Устройство и способ передачи/приема с пониженным пм/см в системе мобильной связи омчр

Изобретение относится к системам блочного кодирования в мобильной связи ОМЧР (ортогональное мультиплексирование с частотным разделением). Техническим результатом является снижение отношения пиковой мощности к средней мощности ПМ/СМ и повышение способности коррекции ошибок. Технический результат достигается тем, что в состав устройства для снижения отношения ПМ/СМ сигнала, передаваемого по N(=2^r) поднесущих на передающем устройстве, содержащем кодеры для блочного кодирования w входных данных, где r - натуральное число > 2, и вывода N кодовых символов, входят: последовательно-параллельный (По/Па) преобразователь для преобразования потока данных в w-(r-2) параллельных потоков данных, где w - длина информационного слова, первый кодер для приема w/2 параллельных потоков данных из w-(r-2) параллельных потоков данных от По/Па преобразователя, блочного кодирования w/2 параллельных потоков данных и вывода N/2 первых кодовых символов, генератор входных операторов для генерации (r-2) потоков данных входных операторов, в соответствии с w-(r-2) параллельными потоками данных, и второй кодер для приема параллельных потоков данных от По/Па преобразователя, не поступивших на первый кодер и (r-2) потоков данных входных операторов, блочного кодирования принятых потоков данных и вывода N/2 вторых кодовых символов, причем (r-2) потоков данных входных операторов обеспечивают дополнительность N кодовых символов. 6 н. и 12 з.п. ф-лы, 3 табл., 22 ил.

 

Предпосылки изобретения

1. Область применения изобретения

Настоящее изобретение относится, в целом, к устройству и способу передачи/приема с использованием блочного кодирования в системе мобильной связи ОМЧР (ортогональное мультиплексирование с частотным разделением) и, в частности, к устройству и способу передачи/приема, обеспечивающих снижение, благодаря блочному кодированию, высокого ПМ/СМ (отношения пиковой мощности к средней мощности), обусловленного множественными поднесущими.

2. Описание уровня техники

В целом, ОМЧР - это схема двухмерного мультиплексирования МВР (мультиплексирования с временным разделением) и МЧР (мультиплексирования с частотным разделением). Символ ОМЧР передается посредством поднесущих, образующих подканал.

Позволяя спектру каждой поднесущей перекрываться с ортогональностью, ОМЧР повышает общую спектральную эффективность. Поскольку ОБПФ (обратное быстрое преобразование Фурье) и БПФ (быстрое преобразование Фурье) обеспечивают модуляцию и демодуляцию ОМЧР, можно обеспечить эффективную цифровую реализацию модулятора и демодулятора. Кроме того, в силу его устойчивости к частотно-избирательному замиранию и узкополосной помехе, ОМЧР эффективно для высокоскоростной передачи данных для современных европейских систем цифрового вещания и систем радиосвязи большого объема, основанных на таких стандартах, как IEEE 802.11a, IEEE 802.16 и IEEE 802.20.

Поскольку система связи ОМЧР передает данные посредством множественных поднесущих, амплитуда конечного сигнала ОМЧР равна сумме амплитуд поднесущих. Следовательно, если все поднесущие имеют одну и ту же фазу, получается очень высокое ПМ/СМ.

При очень высоких ПМ/СМ усилитель выходит из диапазона линейного режима работы, и, в обычной системе связи ОМЧР, сигнал искажается в результате обработки усилителем. Поэтому переданный сигнал ОМЧР не имеет постоянного изменения амплитуды по причине разности фаз между поднесущими. Кроме того, уход от рабочей точки от максимальной мощности, доступной от усилителя, увеличивается, тем самым снижая эффективность усилителя и увеличивая энергопотребление. Сигнал с высоким ПМ/СМ снижает эффективность линейного усилителя и приводит к перемещению рабочей точки нелинейного усилителя в нелинейную область. В результате, высокий ПМ/СМ вносит как внутриполосное искажение, так и внеполосный повторный рост спектра.

Были предложены многочисленные способы снижения ПМ/СМ. Один из них состоит в использовании устройства ввода предыскажений, имеющего нелинейные и обратные функциональные характеристики усилителя мощности, подлежащего линеаризации, во избежание искажения сигнала. Кроме того, нелинейный усилитель можно заставить работать в линейной области посредством ухода от его рабочей точки. Однако эти способы имеют недостатки: сложность схемы в высокочастотном диапазоне, низкий КПД и высокая стоимость.

Сущность изобретения

Итак, задачей настоящего изобретения является обеспечение устройства и способа блочного кодирования для снижения ПМ/СМ с использованием дополнительных последовательностей в системе мобильной связи ОМЧР.

Другой задачей настоящего изобретения является обеспечение устройства и способа повышения скорости кодирования, ограничения ПМ/СМ, обусловленного множественными поднесущими, заданным уровнем (3 дБ), чтобы таким образом повысить спектральную эффективность в системе мобильной связи ОМЧР.

Вышеозначенные задачи решаются за счет устройства и способа снижения ПМ/СМ.

Согласно одному аспекту настоящего изобретения, способ снижения ПМ/СМ сигнала, передаваемого по совокупности (N=2^r) поднесущих на передающем устройстве, содержащем последовательно-параллельный преобразователь для преобразования последовательных данных в параллельные данные k₁, k₂, ..., k_r+2 и совокупность (t) кодеров для блочного кодирования параллельных данные k₁, k₂, ..., k_r+2, в системе мобильной связи ОМЧР, принимают, полностью или частично, параллельные данные k₁, k₂, ..., k_r+2, и генерируют, по меньшей мере, один бит-оператор k_r+3, ..., k_2r, который обеспечивает дополнительность блочно-кодированных символов. Параллельные данные k₁, k₂, ..., k_r+2 и, по меньшей мере, один бит-оператор k_r+3, ..., k_2r равномерно (=2^r/t) распределяются между кодерами, и распределенные данные кодируются на кодерах.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения, в устройстве для снижения ПМ/СМ сигнала, передаваемого по совокупности (N=2^r) поднесущих на передающем устройстве, содержащем последовательно-параллельный преобразователь для преобразования последовательных данных в параллельные данные k₁, k₂, ..., k_r+2, в системе мобильной связи ОМЧР, генератор операторов принимает, полностью или частично, параллельные данные k₁, k₂, ..., k_r+2 и генерирует, по меньшей мере, один бит-оператор k_r+3, ..., k_2r, который обеспечивает дополнительность блочно-кодированных символов, и каждый из совокупности кодеров принимает равную часть (=2^r/t) параллельных данных k₁, k₂, ..., k_r+2 и, по меньшей мере, один бит-оператор k_r+3, ..., k_2r и осуществляет блочное кодирование принятых данных.

Краткое описание чертежей

Вышеозначенные и другие задачи, признаки и преимущества настоящего изобретения явствуют из нижеследующего подробного описания, приведенного в сочетании с прилагаемыми чертежами, в которых:

фиг.1 - блок-схема передатчика в системе мобильной связи ОМЧР, использующей блочное кодирование, согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг.2 - блок-схема приемника в системе мобильной связи ОМЧР, использующей блочное кодирование, согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг.3 - пример форм волны сигнала ОМЧР как функции времени в традиционной системе мобильной связи ОМЧР, использующей блочное кодирование;

фиг.4 - пример форм волны сигнала ОМЧР как функции времени в системе мобильной связи ОМЧР, использующей блочное кодирование, согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг.5 - пример траектории совокупности сигналов ОМЧР в традиционной системе мобильной связи ОМЧР, использующей блочное кодирование;

фиг.6 - пример траектории совокупности сигналов ОМЧР в системе мобильной связи ОМЧР, использующей блочное кодирование, согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг.7 - другой пример форм волны сигнала ОМЧР как функции времени в традиционной системе мобильной связи ОМЧР, использующей блочное кодирование;

фиг.8 - другой пример форм волны сигнала ОМЧР как функции времени в системе мобильной связи ОМЧР, использующей блочное кодирование, согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг.9 - другой пример траектории совокупности сигналов ОМЧР в традиционной системе мобильной связи ОМЧР, использующей блочное кодирование;

фиг.10 - другой пример траектории совокупности сигналов ОМЧР в системе мобильной связи ОМЧР, использующей блочное кодирование, согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг.11 - график зависимости максимальной скорости кодирования от количества поднесущих, согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг.12 - третий пример форм волны сигнала ОМЧР как функции времени в традиционной системе мобильной связи ОМЧР, использующей блочное кодирование;

фиг.13 - третий пример форм волны сигнала ОМЧР как функции времени в системе мобильной связи ОМЧР, использующей блочное кодирование, согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг.14 - третий пример траектории совокупности сигналов ОМЧР в традиционной системе мобильной связи ОМЧР, использующей блочное кодирование;

фиг.15 - третий пример траектории совокупности сигналов ОМЧР в системе мобильной связи ОМЧР, использующей блочное кодирование, согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг.16 - ДИФР (дополнительная интегральная функция распределения) блочно-кодированного сигнала ОМЧР для N=8, согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг.17 - блок-схема передатчика, использующего блочное кодирование, согласно настоящему изобретению;

фиг.18 - блок-схема приемника, использующего блочное кодирование, согласно настоящему изобретению;

фиг.19А-19D - примеры форм волны сигнала ОМЧР как функций времени, когда применяется блочное кодирование согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

Предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения будет описан здесь со ссылкой на прилагаемые чертежи. В нижеследующем описании общеизвестные функции или конструкции не описаны подробно, чтобы не затемнять изобретение несущественными деталями.

Настоящее изобретение предусматривает новый способ блочного кодирования для снижения ПМ/СМ в системе мобильной связи ОМЧР. При традиционном блочном кодировании для передачи выбирают кодовое слово с низким ПМ/СМ из всех кодовых слов. Результаты обширных исследований показывают, что большинство кодовых слов с низким ПМ/СМ являются дополнительными последовательностями Голая. На основании этой идеи дополнительные последовательности просто формируются из данных с использованием G-матрицы и b-вектора. Преобразование данных в дополнительные последовательности Голая ограничено ПМ/СМ до 3 дБ, что обеспечивает равномерную коррекцию ошибок. Этот способ блочного кодирования принят в европейской системе Magic Wand.

Передача информационного слова длиной w на скорости кодирования занимает 2^w-1 кодовых символов, и это означает, что в действительности передается меньше информационных слов, чем кодовых слов. Таким образом, при снижении скорости кодирования с длиной информационного слова спектральная эффективность снижается.

При большом количестве поднесущих для поддержания скорости кодирования можно использовать совокупность блок-кодеров, при этом ПМ/СМ увеличивается до 6 дБ или выше.

Способ снижения ПМ/СМ согласно настоящему изобретению предусматривает новое блочное кодирование с использованием двух кодеров, при этом ПМ/СМ ограничивается до 3 дБ и обеспечивается скорость блочного кодирования , т.е. вдвое выше существующей скорости блочного кодирования. Вместе с тем предложенный способ сохраняет способность коррекции ошибок, присущую традиционному блочному кодированию.

Прежде чем перейти к описанию варианта осуществления настоящего изобретения, подчеркнем, что использование совокупности кодеров повышает ПМ/СМ и снижает возможность коррекции ошибок.

Комплексный символ модулирующего сигнала ОМЧР выражается в виде

где X_n - комплексный символ данных, N - количество поднесущих и T_s - период символа ОМЧР. ПМ/СМ определено как

где Р_пик и Р_ср - пиковая мощность и средняя мощность, соответственно. Они определяются следующим образом:

Поэтому теоретический максимум ПМ/СМ равен

Сигнал, предаваемый по множественным поднесущим, имеющий дополнительные последовательности, имеет ПМ/СМ, меньшее или равное 3 дБ, в силу следующих свойств дополнительных последовательностей.

Дополнительные последовательности также являются дополнительными в спектре мощности. Например, спектры мощности контрарной пары A_N и B_N представляют собой и Тогда пиковая мощность определяется как

где F{} - преобразование Фурье, - апериодическая корреляционная функция для X_N=[x₀, x₁, ..., x_N-1] и δ_n - дельта-функция Дирака.

Апериодическая автокорреляционная функция определяется как

где * обозначает комплексное сопряжение. Функция Дирака определяется как

Следовательно,

Один путь снижения ПМ/СМ с поддержанием скорости кодирования в случае большого количества поднесущих состоит в использовании m кодеров (E_N/m, N - количество поднесущих и m - количество используемых кодеров). Например, когда два кодера используются для системы связи ОМЧР с N=8, скорость кодирования каждого кодера Для N=2x4=8 максимальное ПМ/СМ выражается в виде

В целом, N=m×2^w-1. Когда ,

где m - количество кодеров.

Согласно описанному выше, использование совокупности кодеров увеличивает ПМ/СМ и снижает способность коррекции ошибок.

Однако настоящее изобретение позволяет снизить ПМ/СМ с 6 дБ, вычисленных согласно Ур.(11), до 3 дБ, поддерживая способность коррекции ошибок, когда в системе связи ОМЧР, использующей N поднесущих, вместо одного кодера (E_N) используются два кодера (E_N/2). Для символов ДФМн (двоичной фазовой манипуляции) R (=w/N) возрастает с до в сравнении с традиционным блочным кодированием.

1. N=8, ДФМн

1.1 Передатчик, использующий предложенное блочное кодирование.

На фиг.1 изображена блок-схема передатчика, использующего ДФМн для N=8, согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

Согласно фиг.1, блок 110 отображения модулирует входные данные, и последовательно-параллельный (По/Па) преобразователь 112 преобразует последовательные модулированные данные в пять параллельных потоков данных k₁, k₂, k₃, k₄, k₅ и выводит некоторые из них, k₁, k₂, k₃, на первый кодер 116, а другие, k₄, k₅, на второй кодер 118. Каждый из кодеров 116 и 118 осуществляет блочное кодирование входных данных с R≈3/4 . Другими словами, первый и второй кодеры 116 и 118 представляют собой кодеры Е₄, которые выводят 4 (N/2) кодированных бита при вводе 3 битов данных. Для формирования дополнительной последовательности, где данные Х₁, Х₂, Х₃, Х₄, Х_5, Х₆, Х₇, Х₈ поступают на вход блока 122 ОБПФ, один элемент данных k₆ на входе второго кодера 118 считается оператором, и его значение определяется в соответствии с k₁...k₅.

1.2 Задание указателя в предложенном блочном кодировании.

Для ДФМн с N=4 вход k₁, k₂, k₃ и выход Х₁, Х₂, Х₃, Х₄ первого кодера соотносятся друг с другом, как указано в Таблице 1.

(Таблица 1)
Вход	Выход	Указатель
k1, k2, k3	Х1, Х2, Х3, Х4
-1 -1 -1	-1 -1 -1 1	a
-1 -1 1	-1 -1 1 -1	b
-1 1 -1	-1 1 -1 -1	B
-1 1 1	-1 1 1 1	-A
1 -1 -1	1 -1 -1 -1	A
1 -1 1	1 -1 1 1	-B
1 1 -1	1 1 -1 1	-b
1 1 1	1 1 1 -1	-a

Ввиду свойств дополнительных последовательностей для кодового слова с низким ПМ/СМ его модуляция с обращением знака, модуляция с обращением порядка и М-ичная модуляция имеют низкое ПМ/СМ.

Указатели в Таблице 1 указывают это соотношение. При наличии двух независимых базовых указателей а и b «-а» и «-b» обозначают их версии с обратным знаком, а «А» и «В» обозначают их версии с обратным порядком. Выходные сигналы представляют собой дополнительные последовательности длины 4 с ПМ/СМ 3 дБ.

Для ДФМн, если N=4, имеются два базовых указателя а и b, а если N=8, имеются четыре базовых указателя а, b, c, d. Для N=8 доступно всего 256 (M^N=28) кодовых слов, и 64 из них (=2⁶) имеют ПМ/СМ, меньшее или равное 3 дБ. В Таблице 2 представлены 32 (=2⁵) дополнительные последовательности, выбранные из 64 кодовых слов с ПМ/СМ, меньшим или равным 3 дБ.

(Таблица 2)
Х1 Х2 Х3 Х4 Х5 Х6 Х7 Х8	Указатель	Х1 Х2 Х3 Х4 Х5 Х6 Х7 Х8	Указатель
-1 -1 -1 1 -1 -1 1 -1	a, b	1 -1 -1 -1 -1 -1 1 -1	A, b
-1 -1 -1 1 -1 1 -1 -1	a, B	1 -1 -1 -1 -1 1 -1 -1	A, B
-1 -1 -1 1 1 -1 1 1	a, -B	1 -1 -1 -1 1 -1 1 1	A, -B
-1 -1 -1 1 1 1 -1 1	a, -b	1 -1 -1 -1 1 1 -1 1	A, -b
-1 -1 1 -1 -1 -1 -1 1	b, a	1 -1 1 1 -1 -1 -1 1	-B, a
-1 -1 1 -1 -1 1 1 1	b, -A	1 -1 1 1 -1 1 1 1	-B, -A
-1 -1 1 -1 1 -1 -1 -1	b, A	1 -1 1 1 1 -1 -1 -1	-B, A
-1 -1 1 -1 1 1 1 -1	b, -a	1 -1 1 1 1 1 1 -1	-B, -a
-1 1 -1 -1 -1 -1 -1 1	B, a	1 1 -1 1 -1 -1 -1 1	-b, a
-1 1 -1 -1 -1 1 1 1	B, -A	1 1 -1 1 -1 1 1 1	-b, -A
-1 1 -1 -1 1 -1 -1 -1	B, A	1 1 -1 1 1 -1 -1 -1	-b, A
-1 1 -1 -1 1 1 1 -1	B, -a	1 1 -1 1 1 1 1 -1	-b, -a
-1 1 1 1 -1 -1 1 -1	-A, b	1 1 1 -1 -1 -1 1 -1	-a, b
-1 1 1 1 -1 1 -1 -1	-A,B	1 1 1 -1 -1 1 -1 -1	-a, B
-1 1 1 1 1 -1 1 1	-A, -B	1 1 1 -1 1 -1 1 1	-a, -B
-1 1 1 1 1 1 -1 1	-A, -b	1 1 1 -1 1 1 -1 1	-a, -b

Согласно настоящему изобретению, чтобы ограничить ПМ/СМ значением 3 дБ или менее с использованием дополнительных последовательностей, не используемых в традиционном блочном кодировании на двух кодерах, выходы кодеров делят на 4 (=N/2), и оба выходных набора представляют в виде одной из вышеперечисленных дополнительных последовательностей, указанных соответствующими указателями. Это предполагает, что все дополнительные последовательности с ПМ/СМ, меньшим или равным 3 дБ, для N=8 можно сформировать с использованием дополнительных последовательностей для N=4. Таким образом, когда N=8, два кодера Е₄ используют вместо одного кодера Е₈, для которых доступны 32 дополнительные последовательности, перечисленные в Таблице 2, по сравнению с 16 дополнительными последовательностями для традиционного блочного кодирования. Поэтому скорость кодирования повышается.

Использование двух кодеров Е₄ повышает скорость кодирования непосредственно от 4/8 до 6/7, но результирующая генерация кодовых слов, отличных от перечисленных в Таблице 2, увеличивает ПМ/СМ свыше 3 дБ. Поэтому значения на выходе кодеров образуют дополнительную последовательность за счет управления входами кодеров в соответствии с настоящим изобретением.

В настоящем изобретении, для ДФМн и N=8, скорость кодирования равна 5/8, из-за чего кодовые слова на входе блока 122 ОБПФ ограничены Х₁, Х₂, Х₃, Х₄, Х_5, Х₆, Х₇, Х₈, приведенными в Таблице 2, и, таким образом, ПМ/СМ ограничено значением 3 дБ или менее.

Для ДФМн и N=8 значения k₁, k₂, k₃, k₄, k₅, приведенные ниже в Таблице 3, на входах двух кодеров Е₄ 112 и 116, образуют дополнительные последовательности с ПМ/СМ 3 дБ на входе блока 112 ОБПФ.

Настоящее изобретение обеспечивает скорость кодирования 5/8 для ДФМн и N=8, в результате чего кодовые слова на входе блока 122 ОБПФ представляют собой Х₁, Х₂, Х₃, Х₄, Х_5, Х₆, Х₇, Х₈, приведенные в Таблице 2, и, таким образом, ПМ/СМ ограничивается значением 3 дБ или менее.

Входные последовательности k₁, k₂, k₃, k₄, k₅ кодеров Е₄ 116 и 118, приведенные в Таблице 3, обеспечивают дополнительность выходов кодера. Таким образом, в Таблице 3 перечислены входные последовательности кодера, которые обеспечивают ПМ/СМ, равное 3 дБ для N=8.

(Таблица 3)
k1 k2 k3 k4 k5 k6	Указатель	k1 k2 k3 k4 k5 k6	Указатель
-1 -1 -1 -1 -1 1	a, b	1 -1 -1 -1 -1 1	A, b
-1 -1 -1 -1 1 -1	a, B	1 -1 -1 -1 1 -1	A, B
-1 -1 -1 1 -1 1	a, -B	1 -1 -1 1 -1 1	A, -B
-1 -1 -1 1 1 -1	a, -b	1 -1 -1 1 1 -1	A, -b
-1 -1 1 -1 -1 -1	b, a	1 -1 1 -1 -1 -1	-B, a
-1 -1 1 -1 1 1	b, -A	1 -1 1 -1 1 1	-B, -A
-1 -1 1 1 -1 -1	b, A	1 -1 1 1 -1 -1	-B, A
-1 -1 1 1 1 1	b, -a	1 -1 1 1 1 1	-B, -a
-1 1 -1 -1 -1 -1	B, a	1 1 -1 -1 -1 -1	-b, a
-1 1 -1 -1 1 1	B, -A	1 1 -1 -1 1 1	-b, -A
-1 1 -1 1 -1 -1	B, A	1 1 -1 1 -1 -1	-b, A
-1 1 -1 1 1 1	B, -a	1 1 -1 1 1 1	-b, -a
-1 1 1 -1 -1 1	-A, b	1 1 1 -1 -1 1	-a, b
-1 1 1 -1 1 -1	-A, B	1 1 1 -1 1 -1	-a, B
-1 1 1 1 -1 1	-A, -B	1 1 1 1 -1 1	-a, -B
-1 1 1 1 1 -1	-A, -b	1 1 1 1 1 -1	-a, -b

Значение оператора k₆ выбирает генератор 120 операторов в соответствии со входными данными k₁ ... k₄ на основании анализа соотношения между входными последовательностями.

Оператор k₆ вычисляется согласно

где • обозначает умножение.

В результате ПМ/СМ ограничивается 3 дБ, а не 6 дБ, при использовании всех дополнительных последовательностей, и скорость кодирования составляет 5/8, т.е. вдвое выше, чем 5/16 в традиционном блочном кодировании с использованием одного кодера.

Выходной сигнал блока 122 ОБПФ обрабатывается параллельно-последовательным преобразователем 124.

На фиг.3 показан пример форм волны сигнала ОМЧР как функций времени для N=8 в традиционной системе мобильной связи ОМЧР, использующей блочное кодирование, а на фиг.4 показан пример форм волны сигнала ОМЧР как функций времени для N=8 в системе мобильной связи ОМЧР, использующей блочное кодирование, согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Сравнивая фиг.3 и 4, можно заметить, что на фиг.3 формы волны имеют более высокие пики как функции времени, чем на фиг.4, и блочное кодирование, отвечающее изобретению, с использованием двух кодеров ограничивает пиковые значения.

1.3 Приемник, использующий предложенное блочное кодирование.

На фиг.2 изображена блок-схема приемника, использующего предложенное блочное кодирование. Согласно фиг.2, зашумленные принятые данные, переданные по каналу, поступают на вход двух декодеров после демодуляции БПФ. Декодеры используют жесткое принятие решения для коррекции ошибок, вызванных шумом, в данных.

Согласно фиг.2, сигнал y принимается и преобразуется в параллельные данные на последовательно-параллельном преобразователе 210. Каждый из декодеров 214 и 216 вычитает b-вектор b_N/2 из 4 (=N/2) данных, полученных от блока 212 БПФ, и исправляет ошибки в данных с использованием матрицы проверки четности . Коррекция ошибок осуществляется путем отыскания шаблона ошибок на основании синдрома и удаления шаблона ошибок из входных данных. Синдром получают умножением принятых данных и транспонированной версии матрицы H. В отсутствие ошибок синдром равен 0. Напротив, при наличии ошибок синдром содержит, по меньшей мере, одну 1. Матрица Н является матрицей проверки четности, удовлетворяющей соотношению G•H^T=0 (нулевая матрица). Декодированные данные на выходе декодеров 214 и 216 содержат информационные данные и данные четности. Данные четности представляют собой, по меньшей мере, один бит-оператор, вставленный передатчиком. Блок 218 удаления операторов удаляет, по меньшей мере, один бит-оператор из декодированных данных и выводит только оставшиеся данные k₁ ... k₅. Параллельно-последовательный (Па/По) преобразователь 220 преобразует информационные данные k₁ ... k₅ в последовательные данные. Блок 222 снятия отображения восстанавливает исходные данные из последовательных данных.

На фиг.5 показан пример траектории совокупности сигналов ОМЧР для N=8 в традиционной системе мобильной связи ОМЧР, использующей блочное кодирование, а на фиг.6 показан пример траектории совокупности сигналов ОМЧР в системе мобильной связи ОМЧР, использующей блочное кодирование, согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Из фиг.5 и 6 видно, что при блочном кодировании, отвечающем изобретению, сигналы ОМЧР концентрируются в определенной области. Согласно настоящему изобретению, поскольку поддерживается минимальное расстояние Хэмминга, способность коррекции ошибок сохраняется. Кроме того, использование двух декодеров 214 и 216, использующих скорость кодирования 1/2, уменьшает размер приемника и, таким образом, облегчает декодирование.

2. Типичная генерация операторов для ДФМн.

Для ДФМн и N=16 ПМ/СМ ограничена 3 дБ, что повышает скорость кодирования с использованием двух кодеров Е₈ вышеописанным образом. Скорость кодирования равна 4/8 и, таким образом, на входы двух кодеров поступают 8 (=4х2) потоков данных. Для ДФМн и N=16 суммарное количество M^N доступных кодовых слов равно 2¹⁶, и 2⁹ кодовых слов имеют ПМ/СМ, меньшее или равное 3 дБ. В данном случае 2⁶ из 2⁹ кодовых слов являются дополнительными последовательностями, и максимальная скорость блочного кодирования с использованием этих дополнительных последовательностей равна 6/16. При традиционном блочном кодировании используется только половина дополнительных последовательностей, т.е. 2⁵. При наличии 2⁶ дополнительных последовательностей с ПМ/СМ, меньшим или равным 3 дБ, k₁ ... k₆ являются информационными данными, а k₇ и k₈ являются операторами, определенными как

Поэтому скорость кодирования равна 6/16, в отличие от традиционной скорости кодирования 6/32.

На фиг.7 показаны формы волны сигнала ОМЧР как функции времени в традиционной системе мобильной связи ОМЧР, использующей блочное кодирование, а на фиг.8 показаны формы волны сигнала ОМЧР для N=16 как функции времени в системе мобильной связи ОМЧР, использующей блочное кодирование, согласно варианту осуществления настоящего изобретения. На фиг.7 формы волны сигнала как функции времени имеют более высокие пики, чем полученные при блочном кодировании с использованием двух кодеров, показанные на фиг.8.

На фиг.9 показана траектория совокупности сигналов ОМЧР для N=16 в традиционной системе мобильной связи ОМЧР, использующей блочное кодирование, а на фиг.10 показана траектория совокупности сигналов ОМЧР в системе мобильной связи ОМЧР для N=16, использующей блочное кодирование, согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Из фиг.9 и 10 можно заметить, что сигналы концентрируются в определенной области, когда применяется блочное кодирование, отвечающее настоящему изобретению.

Даже если количество N поднесущих возрастает, блочное кодирование можно осуществлять согласно расширению поднесущих, предусмотренному настоящим изобретением. Таким образом, формулу генератора операторов для ДФМн можно обобщить на случай N (=2^r) в виде

где r - натуральное число, большее 2.

В данном случае количество операторов равно r-2.

На фиг.17 и 18 показаны блок-схемы передатчика и приемника, использующих блочное кодирование для ДФМн и N согласно Ур.(14).

Согласно фиг.17, блок 1710 отображения модулирует передаваемые данные. Преобразователь 1712 По/Па преобразует w-(r-2) отображенных данных, k₁ ... k_w-(r-2), в параллельные данные. Параллельные данные k₁ ... k_w-(r-2), полностью или частично, поступают на вход генератора 1714 операторов. Генератор 1714 операторов генерирует, по меньшей мере, один бит-оператор k_w-(r-3)... k_w согласно Ур.(14). Бит-оператор указывает данные четности для информационных данных, выводимых из преобразователя 1712 По/Па. Количество битов-операторов равно r-2 для N=2^r. Данные четности k_w-(r-3) ... k_w и информационные данные k₁ ... k_w-(r-2) поступают на совокупность кодеров, в данном случае два кодера 1716 и 1718. Каждый из двух кодеров 1716 и 1718 принимает равную половину данных. Таким образом, первый кодер 1716 принимает информационные данные k₁ ... k_w/2, а второй кодер 1718 принимает другие информационные данные k_w/2+1 ... k_w-(r-2) и данные четности k_w-(r-3) ... k_w. Кодеры 1716 и 1718 выводят кодированные данные X₁ ... X_N посредством блочного кодирования. В частности, первый кодер 1716 выводит Х₁ ... X_N/2 в соответствии со входными данными k₁ ... k_w/2, а второй кодер 1718 выводит X_N/2+1 ... X_N в соответствии со входными данными k_w/2+1 ... k_w-(r-2) и k_w-(r-3) ... k_w. Блок 1720 ОБПФ модулирует в режиме ОМЧР N данных, полученных от первого и второго кодеров 1716 и 1718, а преобразователь 1722 Па/По преобразует модулированные символы ОМЧР в последовательные данные и передает их по поднесущим.

Согласно фиг.18, преобразователь 1810 По/Па преобразует принятый входной сигнал в параллельные модулированные символы x₁ ... x_N. Блок 1812 БПФ осуществляет быстрое преобразование Фурье над модулированными символами, выдавая блочно-кодированные информационные данные Х₁ ... X_N. Информационные данные X₁ ... X_N равномерно распределяются между входами совокупности декодеров, в данном случае двух декодеров 1814 и 1816. Таким образом, первый декодер 1814 принимает информационные данные Х₁ ... X_N/2, а второй декодер 1816 принимает информационные данные X_N/2+1 ... X_N. Кодеры 1814 и 1816 выводят информационные данные k₁ ... k_w/2 и k_w/2+1 ... k_w посредством декодирования входных данных с жестким принятием решения. В то же время декодеры 1814 и 1816 осуществляют коррекцию ошибок. Данные четности представляют собой, по меньшей мере, один бит-оператор, вставленный на передатчике. Блок 1818 удаления операторов идентифицирует, по меньшей мере, один бит-оператор среди декодированных данных, удаляет биты-операторы k_w-(r-2)+1 ... k_w и выводит только информационные данные k₁ ... k_w-(r-2). Преобразователь 1820 Па/По преобразует информационные данные в последовательные данные. Блок 1822 снятия отображения восстанавливает исходные данные из последовательных данных.

3. Блочное кодирование для КФМн и N=8.

Способ блочного кодирования, отвечающий настоящему изобретению, применим к схеме модуляции М-ичной ФМн, а также ДФМн. Для КФМн (квадратурной фазовой манипуляции) и N=8 доступно 4⁸ кодовых слов. 4⁵ кодовых слов имеют ПМ/СМ, меньшее или равное 3 дБ, и скорость кодирования для этих 4⁵ кодовых слов равна 5/8, что ниже скорости кодирования 6/8 для ДФМн и N=8. Среди 4⁵ кодовых слов имеется 4^4.5 дополнительных последовательностей. Таким образом, результирующая скорость кодирования равна 4.5/8. Это предусматривает, что количество кодовых слов с ПМ/СМ, меньшим или равным 3 дБ, для ПМ/СМ для КФМн меньше, чем для ДФМн. На фиг.11 показана зависимость максимальной скорости кодирования от количества поднесущих. Из фиг.11 следует, что потери скорости кодирования меньше, когда ПМ/СМ ограничено 3 дБ и КФМн осуществляется на скорости кодирования, меньшей, чем ДФМн или 8ФМн. Что касается реальной реализации, в европейской системе Magic Wand принято блочное кодирование с использованием дополнительных последовательностей и 8ФМн.

В КФМн символ формируется в виде k_s=k_bo+jk_be («о» обозначает четное, а «е» обозначает нечетное), где k_b обозначает бит, а k_s обозначает символ. При скорости кодирования 4.5/8 согласно предложенному способу k_b1 ... k_b8 представляют собой информационные биты, и k_b10 ... k_b12 представляют собой биты четности. k_s5 (=k_b9+jk_b10) формируется с помощью k_s1 ... k_s4 и бита k_b9 посредством

и k_s6 определяется как

где mod(x, M) обозначает величину х, взятую по модулю М. В результате скорость кодирования равна 4.5/8.

На фиг.12 показаны формы волны сигнала ОМЧР для КФМн и N=8 как функции времени в традиционной системе мобильной связи ОМЧР, использующей блочное кодирование, а на фиг.13 показаны формы волны сигнала ОМЧР для КФМн и N=8 как функции времени в системе мобильной связи ОМЧР, использующей блочное кодирование, согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Заметим, что формы волны, показанные на фиг.12, имеют более высокие пики, чем показанные на фиг.13, ПМ/СМ которых ограничены благодаря блочному кодированию, отвечающему изобретению, с использованием двух кодеров.

На фиг.19А-19D показаны формы волны сигнала ОМЧР для КФМн как функции времени, при N=32, 64, 128 и 256, соответственно, в системе мобильной связи ОМЧР, использующей блочное кодирование.

На фиг.14 показана траектория совокупности сигналов ОМЧР для КФМн и N=8 в традиционной системе мобильной связи ОМЧР, использующей блочное кодирование, а на фиг.15 показана траектория совокупности сигналов ОМЧР для КФМн и N=8 в системе мобильной связи ОМЧР, использующей блочное кодирование, согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Согласно чертежам, сигналы ОМЧР концентрируются в определенной области, когда блочное кодирование, отвечающее изобретению, применяется для КФМн.

На фиг.16 показана ДИФР (дополнительная интегральная функция распределения) блочно-кодированного сигнала ОМЧР для N=8. Согласно фиг.16, поскольку ПМ/СМ ограничено 3 дБ благодаря блочному кодированию с использованием дополнительных последовательностей, вероятность того, что ПМ/СМ превысит 3 дБ, равна нулю.

Согласно описанному выше, блочное кодирование с использованием дополнительных последовательностей ограничивает ПМ/СМ значением 3 дБ или менее, в то же время поддерживая способность коррекции ошибок, тем самым обеспечивая эффективность кодирования. Несмотря на это преимущество, при увеличении количества поднесущих скорость кодирования снижается. С другой стороны, настоящее изобретение предусматривает новую схему блочного кодирования с повышенной спектральной эффективностью для снижения ПМ/СМ в случае использования большого количества поднесущих. Таким образом, вместо одного кодера E_N используются два кодера E_N/2, и часть их входных сигналов являются данными четности, что позволяет снизить ПМ/СМ с 6 дБ до 3 дБ, и поддерживать минимальное расстояние Хэмминга. Поэтому сохраняется способность коррекции ошибок. Кроме того, переход от блока E_N к блокам E_N/2 облегчает декодирование. Скорость кодирования увеличивается от до , что приводит к повышению спектральной эффективности на 3 дБ по сравнению с традиционным способом снижения ПМ/СМ посредством блочного кодирования. Примечательно, что настоящее изобретение применимо независимо от количества поднесущих, а также к схемам модуляции М-ичной ФМн.

Хотя настоящее изобретение было показано и описано применительно к определенным предпочтительным вариантам его осуществления, специалисты в данной области могут предложить различные изменения в форме и деталях, не выходя за рамки сущности и объема изобретения, определенного в прилагаемой формуле изобретения.

1. Устройство для снижения отношения пиковой мощности к средней мощности (ПМ/СМ) сигнала, передаваемого по N(=2^r) поднесущих на передающем устройстве, содержащем кодеры для блочного кодирования w входных данных, где r - натуральное число, большее 2, и вывода N кодовых символов в системе мобильной связи в режиме ортогонального мультиплексирования с частотным разделением (ОМЧР), содержащее последовательно-параллельный (По/Па) преобразователь для преобразования потока данных в w-(r-2) параллельных потоков данных, где w - длина информационного слова, первый кодер для приема w/2 параллельных потоков данных из w-(r-2) параллельных потоков данных от последовательно-параллельного преобразователя, блочного кодирования w/2 параллельных потоков данных и вывода N/2 первых кодовых символов, генератор входных операторов для генерации (r-2) потоков данных входных операторов в соответствии с w-(r-2) параллельными потоками данных, и второй кодер для приема параллельных потоков данных от последовательно-параллельного преобразователя, не поступивших на первый кодер и (r-2) потоков данных входных операторов, блочного кодирования принятых потоков данных и вывода N/2 вторых кодовых символов, причем (r-2) потоков данных входных операторов обеспечивают дополнительно N кодовых символов.

2. Устройство по п.1, в котором при использовании ДФМн (двоичной фазовой манипуляции) на передающем устройстве генератор входных операторов генерирует (r-2) потоки данных входных операторов согласно следующему уравнению, где k обозначает поток данных, выводимый из преобразователя По/Па:

k_2r=-k₂•k_r•k_r+2

k_2r-i=k₁•k_r-i•k_r+1, i=1,..., (r-3),

где k_2r - бит оператор.

3. Устройство по п.1, в котором при использовании КФМн (квадратурной фазовой манипуляции) на передающем устройстве генератор входных операторов генерирует (r-2) потоки данных входных операторов согласно следующему уравнению, где k обозначает поток данных, выводимый из преобразователя По/Па:

k_b10=k_b1•k_b2•k_b3•k_b4•k_b7•k_b8•k_b9

k_s6=mod(mod(k_s2+1, 2)×2+k_s2+k_s3+k_s4, 4)

где mod(x, М) обозначает величину х, взятую по модулю М;

k_b - бит;

k_s - символ.

4. Способ снижения отношения пиковой мощности к средней мощности (ПМ/СМ) сигнала, передаваемого по N (=2^r) поднесущих на передающем устройстве, содержащем кодеры для блочного кодирования w входных данных, где r - натуральное число, большее 2, и вывода N кодовых символов, в системе мобильной связи в режиме ортогонального мультиплексирования с частотным разделением (ОМЧР), содержащий этапы, на которых

(1) преобразуют поток данных в w-(r-2) параллельных потоков данных, где w - длина информационного слова,

(2) осуществляют блочное кодирование w/2 параллельных потоков данных из w-(r-2) параллельных потоков данных и выводят N/2 первых кодовых символов,

(3) генерируют (r-2) потоков данных входных операторов, в соответствии с w-(r-2) параллельными потоками данных, и

(4) осуществляют блочное кодирование параллельных потоков данных, не подвергнутых блочному кодированию, и (r-2) потоков данных входных операторов и выводят N/2 вторых кодовых символов, причем (r-2) потоков данных входных операторов обеспечивают дополнительность N кодовых символов.

5. Способ по п.4, по которому при использовании ДФМн (двоичной фазовой манипуляции) на передающем устройстве, (r-2) потоки данных входных операторов определяют согласно следующим уравнениям, где k обозначает преобразованный поток данных:

k_2r=-k₂•k_r•k_r+2

k_2r-i=k₁•k_r-i•k_r+1, i=1,..., (r-3),

где k_2r - бит оператор.

6. Способ по п.4, по которому при использовании КФМн (квадратурной фазовой манипуляции) на передающем устройстве, (r-2) потоки данных входных операторов генерируют согласно следующим уравнениям, где k обозначает преобразованный поток данных:

k_b10=k_b1•k_b2•k_b3•k_b4•k_b7•k_b8•k_b9

k_s6=mod(mod(k_s2+1, 2)×2+k_s2+k_s3+k_s4, 4)

где mod(x, М) обозначает величину х, взятую по модулю М,

k_b - бит,

k_s - символ.

7. Способ снижения отношения пиковой мощности к средней мощности (ПМ/СМ) сигнала, передаваемого по совокупности (N=2^r) поднесущих на передающем устройстве, содержащем последовательно-параллельный преобразователь для преобразования последовательных данных в параллельные потоки данных k₁, k₂,..., k_r+2 и совокупность кодеров для блочного кодирования параллельных потоков данных k₁, k₂,..., k_r+2, в системе мобильной связи в режиме ортогонального мультиплексирования с частотным разделением (ОМЧР), где r - натуральное число, большее 2, содержащий этапы, на которых принимают, по меньшей мере, один из параллельных потоков данных и генерируют, по меньшей мере, один бит-оператор k_r+3,..., k_2r, который обеспечивает дополнительность блочно-кодированных символов, и распределяют параллельные потоки данных и, по меньшей мере, один бит-оператор равномерно между кодерами и подвергают распределенные данные блочному кодированию, где t - количество кодеров.

8. Способ по п.7, по которому количество битов-операторов определяется как r-2 в соответствии с количеством поднесущих.

9. Способ по п.7, по которому при использовании ДФМн (двоичной фазовой манипуляции) на передающем устройстве (r-2) потоки данных входных операторов определяют согласно следующим уравнениям, где k обозначает преобразованный поток данных:

k_2r=-k₂•k_r•k_r+2

k_2r-i=k₁•k_r-i•k_r+1, i=1,..., (r-3),

где k_2r - бит оператор.

10. Способ по п.7, по которому при использовании КФМн (квадратурной фазовой манипуляции) на передающем устройстве, (r-2) потоки данных входных операторов определяют согласно следующим уравнениям, где k обозначает преобразованный поток данных:

k_b10=k_b1•k_b2•k_b3•k_b4•k_b7•k_b8•k_b9

k_s6=mod(mod(k_s2+1, 2)×2+k_s2+k_s3+k_s4, 4)

где mod(x, М) обозначает величину х, взятую по модулю М;

k_b - бит;

k_s - символ.

11. Устройство для снижения отношения пиковой мощности к средней мощности (ПМ/СМ) сигнала, передаваемого по совокупности (N=2^r) поднесущих на передающем устройстве, содержащем последовательно-параллельный преобразователь для преобразования последовательных данных в параллельные потоки данных k₁, k₂,..., k_r+2, в системе мобильной связи в режиме ортогонального мультиплексирования с частотным разделением (ОМЧР), где r - натуральное число, большее 2, содержащее генератор операторов для приема, по меньшей мере, одного из параллельных потоков данных и генерации, по меньшей мере, одного бита-оператора k_r+3,..., k_2r, который обеспечивает дополнительность блочно-кодированных символов, и совокупность кодеров, каждый из которых принимает равное количество параллельных потоков данных и, по меньшей мере, одного бита-оператора k_r+3,..., k_2r и осуществляет блочное кодирование принятых данных.

12. Устройство по п.11, в котором количество битов-операторов определяется как r-2 в соответствии с количеством поднесущих.

13. Устройство по п.11, в котором при использовании ДФМн (двоичной фазовой манипуляции) на передающем устройстве, генератор входных операторов определяет потоки данных входных операторов согласно следующим уравнениям, где k обозначает преобразованный поток данных:

k_2r=-k₂•k_r•k_r+2

k_2r-i=k₁•k_r-i•k_r+1, i=1,..., (r-3),

где k_2r - бит оператор.

14. Устройство по п.11, в котором при использовании КФМн (квадратурной фазовой манипуляции) на передающем устройстве генератор входных операторов определяет потоки данных входных операторов согласно следующим уравнениям, где k обозначает преобразованный поток данных:

k_b10=k_b1•k_b2•k_b3•k_b4•k_b7•k_b8•k_b9

k_s6=mod(mod(k_s2+1, 2)×2+k_s2+k_s3+k_s4, 4)

где mod(x, M) обозначает величину х, взятую по модулю М,

k_b - бит,

k_s - символ.

15. Способ демодуляции декодированных потоков данных k₁, k₂,..., k_2r на приемном устройстве, которое преобразует последовательный входной сигнал в параллельные потоки данных, где r - натуральное число, большее 2, осуществляет преобразование Фурье над параллельными потоками данных и распределяет данные, подвергнутые преобразованию Фурье, равномерно по совокупности декодеров для их декодирования в системе мобильной связи в режиме ортогонального мультиплексирования с частотным разделением (ОМЧР), содержащий этапы, на которых идентифицируют, по меньшей мере, один бит-оператор k_r+3,..., k_2r из декодированных потоков данных, удаляют, по меньшей мере, один бит-оператор из декодированных потоков данных и восстанавливают исходные данные из информационных потоков данных k₁, k₂,..., k_r+2 без, по меньшей мере, одного бита-оператора.

16. Способ по п.15, по которому количество битов-операторов определяется как r-2 в соответствии с количеством поднесущих, используемых в передающем устройстве.

17. Устройство для демодуляции декодированных потоков данных k₁, k₂,..., k_2r на приемном устройстве, содержащем последовательно-параллельный преобразователь для преобразования последовательного входного сигнала в параллельные потоки данных, где r - натуральное число, большее 2, и блок преобразования Фурье для осуществления преобразования Фурье над параллельными потоками данных в системе мобильной связи в режиме ортогонального мультиплексирования с частотным разделением (ОМЧР), содержащее совокупность декодеров, каждый из которых принимает равное количество дополнительных последовательностей, подвергнутых преобразованию Фурье, и декодируют принятые дополнительные последовательности, блок удаления операторов для идентификации, по меньшей мере, одного бита-оператора k_r+3,..., k_2r из декодированных потоков данных и удаления, по меньшей мере, одного бита-оператора из декодированных потоков данных, и блок снятия отображения для восстановления исходных данных из информационных потоков данных k₁, k₂,..., k_r+2 без, по меньшей мере, одного бита-оператора.

18. Устройство по п.17, в котором количество битов-операторов определяется как r-2 в соответствии с количеством поднесущих, используемых в передающем устройстве.