專利名稱：在有噪聲的媒體上進(jìn)行數(shù)據(jù)編碼和通信的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的領(lǐng)域。具體涉及用以在有噪聲的媒體上可靠地發(fā)送和/或接收數(shù)據(jù)例如數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的方法和裝置。
背景技術(shù)：
數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信系統(tǒng)現(xiàn)已普遍地用于在遠(yuǎn)地的發(fā)送地點(diǎn)與接收地點(diǎn)之間發(fā)送和/或接收數(shù)據(jù)。任何數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)所側(cè)重的方面都是通信數(shù)據(jù)的可靠性和完整性。理想的是，從發(fā)送地點(diǎn)所發(fā)送出的數(shù)據(jù)應(yīng)當(dāng)與在接收地點(diǎn)所接收的數(shù)據(jù)完全相同。然而，實(shí)際上在接收地點(diǎn)所接收的數(shù)據(jù)相對(duì)于從發(fā)送地點(diǎn)所發(fā)送的原始數(shù)據(jù)而言，經(jīng)常是被污染了。這種數(shù)據(jù)通信差錯(cuò)部分地歸因于傳送設(shè)備、傳輸媒體或接收設(shè)備其中的一項(xiàng)或多項(xiàng)。就傳輸媒體而言，這種數(shù)據(jù)差錯(cuò)通常歸因于缺少與特定的傳輸媒體有關(guān)的理想條件。
例如，在無線通信系統(tǒng)的情況下，傳輸媒體典型地是空氣，通信經(jīng)常遭受大氣層和其它的影響而使傳送的數(shù)據(jù)劣化。這些非理想條件之中的某些可被模仿和周密地考慮，以便補(bǔ)償并借以減少或盡可能消除由此造成的任何有害的影響。對(duì)于這方面，眾所周知，信號(hào)衰減量是必須通過大氣層傳播數(shù)據(jù)信號(hào)的距離的函數(shù)。這樣，有可能設(shè)計(jì)出一種能足夠結(jié)實(shí)地傳送數(shù)據(jù)信號(hào)的無線通信系統(tǒng)，盡管有已知的依賴于距離的大氣層的衰減，但數(shù)據(jù)信號(hào)在接收地點(diǎn)仍能正確且準(zhǔn)確地接收到。與空氣或大氣傳輸媒體有關(guān)的其它類型的非理想情況通常是非常隨機(jī)性的情況，事先不可能被模仿，因而不可能被補(bǔ)償或被消除。
通過互聯(lián)線傳送數(shù)據(jù)也會(huì)遭到某些噪聲和衰減現(xiàn)象的影響。具體地說，將交流動(dòng)力線用以作為傳輸媒體時(shí)，這種類型的系統(tǒng)通常展現(xiàn)出一些不可預(yù)測(cè)的傳輸特性，例如在某些頻率上衰減極大、沿傳輸路由的相位變化、凹陷和不連續(xù)性。這種類型的系統(tǒng)在美國(guó)專利4,815,106中描述了，其內(nèi)容在這里引用供參考。通常最為普遍有三種模式的噪聲高斯噪聲、低電壓脈動(dòng)性干擾和很高電壓的尖峰脈沖。在這三者中，低電壓脈動(dòng)性干擾往往是數(shù)據(jù)傳送差錯(cuò)的主要源，亦即，即使存在高斯噪聲的情況下，數(shù)據(jù)傳輸仍能可靠地完成。由于采用差錯(cuò)檢測(cè)/再傳送(ACK/NACK)普遍地認(rèn)為是恢復(fù)丟失信息的最好方法，故而對(duì)于很高電壓的尖峰脈沖而言，它們較為不常出現(xiàn)并且恒定地引起數(shù)據(jù)差錯(cuò)。此外，這些特性會(huì)隨線路上負(fù)載情況的變化而顯著地變化，例如有各種各樣的其它負(fù)載會(huì)加到運(yùn)載電流的導(dǎo)線上或被減掉。這樣的負(fù)載包括工業(yè)機(jī)器、無數(shù)的設(shè)備中的各種電動(dòng)機(jī)、照明調(diào)光電路、電熱器和電池充電器。
數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中為了克服這些問題，經(jīng)常采用檢錯(cuò)和糾錯(cuò)方案，用以檢測(cè)數(shù)據(jù)差錯(cuò)的發(fā)生并糾正數(shù)據(jù)差錯(cuò)。一種簡(jiǎn)單形式的檢錯(cuò)是應(yīng)用與每個(gè)數(shù)據(jù)塊有關(guān)的一個(gè)奇偶校驗(yàn)比特，來指示該具體的數(shù)據(jù)塊是含有奇數(shù)個(gè)“1”比特還是含有偶數(shù)個(gè)“1”比特。然而，這是一種非常簡(jiǎn)單的方案，它具有許多缺點(diǎn)。能夠準(zhǔn)確地檢測(cè)出每個(gè)數(shù)據(jù)塊中至多1個(gè)比特差錯(cuò)的檢錯(cuò)方案是一種簡(jiǎn)單的檢錯(cuò)方案。況且，應(yīng)用一個(gè)奇偶校驗(yàn)比特并不能檢測(cè)出一個(gè)數(shù)據(jù)塊中發(fā)生兩個(gè)比特的差錯(cuò)，這甚至被檢測(cè)出來也不作為奇偶校驗(yàn)位的違章。另外，應(yīng)用一個(gè)奇偶校驗(yàn)位僅能檢測(cè)差錯(cuò)，并不能糾正差錯(cuò)。每當(dāng)檢測(cè)出差錯(cuò)時(shí)，接收地點(diǎn)典型地請(qǐng)求從發(fā)送地點(diǎn)再發(fā)送這特定的數(shù)據(jù)塊。
普遍地用于數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中的一種類型的糾錯(cuò)方案是應(yīng)用冗余數(shù)據(jù)傳送，并在接收地點(diǎn)應(yīng)用表決電路。在這種系統(tǒng)中，正被傳送的數(shù)據(jù)重復(fù)傳送多次，例如5次。在接收地點(diǎn)，所有的5個(gè)數(shù)據(jù)塊被接收到，并由一個(gè)表決電路來處理，它將每個(gè)數(shù)據(jù)比特的5種接收版型相比較并根據(jù)表決多數(shù)意見來確定該比特是1還是0。雖然這種系統(tǒng)能檢測(cè)和糾正數(shù)據(jù)差錯(cuò)，但就有效的數(shù)據(jù)通過量或傳輸速率而言，這要付出很大的代價(jià)，其原因是由于每個(gè)數(shù)據(jù)塊必須重復(fù)傳送多次的事實(shí)的緣故。
不同類型的數(shù)據(jù)傳輸格式對(duì)于不同類型的衰減和畸變很敏感。窄帶傳輸格式例如移頻鍵控(FSK)或振幅鍵控(ASK)，或多或少地不受頻率依賴性衰減的影響，因而遭受很小的畸變或無畸變。然而，窄帶信號(hào)的整個(gè)頻帶可能落在衰減零點(diǎn)而被嚴(yán)重地衰減。寬帶傳輸格式例如擴(kuò)展頻譜，對(duì)窄帶的衰減零點(diǎn)所造成的信號(hào)劣化較不敏感。可是，由于與擴(kuò)展頻譜信號(hào)有關(guān)的較寬的帶寬，使得擴(kuò)展頻譜信號(hào)經(jīng)歷由于頻率依賴性衰減而引起的較大的畸變。為此，一種常規(guī)的窄帶信令格式對(duì)衰減很敏感，而一種常規(guī)的寬帶信令格式對(duì)畸變很敏感。
通信系統(tǒng)除了要求數(shù)據(jù)完整性以外，必須在發(fā)送地點(diǎn)與接收地點(diǎn)之間提供同步。這對(duì)于在接收地點(diǎn)保持正確的比特定時(shí)是極其重要的。在同步系統(tǒng)中，含有一個(gè)獨(dú)立的比特時(shí)鐘信號(hào)，用以指示每個(gè)比特周期的開始和結(jié)束。在異步系統(tǒng)中，在每個(gè)數(shù)據(jù)塊或幀的開始處含有一個(gè)同步前置碼，它具有多個(gè)比特，以使接收機(jī)鎖定在其上，并在傳輸和接收這些實(shí)際數(shù)據(jù)比特之前與發(fā)射機(jī)的比特定時(shí)相同步。
在與移相鍵控(PSK)信令一起使用的一種常規(guī)的串行同步系統(tǒng)中，接收機(jī)在隨意點(diǎn)上對(duì)同步前置碼的第一比特進(jìn)行取樣，然后將取樣的比特與基準(zhǔn)正弦信號(hào)相關(guān)。如果隨意選擇的取樣點(diǎn)正確，則在該比特周期的一個(gè)部分上在該取樣比特與基準(zhǔn)正弦信號(hào)之間將存在最大的相關(guān)性，也即，比特邊界正確地被識(shí)別出了，于是，接收的比特都在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間點(diǎn)上被取樣。如果相關(guān)性小于可接受的水平，則將取樣點(diǎn)在時(shí)間上移位一個(gè)比特周期的幾分之一，再作重復(fù)這個(gè)過程。這個(gè)過程一直重復(fù)，直至確定出最佳的比特取樣點(diǎn)時(shí)為止。串行同步系統(tǒng)可以使用一種數(shù)據(jù)格式，每個(gè)比特間隔至少兩個(gè)載波周期或循環(huán)，以保證正確的同步。這是由于有以下事實(shí)的緣故，亦即在PSK信令中存在畸變時(shí)在所接收的數(shù)據(jù)流中除了有相位變化之外，由接收機(jī)所應(yīng)用的固定取樣間隔可能不需要最佳地定位以對(duì)“1”比特或“0”比特取樣。取樣間隔的典型跨距至少為一整個(gè)載波周期。由于常規(guī)的同步系統(tǒng)不能足夠精確地在載波周期的起點(diǎn)開始取樣，而是在載波周期的幾分之一的點(diǎn)上開始取樣，所以每比特需要包含兩個(gè)或多個(gè)完整的載波周期，以保證一個(gè)取樣間隔至少一個(gè)載波周期。這樣，由于取樣間隔是至少一整個(gè)載波周期，并且取樣間隔的起點(diǎn)可能不是載波周期的起點(diǎn)，所以每個(gè)信息比特需要至少兩個(gè)完整的載波周期。雖然這種方案取得了改進(jìn)的同步和取樣，但它具有較大的缺點(diǎn)，即有效的數(shù)據(jù)通過量下降例如下降一半(每比特兩個(gè)載波周期)。這種類型同步電路的另一個(gè)主要缺點(diǎn)是長(zhǎng)時(shí)段，也即需要一個(gè)長(zhǎng)的序列或同步前置碼來取得正確同步。此外，由于同步過程跨越一個(gè)長(zhǎng)時(shí)段，因而它本身對(duì)隨時(shí)間變化的噪聲敏感，這會(huì)影響同步過程的精確性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種可利用新穎性的同步電路能在較短的時(shí)段內(nèi)得到更堅(jiān)實(shí)的同步且可在有噪聲的媒體上高效地通信的方法和裝置。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種應(yīng)用更堅(jiān)實(shí)和可靠的分級(jí)同步電路能在有噪聲的媒體上進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的方法和裝置。
本發(fā)明再一個(gè)目的是提供一種能對(duì)給定的帶寬以比常規(guī)的系統(tǒng)能給出的數(shù)據(jù)速率高些的數(shù)據(jù)傳輸速率在有噪聲的媒體上進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的方法和裝置。
本發(fā)明又一個(gè)目的是提供一種可應(yīng)用新穎的、改進(jìn)的擴(kuò)展頻譜技術(shù)來編碼數(shù)據(jù)的方法和裝置，這種技術(shù)利用數(shù)據(jù)編碼提供糾錯(cuò)能力和改進(jìn)的噪聲抗御力，并利用一個(gè)或多個(gè)數(shù)學(xué)算子使已編碼數(shù)據(jù)隨機(jī)化以得到一種擴(kuò)展頻譜信號(hào)格式。
本發(fā)明還有一個(gè)目的是提供一種可在有噪聲的媒體上進(jìn)行數(shù)據(jù)通信且能實(shí)現(xiàn)硬糾錯(cuò)和軟糾錯(cuò)、也能動(dòng)態(tài)調(diào)整被糾正的硬差錯(cuò)和軟差錯(cuò)的數(shù)目的方法和裝置。
根據(jù)本發(fā)明，現(xiàn)已提供一種新穎的、可在有噪聲的媒體上數(shù)據(jù)通信的裝置和方法。該裝置包括在發(fā)送地點(diǎn)的發(fā)射機(jī)電路和在接收地點(diǎn)的接收機(jī)電路之一或兩者。該數(shù)據(jù)被編碼，以提供糾錯(cuò)能力。已編碼的信號(hào)再經(jīng)執(zhí)行一項(xiàng)或多項(xiàng)數(shù)學(xué)運(yùn)算加以修正，進(jìn)而使數(shù)據(jù)信號(hào)隨機(jī)化。為此，發(fā)射機(jī)電路根據(jù)待發(fā)送的數(shù)據(jù)產(chǎn)生一個(gè)寬帶擴(kuò)展頻譜的信號(hào)，擴(kuò)展信號(hào)改進(jìn)其對(duì)噪聲的抗御力。對(duì)擴(kuò)展數(shù)據(jù)信號(hào)所使用的編碼可以是或可以不是數(shù)據(jù)本身的函數(shù)。本發(fā)明的一個(gè)新穎性的方面是達(dá)到了增強(qiáng)的噪聲抗御力，而在操作中不造成任何的信號(hào)劣化，并提高了糾錯(cuò)編碼的效率。
數(shù)據(jù)按照具有預(yù)定格式的分組或幀的形式傳送。每個(gè)數(shù)據(jù)幀含有一個(gè)同步前置碼，后隨是成幀信息，再后是已編碼數(shù)據(jù)。
在接收地點(diǎn)處，由常規(guī)的前端電路根據(jù)其中傳送數(shù)據(jù)的特定的媒體對(duì)已發(fā)送的信號(hào)初始地接收并處理。例如，在射頻發(fā)送的情況下，接收機(jī)前端電路含有一個(gè)常規(guī)的射頻接收機(jī)。類似地，在通過交流動(dòng)力線傳輸?shù)那闆r下，接收機(jī)前端電路含有合適的浪涌保護(hù)和/或?yàn)V波電路。
所接收的信號(hào)然后輸入到一個(gè)同步電路，利用在數(shù)據(jù)幀內(nèi)含的同步前置碼來實(shí)現(xiàn)正確的定時(shí)和同步。一旦取得同步，幀的數(shù)據(jù)部分就輸入到一個(gè)解調(diào)器電路，以將數(shù)據(jù)變換成二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)格式。這時(shí)，該數(shù)據(jù)尚未檢錯(cuò)或糾錯(cuò)。
由解調(diào)器輸出的數(shù)據(jù)流輸入到一個(gè)解碼器電路，以執(zhí)行糾錯(cuò)。然后，將已糾錯(cuò)的比特流提供給后續(xù)電路使用。
上文簡(jiǎn)要說明所討論的本發(fā)明，其它的目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將結(jié)合下文詳細(xì)描述的一個(gè)實(shí)施例和以下附圖就會(huì)明了，該實(shí)施例僅是示例性的，附圖反映了該實(shí)施例的諸多方面。


圖1示出一個(gè)數(shù)據(jù)幀的方框圖；圖2示出同步前置碼的波形示例圖；圖3示出并行同步信號(hào)的同步信號(hào)的示例圖；圖4示出分級(jí)并行同步的方框圖；圖5示出接收機(jī)一部分的方框圖；圖6示出一種常規(guī)的(32，8)塊編碼方案示例圖；圖7示出偏置線性算子的示例圖；圖8示出置換線性算子的示例圖。
具體實(shí)施例方式圖1示出可以配合本發(fā)明應(yīng)用的數(shù)據(jù)幀10。數(shù)據(jù)幀10含有多個(gè)同步前置碼11，它們的波形在圖2中詳細(xì)示出。同步前置碼11包含在每個(gè)數(shù)據(jù)幀10的開始處，以使接收機(jī)正確地同步于發(fā)射機(jī)中所應(yīng)用的特定的比特定時(shí)上。每個(gè)數(shù)據(jù)幀10的同步前置碼11的數(shù)目隨著每種數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的具體特性和要求而變化。另外，同步前置碼11的數(shù)目在給定的系統(tǒng)內(nèi)可逐幀變化。這可借助于應(yīng)用同步結(jié)束字符12來實(shí)現(xiàn)。同步結(jié)束字符12專門選擇得可使同步前置碼11與同步結(jié)束字符12之間的漢明距離大于某個(gè)閾值的量值。換言之，在同步前置碼11的各個(gè)比特與同步結(jié)束字符12之間有充分的差異量。按照這種方式，可以想像到，個(gè)別的同步前置碼11可以互不相同。然而，差異量必須小于閾值漢明距離，以使接收機(jī)不會(huì)對(duì)同步前置碼與同步結(jié)束字符12相混淆，但最末一個(gè)同步前置碼與同步結(jié)束字符之間的差異仍須超過閾值漢明距離。
數(shù)據(jù)幀10的下一部分是碼通/斷指示符13，它指示數(shù)據(jù)編碼(下文詳細(xì)討論)是否由發(fā)射機(jī)使用。在碼通/斷指示符13之后是數(shù)據(jù)部分14，其內(nèi)含有從發(fā)射機(jī)到接收機(jī)所傳送的實(shí)際數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)幀10還可以包含附加的分量15，這可以是一種檢錯(cuò)碼，諸如循環(huán)冗余檢驗(yàn)(CRC)碼。
同步前置碼11在圖2中詳細(xì)示出。圖2所示的特定信令和編碼方案為PSK，這里應(yīng)用了單頻正弦載波來傳輸二進(jìn)制信息，比特“1”由0°相位變化的正弦載波表明(圖2，時(shí)段21)，比特“0”由180°反相的正弦載波表明(圖2，時(shí)段22)。另一種可替代的方案是，可以應(yīng)用差分PSK，即DPSK。在這后一種編碼方案中，比特“0”時(shí)不包含任何的相位反轉(zhuǎn)，比特“1”由正弦載波的180°相位反轉(zhuǎn)來表示。其它的編碼方案例如FSK也可以采用。
參考圖3更詳細(xì)地說明同步過程。如圖3所示，同步前置碼11被多次取樣，每次在時(shí)間上偏移正弦載波周期的幾分之一。這幾分之一的偏移稱為“時(shí)鐘點(diǎn)(clock tick)”。標(biāo)號(hào)31-38指示同步前置碼取樣的參差開始時(shí)間。在由標(biāo)號(hào)31-38所指示的這些樣值中，每個(gè)樣值延時(shí)于同步前置碼持續(xù)時(shí)間，因而稱為“條(string)”。在圖3所示的特定例子中，同步前置碼11取樣開始于8個(gè)參差的時(shí)間上，以產(chǎn)生8條，每條在時(shí)間上偏移了載波周期的八分之一。另一種可替代的方案是，同步前置碼可以在16個(gè)參差的時(shí)間上開始取樣，每條在時(shí)間上偏移了載波周期的十六分之一。再一種可替代的方案是，16個(gè)樣值可以取在半載波間隔上，使得16條在時(shí)間上偏移1/32載波周期。通常，條數(shù)越多，同步越精確。不言而喻，少些或多些的條數(shù)是根據(jù)所希望的特定應(yīng)用和同步精確度而定。
在圖3所示的例子中，條31-38的每個(gè)是借助于條的一些部分與基準(zhǔn)載波波形相比較或求相關(guān)來進(jìn)行處理的，以產(chǎn)生一個(gè)序列的相關(guān)值或指示符。當(dāng)每條是基于8比特同步前置碼并且被劃分成為16個(gè)部分(每比特2部分)時(shí)，相關(guān)性的過程將對(duì)每條產(chǎn)生一個(gè)16值的序列。例如，在條31的情況下，求相關(guān)性的第一部分從31′延伸到31”；第二部分從31”延伸到31′”；等。類似地，條32的第一部分從32′延伸到32”。相關(guān)性可以在模擬域內(nèi)執(zhí)行，或者可替代地，相關(guān)性可以針對(duì)基準(zhǔn)載波波形的數(shù)字化表示物來執(zhí)行。得到最佳總體相關(guān)性的條，被選擇作為指示對(duì)接收信號(hào)的正確開始位置，也即同步。
條31-38的每個(gè)在同步前置碼的整個(gè)持續(xù)時(shí)間內(nèi)每比特包含兩個(gè)值。為此，如果同步前置碼為8比特，則每條31-38總共含有16個(gè)值。將對(duì)應(yīng)于不同開始時(shí)間的31-38的16個(gè)值條的每個(gè)加以處理，以便從條31-38中(也即從不同開始時(shí)間的31-38中)確定出最佳的取樣位置。對(duì)條的處理可順序地或并行地執(zhí)行。
從同一個(gè)同步前置碼并行地產(chǎn)生條31-38的優(yōu)點(diǎn)是，減小隨時(shí)間變化的噪聲的影響。另一種可替代的方案是，開始時(shí)間為31的條可以在第一同步前置碼期間產(chǎn)生，然后將開始點(diǎn)移位到開始時(shí)間32上，在第二同步前置碼期間產(chǎn)生第二條，等。這后一種方案稱為“串行同步”。然而，這后一種串行方案對(duì)于隨時(shí)間變化的噪聲很敏感，這是因?yàn)闂l31-38的每個(gè)是在不同的時(shí)間間隔期間產(chǎn)生的而可能有不同的噪聲特性的緣故。另外，串行方案在同步化中要花費(fèi)明顯地較長(zhǎng)的時(shí)段。如果給定足夠的時(shí)段，則串行方案可得到精確的同步。然而，由于在某些應(yīng)用中必須在短的有限的時(shí)間內(nèi)達(dá)到同步，因而大多數(shù)串行方案應(yīng)用了相當(dāng)粗的粒度(逐條地應(yīng)用較長(zhǎng)的時(shí)間增量)，以便能在同步所容許的短時(shí)間內(nèi)至少定位好一個(gè)開始點(diǎn)。這種方案其結(jié)果是往往不能以任何度數(shù)的精確度定位出開始點(diǎn)，盡管同步完成了，但它頗不精確。不精確的同步化的后果本身表明在數(shù)據(jù)解調(diào)級(jí)中。由于所達(dá)到的同步或多或少地是不精確的，也即數(shù)據(jù)比特的起點(diǎn)不可精確地知道，所以為了傳送數(shù)據(jù)中的每個(gè)比特，需要每比特有較大數(shù)目的載波周期。因?yàn)楸景l(fā)明的并行同步可得到很精確的同步，因而能使串行同步的這種缺點(diǎn)大為減小。另外，這種并行同步有助于對(duì)同步前置碼的每個(gè)比特的多重取樣和求相關(guān)性。于是，可將每個(gè)比特的多重樣值應(yīng)用于分級(jí)的同步程序中。
現(xiàn)在參照?qǐng)D4來說明根據(jù)本發(fā)明的分級(jí)同步電路和程序。如圖4所示，接收到的信號(hào)輸入到數(shù)字化器41，數(shù)字化器41的輸出施加到移位寄存器43。移位寄存器43具有16個(gè)輸出端，這些輸出的其中之一施加到相關(guān)器42組中的一個(gè)相關(guān)器上。移位寄存器43的每個(gè)輸出代表該條的一個(gè)數(shù)字化數(shù)值部分。據(jù)此，每個(gè)輸出可以包含很多個(gè)數(shù)字化值。按照這種方式，該組相關(guān)器42可用于對(duì)條31-38之一求相關(guān)性。隨后，在下一個(gè)時(shí)鐘點(diǎn)之后，移位寄存器43的各輸出代表下一個(gè)條，相關(guān)器組用于對(duì)下一個(gè)條求相關(guān)性。另一種可替代的方案是，這個(gè)程序可利用延遲線來替代數(shù)字化器41和移位寄存器43在模擬域中執(zhí)行。圖4所示例的分級(jí)同步程序工作在16個(gè)相關(guān)值上，這16個(gè)相關(guān)值是從8比特同步前置碼得出的，每個(gè)比特產(chǎn)生兩個(gè)相關(guān)值。為此，實(shí)際上每比特有兩個(gè)樣值。同步前置碼中的每個(gè)比特也可稱為一個(gè)“片”(chip)。
相關(guān)器42的輸出施加在三元(ternary)比較器或判決電路44上，在那里，每個(gè)相關(guān)值被指配以可能的三個(gè)不同狀態(tài)之一。在這個(gè)特定的實(shí)施例中，如果相關(guān)值大于某個(gè)正閾值，則將它指定為1。相反地，如果相關(guān)值小于某個(gè)負(fù)閾值，則將它被指定為0。對(duì)于相關(guān)值是在該正與負(fù)閾值之間的所有其余情況，將它們指定為未知值或X值。另一種可替代的方案是，將每個(gè)相關(guān)值所指定的狀態(tài)的數(shù)目可以小于或大于3。1和0值也可被認(rèn)為是“強(qiáng)”值，因?yàn)樗鼈冊(cè)诖_實(shí)性的某種程度上是已知的。類似地，未知值或X值可被認(rèn)為是“弱”值，因?yàn)樗鼈冊(cè)诖_實(shí)性的很大程度上是未知的。
如圖4所示，對(duì)于一個(gè)特定的條的同一比特來說，每對(duì)值例如圖3中32′-32”和32”-32′”，要在比較器或判決電路46中進(jìn)行邏輯分析，以便對(duì)每個(gè)比特指配一個(gè)奇異值或總體值。又如圖2所示，每個(gè)比特的每對(duì)有效值包含正向載波信號(hào)和負(fù)向載波信號(hào)，在電學(xué)中，一對(duì)協(xié)調(diào)一致的(和有效的)值實(shí)際上是(1，0)或(0，1)。然而，在邏輯上，這些值對(duì)應(yīng)于(1，1)或(0，0)。如果兩個(gè)個(gè)別的值是兩個(gè)1或兩個(gè)0，則該比特分別指配以1或0。如果這對(duì)的值在邏輯上不協(xié)調(diào)一致，為(0，1)或(1，0)，則由于性能差的特定取樣位置導(dǎo)致該條從進(jìn)一步的考慮中要去掉。而且，如果任何比特的兩個(gè)值都是X，則該條也要從進(jìn)一步的考慮中除掉。如果在一個(gè)條中的一對(duì)數(shù)值含有一個(gè)X值，則該條依然保留，以便進(jìn)一步考慮。然而，要注明X值的存在，并將它應(yīng)用在下文所討論的進(jìn)一步處理中。另一種可替代的方案是，總體值可根據(jù)兩個(gè)以上的值來定，它們可能對(duì)應(yīng)于一個(gè)以上的比特。對(duì)于同步前置碼的本地拷貝(同步0-7)的比較，可根據(jù)子比特(在比較器或判決電器46中)進(jìn)行，或根據(jù)總體比特(在估值或比較器電路48中)進(jìn)行。另一種可替代的方案是，由于條的處理考慮到該條的個(gè)別子比特值，因而根據(jù)子比特值指配總體值的步驟可以省略。
一旦所有的條都被處理，仍處于考慮之中的那些條(也即含有有效值的那些條)就在方框48中作進(jìn)一步分析，以便接受最為可能的條作為正確的取樣位置。如第一個(gè)準(zhǔn)則所規(guī)定的，任何可接受的條必須具有的X值總數(shù)，即小于預(yù)定的最大閾值。在剩余的條中，將具有最小數(shù)目的X值的那一個(gè)選作為最好的條。在具有一個(gè)以上的條的組中存在一種結(jié)(tie)的情況下，從該組中選出中間的條。當(dāng)該組中有偶數(shù)個(gè)條時(shí)，兩個(gè)中間樣值條中的任一個(gè)可被應(yīng)用。然后，由方框49選擇出適當(dāng)?shù)亩〞r(shí)。
與常規(guī)的順序同步相比較，分級(jí)同步系統(tǒng)特別是并行系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是在給定的時(shí)段內(nèi)較好的、較精確的同步。另外，同步化的分級(jí)方面(其中將兩個(gè)樣值用于同步前置碼的每個(gè)比特)可對(duì)于后續(xù)的數(shù)據(jù)取樣能較精確地判定正確取樣點(diǎn)。
圖5示出與本發(fā)明一起使用的接收機(jī)電路50的一部分的方框圖。上述的同步程序在同步器電路51中執(zhí)行。同步器電路51可以使用能夠執(zhí)行圖3和圖4所示的過程的許多已知電路技術(shù)中的任一種來實(shí)現(xiàn)。同步器51的輸出指示正確的數(shù)據(jù)取樣點(diǎn)。這個(gè)信息由解調(diào)器52利用，解調(diào)器抽取出每個(gè)數(shù)據(jù)幀中包含的數(shù)字比特。一旦實(shí)現(xiàn)同步，數(shù)據(jù)流就經(jīng)由同步器直接通往解調(diào)器，這是因?yàn)橐坏?shí)現(xiàn)同步就無需保持執(zhí)行同步的緣故。
當(dāng)接收機(jī)電路50配備了由發(fā)射機(jī)電路所使用的同步前置碼的一個(gè)本地拷貝時(shí)，它可在制造階段期間來完成，或可替代地，將此信息作為遠(yuǎn)端或當(dāng)?shù)胤?wù)程序的一部分來提供出。將同步前置碼的本地拷貝與同步器51所接收到的同步前置碼相比較。這種比較可以用來檢查精確度，和判定是否存在任何的線路或極性倒置，也即，正、負(fù)信號(hào)線是否倒置了。為此目的，這種比較也可以針對(duì)預(yù)存儲(chǔ)的同步前置碼同步0-7的補(bǔ)碼來執(zhí)行(圖4，方框48)。
解碼器53(圖5)對(duì)解調(diào)器52的數(shù)字比特流輸出進(jìn)行解碼，產(chǎn)生糾正的輸出數(shù)據(jù)流。解碼器53的詳細(xì)操作將參考圖6來說明，該圖示出一個(gè)常規(guī)的糾錯(cuò)過程。
如圖6所示，原始數(shù)據(jù)61的8比特被復(fù)制，用標(biāo)號(hào)62表示。原始數(shù)據(jù)61的8比特還被處理，以便產(chǎn)生一個(gè)檢錯(cuò)碼(EDC)63。這可以借助于執(zhí)行特定編碼方案所規(guī)定的數(shù)學(xué)運(yùn)算來實(shí)現(xiàn)。另一種可替代的方案是，可以預(yù)先計(jì)算出各種EDC并存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器例如查找表內(nèi)。這后一種方案簡(jiǎn)化了所需的實(shí)時(shí)計(jì)算；但這要為所需的較大的存儲(chǔ)器容量而付出代價(jià)。
原始數(shù)據(jù)62和EDC63的每4個(gè)比特部分被處理，以便計(jì)算出一個(gè)8比特的糾錯(cuò)碼(ECC)。由于原始數(shù)據(jù)62和EDC63總共包含4個(gè)4比特段，所以總共有4個(gè)ECC，在圖6中用標(biāo)號(hào)64-67表示。至此所做的一切工作包括產(chǎn)生ECC64-67，是由編碼器電路來實(shí)現(xiàn)的。4個(gè)ECC64-67從編碼器上傳送出，隨后由解碼器接收。
解碼器基本上執(zhí)行與編碼器相反的過程。在解碼器每8比特ECC64-67被變換回到4比特字。如在編碼器中那樣，這種變換過程可以由計(jì)算來實(shí)現(xiàn)，或利用查找表來實(shí)現(xiàn)。4比特字中的兩個(gè)含有數(shù)據(jù)字68，另外的兩個(gè)4比特字含有EDC69。根據(jù)受到低于最大數(shù)目差錯(cuò)比特污染的每個(gè)接收到的ECC應(yīng)當(dāng)映射成為原來的4比特字(也即，最接近的4比特字(在碼空間中)被認(rèn)為是ECC未受到此類污染時(shí)所預(yù)定的4比特字)的事實(shí)，利用糾錯(cuò)碼來糾正數(shù)據(jù)傳輸差錯(cuò)。這個(gè)方案能夠糾正比特差錯(cuò)達(dá)到一定數(shù)量，因?yàn)槿绻羞^量的比特差錯(cuò)則受污染的ECC將會(huì)呈現(xiàn)以便映射成為截然不同的4比特字(在碼空間中更接近的)。糾正差錯(cuò)過程中的最后步驟是應(yīng)用接收到的數(shù)據(jù)68來檢查其對(duì)應(yīng)的EDC，它應(yīng)當(dāng)與EDC69匹配。如果不匹配，則接收機(jī)可以請(qǐng)求再傳送受污染的數(shù)據(jù)。
本發(fā)明利用一種數(shù)據(jù)糾錯(cuò)系統(tǒng)，如圖6所示的那樣，ECC進(jìn)而被隨機(jī)化，以便擴(kuò)展該信號(hào)的頻譜而不致有害地影響對(duì)該碼的糾錯(cuò)特性。實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)不致引入任何不需要的比特，例如在常規(guī)的比特填充或插入方案中得到更隨機(jī)化代碼要付出編碼效率和實(shí)效數(shù)據(jù)傳輸速率的代價(jià)。在本發(fā)明中所應(yīng)用的特定的糾錯(cuò)碼可以是戈萊(Golay)編碼，例如在S.Lin和D.J.Costello，Jr.的著作“Error CortrolCodingFundamentals and Applications(Prentice Hall 1983)第五章中所描述的，其內(nèi)容在此引用作為參考。戈萊編碼也是一種塊碼(block code)，利用數(shù)學(xué)專門的生成多項(xiàng)式將12比特?cái)?shù)據(jù)字轉(zhuǎn)換成為23比特?？稍偌由弦粋€(gè)奇偶校驗(yàn)比特，以形成一個(gè)24比特碼。
按照本發(fā)明的一個(gè)方面，該24比特碼進(jìn)而被隨機(jī)化，不引入附加的比特或?qū)υ摯a的糾錯(cuò)特性無負(fù)作用。這是利用某些線性算子例如偏置和置換來實(shí)現(xiàn)的。偏置作用示例于圖7中，碼71由偏置字72予以偏置。實(shí)際上，這等效于在碼71與偏置字72之間執(zhí)行異或(XOR)運(yùn)算，而產(chǎn)生的結(jié)果為碼73。
再利用圖8中示例的置換作用使結(jié)果碼73隨機(jī)化。如圖8所示，從偏置作用得來的結(jié)果碼73在逐個(gè)比特基礎(chǔ)上被重新安排，也即原始比特73按照一種不同的序列重新安排，以產(chǎn)生出隨機(jī)化的碼字74。置換和偏置作用可按照任意次序來執(zhí)行。
偏置字72和置換作用的可行性組合在數(shù)量上是頗大的，尤其是在應(yīng)用24比特碼字的時(shí)候。尚且，某些組合具有優(yōu)良的隨機(jī)化特性。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)某些特性施加到一個(gè)碼組或碼字集上時(shí)可應(yīng)用來評(píng)價(jià)一個(gè)特定組合的隨機(jī)化能力。這里包括在該組的每個(gè)碼字的頭標(biāo)、中間和結(jié)尾處的一行內(nèi)0/1的數(shù)目；在多個(gè)0或1的最大與最小游程長(zhǎng)度之間的差異；在一個(gè)碼字內(nèi)游程長(zhǎng)度的數(shù)目；不同游程長(zhǎng)度的數(shù)目；重復(fù)碼型的反復(fù)次數(shù)。
具體地說，希望使每個(gè)碼字的頭標(biāo)、中間和結(jié)尾處的一行內(nèi)0/1的最大數(shù)目做到最小化；使0或1的最大與最小游程長(zhǎng)度之間的最大差異最小化和0或1的最大與最小游程長(zhǎng)度之間的最小差異最小化；使一個(gè)碼組中游程長(zhǎng)度的最大數(shù)目最小化；使僅僅兩個(gè)不同的游程長(zhǎng)度的發(fā)生機(jī)率最小化；以及使重復(fù)碼型的重復(fù)次數(shù)最小化。根據(jù)這些準(zhǔn)則，優(yōu)選的組合之一是，偏置為16進(jìn)制010804，置換(2，3，20，19，8，18，12，4，1，5，6，10，13，11，22，16，14，7，9，0，17，21，15，23)，以使C2比特之后是C3比特，再后是C20比特，等。
上述的糾錯(cuò)基本上可稱為“硬”糾錯(cuò)。除了“硬”糾錯(cuò)之外，本發(fā)明能夠執(zhí)行“軟”糾錯(cuò)，這示例在圖5中。每個(gè)比特在解調(diào)器52中處理，它被指配1、0，或X(未知或刪除)。在解調(diào)器52中初始地指定為X的那些比特在解碼器53中處理整個(gè)幀之前均重新指定為1或是0。選擇重新指定X→1或X→0，使得對(duì)于非X比特可糾錯(cuò)的數(shù)目要少些。
由于戈萊編碼在碼之間基本上具有漢明距離D為7，所以它能糾正至多3個(gè)“硬”差錯(cuò)。加上一個(gè)奇偶校驗(yàn)比特可使?jié)h明距離D增加到8?？梢约m正的“硬”H和“軟”S差錯(cuò)的組合通常為2H+S＜D這里，H是“硬”差錯(cuò)的數(shù)目，S是軟差錯(cuò)的數(shù)目，D是漢明距離。為此，例如可以糾正1個(gè)“硬”差錯(cuò)和5個(gè)“軟”差錯(cuò)，或者2個(gè)“硬”差錯(cuò)和3個(gè)“軟”差錯(cuò)。
本發(fā)明根據(jù)特定的噪聲和畸變環(huán)境提供了動(dòng)態(tài)調(diào)整可糾正的硬差錯(cuò)和軟差錯(cuò)數(shù)目的能力。按照這種方式，可糾正的比特差錯(cuò)數(shù)目可以最大化或得到改善。這可按照多種方式來實(shí)現(xiàn)。例如，如果在一個(gè)時(shí)段上再傳送請(qǐng)求的數(shù)目超過某一閾值，則可調(diào)整硬和軟差錯(cuò)的組合，例如增加硬差錯(cuò)的數(shù)目和減少軟差錯(cuò)的數(shù)目。如果這導(dǎo)致得到改善的性能，則該過程可以再重復(fù)，以便于進(jìn)一步使硬和軟差錯(cuò)的組合最佳化。相反地，如果這導(dǎo)致性能降低，則以反向調(diào)整硬和軟差錯(cuò)的組合，以便定位一種較好的硬和軟差錯(cuò)的組合。
另一種可替代的方案是，通過分析弱值的數(shù)目可找到硬和軟差錯(cuò)的組合。如果對(duì)于一個(gè)給定比特?cái)?shù)目其中弱值數(shù)目超過了的某個(gè)閾值量，則減少軟差錯(cuò)數(shù)目而增加硬差錯(cuò)數(shù)目。這是由于在該系統(tǒng)有過量數(shù)目的弱值或軟差錯(cuò)時(shí)可只糾正它們中的很少量并且存在為了糾正而被選定的那些比特很可能不是真正有差錯(cuò)的比特的事實(shí)而得出的。于是，這更有利于針對(duì)識(shí)別出的、硬差錯(cuò)進(jìn)行糾正。
雖然本發(fā)明業(yè)已參照其優(yōu)選實(shí)施例具體地示出和描述了，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員理解，在形式上和細(xì)節(jié)上可以作出各種變化而不會(huì)偏離本發(fā)明的精神和范疇。
權(quán)利要求
1.一種用于編碼糾錯(cuò)數(shù)據(jù)信號(hào)以增加數(shù)據(jù)信號(hào)的隨機(jī)性而不減小糾錯(cuò)能力和有效信號(hào)帶寬的方法，其特征在于，包括以下步驟編碼該數(shù)據(jù)信號(hào)，以產(chǎn)生編碼的糾錯(cuò)數(shù)據(jù)信號(hào)；和利用至少一個(gè)線性算子使所述的編碼糾錯(cuò)數(shù)據(jù)信號(hào)隨機(jī)化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的至少一個(gè)線性算子包括一種置換算子。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的至少一個(gè)線性算子包括一種偏置算子。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述的置換算子限定為(2，3，20，19，8，18，12，4，1，5，6，10，13，11，22，16，14，7，9，0，17，21，15，23)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述的偏置算子限定為16進(jìn)制的010804。
6.一種用于編碼糾錯(cuò)數(shù)據(jù)信號(hào)的數(shù)據(jù)編碼器電路，其特征在于，包括一個(gè)編碼器，用于編碼該數(shù)據(jù)信號(hào)，以產(chǎn)生偏碼的糾錯(cuò)數(shù)據(jù)信號(hào)；一個(gè)隨機(jī)化器，用于對(duì)所述的編碼糾錯(cuò)數(shù)據(jù)信號(hào)執(zhí)行至少一種線性運(yùn)算，以增加所述編碼糾錯(cuò)數(shù)據(jù)信號(hào)的隨機(jī)性，而不減小糾錯(cuò)能力和有效信號(hào)帶寬。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電路，其特征在于，所述的至少一種線性運(yùn)算包括一種置換運(yùn)算。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電路，其特征在于，所述的至少一種線性運(yùn)算包括一種偏置運(yùn)算。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電路，其特征在于，所述的置換運(yùn)算限定為(2，3，20，19，8，18，12，4，1，5，6，10，13，11，22，16，14，7，9，0，17，21，15，23)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電路，其特征在于，所述的偏置運(yùn)算限定為16進(jìn)制的010804。
11.一種用以動(dòng)態(tài)地調(diào)整內(nèi)含硬糾錯(cuò)和軟糾錯(cuò)的糾錯(cuò)總數(shù)的方法，該方法可以由一個(gè)數(shù)據(jù)糾正系統(tǒng)在數(shù)據(jù)流上執(zhí)行，以便增加可糾正的比特差錯(cuò)的總數(shù)，其特征在于，至少包括以下步驟之一a.如果在一個(gè)預(yù)定的時(shí)段期間數(shù)據(jù)再傳送請(qǐng)求的數(shù)目超過第一預(yù)定閾值，則增加軟糾錯(cuò)和硬糾錯(cuò)的數(shù)目；b.如果多個(gè)弱比特值超過第二預(yù)定閾值，則減少軟糾錯(cuò)的數(shù)目和增加硬糾錯(cuò)的數(shù)目。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述的調(diào)整步驟包括以下步驟c.增加軟糾錯(cuò)的數(shù)目和減小硬糾錯(cuò)的數(shù)目；d.如果數(shù)據(jù)再傳送請(qǐng)求的數(shù)目已經(jīng)減小，則重復(fù)步驟c。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述的調(diào)整步驟包括以下步驟e.減少軟糾錯(cuò)的數(shù)目和增加硬糾錯(cuò)的數(shù)目；f.如果數(shù)據(jù)再傳送請(qǐng)求的數(shù)目已經(jīng)減小，則重復(fù)步驟e。
全文摘要
這里提供一種同步電路和方法，利用并行同步和子比特相關(guān)性來快速實(shí)現(xiàn)快而精確的同步。將已接收的信號(hào)輸入到數(shù)字化器(41)，其輸出施加到移位寄存器(43)。移位寄存器(43)具有16個(gè)輸出端，這些輸出的每個(gè)施加到多個(gè)相關(guān)器(42)之一。移位寄存器(43)的每個(gè)輸出代表一個(gè)條部分的數(shù)字化部分。按照這種方式，相關(guān)器(42)組可用來使條(31－38)相關(guān)。
文檔編號(hào)H04B1/707GK101030836SQ200710001669
公開日2007年9月5日 申請(qǐng)日期1996年3月7日 優(yōu)先權(quán)日1995年3月14日
發(fā)明者邁克爾·B·羅普, 戴維·L·羅普 申請(qǐng)人:自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)公司