专利名称：提供和接收符号的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及无线数字通信设备，尤其是涉及一种提供和接收符号的方法和设备。
在无线数字通信设备领域，纠错的使用是为了抵制信道传输错误，特别是格码调制(TCM)是一种已知的纠错的方法，它对数字信号数据(如二进制比特)用熟知的纠错技术进行处理，产生要传输的符号。
而且还已知对不同组的语音编码参数提供可变的纠错级别，特别是对错误敏感度高的参数(如如果接收不正确，它会对恢复的语音质量产生极消极的作用)要给定较强的防错级别，然而对于对错误敏感度低的参数(如，如果接收不正确，它对语音质量的影响很小或无妨)如果有一点的话，就给它较低的错误预防。
尽管TCM在需要可变防错能力的系统中占有优越性，但TCM有时会在给定调制类型下，可使用的码率数量上有限制，纠错码率的典型描述是K/n的比率，这里k是被编码的比特数，n是组成最终符号的比特数。例如，码率1/2的码是对每输入的1比特产生一个由两个编码比特定义的符号，码率2/3的码是对每输入的两比特产生一个由三个编码比特定义的符号等等。一般情况下，随着码率减小/增加，码的纠错能力也增加/减小，表1显示了对不同的正交幅度调制(QAM)和相移键控(PSK)调制方案极限的TCM码码率。
如表1所示，对每种调制类型仅有一种安格伯克(Ungerboeck)码率(即N/N+1的比率)可用。尽管能得到非-Ungerboeck码率，但它们很难设计成正确的防错性能，实际中一般不用，给定可得到的受限制的码率下使用TCM，设计者经常面临着选择，使很少的比特具有高度的防错，或者使大部分比特具有较低程度的防错。但是，这样的交替对需要不同程度的防错系统并不总能提供合适的纠错性能，如语音系统。
因此，在需要可变防错级别的系统中，允许更宽范围内选择TCM码率的方法将是很有用的。
图1是现有技术导出符号的方案图解。
图2是按照本发明的第一种实施例的导出符号的方案图解。
图3是按照本发明的基于多个比特序列所产生符号的流程图。
图4是按照本发明的无线数字通信设备的方框图。
图5是按照本发明基于接收到的符号来恢复主要和次要比特的方法的流程图。
图6是按照本发明显示了符号编码和解码实例的方框图。
本发明提出一种在TCM基础上提供符号的方法和设备，允许多个比特序列有不同程度的防错，这个方法和设备可用在无线数字通信设备中。
符号构象逻辑上可划分为一组多符号子集，并且提供需要第一级保护的主要比特序列，和需要第二级保护次要比特序列，其保护程度低于第一级，至少一个首先选择的主要比特做错误控制编码，一般情况下它产生M比特预编符号(pre-symbol)，M比特预编符号唯一地对应于多符号子集组中一个多符号子集。M比特预编符号被至少一个首先选择的次要符号调制，产生N比特符号(这里N＞M)，该N比特符号唯一对应于包括在多符号子集中的一个符号。本发明的环境中，调制是指在预编符号定义的区域内选择一个特定符号。
在接收端，N比特符号通过只与每个多符号子集中一个符号比较来解码，产生恢复的主要比特。另外，N比特符号通过与预定义的判决边界相比较产生恢复的次要比特。用这种方式，多个比特序列可有不同程度的错误防护。另外可提供更宽范围可变的码率。
参考图1～6，本发明可以更详细地被说明。图1是现有技术导出符号的方案图解，使用这种方法，某一比特序列中每一比特对信道错误只有近似同样的预防程度。实例表明，首先输入比特经卷积码编码，变换成由4个原始的2比特组成的符号，原始符号的欧几里德距离相当小(左边I-Q平面)。被选择的符号101响应其它两个未编码比特依次转移，产生4个可能的4比特符号102～105的1个。使得这样4个可能符号之间的欧几里德距离比原始符号的欧几里德距离大。
图1显示的方法采用符号间的欧几里德距离提供防错给两个未编码比特而对首先输入比特采用卷积码提供防错。这就有对首先输入比特和两个未编码输入比特提供相类似级别的保护的净效应。以这种方式产生的接收到的符号在解码器中通过与所有可能的候选符号比较来决定输入比特的发送序列。
图2是根据本发明的第一个实施例的导出符号的方案图解。在图2的实例中，主要比特使用卷积码或格型(trellis)编码器被编码，产生2比特预编符号，它同一个区域201～204(或多符号子集)唯一地对应。这个处理过程下面将更详细叙述。(本发明期望一个符号构象至少可分为两个多符号子集，例如，16QAM符号构象可分为2个多符号子集，每个子集包含8个符号，或分为4个多符号子集，每个子集包含4个符号，或分为8个多符号子集，每个子集包含2个符号，或者没有必要把构象中每个符号作为多符号子集的成员。例如，16QAM符号构象中的8个符号可被分为4个多符号子集，每个子集包含2个符号。另外8个符号可以不用。哪个符号包含在哪个多符号子集中是设计选择的事情。
实际上，本发明是指定编码器状态转移到多符号子集，而不是现有技术中的诸单个符号。在推荐的实施例中，多符号子集的选择要求是对于每个多符号子集，在多符号子集内的任何符号到其它所有的多符号子集中的最近的一个符号之间的欧几里德距离最大。在这种方式下，编码比特不仅受益于编码，而且也受益于更大程度的欧几里德距离。
一旦和多符号子集对应的预编符号被选取，两个未编码比特用于从选中的多符号子集中选出一个特定的4比特(即N＝M+2)符号205～208。图1和图2之间的权衡在于未编码的比特不会受益于较大的欧几里德距离。而且，解码过程也不太复杂，如下所述。
图3是本发明中基于多个比特序列产生符号的方法的流程图。在步骤301中提供主要比特序列和次要比特序列。另一种方法是产生多个主要比特序列和/或次要比特序列。尽管这些比特序列通常可以包含任何类型的信息，在推荐的实施例中，它们包含了有不同错误敏感度的语音编码参数。另一种实施例中，比特序列包含有不同错误敏感度的图象编码参数。在本发明的环境中，假设有一个或多个主要比特序列具有较高的错误敏感度，因此需要受到较强的保护；有一个或几个次要比特序列具有较低的错误敏感度，因此只需要受到弱的保护。
在步骤302中，从主要比特序列和次要比特序列中至少各选一比特来产生至少最先选中的主要比特和一个次要比特。这个选择过程从每个比特序列中选择下一个可得到的比特，或不按顺序从每个比特序列选择预定的那些比特。另外，若有不止一个主要和/或次要比特序列，那么，至少最先选中的主要比特和一个首先选中的次要比特可以分别从各自的多个主要比特序列和次要比特序列中选取。
在步骤303中，至少最先选中的主要比特被编码，产生与一个多符号子集唯一地对应的M比特预编符号，在一个推荐实施例中，至少最先选中的主要比特的编码采用已知的格型码来产生M比特预编符号，在另一实施例中，采用已知的卷积码来产生M比特，它们变换成M比特预编符号。按照现有技术，格型码和卷积码变换状态转移到候选符号。在这种方式下，由输入比特序列产生的状态转移产生允许的符号序列。与此相反，本发明是把输入比特产生的状态转移变换到多符号子集(或区域)，这些子集由M比特预编符号识别。如果多符号子集按照使每个多符号子集间有欧几里德距离最大来选择，那么用于产生M比特预编符号的输入比特不仅受益于编码带来的冗余度，而且受益于多符号子集的欧几里德距离。
在步骤304中，M比特预编符号由至少最先选中的次要比特调制来产生N比特符号，这里N＞M且k＝N-M。实际中，每个N比特符号作为一个N比特符号索引被表示。“调制”步骤等价于在与M比特预编符号唯一地对应的多符号子集中选择一个特定符号。如上所述，每个多符号子集由逻辑上有2K个符号的分集组成。符号可从0到2K-1被索引。(“区域”通常指多符号子集的产生，因为包含在每个多符号子集中的符号典型情况下是选彼此接近的)。选择(或调制)过程可通过直接把包含至少最先选中的次要比特在内的K个次要比特变换到在指定多符号子集中的恰当的N比特符号索引来完成。另一实施例中，选择可以采用第二个编码器(格型或卷积)来完成。
在步骤305中，N比特符号可通过合适的通信源如射频载波可选地发送。不考虑步骤305如何，在步骤306中判定，如果包括在主要和次经比特序列中的所有比特都已经被编码，调制、发射，则过程结束。若有剩余比特需要被编码、调制、可选地发射，则在302过程重复。在推荐实施例中，主要和次要比特的选择应使每序列的比特同时用完。例如，所有比特组成一个语音编码帧。
图4是按照本发明的无线数字通信设备400的方框图。无线数字通信设备400包含一个语音编码器401，一个编码器402，一个预编符号调制器403，一个无线发射机404。尽管没有显示，在推荐实施例中，一个或多个处理器件(如微处理器和/或数字信号处理器)和存储器件(如随机存取存储器和/或只读存贮器)也包含在无线数字通信设备400中用以实现作为软件算法的本发明描述的方法。
话音编码器401执行数字话音压编算法，输出至少两路表示输入语音波形特征(没有显示)的数字话音编码参数。举个例子，话音编码器可执行被称作矢量和激励线性预测编码(VSELP)或称作改进的多带激励编码(IMBE)。第一个信道406包含一序列话音编码参数，这些参数有高的错误敏感度(在上面称为主要比特序列)，第二个信道包含一序列具有低的错误敏感度的话音编码参数(在上面称为次要比特序列)。
第一信道406被送往编码器402。编码器402执行上面303步骤描述的编码过程。产生M比特预编符号408。另外，第二信道407被送往预编符号调制器403，该调制器403用第二信道中的次要比特调制M比特预编符号408，如上面所述，在步骤304，产生N比特符号409(编码器402和预编符号调制器403合起来组成一个符号编码器，可实现查表任务)，在一优先实施例中N比特符号409可以含有PSK或QAM符号。最终的N比特符号409被送往无线发射机404，例如射频发射机，该发射机通过无线通信资源410射频载波发射符号409。
图5是根据本发明的基于接收的符号来恢复主要和次要比特的方法的流程图。图5描述的方法可以被引入例如无线通信设备中。在步骤501中，通过任何合适的传输介质如RF载波器可以接收符号。接收到的符号由于受到传输噪声和干扰的影响可不同于发射的符号。如上所述，假设接收到的符号是使用至少一个主要比特和至少一个次要比特产生。
在步骤502中，如上所述，符号构象被分为多符号子集。尽管优先实施例中，图5所示对每个接收符号的操作是作为一个单独的步骤，但确定多符号子集的步骤是在系统设计阶段完成。
在步骤503中，确定接收符号到每个多符号子集中每一个的一个符号，而且仅一个符号之间的距离。对此确定通常如以下参考图6所述是选择在每个多符号子集中最近的一个符号。现有技术中的方法采用所有候选的符号，这里的方法比现有技术降低了复杂度。
在步骤504中，上面确定的距离用于对至少一个主要比特来产生恢复的诸主要比特解码。在推荐的实施例中，步骤503和504采用维特比(viterbl)译码器来操作，在该译码器中分支度量对应于接收符号到多符号子集间的欧几里德距离而不是接收符号和候选符号间的欧几里德距离。实际上，步骤503和504采用确定最大相似多符号子集而恢复至少一个主要比特。
在步骤505中，接收符号相对于至少一个预定的判定边界的位置被确定。在这情况下，至少一个次要比特可被确定并产生恢复的次要比特，图6显示了一个例子。在本发明的一个实施例中，步骤505可作为维特比算法的一部分被执行，所以利用了有格码纠错的能力的优点。
通过一个实例不难理解本发明。图6显示了根据本发明符号的编码及解码实例框图。尤其是，图6用图形显示了上述的符号编码和解码的不同相位。
在本例中编码器601对一个或两个主要比特进行格型(或卷积)编码，产生M比特符号603，比特符号603与某个多符号子集602相对应。预编符号603被传到预编符号调制器604，本例中，该调制器604使用一个次要比特从多符号子集602中选择一个符号605。然后符号605通过无线通信资源607发射出去。
一个被接收的符号609，由于传输噪声和/或干扰的影响极有可能被改变，被送往软判决解码器610，例如，维特比(Viterbi)译码器。接收的符号609同每个多符号子集中的仅仅一个候选符号612～619作比较。如上所述，候选符号612～619被选择为与接收的符号609有最小的欧几里德距离的每个子集的这些符号。如上所述，软判决解码器610使用的分支度量对应于多符号子集组的欧几里德距离。译码器软判决610采用最大相似判决准则来确定多符号子集611，这样，一个或两个主要比特(对应于以前编码的一个或两个主要比特)就被确定了。
一旦确定，最大相似多符号子集611被送至硬判决译码器621。硬判决译码器621比较接收的符号609和对应于多符号子集611的判决边界622来决定最可能被发射的多符号子集中的一个符号623。这样做，恢复的次要比特(对应于用于调制预符号603的次要比特)就确定下来。
可以理解尽管图6显示了16QAM构象，但是本发明不限这一种类型或大小的构象。例如采用本发明的装置可实施64QAM或8PSK构象。
利用本发明提供的一种方法和设备可以使许多个比特序列具有不同程度的防错能力。本发明的一个明显的好处是由于使用了多符号子集而降低了解码器的复杂度。另外，由于使用多个比特序列，每个需要不同的码率(或是不同程度的防错)，本发明在码率选择方面有更大的灵活性。例如，一个16QAM 1/3码率的码可以表现为用2/4码率编码器实现，但实际上为主要输入比特提供1/3码率编码并使用一个不编码的次要比特就可增加有效码率到2/4。
权利要求
1.包含下面步骤的方法-产生一个需要第一级保护的错误预防的主要比特序列；-产生一个需要第二级保护的错误预防的次要比特序列，第二级保护次于第一级；-对主要比特序列的至少最先选中的主要比特进行错误控制编码以产生一个与至少最先选中的主要比特相对应的M比特预编符号，其中，符号构象被分为一组多符号子集，M比特预编符号唯一地对应于多符号子集组中的某个多符号子集；并且，-用次要比特序列中至少最先选中的次要比特调制M比特预编符号来产生唯一地对应于包含在多符号子集中的某个符号的N比特符号，其中，N比特符号中的M个比特对应于至少最先选中的主要比特，N比特符号中的N-M个比特对应于至少最先选中的次要比特。
2.权利要求1的方法，提供主要比特序列的步骤还包含提供有较高等级的错误敏感度而需要第一级错误预防的数字话音编码参数的步骤。
3.权利要求1的方法，产生次要比特序列的步骤中还包含提供有较低等级的错误敏感度而错误预防使用一对一比特到符号-比特变换而不需要最终冗余保护的数字话音编码参数的步骤。
4.权利要求1的方法，对至少最先选中的主要比特进行错误控制编码来产生M比特预编符号的步骤还包含了对至少最先选中的主要比特格型编码来产生M比特预编符号的步骤，其中格型状态转移具有与多符号子集组一对一的对应关系。
5.权利要求1的方法，对至少最先选中的主要比特进行错误控制编码来产生M比特预编符号的步骤还包含了对至少最先选中的主要比特卷积编码来产生M比特的预编符号的步骤，其中，卷积状态转移具有与多符号子集组一对一的对应关系。
6.权利要求1的方法，对至少最先选中的主要比特进行错误控制编码来产生M比特预编符号的步骤还包含了对至少最先选中的主要比特进行错误控制编码来产生3比特预编符号的步骤。
7.权利要求1的方法，用至少最先选中的次要比特调制M比特预编符号以产生N比特符号的步骤还包含了用至少最先选中的次要比特调制M比特预编符号来产生2N个正交幅度调制符号。
8.权利要求1的方法，进一步包含了借助无线通信资源发射N比特符号的步骤。
9.一个包含下面步骤的方法-产生一个需要第一级保护的错误预防的主要比特序列；-产生一个需要第二级保护的错误预防次要比特序列，第二级保护次于第一级；-对至少最先选中主要比特序列进行错误控制编码来产生对应于最先选中的主要比特的M比特预编符号，其中，符号构象被分为一组多符号子集，M比特预编符号唯一地对应于多符号子集组中的某一多符号子集；并且，-用至少第一次要比特序列中的最先选中的次要比特调制M比特预编符号以产生唯一地对应于多符号子集中的一个符号的N比特符号，其中M不小于2，N大于M，其中N比特符号中的M比特对应于至少最先选中的主要比特，N比特符号中的N-M比特对应于最先选中的次要比特。
10.权利要求9的方法，还包含下列步骤-产生需要第二级保护的错误预防的至少第二个次要比特序列，-对次要比特序列组中的至少最先选中比特进行错误控制编码以产生一个对应于最先选中的主要比特的N-2比特预编符号，其中，N-2比特预编符号唯一地对应于某一多符号子集；并且-用最先选中的次要比特和至少第二个次要比特序列中的第二个选中的次要比特调制N-2比特预编符号来产生唯一对应于多符号子集中的一个符号的N比特符号，其中N大于3，其中N比特符号中至少两比特对应于至少最先选中的主要比特，N比特符号中的1比特对应于最先选中的次要比特，N比特符号中的1比特对应于第二个选中的次要比特。
11.权利要求9中的方法，对最先选中的主要比特进行错误控制编码以产生N-1比特预编符号的步骤中进一步包含了最先选中的主要比特进行格型编码以产生N-1比特预编符号的步骤，其中格型状态转移和多符号子集组有一对一的对应关系。
12.权利要求9的方法，对最先选中的主要比特进行错误控制编码以产生N-1比特预编符号的步骤中进一步包含了对最先选中的主要比特卷积编码以产生N-1比特预编符号的步骤，其中，卷积状态转移和多符号子集组有一对一的对应关系。
13.符号编码器的装置包含-一个编码器，接收需要第一级保护的错误预防的主要比特序列，并产生对应于主要比特序列中的至少一个主要比特的至少一个M比特预编符号，其中，符号构象被分为一组多符号子集，至少M比特预编符号唯一地对应于多符号子集组中的某个多符号子集；以及-一个预编符号调制器，和编码器相连，该编码器接收至少一个M比特编符号和需要第二级保护的错误预防的次要比特序列，第二级保护次于第一级，用次要比特序列中的至少一个次要比特调制M比特预编符号以产生唯一地对应于多符号子集中的一个符号的一个至少一个N比特符号，其中N比特符号中的M比特对应于至少一个主要比特，N比特符号中的N-M个比特对应于至少一个次要比特。
14.权利要求13的符号编码器，该编码器进一步包含了一个格型编码器，其中格型编码器的状态转移和多符号子集组有一对一的对应关系。
15.权利要求13的符号编码器，该编码器进一步包含了一个卷积编码器，其中卷积编码器的状态转移和多符号子集组有一对一的对应关系。
16.用于无线数字通信设备的装置包含-一个编码器，接收需要第一级保护的错误预防的主要比特序列，产生对应于主要比特序列中的至少一个主要比特的至少一个M比特预编符号，其中，符号构象被分为一组多符号子集，至少一个M比特预编符号对应于多符号子集组中的一个多符号子集。-一个预编符号调制器，与编码器相连，该编码器接收至少一个M比特预编符号与和需要要第二级保护的错误预防的次要比特序列，第二级保护次于第一级，用次要比特序列中的至少一个次要比特调制M比特预编符号以产生唯一地对应于多符号子集中的一个符号的至少一个N比特符号，其中，该至少一个N比特符号中的M个比特对应于至少一个主要比特，N比特符号中的N-M个比特对应于至少一个次要比特。-无线发射机，耦合到预编符号调制器，接收至少一个N比特符号并通过无线通信资源发射N比特符号。
17.权利要求16中的无线数字通信设备，该编码器进一步包含了一个格型编码器，其中，格型编码器的格型状态转移和多符号子集组有一对一的对应关系。
18.权利要求16中的无线数字通信设备，编码器进一步包含了一个卷积编码器，卷积编码器的状态转移和多符号子集组有一对一的对应关系。
19.权利要求16中的无线数字通信设备，无线发射机进一步包含了无线射频发射机。
20.权利要求16中的无线数字通信设备，进一步包含语音编码器，耦合到编码器和预编符号调制器，产生有高等级的错误敏感度的语音编码参数作为主要比特序列和低等级的错误敏感度的语音编码参数作为次要比特序列。
21.包含下列步骤的方法-接收一个N比特符号，其中N比特符号中的M个比特对应于至少一个主要比特，N比特符号中的N-M比特对应于至少一个次要比特。-将符号构象分成一组多符号子集。-采用确定N比特符号和每个多符号子集的仅一个符号之间的距离对N比特符号解码。
22.权利要求21的方法，对N比特符号解码的步骤进一步包含了维特比(Viterbi)编码N比特符号，以产生至少一个恢复的主要比特。
23.权利要求22的方法，对N比特符号解码的步骤进一步包含-判定N比特符号相对于至少一个预定的判决边界的位置；以及-作为N比特符号对于至少一个预定的判决边界的位置的函数确定至少一个恢复的次要比特。
全文摘要
符号构象被逻辑分解为一组多符号子集(201-204)，另外，产生主要比特序列和次要比特序列，对至少选中的主要比特进行差错控制编码(303)以产生与多符号子集(602)唯一地对应的M比特预编符号(603)。M比特预编符号被至少最先选中的次要比特调制(304)以产生唯一地对应于多符号子集中的一个符号的N比特符号(605)，通过比较接收的符号(609)和每个多符号子集中的仅一个来判定恢复的主要比特。另外，通过比较接收的符号和预定义的判定边界(622)来判定恢复的次要比特。以这种方式就可产生具有不同等级的差错预防并允许更宽范围变化的码率。
文档编号H04L27/34GK1166900SQ9619130
公开日1997年12月3日 申请日期1996年10月18日 优先权日1995年10月31日
发明者格里高利·C·怀特, 斯特芬·P·埃莫特, 约翰·G·龙克, 帕切克·J·多兰 申请人:摩托罗拉公司