DE3805582A1 - CODING AND DECODING DEVICES FOR CHANNELS WITH PARTIAL CHARACTERISTICS - Google Patents

CODING AND DECODING DEVICES FOR CHANNELS WITH PARTIAL CHARACTERISTICS

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Abstract

Apparatus for generating a (running digital sum) sequence of digital signals xk and/or a (partial response coded) sequence of digital signals yk, k = 1,2,???, such that yk=xk+/-xk-L, in which the yk signals are a sequence in a given modulation code comprises means for selecting a set of congruent coset representatives specified in accordance with a modulation code, a plurality of code constellations are used, and at least one constellation includes both a point with a positive sum of coordinates and one with a negative sum of coordinates. In another aspect, the signals xk are chosen to be congruent to a sequence of alternate (precoded) coset representatives. In other aspects, the yk alphabet signals are evenly spaced, and are selectable, e.g., an optimal, tradeoff between Sx and Sy is made. An N-dimensional modulation code is generated as a sequence of one-dimensional signals. A maximum likelihood sequence estimation decoder reconstructs the estimated running digital sum, and generates a signal whenever the estimated running digital sum is outside a permissible range. In another aspect, the decoder includes a modified maximum likelihood sequence estimator adapted to find MQ partial decoded sequences, where Q is the number of encoder states, and M is an integer. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Modulationscodierung und Systeme mit einem Übertragungs- oder Antwortverhalten, das von partieller Natur ist und im folgenden als "Partialcharakteristik" bezeichnet wird (in Anleihung an die englische Bezeichnung "partial response", abgekürzt PR). Codierungen mit Partialcharakteristik werden abgekürzt als PRC bezeichnet.The invention relates to modulation coding and Systems with a transmission or response behavior, which is of a partial nature and hereinafter referred to as "partial characteristic" is referred to (based on the English term "partial response", abbreviated PR). Codings with partial characteristics are abbreviated referred to as PRC.

Bei der Modulationscodierung werden Symbole als Signale codiert, die in derartiger Weise aus einer Konstellation gezogen werden, daß nur bestimmte Folgen von Signalen möglich sind.Modulation coding uses symbols as signals encoded in such a way from a constellation that only certain sequences of signals are drawn possible are.

In den letzten Jahren hat man verschiedene Arten von Modulationscodes des sogenannten Trellis-Typs entwickelt und angewandt (z. B. in Modems), um Codierverstärkungen von 3 bis 6 dB über Kanäle mit hohem Rauschabstand und begrenzter Bandbreite wie z. B. Fernsprechkanäle zu er­ zielen.Various types of modulation codes have been used in recent years of the so-called trellis type and applied (e.g. in modems) to encode gains from 3 to 6 dB over channels with a high signal-to-noise ratio and limited bandwidth such as B. Telephone channels to he aim.

Die ersten Trellis-Codes gehen auf Ungerboeck zurück (vgl. US-Patentschrift 38 77 768 von Cjsaka u. a. sowie die Arbeit von Ungerboeck "Channel Coding with Multilevel/Phase Signals", veröffentlicht in IEEE Transactions on Information Theory, Band IT-28, Seiten 55-67, Januar 1982). The first trellis codes go back to Ungerboeck (See U.S. Patent No. 3,877,768 to Cjsaka et al Work by Ungerboeck "Channel Coding with Multilevel / Phase Signals ", published in IEEE Transactions on Information Theory, volume IT-28, pages 55-67, January 1982).  

Ungerboecksche Codes zum Senden von n Bits pro Symbol beruhen auf Abschnittsunterteilungen (sogenannte "Par­ titionen") eindimensionaler (PAM) oder zweidimensionaler (QAM) Signalkonstellationen der Punktezahl n n+1 in vier oder acht Untermengen, kombiniert mit einem linearen binären "konvolutionellen" Code (auch als "Faltungscode" bezeichnet) mit der "Rate" 1/2 oder der Rate 2/3, der eine Folge von Untermengen bestimmt. Eine weitere Menge "uncodierter" Bits bestimmt dann, welche Signalpunkte innerhalb der angegebenen Untermengen tatsächlich gesendet werden. Die Abschnittsunterteilung (Partition) und der Code sind so konstruiert, daß ein bestimmter Wert für das Quadrat des kleinsten Abstandes d 2 min (Quadrat der Hamming­ distanz) zwischen zulässigen Folgen von Signalpunkten sichergestellt ist. Selbst wenn man die erhöhte Leistung einer erweiterten Signalkonstellation aufwendet (ein Faktor von vier bzw. 6 dB in einer Dimension oder ein Faktor von 2 bzw. 3 dB in zwei Dimensionen), führt der vergrößerte Wert des Quadrats der Hammingdistanz zu einer Codier­ verstärkung, die von etwa dem Faktor zwei (3 dB) für einfache Codes bis zum Faktor vier (6 dB) für die kompliziertesten Codes reicht, und zwar für beliebig große Werte von n.Ungerboecksche codes for sending n bits per symbol are based on section subdivisions (so-called "partitions") of one-dimensional (PAM) or two-dimensional (QAM) signal constellations of the number of points n n +1 in four or eight subsets, combined with a linear binary "convolutional" code (also called "convolutional code") at "rate" 1/2 or rate 2/3, which determines a sequence of subsets. Another set of "uncoded" bits then determines which signal points are actually sent within the specified subsets. The section division (partition) and the code are constructed in such a way that a certain value for the square of the smallest distance d 2 min (square of the Hamming distance) between permissible sequences of signal points is ensured. Even if one uses the increased power of an extended signal constellation (a factor of four or 6 dB in one dimension or a factor of 2 or 3 dB in two dimensions), the increased value of the square of the Hamming distance leads to a coding gain that (dB 6) ranges from about a factor of two (3 dB) for simple codes up to a factor of four for the kompliziertesten codes, namely for arbitrarily large values of n.

Ein anderer, von Gallager entworfener mehrdimensionaler Trellis-Code beruht auf einer Partition einer vierdimensionalen Signalkonstellation in 16 Untermengen, kombiniert mit einem konvolutionellen Code der Rate 3/4 (vgl. US- Patentanmeldung Nr. 5 77 044 vom 6. Februar 1984 und die Arbeit von Forney u. a. "Efficient Modulation for Band-Limited Channels", veröffentlicht in IEEE J. Select. Areas Commun., Band SAC-2, 1984, Seiten 632-647). Die vierdimensionale Untermenge wird bestimmt durch Auswahl eines Paars zweidimensionaler Untermengen, und die Punkte der vierdimensionalen Signalkonstellation werden durch Paare von Punkten aus einer zweidimensionalen Signalkonstellation gebildet. Mit nur einem 8-Zustands-Code läßt sich ein d 2 min -Wert erreichen, der das Vierfache der Hammingdistanz der uncodierten Folge ist, während der durch die Erweiterung der Signalkonstellation bedingte Verluste auf etwa den Faktor 2½ (also 1,5 dB) reduziert werden kann, was eine resultierende Codierverstärkung in der Größenordnung von 4,5 dB ergibt. Ein ähnlicher Code wurde von Calderbank und Sloane entworfen (vgl. "Four-dimensional Modulation With An Eight-State Trellis Code", AT & T Tech. J., Band 64, Seiten 1005-1018, 1985, sowie die US-Patentschrift 45 81 601).Another multi-dimensional trellis code designed by Gallager is based on a partition of a four-dimensional signal constellation in 16 subsets, combined with a rate 3/4 convolutional code (see U.S. Patent Application No. 5,777,044 dated February 6, 1984 and the paper) by Forney et al. "Efficient Modulation for Band-Limited Channels", published in IEEE J. Select. Areas Commun., Volume SAC-2, 1984, pages 632-647). The four-dimensional subset is determined by selecting a pair of two-dimensional subsets, and the points of the four-dimensional signal constellation are formed by pairs of points from a two-dimensional signal constellation. With just an 8-state code, ad 2 min can be achieved, which is four times the Hamming distance of the uncoded sequence, while the losses caused by the expansion of the signal constellation to about a factor of ( i.e. 1.5 dB) can be reduced, which results in a resulting coding gain of the order of 4.5 dB. A similar code was designed by Calderbank and Sloane (see "Four-dimensional Modulation With An Eight-State Trellis Code", AT&T Tech. J., Vol. 64, pages 1005-1018, 1985, and US Pat. No. 45 81 601).

Verschiedene andere mehrdimensionale Codes, die von Wei entworfen wurden, beruhen auf Partitionen von Konstellationen in vier, acht und sechzehn Dimensionen, kombiniert mit konvolutionellen Codes der Rate (n-1)/n (vgl. US-Patentanmeldung Nr. 7 27 398 vom 25. April 1985). Auch hier bestehen die mehrdimensionalen Konstellationen aus Folgen von Punkten, die aus zweidimensionalen Teil-Konstellationen gezogen sind. Die Codes sind konstruiert zur Minimierung der Erweiterung zweidimensionaler Konstellationen, um ein gutes Verhältnis von Qualität (Codierverstärkung) zur Kompliziertheit des Codes über einen weiten Bereich zu erhalten und weitere Vorteile zu erzielen wie etwa eine Transparenz gegenüber Phasendrehungen. Auch von Calderbank und Sloane wurden verschiedene mehrdimensionale Trellis-Codes entworfen, die im allgemeinen ein ähnlich gutes Verhältnis von Qualität zu Kompliziertheit, eine größere Konstellationserweiterung, aber in manchen Fällen weniger Zustände haben (vgl. "New Trellis Codes", IEEE Transactions on Information Theory, März 1987 und "An Eight-dimensional Trellis Code", Proc. IEEE, Band 74, 1986, Seiten 757-759).Various other multidimensional codes designed by Wei are based on partitions of constellations in four, eight and sixteen dimensions, combined with convolutional codes of the rate (n -1) / n (cf. U.S. Patent Application No. 7 27 398 of 25 April 1985). Here, too, the multi-dimensional constellations consist of sequences of points drawn from two-dimensional partial constellations. The codes are designed to minimize the expansion of two-dimensional constellations in order to maintain a good ratio of quality (coding amplification) to the complexity of the code over a wide range and to achieve further advantages such as transparency against phase shifts. Various multidimensional trellis codes were also designed by Calderbank and Sloane, which generally have a similarly good ratio of quality to complexity, a larger constellation expansion, but in some cases have fewer states (cf. "New Trellis Codes", IEEE Transactions on Information Theory , March 1987 and "An Eight-dimensional Trellis Code", Proc. IEEE, Volume 74, 1986, pages 757-759).

Alle die vorstehend erwähnten Codes sind für Kanäle konstruiert, die hauptsächlich durch Rauschen beeinträchtigt sind (neben Phasendrehungen), insbesondere für Kanäle ohne Intersymbolstörungen. Dies setzt stillschweigend voraus, daß jede durch den tatsächlichen Kanal eingeführte Inter­ symbolstörung durch Sende- und Empfangsfilter oder speziell durch einen adaptiven linearen Entzerrer im Empfänger auf ein vernachlässigbares Maß vermindert wird. Ein solches System arbeitet bekanntlich gut, wenn der wirkliche Kanal keine ernsthafte Dämpfung innerhalb der Übertragungsbandbreite hat; im Falle starker Dämpfungen jedoch (Nullstellen oder annähernde Nullstellen in der Übertragungsfunktion) kann die Rauschleistung im Entzerrer stark verstärkt werden ("Rauschanreicherung").All of the codes mentioned above are constructed for channels, which is mainly affected by noise are (in addition to phase rotations), especially for channels without Intersymbol interference. This implies that that each Inter symbol interference due to send and receive filters or special by an adaptive linear equalizer in the receiver  a negligible amount is reduced. Such one System is known to work well when the real channel no serious attenuation within the transmission bandwidth Has; however, in the case of strong damping (zeros or approximate zeros in the transfer function) can greatly increase the noise power in the equalizer become ("noise enrichment").

Eine bekannte Technik zur Vermeidung einer solchen "Rausch­ anreicherung" besteht darin, das Signalübertragungssystem auf eine Kontrolle von Intersymbolstörungen anstatt auf den Wegfall von Intersymbolstörungen auszurichten. Die hierzu bekanntesten Schemen sind Signalübertragungen mit sogenannter "Partialcharakteristik" (partial response, s. Arbeit von Forney "Maximum Likelihood Sequence Estimation of Digital Sequence in the Presence of Intersymbol Interference", erschienen in IEEE Transactions on Information Theory, Band IT-18, 1972, Seiten 363-378). In einem typischen (eindimensionalen) System mit Partial­ charakteristik ist der gewünschte bestimmungsgemäße Ausgang y k am Empfänger die Differenz zweier aufeinanderfolgender Eingänge x k , es gilt also y k =x k -x k-1 anstatt y k =x k . In der für Datenabtastwerte üblichen Schreibweise unter Verwendung des Verzögerungs- oder Laufzeitoperators D bedeutet dies, daß die gewünschte Ausgangsfolge y (D) gleich x (D) (1-D) ist, anstatt x(D); man spricht in diesem Fall von einem System mit ′′1-D′′-Partialcharakteristik. Da das Spektrum eines zeitdiskreten Kanals mit der Impulsantwort 1-D eine Nullstelle bei Nullfrequenz (Gleichstrom) hat, muß die Kombination der Sende- und Empfangsfilter mit dem wirklichen Kanal ebenfalls eine Nullstelle bei Gleich­ strom haben, um diese gewünschte Charakteristik zu bekommen. An einem Kanal, der bei Gleichstrom eine Nullstelle oder annähernde Nullstelle hat, bewirkt ein für gewünschte (1-D)-Charakteristik ausgelegter Empfangsentzerrer weniger Rauschanreicherung als ein Entzerrer, der für die Erzielung einer perfekten Antwort (keine Intersymbolstörung) ausgelegt ist. A known technique for avoiding such "noise enrichment" is to align the signal transmission system to control intersymbol interference instead of eliminating intersymbol interference. The most well-known schemes for this are signal transmissions with so-called "partial characteristics" (partial response, see work by Forney "Maximum Likelihood Sequence Estimation of Digital Sequence in the Presence of Intersymbol Interference", published in IEEE Transactions on Information Theory, volume IT-18, 1972 , Pages 363-378). In a typical (one-dimensional) system with partial characteristics, the intended intended output y k at the receiver is the difference between two consecutive inputs x k , so y k = x k - x k -1 applies instead of y k = x k . In the usual notation for data samples using the delay or runtime operator D , this means that the desired output sequence y (D) is equal to x (D) (1- D) instead of x (D); in this case one speaks of a system with a ′ ′ 1– D ′ ′ partial characteristic. Since the spectrum of a discrete-time channel with the impulse response 1- D has a zero at zero frequency (direct current), the combination of the transmit and receive filters with the real channel must also have a zero at direct current in order to obtain this desired characteristic. On a channel that has a zero or approximate zero in DC, a receive equalizer designed for desired (1- D) characteristics causes less noise enrichment than an equalizer that is designed to achieve a perfect response (no intersymbol interference).

Die Signalübertragung mit Partialcharakteristik wird auch zur Erreichung anderer Ziele angewandt: sie vermindert z. B. die Empfindlichkeit gegenüber Kanalstörungen nahe der Bandenkante, sie senkt die Anforderungen an die Filterung, sie erlaubt die Übertragung von Pilottönen an der Bandenkante, und sie vermindert Nachbarkanalstörungen in Frequenzmultiplex-Systemen.The signal transmission with partial characteristics is also used to achieve other goals: it diminishes e.g. B. close to sensitivity to channel interference the band edge, it lowers the demands on the Filtering, it allows the transmission of pilot tones on the band edge, and it reduces adjacent channel interference in frequency division multiplex systems.

Andere Typen von Systemen mit Partialcharakteristik sind z. B. das (1+D)-System, das eine Nullstelle an der Nyquist-Bandenkante hat, und das (1-D 2)-System, das Nullstellen sowohl bei Gleichstrom als auch an der Nyquist-Bandenkante hat. Ein in Quadratur arbeitendes (zweidimensionales) System mit Partialcharakteristik (QPR-System) kann als System mit einem zweidimensionalen komplexen Eingang gestaltet werden; die (komplexe) Antwort 1+D erhält man in einem QPR-System, das Nullstellen an der oberen und an der unteren Bandenkante in einem trägermodulierten (QAM) Bandpaßsystem hat. Alle diese Partialantwort-Systeme sind eng miteinander verwandt, und die Schemen für eines dieser Systeme lassen sich leicht an ein anderes anpassen; so kann man ein System z. B. für (1+D)-Charakteristik konstruieren und es leicht auf die anderen Charakteristiken erweitern.Other types of systems with partial characteristics are e.g. B. the (1+ D) system, which has a zero at the Nyquist band edge, and the (1- D 2 ) system, which has both DC and Nyquist band edges. A quadrature (two-dimensional) system with partial characteristics (QPR system) can be designed as a system with a two-dimensional complex input; the (complex) answer 1+ D is obtained in a QPR system that has zeros on the upper and lower band edges in a carrier-modulated (QAM) bandpass system. All of these partial response systems are closely related, and the schemes for one of these systems can easily be adapted to another; so you can a system z. B. construct for (1+ D) characteristic and easily expand it to the other characteristics.

Calderbank, Lee und Mazo haben ein Schema zur Konstruktion von Folgen in Trellis-Codierung vorgeschlagen, die Nullstellen im Spektrum haben, insbesondere bei Gleichstrom; ein Problem, das mit der Konstruktion von Partialantwort-Systemen verwandt ist, auch wenn die Ziele hier im allgemeinen etwas anders sind (vgl. die Arbeit "Baseband Trellis Codes with A Spectral Null at Zero", vorgelegt bei IEEE Transactions on Information Theory). Calderbank u. a. haben bekannte mehrdimensionale Trellis-Codes mit mehrdimensionalen Signalkonstellationen so ausgelegt, daß Signalfolgen mit spektralen Nullstellen erzeugt werden, und zwar nach der im folgenden beschriebenen Methode: die mehrdimensio­ nale Signalkonstellation hat zweimal so viele Signalpunkte, wie sie für den Fall der nicht partiellen Charakteristik notwendig sind, und wird in zwei gleich große disjunkte Untermengen aufgeteilt, von denen die eine mehrdimensionale Signalpunkte umfaßt, für welche die Summe der Koordinaten kleiner oder gleich Null ist, während die andere Untermenge solche Punkte umfaßt, bei denen die Summe größer oder gleich Null ist. Eine "laufende digitale Summe" (RDS) von Koordinaten, anfänglich auf Null eingestellt, wird für jeden gewählten mehrdimensionalen Signalpunkt um die Summe von dessen Koordinaten nachgestellt. Falls die augenblickliche RDS nicht-negativ ist, wird der augenblickliche Signalpunkt aus derjenigen Untermenge ausgewählt, welche die Signalpunkte mit den Koordinatensummen von kleiner oder gleich Null aufweist; ist die RDS negativ, dann wird der augenblickliche Signalpunkt aus der anderen Untermenge ausgewählt. Auf diese Weise wird die RDS innerhalb eines schmalen Bereichs nahe Null gehalten, was bekanntlich dazu zwingt, daß die Signalfolge eine spektrale Nullstelle bei Gleichstrom bekommt. Gleichzeitig werden jedoch die Signalpunkte ansonsten aus den Untermengen in derselben Weise ausgewählt, wie es in einem System mit nicht partieller Charakteristik geschähe: die erweiterte mehr­ dimensionale Konstellation wird in eine bestimmte Anzahl von Untermengen mit günstigen Eigenschaften hinsichtlich der Distanz aufgeteilt, und ein konvolutioneller Code der Rate (n-1)/n bestimmt eine Folge der Untermenge derart, daß das Quadrat der kleinsten Distanz zwischen den einzelnen Folgen mit Sicherheit mindestens gleich d 2 min ist. Die Codierverstärkung wird durch Konstellationsverdoppelung reduziert (um den Faktor 2½ bzw. umd 1,5 dB in vier Dimensionen, oder um den Faktor 2¼ bzw. um 0,75 dB in acht Dimensionen), ansonsten wird jedoch eine ähnliche Güte erreicht wie im Falle nicht partieller Charakteristik mit ähnlicher Kompliziertheit des Codes.Calderbank, Lee, and Mazo have proposed a scheme for constructing sequences in trellis coding that have zeros in the spectrum, especially with DC; a problem that is related to the construction of partial response systems, even though the goals here are generally somewhat different (see the work "Baseband Trellis Codes with A Spectral Null at Zero", submitted by IEEE Transactions on Information Theory). Calderbank et al. Have designed known multidimensional trellis codes with multidimensional signal constellations so that signal sequences with spectral zeros are generated, using the method described below: the multidimensional signal constellation has twice as many signal points as in the case of the non-partial characteristic are necessary, and is divided into two equally large disjoint subsets, one of which comprises multidimensional signal points for which the sum of the coordinates is less than or equal to zero, while the other subset comprises such points where the sum is greater than or equal to zero . A "running digital sum" (RDS) of coordinates, initially set to zero, is adjusted for each selected multidimensional signal point by the sum of its coordinates. If the current RDS is non-negative, the current signal point is selected from the subset that has the signal points with the coordinate sums less than or equal to zero; if the RDS is negative, the current signal point is selected from the other subset. In this way, the RDS is kept close to zero within a narrow range, which is known to force the signal sequence to have a spectral zero in the case of direct current. At the same time, however, the signal points are otherwise selected from the subsets in the same way as would occur in a system with a non-partial characteristic: the expanded, multi-dimensional constellation is divided into a certain number of subsets with favorable properties with regard to distance, and a convolutional code that Rate (n -1) / n determines a sequence of the subset such that the square of the smallest distance between the individual sequences is certainly at least equal to d 2 min . The coding gain is constellation doubling reduced (by a factor of 2 ½ or umd 1.5 dB in four dimensions, or by a factor of 2 ¼ or 0.75 dB in eight dimensions), but otherwise a similar quality is achieved as in the In the case of non-partial characteristics with similar code complexity.

Ein allgemeines Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß eine Folge digitaler Signale x k und/oder eine Folge digitaler Signale y k (die in Übereinstimmung mit einem gegebenen Modulationscode ist) erzeugt wird, wobei k=1, 2, . . ., so daß zwischen den x k -Signalen und den y k -Signalen die Beziehung y k =x k ±x k-L besteht, wobei L eine ganze Zahl ist. Ein Codierer wählt J Signale y k , wobei J1 ist, so daß (y k , y k+1, . . ., y k+J -1) kongruent ist mit einer Folge von J Nebengruppen-Darstellern c k (modulo M), mit M gleich einer ganzen Zahl, festgelegt in Übereinstimmung mit dem gegebenen Modulationscode. Die J Symbole werden aus einer von mehreren J-dimensionalen Konstellationen ausgewählt, wobei sich die Wahl auf ein vorhergehendes x k ′ stützt, mit k′<k. Mindestens eine der Konstellationen enthält sowohl einen Punkt mit positiver Koordinatensumme wie auch einen weiteren Punkt mit einer negativen Koordinatensumme. Der Codierer ist so ausgelegt, daß die Signale x k endliche Varianz S x haben.A general feature of the present invention is that a sequence of digital signals x k and / or a sequence of digital signals y k (which is in accordance with a given modulation code) is generated, where k = 1, 2,. . ., so that the relationship y k = x k ± x kL exists between the x k signals and the y k signals, where L is an integer. An encoder selects J signals y k , where J is 1, so that ( y k , y k +1 , ... , Y k + J -1 ) is congruent with a sequence of J subgroup actors c k (modulo M ) , with M equal to an integer, determined in accordance with the given modulation code. The J symbols are selected from one of several J -dimensional constellations, the choice being based on a previous x k ′, with k ′ < k . At least one of the constellations contains both a point with a positive coordinate sum and another point with a negative coordinate sum. The encoder is designed so that the signals x k have finite variance S x .

Gemäß einem weiteren allgemeinen Merkmal der Erfindung wählt der Codierer die Signale x k so, daß sie kongruent mit einer Folge alternativer Nebengruppen-Darsteller c k (modulo M) sind, wobei folgendes gilt:According to a further general feature of the invention, the encoder selects the signals x k so that they are congruent with a sequence of alternative subgroup actors c k (modulo M) , the following being true:

c k = c k - c k-L (modulo M), im Falle daß
y k = x k + x k-L ;
c k = c k + c k-L (modulo M), im Falle daß
y k = x k - x k-L .
c k = c k - c kL (modulo M) , in the event that
y k = x k + x k - L ;
c k = c k + c kL (modulo M) , in the event that
y k = x k - x k - L.

Ein anderes allgemeines Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die y k -Signale innerhalb eines Alphabets möglicher y k -Signale liegen, die innerhalb des Alphabets einen gleichmäßigen gegenseitigen Abstand Δ voneinander haben. Der Codierer sorgt dafür, daß die Folge y k eine Varianz S y hat, die kleiner ist als 2S₀, und daß die Folge x k eine Varianz S x hat, die nicht viel größer ist als S 2 y /4(S y -S₀), wobei S₀ annähernd die erforderliche Mindest-Signalleistung ist, um n Bits pro Signal mit einem Alphabet darzustellen, das den Abstand Δ hat.Another general feature of the invention is that the y k signals lie within an alphabet of possible y k signals that are evenly spaced Δ from one another within the alphabet. The encoder ensures that the sequence y k has a variance S y that is less than 2 S ₀, and that the sequence x k has a variance S x that is not much greater than S 2 y / 4 ( S y - S ₀), where S ₀ is approximately the minimum signal power required to represent n bits per signal with an alphabet that has the distance Δ .

Gemäß einem wiederum anderen Merkmal der Erfindung bewirkt der Codierer, daß die Signale x k und y k jede beliebige gewählte Varianz S x bzw. S y innerhalb vorbestimmter Bereiche haben.According to yet another feature of the invention, the encoder causes the signals x k and y k to have any chosen variance S x and S y within predetermined ranges.

In bevorzugten Ausführungsformen werden die Bereiche durch einen Parameter β gesteuert werden, wobei S x ungefähr gleich S₀/(1-β 2) und S y ungefähr gleich 2S₀/(1+β) ist.In preferred embodiments, the ranges are controlled by a parameter β , where S x is approximately equal to S ₀ / (1- β 2 ) and S y approximately equal to 2 S ₀ / (1 + β ) .

Ein weiteres allgemeines Merkmal der Erfindung ist eine Anordnung zur Erzeugung einer Folge in einem gegebenen N-dimensionalen Modulationscode durch Erzeugung einer Folge eindimensionaler Signale, die sich auf codierte und uncodierte Bits gründen. Der Modulationscode gründet sich auf eine N-dimensionale Konstellation, die in Untermengen in Zuordnung zum Code aufgeteilt ist, wobei jede Untermenge eine Vielzahl N-dimensionaler Signale repräsentiert. Die Anordnung weist einen Codierer auf, der für jedes N-dimensionale Symbol eine Menge von N M-wertigen eindimensionalen Nebengruppen-Darstellern c k auswählt, die Kongruenzklassen einer jeden der N Koordinaten (modulo M) des Symbols entsprechen, wobei jeder Nebengruppen-Darsteller eine Untermenge eindimensionaler Werte in einer eindimensionalen Konstellation möglicher Koordinatenwerte für jede der N Dimensionen bestimmt und wobei jedes eindimensionale Signal in der Folge aus den möglichen Koordinatenwerten auf der Grundlage uncodierter Bits ausgewählt wird.Another general feature of the invention is an arrangement for generating a sequence in a given N- dimensional modulation code by generating a sequence of one-dimensional signals based on coded and uncoded bits. The modulation code is based on an N -dimensional constellation which is divided into subsets in association with the code, each subset representing a large number of N -dimensional signals. The arrangement has an encoder which, for each N -dimensional symbol, selects a set of N M -value one-dimensional subgroup members c k which correspond to congruence classes of each of the N coordinates (modulo M) of the symbol, each subgroup member having one Subset of one-dimensional values in a one-dimensional constellation of possible coordinate values for each of the N dimensions is determined, and each one-dimensional signal is subsequently selected from the possible coordinate values on the basis of uncoded bits.

In bevorzugten Ausführungsformen können folgende Merkmale realisiert werden: entweder die x k -Folge oder die y k -Folge kann als eine Ausgangsgröße geliefert werden; L=1; y k =x k -x k-L ; der Code kann ein Trellis-Code oder ein Lattice-Code sein; M kann gleich 2 oder gleich 4 sein oder ein Vielfaches von 4 oder 2+2i; J kann gleich 1 sein oder genau so groß wie die Anzahl von Dimensionen im Modulationscode; k′=k-1; J ist gleich 1 und jede Konstellation ist ein eindimensionaler Bereich von Werten, die sich um das Zentrum β x k-1 gruppieren, wobei 0β<1 ist, vorzugsweise β<0; es gibt eine endliche Menge (z. B. zwei nicht-disjunkte) J-dimensionale Konstellationen; y k und x k können reelle Werte oder komplexe Werte sein.In preferred embodiments, the following features can be implemented: either the x k sequence or the y k sequence can be supplied as an output variable; L = 1; y k = x k - x kL ; the code can be a trellis code or a lattice code; M can be 2 or 4 or a multiple of 4 or 2 + 2 i ; J can be equal to 1 or the same size as the number of dimensions in the modulation code; k ′ = k -1; J equals 1 and each constellation is a one-dimensional range of values grouped around the center β x k -1 , where 0 β <1, preferably β <0; there is a finite set (e.g. two non-disjoint) J -dimensional constellations; y k and x k can be real values or complex values.

Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Decodierer zum Decodieren einer Folge z k =y k +n k , mit k=1, 2, . . ., in eine decodierte Folge y k , wobei für die Folge der Signale y k folgendes gilt: erstens kommt die Folge von einem gegebenen Modulationscode, zweitens hat die laufende digitale SummeThe invention further relates to a decoder for decoding a sequence z k = y k + n k , with k = 1, 2,. . ., into a decoded sequence y k , whereby the following applies to the sequence of signals y k : firstly, the sequence comes from a given modulation code, secondly has the running digital sum

x k = y k + y k-1 + y k-2 + . . . x k = y k + y k -1 + y k -2 +. . .

endliche Varianz S x , und drittens fallen die Signale y k in einen vorbestimmten zulässigen Bereich, der von x k ′ abhängt, wobei k′<k ist. Die Sequenz n k stellt Rauschen dar. Ein Bereichsüber­ tretungs-Monitor rekonstruiert die geschätzte laufende Digitalsumme k = k + k-1+. . ., vergleicht die decodierte Folge k mit einem vorbestimmten zulässigen Bereich auf der Grundlage der geschätzten laufenden Digitalsumme k ′ mit k′<k, und liefert eine Anzeige immer dann, wenn k außer­ halb des zulässigen Bereichs liegt.finite variance S x , and third, the signals fally k  into a predetermined one allowable range ofx k 'Depends onk′ <k  is. The sequencen k  represents noise Pedal monitor reconstructs the estimated running digital sum k = k + k -1+. . ., compares the decoded episode k  with a predetermined allowable range on the Basis of the estimated current digital sum k ' With k′ <k, and delivers an ad whenever k  except is within the permissible range.

Ein anderes allgemeines Merkmal der Erfindung ist ein Decodierer zum Decodieren einer Folge z k =y k +n k mit k=1, 2, . . ., wobei für die Folge der Signale y k folgendes gilt: erstens kommt die Folge von einem gegebenen Modulationscode, der sich mittels eines Codierers mit einer endlichen Anzahl Q von Zuständen erzeugen läßt, zweitens ist y k =x k ±x k-L , wobei L eine ganze Zahl ist und wobei die Folge x k endliche Varianz S x hat. Die Folge n k stellt Rauschen dar. Der besagte Decodierer enthält eine Schätzeinrichtung für modifizierte Folgen maximaler Wahrscheinlichkeit, um in einem Intervall bis zu einer gewissen Zeit K eine Anzahl MQ decodierter Teilfolgen zu finden, jeweils eine für jede Kombination der endlichen Anzahl Q von Zu­ ständen und für jeden einer endlichen Anzahl M ganzzahlig beabstandeter Werte modulo M, so daß jede Folge erstens bis zum Zeitpunkt K im Code ist, zweitens der Situation entspricht, daß der Codierer zum Zeitpunkt K in einem gegebenen Zustand ist, und drittens der Situation entspricht, daß x k zum Zeitpunkt K einen Wert hat, der kongruent mit einem gegebenen Exemplar der Werte modulo M ist.Another general feature of the invention is a decoder for decoding a sequence z k = y k + n k with k = 1, 2,. . ., where the following applies to the sequence of the signals y k : firstly, the sequence comes from a given modulation code which can be generated by means of an encoder with a finite number Q of states, secondly, y k = x k ± x kL , where L is an integer and where the sequence x k has finite variance S x . The sequence n k represents noise. The said decoder contains an estimation device for modified sequences of maximum probability in order to find a number MQ of decoded partial sequences in an interval up to a certain time K , one for each combination of the finite number Q of states and modulo M for each of a finite number M of integer spaced values, so that each sequence is in code until time K , second corresponds to the situation that the encoder is in a given state at time K , and third corresponds to the situation that x k has a value at time K that is congruent with a given example of the modulo M values.

Mit der vorliegenden Erfindung werden bekannte Modulationscodes, insbesondere Trellis-Codes, zur Verwendung in Systemen mit einer Partialcharakteristik hergerichtet, um die gleichen Arten von Vorteilen zu erzielen, die Trellis-Codes in Systemen mit nicht-partieller Charakteristik haben, nämlich beträchtliche Codierverstärkungen für beliebig große Anzahlen n von Bits pro Symbol mit einer in vernünftigen Grenzen bleibenden Kompliziertheit der Decodierung. Die Erfindung erlaubt außerdem die Konstruktion von Trellis-Codes für Systeme mit Partialcharakteristik in einer derartigen Weise, daß man sowohl mit relativ niedriger Eingangssignalleistung S x als auch mit relativ niedriger Ausgangsleistung S y auskommt, wobei ferner eine fließende Abwägung zwischen diesen beiden Größen möglich ist. Außerdem lassen sich höherdimensionale Trellis-Codes zur Verwendung in Systemen mit Partialcharakteristik herrichten, die naturgemäß weniger Dimensionen haben.With the present invention, known modulation codes, particularly trellis codes, are prepared for use in systems with a partial characteristic in order to achieve the same types of advantages that trellis codes have in systems with non-partial characteristics, namely considerable coding gains for arbitrarily large ones Number n of bits per symbol with decoding complexity remaining within reasonable limits. The invention also allows the construction of trellis codes for systems with partial characteristics in such a way that one can manage with both relatively low input signal power S x and with relatively low output power S y , and it is also possible to weigh these two values fluently. In addition, higher-dimensional trellis codes can be set up for use in systems with partial characteristics that naturally have fewer dimensions.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus den Patentansprüchen hervor, sowie aus der nachstehenden Beschreibung, in der bevorzugte Ausführungsformen als Beispiele erläutert werden:Further advantages and features of the invention emerge from the Claims, as well as from the description below, in the preferred embodiments as examples are explained:

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm eines Kanals mit (1-D)- Partialcharakteristik; Fig. 1 is a block diagram of a channel with (1- D) partial characteristic;

Fig. 2 ist ein Blockdiagramm eines Codierers für einen 8-Zustands-Code nach Ungerboeck; Fig. 2 is a block diagram of an encoder for an 8-state code according to Ungerboeck;

Fig. 3 zeigt eine Signalkonstellation für den Unger­ boeck-Code, unterteilt in acht Untermengen; Fig. 3 shows a signal constellation for the Unger boeck code, divided into eight subsets;

Fig. 4 ist ein Blockdiagramm eines äquivalenten Codierers für den Ungerboeck-Code; Figure 4 is a block diagram of an equivalent encoder for the Ungerboeck code;

Fig. 5 ist ein Blockschaltbild eines verallgemeinerten N-dimensionalen Trellis-Codierers; Fig. 5 is a block diagram of a generalized N-dimensional trellis encoder;

Fig. 6 ist ein Blockschaltbild eines modifizierten Codierers nach Fig. 5, der auf der Grundlage von Neben­ gruppen-Darstellern arbeitet; Fig. 6 is a block diagram of a modified encoder of Fig. 5, which operates on the basis of subgroup performers;

Fig. 7 ist ein Blockschaltbild eines äquivalenten eindimensionalen Codierers; Figure 7 is a block diagram of an equivalent one-dimensional encoder;

Fig. 8 ist ein Blockschaltbild eines verallgemeinerten N-dimensionalen Trellis-Codierers; Figure 8 is a block diagram of a generalized N- dimensional trellis encoder;

Fig. 9 ist ein Blockschaltbild eines verallgemeinerten Codierers mit Nebengruppen-Vorcodierung; Figure 9 is a block diagram of a generalized encoder with subgroup precoding;

Fig. 10 ist ein Blockschaltbild für die Kombination der Fig. 8 und 9; Fig. 10 is a block diagram for the combination of Figs. 8 and 9;

Fig. 11 ist ein Blockschaltbild eines Codierers mit Rückkopplung der laufenden digitalen Summe (RDS-Rückkopplung) und Nebengruppen-Vorcodierung; Fig. 11 is a block diagram of an encoder with a feedback of the running digital sum (RDS feedback) and coset precoding;

Fig. 12, 13 und 14 sind alternative Ausführungsformen des Codierers nach Fig. 11; Figures 12, 13 and 14 are alternative embodiments of the encoder of Figure 11;

Fig. 15, 16 und 17 sind Blockschaltbilder dreier äquivalenter Filteranordnungen; Figures 15, 16 and 17 are block diagrams of three equivalent filter arrangements;

Fig. 18 ist ein Blockschaltbild eines verallgemeinerten Decodierers; Figure 18 is a block diagram of a generalized decoder;

Fig. 19, 20 und 21 sind Blockschaltbilder alternativer Codierer; Fig. 19, 20 and 21 are block diagrams of alternative encoder;

Fig. 22 zeigt eine alternative Signalkonstellation; Fig. 22 shows an alternative signal constellation;

Fig. 23 ist ein Blockschaltbild eines Codierers zur Verwendung mit der Konstellation nach Fig. 22; Fig. 23 is a block diagram of an encoder for use with the constellation of Fig. 22;

Fig. 24, 25 und 26 sich Blockschaltbilder dreier äquivalenter Codierer; Figures 24, 25 and 26 are block diagrams of three equivalent encoders;

Fig. 27 ist ein Blockschaltbild eines alternativen Decodierers; Fig. 27 is a block diagram of an alternative decoder;

Fig. 28 ist eine schematische Darstellung einer erweiterten Signalkonstellation; Fig. 28 is a schematic illustration of an expanded signal constellation;

Fig. 29 zeigt einen Rhombus zur Verwendung mit der Konstellation nach Fig. 28; Figure 29 shows a rhombus for use with the constellation of Figure 28;

Fig. 30 ist ein Blockschaltbild eines zweidimensionalen Codierers mit RDS-Rückkopplung; Figure 30 is a block diagram of a two-dimensional encoder with RDS feedback;

Fig. 31 zeigt die Dimensionen eines Rhombus zur Verwendung mit der Konstellation nach Fig. 28; Figure 31 shows the dimensions of a rhombus for use with the constellation of Figure 28;

Fig. 32 zeigt ein Paar von Konstellationen; Fig. 32 shows a pair of constellations;

Fig. 33 zeigt zwei disjunkte Konstellationen. Fig. 33 shows two disjoint constellations.

Gemäß der Fig. 1 benutzt die Erfindung eine Technik zur Erzeugung von Signalfolgen, die als Eingangssignale für einen Kanal 10 mit Partialcharakteristik dienen.According to FIG. 1, the invention uses a technique for generating signal sequences that serve as input signals for a channel 10 with Partialcharakteristik.

Als Beispiel wird zunächst ein Basisband-System mit eindimensionaler (reeller) "1-D"-Partialcharakteristik behandelt, die eine Nullstelle bei Gleichstrom hat. (An späterer Stelle wird kurz beschrieben werden, wie man eine solche Konstruktion für andere Typen von Systemen mit Partialcharakteristik modifizieren kann.) Jedes Ausgangssignal z k eines solchen Systems ist gegeben durch die GleichungAs an example, a baseband system with a one-dimensional (real) "1- D " partial characteristic is dealt with, which has a zero point in direct current. (A later description will briefly describe how one can modify such a construction for other types of systems with partial characteristics.) Each output signal z k of such a system is given by the equation

z k = y k + n k , z k = y k + n k ,

wobei die n k -Folge (n(D)) Rauschen darstellt und die y k - Folge (y(D)) eine mit Partialcharakteristik codierte Folge (PRC-Folge) ist. Diese letztgenannte Folge ist ihrerseits definiert durch die Gleichungwhere the n k sequence (n (D)) represents noise and the y k sequence (y (D)) is a sequence encoded with a partial characteristic (PRC sequence). This latter sequence is itself defined by the equation

y k =x k - x k-1, y k = x k - x k -1 ,

wobei die x k -Folge (x(D)) die Folge der Eingangssignale des Kanals ist. Wegenwhere the x k sequence (x (D)) is the sequence of the channel's input signals. Because of

x k = x k-1 + y k x k = x k -1 + y k

läßt sich die x k -Folge aus der PRC-Folge wiedergewinnen, indem man eine laufende digitale Summe (RDS) der y k -Werte bildet (unter Vorgabe eines Anfangswertes für die x k - Folge); daher wird die x k -Folge nachstehend als die RDS-Folge bezeichnet. Die Varianzen der Proben der RDS-Folge x(D) und der PRC-Folge y(D) seien als S x bzw. S y bezeichnet.the x k sequence can be recovered from the PRC sequence by forming a running digital sum (RDS) of the y k values (specifying an initial value for the x k sequence); therefore, the x k sequence is referred to below as the RDS sequence. The variances of the samples of the RDS sequence x (D) and the PRC sequence y (D) are referred to as S x and S y .

Die zeitdiskrete Partialcharakteristik 1-D (dargestellt durch den Block 12) ist eine Kombination der Charakteristiken einer Kette von Sendefiltern, eines wirklichen Kanals, Empfangsfiltern, Entzerrern, Abtastern, usw., die in einer herkömmlichen Weise aufgebaut sind, um eine kombinierte Partialcharakteristik 1-D zu erhalten, in welcher die Rauschleistung P (der Rauschfolge n(D)) klein ist gegenüber der PRC-Leistung S y (also der Leistung der mit Partialcharakteristik codierten Folge). Es ist also erwünscht, eine relativ große Anzahl n von Bits pro Kanaleingang zu senden. Ein Detektor (nicht gezeigt) verarbeitet die rauschbehaftete PRC-Folge z(D), um x(D) zu bestimmen (oder in äquivalenter Weise die Folge y(D), da eine umkehrbar eindeutige Beziehung zwischen den beiden Folgen besteht). Falls der Detektor eine Schätzeinrichtung für Folgen maximaler Wahrscheinlichkeit ist, besteht das erste Ziel darin, den quadrierten Mindestabstand (Quadrat der Hammingdistanz) d 2 min zwischen zulässigen PRC-Folgen y(D) maximal zu machen.The discrete-time partial characteristic 1- D (represented by block 12 ) is a combination of the characteristics of a chain of transmit filters, an actual channel, receive filters, equalizers, samplers, etc., which are constructed in a conventional manner to produce a combined partial characteristic 1- To obtain D in which the noise power P (the noise sequence n (D)) is small compared to the PRC power S y (ie the power of the sequence coded with partial characteristics). It is therefore desirable to send a relatively large number n of bits per channel input. A detector (not shown) processes the noisy PRC sequence z (D) to determine x (D) (or, equivalently, the sequence y (D) since there is a reversibly unique relationship between the two sequences). If the detector is a maximum likelihood sequence estimator, the first goal is to maximize the squared minimum distance (Hamming distance square) d 2 min between allowable PRC sequences y (D) .

In manchen Anwendungsfällen kann die Zwangsforderung für die Konstruktion einfach darin bestehen, die Varianz S x der Proben der RDS-Folge (Eingangsfolge) minimal zu machen. In anderen Fällen können sich die Forderungen auf die Größe S y beziehen. In wiederum anderen Fällen kann sich die Kon­ struktionsanforderung auf die effektive Leistung irgendwo in der Mitte der kombinierten Filterkette beziehen, so daß es wünschenswert ist, sowohl S x als auch S y klein zu halten und für eine glatte Ausgewogenheit zwischen diesen Größen zu sorgen.In some applications, the design constraint may simply be to minimize the variance S x of the samples of the RDS sequence (input sequence). In other cases, the requirements can relate to the size S y . In still other cases, the design requirement may relate to the effective performance somewhere in the middle of the combined filter chain, so it is desirable to keep both S x and S y small and to provide a smooth balance between these sizes.

Ein verwandtes Problem ist der Aufbau von Folgen, deren Spektren Nullstellen haben, z. B. eine Nullstelle bei Nullfrequenz (Gleichstrom). Hier kann das Ziel sein, solche Folgen y(D) zu konstruieren, die n Bits je Probe darstellen können, die eine Nullstelle im Spektrum haben, die eine möglichst kleine Probenvarianz S y haben, andererseits jedoch einen großen Wert des Quadrats der Hammingdistanz d 2 min zwischen möglichen y(D)-Folgen. Ein gemeinsames Nebenziel besteht darin, die Änderung der laufenden digitalen Summe (RDS) der y(D)-Folge ebenfalls begrenzt zu halten, und zwar aus Systemgründen. Da die RDS-Folge x(D) z. B. gleich x(D)/(1-D) ist und ihre Probenvarianz S x ein Maß der RDS-Änderung ist, kann die vorliegende Erfindung auch auf die Konstruktion von Folgen mit spektralen Nullstellen angewandt werden.A related problem is the construction of sequences whose spectra have zeros, e.g. B. a zero at zero frequency (direct current). The goal here can be to construct such sequences y (D) which can represent n bits per sample, which have a zero in the spectrum, which have the smallest possible sample variance S y , but on the other hand a large value of the square of the Hamming distance d 2 min between possible y (D) sequences. A common secondary goal is to keep the change in the running digital sum (RDS) of the y (D) sequence also limited, for system reasons. Since the RDS sequence x (D) z. B. is equal to x (D) / (1- D) and their sample variance S x is a measure of the RDS change, the present invention can also be applied to the construction of sequences with spectral zeros.

Mehrere Prinzipien können angewandt werden, um die vorgenannten Ziele zu erreichen. Das erste Prinzip besteht darin, die Eingangs- oder RDS-Folge x(D) so aufzubauen, daß die Ausgangs- oder PRC-Folge x(D), wenn man N Werte auf einmal nimmt, eine Folge von Punkten in einem N-dimensionalen Signalraum (sogenannte "N-dimensionale Signalpunkte") ist, die zu Untermengen einer N-dimensionalen Konstellation gehören, welche durch einen bekannten N-dimensionalen Trellis-Code bestimmt ist. Dann wird das Quadrat der Hammingdistanz d 2 min zwischen PRC-Folgen mindestens gleich dem d 2 min -Wert sein, der durch den Trellis-Code garantiert ist. Außerdem kann eine Schätzeinrichtung für die Folge höchster Wahr­ scheinlichkeit im Trellis-Code leicht zur Verwendung im vorliegenden System angepaßt werden und wird, wenn vielleicht auch nicht optimal, denselben effektiven d 2 min -Wert für im wesentlichen dieselbe Kompliziertheit der Decodierung erzielen wie im Falle desselben Trellis-Codes in einem System ohne Partialcharakteristik.Several principles can be applied to achieve the above goals. The first principle is to construct the input or RDS sequence x (D) so that the output or PRC sequence x (D) , when taking N values at a time, is a sequence of points in an N -dimensional Signal space (so-called "N -dimensional signal points"), which belong to subsets of an N -dimensional constellation, which is determined by a known N -dimensional trellis code. Then the square of the Hamming distance d 2 min between PRC sequences will be at least equal to the d 2 min value that is guaranteed by the trellis code. In addition, an estimation facility for the highest likelihood sequence in the trellis code can easily be adapted for use in the present system and, if not optimal, will achieve the same effective d 2 min value for substantially the same complexity of decoding as in the same case Trellis codes in a system without partial characteristics.

Eine beispielgebende Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stützt sich auf einen Trellis-Code mit acht Zuständen und zwei Dimensionen, ähnlich dem Ungerboeck-Code, wie er in der weiter oben zitierten Arbeit beschrieben wurde. Der hier behandelte Code benutzt eine zweidimensio­ nale Konstellation mit 128 Punkten, um 6 Bits pro (zwei­ dimensionales) Signal zu senden. (Dies ist auch ähnlich dem Code, der in der CCITT-Empfehlung V.33 für ein Daten-Modem mit 14,4 KBit/s zu benutzen ist.) Die Fig. 2 zeigt den Codierer 20 für diesen Code. Für jedes 6-Bit-Symbol 21, das aus einer Datenquelle 23 geliefert wird, gelangen zwei der sechs Eingangsbits des Codierers 20 in einen konvolutionellen Codierer 22, der mit der Rate 2/3 arbeitet und somit acht Zustände hat. Die drei Ausgangsbits dieses Codierers werden in einem Untermengen-Wähler 22 verwendet, um ein von acht Untermengen einer aus 128 Punkten bestehenden Signalkonstellation auszuwählen, die in Fig. 3 dargestellt ist; jede Untermenge hat also 16 Punkte (Punkte in den acht Untermengen sind mit jeweils einem der acht Buchstaben A bis H bezeichnet). Die übrigen vier "uncodierten Bits" 26 (Fig. 2) werden in einem Signalpunkt-Wähler 28 verwendet, um aus der gewählten Untermenge den (zweidimensionalen) Signalpunkt auszuwählen, der gesendet werden soll. Der Code liefert in d 2 min eine Verstärkung entsprechend dem Faktor 5 (also 7 dB) gegenüber einem uncodierten System, jedoch gehen etwa 3 dB dadurch verloren, daß eine Konstellation mit 128 Punkten anstatt mit 64 Punkten verwendet wird, so daß die re­ sultierende Codierverstärkung etwa gleich 4 dB ist.An exemplary embodiment of the present invention relies on an eight-state, two-dimensional trellis code, similar to the Ungerboeck code described in the work cited above. The code discussed here uses a two-dimensional constellation with 128 points to send 6 bits per (two-dimensional) signal. (This is also similar to the code that is to be used in CCITT recommendation V.33 for a data modem with 14.4 kbit / s.) FIG. 2 shows the encoder 20 for this code. For each 6-bit symbol 21 that is supplied from a data source 23 , two of the six input bits of the encoder 20 enter a convolutional encoder 22 , which operates at the rate 2/3 and thus has eight states. The three output bits of this encoder are used in a subset selector 22 to select one of eight subsets of a 128 point signal constellation shown in Figure 3; each subset therefore has 16 points (points in the eight subsets are each labeled with one of the eight letters A to H ). The remaining four "uncoded bits" 26 ( Fig. 2) are used in a signal point selector 28 to select the (two-dimensional) signal point to be sent from the selected subset. The code provides a gain corresponding to a factor of 5 ( i.e. 7 dB) compared to an uncoded system in d 2 min , but about 3 dB is lost by using a constellation with 128 points instead of 64 points, so that the resulting coding gain is approximately equal to 4 dB.

Eindimensionale Form des zweidimensionalen Ungerboeck-CodesOne-dimensional form of the two-dimensional Ungerboeck code

Die Folge der über den Kanal gesendeten Symbole x k ist ein­ dimensional in einem Basisbandsystem mit (1-D)-Partialcharakteristik. Es ist daher hilfreich (wenn auch nicht erforderlich), bekannte Trellis-Codes in eindimensionale Form zu transformieren. Diese Transformation hat zwei Aspekte: erstens Charakterisierung der zweidimensionalen Untermengen als Zusammensetzungen aus eindimensionalen Bestandteils- Untermengen und zweitens Charakterisierung der endlichen zweidimensionalen Konstellation als eine Zusammensetzung eindimensionaler Bestandteils-Konstellationen. Es soll nun gezeigt werden, wie diese Zerlegung für das Beispiel des zweidimensionalen Ungerboeck-Codes geschieht, und dann sei gezeigt, wie dies im allgemeinen Fall eines N-dimensionalen Trellis-Codes erfolgen kann.The sequence of the symbols x k sent over the channel is one-dimensional in a baseband system with (1- D) partial characteristics. It is therefore helpful (although not necessary) to transform known trellis codes into one-dimensional form. This transformation has two aspects: first characterization of the two-dimensional subsets as compositions of one-dimensional constituent subsets and secondly characterization of the finite two-dimensional constellation as a composition of one-dimensional constituent constellations. It is now to be shown how this decomposition takes place for the example of the two-dimensional Ungerboeck code, and then it is shown how this can be done in the general case of an N -dimensional trellis code.

Der erste Schritt ist die Feststellung, daß jede der acht zweidimensionalen Untermengen A, B, . . . als die Vereinigung zweier kleinerer zweidimensionaler Untermengen angesehen werden kann, nämlich A₀ und A₁, B₀ und B₁, usw., wobei jede der 16 kleineren Untermengen wie folgt charakterisiert werden kann: Die möglichen Werte einer jeden Koordinate eines Signalpunktes seien in vier Klassen a, b, c, d eingeteilt; jede der kleineren zweidimensionalen Untermengen besteht dann aus Punkten, deren beide Koordinaten in einem jeweils vorgeschriebenen Paar von Klassen sind. Einen bequemen mathematischen Ausdruck für diese Zerlegung erhält man, wenn man die Fig. 3 so einteilt, daß Signalpunkte um eine Einheit in jeder Dimension beabstandet sind (und die Koordinaten eines jeden Punktes halbe ganze Zahlen sind); dann sind die Klassen a, b, c, d Äquivalenzklassen (modulo 4), und jede der 16 Mengen A₀, A₁, B₀, . . . sind die Punkte, deren beide Koordinaten kongruent mit einem gegebenen Paar (x, y) modulo 4 sind, wobei x und y jeweils einen der vier Werte {a, b, c, d } annehmen können, z. B. {±1/2, ±3/2}. Diese vier Werte werden als (eindimensionale) "Nebengruppen-Darsteller" bezeichnet. Die Punkte der Konstellation nach Fig. 3 sind zusätzlich mit Indexziffern 0 und 1 bezeichnet, um eine mögliche Anordnung der 16 Untermengen zu zeigen. So hat z. B. der G₀-Punkt 29 Koordinaten x=5/2, y=9/2, und seine Nebengruppen-Darsteller sind (5/2, 9/2) modulo 4 oder (-3/2, 1/2).The first step is to determine that each of the eight two-dimensional subsets A, B ,. . . can be regarded as the union of two smaller two-dimensional subsets, namely A ₀ and A ₁, B ₀ and B ₁, etc., each of the 16 smaller subsets can be characterized as follows: The possible values of each coordinate of a signal point are in four Classes a, b, c, d divided; each of the smaller two-dimensional subsets then consists of points, the two coordinates of which are in a prescribed pair of classes. A convenient mathematical expression for this decomposition can be obtained by dividing Figure 3 so that signal points are spaced one unit in each dimension (and the coordinates of each point are half integers); then the classes a, b, c, d are equivalence classes (modulo 4), and each of the 16 sets A ₀, A ₁, B ₀,. . . are the points whose two coordinates are congruent with a given pair (x, y) modulo 4, where x and y can each take one of the four values { a, b, c, d }, e.g. B. {± 1/2, ± 3/2}. These four values are called (one-dimensional) "sub-group actors". The points of the constellation according to FIG. 3 are additionally designated with index numbers 0 and 1 in order to show a possible arrangement of the 16 subsets. So z. B. the G ₀ point 29 coordinates x = 5/2, y = 9/2, and its subgroup actors are (5/2, 9/2) modulo 4 or (-3/2, 1/2).

Die Fig. 2 kann nun in folgender Weise modifiziert werden. Gemäß der Fig. 4 werden die drei Ausgangsbits des Codierers 22 plus eines der uncodierten Bits 30 als Eingangsgrößen für den Untermengen-Wähler 32 verwendet, der eine der 16 Untermengen aufgrund der vier Eingangsbits auswählt, wobei das uncodierte Bit 30 die Auswahl zwischen A₀ und A₁ oder B₀ und B₁, usw. trifft, je nachdem, welche der ursprünglichen acht Untermengen durch die drei konvolutionell codierten Ausgangsbits des Codierers 22 ausgewählt werden. Im Effekt stellen der Codierer 22 und das Bit 30 einen Acht- Zustands-Codierer mit der Rate 3/4 dar, wobei der Ausgang eine der 16 Untermengen auswählt, obwohl sich die Menge der möglichen Signalpunktfolgen nicht geändert hat. Als nächstes wird jede der 16 kleineren Untermengen durch ein Paar eindimensionaler Nebengruppen-Darsteller 34 bestimmt, einer für jede Koordinate, wobei jeder Neben­ gruppen-Darsteller c k einen von vier Werten annehmen kann. Das Paar der Nebengruppen-Darsteller sei mit (c 1k , c 2k ) bezeichnet.The Fig. 2 can now be modified in the following manner. According to FIG. 4, the three output bits of the encoder 22 plus one of the uncoded bits 30 are used as input variables for the sub-set selector 32 which selects one of the 16 subsets due to the four input bits, wherein the uncoded bit 30, the selection between A ₀ and A ₁ or B ₀ and B ₁, etc., depending on which of the original eight subsets are selected by the three convolutionally coded output bits of the encoder 22 . Effectively, encoder 22 and bit 30 represent a rate 3/4 eight-state encoder, with the output selecting one of the 16 subsets, although the amount of possible signal point sequences has not changed. Next, each of the 16 smaller subsets is determined by a pair of one-dimensional subgroup cast members 34 , one for each coordinate, where each subgroup cast member c k can take one of four values. The pair of subgroup actors is denoted by (c 1 k , c 2 k ).

Es ist ein Aspekt der vorliegenden Erfindung, daß alle die weiter oben genannten guten Codes, d. h. die Codes von Ungerboeck, Gallager, Wei und Calderbank und Sloane, in derselben Weise transformiert werden können. Das heißt, jeder dieser N-dimensionalen Trellis-Codes kann durch einen Codierer erzeugt werden, der eine von 4 N Untermengen auswählt, wobei die Untermengen durch N vierwertige eindimensionale Nebengruppen-Darsteller bestimmt werden, entsprechend Kongruenzklassen jeder Koordinate (modulo 4). In manchen Fällen ist es lediglich notwendig, 2 N Untermengen zu verwenden, die durch N zweiwertige eindimensionale Nebengruppen-Darsteller (z. B. {±1/2}) bestimmt werden, entsprechend Kongruenzklassen jeder Koordinate (modulo 2); dies gilt z. B. für den Vier-Zustands-2D-Code nach Ungerboeck, den 8-Zustands-4D-Code nach Gallager (und den ähnlichen Code nach Calderbank und Sloane), ferner den 16- Zustands-4D-Code und den 64-Zustands-8D-Code nach Wei usw. Außerdem wurde gefunden, daß auch viele gute Lattice-Codes in der beschriebenen Weise transformiert werden können; so lassen sich z. B. der Lattice-D 4-Code nach Schäfli und der Lattice-E₈-Code nach Gosset darstellen durch Folgen von vier oder acht zweiwertigen eindimensionalen Nebengruppen- Darstellern (modulo 2), und die Lattice-Codes Λ₁₆ und Λ₃₂ nach Barnes-Wall, sowie der Lattice-Code Λ₂₄ nach Leech können durch vierwertige eindimensionale Neben­ gruppen-Darsteller (modulo 4) dargestellt werden.It is an aspect of the present invention that all of the good codes mentioned above, ie the codes of Ungerboeck, Gallager, Wei and Calderbank and Sloane, can be transformed in the same way. That is, each of these N -dimensional trellis codes can be generated by an encoder that selects one of 4 N subsets, the subsets being determined by N four-valued one-dimensional subgroup members, corresponding to congruence classes of each coordinate (modulo 4). In some cases, it is only necessary to use 2 N subsets, which are determined by N two-valued one-dimensional subgroup members (e.g. {± 1/2}), corresponding to congruence classes of each coordinate (modulo 2); this applies e.g. For example, for the four-state 2 D code by Ungerboeck, the 8-state 4D code by Gallager (and similar code to Calderbank and Sloane), further the 16-state code, and the 64 D 4 -Status-8 D code according to Wei etc. In addition, it was found that many good lattice codes can be transformed in the manner described; so z. B. the Lattice D 4 code according to Schäfli and the Lattice E ₈ code according to Gosset represent by following four or eight two-valued one-dimensional subgroup actors (modulo 2), and the Lattice codes Λ ₁₆ and Λ ₃₂ according to Barnes -Wall, as well as the Lattice code Λ ₂₄ according to Leech can be represented by four-valued one-dimensional subgroup actors (modulo 4).

Eine allgemeine Form eines Codierers für alle diese Codes ist in Fig. 5 gezeigt. Der Codierer ist N-dimensional und bearbeitet jeweils N Signale, die über den Kanal zu senden sind, auf einmal. Bei jeder Operation gelangen p Bits in einen Binärcodierer C 33 und werden in p + r codierte Bits verschlüsselt. Diese codierten Bits wählen (im Wähler 35) eine von 2 p+r Untermengen einer N-dimensionalen Signal­ konstellation aus (die Untermengen entsprechen den 2 p+r Nebengruppen eines Untergitters Λ′ und eines N-dimensionalen Gitters Λ, wobei die Konstellation eine endliche Menge von 2 n+r Punkten einer Parallelverschiebung des Gitters Λ ist, so daß jede Untermenge 2 n-p Punkte enthält). Weitere n-p uncodierte Bits wählen (im Wähler 37) einen Signalpunkt aus der gewählten Untermenge. Somit sendet der Code n Bits für jedes N-dimensionale Symbol, unter Verwendung einer Konstellation von 2 n+r N-dimensionalen Signalpunkten. Der Codierer C und die Lattice-Unterteilung (Gitterunterteilung) Λ/Λ′ gewährleisten einen bestimmten Wert für das Quadrat der Mindestdistanz d ² min zwischen zwei beliebigen Signalpunktfolgen, die zu einer Untermenge möglicher Folgen gehören.A general form of an encoder for all of these codes is shown in FIG . The encoder is N- dimensional and processes N signals to be sent over the channel at a time. With each operation, p bits enter a binary encoder C 33 and are encoded into p + r coded bits. These coded bits select (in selector 35 ) one of 2 p + r subsets of an N -dimensional signal constellation (the subsets correspond to the 2 p + r subgroups of a subgrid Λ ′ and an N -dimensional grid Λ , the constellation being a finite one Set of 2 n + r points of a parallel shift of the grid Λ , so that each subset contains 2 np points). Further np uncoded bits (in selector 37 ) select a signal point from the selected subset. Thus, the code sends n bits for each N -dimensional symbol using a constellation of 2 n + r N -dimensional signal points. The encoder C and the lattice subdivision (grating subdivision) Λ / Λ ′ ensure a specific value for the square of the minimum distance d ² min between any two signal point sequences which belong to a subset of possible sequences.

Die oben erwähnte Erkenntnis (über die Transformierbarkeit aller guten Codes) ist das Resultat der mathematischen Erkenntnis, daß für alle genannten guten Trellis- und Lattice-Codes das Gitter (Lattice) 4Z N von N-tupeln ganzzahliger Vielfacher von 4 ein Untergitter des Gitters Λ′ ist (und in manchen Fällen ist es 2Z N ). Dann ist für irgendeine ganze Zahl q das Gitter Λ′ die Vereinigung von 2 q Nebengruppen von 4Z N in Λ′. Der praktische Effekt dieser Erkenntnis besteht darin, daß man unter der Voraussetzung n q+p die p+r codierten Bits plus q uncodierte Bits in einen Untermengen-Wähler nehmen kann, der eine von 2 q+p+r Nebengruppen von 4Z N in Λ auswählt, und daß ferner diese Nebengruppen durch eine Folge von N vierwertigen eindimensionalen Nebengruppen-Darstellern (c 1k , c 2k , . . ., c Nk ) identifiziert werden können, wobei c jk ganzzahlig beabstandete Äquivalenzklassen (modulo 4) repräsentieren. So kann bereits die Fig. 5 modifiziert werden, wie es die Fig. 6 zeigt. Bei dieser Modifikation sei angenommen, daß die aus 2 n+r Punkten bestehende Signalkonstellation gleichmäßig in 2 q+p+r Untermengen geteilt werden kann, deren jede die gleiche Anzahl von Signalpunkten enthält (2 n-q-p ).The above-mentioned finding (about the transformability of all good codes) is the result of the mathematical finding that for all the good trellis and lattice codes mentioned, the lattice 4 Z N of N tuples, integer multiples of 4, is a sublattice of the lattice Λ ′ is (and in some cases it is 2 Z N ). Then for any integer q the grid Λ ′ is the union of 2 q subgroups of 4 Z N in Λ ′. The practical effect of this finding is that, provided that n q + p, the p + r coded bits plus q uncoded bits can be taken into a subset selector that is one of 2 q + p + r subgroups of 4 Z N in Λ selects, and that these subgroups can also be identified by a sequence of N four-valued one-dimensional subgroup members (c 1 k , c 2 k , ... , C Nk ), where c jk represent integer-spaced equivalence classes (modulo 4). Thus, already the Fig. 5 can be modified, as shown in FIG. 6. With this modification it is assumed that the signal constellation consisting of 2 n + r points can be divided equally into 2 q + p + r subsets, each of which contains the same number of signal points (2 nqp ).

Die als Beispiel genommene Ausführungsform des Ungerboeck-Codes ist ein Code, bei welchem N=2, Λ=Z ², Λ′=2RZ ², p=2, p+r=3, q=1 und n=6 ist.The exemplary embodiment of the Ungerboeck code is a code in which N = 2, Λ = Z ², Λ ′ = 2 RZ ², p = 2, p + r = 3, q = 1 and n = 6.

Der zweite Schritt besteht darin, die Konstellation in vier eindimensionale Bestandteils-Konstellationen aufzuspalten. Für die Konstellation nach Fig. 3 kann jede Koordinate einen von 12 Werten annehmen, die sich in acht "innere Punkte" (z. B. {±1/2, ±3/2, ±5/2, ±7/2}) und vier "äußere Punkte" (z. B. {±9/2, ±11/2}) gruppieren lassen, wie mit der Umgrenzungslinie 31 in Fig. 3 angedeutet. Es gibt jeweils zwei innere Punkte und einen äußeren Punkt in jeder der vier eindimensionalen Äquivalenzklassen (z. B. enthält die Klasse, deren Nebengruppen-Darsteller +1/2 ist, die beiden inneren Punkte +1/2 und -7/2 und den äußeren Punkt 9/2, weil diese drei Punkte kongruent mit +1/2 (modulo 4) sind). Bei gegebenem Nebengruppen-Darsteller ist es daher nur notwendig, anzugeben, ob ein Punkt ein innerer oder ein äußerer Punkt ist und, falls es ein innerer Punkt ist, um welchen der beiden inneren Punkte es sich handelt. Dies kann mit zwei Bits geschehen, nämlich einem Bit b 1k für die Angabe, ob innerer oder äußerer Punkt, und ein Bit b 2k für die Angabe, welcher innere Punkt (eine andere Möglichkeit ist die Verwendung eines dreiwertigen Parameters a k ). The second step is to split the constellation into four one-dimensional constituent constellations. For the constellation according to FIG. 3, each coordinate can assume one of 12 values which are divided into eight "inner points" (e.g. {± 1/2, ± 3/2, ± 5/2, ± 7/2} ) and four "outer points" (e.g. {± 9/2, ± 11/2}) grouped, as indicated by the boundary line 31 in FIG. 3. There are two inner points and one outer point in each of the four one-dimensional equivalence classes (e.g. the class whose subgroup cast member is +1/2 contains the two inner points +1/2 and -7/2 and the outer point 9/2 because these three points are congruent with +1/2 (modulo 4). Given a subgroup actor, it is therefore only necessary to state whether a point is an inner or an outer point and, if it is an inner point, which of the two inner points it is. This can be done with two bits, namely a bit b 1 k for indicating whether the inner or outer point, and a bit b 2 k for indicating which inner point (another possibility is the use of a trivalent parameter a k ).

Man kann sagen, daß das Paar (b 1k , b 2k ) ein bereichsiden­ tifizierender Parameter a k ist, der einen von drei Werten annehmen kann, um die folgenden drei Bereiche anzuzeigen:It can be said that the pair (b 1 k , b 2 k ) is an area-identifying parameter a k that can take one of three values to indicate the following three areas:

  • a) von 0 bis 4 (innerer Punkt, positiv);a) from 0 to 4 (inner point, positive);
  • b) von -4 bis 0 (innerer Punkt, negativ);b) from -4 to 0 (inner point, negative);
  • c) von -6 bis -4 und von 4 bis 6 (äußerer Punkt).c) from -6 to -4 and from 4 to 6 (outer point).

Die Tatsache, daß jeder Bereich einen Teil der reellen Linie mit der Gesamtbreite 4 umfaßt, welcher exakt einen Punkt enthält, der mit irgendeiner reellen Zahl (modulo 4) kongruent ist, bedeutet, daß der bereichsidentifizierende Parameter a k plus dem Nebengruppen-Darsteller c k einen eindeutigen Signalpunkt für jeden beliebigen Wert von c k eindeutig bestimmt.The fact that each area comprises a part of the real line with the total width 4 , which contains exactly one point which is congruent with any real number (modulo 4), means that the area-identifying parameter a k plus the subgroup actor c k uniquely determines a unique signal point for any value of c k .

Der Signalpunkt-Wähler 36 nach Fig. 4 kann dann auf folgende Weise zerlegt werden. Gemäß der Fig. 7 gelangen drei uncodierte Bits 40 in ein Element 42 zur Wahl des bereichs­ identifizierenden Parameters für jedes Paar von Koordinaten. Ein uncodiertes Bit bestimmt, ob irgendein äußerer Punkt gesendet wird. Falls ja, bestimmt ein zweites Bit, welche Koordinate den äußeren Punkt enthält, und das dritte Bit wählt aus, welcher innere Punkt die andere Koordinate hat. Falls kein äußerer Punkt gesendet wird, sind beide Koordinaten innere Punkte, und das zweite und das dritte Bit wählen aus, welcher innere Punkt in jeder Koordinate ist. Das Element 42 bildet also die drei uncodierten Eingangsbits 40 in zwei Paare von Ausgangsbits 44 ab, nämlich a₁= (b₁₁, b₁₂) und a₂=(b₂₁, b₂₂), wobei jedes Bitpaar dazu verwendet wird, eine Koordinate in Verbindung mit dem entsprechenden Nebengruppen-Darsteller c₁ oder c₂ zu bestimmen, wobei diese Darsteller vom Wähler 46 erzeugt werden. Somit ist der ganze Codierer auf eine Form reduziert, in welcher jede Koordinate x k (48) durch 4 Bits ausgewählt wird (in einem Koordinatenwähler 50), wobei 2 Bits den Darsteller c k und 2 Bits den Parameter a k =(b 1k , b 2k ) darstellen. The signal point selector 36 according to FIG. 4 can then be dismantled in the following way. According to FIG. 7, three uncoded bits 40 enter an element 42 for selecting the area-identifying parameter for each pair of coordinates. An uncoded bit determines whether any outside point is sent. If so, a second bit determines which coordinate contains the outer point and the third bit selects which inner point has the other point. If no outer point is sent, both coordinates are inner points, and the second and third bits select which inner point is in each coordinate. The element 42 thus maps the three uncoded input bits 40 into two pairs of output bits 44 , namely a ₁ = (b ₁₁, b ₁₂) and a ₂ = (b₂₁, b ₂₂), each pair of bits being used to have a coordinate in To determine connection with the corresponding sub-group actor c ₁ or c ₂, which actors are generated by the voter 46 . The entire encoder is thus reduced to a form in which each coordinate x k ( 48 ) is selected by 4 bits (in a coordinate selector 50 ), 2 bits representing the actor c k and 2 bits the parameter a k = (b 1 k , b 2 k ).

Alle Konstellationen, die üblicherweise mit den weiter oben genannten Codes verwendet werden, lassen sich auf diese Weise zerlegen. Die Prinzipien sind ähnlich, wie sie in der US-Patentschrift 45 97 090 und in der oben genannten Arbeit von Forney u. a. "Efficient Modulation . . ." beschrieben sind und gemäß denen N-dimensionale Konstellationen aus zweidimensionalen Bestandteils-Konstellationen aufgebaut werden. Ein ähnlicher Aufbau aus zweidimensionalen Bestandteils-Konstellationen wurde von Wei in Verbindung mit Trellis-Codes benutzt (vgl. die weiter oben genannte US-Patentanmeldung von Wei).All constellations that are usually used with the codes mentioned above can be broken down in this way. The principles are similar to those described in US Pat. No. 4,597,090 and in Forney's aforementioned work, inter alia, "Efficient Modulation..." are described and according to which N -dimensional constellations are constructed from two-dimensional constituent constellations. A similar set-up of two-dimensional constituent constellations has been used by Wei in connection with trellis codes (cf. Wei US patent application mentioned above).

Die allgemeine Form eines Codierers für N-dimensionale Codes ist in der Fig. 8 gezeigt. Für jeweils alle N Koordinaten treten p Bits 51 in einen Codierer 52, und p+r codierte Bits 54 werden erzeugt; diese Bits plus q uncodierte Bits 56 gelangen zu einem Wähler 58, der eine Folge von N Nebengruppen-Darstellern c k (60) auswählt; die übrigen n-p-q uncodierten Bits 62 werden (in einem Wähler 64) in eine Folge bereichsidentifizierender Parameter a k (66) transformiert, die gemeinsam mit c k (in einem Signalpunkt-Wähler 68) eine Folge von N Signalpunktwerten x k (70) bestimmen, und zwar mit Hilfe einer Signalpunkt- Wählfunktion f (c k , a k ), die auf einer eindimensionalen Basis arbeitet. Im allgemeinen bestimmt der bereichsiden­ tifizierende Parameter a k eine Untermenge der reellen Linie (eindimensionale Konstellation) mit der Breite (Maß) 4, die exakt ein Element enthält, das kongruent mit irgendeinem möglichen c k -Wert (modulo 4) ist, und die Funktion f (c k , a k ) wählt dieses Element aus. Für alle genannten Codes kann das Alphabet der Nebengruppen-Darsteller als vier ganzzahlig beabstandete Werte (modulo 4) genommen werden; für manche Codes kann das Alphabet der Nebengruppen-Darsteller als zwei ganzzahlig beabstandete Werte (modulo 2) genommen werden (im letztgenannten Fall haben die Bereiche die Breite 2). Das a k -Alphabet ist so groß wie notwendig, um n Bits für jeweils N Koordinaten zu senden. Die von dieser Art Codierer gesendeten Signalpunktfolgen sind im allgemeinen die gleichen wie die Folgen im ursprünglichen Code, insbesondere ist bei ihnen das Quadrat der Hammingdistanz d 2 min das gleiche wie beim ur­ sprünglichen Code.The general form of an encoder for N -dimensional codes is shown in FIG. 8. For every N coordinates p bits 51 enter an encoder 52 and p + r coded bits 54 are generated; these bits plus q uncoded bits 56 arrive at a selector 58 which selects a sequence of N subgroup actors c k ( 60 ); the remaining npq uncoded bits 62 are transformed (in a selector 64 ) into a sequence of area-identifying parameters a k ( 66 ) which, together with c k (in a signal point selector 68 ), determine a sequence of N signal point values x k ( 70 ), with the help of a signal point selection function f (c k , a k ) that works on a one-dimensional basis. In general, the area-identifying parameter a k determines a subset of the real line (one-dimensional constellation) with the width (dimension) 4, which contains exactly one element that is congruent with any possible c k value (modulo 4), and the function f (c k , a k ) selects this element. For all the codes mentioned, the alphabet of the subgroup actors can be taken as four integer-spaced values (modulo 4); for some codes, the alphabet of the subgroup actors can be taken as two integer-spaced values (modulo 2) (in the latter case, the areas have a width of 2). The a k alphabet is as large as necessary to send n bits for every N coordinates. The signal point sequences sent by this type of encoder are generally the same as the sequences in the original code, in particular the square of the Hamming distance d 2 min is the same as in the original code.

Nebengruppen-VorcodierungSubgroup precoding

Die von bekannten guten Trellis-Codes erzeugten Folgen N- dimensionaler Signalpunkte können, wenn sie in die Form einer Serie eindimensionaler Signalpunkte gebracht sind, im allgemeinen nicht als Eingänge für den eine Partial­ charakteristik aufweisenden Kanal nach Fig. 1 verwendet werden, ohne den d 2 min -Wert zu verschlechtern (wegen In­ tersymbolstörung). Jedoch erlaubt es eine Technik, die hier als "Nebengruppen-Vorcodierung" bezeichnet wird, diese bekannten Codes für Systeme mit Partialcharakteristik herzurichten, ohne daß S x vergrößert oder d 2 min verschlechtert wird. Diese Technik ist allgemein in der Fig. 9 ver­ anschaulicht.The sequences of N -dimensional signal points produced by known good trellis codes, if they are brought into the form of a series of one-dimensional signal points, cannot generally be used as inputs for the channel having a partial characteristic according to FIG. 1 without the d 2 min value to deteriorate (due to inter-symbol disturbance). However, a technique referred to herein as "subgroup precoding" allows these known codes to be prepared for systems with partial characteristics without increasing S x or worsening d 2 min . This technique is generally illustrated in FIG. 9.

Es kann der gleiche konvolutionelle Codierer (Faltungscodierer) 52 benutzt werden, wie er beim bekannten Trellis-Code verwendet wird, vorzugsweise in der Form nach Fig. 8. Die p+r codierten Ausgangsbits 54 wählen jedoch eine Untermenge nicht direkt, sondern werden (wie im Falle der Fig. 8) in einem Untermengen-Wähler/Serienbildner 70 in eine Folge c k aus N eindimensionalen Nebengruppen-Darstellern c₁, . . ., c N umgewandelt, entsprechend der Unter­ menge, die in einem System ohne Partialcharakteristik gewählt würde. Diese Nebengruppen-Darsteller werden dann "vorcodiert" (in einem Vorcodierer 72), um eine alternative (oder "vorcodierte") Folge c k ′ von Nebengruppen-Darstellern (74) zu erhalten, wobeiThe same convolutional encoder (convolutional encoder) 52 as used in the known trellis code can be used, preferably in the form shown in FIG. 8. However, the p + r coded output bits 54 do not select a subset directly, but rather become (as in the case of Fig. 8) in a subset selector / serializer 70 in a sequence c k from N one-dimensional subgroup actors c ₁,. . ., c N converted, according to the subset that would be selected in a system without partial characteristics. These subgroup performers are then "precoded" (in a precoder 72 ) to obtain an alternative (or "precoded") sequence c k 'of subgroup performers ( 74 ), where

c k ′ = c k-1′ + c k (modulo 4) c k ′ = c k -1 ′ + c k (modulo 4)

(in Fällen, wo es möglich ist, modulo-2-Nebengruppendarsteller zu verwenden, kann diese Vorcodierung mit modulo 2 geschehen). Somit ist die vorcodierte Folge 74 von Neben­ gruppen-Darstellern eine laufende digitale Summe modulo 4 (oder 2) der gewöhnlichen Folge von Nebengruppen-Darstellern. Die vorcodierten Nebengruppen-Darsteller c k ′ können dann in einem Gruppierer 75 zu Gruppen von jeweils N Exemplaren zusammengefaßt werden, um eine N-dimensionale Untermenge festzulegen (in einem Signalpunkt-Wähler/Serienbildner 76); dann kann ein Signalpunkt in der üblichen Weise ausgewählt werden (auf der Grundlage der uncodierten Bits 78), und der resultierende Signalpunkt kann als Folge x(D) von N eindimensionalen Signalen x k über den die Partialcharakteristik aufweisenden Kanal gesendet werden (in der gleichen Reihenfolge, wie sie vorcodiert wurden).(In cases where it is possible to use modulo 2 subgroup actors, this precoding can be done with modulo 2). Thus, the precoded sequence 74 of subgroup performers is a running digital sum modulo 4 (or 2) of the usual sequence of subgroup performers. The precoded subgroup actors c k 'can then be combined in a grouper 75 into groups of N copies in each case in order to define an N -dimensional subset (in a signal point selector / serial generator 76 ); then a signal point can be selected in the usual way (based on the uncoded bits 78 ) and the resulting signal point can be transmitted as a sequence x (D) of N one-dimensional signals x k over the channel having the partial characteristic (in the same order as precoded).

Wenn die Darsteller c k halbe ganze Zahlen sind, dann wechseln die Darsteller c k ′ zwischen zwei Mengen von vier Werten, wobei die eine Menge gegenüber der anderen Menge um 1/2 versetzt ist. Dies hat nur eine unbedeutende Wirkung; man kann z. B. abwechselnde Koordination x k um die Weite +1/4 und -1/4 hin und her "zittern" lassen, um dieser Periodizität Rechnung zu tragen. Alternativ kann man auch das c k -Alphabet bei ganzzahligen Werten lassen, z. B. {0, 1, 2, 3}, dann sind die Darsteller c k ′ immer aus demselben Alphabet, z. B. {±1/2, ±3/2}. Diese Versetzungen von c k ′ oder c k beeinträchtigen den d 2 min -Wert des Codes nicht.If the actors c k are half integers, then the actors c k ′ alternate between two sets of four values, one set being offset by 1/2 from the other set. This has only an insignificant effect; you can e.g. B. alternating coordination x k by the width +1/4 and -1/4 back and forth "tremble" to take this periodicity into account. Alternatively, the c k alphabet can be left with integer values, e.g. B. {0, 1, 2, 3}, then the actors c k 'are always from the same alphabet, z. B. {± 1/2, ± 3/2}. These offsets of c k ′ or c k do not affect the d 2 min value of the code.

Falls der Codierer die Form nach Fig. 8 hat, kann die Fig. 9 in die Form der Fig. 10 gebracht werden, wo die gleichen Blöcke jeweils gleiche Dinge tun. Da f (c k , a k) als eine Funktion charakterisiert worden ist, die das einzige mit c k kongruente Element in einem durch a k identifizierten Bereich auswählt, macht es nichts, wenn die Vorcodierung das c k ′-Alphabet aus dem c k -Alphabet ändert; im Prinzip ist die modulo-4-Operation im Vorcodierer eigentlich un­ nötig, wenn sie auch in der Praxis möglicherweise Nutzen bringt.If the encoder is in the form of FIG. 8, FIG. 9 can be brought into the form of FIG. 10, where the same blocks do the same thing. Since f (c k , a k) has been characterized as a function that selects the only element congruent with c k in a range identified by a k , it does not matter if the precoding encodes the c k ′ alphabet from the c k -Alphabet changes; in principle, the modulo-4 operation in the precoder is actually unnecessary, although it may also be useful in practice.

Anhand der Fig. 9 oder der Fig. 10 kann gezeigt werden, daß die PRC-Folge y k =x k -x k-1 Elemente hat, die kon­ gruent mit c k (modulo 4) sind, so daß sie in die Untermengen des ursprünglichen Trellis-Codes fallen und daher mindestens den gleichen d 2 min -Wert haben. Die RDS-Folge x k hat die gleiche mittlere Energie S x wie im ursprünglichen Trellis-Code, falls das c k ′-Alphabet das gleiche wie das c k -Alphabet ist; selbst ohne diese Voraussetzung besteht immer noch annähernde Gleichheit. (Beim Ausführungs­ beispiel ist die mittlere Energie pro Koordinate gleich 10,25, bei ganzzahlig beabstandeten Signalen.) Wenn c k ganze Zahlen sind, dann sind die Teile x k unabhängige, identisch verteilte Zufallsvariable, so daßWith reference to FIG. 9 or FIG. 10 it can be shown that the PRC sequence y k = x k - x k -1 has elements that are congruent with c k (modulo 4), so that they are in the subsets of the original trellis code and therefore have at least the same d 2 min value. The RDS sequence x k has the same mean energy S x as in the original trellis code if the c k ′ alphabet is the same as the c k alphabet; even without this requirement there is still approximate equality. (In the exemplary embodiment, the mean energy per coordinate is 10.25, for signals which are spaced by an integer.) If c k are integers, then the parts x k are independent, identically distributed random variables, so that

  • a) S y =2S x ;a) S y = 2 S x ;
  • b) das Spektrum der RDS-Folge {x k } innerhalb des Nyquist-Bandes eben oder flache ist ("weißes" Spektrum);b) the spectrum of the RDS sequence { x k } within the Nyquist band is flat or flat ("white"spectrum);
  • c) das Spektrum der PRC-Folge {y k } dasselbe ist wie das Spektrum des Kanals mit Partialcharak­ teristik.c) the spectrum of the PRC sequence { y k } is the same as the spectrum of the channel with partial characteristics.

Selbst wenn c k nicht ganze Zahlen sind, gelten die vorstehenden Feststellungen immer noch annähernd.Even if c k are not integers, the above statements are still approximate.

Die Nebengruppen-Vorcodierung kann für andere Arten von Systemen mit Partialcharakteristik in der folgenden Weise modifiziert werden. Für ein System mit einer (1+D)-Par­ tialcharakteristik (eindimensionale Partialcharakteristik) werde das gleiche System verwendet, nur daß c k-1′ im Vor­ codierer 72 subtrahiert anstatt addiert wird, so daß c k ′=c k -c k-1′ (modulo 4) ist. Für ein (1-D L )-System werde das Verzögerungselement D durch ein Verzögerungselement D L ersetzt, so daß c k ′=c k-L ′+c k . Für ein zweidimensionales (1+D)-System werden zwei (1+D)-Vorcodierer in Parallelschaltung verwendet, deren Eingänge von zwei Ausgängen des Untermengen-Wählers/Serienbildners beauf­ schlagt werden und deren zwei Ausgänge den Realteil und den Imaginärteil (In-Phase-Komponente und Quadraturkom­ ponente) des zu sendenden zweidimensionalen Signalpunktes bestimmen.The subgroup precoding can be modified for other types of systems with partial characteristics in the following way. The same system is used for a system with a (1+ D) partial characteristic (one-dimensional partial characteristic), except that c k -1 'is subtracted instead of added in the pre-encoder 72 , so that c k ' = c k - c k -1 '(modulo 4). For a (1- D L ) system, the delay element D is replaced by a delay element D L , so that c k ′ = c kL ′ + c k . For a two-dimensional (1+ D) system, two (1+ D) precoders are used in parallel, the inputs of which are acted upon by two outputs of the subset selector / series generator and the two outputs of which are the real part and the imaginary part (in-phase -Component and Quadraturkom component) of the two-dimensional signal point to be determined.

Rückkopplung der laufenden digitalen Summe (RDS-Rückkopplung)Feedback of the current digital sum (RDS feedback)

Je nach Anwendung kann es zweckmäßig sein, die mittlere Energie S y der PRC-Folge zu vermindern und dafür eine Erhöhung der mittleren Energie S x der RDS-Folge in Kauf zu nehmen. Dies tendiert ebenfalls dahin, das PRC-Spektrum flacher zu machen, während im RDS-Spektrum der Gehalt niedriger Frequenzen angehoben wird. Justesen hat in seiner Arbeit "Information Rates and Power Spectra of Digital Codes" (IEEE Transactions on Information Theory, Band IT-28, 1982, Seiten 457-472) den Begriff einer "Grenzfrequenz" f₀ eingeführt, unterhalb welcher das PRC-Spektrum klein ist und oberhalb welcher es zu einem flachen Verlauf tendiert, und er hat nachgewiesen, daß f₀ angenähert werden kann durch f₀ ≃ (S y /2S x) f N , wobei f N die Frequenz der Nyquist-Bandenkante ist.Depending on the application, it may be expedient to reduce the average energy S y of the PRC sequence and to accept an increase in the average energy S x of the RDS sequence. This also tends to flatten the PRC spectrum while increasing the low frequency content in the RDS spectrum. Justesen has introduced in his work "Information Council and Power Spectra of digital codes" (IEEE Transactions on Information Theory, Vol IT-28, 1982, pages 457-472) the notion of a "cut-off frequency" f ₀ below which the PRC spectrum is small and above which it tends to be flat, and he has shown that f ₀ can be approximated by fS ( S y / 2 S x) f N , where f N is the frequency of the Nyquist band edge.

Eine allgemeine Methode zur Realisierung einer Kompromißlösung der vorstehenden Art unter Aufrechterhaltung des d 2 min -Wertes des Trellis-Codes in den PRC-Folgen besteht darin, den Codierer nach Fig. 9 oder Fig. 10 in nachstehender Weise zu erweitern.A general method for implementing a compromise of the above type while maintaining the d 2 min -value of the trellis code in the PRC sequences is to expand the encoder of Fig. 9 or Fig. 10 in the following manner.

Die PRC-Folge läßt sich aus der RDS-Folge errechnen; für den (1-D)-Kanal ist jedes PRC-Signal genau y k =x k -x k-1. Gemäß der Fig. 11 kann man den Signalpunkt-Wähler 80 so arbeiten lassen, daß er jedes x k auf x k-1 gründet (durch Rückkopplung von x k über ein Verzögerungselement 82), sowie auf den augenblicklichen vorcodierten Nebengruppen-Darsteller c k ′ und auf den bereichsidentifizierenden Parameter a k , derart, daß große PRC-Werte y k (errechnet in der Summierschaltung 84) vermieden werden. Solange die Signale x k noch als kongruent mit c k ′ (modulo 4) gewählt werden, sind die Signale y k kongruent mit c k (modulo 4), und daher bleibt der d 2 min -Wert des Trellis-Codes gewahrt. (Obwohl der Gedanke darin besteht, den PRC-Wert y k voraus­ zuberechnen, um ihn klein zu halten, ist es der vorherige RDS-Wert x k-1, der in Wirklichkeit rückgekoppelt wird; daher wird dieser Vorgang hier als "RDS-Rückkopplung" be­ zeichnet.)The PRC sequence can be calculated from the RDS sequence; for the (1- D) channel, each PRC signal is exactly y k = x k - x k -1 . According to FIG. 11, the signal point selector 80 can be operated in such a way that it bases every x k on x k -1 (by feeding back x k via a delay element 82 ), as well as on the current precoded subgroup actors c k ' and on the area-identifying parameter a k , such that large PRC values y k (calculated in the summing circuit 84 ) are avoided. As long as the signals x k are still selected as congruent with c k ′ (modulo 4), the signals y k are congruent with c k (modulo 4), and therefore the d 2 min value of the trellis code is preserved. (Although the idea is to precalculate the PRC value y k to keep it small, it is the previous RDS value x k -1 that is actually being fed back, so this process is referred to here as "RDS feedback " designated.)

Für das Ausführungsbeispiel könnte dies in der nachfolgend beschriebenen Weise geschehen. Wie bereits erwähnt, kann die normale Wählfunktion f (c k , a k) des Wählers 80 charakterisiert werden durch die Aussage, daß die acht inneren Punkte die acht halben Werte ganzer Zahlen sind, die im Bereich von -4 bis +4 liegen, während die vier äußeren Punkte die vier halben Werte ganzer Zahlen sind, die im Bereich von -6 bis -4 und von +4 bis +6 liegen. Man kann nun den Bereich der inneren Punkte und den Bereich der äußeren Punkte als Funktion von x k-1 ändern, solange der Bereich der inneren Punkte acht Signalpunkte umfaßt, und zwar zwei aus jeder Äquivalenzklasse, während der Bereich äußerer Punkte vier Signalpunkte umfaßt, jeweils einen aus jeder Äquivalenzklasse.For the exemplary embodiment, this could be done in the manner described below. As previously mentioned, the normal dialing function f (c k , a k) of the selector 80 can be characterized by saying that the eight inner dots are the eight half values of integers ranging from -4 to +4 while the four outer dots are the four half values of integers that range from -6 to -4 and from +4 to +6. One can now change the area of the inner points and the area of the outer points as a function of x k -1 , as long as the area of the inner points comprises eight signal points, two from each equivalence class, while the area of outer points comprises four signal points, respectively one from each equivalence class.

Ein allgemeiner Weg zur Realisierung dieses Gedankens besteht darin, alle Bereiche durch eine Verschiebungsvariable R (x k-1), die eine Funktion von x k-1 ist, zu verschieben. Das heißt, beim hier behandelten Ausführungsbeispiel wird der Bereich der inneren Punkte so modifiziert, daß er sich von -4+R (x k-1) bis 4+R (x k-1) erstreckt, und der Bereich äußerer Punkte wird so modifiziert, daß er sich von -6+R (x k-1) bis -4+R (x k-1) und von 4+R (x k-1) bis 6+R (x k-1) erstreckt.A general way of realizing this idea is to shift all areas by a shift variable R (x k -1 ), which is a function of x k -1 . That is, in the embodiment discussed here, the area of the inner points is modified to extend from -4+ R (x k -1 ) to 4+ R (x k -1 ), and the area of outer points is modified that it ranges from -6+ R (x k -1 ) to -4+ R (x k -1 ) and from 4+ R (x k -1 ) to 6+ R (x k -1 ).

Die Funktion R (x k-1) sollte mit wachsendem x k-1 allgemein ansteigen, um auf diese Weise das y k zu vermindern. Es konnte nachgewiesen werden, daß die optimale Wahl für diese Funktion R (x k-1) = β x k-1 ist, wobei β ein Parameter im Bereich 0β<1 ist. Im Falle β=0 verschwindet die RDS-Rückkopplung über das Element 82, und die Codierung in Fig. 11 reduziert sich auf die Nebengruppen-Vorcodierung, wie sie gemäß Fig. 10 erfolgt. Bezeichnet man mit S₀ den Wert von S x im gewöhnlichen Fall β=0, dann gilt mit der vorstehenden Wahl annähernd folgendes:The function R (x k -1 ) should generally increase with increasing x k -1 in order to reduce the y k in this way. It could be shown that the optimal choice for this function is R (x k -1 ) = β x k -1 , where β is a parameter in the range 0 β <1. In the case of β = 0, the RDS feedback via element 82 disappears, and the coding in FIG. 11 is reduced to the subgroup precoding, as is done according to FIG. 10. If S ₀ denotes the value of S x in the usual case β = 0, then the following applies approximately with the above choice:

  • a) S x = S₀/(1-β 2);a) S x = S ₀ / (1- β 2 );
  • b) S y = 2S₀/(1+β );b) S y = 2 S ₀ / (1+ β );
  • c) das Spektrum S x (f) der RDS-Folge ist proportional zu 1/(1-2 β cos R + β 2), wobei R = π f/f N ;c) the spectrum S x (f) of the RDS sequence is proportional to 1 / (1-2 β cos R + β 2 ), where R = π f / f N ;
  • d) das Spektrum S y (f) der PRC-Folge ist proportional zu 2(1-cos R/1(1-2 β cos R + β 2); die "Grenz­ frequenz" f₀ ist (1-b)f N ;d) the spectrum S y (f) of the PRC sequence is proportional to 2 (1-cos R / 1 (1-2 β cos R + β 2 ); the "cut-off frequency" f ₀ is (1- b ) f N ;
  • e) die Signale x k sind begrenzt auf den Bereich von -M/2(1+β) bis M/2(1-β), und die Signale y k sind begrenzt auf den Bereich von -M bis M, falls sich der Bereich der Koordinaten im Originalcode von -M/2 bis M/2 erstreckt.e) the signals x k are limited to the range from - M / 2 (1+ β ) to M / 2 (1- β ), and the signals y k are limited to the range from - M to M if the Range of coordinates in the original code extends from - M / 2 to M / 2.

Wenn β auf 1 geht, geht S y auf S₀, und S y (f) nimmt die Gestalt eines flachen Spektrums mit einer scharfen Null­ stelle bei Gleichstrom an. Unterdessen wird S x groß, und S x (f) nähert sich einem 1/(1-D)-Spektrum an, nur daß es nahe Gleichstrom endlich bleibt. Es konnte auch nachgewiesen werden, daß dies der bestmögliche Kompromiß zwischen den Größen S x , S y und S₀ ist.When β goes to 1, S y goes to S ₀, and S y (f) takes the form of a flat spectrum with a sharp zero at DC. Meanwhile, S x becomes large, and S x (f) approaches a 1 / (1- D) spectrum, only that it remains finite near DC. It could also be shown that this is the best possible compromise between the quantities S x , S y and S ₀.

Die Fig. 12, 13 und 14 zeigen drei äquivalente Wege zur Erzeugung von x k und/oder y k auf der Grundlage von c k , a k und x k-1. Die Fig. 12 entspricht noch am ehesten der Fig. 11. Figures 12, 13 and 14 show three equivalent ways to generate x k and / or y k based on c k , a k and x k -1 . FIG. 12 most closely corresponds to FIG. 11.

In der Fig. 12 ist die Rückkopplungsvariable c′ k-1 im Nebengruppen-Vorcodierer 72 durch x k-1 ersetzt, weil c′ k-1x k-1 (modulo 4), und nur der Wert von c′ k (modulo 4) wird im Wähler 80 benutzt. R (a k ) bezeichnet den durch a k identifizierten Bereich, und R (x k-1) stellt die be­ reichsverschiebende Variable dar, welche durch die RDS- Rückkopplung eingeführt wird. Da y k =x k -x k-1c′ k -x k-1 (modulo 4) und c k c k +x k-1 (modulo 4), gilt y k c k (modulo 4).In FIG. 12, the feedback variable c 'k -1 replaced coset precoder 72 by k x -1, because c' k -1 x k -1 (modulo 4), and only the value of c 'k ( modulo 4) is used in voter 80 . R (a k ) denotes the range identified by a k , and R (x k -1 ) represents the range shifting variable introduced by the RDS feedback. Since y k = x k - x k -1c ′ k - x k -1 (modulo 4) and c k c k + x k -1 (modulo 4), y k c k (modulo 4 ).

Die Codierer nach den Fig. 13 und 14 sind mathematisch äquivalent mit dem Codierer nach Fig. 12 in dem Sinne, daß sie die gleichen Mengen von Ausgangssignalen (x k , y k ) liefern, wenn sie mit dem gleichen Anfangswert x k-1 beginnen und die gleiche Folge von Eingangssignalen (c k , a k ) empfangen. Im Falle der Fig. 13 wird für y k das einzige Element gewählt, das kongruent mit c k im Bereich R (a k )+R (x k-1 )-x k-1 ist, und x k wird bestimmt aus y k gemäß der Beziehung x k =y k +x k-1, so daß x k c k c k +x k-1 (modulo 4); es ist das einzige Element im Bereich R (a k )+R (x k-1 ), das kongruent mit c k (modulo 4) ist. Im Falle der Fig. 14 wird als eine "Neuerungsvariable" i k das einzige Element gewählt, welches kongruent mit c′′ k c k +x k-1≡-R (x k-1) (modulo 4) im Bereich R (a k ) ist, und x k wird bestimmt aus i k gemäß der Beziehung x k =i k +R (x k-1), so daß x k c′′ k +R (x k-1)≡c k ′ (modulo 4), es ist das einzige Element im Bereich R (a k ) + R (x k-1), das kongruent mit c k (modulo 4) ist. Im Falle der Fig. 12 wird das Verzögerungselement im Vorcodierer mit dem für die RDS-Rückkopplung notwendigen Verzögerungselement kom­ biniert, und es ist sehr zweckmäßig, wenn x k der gewünschte Ausgang ist und die Größen c k immer vom selben Alphabet sind, z. B. {±1/2, ±3/2}. Im Falle der Fig. 13 ist die Vorcodierung ganz weggelassen, und es ist sehr nützlich, wenn y k der gewünschte Ausgang und die Werte c k immer vom selben Alphabet kommen, z. B. {±1/2, ±3/2}. Im Falle der Fig. 14 wird die bereichsverschiebende Variable R (x k-1) außerhalb des Wählers gewonnen, so daß die Werte für i k immer aus demselben Bereich gewählt werden (die Vereinigung aller R (a k )); die Neuerungsfolge i(D) ist angenähert eine Folge von unabhängigen, identisch verteilten Zufallsvariablen i k (wobei die geringen Änderungen ignoriert seien, die durch den Zwang der Kongruenz bei c k eingeführt werden), und diese zusätzliche Hilfsfolge kann nützlich sein, wenn eine "weiße" (ein flaches Spektrum aufweisende) Folge gewünscht ist, die in deterministischer Beziehung zu x(D) oder y(D) steht.The encoders of Figures 13 and 14 are mathematically equivalent to the encoder of Figure 12 in the sense that they provide the same sets of output signals (x k , y k ) when they start with the same initial value x k -1 and receive the same sequence of input signals (c k , a k ) . In the case of FIG. 13, the only element chosen for y k is congruent with c k in the range R (a k ) + R (x k -1 ) - x k -1 , and x k is determined from y k according to the relationship x k = y k + x k -1 , so that x k c k c k + x k -1 (modulo 4); it is the only element in the range R (a k ) + R (x k -1 ) that is congruent with c k (modulo 4). In the case of FIG. 14, the only element chosen as an "innovation variable" i k is that which is congruent with c ′ ′ k c k + x k -1 ≡- R (x k -1 ) (modulo 4) in the region R. (a k ) , and x k is determined from i k according to the relationship x k = i k + R (x k -1 ), so that x k c ′ ′ k + R (x k -1 ) ≡ c k ′ (modulo 4), it is the only element in the range R (a k ) + R (x k -1 ) that is congruent with c k (modulo 4). In the case of Fig. 12, the delay element in the precoder is combined with the delay element necessary for the RDS feedback, and it is very expedient if x k is the desired output and the quantities c ' k are always of the same alphabet, e.g. B. {± 1/2, ± 3/2}. In the case of Fig. 13, the precoding is completely omitted and it is very useful if y k the desired output and the values c k always come from the same alphabet, e.g. B. {± 1/2, ± 3/2}. In the case of FIG. 14, the range-shifting variable R (x k -1 ) is obtained outside the selector, so that the values for i k are always chosen from the same range (the union of all R (a k )) ; the innovation sequence i (D) is approximately a sequence of independent, identically distributed random variables i k (ignoring the small changes introduced by the constraint of congruence at c k ), and this additional auxiliary sequence can be useful if one “white” (having a flat spectrum) sequence is desired, which is deterministically related to x (D) or y (D) .

Die Fig. 15, 16 und 17 zeigen drei äquivalente Filter­ anordnungen zur Verwendung mit den Folgen x(D), y(D) und i(D) nach den Fig. 12, 13 und 14. Im Falle der Fig. 15 wird die RDS-Folge x(D) in einem Sendefilter H T (f) ge­ filtert, bevor sie (als Signal s(t)) über den tatsächlichen Kanal (nicht dargestellt) gesendet wird. Im Falle der Fig. 16 wird die PRC-Folge y(D) in einem Sendefilter H T (f) gefiltert, dessen Charakteristik äquivalent mit der Charakteristik einer Kaskade eines 1/(1-D)-Filters für abgetastete Daten und des Filters H T (f) ist. Da y(D) bei Gleichstrom eine Nullstelle hat, spielt es keine Rolle, daß die Charakteristik des 1/(1-D)-Filters bei Gleichstrom unendlich ist (insbesondere wenn H T (f) ebenfalls eine Nullstelle bei Gleichstrom hat). Im Falle der Fig. 17 wird die Neuerungssequenz i(D) in einem Sendefilter H′′ T (f) gefiltert, dessen Charakteristik äquivalent mit der Charakteristik einer Kaskade eines 1/(1-β D)-Filters für abgetastete Daten und des Filters H T (f) ist. Dies ist äquivalent mit den Fig. 15 und 16, falls R (x k-1)=β x k-1; andernfalls ist das äquivalente Abtast­ wertfilter (Filter für abgetastete Daten) das Filter entsprechend der Funktion x k =i k +R(x k-1), was im allgemeinen nicht-linear ist. Je nach H T (f), R( x k-1) und der zur Realisierung verwendeten Technologie kann die eine oder die andere dieser äquivalenten Formen vorzuziehen sein.The Fig. 15, 16 and 17 show three equivalent filtering arrangements for use with the sequences x (D), y (D) and i (D) of FIGS. 12, 13 and 14. In the case of FIG. 15, the RDS sequence x (D) in a transmission filter H T (f) ge filtered before it (as signal s (t)) is sent over the actual channel (not shown). In the case of Fig. 16, the PRC sequence y (D) is filtered in a transmission filter H ' T (f) , the characteristics of which are equivalent to the characteristics of a cascade of a 1 / (1- D) filter for sampled data and the filter H T (f) . Since y (D) has a zero at DC, it does not matter that the characteristic of the 1 / (1- D) filter at DC is infinite (especially if H T (f) also has a zero at DC). In the case of Fig. 17, the innovation sequence i (D) is filtered in a transmission filter H '' T (f) , the characteristics of which are equivalent to the characteristics of a cascade of a 1 / (1- β D) filter for sampled data and the filter H T (f) . This is equivalent to Figures 15 and 16 if R (x k -1 ) = β x k -1 ; otherwise, the equivalent sample filter (filter for sampled data) is the filter corresponding to the function x k = i k + R ( x k -1 ), which is generally non-linear. Depending on H T (f) , R ( x k -1 ) and the technology used for the implementation, one or the other of these equivalent forms may be preferable.

In der Praxis können gewisse Modifikationen der vorstehend beschriebenen, mit RDS-Rückkopplung arbeitenden Systeme wünschenswert sein. So kann es z. B. zweckmäßig sein, die Form der Bereiche R(a k ) gegenüber denjenigen Formen zu ändern, die benutzt werden, wenn R( x k-1)=0. Eine einfach zu realisierende Form der RDS-Rückkopplung ist z. B. folgende: wenn x k-1 positiv ist, wird y k wie üblich im Bereich von -4 bis +4 gewählt, falls a k einen inneren Punkt anzeigt; zeigt a k hingegen einen äußeren Punkt an, wird für y k die Zahl genommen, die kongruent mit c k im Bereich von -4 bis -8 ist. Wenn x k-1 negativ ist, wird der Bereich von 4 bis 8 für äußere Punkte ver­ wendet. Es gilt dann folgendes:In practice, certain modifications to the RDS feedback systems described above may be desirable. So it can e.g. B. be useful to change the shape of the areas R (a k ) compared to those shapes that are used when R ( x k -1 ) = 0. An easy to implement form of RDS feedback is e.g. B. the following: if x k -1 is positive, y k is chosen as usual in the range from -4 to +4 if a k indicates an inner point; however, if a k indicates an outer point, the number is taken for y k that is congruent with c k in the range from -4 to -8. If x k -1 is negative, the range from 4 to 8 is used for outer points. The following then applies:

  • a) der Bereich der PRC-Folge y k ist begrenzt auf den Bereich von -7½ bis +7½, anstatt sich von -11 bis +11 zu erstrecken, wie im Falle fehlender RDS- Rückkopplung;a) the range of the PRC sequence y k is limited to the range from -7½ to + 7½, instead of extending from -11 to +11, as in the case of no RDS feedback;
  • b) die Varianz S y der PRC-Folge ist von 13,25 auf 20,5 reduziert, was einer Verminderung um 1,9 dB ent­ spricht und etwa 1,1 dB über S₀=10,25 liegt;b) the variance S y of the PRC sequence is reduced from 13.25 to 20.5, which corresponds to a decrease of 1.9 dB and is approximately 1.1 dB above S ₀ = 10.25;
  • c) das Mittel von y k ist gleich -3/2, falls x k-1 positiv ist, und bei negativem x k-1 ist es +3/2, so daß die RDS-Folge das Bestreben hat, in der Nach­ barschaft von Null zu bleiben. Während die genaue Berechnung von S x schwierig ist, folgt aus E [y k x k-1]=S y /2 und aus E [y k x k-1]=-(3/2) E [|x k-1|], daß das Mittel des Absolutwertes von x k gleich S y /3=4,42 ist, so daß die RDS-Folge x k ziemlich gut in Grenzen gehalten ist. (Ohne RDS-Rückkopplung ist das Mittel des Absolutwertes von x k gleich 2,75.);c) the average of y k is equal to -3/2, if x k-1 is positive, and negative x k -1 + 3/2 it is, so that the RDS sequence has the tendency ready cash in the post to stay from zero. While the exact calculation of S x is difficult, it follows from E [ y k x k -1 ] = S y / 2 and from E [ y k x k -1 ] = - (3/2) E [| x k -1 |] that the mean of the absolute value of x k is S y / 3 = 4.42, so that the RDS sequence x k is kept within reasonable limits. (Without RDS feedback, the mean of the absolute value of x k is 2.75.);
  • d) die Varianz von y k bei gegebenem x k-1 ist gleich S₀=11, also um etwa 0,3 dB höher als der ohne RDS- Rückkopplung mögliche Wert S₀=10,25. Der mindest­ mögliche Wert von S x für den Fall S y =13,25 und S₀=11 ist S x ≃19,5, was β ≃0,66 entspricht. Da S x =S |x | + E [|x |]² ist, muß S x größer sein als (4,42)²≃19,5; so läßt sich mit dieser einfachen Methode weniger erreichen als der optimale Kompromiß der Spektren;d) the variance ofy k  givenx k -1 is equal to S₀ = 11, i.e. about 0.3 dB higher than that without RDS Feedback possible valueS₀ = 10.25. The least possible value ofS x  in the caseS y = 13.25 and S₀ = 11S x ≃19.5 whatβ Corresponds to ,60.66. There S x =S |x| +E [|x|] ² is, mustS x  be larger than (4.42) ²≃19.5; so with this simple Achieve less method than the optimal compromise the spectra;
  • e) jedes mögliche y k ist einem einzigen Paar (c k , a k ) zugeordnet. Wie weiter unten noch näher erläutert werden wird, heißt dies, daß ein Decodierer nicht einer geschätzten laufenden digitalen Summe der geschätzten PRC-Folge zu folgen braucht und daß es keine Fehlerfortpflanzung im Decodierer gibt.e) every possible y k is assigned to a single pair (c k , a k ) . As will be explained in more detail below, this means that a decoder need not follow an estimated running digital sum of the estimated PRC sequence and that there is no error propagation in the decoder.

Zusammenfassend gesagt liefert diese einfache Methode zwar nicht den besten Leistungs-Kompromiß zwischen S x und S y , sie begrenzt jedoch in wirksamer Weise nicht nur S y , sondern auch die Spitzenwerte von y k , hält die RDS-Folge x k in recht guten Grenzen und vermeidet Fehlerfortpflanzung im Empfänger.In summary, this simple method does not provide the best performance compromise between S x and S y , but it effectively limits not only S y , but also the peak values of y k , keeps the RDS sequence x k within reasonably good limits and prevents error propagation in the receiver.

Die vorstehend beschriebenen Methoden erlauben also eine Kompromißbildung zwischen S x und S y über einen weiten Bereich. Die Kompromißmöglichkeit reicht vom uneingeschränkten Fall, daß die x k -Folge unkorreliert ist, wobei S x die gleiche Energie S₀ hat, wie sie notwendig ist, um n Bits pro Symbol in einem System ohne Partialcharakteristik zu senden, und wobei S y =2S x ist. Die Kompromiß­ möglichkeit reicht dann bis fast zu dem Fall, daß die y k -Folge unkorreliert ist, wobei S y =S₀ ist und S x sehr groß wird. Diese Kompromisse sind möglich für alle oben angeführten Trellis- und Lattice-Codes.The methods described above thus allow a compromise between S x and S y over a wide range. The compromise possibility ranges from the unrestricted case that the x k sequence is uncorrelated, where S x has the same energy S ₀ as is necessary to send n bits per symbol in a system without a partial characteristic, and where S y = 2 S x is. The compromise possibility then extends almost to the case that the y k sequence is uncorrelated, where S y = S ₀ and S x becomes very large. These compromises are possible for all the trellis and lattice codes listed above.

DecodierungDecoding

Die vorstehend beschriebenen Methoden sind erfolgreich bei der Erzeugung von PRC-Folgen (Codefolgen mit Partial­ charakteristik), die zu einem bekannten guten Code gehören, und daher haben sie einen d 2 min -Wert, der mindestens so groß ist wie derjenige des Codes.The methods described above are successful in generating PRC sequences (code sequences with partial characteristics) belonging to a known good code, and therefore they have ad 2 min values that are at least as large as that of the code.

Gemäß der Fig. 18 ist daher ein geeigneter Detektor für die unter Rauschen empfangene PRC-Folge z(D) = y(D) + n(D) eine Einrichtung, welche die Folge maximaler Wahrscheinlichkeit für den bekannten guten Code schätzt (Viterbi-Algorithmus), und zwar in folgender Weise:According to FIG. 18, a suitable detector for the PRC sequence z (D) = y (D) + n (D) received under noise is a device that estimates the sequence of maximum probability for the known good code (Viterbi algorithm ), in the following way:

  • a) ein erster Schritt der Decodierung kann darin bestehen, für jeden rauschbehafteten empfangenen PRC-Wert z k =y k +n k und dabei für jede der vier Klassen der reellen Zahlen, die kongruent mit den vier eindimensionalen Nebengruppen-Vertretern c jk (modulo 4) sind, mit j=1, 2, 3, 4, das dem Wert z k am nächsten kommende Element jk zu finden, sowie dessen "Metrik" m jk =( jk -z k ) 2, also das Quadrat der Distanz von z k (Block 92).a) a first step of decoding can consist in for every high-noise recipient PRC valuee.g. k =y k +n k  and for each of the four Classes of real numbers that are congruent with the four one-dimensional subgroup representativesc jk   (modulo 4) are withj= 1, 2, 3, 4, which is the value e.g. k  closest element jk  to find as well whose "metric"m jk =( jk -e.g. k ) 2nd, that is Square of the distance frome.g. k  (Block92).
  • b) Bei einem Code, der sich auf eine N-dimensionale Lattice-Unterteilung Λ/Λ′ gründet, kann ein zweiter Schritt der Decodierung darin bestehen, für jede der 2 p+r Nebengruppen von Λ′ in Λ die besten (also die geringste Metrik aufweisenden) Exemplare derjenigen 2 q Nebengruppen von 4Z N zu finden, deren Vereinigung die betreffende Nebengruppe von Λ′ ist, indem die betreffenden Metriken der eindimensionalen Bestandteils-Metriken m jk summiert werden und diese Summen verglichen werden (Block 94).b) In the case of a code based on an N -dimensional Lattice subdivision Λ / ein ′, a second step of decoding can be to find the best (i.e. the smallest) for each of the 2 p + r subgroups from Λ ′ to Λ Find metric) copies of those 2 q subgroups of 4 Z N whose union is the relevant subgroup of Λ ′ by summing up the relevant metrics of the one-dimensional constituent metrics m jk and comparing these sums (block 94 ).
  • c) Die Decodierung kann dann in der üblichen Weise fortgeführt werden (Block 96), indem als Metrik für jede Nebengruppe von Λ′ die beste Metrik verwendet wird, wie sie beim Schritt b) bestimmt wurde. Der Decodierer erzeugt am Ende einen Schätzwert der Folge von Nebengruppen von Λ′, der in eine Folge geschätzter Nebengruppen-Darsteller k abgebildet werden kann, die dann in die entsprechenden k abgebildet werden, aus denen gewünschtenfalls die Originalwerte â k und k wiedergewonnen werden können (Block 98). Diese letzten Schritte erfordern es, daß der Decodierer Spur hält mit der laufenden digitalen Summe k-1 der Schätzwerte k .c) The decoding can then be done in the usual way to be continued (block96) by as a metric for each subgroup ofΛ′ Uses the best metric is how it was determined in step b). The decoder ultimately generates an estimate of the Sequence of subgroups ofΛ'Which in one episode valued subgroup performer k  pictured which can then be translated into the appropriate k   are depicted, from which, if desired Original valuesâ k  and k  can be recovered (Block98). These last steps require that The decoder keeps track of the current digital total k -1 of the estimates k .

Da die PRC-Folgen im bekannten Code verschlüsselt sind, ist die Fehlerwahrscheinlichkeit dieses Decodierers mindestens so "gut" wie diejenige des bekannten Codes, in dem Sinne, daß mindestens derselbe effektive d 2 min -Wert erreicht wird. Da die PRC-Folgen jedoch in Wirklichkeit nur eine Untermenge der Folgen des bekannten Codes sind, ist ein derartiger Codierer keine wirkliche Schätzeinrichtung zum Schätzen der Folge maximaler Wahrscheinlichkeit für die PRC-Folgen. Es kann daher gelegentlich vorkommen, daß eine Folge decodiert wird, die nicht eine legitime PRC-Folge ist. Legitime PRC-Folgen müssen den beiden nachstehenden zusätzlichen Bedingungen genügen:Since the PRC sequences are encrypted in the known code, the probability of error of this decoder is at least as "good" as that of the known code, in the sense that at least the same effective d 2 min value is achieved. However, since the PRC sequences are actually only a subset of the sequences of the known code, such an encoder is not an actual estimator for estimating the maximum probability sequence for the PRC sequences. Therefore, it may occasionally happen that a sequence is decoded that is not a legitimate PRC sequence. Legitimate PRC episodes must meet the two additional conditions below:

  • a) eine legitime endliche PRC-Folge y(D) muß durch 1-D teilbar sein, d. h. die Summe ihrer Koordinaten muß gleich Null sein;a) a legitimate finite PRC sequence y (D) must be divisible by 1- D , ie the sum of its coordinates must be zero;
  • b) die Bereichsgrenzen, die durch den Signalpunkt-Wähler auferlegt werden, müssen für alle k (oder äquivalent für alle k oder k ) genügen, basierend auf den rekonstruierten Werten der Elemente k-1 der RDS-Folge.b) The range limits set by the signal point selector must be imposed on everyone k  (or equivalent to all k  or k ) suffice based on the reconstructed values of the elements k -1  the RDS episode.

Wenn der in Rede stehende Decodierer einen normalen De­ codierungsfehler macht, entsprechend einer kurzen Periode falscher Nebengruppen-Schätzwerte gefolgt von richtigen Nebengruppen-Schätzwerten, ist es möglich, daß die entsprechende endliche fehlerhafte PRC-Folge eine laufende Digitalsumme hat, die von Null verschieden ist. Dies wird einen anhaltenden Fehler in der geschätzten laufenden Digitalsumme k-1 des Decodierers verursachen, was dazu führen kann, daß gelegentlich Fehler zurück in die Werte k , â k und k abgebildet werden, selbst wenn die Nebengruppen k korrekt sind. Diese Situation dauert so lange, wie der Fehler in der RDS-Schätzung anhält.If the decoder in question is a normal De coding error, corresponding to a short period incorrect subgroup estimates followed by correct ones Subgroup estimates, it is possible that the corresponding finite erroneous PRC sequence an ongoing Has digital sum other than zero. this will a persistent error in the estimated current digital total k -1 of the decoder cause what can that occasionally errors back in the values k , â k  and k  are mapped, even if the subgroups k  are correct. This situation lasts as long as that Error in the RDS estimate persists.

Der Decodierer muß daher ständig überwachen (Block 99), ob die Bereichsbedingungen in den rekonstruierten Werten < ;I 34210 00070 552 001000280000000200012000285913409900040 0002003805582 00004 34091TA<k und k eingehalten werden. Ist dies nicht der Fall, dann weiß der Decodierer, daß der von ihm geschätzte RDS- Wert k-1 falsch ist und daß er diesen Wert um denjenigen Betrag nachstellen muß, der mindestens erforderlich ist, um die Bereichsbedingungen zu erfüllen, vorausgesetzt, daß die Nebengruppen-Folge k korrekt ist. Mit der Wahr­ scheinlichkeit 1 wird dies letztendlich bei der Nachsyn­ chronisierung der geschätzten RDS auf den korrekten Wert erreicht, und die normale Decodierung kann wieder aufgenommen werden. Jedoch kann sich eine Fehlerfortpflanzung über eine beträchtliche Dauer ergeben.The decoder must therefore constantly monitor (block99), whether the range conditions in the reconstructed values <; I 34210 00070 552 001000280000000200012000285913409900040 0002003805582 00004 34091TA <k and k  be respected. This is not the case, then the decoder knows that the RDS value k -1 is wrong and that he value that around Must adjust the minimum amount that is required to meet the range conditions, provided  that the subgroup episode k  correct is. With the true In the end, this will probably become 1 with the post-syn Chronization of the estimated RDS to the correct value reached, and normal decoding can be resumed will. However, error propagation can occur over a considerable period of time.

Vermeidung von FehlerfortpflanzungAvoidance of error propagation

Nachstehend sei eine allgemeine Methode angegeben, wie man Fehlerfortpflanzung im Empfänger vermeiden kann. Die Methode funktioniert am besten, wenn die Signalkonstellation aus allen Punkten im Λ innerhalb eines N-dimensionalen Kubus besteht, sie ist jedoch nicht auf diesen Fall beschränkt. Die Methode läßt sich ansehen als eine Ver­ allgemeinerung der Prinzipien früherer Formen von Vor­ codierung (modulo M) für die Verwendung mit codierten Folgen.Below is a general method of how to avoid error propagation in the receiver. The method works best when the signal constellation consists of all points in the Λ within an N -dimensional cube, but it is not limited to this case. The method can be seen as a generalization of the principles of previous forms of pre-coding (modulo M) for use with coded sequences.

Die Grundidee besteht darin, daß jeder mögliche PRC-Wert y k einem einzigen (c k , a k )-Wert entsprechen sollte, wenn der Code in eindimensionaler Form wie in Fig. 7 formuliert werden kann, oder, allgemeiner ausgedrückt, daß jede Gruppe von N y k -Werten nicht nur einer einzigen Folge von N c k -Werten entsprechen sollte, sondern außerdem einer einzigen Folge uncodierter Bits, falls ein allgemeiner N-dimensionaler Signalpunkt-Wähler wie in Fig. 6 verwendet wird. Dann ist die umgekehrte Abbildung von decodierten k -Werten in codierte und uncodierte Bits unab­ hängig von der im Decodierer stattfindenden Schätzung der laufenden digitalen Summe, so daßThe basic idea is that every possible PRC value y k  one(c k ,a k )-Value should match if the code is in one-dimensional form like inFig. 7 formulated can be, or, more generally, that every group ofN y k -Not just a single episode fromN c k -Values should match, but also a single sequence of uncoded bits, if a general one N-dimensional signal point selector as inFig. 6 is used. Then the reverse mapping from decoded k -Values in coded and uncoded bits independent depending on the estimation of the running digital sum so that

  • a) der Decodierer nicht der RDS zu folgen braucht (also keine notwendige Spurhaltung mit der RDS), unda) the decoder does not have to follow the RDS (ie no necessary tracking with the RDS), and
  • b) keine Fehlerfortpflanzung stattfindet.b) no error propagation takes place.

Somit kann in der Fig. 18 der Block 99 fortgelassen werden. Thus, block 99 can be omitted in FIG. 18.

Die Fig. 19 veranschaulicht, wie dies geschehen kann, wenn sich der Code in eindimensionaler Form formulieren läßt, wie im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels. Aus c k und a k wählt ein Signalpunkt-Wähler einen Wert s k =f(c k , a k ), wie im Falle der Fig. 8. Beim Ausführungsbeispiel nimmt s k einen von zwölf Werten an, welche die halben Werte der ganzen Zahlen im Bereich von -6 bis -6 sind. Allgemein gesagt wird s k einen der Werte aus einem ganzzahlig beab­ standeten Alphabet innerhalb eines Bereichs der Breite M nehmen; dieser Bereich sei mit R₀ bezeichnet. Wie im Falle der Fig. 13 wird dann für y k diejenige Zahl gewählt, die als einzige kongruent ist mit s k (modulo M) im Bereich R₀+R(x k-1)-x k-1 der Breite M, wobei R(x k-1) eine Ver­ schiebungsvariable bei der RDS-Rückkopplung ist und x k-1 der vorhergehende RDS-Signalpunkt ist. Der augenblickliche RDS-Wert x k wird berechnet als Größe y k +x k-1. FIG. 19 illustrates how this can be done if the code can be formulated in one-dimensional form, as in the case of the present exemplary embodiment. From c k and a k , a signal point selector selects a value s k = f (c k , a k ) , as in the case of FIG. 8. In the exemplary embodiment, s k assumes one of twelve values which are half the values of the whole Numbers range from -6 to -6. Generally speaking, s k will take one of the values from an integer spaced alphabet within a range of width M ; this area is denoted by R ₀. As in the case of FIG. 13, that number is chosen for y k which is the only congruent with s k (modulo M) in the range R ₀ + R (x k -1 ) - x k -1 of width M , where R (x k -1 ) is a shift variable in the RDS feedback and x k -1 is the previous RDS signal point. The current RDS value x k is calculated as the quantity y k + x k -1 .

Die Fig. 20 und 21 veranschaulichen äquivalente Methoden der Erzeugung von x k und/oder y k aus der Folge s k , so daß y k s k (modulo M) ist, analog zu den Fig. 12 und 14. Gemäß der Fig. 21 wird eine Neuerungsvariable i k erzeugt, die mehr oder weniger "weiß" ist und gleichmäßig über den Bereich R₀ verteilt ist, so daß ihre Varianz S₀ annähernd M 2/12 ist. Somit gilt S₀≃12 für das Ausführungsbeispiel, also ein Nachteil von etwa 0,7 dB gegenüber dem Wert S₀ =10,25, der ohne RDS-Rückkopplung erreichbar ist. Wie im Falle der Fig. 12, 13 und 14 tragen alle drei Folgen x k , y k und i k dieselbe Information, und wie im Falle der Fig. 15, 16 und 17 kann jede dieser Folgen als Eingangs­ signal für ein Filter verwendet werden, welches dem Spektrum die gewünschte Form für die Übertragung gibt. FIGS. 20 and 21 illustrate equivalent methods of generating x k and / or y k from the sequence s k such that y k s k (modulo M), similar to FIGS. 12 and 14. Referring to Figure . 21 is an innovation variable i k generated, the "white" is more or less and is uniformly distributed over the range R ₀ so that its variance S ₀ approximately 2 M / 12. S ₀≃12 thus applies to the exemplary embodiment, that is to say a disadvantage of approximately 0.7 dB compared to the value S ₀ = 10.25, which can be achieved without RDS feedback. As in the case of FIGS. 12, 13 and 14, all three sequences x k , y k and i k carry the same information, and as in the case of FIGS. 15, 16 and 17, each of these sequences can be used as an input signal for a filter , which gives the spectrum the desired shape for transmission.

Der Nachteil in der Neuerungsvarianz wird eliminiert, wenn die Original-Codekoordinaten gleichmäßig über einen Bereich R₀ verteilt sind, d. h. wenn die Original-Konstellation in den Grenzen eines N-dimensionalen Kubus mit der Seitenlänge R₀ liegt. The disadvantage in the innovation variance is eliminated if the original code coordinates are evenly distributed over an area R ₀, ie if the original constellation is within the limits of an N -dimensional cube with the side length R ₀.

Als ein Ausführungsbeispiel mit einer quadratischen Konstellation sei derselbe zweidimensionale Ungerboeck- Codierer mit acht Zuständen wie im Falle der Fig. 2 verwendet, nur daß die aus 128 Punkten bestehende Konstellation nach Fig. 22 anstatt diejenigen nach Fig. 3 verwendet wird. Die Konstellation enthält jeden zweiten Punkt (also die "abwechselnden" Punkte) der herkömmlichen, 256 Punkte aufweisenden (16×16)-Konstellation, die Koordinaten haben also die 16 halben Ganzzahlwerte {±1/2, ±3/2, . . ., ±15/2}, jedoch mit der Einschränkung, daß die Summe der beiden Koordinaten eine gerade Zahl (0, modulo 2) sein muß. Das Quadrat der Mindestdistanz zwischen Signalpunkten ist somit gleich 2, anstatt gleich 1, und der d 2 min -Wert des Codes ist gleich 10, anstatt 5. Die Varianz jeder Koordinate ist nun 21,25, anstatt 10,25, was nach Berücksichtigung des Bemessungsfaktors 2 einen Verlust von 0,156 dB gegenüber der Konstellation nach Fig. 3 bedeutet, weil das Kreuz einem Kreis ähnlicher ist als das Quadrat. (In der Terminologie der Lattice-Codes gesprochen, wird nun die Achter-Gitterunterteilung [8-way Lattice partition] RZ 2/4Z 2 verwendet, anstatt Z 2/2RZ 2).As an embodiment with a quadratic constellation, the same two-dimensional Ungerboeck encoder with eight states as in the case of FIG. 2 is used, except that the constellation consisting of 128 points according to FIG. 22 is used instead of that according to FIG. 3. The constellation contains every second point (ie the "alternating" points) of the conventional 256 point (16 × 16) constellation, so the coordinates have the 16 half integer values {± 1/2, ± 3/2,. . ., ± 15/2}, but with the restriction that the sum of the two coordinates must be an even number (0, modulo 2). The square of the minimum distance between signal points is therefore 2 instead of 1, and the d 2 min value of the code is 10 instead of 5. The variance of each coordinate is now 21.25 instead of 10.25, which after taking into account the Rated factor 2 means a loss of 0.156 dB compared to the constellation according to FIG. 3 because the cross is more similar to a circle than the square. (Discussed in the terminology of the Lattice code, is now the aft-mesh division [8-way partition Lattice] RZ 2/4 Z 2 is used instead of Z 2/2 RZ 2).

Es sei angemerkt, daß nun jede der acht Untermengen einem einzigen Paar von Nebengruppen-Darstellern (c₁, c₂) modulo 4) entspricht, so daß c₁+c₂=0 (modulo 2). Daher bestimmen die drei codierten Bits nach Fig. 2 ein Paar von Nebengruppen-Darstellern direkt im Untermengen-Wähler 24, also nicht mit Hilfe eines uncodierten Bits, wie im Falle der Fig. 4. Die vier uncodierten Bits wählen dann einen der 16 Punkte in der gewählten Untermenge aus. In diesem Fall können von den uncodierten Bits einfach jeweils zwei auf einmal genommen werden, um einen der vier Bereiche -8 bis -4, -4 bis 0, 0 bis 4, oder 4 bis 8 zu bestimmen. Dies läßt sich einfach so ausdrücken, daß man jeden der bereichsidentifizierenden 2-Bit-Parameter (a₁, a₂) einen der vier Werte {±2, ±6} darstellen läßt; die Koordinaten Wählfunktion ist dann einfach s k =f(c k , a k )=c k +a k . Es sei darauf hingewiesen, daß die möglichen Werte für s k die 16 Halbwerte der ganzen Zahlen im Bereich R₀ von -8 bis 8 sind, der die Breite M=16 hat.It should be noted that each of the eight subsets now corresponds to a single pair of subgroup actors (c ₁, c ₂) modulo 4), so that c ₁ + c ₂ = 0 (modulo 2). Therefore, the three coded bits according to FIG. 2 determine a pair of subgroup performers directly in the subset selector 24 , ie not with the aid of an uncoded bit, as in the case of FIG. 4. The four uncoded bits then select one of the 16 points in the selected subset. In this case, the uncoded bits can simply be taken two at a time to determine one of the four ranges -8 to -4, -4 to 0, 0 to 4, or 4 to 8. This can be expressed simply by having each of the area-identifying 2-bit parameters (a ₁, a ₂) represent one of the four values {± 2, ± 6}; the coordinate selection function is then simply s k = f (c k , a k ) = c k + a k . It should be noted that the possible values for s k are the 16 half values of the integers in the range R ₀ from -8 to 8, which has the width M = 16.

Es kann dann eine herkömmliche Vorcodierung modulo 16 erfolgen. Der gesamte Codierer ist in Fig. 23 dargestellt. Der RDS-Wert x k ist die Summe s k +x k-1 (modulo 16). In diesem Fall sind die x k -Werte im wesentlichen unabhängige, identisch verteilte (weiße) Zufallsvariable, und y k =x k -x k-1s k (modulo 16).A conventional modulo 16 precoding can then be carried out. The entire encoder is shown in Fig. 23. The RDS value x k is the sum s k + x k -1 (modulo 16). In this case, the x k values are essentially independent, identically distributed (white) random variables, and y k = x k - x k -1s k (modulo 16).

Um Kompromisse zwischen den Spektren mittels RDS-Rück­ kopplung wie im Falle der Fig. 12, 13 und 14 zu erzielen, soll s k weiterhin die gewünschte Kongruenzklasse von y k (modulo 16) darstellen, und R (x k-1) soll eine RDS- Rückkopplungsvariable wie in den Fällen der Fig. 12, 13 und 14 sein, welche im Idealfall gleich β x k-1 ist. Die Fig. 24, 25 und 26 zeigen dann drei äquivalente Methoden zur Erzeugung von Sequenzen x k und/oder y k =x k -x k-1 derart, daß y k s k (modulo 16) und daß S x und S y bei ge­ gebenem S₀=21,25 das gewünschte Kompromiß-Verhältnis zueinander haben. R₀ ist hier der Bereich von -8 bis 8.In order to achieve compromises between the spectra using RDS feedback as in the case of FIGS. 12, 13 and 14, s k should continue to represent the desired congruence class of y k (modulo 16), and R (x k -1 ) should be one RDS feedback variable as in the cases of FIGS . 12, 13 and 14, which is ideally equal to β x k -1 . Figures 24, 25 and 26 show then three equivalent methods for generation of sequences x k and / or y k = x k -. X k -1 such that y k s k (modulo 16), and that S x and S y given S ₀ = 21.25 have the desired compromise ratio. R ₀ here is the range from -8 to 8.

In diesem Fall hat die Neuerungs-Variable i k eine Varianz S₀≃16²/12=21,33, die im wesentlichen genauso groß wie die Varianz einer jeden Koordinate in Fig. 22 ist, so daß es keinen Nachteil von mehr als die 0,16-dB-Minderung gibt, die durch Verwendung der Fig. 22 anstelle der Fig. 3 entsteht.In this case, the innovation variable i k has a variance S ₀≃16² / 12 = 21.33 which is substantially the same as the variance of each coordinate in Fig. 22, so that there is no disadvantage of more than 0 , 16 dB reduction that results from using FIG. 22 instead of FIG. 3.

Wie bereits erwähnt, muß der Decodierer nicht der RDS folgen, weil bei gegebener geschätzter PRC-Folge k die Werte k , â k und schließlich die ursprüngliche Eingangs­ bitsequenz eindeutig bestimmt sind. Wenn der Decoder jedoch die Spur mit der geschätzten RDS und mit den entsprechenden Bereichen hält, in welche die k -Werte fallen sollen, dann kann er das Auftreten eines Fehlers fühlen, im­ mer wenn das decodierte k außerhalb des geschätzten Bereichs fällt. Selbst wenn sie nicht zur Fehlerkorrektur verwendet wird, kann eine solche Überwachung der Bereichs­ übertragung einen Schätzwert für die Fehlerrate des Decodierers liefern.As already mentioned, the decoder does not have to be the RDS follow because given the estimated PRC sequence k  the values k ,â k  and finally the original input bit sequence are clearly determined. If the decoder, however the track with the estimated RDS and the corresponding Areas in which the k -Values should fall then he can feel the occurrence of an error in the  more if the decoded k  outside the estimated range falls. Even if it's not for error correction Such monitoring of the area can be used transmission an estimate of the error rate of the decoder deliver.

Erweiterte DecodiererExtended decoder

Eine echte Schätzeinrichtung für die Folge maximaler Wahr­ scheinlichkeit müßte den Gesamtzustand von Codierer und Kanal berücksichtigen, wozu im allgemeinen der Wert der RDS x k-1 gehört (Kanalzustand), sowie der Zustand des Codierers C. Ein solcher Decodierer würde den wahren d 2 min -Wert der PRC-Folgen erzielen und wäre frei von Fehlerfortpflanzung. Da x k-1 jedoch im allgemeinen eine große Anzahl von Werten annimmt, im Prinzip möglicherweise eine unendliche Anzahl bei RDS-Rückkopplung, wäre ein solcher Decoder kaum praktisch realisierbar. Außerdem wäre zur Erzielung des wahren d 2 min -Wertes eine im wesentlichen unendliche Decodierungsverzögerung notwendig, weil die Kombination von Code und Kanal quasi-katastrophal wird, wenn n groß ist, wie es ausführlicher weiter unten erläutert wird.A real estimator for the sequence of maximum probability would have to take into account the overall condition of the encoder and channel, which generally includes the value of the RDS x k -1 (channel condition) and the condition of the encoder C. Such a decoder would achieve the true d 2 min value of the PRC sequences and would be free from error propagation. However, since x k -1 generally takes on a large number of values, in principle possibly an infinite number with RDS feedback, such a decoder would hardly be practicable. In addition, an essentially infinite decoding delay would be necessary to achieve the true d 2 min value because the combination of code and channel becomes quasi-catastrophic when n is large, as will be explained in more detail below.

Es kann sich jedoch lohnen, den Codierer so zu erweitern daß zumindest der wahre d 2 min -Wert des Codes erzielt wird. Da alle endlichen PRC-Folgen durch 1-D teilbar sind, müssen alle Fehlerfolgen, die endliches Gewicht haben, ein gerades Gewicht aufweisen. Somit ist der wahre d 2 min -Wert stets gerade. Beim Ausführungsbeispiel ist der wahre d 2 min -Wert tatsächlich 6 und nicht 5.However, it may be worthwhile to expand the encoder so that at least the true d 2 min value of the code is achieved. Since all finite PRC sequences are divisible by 1- D , all error sequences that have finite weight must have an even weight. Thus the true d 2 min value is always even. In the exemplary embodiment, the true d 2 min value is actually 6 and not 5.

Eine allgemeine Methode zur Erzielung des wahren d 2 min -Wertes in solchen Fällen, wobei die effektive Anzahl von Zuständen im Decoder lediglich verdoppelt wird, sieht so aus: der Decoder spaltet jeden Zustand des Codierers C in zwei auf, einen entsprechend einer geraden RDS und einen entsprechend einer ungeraden RDS. Während der Decodierung gehen dann zwei Folgen nur dann im selben Zustand auf, wenn ihre geschätzte RDS denselben Wert (modulo 2) hat. Somit wird es unmöglich, daß zwei Folgen aufgehen, die sich durch einen Fehler mit ungeradem Gewicht unter­ scheiden, so daß der effektiven d 2 min -Wert gleich dem Gewicht der Folge mit dem kleinsten gerade-gewichtigen Fehler im Originalcode ist. Ferner müßte ein Decodierungsfehler, der in der oben beschriebenen Weise zu einem anhaltenden Fehler in der geschätzten RDS führen sollte, mindestens das Gewicht 2 haben, so daß er früher gefühlt werden kann.A general method for achieving the true d 2 min value in such cases, whereby the effective number of states in the decoder is only doubled, is as follows: the decoder splits each state of the encoder C into two, one corresponding to an even RDS and one corresponding to an odd RDS. During the decoding, two episodes only appear in the same state if their estimated RDS has the same value (modulo 2). This makes it impossible for two sequences to be merged that differ in an error with an odd weight, so that the effective d 2 min value is equal to the weight of the sequence with the smallest even-weighted error in the original code. Furthermore, a decoding error, which should lead to a persistent error in the estimated RDS in the manner described above, should be at least weight 2 so that it can be sensed earlier.

Es kann der Decoder nach Fig. 18 verwendet werden, nachdem man ihn lediglich so modifiziert hat, wie es in Fig. 27 gezeigt ist. Für die meisten Codes wird jede der Untermengen der Signalkonstellation (Nebengruppen von Λ′ in Λ) Punkte enthalten, bei denen allen die Summe ihrer Koordinaten geradzahlig oder ungeradzahlig ist. So enthalten z. B. in der Konstellation nach Fig. 3 vier der acht Untermengen Punkte, deren Koordinatensumme gleich 0 (modulo 2) ist, und vier Untermengen enthalten Punkte, deren Koordinatensumme gleich 1 (modulo 2) ist. Die Metrik jeder Untermenge (Nebengruppe von Λ′ ind Λ) läßt sich also in Blöcken 92 und 94 wie vorher bestimmen; die Schätzeinrichtung 196 für die Folge maximaler Wahrscheinlichkeit wird dann so modifiziert, daß sie die beste Folge von Nebengruppen findet, welche erstens im Code ist und zweitens eine laufende digitale Summe (RDS) kongruent mit 0 (modulo 2) hat. Die decodierte Nebengruppen-Folge wird im Block 98 wie vorher zurück in k und k abgebildet, nötigenfalls mit einer Justierung von k-1 im Block 99 (die justierenden Änderungen erfolgen hier um Vielfache von 2).The decoder canFig. 18 used after it has only been modified as described inFig.  27 is shown. For most codes, each of the subsets the signal constellation (subgroups ofΛ' in Λ) Contain points where everyone has the sum of their coordinates is even or odd. So included e.g. B. in the constellationFig. 3 four of the eight Subsets of points whose total coordinates are 0 (modulo 2), and four subsets contain points whose Coordinate sum is 1 (modulo 2). Everyone's metric Subset (subset ofΛ′ IndΛ) can therefore in blocks92 and94 determine as before; the estimator 196 for the maximum probability sequence is then modified to be the best sequence of Subgroups finds which is first in the code and second a running digital sum (RDS) congruent with 0 (modulo 2). The decoded subgroup sequence is in the block98 as before back in k  and k  pictured, if necessary with an adjustment of k -1 in the block99  (The adjusting changes are made here in multiples of 2).

Neben der Verdopplung des Raums der Decoderzustände hat diese Technik jedoch noch einen weiteren Nachteil. Es kann vorkommen, daß sich zwei Folgen um eine Fehlerfolge mit ungeradzahligem Gewicht unterscheiden, gefolgt von einer langen Kette von Nullen (keine Unterschiede). Der Decoder folgt dann über eine sehr lange Zeit parallelen Paaren von Zuständen im Trellis-Gitter des Decoders, ohne die Mehr­ deutigkeit aufzulösen. Dieses "quasi-katastrophale" Verhalten kann am Ende von der die Folge maximaler Wahrscheinlichkeit schätzenden Einrichtung nur unter einer Bereichs­ übertretung aufgelöst werden, wegen der unterschiedlichen RDS-Parität in den beiden Wegen. Somit kann die zur Erzielung des wahren d 2 min -Wertes erforderliche Decodierungs­ verzögerung sehr groß sein.In addition to doubling the space of the decoder states, this technique has another disadvantage. It can happen that two sequences differ by an error sequence with an odd number, followed by a long chain of zeros (no differences). The decoder then follows parallel pairs of states in the trellis grating of the decoder for a very long time without resolving the ambiguity. In the end, this "quasi-catastrophic" behavior can only be resolved by the facility which estimates the consequence of maximum probability under one area violation, because of the different RDS parity in the two paths. Thus, the decoding delay required to achieve the true d 2 min value can be very large.

Aus diesem Grund wird es im allgemeinen vorzuziehen sein, einfach eine Codierer C mit der doppelten Anzahl von Zuständen zu nehmen und einen nicht-erweiterten Decodierer für C zu verwenden. Es gibt z. B. einen zweidimensionalen Ungerboeck-Code mit 16 Zuständen und d 2 min =6; obwohl dieser Code einen etwas größeren Fehlerkoeffizienten als der 8-Zustands-Code mit einem erweiterten 16-Zustands-Decodierer bringen kann, dürfte er in der Praxis vorteilhaft sein.For this reason, it will generally be preferable to simply take an encoder C with twice the number of states and use a non-expanded decoder for C. There are e.g. B. a two-dimensional Ungerboeck code with 16 states and d 2 min = 6; although this code can bring a somewhat larger error coefficient than the 8-state code with an extended 16-state decoder, it should be advantageous in practice.

Es sei erwähnt, daß die aus dem zweidimensionalen 4-Zu­ stands-Code nach Ungerboeck gezogenen PRC-Folgen eben­ falls einen wahren d 2 min -Wert von 6 haben, da bei dem besagten Code d 2 min =4 ist, wobei die einzigen Fehlerfolgen des Gewichts 4 einzelne Koordinatenfehler der Größe 2 sind, die auch nicht durch 1-D teilbar sind. Ein 16-Zustands- Decodierer, der mit RDS modulo 4 Spur hält, kann diesen d 2 min -Wert erzielen. In diesem Fall ist jedoch nicht nur der Code quasi-katastrophal, sondern auch der Fehlerkoeffizient groß, so daß auch hier der gewöhnliche 16-Zustands- 2D-Code nach Ungerboeck vorzuziehen sein dürfte. It should be mentioned that the PRC sequences drawn from the two-dimensional 4-state code according to Ungerboeck also have a true d 2 min value of 6, since in the said code d 2 min = 4, the only error sequences of the weight 4 are individual coordinate errors of size 2, which are also not divisible by 1- D . A 16-state decoder that holds 4 tracks with RDS modulo can achieve this d 2 min value. In this case, not only the code quasi-catastrophic, but also the error coefficient is large, so that the ordinary 16-state seems preferable 2 D code to Ungerboeck here.

Quadratur-SystemeQuadrature systems

Wie bereits oben angedeutet, kann ein System mit komplexer (oder Quadratur-) Partialcharakteristik (QPR-System) als (1+D)-Abtastwertfilter nachgebildet werden, das eine komplexe RDS-Folge x(D) verarbeitet, um eine komplexe PRC-Folge y(D) =(1+D) x(D) zu erzeugen; das heißt y k = x k + x k-1. Ein solches System führt, wenn es in Ver­ bindung mit einer Zweiseitenband-Quadraturamplitudenmodulation über einen Bandpaß-Kanal verwendet wird, zu Nullstellen an beiden Bandenkanten f c ±f N , wobei f c die Trä­ gerfrequenz und f N =1/2T die Breite eines einzelnen Ny­ quistbandes ist.As already indicated above, a system with a complex (or quadrature) partial characteristic (QPR system) can be emulated as a (1+ D) sample filter that processes a complex RDS sequence x (D) to form a complex PRC sequence to generate y (D) = (1+ D) x (D) ; that is y k = x k + x k -1 . Such a system, when used in conjunction with a double sideband quadrature amplitude modulation over a bandpass channel, leads to zeros on both band edges f c ± f N , where f c is the carrier frequency and f N = 1/2 T the width of a single Ny quistband.

Wenn N geradzahlig ist und 4Z N ein Untergitter von Λ′ ist, wie im Falle aller oben erwähnten guten Codes, dann kann man einen bekannten guten Code zur Verwendung in einem QPR-System herrichten, indem man im wesentlichen die gleichen Prinzipien wie oben anwendet. Eine Nebengruppe von 4Z N kann durch N/2 komplexe Nebengruppen-Darsteller c k be­ stimmt werden, wobei die Nebengruppen-Darsteller jeweils einen von 16 möglichen Werten annehmen, entsprechend jeweils vier ganzzahlig-beabstandeten Werten (modulo 4) für den Realteil und für den Imaginärteil von c k . Es gilt dann das allgemeine Bild der Fig. 8, nur daß der Nebengruppen- Wähler 58 und der den bereichsidentifizierenden Parameter auswählende Wähler 64 dann N/2 komplexe Nebengruppen-Darsteller c k und bereichsidentifizierende Parameter a k aus­ wählen und der Signalpunkt-Wähler einmal pro Quadratursignal wirkt und komplexe Signale x k ausgibt. Die Neben­ gruppen-Vorcodierung erfolgt wie im Falle der Fig. 9 durch Bildung der komplexen vorcodierten Nebengruppe c k c k - c k-1 (modulo 4) einmal pro Quadratursymbol. Eine RDS- Rückkopplung geschieht wie im Falle der Fig. 11, 12 und 13 durch Verwendung einer Funktion R (a k ), die einen Bereich des komplexen Raums der Fläche 16 identifiziert, welcher exakt ein Element aus jeder beliebigen Nebengruppe von 4Z 2 enthält, und unter Verwendung einer kom­ plexen Verschiebungsvariablen R (x k-1), die im Idealfall gleich β x k-1 ist. In den Fällen, wo 2Z 2 oder 2RZ 2 ein Untergitter von Λ′ ist, läßt sich die Vorcodierung mit modulo 2 bzw. mit modulo 2+2i durchführen, und R (a k ) kann einen Bereich der Fläche 4 oder 8 identifizieren, welcher exakt ein Element von jeder beliebigen Nebengruppe von 2Z 2 bzw. 2RZ 2 enthält.If N is an even number and 4 Z N is a sublattice of Λ ′, as in the case of all the good codes mentioned above, then a known good code can be made up for use in a QPR system by applying essentially the same principles as above . A subgroup of 4 Z N can be determined by N / 2 complex subgroup performers c k be, the subgroup performers each taking one of 16 possible values, corresponding to four integer-spaced values (modulo 4) for the real part and for the imaginary part of c k . The general picture of FIG. 8 then applies, except that the subgroup selector 58 and the selector 64 selecting the area-identifying parameter then select N / 2 complex subgroup performers c k and area-identifying parameters a k and the signal point selector once per Quadrature signal acts and outputs complex signals x k . The subgroup precoding is carried out, as in the case of FIG. 9, by forming the complex precoded subgroup c ' k c k - c ' k -1 (modulo 4) once per quadrature symbol. An RDS feedback occurs as in the case of FIGS . 11, 12 and 13 by using a function R (a k ) which identifies an area of the complex space of area 16 which contains exactly one element from any subgroup of 4 Z 2 , and using a complex displacement variable R ( x k -1 ), which ideally equals β x k -1 . In cases where 2 Z 2 or 2 RZ 2 is a sublattice of Λ ', the precoding can be carried out with modulo 2 or with modulo 2 + 2 i , and R ( a k ) can cover an area of area 4 or 8 identify which contains exactly one element from any subgroup of 2 Z 2 or 2 RZ 2 .

Höherdimensionale SystemeHigh-dimensional systems

Bisher wurden Ausführungsformen behandelt, in denen die Koordinaten N-dimensionaler Symbole Signal für Signal (ein- oder zweidimensional) gebildet werden und wobei die Rückkopplung des jeweils vorhergehenden RDS-Wertes (laufende digitale Summe) x k-1 Signal für Signal erfolgt. Vergleichbare Leistungsfähigkeit läßt sich mit Systemen erzielen, die Signale auf höherdimensionaler Basis auswählen. In solchen Systemen müssen die vorcodierten Neben­ gruppen-Darsteller wie in Fig. 9 gruppiert werden, und zwar so, daß sie Untermengen in der passenden Dimension auswählen, dann müssen Signalpunkte in dieser Dimension ausgewählt werden, und anschließend müssen die Koordinaten wieder in Serienform gebracht werden, um sie über den Kanal zu übertragen. Wenn die Reihenfolge der Nebengruppen aufrechterhalten wird, dann behält ein solches System die Eigenschaft, daß die PRC-Folgen aus dem gegebenen Code kommen und den spezifizierten d 2 min -Wert haben. In einem solchen System kann es natürlicher sein, die (RDS-)Rückkopplung auf einer höherdimensionalen Basis vorzunehmen, anstatt einzeln Signal für Signal.Embodiments have previously been dealt with in which the coordinates N -dimensional symbols are formed signal by signal (one- or two-dimensional) and the previous RDS value (running digital sum) x k -1 signal by signal is fed back. Comparable performance can be achieved with systems that select signals on a higher dimensional basis. In such systems, the pre-encoded subgroup cast members must be grouped as in Fig. 9 so that they select subsets in the appropriate dimension, then signal points must be selected in that dimension, and then the coordinates must be brought back into series form to broadcast it over the channel. If the order of the subgroups is maintained, such a system retains the property that the PRC sequences come from the given code and have the specified d 2 min value. In such a system, it may be more natural to do the (RDS) feedback on a higher dimensional basis, rather than individually, signal by signal.

N-dimensionale Codes N- dimensional codes

Obwohl die Darstellung von Codes in eindimensionaler Form zweckmäßig ist, muß eine solche Darstellung nicht sein. Although the representation of codes in one-dimensional form Such a representation does not have to be expedient.  

Im nun folgenden Abschnitt soll gezeigt werden, wie Codes direkt in N-Dimensionen erzeugt werden können. In bestimmten Formen ist der N-dimensionale Code völlig äquivalent seinem eindimensionalen Gegenstück. In anderen Formen lassen sich vereinfachte Ausführungen erzielen.The following section is intended to show how codes can be generated directly in N dimensions. In certain forms, the N -dimensional code is completely equivalent to its one-dimensional counterpart. Simplified designs can be achieved in other forms.

Auch hier sei zur Veranschaulichung der zweidimensionale 8-Zustands-Code nach Ungerboeck wie im Falle der Fig. 2 verwendet, und zwar mit der zweidimensionalen 128-Punkte- Konstellation gemäß der Fig. 3. Es sei daran erinnert, daß in dieser Konstellation jede Koordinate Werte aus dem Alphabet der zwölf Halbwerte ganzer Zahlen im Bereich von -6 bis 6 annimmt; die zweidimensionale Konstellation benutzt 128 der 144 möglichen Paar-Kombinationen von Elementen dieses Alphabets.Here too, the two-dimensional 8-state code according to Ungerboeck as in the case of FIG. 2 is used for illustration purposes, namely with the two-dimensional 128-point constellation according to FIG. 3. It should be remembered that in this constellation each coordinate Takes values from the alphabet of the twelve half values of integers in the range from -6 to 6; the two-dimensional constellation uses 128 of the 144 possible pair combinations of elements of this alphabet.

Als erster Schritt sei die Signalkonstellation auf eine unendliche Anzahl von Werten erweitert, und zwar wie folgt. Die erweiterte Konstellation soll alle Paare von Zahlen enthalten, die kongruent mit irgendeinem Punkt in der ursprünglichen (Fig. 3) Konstellation modulo 12 sind. Somit bestehen die Punkte in der erweiterten Konstellation aus Paaren von Halbwerten ganzer Zahlen. Betrachtet man die ursprüngliche Konstellation als eine Zelle, die durch ein 12-mal-12-Quadrat 98 umgrenzt ist, dann besteht die erweiterte Konstellation aus der unendlichen Wiederholung dieser Zelle durch den gesamten zweidimensionalen Raum, wie es schematisch in Fig. 28 angedeutet ist. Es sei angemerkt, daß jede Zelle nur 128 der 144 möglichen Punkte enthält, es gibt 4-mal-4-"Löcher" 99 in der erweiterten Konstellation.As a first step, the signal constellation is expanded to an infinite number of values, as follows. The expanded constellation is intended to include all pairs of numbers that are congruent with any point in the original ( Fig. 3) constellation modulo 12. Thus, the points in the expanded constellation consist of pairs of half-values of whole numbers. If one considers the original constellation as a cell that is delimited by a 12 by 12 square 98 , then the expanded constellation consists of the infinite repetition of this cell through the entire two-dimensional space, as is indicated schematically in FIG. 28. It should be noted that each cell contains only 128 of the 144 possible points, there are 4 by 4 "holes" 99 in the expanded constellation.

Die Schlüsseleigenschaft dieser erweiterten Konstellation 101 ist folgende: wenn man ein 12-mal-12-Quadrat irgendwo in der Ebene aufbringt (wobei die Seiten des Quadrats horizontal und vertikal orientiert seien), dann umschließt dieses Quadrat exakt 128 Punkte, wobei jeder der Punkte der ursprünglichen Konstellation kongruent mit einem der Punkte im Quadrat ist. Es gilt eine noch allgemeinere Feststellung: wenn man einen Rhombus 102 mit der horizontalen Breite 12 und der vertikalen Höhe 12 (vgl. Fig. 29) irgendwo in der Ebene aufbringt, umschließt auch er 128 Punkte, wobei jeder Punkt der ursprünglichen Konstellation kongruent mit einem dieser Punkte ist.The key property of this expanded constellation 101 is as follows: if you place a 12 by 12 square anywhere in the plane (with the sides of the square oriented horizontally and vertically), this square encloses exactly 128 points, each of the points being the original constellation is congruent with one of the points in the square. An even more general statement applies: if one places a rhombus 102 with the horizontal width 12 and the vertical height 12 (see FIG. 29) somewhere in the plane, it also encloses 128 points, each point of the original constellation being congruent with one this point is.

Gemäß der Fig. 30 erfolgt nun eine RDS-Rückkopplung auf zweidimensionaler Basis, wie folgt. Die Größe x k-1 soll die laufende digitale Summe (RDS) aller derjenigen y k darstellen, die vor dem augenblicklichen (zweidimensionalen) Symbol erschienen sind. Die Größe R (x k-1) soll nun einen Bereich der Ebene bezeichnen, der einem 12-mal-12-Rhombus wie in Fig. 29 entspricht, wobei sowohl die Form als auch der Ort des Rhombus irgendmöglich von x k-1 abhängt. (y 0,k , y 0,k+1) sollen denjenigen Punkt in der ur­ sprünglichen Konstellation bezeichnen, der durch die drei codierten Bits und die vier uncodierten Bits gemäß dem uneingeschränkten Code (Fig. 2) gewählt würde (in den Wählern 104, 105). Dann wird (im Wähler 106) mit (y k , y k+1) der einzige Punkt in der zweidimensionalen erweiterten Konstellation gewählt, der innerhalb des Bereichs R (x k-1) liegt und kongruent mit (y 0,k , y 0,k+1) (modulo 12) ist; dies sind die beiden Koordinaten (y k ). Man kann (x k , x k+1) aus x k =y k +x k-1, x k+1=y k+1+x k erhalten, wie ge­ zeigt.According to the Fig. 30 will now be given an RDS feedback on two-dimensional basis, as follows. The variable x k -1 is to represent the running digital sum (RDS) of all those y k that appeared before the current (two-dimensional) symbol. The size R (x k -1 ) is now to denote a region of the plane which corresponds to a 12 by 12 rhombus as in FIG. 29, both the shape and the location of the rhombus being dependent on x k -1 as far as possible . (y 0, k , y 0, k +1 ) shall denote the point in the original constellation that would be selected by the three coded bits and the four uncoded bits according to the unrestricted code ( FIG. 2) (in the voters 104 , 105 ). Then (in the selector 106 ) with (y k , y k +1 ) the only point in the two-dimensional extended constellation is selected which lies within the range R (x k -1 ) and is congruent with (y 0, k , y 0 , k +1 ) (modulo 12); these are the two coordinates (y k ) . One can get (x k , x k +1 ) from x k = y k + x k -1 , x k +1 = y k +1 + x k , as shown.

Es läßt sich nun zeigen, daß das zweidimensionale System die gleichen Ausgangsgrößen erzeugen kann wie das weiter oben beschriebene eindimensionale System mit RDS-Rück­ kopplung (modulo 12), und zwar mit der optimalen eindimensionalen RDS-Rückkopplungsvariablen R (x k-1)=b x k-1. Gemäß der Fig. 31 wird in einer Dimension, bei gegebenem x k-1 für y k der einzige Wert im Bereich R₀+β x k-1-x k-1 gewählt, der kongruent ist mit s k (modulo 2), wobei nun zu erkennen sei, daß s k kongruent mit y 0,k . Somit kann an­ genommen werden, daß eine Koordinate des im zweidimensionalen System verwendeten Rhombus im selben Bereich der Breite 12 liegt. Bei gegebenem x k-1 und y k und daher auch mit x k =y k +x k-1 wird für y k+1 der einzige Wert im Be­ reich
R₀ - (1-β ) x k = R₀ - (1-β ) y k - (1-β ) x k-1
gewählt, der kongruent ist mit s k+1=y 0,k+1 (modulo 12). Somit liegt y k+1 im Bereich R₀-(1-β ) x k-1 (genauso wie y k ), verschoben um -(1-β ) y k .
It can now be shown that the two-dimensional system can produce the same output variables as the one-dimensional system with RDS feedback (modulo 12) described above, namely with the optimal one-dimensional RDS feedback variable R (x k -1 ) = b x k -1 . According to FIG. 31, in one dimension, given x k -1, the only value in the range R ₀ + β x k -1 - x k -1 is chosen for y k , which is congruent with s k (modulo 2), now it can be seen that s k is congruent with y 0, k . It can thus be assumed that a coordinate of the rhombus used in the two-dimensional system lies in the same region of the width 12. Given x k -1 and y k and therefore also with x k = y k + x k -1 , the only value in the range becomes y k +1
R ₀ - (1- β ) x k = R ₀ - (1- β ) y k - (1- β ) x k -1
chosen, the congruent is s k +1 = y 0, k +1 (modulo 12). Thus y k +1 lies in the range R ₀- (1- β ) x k -1 (just like y k ) , shifted by - (1- β ) y k .

Somit kann man durch passende Wahl des Rhombus mit einem zweidimensionalen System das gleiche Leistungsvermögen erzielen wie mit einem eindimensionalen (modulo 2) RDS- rückgekoppelten System. Man hat somit dieselben Vorteile, nämlich die Vermeidung von Fehlerfortpflanzung und die nahezu optimale Kompromißmöglichkeit zwischen S x , S y und S₀; man hat auch die gleichen Nachteile, nämlich die Erhöhung von S₀ auf 12 gegenüber dem ansonsten möglichen Wert von 10,25.With the right choice of rhombus, you can achieve the same performance with a two-dimensional system as with a one-dimensional (modulo 2) RDS feedback system. One thus has the same advantages, namely the avoidance of error propagation and the almost optimal compromise between S x , S y and S ₀; one also has the same disadvantages, namely the increase of S ₀ to 12 compared to the otherwise possible value of 10.25.

Man kann andere zweidimensionale RDS-Rückkopplungsvariable (Bereiche) wählen, um die Realisierung weiter zu vereinfachen und andere Vorteile zu erzielen, allerdings auf Kosten nicht-optimaler Leistungskompromisse. So erhält man z. B. ein System, das nahezu identisch mit dem weiter oben beschriebenen vereinfachten eindimensionalen System ist, wenn man für R (x k-1) im Falle positiven Wertes von x k-1 das Quadrat 120 mit der Seitenlänge 12 und seinem Zentrum bei (-2, -2) nimmt, und im Falle negativen Wertes von x k-1 das Quadrat 122 mit seinem Zentrum bei (+2, +2). Wie schematisch in Fig. 32 veranschaulicht, wird also jeweils eine der beiden Konstellationen 124 und 126 be­ nutzt.Other two-dimensional RDS feedback variables (ranges) can be chosen to further simplify implementation and achieve other benefits, but at the cost of non-optimal performance compromises. So you get z. B. a system that is almost identical to the simplified one-dimensional system described above, if for R (x k -1 ) in the case of a positive value of x k -1 the square 120 with the side length 12 and its center at (- 2, -2) and, in the case of a negative value of x k -1, the square 122 with its center at (+2, +2). As schematically illustrated in FIG. 32, one of the two constellations 124 and 126 is used in each case.

Wie beim zuvor beschriebenen eindimensionalen System werden innere Punkte immer aus derselben Menge gewählt, ohne Rücksicht auf x k-1, jedoch werden äußere Punkte variierend gewählt, so daß y k in einer positiven oder einer negativen Richtung "ausgelenkt" wird. Die Bereiche von y k sind streng begrenzt von -7½ bis 7½. Faktisch ist dieses System identisch mit dem weiter oben beschriebenen vereinfachten System, nur daß y k+1 auf der Basis von x k-1 gewählt wird, anstatt auf der Basis x k . In der Praxis sind alle Maße hinsichtlich des Leistungsvermögens und des Spektrums sehr ähnlich.As with the one-dimensional system described above, inner points are always chosen from the same set, regardless of x k -1 , but outer points are chosen to vary, so that y k is "deflected" in a positive or a negative direction. The ranges of y k are strictly limited from -7½ to 7½. In fact, this system is identical to the simplified system described above, except that y k +1 is chosen based on x k -1 instead of x k . In practice, all measures in terms of performance and spectrum are very similar.

Eine andere Variante führt zu einem System, das verwandt mit Systemen des CLM-Typs ist (Systemtyp nach Calderbank, Lee und Mazo). Ein CLM-System verwendet eine erweiterte Signalkonstellation mit einer doppelt so hohen Anzahl von Signalpunkten wie gewöhnlich und einer Unterteilung in zwei disjunkte Konstellationen, von denen die eine benutzt wird, wenn x k-1 positiv ist, und die andere, wenn x k-1 negativ ist. Die Fig. 33 zeigt als Beispiel eine Konstellation in einem 16-mal-16-Quadrat, die in zwei disjunkte Konstellationen 110 und 112 mit jeweils 128 Punkten unterteilt ist, derart, daß sich jede dieser Konstellationen gleichmäßig in acht Untermengen zu jeweils 16 Punkten aufteilt. Eine Konstellation besteht aus Punkten, für welche die Summe ihrer Koordinaten positiv oder gleich Null ist, und wird verwendet, wenn x k-1 negativ ist; die andere besteht aus Punkten, für welche die Koordinatensummen negativ oder gleich Null sind, und wird verwendet, wenn x k-1 positiv ist. In zwei Dimensionen führt die Verdopplung der Konstellationsgröße zur Verdopplung von S y , so daß nicht ein günstiger Leistungskompromiß erzielt wird; bei höheren Dimensionen jedoch ist der Nachteil, der sich durch Verwendung der beiden disjunkten Konstellationen ergibt, weniger groß.Another variant leads to a system that is related to systems of the CLM type (system type according to Calderbank, Lee and Mazo). A CLM system uses an extended signal constellation with twice the number of signal points as usual and a division into two disjoint constellations, one of which is used when x k -1 is positive and the other when x k -1 is negative. Fig. 33 shows an example of a constellation in a 16 by 16 square, which is divided into two disjoint constellations 110 and 112 with 128 points each, such that each of these constellations is divided equally into eight subsets of 16 points each . A constellation consists of points for which the sum of their coordinates is positive or zero, and is used when x k -1 is negative; the other consists of points for which the coordinate sums are negative or zero, and is used when x k -1 is positive. In two dimensions, the doubling of the constellation size leads to the doubling of S y , so that a favorable compromise in performance is not achieved; with higher dimensions, however, the disadvantage that results from using the two disjoint constellations is less great.

Die vorstehenden Überlegungen lassen sich wie folgt auf N Dimensionen verallgemeinern. Wenn der Code wie im Falle der Fig. 8 eindimensional formuliert ist, unter Verwendung des modulos M, dann umgibt ein N-dimensionaler Kubus der Seitenlänge M die N-dimensionale Konstellation vollständig, und die resultierende Zelle kann vervielfältigt werden, um den N-dimensionalen Raum auszufüllen, ohne das Quadrat der Mindestdistanz zwischen Codefolgen, die kongruent mit den ursprünglichen Codefolgen modulo M sind, aufs Spiel zu setzen. Man kann dann eine N-dimensionale RDS-Rückkopplungsfunktion R (x k-1) verwenden, wo für alle x k-1 der Bereich R (x k-1) ein Bereich des N-dimensionalen Raums mit dem Volumen M N ist, der exakt einen Punkt in jeder Äquivalenzklasse N-dimensionaler Vektoren modulo M enthält, in einem N-dimensionalen Analogen der Fig. 30.The above considerations can be generalized to N dimensions as follows. If the code is formulated one-dimensionally, as in the case of FIG. 8, using the modulos M , then an N -dimensional cube with the side length M completely surrounds the N -dimensional constellation, and the resulting cell can be multiplied by the N -dimensional Fill in space without jeopardizing the square of the minimum distance between code sequences that are congruent with the original modulo M code sequences. One can then use an N -dimensional RDS feedback function R (x k -1 ), where for all x k -1 the area R (x k -1 ) is an area of the N -dimensional space with the volume M N that contains exactly one point in each equivalence class N -dimensional vectors modulo M , in an N -dimensional analogue of FIG. 30.

Weitere Ausführungsformen liegen ebenfalls im Bereich der Patentansprüche.Further embodiments are also in the range of Claims.

Claims (35)

1. Anordnung zur Erzeugung einer Folge digitaler Signale x k und/oder einer Folge digitaler Signale y k , mit k = 1, 2, . . ., so daß zwischen den x k -Signalen und den y k -Signalen die Beziehung y k =x k ±x k-L gilt, mit L einer ganzen Zahl, wobei die Signale y k eine Folge in einem gegebenen Modulationscode ist, gekennzeichnet durch einen Codierer zum Auswählen von J Signalen aus den Signalen y k , wobei J 1 ist und (y k , y k-1, . . . y k+J-1) kongruent mit einer Folge von J Nebengruppen-Darstellern c k (modulo M) ist und M eine ganze Zahl ist und die besagten Nebengruppen-Darsteller entsprechend dem gegebenen Modulationscode spezifiziert sind und wobei die J Symbole aus einer Konstellation einer Vielzahl von J-dimensionalen Konstellationen ausgewählt werden und wobei diese Wahl auf der Basis eines vorhergehenden x k ′ erfolgt, mit k′ < k, und wobei mindestens eine der besagten Konstellationen einen Punkt mit einer positiven Summe seiner Koordinaten und einen weiteren Punkt mit einer negativen Summe seiner Koordinaten enthält und wobei der Codierer so angeordnet ist, daß die Signale x k endliche Varianz S x haben.1. Arrangement for generating a sequence of digital signals x k and / or a sequence of digital signals y k , with k = 1, 2,. . ., so that between the x k signals and the y k signals the relationship y k = x k ± x k - L applies, with L an integer, the signals y k being a sequence in a given modulation code by an encoder for selecting J signals from the signals y k , where J is 1 and (y k , y k -1 , ... y k + J -1 ) congruent with a sequence of J subgroup performers c k ( modulo M) and M is an integer and said subgroup actors are specified according to the given modulation code, and the J symbols are selected from a constellation of a plurality of J -dimensional constellations, and this choice is based on a previous x k 'Takes place, with k '< k , and wherein at least one of said constellations contains a point with a positive sum of its coordinates and another point with a negative sum of its coordinates, and wherein the encoder is arranged so that the signals x k end have variance S x . 2. Anordnung zur Erzeugung einer Folge digitaler Signale x k und/oder einer Folge digitaler Signale y k , mit k=1, 2, . . ., so daß zwischen den x k -Signalen und den y k -Signalen die Beziehung y k =x k ±x k-L besteht, wobei L eine ganze Zahl ist und die Signale y k eine Folge in einem gegebenen Modulationscode ist, gekennzeichnet durch einen Codierer zum Auswählen der Signale x k derart, daß sie kongruent mit einer Folge alternativer Nebengruppen-Darsteller c k (modulo M) sind, wobei: c k = c k - c k-L
(modulo M), im Falle daß y k = x k + x k-L
c k = c k + c k-L
(modulo M), im Falle daß y k = x k - x k-L c k ein Nebengruppen-Darsteller ist, der entsprechend dem Modulationscode spezifiziert ist.
2. Arrangement for generating a sequence of digital signals x k and / or a sequence of digital signals y k , with k = 1, 2,. . ., so that the relationship y k = x k ± x k - L exists between the x k signals and the y k signals, where L is an integer and the signals y k is a sequence in a given modulation code by an encoder for selecting the signals x k such that they are congruent with a sequence of alternative subgroup actors c k (modulo M) , where: c k = c k - c kL
(modulo M) , if y k = x k + x k - L
c k = c k + c kL
(modulo M) , in the case that y k = x k - x k - L c k is a subgroup actor, which is specified according to the modulation code.
3. Anordnung zur Erzeugung einer Folge digitaler Signale x k und/oder einer Folge digitaler Signale y k , wobei k=1, 2, . . . ist und wobei n Bits pro Signal darstellbar sind, derart, daß zwischen x k und y k die Beziehung y k =x k ±x k-L besteht, wobei L eine ganze Zahl ist und die Signale x k und y k eine Varianz S x bzw. S y haben und wobei die Signale y k in ein Alphabet möglicher y k -Signale fallen, die innerhalb des Alphabets gleichmäßig um einen Abstand Δ beanstandet sind, gekennzeichnet durch einen Codierer, der bewirkt, daß die Folge y k eine Varianz S y von weniger als 2S O hat und die Folge x k eine Varianz S x hat, die nicht viel größer als S ² y /4 (S y -S₀), wobei S₀ ungefähr die Sig­ nalleistung ist, die mindestens benötigt wird, um n Bits pro Signal mit einem Alphabet darzustellen, das die Abstände Δ hat. 3. Arrangement for generating a sequence of digital signals x k and / or a sequence of digital signals y k , where k = 1, 2,. . . and where n bits can be represented per signal, such that the relationship y k = x k ± x k - L exists between x k and y k , where L is an integer and the signals x k and y k are a variance S x or S y and where the signals y k fall into an alphabet of possible y k signals which are evenly spaced within the alphabet by a distance Δ , characterized by an encoder which causes the sequence y k to have a variance S y has less than 2 S O and the sequence x k has a variance S x that is not much larger than S ² y / 4 (S y - S ₀), where S ₀ is approximately the minimum signal power required to represent n bits per signal with an alphabet that has the distances Δ . 4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Folge y k eine Folge in einem gegebenen Modulationscode ist.4. Arrangement according to claim 3, characterized in that the sequence y k is a sequence in a given modulation code. 5. Anordnung zur Erzeugung einer Folge digitaler Signale x k und/oder einer Folge digitaler Signale y k , wobei k=1, 2, . . . ist, so daß zwischen den Signalen x k und den Signalen y k die Beziehung y k =x k ±x k-L besteht, wobei L eine ganze Zahl ist und die Folgen der Signale x k und y k Varianzen von S x und S y haben, und wobei Symbole y k eine Folge in einem gegebenen Modulationscode sind, gekennzeichnet durch einen Codierer, der bewirkt, daß die Signale x k und y k beliebig wählbare Varianzen S x und S y innerhalb vorbestimmter Bereiche haben.5. Arrangement for generating a sequence of digital signals x k and / or a sequence of digital signals y k , where k = 1, 2,. . . is such that the relationship y k = x k ± x k - L exists between the signals x k and the signals y k , where L is an integer and the sequences of the signals x k and y k are variances of S x and S y , and wherein symbols y k are a sequence in a given modulation code, characterized by an encoder which causes the signals x k and y k to have arbitrarily selectable variances S x and S y within predetermined ranges. 6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalfolgen n Bits pro Signal darstellen können und daß die Signale y k in ein Alphabet möglicher y k -Signale fallen, die gleichmäßig um ein Maß Δ beabstandet sind und daß Bereiche durch einen Parameter β gesteuert werden und daß S x ungefähr gleich S₀/(1-β 2) ist und S y ungefähr gleich 2S₀/(1+b ) ist, wobei S₀ ungefähr die Signalleistung ist, die mindestens benötigt wird, um n Bits pro Symbol in einem Alphabet, das die Abstände Δ hat, gemäß dem besagten Code darzustellen.6. Arrangement according to claim 5, characterized in that the signal sequences can represent n bits per signal and that the signals y k fall in an alphabet of possible y k signals which are evenly spaced by a dimension Δ and that areas by a parameter β are controlled and that S x is approximately equal to S ₀ / (1- β 2 ) and S y is approximately equal to 2 S ₀ / (1+ b ) , where S ₀ is approximately the signal power that is required at least by n bits per symbol in an alphabet that has the spacing Δ , according to the said code. 7. Anordnung zur Erzeugung einer Folge von Signalen in einem gegebenen N-dimensionalen Modulationscode durch Erzeugung einer Folge eindimensionaler Signale, wobei der Modulationscode auf einer N-dimensionalen Konstellation beruht, die in Untermengen aufgeteilt ist, welche dem Code zugeordnet sind und deren jede N-dimensionale Signalpunkte enthält, wobei die Wahl der Untermenge auf der Basis codierter Bits und uncodierter Bits der Signalpunkte erfolgt, gekennzeichnet durch einen Codierer, der für jedes N-dimensionale Symbol aus den codierten und uncodierten Bits eine Menge von N M-wertigen eindimensionalen Nebengruppen-Darstellern c k entsprechend Kongruenzklassen einer jeden der N Koordinaten (modulo M) ableitet, wobei jeder Nebengruppen-Darsteller eine Untermenge eindimensionaler Werte in einer eindimensionalen Konstellation möglicher Koordinatenwerte für jede der N Dimensionen bezeichnet, wobei jedes der besagten eindimensionalen Signale in der Folge aus den möglichen Koordinationswerten auf der Basis uncodierter Bits ausgewählt wird.7. Arrangement for generating a sequence of signals in a given N-dimensional modulation code by generating a sequence of one-dimensional signals, the modulation code being based on an N -dimensional constellation which is divided into subsets which are assigned to the code and each of which is N - contains dimensional signal points, the subset being selected on the basis of coded bits and uncoded bits of the signal points, characterized by an encoder which, for each N -dimensional symbol, contains a set of N M -value one-dimensional subgroup actors from the coded and uncoded bits c k is derived according to congruence classes of each of the N coordinates (modulo M) , each subgroup actor denoting a subset of one-dimensional values in a one-dimensional constellation of possible coordinate values for each of the N dimensions, each of said one-dimensional signals in the sequence from the possible coordination ns values is selected on the basis of uncoded bits. 8. Anordnung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 5, gekennzeichnet durch einen Ausgang, wo die Folge y k ausgegeben wird.8. Arrangement according to claim 1, 2, 3 or 5, characterized by an output where the sequence y k is output. 9. Anordnung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 5, gekennzeichnet durch einen Ausgang, wo die Folge x k ausgegeben wird.9. Arrangement according to claim 1, 2, 3 or 5, characterized by an output where the sequence x k is output. 10. Anordnung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet daß L=1 ist.10. The arrangement according to claim 1, 2, 3 or 5, characterized in that L = 1. 11. Anordnung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet daß die Beziehung zwischen den Signalen x k und den Signalen y k beschrieben ist durch y k =x k -x k-L ′ wobei L eine ganze Zahl ist.11. The arrangement according to claim 1, 2, 3 or 5, characterized in that the relationship between the signals x k and the signals y k is described by y k = x k - x k - L 'where L is an integer. 12. Anordnung nach Anspruch 1, 2, 3, 5 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Modulationscode ein Trellis-Code ist.12. The arrangement according to claim 1, 2, 3, 5 or 7, characterized in that the modulation code is a trellis code is. 13. Anordnung nach Anspruch 1, 2, 3, 5 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Modulationscode ein Lattice-Code ist.13. Arrangement according to claim 1, 2, 3, 5 or 7, characterized in that the modulation code is a lattice code is. 14. Anordnung nach Anspruch 1, 2, 3, 5 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß M gleich 2 ist.14. Arrangement according to claim 1, 2, 3, 5 or 7, characterized in that M is 2. 15. Anordnung nach Anspruch 1, 2, 3, 5 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß M gleich 4 ist.15. The arrangement according to claim 1, 2, 3, 5 or 7, characterized in that M is 4. 16. Anordnung nach Anspruch 1, 2, 3, 5 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß M ein Vielfaches von 4 ist.16. The arrangement according to claim 1, 2, 3, 5 or 7, characterized in that M is a multiple of 4. 17. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß J gleich 1 ist.17. The arrangement according to claim 1, characterized in that J is equal to 1. 18. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß J eine Zahl ist, die gleich der Anzahl N von Dimensionen im Modulationscode ist.18. The arrangement according to claim 1, characterized in that J is a number which is equal to the number N of dimensions in the modulation code. 19. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß k′ gleich k-1 ist.19. The arrangement according to claim 1, characterized in that k 'is equal to k -1. 20. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß J gleich 1 ist und daß jede Konstellationen ein eindimensionaler Bereich von Werten mit dem zentalen Wert β x k-1 ist, mit 0β<1.20. The arrangement according to claim 1, characterized in that J is 1 and that each constellation is a one-dimensional range of values with the central value β x k -1 , with 0 β <1. 21. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß β <0.21. The arrangement according to claim 2, characterized in that β <0. 22. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine endliche Menge der J-dimensionalen Konstellationen vorgesehen ist.22. The arrangement according to claim 1, characterized in that a finite set of the J -dimensional constellations is provided. 23. Anordnung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß zwei J-dimensionale Konstellationen vorgesehen sind.23. The arrangement according to claim 22, characterized in that two J -dimensional constellations are provided. 24. Anordnung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß y k und x k reelle Werte haben.24. The arrangement according to claim 1, 2, 3 or 5, characterized in that y k and x k have real values. 25. Anordnung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß y k und x k komplexe Werte haben.25. Arrangement according to claim 1, 2, 3 or 5, characterized in that y k and x k have complex values. 26. Anordnung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß M gleich 2+2i ist. 26. The arrangement according to claim 25, characterized in that M is 2 + 2 i . 27. Anordnung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei der J-dimensionalen Konstellationen nicht-disjunkt sind.27. The arrangement according to claim 1, 2, 3 or 5, characterized in that at least two of the J -dimensional constellations are non-disjoint. 28. Anordnung zur Decodierung einer Folge z k =y k +n k , mit k=1, 2, . . ., in eine decodierte Folge von Signalen y k , die derart beschaffen ist, daß
  • a) die Folge aus einem gegebenen Modulationscode ist;
  • b) die laufende digitale Summe x k =y k-1+y k-2+ . . . eine endliche Varianz S x hat;
  • c) die Signale y k in einen vorbestimmten zulässigen Bereich fallen, der von x k , abhängt, mit k′<k,
28. Arrangement for decoding a sequence z k = y k + n k , with k = 1, 2,. . ., into a decoded sequence of signals y k , which is such that
  • a) is the result of a given modulation code;
  • b) the running digital sum x k = y k -1 + y k -2 +. . . has a finite variance S x ;
  • c) the signals y k fall within a predetermined permissible range which depends on x k , with k ′ < k ,
und wobei die Folge n k Rauschen darstellt, gekennzeichnet durch eine Bereichsübertretungs-Kontrolleinrichtung, welche die geschätzte laufende digitale Summe k = k + k-1+ . . . rekonstruiert und welche die decodierte Folge k mit dem vorbestimmten zulässigen Bereich auf der Basis der geschätzten laufenden digitalen Summe k ′ vergleicht, wobei k′<k ist, und welche eine Anzeige liefert, wenn k außerhalb des zulässigen Bereichs liegt.and being the resultn k  Represents noise by an area violation control device, which is the estimated current digital total k = k + k -1+. . . reconstructed and which the decoded sequence k  with the predetermined allowable Area based on the estimated current digital sum k 'Compares withk′ <k is and which provides an ad when k  outside of permissible range. 29. Decodierer nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die geschätzte laufende digitale Summe k auf der Grundlage der Anzeige so justiert wird, daß k in den zulässigen Bereich fällt.29. Decoder according to claim 28, characterized in that the estimated running digital sum k  on the Adjust the basis of the display so that k  in the permissible range falls. 30. Decodierer nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Justierung um das Mindestmaß erfolgt, das erforderlich ist, um k in den zulässigen Bereich zu bringen.30. Decoder according to claim 29, characterized in that that the adjustment is made to the minimum necessary is over k  in the permissible range bring. 31. Decodierer zur Decodierung einer Folge x k =y k +n k , mit k=1, 2, . . ., wobei die Folge der Signale y k derart beschaffen ist,
  • a) daß die Folge aus einem gegebenen Modulationscode ist, der sich durch einen Codierer mit einer endlichen Anzahl Q von Zuständen erzeugen läßt;
  • b) daß y k =x k ±x k-L , wobei L eine ganze Zahl ist und wobei die Folge x k eine endliche Varianz S x hat,
31. Decoder for decoding a sequence x k = y k + n k , with k = 1, 2,. . ., the sequence of the signals y k being such
  • a) that the sequence is from a given modulation code that can be generated by an encoder with a finite number Q of states;
  • b) that y k = x k ± x k - L , where L is an integer and where the sequence x k has a finite variance S x ,
und wobei die Folge n k Rauschen darstellt, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Schätzen der Folge maximaler Wahrscheinlichkeit in modifizierter Form um bis zu einer bestimmten Zeit K eine Anzahl MQ teilcodierter Folgen zu finden, und zwar jeweils einer für jede Kombination einer endlichen Anzahl Q von Zuständen und für jeden einer endlichen Anzahl M ganzzahlig beabstandeter Werte modulo M, so daß jede der besagten Folgen
  • a) bis zur besagten Zeit K im Code ist,
  • b) dem Fall entspricht, daß der Codierer zur Zeit K in einem gegebenen Zustand ist,
  • c) dem Fall entspricht, daß x k zur Zeit K einen Wert hat, der kongruent mit einem gegebenen Exemplar der besagten Werte modulo M ist.
and wherein representing the sequence n k noise, characterized by means for estimating the maximum likelihood sequence in modified form to find up to a certain time K a number MQ partially encoded sequences, respectively of a Q for each combination of a finite number of states and modulo M for each of a finite number M of integer spaced values such that each of said sequences
  • a) up to the said time K is in the code,
  • b) corresponds to the case that the encoder is in a given state at time K ,
  • c) corresponds to the case that x k at time K has a value that is congruent with a given example of the said values modulo M.
32. Decodierer nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß M gleich 2 ist.32. Decoder according to claim 31, characterized in that M is 2. 33. Decodierer nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß M gleich 4 ist.33. Decoder according to claim 31, characterized in that M is 4.
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