果这个移位不是必要的，那么可以假设β＝0。

现在，参考图2和3，我们知道怎样根据在通用块c(n，k)中由位标k1和k2识别的比特中的比特数在交织单元输出的数据流上计算距离d(k1，k2)。

如果具有位标k1和k2的比特(其中k1＜k2)，插入到相同的子块，其结果是：

k1 mod M＝k2 mod M；和

k2＝k1+p*M，每个p＝1，2，...，(Bs/M)-1。

在子块i(B，j)中对应的位置由下式给出：

j1＝2*[(α*(k1 div M)-β*(k1 mod M))mod(Bs/M)]+((k1 modM)div(M/2))；和

j2＝2*[(α*(k1 div M)+(α*p)-β*(k1 mod M))mod(Bs/M)]+((k1 mod M)div(M/2))。

从最后两式可以知道j2的值的获得是在子块内以循环的方式从j1标识的位置开始并且在渐增的j位标的方向上向前(2*α*p)的位置。因此距离d(k1，k2)可以假设为随后的数值，而与β值无关：

如果j1＜j2，d1(p)＝2*[(α*p)mod(Bs/M)]；

如果j1＞j2，d2(p)＝2*(Bs/M)-2[(α*p)mod(Bs/M)]。图2和图3分别显示了在对应于这最后两个公式的位置的距离的计算。

相反，如果具有位标k1和k2的比特(其中k1＜k2)，被插入到邻近的子块，其结果是：

k2 mod M＝k1 mod M+1；和

k2＝k1+(q*M)+1，对于q＝0，1，...，(Bs/M)-1。

假如β＝0，图4和5显示了距离d(k1，k2)如何可以采取下述值：

d3(q)＝2*(Bs/M)+2*[(α*q)mod(Bs/M)]，和

d4(q)＝2*[(α*q)mod(Bs/M)]，

根据事实即对应于位标k1的j值是低于，如图4中，或高于，如图5中，对应于位标k1+(q*M)的值。最后这两个公式要求q之1，然而对于q＝0距离仅由两个公式中第一个给出。在具体的情况下所考虑的两个子块是具有位标(M/2)-1和M/2的，由于存在表达式((k mod M)div(M/2)由最后两个公式给出的值必须增加一个单位。

如果参数β不为0，所述的距离可能有机会被校正；我们将简要描述如何仅通过使用参数α让β＝0来解决该问题，也考虑在必须控制插入到邻近子块中的比特间距离的情况下的情形。

如果具有位标k1和k2的比特插入到非邻近的子块，距离d(k1，k2)至少等于2Bs/M，因此，如果我们确认2Bs/M的值足够高它，也可以不受检查。

如前所述，从块c(n，k)获得的具有尺寸Bs/M的子块与那些来自下一块c(n+1，k)的子块对角交替，以便交织数据序列中邻近的比特属于不同的块。在这种情况下，不必控制导致在交织单元的输出中邻近的比特的原始位置，因为所述的比特来自两个不同的编码过程，因此，在接收过程中将在两个不同的阶段解码。

以上所述在公式中表示的距离d1(p)、d2(p)、d3(p)和d4(p)是出现在根据本发明的替换方法中的参数α和β的函数。为了最大化对应于适当的p和q值的所述的距离，可以选择参数α和β。

为了更好地描述根据本发明替换方法的用法，识别两种类型的移动电话系统是值得的。

第一类系统的特征是以被称为时隙的时间区间对时间轴进行划分。每个用户在一个给定的称为帧的周期内在时间轴上循环重复占用一个明确的时隙来发送它的信息。这种调查包括应用TDMA接入技术的系统，其中包括GSM系统本身和那些应用TD-CDMA技术的如TDD-UTRA系统。

相反，第二类包括的移动电话系统的特征是在时间轴上连续发送，例如FDD-UTRA系统。

参考图6，可以看到，在第一类系统中，根据本发明通过替换的方法获得的子块i(B+x，j)，其中x＝0，1，...，M-1，被插入到在连续帧F(W)、F(W+1)和F(W+2)中的给定的时隙TS。因此，在时间轴上被所述子块占据的位置彼此之间的距离足够远，因为它们的距离等于帧时间，并且在选择表征交织的参数时，可以限定考虑的范围在被插入到相同子块的比特间的距离。因此，参数β的值可以设定为0，并且指定给在公式中与距离d1(p)和d2(p)相关的参数p值是折中选择的结果。如果我们想控制并且由此最大化在起始块c(n，k)中的最远为(P*M)的位置的比特中的通用子块内的距离，尽管符合条件

$(\mathrm{\α}*n1*M)/\mathrm{Bs}\∉Z,$ 对于n1＝0，1，...，(Bs/M)-1，

但允许最大化下述函数：

D_min(α)＝min{d1(1)，d2(1)，...d1(P)，d2(P)}，

就必须考虑对应于值p＝1，2，...，P的这些公式并估计α的α_opt值。

在这种情况下，在来自交织单元的数据流中，在通用块c(n，k)中，具有一距离，它低于或等于((P+1)*M-1)位置的距离的所有比特中有一距离至少等于D_min(α_opt)的位置。

当然，能够被确保的距离D_min(α_opt)的最小值随着想要控制距离增加者的比特数而减少，即，随着P的增加，在D_min(α)公式中需要被考虑的函数数总是越来越高。

例如，图7显示了对于Bs＝608、M＝8和两个不同的P值，具体地说，是P＝4(实线)和P＝7(虚线)的D_min(α)函数的走向。在这个图中可以看出，D_min函数的最大值分别是对应于α＝15和α＝9的值。既然在这些值和Bs/M＝76间没有公因子，即满足条件 $(\mathrm{\α}*n1*M)/\mathrm{Bs}\∉Z,$ 对于n1＝0，1，...，

(Bs/M)-1，它们也代表对应的α_opt值。被确保的最小距离D_min(α_opt)的值当P＝4时等于30，而当P＝7时值降到18。因为位置受到控制的比特在块c(n，k)中彼此的具有小于或等于((P+1)*M-1)的距离，即分别小于或等于39和63，在交织单元的输出中占据具有偶数或奇数位标的邻近位置的比特具有在原始块中至少等于40和64的距离。

因此，对应于发送的信号的短暂而稳定的(short lasting)衰落，考虑到在交替比特流中具有偶数或奇数位标的邻近的比特在块c(n，k)中导致更远距离，最好选择P＝7。另一方面，P＝4时确保在那些位置受到控制的比特中在发送流上的距离更高，因此在出现具有更长持续时间信号衰落时被证明是最好。因此，将要被考虑的P值是将要被保证的最小距离值和位置受到控制的比特数之间的折中结果。这种折中也取决于用来纠错的码的特性。

在一些情况下，也可能发生在帧中出现对于其它位置来说具有优先的一些位置。例如当部分比特流的格式预见用于信道估计的比特序列(在接收器端预先知道)的出现时，发生同样的情况，例如出现在GSM和TDD-UTRA系统的帧中的所谓的中间漫游(midamble)。在时变传播信道如移动无线电中，与位置远的相比，放在接近所述字段的比特的特征是具有更低的错误风险，因为它们受益于更好的信道估计。在这种情况下，如果取β＝0，由于对应的位标j的相同值，在通用块c(n，k)中放在邻近位置的比特将在从所述块得到的M个子块中具有相同的位置，因而在同样的相对位置(相对用于信道估计的序列)。因此，对于β＝0，在块c(n，k)中具有邻近的几组比特，其特征在于具有较好的条件，而在块c(n，k)中也总具有邻近的其他几组比特，其特征在于具有较坏的条件。使用参数β使得能够引进在邻近子块间的比特的插入中移动一些等于2*β的位置来克服这个问题。根据参数α的值已经安排在每个子块内的比特的移动在相同子块内循环进行，因此我们知道如何使用 $\mathrm{\β}\≅(\mathrm{Bs}/M)(M-1)$ 值确保在帧中以最好的方式分布比特。

参考图8，可以看到，在第二类系统中，在出现连续型发送时，除了控制插入到相同子块中的比特间的距离d1(p)和d2(p)外，也必须控制存在于插入到邻近子块的比特间的距离d3(q)和d4(q)，假定后者在帧中位于连续的位置。如果想要控制在输入中具有低于L*M距离的比特间在交替单元的输出中的距离，则在确定α_opt值时将要考虑的函数是：

D_min(α)＝min{{d1(p)}_{p＝1，2，...P}，{d2(p)}_{p＝1，2...P}，{d3(q)}_{q＝1，2，...Q}，{d4(q)}_{q＝1，2，...Q}}，

其中按照下式选择P和Q的值：

P＝Q＝L-1。

同样，在这个情况下也可以仅通过使用参数α来控制不同比特间的距离因此设β＝0。一旦根据考虑允许的最大延迟选择了Bs值，和一旦确定了将被使用的子块数M即交织深度，就必须选择在通用块c(n，k)内(和由此的L值)输入到交织单元的、在交织比特流中其距离必须被控制并最大化的相邻比特数。

因为与前一个用于计算D_min(α)值的公式相比后一个公式对于D_min(α)的计算考虑了更多的位置函数，因此对用于最小距离D_min(α_opt)的确保的值将更低。

图9显示了Bs＝608、M＝8、P＝Q＝3的D_min(α)函数的走向，从中可以得到α的最佳值为17以及对应的最小距离值等于3。事实上，尽管对于α＝19和α＝18D_min的值来说更高，但是因为它们违反了公式 $(\mathrm{\α}*n1*M)/\mathrm{Bs}\∉Z,$ (对于n1＝0，1，...，(Bs/M)-1)所以所述的值不能接受。最后，很明显，在包括根据本发明的方法的移动电话系统的接收设备中，原始比特流被重新构建以相反的方向执行上述的操作阶段。

在不脱离本发明的范围的基础上，本领域的技术人员可以对此处描述和给出的本发明增添其他可能的实施例和/或补充。

Claims (6)

1.一种用于交织移动电话系统中的比特流方法，所述流被分成比特块，而该比特块根据下述公式依次对角地被划分成比特子块：

i(B，j)＝c(n，k)，其中

       k＝0，1，...，B_S-1；

       n＝0，1，...，N，N+1，...；

       B＝B₀+(M/2)*n+(kmodM)；

       j＝2*(Xmod(B_S/M))+((k mod M)div(M/2))；

c(n，k)是比特流的第n个块，i(B，j)是交替的比特的第B个子块，B₀是包含来自所述比特流的第一块的比特的第一子块，M是正偶数，N是自然数和Bs是可以被M除尽的正数；通过变化第一参数α控制子块内比特间的距离，通过第二参数β控制在邻近子块间的比特的插入的移动，和X是通过下式与所述参数α和β相关联的表达式：X＝α*(k div M)-β*(k mod M)，其中

$(\mathrm{\α}*n1*M)/\mathrm{Bs}\∉Z,n1=\mathrm{0,1},...,(\mathrm{Bs}/M)-1,$ ，而Z表示整数集。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述参数α等于最大化函数：

D_min(α)＝min{d1(1)，d2(1)，d1(2)，d2(2)，...d1(P)，d2(P)}的值的值α_opt，其中：

d1(p)和d2(p)，p＝1，2，...，P，都是关于原始位流的第n块(c(n，k))中的位标k1和k2所标识的两个比特之间的、根据对交织流计算出的比特数的距离的函数，使得

关于p＝1，2，...，(Bs/M)-1，k2＝k1+p*M，

d1(p)＝2*[(α*p)mod(Bs/M)]，

d2(p)＝2*(Bs/M)-2[(α*p)mod(Bs/M)]和

P是小于或等于(Bs/M)-1的正整数。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的参数α等于最大化函数：

D_min(α)＝min{{d1(p)}_{p＝1.2，...P}，{d2(p)}_{p＝1，2、...P}，{d3(q)}_{q＝1，2，...Q}，{d4(q)}_{q-1，2，...Q}}

的值的值α_opt，其中：

d1(p)和d2(p)，p＝1，2，...，P，都是关于原始位流的第n块(c(n，k))中的位标k1和k2所标识的两个比特之间的、根据对交织流计算出的比特数的距离的函数，使得

关于p＝1，2，...，(Bs/M)-1，k2＝k1+p*M，

d1(p)＝2*[(α*p)mod(Bs/M)]，

d2(p)＝2*(Bs/M)-2[(α*p)mod(Bs/M)]和

P是小于或等于(Bs/M)-1的正整数；

d3(q)和d4(q)，q＝0，1，...，Q，都是关于原始位流的第n块(c(n，k))中的位标k1和k2所标识的两个比特之间的、根据对交织流计算出的比特数的距离的函数，使得

关于q＝0，1，...，(Bs/M)-1和k1，k2∈{0，1，2，...，Bs-1}，k2＝k1+q*M+1，

d3(q)＝2*(Bs/M)+2*[(α*p)mod(Bs/M)]，

d4(q)＝2*[(α*p)mod(Bs/M)]和

Q是小于或等于(Bs/M)-1的正整数。

4.如前面的权利要求之一所述的方法，其特征在于，β＝0。

5.如权利要求1到3之一所述的方法，其特征在于，β不是小于或等于(Bs/M)/(M-1)的最大整数，就是大于或等于(Bs/M)/(M-1)的最小整数。

6.如权利要求1到3之一所述的方法，其特征在于，β是大于或等于(Bs/M)/(M-1)的最小整数。

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