CN1917410B - 一种scdma系统中的信道编码调制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种SCDMA系统中的信道编码调制方法，包括以下步骤：(1)卷积编码器对输入信息的每两个比特中的一个比特进行编码，另一个比特不进行编码，得到卷积码；(2)差分器对卷积码进行差分计算；(3)D8PSK调制器对差分后的值进行8PSK调制；(4)对调制的信号进行星座分集，通过哈达姆变换和扩频，进入射频部分进行发射；(5)在接收阶段，将接收的信号进行解扩和哈达姆反变换；(6)相位差分器对解扩的信号进行相应的差分处理；(7)维特比译码器对差分的信号进行判决，得到二进制比特流。采用本发明，在不增加带宽以及对原有的空中接口规范不变的情况下，大大提高了系统的抗干扰能力、频谱与功率利用率、数据传输速率和数据传输的稳定性。

Description

一种SCDMA系统中的信道编码调制方法 

技术领域

本发明涉及一种带宽受限的通信系统中信道编码调制方法，尤其涉及一种SCDMA系统中的信道编码调制方法。 

背景技术

SCDMA无线接入系统采用DQPSK调制与差分非相干解调方式。差分非相干解调直接采用前一个接收符号作为相位参考相位，这样就不需要发导频信号，也不需要恢复同频同相的载波信号，实现起来比较简单。同时DQPSK调制在抗频漂能力、抗多径效应及抗相位慢抖动能力方面均优于相干解调QPSK调制。图1示出了DQPSK调制信号处理流程。 

由于SCDMA无线接入系统是从无线本地环路(Wireless Local Loop，简称WLL)基础上发展起来的，无线本地环路主要是提供固定终端的语音业务，其固定终端与基站之间一般都有直视距离，这样其信道特征参数变化不是很快。同时由于采用智能天线技术，即使没有信道编码也能满足固定终端的语音业务，于是在设计无线本地环路的时，就没有更多考虑采用信道编码的方案。这样，在设计无线本地环路空中接口规范(SynchronousWireless Access Protocol，简称SWAP)时，就没有过多考虑空中接口规范(SWAP)的信道编码冗余问题，其空中接口规范(SWAP)中的MUX2D、MUX2U如图2所示。随着SCDMA无线接入技术的发展，SCDMA无线接入系统的用户对其所能提供业务的多样性与质量，提出了更高的要求。一方面，用户要求SCDMA系统能够提供新的业务，如传真、低速数据等数据业务。另一方面，也对现有的语音质量提出了更高要求。因此，SCDMA无线接入系统亟待某些技术上的改进与提升，以提高SCDMA无线接入系统的整体性能。 

由于SCDMA无线接入系统是在无线本地环路(WLL)系统发展起来，其在无线本地环路的采用技术，然而有些技术在SCDMA无线接入系统中遇 到比较大瓶颈，成为目前SCDMA无线接入系统亟待解决的问题。其技术缺点主要有如下几个方面。 

1)从现有的SCDMA无线接入系统空中接口规范(SWAP)(如图2所示)以及采用的DQPSK调制方式来看，业务码道(Voice Control Channel简称VCC)帧结构中只要43个symbol。SCDMA系统现在使用的话音压缩编码器是国际电讯联合会ITU-T通过的G.729标准，其话音编码的速率为8kbps，而SCDMA系统本身的语音码道信道资源只有8.6kbps的速率，若希望在现有的SCDMA无线接入系统中通过信道编码来提高语音业务的数据传输的可靠性，很显然没有信道编码的冗余，因此不能通过信道编码来使SCDMA无线接入系统获得信道编码的增益。 

2)对于需要在现有的SCDMA无线接入系统中增加低速数据业务的功能，由于数据业务误码率为10^-6，大大高于目前语音业务对误码率的要求，若不采用信道编码技术，在现有的SCDMA无线接入系统使很难保证数据业务对误码率要求。 

3)由于目前没有采用信道编码，其数据传输的可靠性比较难以得到有效的保证，对于数据传输要求比较高的SCDMA无线接入系统重要信令的传输也有时比较困难，特别是在终端切换过程中，重要信令的传输更不可靠，这样导致终端切换速度慢以及成功率不高的问题。由于终端切换一般发生在信噪比比较低的时候，这时重要信令的传输往往更得不到保障。 

4)由于采用DQPSK调制方式，一个symbol(符号)只能携带2比特的信息，同时现有的空中接口规范设计，没有考虑冗余信道编码。若采用高价的调制信号集为信道编码提供冗余度，使SCDMA系统有信道编码的冗余，但是，若调制与编码相互独立设计，则不能得到令人满意的效果。 

因此需要一种提高系统抗干扰能力、频谱与功率利用率、数据传输速率和数据传输的稳定性的SCDMA系统中的信道编码调制方法。 

发明内容

为了实现上述的目的，本发明提出了一种SCDMA(Synchronous CodeDivision Multiple Access，同步码分多址)系统的信道编码调制方法，本发明不仅充分考虑到SCDMA系统基站硬件资源、信道带宽以及信道资源受限的问题，而且也兼顾了SCDMA系统现有的DQPSK调制方式，并根据SCDMA系统空中接口规范(Synchronous Wireless Access Protocol，简称SWAP)以及不同数据传输业务提出不同的信道编码方案，从而为SCDMA无线接入系统获得信道编码的增益。在相同的信道条件下，采用TCM-D8PSK网格编码调制(Trellis Coded Modulation-8 state Differential PhaseShift Keying，简称TCM-D8PSK)替代现有的DQPSK调制方式。

该SCDMA系统信道编码调制方法包括以下步骤： 

(1)卷积编码器对输入信息的每两个比特中的一个比特进行编码，另一个比特不进行编码，得到卷积码； 

(2)差分器对卷积码进行差分计算； 

(3)D8PSK调制器对差分后的值进行8PSK调制； 

(4)对调制的信号进行星座分集，通过哈达姆变换和扩频，进入射频部分进行发射； 

(5)在接收阶段，将接收的信号进行解扩和哈达姆反变换； 

(6)相位差分器对解扩的信号进行相应的差分处理； 

(7)维特比译码器对差分的信号进行判决，得到二进制比特流。 

该信道编码调制方法比现有的DQPSK调制技术可以获得至少3dB的信道编码的增益。该方案不仅解决了现有SCDMA系统没有信道编码的问题，并对现有信号处理进行整合集中统一处理，降低了处理复杂度，提高了DSP资源的利用率；同时，该方案可以通过在现有SCDMA系统DSP软件升级来完成，节省大量的成本而提升系统的性能。 

优选地，步骤(2)中差分运算的公式为： 

d(n)＝|d(n-1)+s(n)|mod 8 

其中s(n)是当前输入的符号，d(n)是D8PSK差分编码后的符号，当n＝1时，d(n-1)＝111。 

优选地，卷积编码器的编码速率为2/3。 

优选地，步骤(1)之前还包括用BCH(线性分组码)编码器对输入信息进行编码的步骤；而且步骤(7)之后还包括用BCH编码器对所得到 的二进制比特流进行BCH解码的步骤。其中，BCH编码器对输入信息进行编解码的具体步骤包括： 

(1)输入信息经校验生成72比特，分成两组，每组36比特； 

(2)每组数据末尾添加15个比特零，得到两组51比特BCH码； 

(3)在每组51比特BCH码末尾添加12个校验位，得到两组63比特BCH码； 

(4)解码时，对得到的两组63比特BCH码，删除每组中的15个比特零，即得到两组48比特码； 

(5)合并所述两组48比特码，前72比特原位置不变，而其它两组BCH码的校验位放在24比特RSV(reserve的简称，SCDMA系统帧结构中保留位)字段中。 

通过这种级联码的信道编码，可以提高重要信令信息的传输的可靠性。这样，就可以提升终端切换速度与成功率，提高系统的整体性能。 

附图说明

总之，采用本发明在不增加带宽以及对原有的空中接口规范不变的情况下，不仅解决了现有SCDMA无线接入系统没有信道编码的问题，而且也大大提高了系统的抗干扰能力、频谱与功率利用率、数据传输速率和数据传输的稳定性。 

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。附图中： 

图1为现有技术的一种SCDMA系统中的信道编码调制方法示意图； 

图2为SCDMA系统MUX2U、MUX2D空中帧结构示意图； 

图3为SCDMA系统信令帧MUX结构示意图； 

图4为TCM-D8PSK网格编码调制方案在SCDMA系统中结构示意图； 

图5为BCH(63，51)+TCM-D8PSK网格编码调制方案的实现流程图； 

图6为BCH编解码方案示意图； 

图7为四状态TCM-D8PSK网格编码调制示意图； 

图8为8PSK集分割示意图； 

图9为TCM-D8PSK网格编码调制方案中三种调制方式误比特率与信噪比关系图； 

图10为BCH(63，51)+TCM-D8PSK网格编码调制方案中三种调制方式误比特率与信噪比关系图。 

具体实施方式

一般来说，一个信道编码的增益是从带宽扩展得到的，即，编码的增益是依靠降低信息传输来获得的。在带宽受限的系统中，则可以通过加大调制信号的集来为信道编码提供冗余，以避免信息传输速率因加纠错编码而降低。若调制与编码相互独立的设计，则不能得到令人满意的效果。 

为了在现有的SCDMA系统中，不增加带宽的条件下，实现SCDMA系统的信道编码。于是，本发明提出在SCDMA无线接入系统中TCM网格编码调制的思想，并引入Ungerboeck的网格编码调制的技术，根据SCDMA系统空中接口规范的特征，分别就数据、语音业务与重要信令包(ExtendControl Signal，简称ECS)信息提出不同的信道编码调制的方法。 

针对数据、语音业务空中接口规范的SCDMA系统MUX2U、MUX2D空中帧结构中(如图2所示)没有信道编码冗余比特的问题，本发明为了SCDMA系统技术的延续性，在现有的SCDMA系统DQPSK调制的基础上，提出了TCM-D8PSK网格编码调制的方案，一方面，充分考虑到现有SCDMA系统平台DSP资源的占用情况，另一方面，考虑到SCDMA系统的后向兼容性与易实现性的问题，以达到工程上效能与性能的最佳点。 

在图3中，MUX1U的帧结构中有16Symbol(32bit)的预留，MUX2D-b和MUX2U-b帧结构中均有12Symbol(24bit)的预留字段。这些冗余比特可以作为信道编码的冗余位来进行信道编码，以提升SCDMA系统的对信令包(ECS)数据传输的可靠性。 

需要指出的是，ACC码道的下行消息使用MUX1D帧结构，该帧结构中没有相应数量的预留比特，因此不能进行此方案的信道编码，所以这些消息只能通过TCM-D8PSK网格编码调制的方案来进行信道编码。 

图4示出了本发明在SCDMA系统中TCM-D8PSK网格编码调制的方案 信号处理流程，其具体步骤包括： 

(1)两个信息比特的B0、B1，先通过编码速率2/3的卷积码编码器，对两个信息比特中一个比特进行编码，另一个编码不进行编码，得到卷积码(Y2，Y1，Y0)； 

(2)得到卷积码的值做差分计算，其公式为： 

d(n)＝|d(n-1)+s(n)|mod 8其中s(n)是当前输入的SYMBOL，d(n)是D8PSK差分编码后的SYMBOL，当n＝1时，d(n-1)＝111，SYMBOL求和之后对8求模； 

(3)差分后的值，进行8PSK调制； 

(4)对调制信号进行星座的分集，通过哈达姆变换与扩频，进入射频部分进行发射； 

(5)在接收阶段，先把接收的信号进行解扩以及哈达姆反变换； 

(6)对解扩的信号进行差分处理； 

(7)对差分后的信号进行TCM网格编码的维特比译码软判决得到二进制的比特流。 

从图4中可以看出，TCM-D8PSK网格编码调制在SCDMA系统中的实现，基本上保持了原有的处理流程，两个比特信息由原来DQPSK调制直接进行调制，变成先对一个信息比特进行卷积码的编码，然后再进行D8PSK的调制，最后在信息的输出阶段，由原来DQPSK解调的符号判决变成TCM-D8PSK网格编码调制的维特比译码软判决。 

针对空中接口规范中重要的SCDMA系统信令包帧MUX结构(如图3所示)中有部分信道编码的冗余比特，为了加强重要信令的可靠传输，本发明提出BCH(63，51)+TCM-D8PSK网格编码调制的方案。 

图5示出了本发明对于重要信令的信道编码编码方案，即BCH(63，51)+TCM-D8PSK网格编码调制。为了节省SCDMA系统的硬件资源以及综合考虑系统的整个信号的出来，仍然保持该方案与上述方案对信号处理流程基本一致。通过图5可以看出，对于信令部分的处理只是在发射阶段增加分组码BCH的编码，而接收阶段增加了分组码BCH的解码，通过共用上述TCM-D8PSK网格编码调制方案的程序，达到节省硬件DSP资源 的目的。 

图5示出了的信息信道编码方案，其信号的处理基本如图4保持一致，只是在发射阶段的维特比编码处理的前面增加了分组码BCH(63，51)信道编码，而在接收阶段在维特比译码处理的后面增加了分组码BCH(63，51)的信道解码的过程，其他过程基本一致。这样可以大大节省SCDMA系统的硬件DSP资源。 

图6示出分组码BCH(63，51)编码与解码的具体步骤，其过程如下：上层传递过来的信息经过校验生成72bit，分成两组(每组36bit)，然后在数据末尾添15个零，分别填充第0到51位。接着，对这些信息编码成为BCH(63，51)编码，保留BCH校验位16个比特，再加上信息比特36个比特，则每组得到48bit的编码。这样72bit信息位放在原位置不变，其他两组BCH编码的校验位(12bit×2)放在24比特的RSV字段中。接收方首先对接收的数据进行重组，得到两个BCH(63，51)中63bit的信息，然后进行BCH码的解码，最后得到有用信息。 

图7示出了四个状态的TCM网格编码的最优的编码器，两个信息比特B1，B0中一个比特进行编码，另一个编码不进行编码，然后卷积编码器输出的两个比特与未编码的一个比特一起进行信号星座的分集，从而在不增加信道带宽的情况下，来获得信道编码增益的。 

图8示出了8PSK集的分割。在集分割的二叉树中，开始于第i级的同一级的两个分支所对应的编码比特为  $Z_n^i=0$ 或1，对于n级分割，由于n个比特流，其状态有2ⁿ，通过接连地分割选择分割信号集合中2ⁿ分集其中一个，然后通过1个未编码的比特从被选中的子集中选择其中一个信号。其如图8就完成了整个信号集分割的全过程。 

图9示出了三种不同调制方式的效果，其中，BER表示误比特率，E_b/N₀ 表示信道的信噪比，通过这个效果图可以比较明显得出如下结论。在误比特率为10^-3时，本发明TCM-D8PSK网格编码调制方案比未编码的DQPSK调制有3dB左右增益。随着信道的信噪比的提高，其TCM-D8PSK网格编码调制对SCDMA系统的贡献也会更大。当然，如果采用8、16状态等更多状态的TCM-D8PSK网格编码调制，则可以取得更大的信道编码增益。 

从图10中可以看出，在误比特率为10^-3时，其信道编码增益比未编码的DQPSK至少大3dB。所以采用这种多级联合编码调制方式，在算法复杂度没有大幅增加的情况下，可以使重要信令包的信息可靠性得到较大提升。 

一言以蔽之，通过采用本发明所提出在SCDMA系统的信道编码调制方案，可以比较好地解决目前SCDMA系统中亟待解决的问题。同时，本发明的方案的实现比较简单、可行，处理流程与现有SCDMA系统的信号处理流程基本一致。本发明的优点详述如下： 

1)本发明不仅比较好地解决了SCDMA系统一直以来没有信道编码的问题，而且也很好地解决了现有SCDMA系统目前亟待解决的问题，即SCDMA系统语音业务质量的问题。 

2)本发明不仅使SCDMA系统获得信道编码增益，而且也解决了针对终端切换成功率与切换速度的问题，根据现有的SCDMA系统的空中接口规范特征，有针对性地提出了对重要的信令包(ECS包)进行分组码BCH(63，51)+TCM-D8PSK网格编码调制的SCDMA系统的信道编码调制方案。 

3)本发明根据现有的SCDMA系统的处理流程，综合考虑信号处理流程中前后的衔接，特别TCM网格编码的维特比译码软判决直接利用差分后I、Q路32位浮动数的信号做维特比译码，这样既简化处理流程、节省程序的运算量与存储空间，又避免了信号量化过程中对原始信号的不可恢复的损失，以达到TCM网格编码的维特比译码的最佳效果。 

Claims (5)

1.一种SCDMA系统中的信道编码调制方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)卷积编码器对输入信息的每两个比特中的一个比特进行编码，另一个比特不进行编码，得到卷积码；

(2)差分器对卷积码进行差分计算；

(3)D8PSK调制器对差分后的值进行8PSK调制；

(4)对调制的信号进行星座分集，通过哈达姆变换和扩频，进入射频部分进行发射；

(5)在接收阶段，将接收的信号进行解扩和哈达姆反变换；

(6)相位差分器对解扩的信号进行相应的差分处理；

(7)维特比译码器对差分的信号进行判决，得到二进制比特流。

2.如权利要求1所述的信道编码调制方法，其特征在于，步骤(2)中差分运算的公式为：d(n)＝|d(n-1)+s(n)|mod 8

其中s(n)是当前输入的符号，d(n)是D8PSK差分编码后的符号，当n＝1时，d(n-1)＝111。

3.如权利要求1所述的信道编码调制方法，其特征在于，卷积编码器的编码速率为2/3。

4.如权利要求1-3之一所述的信道编码调制方法，其特征在于，步骤(1)之前还包括用BCH编码器对输入信息进行编码的步骤；而且步骤(7)之后还包括用BCH编码器对所得到的二进制比特流进行BCH解码的步骤。

5.如权利要求4所述的信道编码调制方法，其特征在于，BCH编码器对输入信息进行编解码的具体步骤包括：

(1)输入信息经校验生成72比特，分成两组，每组36比特；

(2)每组数据末尾添加15个比特零，得到两组51比特BCH码；

(3)在每组51比特BCH码末尾添加12个校验位，得到两组63比特BCH码；

(4)解码时，对得到的两组63比特BCH码，删除每组中的15个比特零，即得到两组48比特码；

(5)合并所述两组48比特码，前72比特原位置不变，而其它两组BCH码的校验位放在24比特保留字段中。

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