PT1330887E - Processo e dispositivo para proporcionar uma optima protecção de bits contra erros de transmissão - Google Patents

Description

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DESCRIÇÃO "PROCESSO E DISPOSITIVO PARA PROPORCIONAR UMA ÓPTIMA PROTECÇÃO DE BITS CONTRA ERROS DE TRANSMISSÃO" A invenção refere-se genericamente à tecnologia da protecção dos bits contra erros de transmissão num sistema de comunicações digitais sem-fios. A invenção refere-se especialmente à tarefa de assegurar que o grau de protecção de que cada bit goza numa unidade de informação digital a ser transmitida esteja de acordo com a sua importância relativa dentro da referida unidade de informação.

Os transmissores digitais sem-fios, como sejam os transmissores de rádio usados nas estações móveis e nas estações base de sistemas de rádio celulares, tratam a informação digital em unidades separadas, que são geralmente referidas como quadros. Num caso exemplar, em que a informação digital a ser transmitida representa um sinal de voz, um quadro contém toda a informação de que a estação receptora necessita para reproduzir um espaço de curta duração de voz. Um comprimento típico de tal espaço é de 20 milissegundos.

Os bits de um quadro possuem diferentes importâncias em relação à qualidade subjectiva da voz, que pode ser reproduzida. Pode haver bits ou sequências de bits sem a forma correcta, a partir dos quais se torna completamente impossível reproduzir o espaço de curta duração de voz de uma forma que faça sentido. Por outro lado, o quadro pode conter também bits ou sequências de bits, os quais são absolutamente necessários para se reproduzir completamente o espaço de curta duração de voz com uma elevada 2 fidelidade, mas apesar disso um erro nesses bits ou sequências de bits apenas provoca uma pequena distorção na qualidade subjectiva da voz experimentada por um ouvinte humano.

Da técnica anterior é conhecido o reconhecimento das diferentes importâncias dos diferentes bits e o fornecimento de diferentes graus de protecção contra erros de transmissão, dependentes da importância relativa dos bits. A Fig.l é um diagrama parcialmente esquemático de um transmissor digital da técnica anterior, onde um codificador de origem 101 gera uma fonte de bits codificados. Se o transmissor da Figura 1 for utilizado para digitalizar e transmitir voz, o codificador de origem 101 é um codificador de voz, o qual implementa algum algoritmo, como seja uma codificação preditiva linear, para converter um sinal de voz numa fonte de corrente de dados codificada. Essa corrente de dados entra no codificador de canal 102, o qual introduz nela a redundância. O objectivo da codificação de canal é proteger a informação digital contra erros de transmissão, isto é, permitir que a estação receptora reproduza os valores dos bits originais tão fielmente quanto possível e pelo menos detectar e se possível também corrigir quaisquer erros de transmissão, que tenham ocorrido no âmbito do canal de transmissão. Um bloco de intercalação, formação de impulso e modulação 103 recebe a informação codificada do canal e converte-a em impulsos de radiofrequência, os quais podem ser transmitidos através do ar.

No âmbito do bloco codificador conhecido 102 da Figura 1 há em primeiro lugar uma entidade de reordenação 110, cuja tarefa é reordenar os bits que iram constituir o conteúdo 3 de um quadro. A ordem produzida pela entidade 110 é aquela que tenha sido considerada como óptima relativamente ao qrau de protecção contra a transmissão de erros e dependente da importância relativa dos bits. No exemplo da Fiqura 1, a entidade de reordenamento 110 distribui os bits de um quadro por três classes, de acordo com a ordem decrescente de importância: classe la, classe lb e classe 2. Desses, os bits pertencentes à classe la são tão importantes que têm de ser protegidos com um código de Verificação Cíclica de Redundância (CRC - Cyclic Redundancy Check) . Um bloco de cálculo da CRC 111 calcula a soma de verificação da CRC ao longo dos bits da classe la. Essa soma de verificação é introduzida num bloco de codificação convolucional e puncionamento 112, juntamente com os próprios bits da classe la e da classe lb. O codificador convolucional 112 codifica a respectiva entrada de bits com um determinado código convolucional e utiliza o puncionamento, isto é, apaga determinados bits codificados convolucionalmente de acordo com um padrão de bits predeterminado, a fim de produzir um resultado de codificação, onde o número de bits por unidade de tempo é igual a um valor predefinido de velocidade de dados. A ordem pela qual a codificação convolucional e o puncionamento são executados é tipicamente uma que faça com que os bits da classe la sejam codificados em primeiro lugar, a soma de verificação CRC imediatamente a seguir e os bits da classe lb apenas depois dos bits da soma de verificação CRC. A gama dos bits, que inclui os bits da classe la e os bits da soma de verificação CRC, está geralmente codificada no bloco de codificação convolucional e puncionamento 112, de maneira que um desempenho de protecção de erros igual é conseguido para todos os bits 4 situados dentro dessa gama. Isso deve-se ao facto de se ter verificado que a detecção de erros baseada na CRC é mais eficaz quando a execução da protecção de erros é igual para todas as posições dos bits do que quando algumas posições, dentro da gama de bits relacionada com a CRC, gozam do desempenho de uma melhor protecção do que alguns outros, sendo tal melhor protecção atingida a expensas de uma deterioração do desempenho da protecção para alguns outros bits nessa gama. 0 resultado da codificação vai para o bloco de intercalamento, impulso e modulação 103 juntamente com os bits da classe 2, que não foram sujeitos a qualquer cálculo de CRC ou codificação convolucional. A combinação de bits protegidos com CRC e/ou codificados convolucionalmente com os bits da classe 2 não codificados está esquematicamente representada na Figura 1, sob a forma do multiplexador 113. A ordem em que os bits das diversas partes do quadro são tratados internamente, no bloco 102, é apresentada na parte inferior da Figura 1: os bits codificados convolucionalmente da classe la 120 chegam em primeiro lugar, depois os bits da soma de verificação CRC codificados convolucionalmente 121, depois os bits da classe lb codificados convolucionalmente e puncionados e finalmente os bits da classe 2. Também dentro de cada uma das classes os bits dessa classe se encontram na ordem que é determinada pela sua importância relativa decrescente em relação à qualidade subjectiva da voz. A Figura 2 é um diagrama esquemático parcial de um receptor da técnica anterior, o qual é usado para receber transmissões que vêm do transmissor da Figura 1. As transmissões recebidas são desmoduladas e decompostas, a 5 partir do seu formato de impulso intercalado, para um formato de quadro no bloco 201. Um descodificador de canal 202 remove a codificação de canal de cada um dos quadros e envia os quadros descodificados de canal para um descodificador de origem 203. O descodificador de origem 203 é a contrapartida do codificador de origem 101 do transmissor; por exemplo, no que se refere à transmissão de voz, ele converte um sinal de voz codificado numa corrente de amostras digitais, que está pronta para conversão D/A e reprodução acústica num altifalante. A fim de poder inverter os efeitos da codificação de canal, o descodificador de canal 202 compreende um desmultiplexador 210, o qual separa os bits não codificados da classe 2 e envia o resto dos bits para um bloco de despuncionamento e de Viterbi 211, para remoção do código convolucional. Existem outros processos de descodificação diferentes do algoritmo de descodificação de Viterbi, mas a vasta capacidade de aplicação dos algoritmos de Viterbi tornou habitual referirem-se os códigos de descodificação de códigos convolucionais como descodificação de Viterbi. A saida do bloco de despuncionamento e de Viterbi 211 compreende os bits da soma de verificação CRC, os bits da classe la e os bits da classe lb. Destes, os dois primeiros são levados para um bloco de recalculação da CRC 212, o qual verifica se a soma de verificação CRC, calculada a partir dos bits da classe la recebidos, corresponde à recebida juntamente com eles no interior do quadro. Uma falha de correspondência faz com que o bloco de recalculação da CRC 212 informe o descodificador de origem acerca de um erro detectado por meio de uma chamada bandeira de CRC. Os bits da classe la, da classe lb e da classe 2, dos quais os das duas primeiras foram descodificados, vão todos para o bloco 213, cuja finalidade 6 é cancelar o reordenamento que foi executado na entidade de reordenamento 110 do transmissor.

As disposições de reordenamento e codificação de canal da técnica anterior têm como objectivo fazer da probabilidade estatística de um erro de bits, em determinada posição de bits, uma função monotonamente crescente do número ordinal da posição do bit no interior do quadro. No entanto, a Figura 3 mostra que a disposição de acordo com a técnica anterior, apresentada na Figura 1, falha esse objectivo. A curva 301 da Figura 3 ilustra a probabilidade estatística de um erro de bit em cada posição de bit, para um quadro de voz de 140 posições de bit, que foi observado quando 6812 quadros de voz escolhidos ao acaso foram feitos passar através de um canal de rádio simulado provocador de erros. Esses exemplos de quadros compreendiam bits da classe la nas posições 1 a 52, bits de soma de verificação CRC nas posições 53 a 62 e bits da classe lb nas posições 63 a 140. Não foram incluídos nos quadros quaisquer bits da classe 2. A Figura 3 mostra que a tendência geral é correcta: a curva 301 mostra uma probabilidade genérica crescente de erros em direcção ao fim do quadro. No entanto, a função representada pela curva 301 não está a aumentar monotonamente. Existem desvios localizados muito grandes a partir do comportamento pretendido da curva, vistos como picos distintos ascendentes e descendentes em determinados pontos, na metade direita da curva.

Os documentos da técnica anterior WO-A-99/39442, WO-A-00/35136 e Ju Mi Lee e outros em: "A rate adaptative convolutional method for multicarrier DS/CDMA systems", MTLCOM 2000 PROCEEDINGS 22 de Outubro 2000 - 25 de Outubro 7 2000, páginas 932-936, descrevem características conhecidas da codificação convolucional e do puncionamento.

Constitui um objecto da presente invenção proporcionar um processo e um dispositivo destinados a optimizar a relação entre a importância relativa dos bits e o nível de protecção de que os bits gozam no interior da estrutura de um quadro.

Os objectos da invenção são atingidos por meio do reordenamento dos bits cujas representações, codificadas convolucionalmente, devem ser submetidas a puncionamento.

Um primeiro aspecto da invenção é um processo para o tratamento de quadros de informação digital num transmissor, antes de os transmitir através de uma ligação de comunicação sem-fios para um receptor. 0 processo de acordo com este aspecto da invenção é caracterizado por aquilo que é repetidamente referido na porção da reivindicação independente que trata de tal processo.

Além disso a invenção aplica-se a um processo para gerar tabelas de reordenamento e reordenamento inverso, com a finalidade de optimizar a probabilidade de distribuição de transmissão de erros ao transmitirem-se quadros de informação digital através de uma ligação de comunicação sem-fios, entre um transmissor e um receptor. 0 processo de acordo com este aspecto da invenção é caracterizado pelo que é repetidamente referido na porção caracterizadora da reivindicação independente, que se ocupa de tal processo. A invenção aplica-se também a um transmissor e a um receptor, que são caracterizados pelo que é repetidamente referido na porção de caracterização das reivindicações 8 independentes, que se ocupa, respectivamente, de um transmissor e de um receptor.

No trabalho de investigação, que conduziu à presente invenção, verificou-se que o puncionamento tem tendência a provocar desvios em relação a um comportamento esperado da curva de probabilidade de erros, que representa a probabilidade estatística de erros de bit em cada uma das posições de bit de um quadro. Aparentemente, o puncionamento provoca alguma acumulação estatística de erros, em e à volta de determinadas posições de bit. Teoricamente o mecanismo não é fácil de compreender. Não obstante, na presente invenção verificou-se que a experiência prática pode ser pelo menos usada para prever e controlar o efeito causador de erros do puncionamento.

De acordo com a invenção, uma determinada gama de bits do interior de um quadro é reordenada, de modo que os bits menos importantes dentro dessa gama sejam colocados naquelas posições para as quais a probabilidade de erros de bit seja maior. A gama de bits para os quais tal operação é efectuada é, muito vantajosamente, a gama que abrange os bits, que devem ser sujeitos a codificação convolucional e puncionamento, mas não ao cálculo da soma de verificação CRC. Na explanação da descrição da técnica anterior isso refere-se aos bits da classe lb.

As tabelas de reordenamento, de acordo com as quais o reordenamento é efectuado, são muito vantajosamente determinadas através da experimentação e/ou da simulação. Um receptor tem de estar consciente da tabela de reordenamento que um transmissor utiliza. Isso significa que, ou há apenas uma única tabela de reordenamento 9 especificada para cada dispositivo de codificação de canal, de maneira que depois das partes que estão a comunicar terem, directa ou indirectamente, concordado na escolha da codificação de canal, ficam também automaticamente cientes da tabela de reordenamento aplicável, ou existem alguns meios para que o transmissor e o receptor concordarem separadamente com uma tabela de reordenamento que irão utilizar. Naturalmente que o receptor tem de incluir uma entidade de processamento, que esteja disposta de modo a cancelar o efeito de tal reordenamento.

As caracteristicas novas, que são consideradas como características da invenção, são apresentadas, de forma particular, nas reivindicações anexas. No entanto, a invenção em si, tanto no que se refere à sua construção como ao seu processo de funcionamento, juntamente com objectos adicionais e respectivas vantagens, será melhor entendida a partir da descrição que se segue de formas de realização específicas, quando lida em ligação com os desenhos juntos. A Figura 1 ilustra um transmissor sem-fios conhecido, A Figura 2 ilustra um receptor sem-fios conhecido, A Figura 3 ilustra determinadas probabilidades de erro observadas num dispositivo de transmissão conhecido, A Figura 4 ilustra o principio de um transmissor de acordo com uma forma de realização da invenção, 10 A Figura 5 ilustra a geração de tabelas de reordenamento e de reordenamento inverso de acordo com a invenção, A Figura 6 ilustra o principio de um receptor de acordo com uma forma de realização da invenção e A Figura 7 ilustra determinadas probabilidades de erro observadas no dispositivo de transmissão de acordo com a invenção. A Figura 4 é um diagrama parcial esquemático de um transmissor sem-fios de acordo com uma forma de realização da invenção. A estrutura geral do transmissor assemelha-se muito à de um transmissor conhecido: um codificador de origem 101 gera uma fonte de corrente de dados codificada, que vai para um codificador de canal 402 para lhe ser adicionada a redundância. Um bloco de intercalação, impulso e modulação 103 toma a informação digital codificada quanto ao canal e converte-a em impulsos de radiofrequência, que podem ser transmitidos através do ar. Mesmo no interior do bloco codificador de canal 402 da Figura 4 há primeiramente a familiar entidade de reordenamento 110, cuja tarefa é reordenar os bits que irão constituir o conteúdo de um quadro. A entidade 110 é igual à parte correspondente do exemplo da Figura 1: distribui os bits de um quadro em por três classes, de acordo com uma ordem decrescente de importância: classe la, classe lb e classe 2. Além disso, as características de utilização de um bloco de cálculo da CRC 111 para calcular a soma de verificação da CRC sobre os bits da classe la e introduzir essa soma de verificação, como informação de entrada, num bloco de codificação 11 convolucional e puncionamento 112, juntamente com os bits da classe lb, são as mesmas que na Figura 1.

No entanto, de acordo com a invenção os bits da classe lb não são directamente enviados pela unidade de reordenamento 110 para o bloco de codificação convolucional e puncionamento 112. Em vez disso há, pelo menos conceptualmente, um bloco de reordenamento adicional 411, que recebe os bits da classe lb na sua ordem conhecida, produzida pela unidade de reordenamento 110 e os reordena de novo numa ordem, que será especificada em pormenor mais à frente. Os bits da classe 1B reordenados são então introduzidos no bloco de codificação convolucional e puncionamento 112.

De novo de acordo com tecnologia que é conhecida na técnica como tal, o bloco de codificação convolucional e puncionamento 112 codifica a respectiva entrada de bits com um determinado código convolucional e usa o puncionamento a fim de produzir um resultado codificado, onde o número de bits por unidade de tempo é igual a um determinado valor de velocidade de bits predefinido. De modo semelhante, de acordo com tecnologia que é conhecida como tal, os bits da classe 2 não são codificados quanto ao canal e vão directamente da entidade de reordenamento 110 para um multiplexador 113, que emite um quadro de bits com a forma ilustrada na porção mais inferior da Figura 4. Aqui, a diferença para o quadro conhecido visto na Figura 1 é que o campo 422, que contém a representação dos bits da classe lb, os representa como um resultado do reordenamento adicional. 12

Podemos analisar agora em mais pormenor a ordem de bits gerada pelo elemento adicional de reordenamento 411. Notámos anteriormente que o aumento não monótono da probabilidade de erros de bit por posição de bit na direcção do fim do quadro é um resultado do puncionamento, embora a ligação entre um determinado padrão de puncionamento e um determinado comportamento da probabilidade de erros de bit observado não seja completamente compreendida em termos teóricos. De acordo com a invenção, isso também não precisa de ser completamente entendido. É suficiente utilizar-se uma base de dados relativamente grande de quadros codificados na origem e assumir que os erros, que se registam neles, no seu caminho através de um canal provocador de erros, representam suficientemente bem as regularidades que, em geral, irão aparecer.

No diagrama de fluxo da Figura 5, o passo 501 representa a tomada dessa base de dados de quadros e a simulação do seu percurso através de um transmissor conhecido, do tipo mostrado na Figura 1 e através de um canal provocador de erros. Os quadros poderão ser igualmente bem transmitidos através de um canal de rádio real, entre um transmissor real e um receptor real, mas é mais simples e mais conveniente usar-se um simulador. O passo 502 representa a observação e armazenamento da probabilidade estatística de erros de bit por cada posição de bit. Depois disso é fácil dispor-se, no passo 503, as posições de bit na parte do quadro que contém bits da classe lb, numa ordem ascendente de probabilidade de erros de bit observados. O único passo adicional de procedimento, que é necessário para proporcionar uma implementação da unidade adicional de reordenamento 411 é o estabelecimento, no passo 504, de uma 13 tabela de reordenamento, que inclui uma correlação não ambigua entre cada posição de bit individual no conjunto dos bits da classe lb, que saem da entidade de reordenamento conhecida 110 e uma outra posição de bit do conjunto de bits reordenados da classe lb. De acordo com essa tabela de reordenamento o primeiro bit da classe lb (ou mais genericamente: o bit que tenha a importância mais elevada para a qualidade subjectiva do sinal a ser reproduzido) é mapeado para a posição onde a probabilidade estatística observada de erros de bit foi menor dentro da classe lb, o bit da classe lb seguinte (o bit que tem a importância mais elevada seguinte para a qualidade subjectiva do sinal a ser reproduzido) é mapeado para a posição em que a probabilidade estatística observada de erros de bit foi a seguinte menor dentro da classe lb e assim sucessivamente, até que o bit que tenha a importância menor para a qualidade subjectiva do sinal a ser reproduzido seja mapeado para a posição onde a probabilidade estatística observada de erros de bit seja mais elevada dentro da classe lb.

Um inverso da tabela de reordenamento tem de ser também gerado no passo 504, porque um receptor tem de ser capaz de cancelar o efeito do reordenamento e isso não é possível, a menos que o receptor tenha acesso ao "desmapeamento" correcto ou tabela de reorganização inversa. Descreveremos a seguir um receptor de acordo com uma forma de realização vantajosa da invenção, que pode ser usada para receber e descodificar transmissões vindas de um transmissor de acordo com a Figura 4.

No exemplo de um caso os inventores da presente invenção produziram uma tabela de reordenamento para quadros que 14 tinham 293 bits da classe lb. Tais quadros são encontrados, por exemplo, num dos modos de alto desempenho propostos para o codec de voz W-AMR (Wideband Adaptative Multirate -Multivelocidade Adaptativa de Banda Larga), que foi aprovado, na data de prioridade da presente patente, para ser um elemento Standard dos telefones celulares digitais relacionados com o 3GPP (3rdGeneration Partnership Project - Projecto de Associação da 3a Geração). 0 esquema de codificação convolucional e puncionamento é, neste caso, tal, que um bloco de 368 bits {u ( 0 ) ...u (36 7) }, constituído por bits da classe la, bits da soma de verificação CRC e bits da classe lb, é codificado com o código convolucional de velocidade definido pelos seguintes polinómios: G0/G0-1 G1/G0— 1 + D + D3* D4 / 1 + D3 + D4 resultando em 736 bits codificados, {C ( 0 ) ...C ( 735) } definidos por: r(k) = u(k) + r(k-3) + jÇsA) C(2k) = u(k) C(2k-fl) as r(k)+r(k->l)+r(k-3)+r(k-4) para k = 0, 1, 367; t(k) = 0 para k<0 e (para terminar o codificador): r(k) =0 C(2k) ~ r(k-3) + r(k-4) C(2kf1) » ϊ(k)+r(k- l)+r(k-3)+r(k-4) para k ~ 36S, 369.....371 15 0 código é puncionado de tal maneira que os seguintes 296 bits codificados: C(l), C(5), C ( 7), C ( 9), C(11) , C(17), C(19) , C(21) , C (23) C ( 2 5 ) , C(33) , C(3 5), C(3 7), C (3 9 ) , C(41) , C(43 ) , C (49) C ( 51) , C (53 ) , C(55) , C(57), C(6 5) , C(67) , C(69), C ( 71) C ( 73 ) , C(75), C(81) , C(83), C(85), C(87) , C(89) , C (97) C (99), C(101) , C(103) , C(105), C(107), C(113) , C (115 ) C (11 7 ) , C (119 ) , C (121) , C(129) , C(131) , C(133) , C (135) C(13 7), C(13 9) , C(145), C(147), C(149) , C(151) , C (153) C (161) , C(163) , C(165), C(16 7), C(169), C(171), C(177) C(179) , C (181) , C(183) , C (185) , C(193) , C (195) , C(197) C (19 9 ) , C (2 01) , C(203) , C (2 0 9 ) , C (211) , C(213) , C(215) C (217) , C ( 2 2 5 ) , C (2 2 7) , C (229 ) , C(231) , C(233) , C(235) C(241), C(2 43 ) , C(2 45), C (2 4 7) , C(249) , C (251) , C (257) C (259 ) , C (2 61) , C(263) , C (265) , C (267), C(2 73) , C(2 75) C (2 7 7) , C(2 79) , C (2 81) , C(283), C (289), C (2 91) , C(293) C(295), C(297) , C(299), C(301), C(305), C(307), C(309) C (311) , C(313) , C(315), C(321), C(323), C (325) , C(32 7) C(329), C(331) , C(333), C(337), C(339), C(341), C (343) C(3 45), C(347) , C (349), C(353), C(355), C(357), C (359) C(361), C(363) , C(365), C(369), C(3 71), C(3 73 ) , C(3 75) C (3 7 7) , C(379) , C(385), C(387), C(389), C(391) , C(393) C(395), C(397) , C(401), C(403), C(405), C(40 7), C(409) C(411), C(413) , C(417), C(419), C(421), C(423), C(425) C(42 7), C(429) , C(433), C(435), C(43 7) , C(439), C(441) C ( 443), C(445) , C(449), C(451), C(453), C(455), C(45 7) C(459), C(465) , C(46 7), C(469) , C ( 4 71) , C(473) , C(475) C ( 4 7 7 ) , C(481) , C(483), C(485), C ( 4 8 7) , C ( 4 8 9 ) , C(491) C ( 493) , C(497) , C(499), C(501) , C (503), C(505), C (507) C ( 50 9 ) , C(513) , C(515), C ( 51 7 ) , C(519), C(521) , C(523) C(525), C(52 9) , C(531), C(533), C(535), C (537), C(53 9) C(545), C ( 5 4 7 ) , C(549), C (551) , C(553) , C (555) , C (557) C ( 561) , C(563) , C(565), C(567), C(569) , C(571), C(5 73) 16 C (5 7 7) , C (579) , C(581) , C(583) , C (585) , C(587) , C(589) C(593) , C(595) , C(59 7), C(599) , C (601), C(603) , C(605) C (6 0 9 ) , C(611), C (613 ) , C(615) , C (617), C (619), C (625) C (6 2 7) , C(629) , C(631) , C(633 ) , C(635), C(637) , C (641) C(6 43 ) , C(645) , C (6 4 7) , C(6 49), C (6 51) , C(653) , C (657) C (659 ) , C(661) , C(663) , C (665) , C (667), C(669) , C (673) C(6 75), C(677) , C(679) , C (681), C(6 83), C(685) , C (6 8 9 ) C (691), C(693 ) , C(695), C(697), C(699) , C ( 7 01) , C(705) C ( 7 0 7 ) , C ( 709 ) , C ( 711) , C(713), C ( 715 ) , C ( 717) , C(721) C(723) , C(725) , C( 72 7) , C( 729) , C(731) , C ( 733), C(735) C(737), C(739), C(741), C(743) nao sao transmitidos.

Neste exemplo de caso podemos designar os bits da classe lb antes do reordenamento de acordo com a invenção como uma lista ordenada { s (1) , s (2 ) , ...s (Ks) }, onde K é, neste exemplo, igual a 293. De modo semelhante podemos designar os bits da classe lb reordenados como uma lista ordenada {d(0), d(l), ...d(Kd-l)}, onde Kd é agora também igual a 293. Uma representação de pseudo código para a operação de reordenamento de acordo com a invenção é para j = 0 a Kd-1 d(j) := s(tabela(j)+1); onde a tabela (j) é lida linha a linha, da esquerda para a direita, na seguinte tabela: 17

Tabela 1 48 S 14 11 10 32 2 12 23 38 0 7 13 26 29 40 51 4 35 43 6 46 20 22 27 5 15 37 44 16 28 30 31 38 41 1 3 21 33 42 54 55 47 17 18 24 45 50 52 IS 58 9 53 83 64 67 25 58 60 66 146 68 106 39 88 76 82 72 75 174 186 82 218 288 49 165 290 265 59 268 289 61 154 284 34 110 144 243 255 65 74 226 57 83 89 112 135 167 219 132 133 198 251 84 202' 232 236 253 274 87 96 123 217 220 282 283 100 102 105 1 ’! tu 140 152 178 78 94 237 258 271 276 288 104 114 147 163 184 223 235 103 117 194 200 228 267 272 92 95 143 150 164 179 192 205 225 287 291 89 137 151 193 209 212 234 239 282 145 230 116 131 170 191 254 275 71 80 107 111 177 240 260 281 280 79 158 160 161 190 216 238 250 77 90 129 134 148 204 227 246 252 259 91 101 159 180 183 214 224 247 279 69 35 115 188 207 210 213 221 203 206 208 263 273 119 122 81 127 138 244 284 245 73 98 158 157 171 70 165 173 199 222 268 270 93 109 172 175 136 196 211 108 121 125 133 189 162 166 231 153 161 233 241 242 168 189 178 195 36 126 128 182 215 97 292 141 142 187 197 201 269 155 130 249 120 278 124 256 248 277 229 149 113 257 285 281

De acordo com a invenção há uma unidade adicional de reordenamento inverso 611 (ver. Figura 6), que recebe os bits da classe lb, que vêm do bloco de despuncionamento e de descodificação de Viterbi 211 e implementa uma operação de reordenamento, que é o inverso da executada na unidade de reordenamento 411 do transmissor. Depois disso os bits da classe la, da classe lb e da classe 2, dos quais os dois primeiros foram descodificados e os bits da classe lb também inversamente reordenados, vão todos para o bloco 213, cuja finalidade é cancelar a reordenação, que foi executada na entidade de reordenamento 110 do transmissor. O efeito da invenção no comportamento da probabilidade de erro por posição de bit num quadro é claramente vista na Figura 7, onde a curva 701 mostra a probabilidade de erro 18 observada por posição de bit num quadro, quando uma base de dados de 6 812 quadros de voz foi levada através de um sistema simulado, constituído por um transmissor de acordo com a Fiqura 4, um canal simulado, indutor de erros e um receptor de acordo com a Fiqura 6. Na porção do lado direito da curva, a qual representa os bits da classe lb afectados pela invenção, a monotonia quase perfeita da curva é claramente observada.

No que foi dito anteriormente assumimos que a probabilidade estatística de erros de bit deveria sempre aumentar monotonamente em direcção ao fim do quadro. Tal forma de pensar é uma consequência do simples facto de que tem sido costume fazer isso. É, no entanto, possível escolher, por exemplo, um padrão de puncionamento tal que a maior parte da capacidade de correcção de erros do dispositivo de codificação de canal esteja concentrada em qualquer outro ponto do quadro (ou de uma classe dentro do quadro), diferente do início. A invenção é aplicável independentemente de qual a parte do quadro que foi escolhida para envolver a melhor capacidade de correcção de erros do dispositivo de codificação do canal.

No que se disse acima apresentámos também a operação de reordenamento executada no transmissor e a operação de reordenamento inverso executada no receptor como qualquer coisa que é efectuada separadamente da operação de reordenamento do bloco 110 do transmissor ou da operação de cancelamento do reordenamento do bloco 213 no receptor.

Muito embora esta seja a maneira mais fácil de apresentar a invenção, de modo que as diferenças entre ela e os dispositivos da técnica anterior sejam mais claramente vistas, não tem necessariamente de ser esse o caso nos 19 transmissores e receptores da vida real. Uma vez que também a operação de reordenamento do bloco 110 no transmissor e a operação de cancelamento do reordenamento do bloco 213 no receptor são inerentemente utilizáveis para afectar a ordem dos bits no âmbito de um quadro, é possível reprogramar as unidades de processamento para adicionalmente executarem as operações apresentadas como unidades separadas de reordenação e reordenação inversa nas Figuras 4 e 6. Não obstante, há determinados casos, em que é vantajoso manter unidades de reordenamento e reordenamento inverso diferentes da operação de reordenamento do bloco 110 no transmissor e da operação de cancelamento do reordenamento do bloco 213 no receptor. O primeiro destes casos é, quando a invenção seja usada para aperfeiçoar o desempenho de um sistema existente, onde as especificações da operação de reordenamento do bloco 110 no transmissor e da operação de cancelamento do reordenamento do bloco 213 no receptor já tenham sido fixadas. Neste caso não é mais possível modificar as operações já fixadas, mas é possível adicionar outra operação de processamento de sinal tanto no transmissor como no receptor, para adoptar a presente invenção. Outro caso é aquele em que a invenção foi reservada, na propriedade do uso, a um determinado fabricante. Quando a ligação de comunicação é estabelecida entre um transmissor e um receptor, esses dispositivos podem trocar informações acerca das suas capacidades de comunicação, entre outras a capacidade de implementar a presente invenção. Se parecer que ambos os dispositivos são capazes de utilizar a presente invenção, podem ambos por em uso uma unidade adicional de reordenamento/reordenamento inverso, além da operação normal de reordenamento no 20 transmissor e uma operaçao de cancelamento do reordenamento no receptor.

Ainda outro caso, onde pode ser vantajoso manter as unidades de acordo com a invenção separadas, é aquele em que diversos padrões diferentes de puncionamento estão disponíveis para uso numa ligação de comunicação entre um transmissor e um receptor, dependendo, por exemplo, das condições de comunicação observadas. É característico da invenção que um determinado par de tabelas de reordenamento ou de reordenamento inverso apenas funcione melhor em associação com um determinado padrão de puncionamento bem definido. Tanto o transmissor como o receptor tem de ter conhecimento de que tabela de reordenamento (no transmissor) e que tabela de reordenamento inverso (no receptor) colaboram com que padrão de puncionamento. Após alguns meios conhecidos terem sido usados para concordar com o padrão de puncionamento a ser adoptado, ambos os dispositivos conhecem imediatamente qual a tabela de reordenamento (no transmissor) e tabela de reordenamento inverso (no receptor) devem ser usadas. Conceptualmente é, neste caso, mais fácil manter constante a operação de reordenamento no transmissor e a operação de cancelamento do reordenamento no receptor e apenas modificar a tabela de reordenamento no transmissor e a tabela de reordenamento inverso no receptor de acordo com as necessidades.

As formas de realização da invenção apresentadas nesta patente não devem ser interpretadas para colocar limitações á aplicabilidade das reivindicações anexas. Apenas referimos especialmente o reordenamento e o reordenamento inverso de determinados bits da classe lb; a aplicabilidade da invenção é mais vasta, no sentido de que ela pode ser 21 usada para optimizar a distribuição de probabilidade de transmissão de erros, em qualquer número de quaisquer bits, que sejam sujeitos a codificação convolucional e puncionamento antes da transmissão e correspondente descodificação e despuncionamento após a recepção. 0 verbo “compreender" é usado nesta patente como uma limitação aberta, que não deve excluir a existência de caracteristica também não repetidamente referidas.

Lisboa, 14 de Fevereiro de 2007

Claims (10)

1 REIVINDICAÇÕES 1. Processo para o processamento de quadros de informação digital no transmissor, antes de os transmitir, através de uma ligação de comunicação sem-fios, para um receptor, que compreende o passo de: codificar convolucionalmente e puncionar (112) uma determinada sequência de bits no âmbito de cada quadro de informação digital, antes da transmissão do quadro através de uma ligação de comunicação sem-fios; caracterizado pelo facto de compreender o passo de: reordenar (411) a sequência de bits dentro de cada quadro de informação digital, que deve ser convolucionalmente codificada e puncionada antes de a codificar convolucionalmente e de a puncionar (112), numa ordem que se verificou produzir, durante o decurso da codificação convolucional com um determinado código convolucional e puncionamento com um determinado padrão de puncionamento, uma sequência convolucionalmente codificada e puncionada, onde a probabilidade de transmissão de erros apresenta um determinado comportamento (701), por meio do reordenamento dos bits menos importantes dentro da gama de bits no âmbito de um quadro, para posições para as quais é maior a probabilidade de erros de bits.

2. Processo de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado pelo facto de, para transmitir quadros processados de informação digital através de uma ligação de comunicação sem-fios entre um transmissor e um receptor, compreender os passos de: 2 no receptor, descodificação e despuncionamento (211) da sequência de bits dentro de cada quadro de informação digital que foi convolucionalmente codificado e puncionado, depois de receber o quadro por intermédio de uma ligação de comunicação sem-fios, e no receptor, reordenamento inverso (611) da sequência de bits presente dentro de cada quadro de informação digital, que fora ordenado de tal modo no transmissor, de maneira a que o efeito do referido reordenamento no transmissor, na ordem mutua dos bits da sequência, seja cancelado, depois da descodificação e despuncionamento da sequência de bits.

3. Processo de acordo com a Reivindicação 2, caracterizado pelo facto de compreender os passos de: no transmissor, dividir (110) a informação digital pertencente a cada quadro em pelo menos duas classes, das quais apenas os bits pertencentes a uma classe são sujeitos ao referido reordenamento (411) antes da codificação convolucional e do puncionamento (112) e no receptor, combinação (213) da informação digital pertencente a cada quadro, de pelo menos duas classes, das quais apenas os bits pertencentes a uma classe são sujeitos ao referido reordenamento inverso (611) depois da descodificação e do despuncionamento (611).

4. Processo de acordo com a Reivindicação 3, caracterizado pelo facto de compreender os passos de: 3 no transmissor, calcular (111) uma soma de verificação sobre os bits pertencentes a uma classe, que não é sujeita ao referido reordenamento antes da codificação convolucional e do puncionamento (112) e adicionar a referida soma de verificação (121) ao quadro de informação digital a ser transmitido para o receptor, e no receptor, recalcular (212) uma soma de verificação sobre os bits pertencentes à referida uma classe que não é sujeita ao referido reordenamento após a descodificação e o despuncionamento e comparar a soma de verificação recalculada com uma soma de verificação recebida no âmbito do quadro de informação digital, vinda do transmissor, a fim de verificar se ocorreram erros de transmissão entre os bits através dos quais a soma de verificação foi calculada.

5. Processo de acordo com a Reivindicação 3, caracterizado pelo facto de compreender os passos de: no transmissor produzir no referido passo de divisão (110) uma determinada classe predefinida de bits e inserir os bits (123) pertencentes a essa classe predefinida de bits no quadro de informação digital a ser transmitido para o receptor, sem os sujeitar nem a um reordenamento, nem a codificação convolucional ou puncionamento e no receptor, combinar (213) a informação digital pertencente a cada quadro, também de bits, que não são sujeitos nem a descodificação, nem a despuncionamento nem a reordenamento inverso.

6. Processo de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado pelo facto de o reordenamento (411) da sequência de bits dentro de cada quadro de informação digital ser feito para uma ordem que se verificou que 4 produzia, no decurso da codificação convolucional com um determinado código convolucional e do puncionamento com um determinado padrão de puncionamento, uma sequência codificada convolucionalmente e puncionada, onde a probabilidade estatística de transmissão de erros aumenta de um modo essencialmente monótono (701) em direcção ao fim da referida sequência codificada convolucionalmente e puncionada.

7. Processo para gerar tabelas de reordenamento e de reordenamento inverso com a finalidade de optimizar a distribuição da transmissão de erros, na transmissão de quadros de informação digital através de uma ligação de comunicação sem-fios entre um transmissor e um receptor, caracterizado pelo facto de compreender os passos de: simular (501) a propagação de um certo número de quadros de informação digital através de um dispositivo de um transmissor, um canal indutor de erro e um receptor, de maneira que no transmissor uma determinada sequência de bits dentro de cada quadro de informação digital seja convolucionalmente codificada e puncionada antes da transmissão do quadro através de uma ligação de comunicação sem-fios e no receptor a sequência de bits no âmbito de cada quadro de informação digital, que foi convolucionalmente codificada e puncionada, ser descodificada e despuncionada após a recepção do quadro através da ligação de comunicação sem-fios, armazenar (502) um resultado da simulação, o qual é a probabilidade estatística de transmissão de erros por posição de bit na sequência convolucionalmente codificada e puncionada, que é produzida no transmissor, 5 reordenar (503) as posições de bit dentro da referida determinada sequência de bits, no âmbito de cada um dos quadros de informação digital, de maneira que os bits menos importantes dentro de uma gama de bits no âmbito de um quadro vão para as posições para as quais a probabilidade de erros de bit é maior e armazenar (504) a correspondência entre as posições de bit originais e as posições de bit reordenadas como uma tabela de reordenamento e a correspondência entre as posições de bit reordenadas e as posições de bit originais como uma tabela de reordenamento inverso.

8. Transmissor para processar quadros de informação digital antes de os transmitir através de uma ligação de comunicação sem-fios para um receptor, que compreende: meios de codificação convolucional e puncionamento (112) para codificar convolucionalmente e puncionar uma determinada sequência de bits no âmbito de cada quadro de informação digital antes de transmitir o quadro através da ligação de comunicação sem-fios; caracterizado pelo facto de compreender: - meios de reordenamento (411) para reordenar a sequência de bits, dentro de cada quadro de informação digital que deva ser codificado convolucionalmente e puncionado, antes de o codificar convolucionalmente e puncionar (112), numa ordem que se tenha verificado que produz, no decurso da codificação convolucional com um determinado código convolucional e do puncionamento com um determinado padrão de puncionamento, uma sequência convolucionalmente codificada e puncionada, onde a probabilidade estatística de transmissão de erros apresenta 6 um comportamento predefinido (107), por meio do reordenamento dos bits menos importantes da gama de bits presentes no quadro, para posições para as quais a probabilidade de erros de bit é maior.

9. Transmissor de acordo com a Reivindicação 8, caracterizado pelo facto de os meios de reordenamento (411) serem feitos funcionar de modo a reordenar a sequência de bits dentro de cada quadro de informação digital que deve ser convolucionalmente codificada e puncionada, antes de a codificar convolucionalmente e puncionar, numa ordem que se tenha verificado que produz, no decurso da codificação convolucional com um determinado código convolucional e do puncionamento com um determinado padrão de puncionamento, uma sequência convolucionalmente codificada e puncionada, onde a probabilidade estatística de transmissão de erros aumenta de uma forma essencialmente monótona (701) em direcção ao fim da referida sequência convolucionalmente codificada e puncionada.

10. Receptor para receber quadros de informação digital através de uma ligação de comunicação sem-fios de um transmissor e processar os quadros recebidos, que compreende: meios de descodificação e despuncionamento (211) para descodificar e despuncionar sequências de bits convolucionalmente codificadas e puncionadas dentro de quadros de informação digital, depois da recepção dos referidos quadros através da ligação de comunicação sem-fios; caracterizado pelo facto de: 7 o receptor compreender meios de reordenamento inverso (611) para reordenar inversamente sequências de bits dentro de quadros de informação digital depois de descodificação e despuncionamento, os referidos meios de reordenamento inverso (611) estarem adaptados para restaurar uma sequência de bits de uma ordem que foi verificado que produzia - no decurso da codificação convolucional com um determinado código convolucional e do puncionamento com um determinado padrão de puncionamento - uma sequência convolucionalmente codificada e puncionada, onde a probabilidade estatística de transmissão de erros apresenta um comportamento predefinido (107) e os bits menos importantes dentro de uma gama contida num quadro aparecem em posições para as quais a probabilidade de erros de bit é maior. Lisboa, 14 de Fevereiro de 2007