TW453076B - Packet binary convolutional codes - Google Patents

Description

4 53 0 7 C 五、發明說明（l) 本申請案係延續1998年8月27號申請之美國臨時申請案 60/098,089。 - 發明領域 本發明之發明領域係有關於用於數據通訊的卷積碼，尤 其是’由一虛擬隨機（PN)序列擾頻的卷積碼，以轉動選擇 及傳送的符號9 0度。 發明背景 現在的網路通訊系統一般使用一層級封包基礎的方式以 傳送數據，但是非封包基礎（如連續）的數據格式也使用。 在此網路中’各層的目的係對較高層提供特定的服務各層 中掩蓋了配置之服務的細節。最下層為實體層（ρΗγ )，此 層與在一通訊頻道上傳送的原ϋ元有關。實體層的目的 為確定當傳送之位元為” 1 "時，可由接收機編碼為"1 "而非 "0"，反之亦然。

在實體層上進行數據通訊的效應稱為格子編碼調變 (TCM) 〇TCM為一結合之前向序列更正（FEC)編碼且調變方 式使用一下層卷積碼作用到Μ列相移鍵（MPSK)或Μ例正交振 輻調變（MQAM)符號對映中的某一位元。使用丁(^係在使用 直接解碼硬體下對一有限頻寬頻道提供增加的數據速率。 這方面的技術可參見Viterbi, Andrew等在1989年7月IEEE 通 §11 雜 Ml 上提出的” A pragmatie Approach tD

Tre 1 l is-Coded Modulation，"11 -19 頁 ° 現在’已發展多種卷積碼以使用在如2, 4 GHz載波頻率 下操作在高速Ρ Η Y令。其優點為導入此碼可改進信號雜訊

ή 五、發明說明（2) 比（S N R )及多路徑千格 使性能。*供此碼 還要寬廣的範圍，遠比習知技術(如互補 此編碼的另一優點為 # 增益且可改進傳送筋、一一疋卷積碼 ^ ^ 乾圍，通率，且減少傳 用於此碼的編褐器I古μ

有低的計算複雜度。 點為如果使用此辟的M ;彳h 0 : 機構類似現已提供以 .電局部區域網路標準的多速」 此編碼相當有利。 本發明提供具有上述 發明概述 依據本發明，提出一種以卷積-方式編石 通訊頻道上傳送的方法。在第一實施你” ，基於一 8位元產生器133，175的速率 理该數據。該編碼字元可在通訊頻道上4 在較佳實施例中，尚包含步驟為：在另 編碼於一同相（I )及正交相頻道中。蝙 虛擬隨機擾頻序列（也稱為一蓋序列）對1 特定之編碼字元位元的擾頻序列之—仇 元值時，構象對應構象轴維持現在的關: 對應位元具有反向的二元值（如1 )時， 將該構象轉動9 0度。 可從如〇〇1 loom〇〇〇1 oil的序列中產 在時間時該序列的第一位元為最左位元 $優點為允許，高 碼鍵（CCK)調變） ’其產生足夠的 送延遲。而且， 另一方面，其優 支援IEEE ^機構的話，則 卷積碼。 數位數據以在一 :使用一 6 4狀態 二元卷積碼來處 送前予以擾頻。 該編碼字元結合 户元依據一二元 一構象。當對應 具有一如0的一 。當擾頻序列的 ta逆時鐘方向中 擾頻序列，其中 453 Ο 五、發明說明（3) 一種編碼數據以使用在數位通訊系統中的裝置，該裝置 包含：一二元卷積編碼器；以及一擾頻器，在一通訊頻道 上傳送之前，擾頻為該編碼器提供的擾頻編碼字元。在所 示的實施例中，擾頻器對擾頻圖樣產生器產生回應。 在第二實施例中，使用一 6 4狀態，基於一 8位元產生器 '21,02,12、 、10,25，I2J 之速率2 / 3二元卷積碼，處理該數據以提供二 元卷積編媽編碼字元。 圖式之簡單說明 圖1為依據本發明之二元卷積碼（B CC)編碼器的第一實施 例之方塊圖。 圖2為用於圖1之BCC編碼器之己置例子的方塊圖； 圖3示本發明中一具有90度轉動之‘可能QPSK對映； 圖4示本發明中一具有90度轉動之可能BPSK對映； 圖5為本發明B CC編碼器之第二實施例的方塊圖； 圖6為用於圖5之BCC編碼器配置例的方塊圖；及 圖7示依據本發明之具90度轉動之可能8PSK對映。 發明之詳細說明 本發明提供一種用於編碼數據的方法及裝置，其可使用 在數位通訊系統中。尤其是，一具有6 4狀態之二元卷積碼 (BCC )方式，且本發明中提出一擾頻序列。須了解該具有 其他碼（如N狀態BC C )的方法也可以在本發明中使用。編碼 BCC的翰出以分別對應到同相（I )及四分相（Q)通訊頻道， 此將於下文t加以說明。此項提供可加強多路徑性能及與

五、發明說明（4) --=--------- 使用兩個產生器及獨立編碼t , Μ ’的I及Q頻道比較下，可減少複 雜度。也對擾頻序列提供多路徑防禦力。 * 依據本發明之編碼器的一丁 、 ^ 種可能配置方式顯示在圖1 中。進入數據先在BCC 1 0中應用一二元卷積瑪加以編碼 (，如1/2速率編碼器），該卷積嫣可適於在如無線電通訊頻 道的不同頻道中。此碼之一例子此將於下文中加以說明， 熟S本技術者雖然須了解本發明也可以應用在其他的碼 中。使用如一 QP SK擾頻對映，在經通訊頻道傳送前，對編 碼數據擾頻。QPSK擾頻對映對擾頻圖樣產生器（如一虚擬 隨機序列產生器）產生回應’以擾頻來自編碼器1 〇之編碼 數據。如熟習本技術者所了解者，圖1的編碼器每隔一位 元之輸入’輸出兩位元（QPSK) ’一因此配置速率為1 / 2。 可使用的二元卷積碼如一 6 4狀態，速率1 / 2碼。對於此 碼之產生器矩陣（G )為 G-lD6+D4+D3 + D+1, DHDHDHDHDHl ] 或者是8位元表示法’其可表示為G=[133，175]。此碼在加 入白色南斯雜訊（A W G N )性能及多路徑環境性能之間可得到 參考良好的妥協。 在此方法中使用可為持續者或以封包為基礎者。如果本 發明使用在封包為基礎的系統令，則在各封包開始及，社束 時，將編碼器置於已知的狀態。此防止近封包終端的^據 位元所具有的可靠度比在封包中較早者差。為了封包開始 時將編碼器置於已知狀態’卷積編碼器的Μ個記憶體元件 (如上述圖2中說明的6個記憶體元件）被載入速率數值彳義

苐8頁 4 53 Ο 7 五、發明說明（5) ' -- 本上均為〇)。為了在封包結束時將封包置於已知狀態，祕 個(，如6個）已决疋的位元在最後數據位元輪入卷積編崎器 之後馬上輸入。此位元基本上均為〇，其可將編碼器置於 狀態。 、 圖2中顯示BCC速率1/2編碼器1〇之—種可能的配置之方 塊圖。所示之編碼器為以參考數字2〇表示的6個記憶體（如 1遲）元件。對於在輸入端22之每個數據位元輸入，在終 端24，26產生兩輸出位元。模數2加法器3〇連接記憶體元 件之特定輸出，以配置所需要的產生器矩陣，在此一例子 中（圖2)為G=[133，175]。因此，如上所述，在級D，D3， D4 ’及D6中提供加法器3 〇以配置g = 1 3 3，且在級d2，D3， D4 ’D5及D6中提供加法器3〇以配i(； = i75。 一元卷積碼的輸出對映到使用兩種可能模式之一種的一 構象。一模式使用四分相移鍵（QPSK )，如圖3中所示者， 而另一模式使用圖4所示的二元相移鍵（BPSK) β在QPSK模 式中’使用來自一元卷積碼之各對輸出位元（〇〇，， 1 0 ’ 1 1 )，而在BPSK模式中，依序取出使用BCC的各對位 元’且用於產生兩QPSK符號。此導致每符號中一位元的及 BPSK模式中每符號一半位元的通量。 在BPSK及QPSK模式中，從BCC輸出到pSK構象點的對映由 為擾頻圖樣產生器1 4 (圖1 )產生一虛擬隨機擾頻序列決 定：如果擾頻序列的值等於1，則該構象相對於作為擾頻 序列零值的構象逆時鐘轉動9〇。這顯示在在圖3中qpsK模 式，與圖4中BPSK模式。尤其是，從圖中可看出S = 1的構象

對應S = 〇的相對構象轉動90度。須了解可提供其他的配 置，如構象順時鐘方向轉動，而非逆時鐘方向轉動，·或者 是轉動角度不為90度。 從一種子序列中產生虛擬隨機卷積碼。種子序列可包含 如一 1 6位元序列0 0 Π 0 0 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1，在此序列的第一位元 為最左邊位元’為最小有效位元為時間上設計的第一位 元。此序列之八進位表示法為1 5 0 7 1 4，其中在時間上最不 重要的位元乃是第一個。此種子序列用於產生長度為256 位元的虛擬隨機擾頻序列，其使用在現在之PSK符號的對 缺中。此為在圖3及4中取為"S'時’在每一給定時間點上 此一序列的現在二元值。 此2 5 6位元之序列的產生方式~為：取該序列的第一個！ 6 位元作為種子序列，取第二個1 6位元作為向左邊循環轉動 3個位置的種子序列，第三個1 6位元作為向左循環轉動順 時鐘的種子序列。其餘可類推。如果c i為種子序列的第i 位元，在此0小於等於i，且i小於等於1 5，則用於擾頻該 數據的序列成列給定如下：c0 cl c2 c3 c4 c5 c6 C7 C8 cg ci〇 ell cl2 cl3 cl4 cl5 c3 c4 c5 c6 c7 c8 cg cl〇 C11 cl'2 cl3 cl4 cl5 cO cl c2 c6 c7 c8 c9 ci〇 c" C12 cl3 cl4 cl5 cO cl c2 c3 c4 c5 cl〇 cii c!2 cl3 cl4 cl5 cO cl c2 c3 c4 c5 c6 c7 c8 c9 ci3 C14 cl5 cO cl c2 c3 c4 c5 c6 c7 c8 c9 clO cli ci2 對於以具有多於2 5 6位元之系統及連續系統為基礎的封 ^，此2 5 6個位元簡單地重複。

第10頁 4 53 0 7，· 五、發明說明（7) 圖5到7說明本發明的另一實施例，其中配置一 2 5 6狀= 態’速率2/3碼。使用此實施例以提供如一22 Mbps · PBCC °現在請參考圖5，進入的數據以速率2/3 BCC編碼器 5 0編碼，該編碼數據在經通訊頻道傳送之前，使用如一 8PSK擾頻對映52擾頻。該8PSK擾頻對映回應一擾頻圖樣產 生器14，此同於上述圖1中之速率1/2 QPSK實施例。熟習 本技術者須了解，圖5的編碼器對每隔兩位元的輸入輸出 三個位元（8PSK)，因此配置速率2/3。 用於速率2/3碼的產生器矩陣"G1，包含 g(D) = \d4+{ d d'+d' L 刀4 +Ζ)2+ι 以8位元表示，則該產生器矩陣為 G =〔21,02,12、 [10,25,12^ ' 圖6中示對於BCC速率2/3編碼器50之詳細可能的配置。 該編碼器包含用於兩個輸入位元m0 (最小有效位元）及 ml(表大有效位元）的分開路彳空。對於m〇的路徑包含四個延 遲元件6 0，其可簡單地包含習知技術中熟知的記憶體暫存 器；對於m 1的路徑包含四個額外的延遲元件6 2。如上所 述’每兩位元（mO，ml)輸入，在編碼器輸出處產生3個位 元：三個輸出位元以xO ’ xl ，x2表示。在此x〇為最小有效 位元（lsb)，x2為最大有效位元（msb)。模數2加法器64連 接延遲元件的特定輸出以配置需要的產生器矩陣，在圖5

第11頁 453 07 6 五、發明說明（8) ~~~~' ~ 「21，02，1.2、 JO.25,12；

所示的例子中產生器矩陣可表示成G BCC的輪出使用如8PSK對映—構象。8PSK構象之一例參 見圖7。使用來自BCC的輪出位元，⑽1，〇11 ， 100 1〇1，11〇及111)的個三重產生一符號。如圖卜4的實 1例配置3，從BCC輸出到8PSK模式中的PSK構象點的對映 勛擾頻圖樣產生器1 4產生的虛擬隨機擾頻序列決定。 ^ 頻序列的值等於丨，則轉動該構象，如對應對一擾 ς = 1 值為〇的構象逆時鐘轉動90度。如圖7所示，對於 η μ、+象對應S = 〇的對應構象轉動90度。虛擬隨機序列可 同：上述圖1到4之實施例中所說明者。 法現t須了解本發明提供多種新一且唯一的二元卷積碼方 轂嫂而ί，本發明的方法用於在通訊頻道傳送前擾頻編碼 接收編：延？型式：會”看"起來像到 ΡΝ床別沐 … '、改進編碼子元路徑的防制能力。一 擾傾& π ί 的配置以提供擾頻序列。須了解長的 擾頻序列將改進共頻道干擾的性能。 幻 盘t =明更進一步提供新的BCC產生器結構，苴可有效地 擾頻序列共，。而且，從短種子經循環偏移產 的: 由轉動構象（如90度）達到擾頻的觀念也是唯— ❿了解01已應較佳實施例說明本發日月，但嫺熟本技術者 述實施例加以更改及…而不偏離本發明

453 07 6 _案號88114150_%年3月丨9日 修正 五、發明說明（拟） 元件符號說明 10 BCC速率1 /2 編 碼 器 12 QPSK 擾頻 對 映 14 擾頻 圖樣 產 生 器 20 卷積 編石馬 器 記 憶 體元件 22 輸入 端 24、26 終端 30 加法 器 50 BCC速率2 /3 編 碼 器 52 8PSK 擾頻 對 映 60 延遲 元件 62 額外 的延 遲 元 件 64 模數2加法器

O:\60\60026.ptc 第12a頁 2001.03.13.013

Claims (1)

1. _案號88114150_和年Θ月/J曰_fvi_ 六、申請專利範圍 1 . 一種以卷積方式編碼數位數據以在一通訊頻道上傳送 之方法，該方法包含下列步驟： 使用一64狀態，基於一8位元產生器133，175或一 256 狀態之速率1/2的二元卷積碼（BCC)，及基於一 8位元產生 〔21,02,12、 器 h〇,25,i2j之速率2 / 3 BCC中的一項，以處理該數據以提供 二兀卷積編瑪編碼字7〇。 2 ·如申請專利範圍第1項之方法，其中尚包含下列步 驟： 在將該編碼字元於通訊頻道上傳送前擾頻該編碼字 元。 3. 如申請專利範圍第2項之方法，其中該編碼字元結合 編碼於同相（in-phase)(I)及正交相（quadrature)(Q)頻道 中 ΰ 4. 如申請專利範圍第2項之方法，其中： 依據虛擬隨機擾頻序列將該編碼字元對映到一構象 中，該擾頻序列包含具有第一及第二二元數值中之一值的 位元 ； 在擾頻序列中的一位元具有該第一二元值的事件中， 將該構象維持在與構象軸現在的關係上，以及 在該擾頻序列中之一位元具有該第二二元值的事件 中，將該構象轉動9 0度。 5 .如申請專利範圍第4項之，其中在該擾頻序列中 之該位元具有該第二二元值的事件十，將該構象逆時鐘轉

   o:\60\60026.ptc 第疋頁.. 2001.03.13.015 4 Ο 7 _案號88il4150 fo年3月/3日 修正__ 六、申請專利範圍 動。 6 .如申請專利範圍第5項之方法，其中從一種子序列 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1令產生該擾頻序列，在此時間中，序列 的第一位元為最左位元。 7. —種編碼數據以使用在數位通訊系統中之裝置，該裝 置包含： 一二元卷積編碼器；以及 一擾頻器，在一通訊頻道上傳送之前，擾頻為該編碼 器提供的擾頻編碼字元。 8 .如申請專利範圍第7項之裝置，其中該擾頻器回應一 擾頻圖樣產生器。 9 .如申請專利範圍第7項之裝置，其t該編碼字元結合 編碼於一同相（I )及正交相（Q)頻道中。 1 0 .如申請專利範圍第7項之裝置，其中： 依據虛擬隨機擾頻序列將該編碼字元對映到一構象 中，該擾頻序列包含具有第一及第二二元值中之一項的位 元； 在擾頻序列中的一位元具有該第一二元值的事件中， 將該構象維持在與構象轴現在的關係上，以及 在該擾頻序列中之一位元具有該第二二元值的事件 中，將該構象轉動9 0度。 1 1 .如申請專利範圍第1 0項之裝置，其中在該擾頻序列 中之該位元具有該第二二元值的事件中，將該構象逆時鐘 轉動。

   _案號88114150 介年·3月/j日 修正__ 六、申請專利範圍 1 2 .如申請專利範圍第1 1項之裝置，其中該逆時鐘轉動 包含90度的轉動。 1 3 . —種用於編碼數據以使用在數位通訊系統中之方 法，該方法包含下列步驟： 將要在通訊頻道上通訊的數據，使用一二元卷積碼加 以編碼；以及 在於該通訊頻道上傳送前，擾頻為該二元卷積碼提供 的編碼子兀。 1 4.如申請專利範圍第1 3項之方法，其中尚包含下列步 驟為該編碼字元結合編碼於一同相（I )及正交相（Q)頻道 中 。 1 5 .如申請專利範圍第1 3項之方法，其中尚包含下列步 驟： 依據虛擬隨機擾頻序列將該編碼字元對映到一構象 中，該擾頻序列包含具有第一及第二二元數值中之一值的 位元 ； 在擾頻序列中的一位元具有該第一二元值的事件中， 將該構象維持在與構象軸現在的關係上，以及 在該擾頻序列中之一位元具有該第二二元值的事件 中，將該構象轉動。 1 6 .如申請專利範圍第1 5項之方法，其中在該擾頻序列 的該位元具有該第二二元值的事件中，將該構象逆時鐘轉 動。 1 7.如申請專利範圍第1 6項之方法，其中該逆時鐘轉動

   O:\60\60026.ptc 2001.03.13.017 4 Ο 7 h _案號88114150 泠年3月/3日 修正___ 六、申請專利範圍 包含一 90度的轉動。 1 8 · —種用於編碼數據以使用在數位通訊系統中之裝 置，該裝置包含： 一二元卷積編碼器，以使用一 6 4狀態，基於一 8位元 產生器133，175或一 256狀態之速率的1/2二元卷積碼 '21,02,12" (BCC)，及基於一 8位元產生器 之速率2/3 BCC 中的一項，處理該數據以提供二元卷積編碼編碼字元。 1 9.如申請專利範圍第1 8項之裝置，其中： 依據虛擬隨機擾頻序列將該編碼字元對映到一構象 中，該擾頻序列包含具有第一及第二二元數值令之一值的 位元； 在擾頻序列中的一位元具有該第一二元值的事件中， 將該構象維持在與構象轴現在的關係上’以及 在該擾頻序列中之一位元具有該第二二元值的事件 中，將該構象轉動。 2 0 .如申請專利範圍第1 8項之裝置，其t尚包含一擾頻 器，以在通訊頻道上傳送前，擾頻為該編碼器提供的擾頻 編碼字兀。

   ;〔第 Ά 頁- 0:\60\60026,ptc 200L 03.13.018