专利名称：用于把比特映射到信息脉冲串的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及数字通信系统，具体涉及用于在数字无线通信系统中把比特映射到信息脉冲串的方法和装置。
在数字通信系统中，在通信信道上以编码形式承载数据或话音之类的信息。在时分多路复用(TDM)通信系统中，通信信道是一个在其中插入了编码信息脉冲串的时隙或帧。除了被传送的信息以外，如现有技术公知的，脉冲串还应该包括附加的编码信息，例如标题信息，控制信息，同步，训练或优化信息等等。在接收端，对信息脉冲串解码以恢复所传送的信息。如果未能正确地对信息进行解码，那么会发生错误。在解码信息中错误发生的比率被称为误码率(BER)。解码信息可靠性的相关量度是一组信息比特的块错误率(BLER)，其中块错误被定义为该组信息比特中的一个或多个比特错误。降低BER或BLER，例如通过增加可以传送的数据量，或者在话音通信中提高其收听质量，从而改善系统性能。
在通过时变信道发送信息脉冲串的均衡通信系统中，一个脉冲串包括一个或多个已知的训练码元序列(用于优化均衡器的被编码和调制的信息)以及未知的数据和标题码元(即被编码和调制的信息)，信道BER分布一般是编码码元位置的函数。例如，GSM演变增强数据率(EDGE)增强通用分组无线电系统(EGPRS)的信道BER的值在信息脉冲串的开始和结束位置比靠近训练码元所处的信息脉冲串的中间位置高。而且，每个第三比特的BER大约是第一和第二比特的BER的两倍。这种由于EGPRS中使用的格雷编码8-PSK(相移键控)所用的比特到码元映射方案造成的“码元不对称性”对于很多构象和比特到码元映射都会发生。
标题码元(在全文中使用术语“标题”来表示各种标题和控制信息，其不受限制地包括挪用比特，编码USF(上行链路状态标记)，编码RLC/MAC(可靠的链路层/介质访问控制)标题信息等等)通常承载有重要信息。数据码元中的错误可能导致轻微降低的数据率或轻微降低的话音质量。标题码元中的错误可能导致整个信息脉冲串的丢失，造成显著降低的数据率或显著降低的话音质量。因此，应该使标题码元的通信尽可能地可靠。
一种使标题码元的解码BER最小的方法包括将标题码元邻近训练序列放置。这种方法在使如上所述最大化BER分布效果的同时使交织器增益最小化。另一种方法包括将数据和标题一起交织。这种方法在使最小化BER分布效果的同时使交织器增益最大化。上述任一种方法对于所有信道条件都不是最好的，并且每个方法都可能造成数据解码BER的显著恶化。
因此，需要一种用于把码元映射到信息脉冲串的方法和装置，能够在多种信道条件下最小化标题解码BER而不使数据解码BER变差。
图1是根据本发明优选实施例的通信系统的方框图。
图2是根据本发明优选实施例的比特映射装置的功能方框图。
图3是用于包括格雷码映射的8-PSK调制的比特到码元映射。
图4是用于图3所示8-PSK调制方案的误码率与码元位置的关系图。
图5是平均块错误率与信躁比的关系图。
图6是用于包括格雷码映射的16-QAM调制的比特到码元映射。
图7是根据本发明优选实施例的进行到信息脉冲串的初始比特映射的示意图。
图8是在图7所示比特映射之后的比特交换的示意图。
图9是根据本发明另一个优选实施例的进行到脉冲串的初始比特映射的示意图。
图10是在图9所示比特映射之后的比特交换的示意图。
图11是根据本发明另一个优选实施例的进行到脉冲串的初始比特映射的示意图。
图12是在图11所示比特映射之后的比特交换的示意图。
本发明利用由邻近于训练码元以及码元不对称性造成的、取决于位置的误码率(BER)性质，极大改进了承载优选信息(例如标题码元/比特)的字段的可靠性，同时使对解码数据BER的影响最低。首先将标题比特映射到一个紧靠近于训练序列的信息脉冲串。然后将所要传送的剩余信息(例如数据比特)映射到该信息脉冲串。把映射到其比特错误发生概率高的比特位置的标题比特重新定位到由其比特错误发生概率低的数据比特所占据的比特位置。把移位的数据比特重新定位到先前由标题比特所占据的比特位置。
在根据本发明优选实施例的方法中，对第一组比特(例如标题码元/比特)进行交织以形成第一组交织比特。对第二组比特(例如数据码元/比特)进行交织以形成第二组交织比特。把第一和第二组交织比特映射到一个信息脉冲串。可以相对于形成了一个训练序列的一组已知码元把第一和第二组交织比特映射到该信息脉冲串。识别出该映射中其比特错误发生概率较高的比特位置，即不利比特位置，并且识别出该映射中其比特错误发生概率较低的比特位置，即有利比特位置。把第一组交织比特中的、映射到不利比特位置的第一组比特重新映射到有利比特位置，而把第二组交织比特中的、映射到有利比特位置的第二组比特重新映射到不利比特位置。
在本发明的另一个优选实施例中，映射中的不利比特位置和有利比特位置是先验已知的，并且把第一组比特映射到有利比特位置，把第二组比特位置映射到不利比特位置。
在本发明的另一个优选实施例中，在把第一组交织比特和第二组交织比特映射到该信息脉冲串后，把第一组比特和第二组比特的比特位置进行交换。
根据本发明的优选实施例的装置包括可操作地耦合的交织器，比特映射器，和比特交换器。交织器单独地交织标题比特和数据比特，以提供交织的标题比特和交织的数据比特。或者，交织器可以把标题比特与数据比特一起交织。比特映射器把交织的标题比特和交织的数据比特相对于一个训练序列映射到一个信息脉冲串。然后比特映射器把标题比特从其比特错误发生概率较高的比特位置移动到由其比特错误发生概率较低的数据比特所占据的比特位置。然后比特交换器把移位的数据比特定位到先前由移位的标题比特所占据的比特位置。
参见图1，数字通信网络10包括无线电接入网络12，无线电接入网络12包括基站14和基站控制器16。无线电接入网络12耦合到开关结构18，开关结构18可以是电路开关网络或分组数据网络。基站14向在其覆盖区域内工作的移动站20提供无线通信服务。基站14最好根据以下的一种或多种无线通信标准工作，包括(但不限于)全球移动通信系统(GSM)标准中规定的增强通用分组无线电系统(EGPRS)。在此方面，基站14可以进一步实施GSM演变增强数据率(EDGE)协议。但是，本领域技术人员可以理解，本发明可以应用于在时变信道上发送信息脉冲串的实际上任何类型的通信系统。
在基站14中有耦合到分组控制单元(PCU)24的信道编码单元(CCU)22。PCU 24耦合到基站控制器16，并因此耦合到通信网络10的其余部分。虽然PCU 24被显示为基站14的一部分，但PCU 24还可以与基站控制器16或通信网络10中的另一个实体相联系。而且，虽然显示了两个CCU，可以理解基站14中CCU的数量取决于基站14的希望容量。PCU 24提供对基站14输入和输出的数据分组通信的控制以及EPGRS描述的其它功能。
每个CCU 22解调和解码从移动站20接收的上行链路信号，并编码和调制要传送到移动站20的下行链路信号。CCU 22还提供此处所述的创造性方法。虽然本发明的描述是针对下行链路编码和调制过程，尤其是EGPRS下行链路调制编码方案(MCS)-5到MCS-9，但是本发明技术人员可以理解，本发明很容易扩展到EGPRS上行链路，其它MSC或其它通信系统。
参见图2，以方框图形式表示CCU 22的功能单元。这些功能单元最好以由CCU 22中的处理单元操作的计算机代码来实现。当然，特定方式的实现(不管是计算机代码还是其它形式)对本发明不是关键的，在不偏离本发明范围的情况下可以采用任何适当的实现方式。如图2所示，第一交织器30接收将要被映射到一个信息脉冲串的标题比特流32。第二交织器34接收也将被映射到该信息脉冲串的数据比特流36。交织器30和交织器34的输出分别是交织标题比特38和交织数据比特40。比特映射器42把交织标题比特38和交织数据比特40相对于一个该信息脉冲串的训练序列映射到该信息脉冲串。最后，比特交换器44提供交换操作，把其比特错误发生概率较高的比特位置上的主要标题比特(主要是标题比特)与其比特错误发生概率较低的比特位置上的数据比特进行交换。其结果是一个比特映射信息脉冲串46，具有改善的标题信息可靠性而没有显著地破坏数据。
虽然交织器30和交织器34被描述为单独的实体，但它们的功能也可以合并到单个功能性交织器单元中。而且，该单个单元可以进一步体现比特映射器42的功能。在本发明的这种实施例中，该单个功能单元可以把标题比特32和数据比特36交织并直接映射到该信息脉冲串。而且，在本发明的范围内，所有上述功能单元，例如标题交织器30，数据交织器34，比特映射器42，和比特交换器44可以被合并，使得标题比特32和数据比特36被直接定序到该信息脉冲串，并且在这种映射期间完成标题比特32的以不利比特位置对有利比特位置的交换。可以想象上述功能单元的各种其它组合和子组合，并且这种组合都属于本发明的范围内。
参见图3和图4，可以理解本发明如何获得上述结果。图3表示用于8-PSK(相移键控)调制的比特到码元映射。这种特定映射是格雷编码的，码元中最左边的比特被标记为比特0，码元中最右边的比特被标记为比特2。水平轴50表示比特0判决线，垂直轴52表示比特1判决线，45度轴54和56表示第二比特判决线。码元中比特i的的错误概率可以近似为从该码元到最近的比特i判决线的距离的函数。对于很多通信信道，其中最可能的码元错误最靠近于正确码元，上述近似被证明是合理的。参见码元1，可以看出由于选择了邻近的码元2或码元8的比特0或比特2，码元1有比特错误的潜在可能。从码元2可以看出，由于选择了邻近的码元1或码元3的比特1或比特2，码元2有比特错误的潜在可能。对每个码元如此分析，可以得出表1，其中“X”表示在码元的第i比特处的发生错误的潜在可能。从表1中可以看出，每个码元的比特2都有错误的潜在可能，并且可以预期比特2中增加的错误概率。图4证实了这一点，其中迹线58和60表示用于比特0和比特1的块错误率与到信息脉冲串映射位置的关系，迹线62表示用于比特2的块错误率与到信息脉冲串的映射位置的关系。如图所示，比特2的每个映射位置的块错误率都明显高于比特0或比特1的块错误率。图4还表示出对于较靠近训练序列(映射中的中心位置，由64表示)的映射位置，块错误率下降。因此，交织标题比特38被紧靠近于训练序列64映射。接着，把先前被映射到对应于比特2的比特位置(不利比特位置)的标题比特与被映射到对应于比特0或比特1的比特位置(有利比特位置)的数据比特交换。以此方式，改善了解码标题BLER。出乎意料的是，解码数据BLER并没有显著变差。这在图5中表示。
表1
“码元非对称性”也出现于用于8-PSK的其它比特到码元映射，和诸如16-QAM的其它构象。图6中显示用于16-QAM的比特到码元映射。该特定映射是格雷编码的，其中码元的最左边比特被标记为0，码元的最右边比特被标记为3。轴80代表比特0判决线，轴82代表比特2判决线，轴84和86都代表比特1判决线，轴88和90代表比特3判决线。从图6显示的映射中可以得出表2，该表显示码元的第i个比特处错误的潜在可能。从表2可以看出，与比特1或比特3相比，比特0和比特2的错误近似概率是一半。因此，本领域技术人员很容易理解，通过应用本发明的原理，可以改善使用16-QAM的通信系统的解码标题BER。
参见图5，迹线70和72表示在不应用本发明的情况下分别对于单独交织的标题和数据比特的平均BLER与信噪比的关系，迹线74和76表示在应用本发明原理的情况下分别对于单独交织的标题和数据比特的平均BLER与信噪比的关系。通过比较迹线70和74可以看出，BLER有明显改善。比较迹线72和76，可以进一步看出在不显著改变解码数据BLER的情况下获得了解码标题BLER的改善。
表2
本发明可以进一步以下面的EGPRS下行链路的例子表示。这些例子包括被映射到多个脉冲串的数据和标题字段，其中标题字段包括多个标题子字段。利用恒等交织器(identity interleaver)(即，不交织)交织两个标题子字段。尽管不是必须的，这些例子把标题信息置于与位于脉冲串中央的单个训练序列邻近并且实际上均匀分布于其两侧的多个有利位置中。无需相对于训练序列均匀地映射标题信息，而且训练序列无需位于脉冲串的中央位置。而且，在脉冲串中可能在脉冲中存在附加的训练序列，并且可以相对于这些训练序列中的每一个训练序列映射标题信息的部分，以便利用通过邻近一个或多个训练序列映射信息所获得的降低的比特错误概率。在TDM通信系统中经常有除了数据，标题和训练以外的其它字段(防护，前导码等等)-这些例子包括位于脉冲串的开始和结束处的防护字段。以下是本发明应用于TDM通信系统的例子，这些例子不应被认为是对本发明的限制。
用于MCS-5和MCS-6的第一个例子参见图7和8，设h(i),i=0,1,…,95是编码的RLC/MAC标题比特100,u(i),i=0,1,…35是编码的USF比特102,d(i),i=0,1,…,1255是编码的数据比特104,sb(i),i=0,1,2,3是挪用比特106,g(i),i=0,1,…ng-1是防护比特110,以及e(B,i),i=0,1,…,347是一个块的第B个脉冲串(B=0,1,2,3)中的比特。标题112包括标题比特100,USF比特102和挪用比特106。标题112中的第三个比特位置或者不利比特位置是先验已知的，并被指定为“X”。根据本发明的优选实施例，如下所示把比特映射到一个信息脉冲串114步骤1交织RLC/MAC标题使用任何交织算法对编码的RLC/MAC标题进行交织。例如，对于i=0,1,…95,设，h^(j)=h(i)]]>其中j=24×(imod4)+2×((5[i8])mod12)+[imod84]]]>步骤2交织RLC数据使用任何交织算法对(扰频)RLC数据进行交织。例如，对于i=0,1,…,1255,设，d^(j)=d(i)]]>其中j=314×(imod4)+2×((49i)mod157)+[imod84]]]>步骤3直接映射(图7)对于B=0,1,2,3，设 注意到，邻近训练序列116映射重要比特112(挪用比特，编码USF，编码RLC/MAC标题)。表示了用于n个可能脉冲串中的单个脉冲串的映射，其中每个附加脉冲串实际是相同的。
步骤4比特交换(图8)对于B=0,1,2,3,把e(B,148)与e(B,158)交换；把e(B,150)与e(B,161)交换；把e(B,151)与e(B,164)交换；把e(B,153)与e(B,167)交换；把e(B,154)与e(B,170)交换；把e(B,156)与e(B,173)交换；把e(B,176)与e(B,192)交换；把e(B,179)与e(B,193)交换；把e(B,182)与e(B,195)交换；把e(B,185)与e(B,196)交换；把e(B,188)与e(B,198)交换。
注意到，在执行完该步骤后，没有任何一个编码标题和USF比特占据不利的第三比特“X”。
用于MSC-5和MSC-6的第二个例子参见图9和10，设h(i),i=0,1,…,99是编码的RLC/MAC标题比特120,u(i),i=0,1,…35是编码的USF比特122,d(i),i=0,1,…,1247是编码的数据比特124,sb(i),i=0,1,…7是挪用比特126,g(i),i=0,1,…ng-1是防护比特130，以及e(B,i),i=0,1,…,347是一个块的第B个脉冲串(B=0,1,2,3)中的比特。标题132包括标题比特120,USF比特122和挪用比特126。标题132中的第三个比特位置或者不利比特位置是先验已知的，并被指定为“X”。根据本发明的优选实施例，如下所示把比特映射到一个信息脉冲串134步骤1交织RLC/MAC标题使用任何交织算法对编码的RLC/MAC标题进行交织。例如，对于i=0,1,…99，设h^(j)=h(i)]]>，其中j=25×(imod4)+((17i)mod25)步骤2交织RLC数据使用任何交织算法对(扰频)RLC数据进行交织。例如，根据一个表中的显式关系，对于i=0,1,…,1247，设d^(j)=d(i)]]>。可以如下构造该表定义一个具有1392比特块大小(数据加标题)的块交织器，除去将要被映射到标题位置(下面的步骤3)的数据位置，并重新编号以填充间隙而不改变其相对顺序。
步骤3直接映射(图9)对于B=0,1,2,3，设 注意到，邻近训练序列136映射重要比特132(挪用比特，编码USF，编码RLC/MAC标题)。表示了用于n个可能脉冲串中的单个脉冲串的映射，其中每个附加脉冲串实际是相同的。
步骤4比特交换(图10)对于B=0,1,2,3,把e(B,142)与e(B,155)交换；把e(B,144)与e(B,158)交换；把e(B,145)与e(B,161)交换；把e(B,147)与e(B,164)交换；把e(B,148)与e(B,167)交换；把e(B,150)与e(B,170)交换；把e(B,151)与e(B,173)交换；把e(B,176)与e(B,195)交换；把e(B,179)与e(B,196)交换；把e(B,182)与e(B,198)交换；把e(B,185)与e(B,199)交换；把e(B,188)与e(B,201)交换；把e(B,191)与e(B,202)交换；把e(B,194)与e(B,204)交换。
注意到，在执行完该步骤后，没有任何一个编码标题和USF比特占据不利的第三比特“X”。
用于MSC-7,MSC-8和MSC-9的例子参见图11和12，设h(i),i=0,1,…,127是编码的RLC/MAC标题比特200,u(i),i=0,1,…35是编码的USF比特202,d(i),i=0,1,…,1223是编码的数据比特204,sb(i),i=0,1,2,3是挪用比特206,g(i),i=0,1,…ng-1是防护比特210,以及e(B,i),i=0,1,…,347是一个块的第B个脉冲串(B=0,1,2,3)中的比特。标题212包括标题比特200,USF比特202和挪用比特206。标题212中的第三个比特位置或者不利比特位置是先验已知的，并被指定为“X”。根据本发明的优选实施例，如下所示把比特映射到一个信息脉冲串214步骤1交织RLC/MAC标题使用任何交织算法对编码的RLC/MAC标题进行交织。例如，对于i=0,1,…127,设h^(j)=h(i)]]>其中j=11×(imod12)+[i12]]]>步骤2交织RLC数据使用任何交织算法对(扰频)RLC数据进行交织。例如，对于i=0,1,…,1223，设d^(j)=d(i)]]>，其中 步骤3直接映射(图11)对于B=0,1,2,3，设 注意到，邻近训练序列216映射重要比特212(挪用比特，编码USF，编码RLC/MAC标题)。表示了用于n个可能脉冲串中的单个脉冲串的映射，其中每个附加脉冲串实际是相同的。
步骤4比特交换(图12)对于B=0,1,2,3，把e(B,142)与e(B,155)交换；把e(B,144)与e(B,158)交换；把e(B,145)与e(B,161)交换；
把e(B,147)与e(B,164)交换；把e(B,148)与e(B,167)交换；把e(B,150)与e(B,170)交换；把e(B,151)与e(B,173)交换；把e(B,176)与e(B,195)交换；把e(B,179)与e(B,196)交换；把e(B,182)与e(B,198)交换；把e(B,185)与e(B,199)交换；把e(B,188)与e(B,201)交换；把e(B,191)与e(B,202)交换；把e(B,194)与e(B,204)交换。
注意到，在执行完该步骤后，没有任何一个编码标题和USF比特占据不利的第三比特“X”。
已经参照几个优选实施例、几个可替换实施例和几个例子描述和表示了本发明。应理解，在不偏离本发明范围的条件下可以以其它实施例实现本发明。本发明的实施例和例子仅用于说明目的，并不用于限制，本发明的完整、合理的范围由权利要求限定。
权利要求
1．一种把比特映射到时变通信信道的信息脉冲串(46)的方法，包括以下步骤交织第一组比特(32)和第二组比特(36)以提供交织比特(38,40)；相对于一训练序列把交织比特(38,40)映射到信息脉冲串(46)；识别交织比特中的、被映射到一不利比特位置的一第一组比特；识别交织比特中的、被映射到一有利比特位置的一第二组比特；将该第一组比特插入到有利比特位置，将该第二组比特插入到不利比特位置。
2．根据权利要求1的方法，其中不利比特位置和有利比特位置在执行映射步骤之前是已知的。
3．根据权利要求1的方法，其中在映射步骤期间完成将该第一组比特插入到有利比特位置的步骤。
4．根据权利要求3的方法，其中在映射步骤期间完成将该第二组比特插入到不利比特位置的步骤。
5．根据权利要求1的方法，其中将该第一组比特插入到有利比特位置和将该第二组比特插入到不利比特位置的步骤包括在该第一组比特和该第二组比特之间交换比特位置的步骤。
6．根据权利要求1的方法，其中第一组比特(32)包括标题比特。
7．根据权利要求1的方法，其中第二组比特(36)包括数据比特。
8．一种把比特映射到时变通信信道的信息脉冲串(46)的方法，包括以下步骤把第一组交织比特(38)映射到该信息脉冲串；把第二组交织比特(40)映射到该信息脉冲串；根据在第一组的各个比特位置的错误发生概率，选择性地把第一组交织比特(38)的比特与第二组交织比特(40)的比特进行交织。
9．根据权利要求8的方法，其中把第一组交织比特映射到信息脉冲串的步骤包括相对于一训练序列映射第一组交织比特。
10．一种用于把比特映射到通信信道的信息脉冲串(46)的装置，包括交织器(30,34)，被耦合以接收要被映射到信息脉冲串(46)的第一组比特(32)和要被映射到信息脉冲串(46)的第二组比特(36)，并提供交织比特(38,40)；比特映射器(42)，耦合到交织器(30,34)以接收交织比特(38,40)，并可操作地相对于该信息脉冲串的一训练序列把交织比特(38,40)映射到信息脉冲串(46)；比特交换器(44)，耦合到该比特映射器，比特交换器(44)可操作地识别第一组比特中的、被映射到其比特错误发生概率较高的比特位置的一第一组比特，并识别第二组比特中的、被映射到其比特错误发生概率较低的比特位置的一第二组比特，并把该第一组比特重新定位到该第二组比特的比特位置，把该第二组比特重新定位到该第一组比特的比特位置。
全文摘要
交织第一组比特(100,102,106),例如标题码元/比特,以形成第一组交织比特。交织第二组比特(104),例如数据码元/比特,以形成第二组交织比特。把第一和第二组交织比特映射到信息脉冲串(114)。可以相对于形成一训练序列的一组已知码元(116)把第一和第二组交织比特映射到该信息脉冲串。识别出该映射中其比特错误发生概率较高的比特位置,即不利比特位置,并且识别出该映射中其比特错误发生概率较低的比特位置,即有利比特位置。把第一组交织比特中的、映射到不利比特位置的一个第一组比特重新映射到有利比特位置,而把第二组交织比特中的、映射到有利比特位置的一个第二组比特重新映射到不利比特位置。
文档编号H04L1/00GK1310898SQ00801022
公开日2001年8月29日 申请日期2000年5月31日 优先权日1999年6月1日
发明者李玉民, 布赖恩K·克拉松, 约瑟夫M·诺瓦克 申请人:摩托罗拉公司