СПОСОБ ДВОИЧНОГО КОДИРОВАНИЯ ПЕРЕДАВАЕМОГО СИГНАЛА Российский патент 1998 года по МПК H03M13/00 H04L27/32 

Изобретение касается способов двоичного кодирования точек ансамбля сигналов, соответствующих дискретным положениям по амплитуде и по фазе, связанным с кодированием цифровых слов при модуляции со множеством несущих типа OFDM оцифрованного сигнала, также относится к способам привязки ансамбля сигналов к каналу, в частности, когда точки ансамбля сигналов закодированы по предлагаемому способу.

В международной заявке PCT/FR N 89/00546, поданной на имя Томсон-ЦСФ, описан особо эффективный способ передачи, в котором используется модуляция со множеством несущих типа OFDM, позволяющий передавать с высокой плотностью оцифрованный сигнал. В описанном способе передачи используют множество ортогональных частот и излучают пару (амплитуда-фаза) или пару (действительная часть, мнимая часть) на каждой частоте, при этом пара амплитуда-фаза или действительная часть мнимая часть являются эквивалентными взаимно однозначно передаваемой информации. Для осуществления вышеуказанной взаимно однозначной функции используют известным образом ансамбль сигналов. Каждая поднесущая, образующая сигнал, модулируется по амплитуде и по фазе дискретным образом, а дискретные положения по амплитуде и по фазе образуют в сложной плоскости ансамбль сигналов, при этом может быть использовано несколько типов ансамблей сигналов.

Так, в международной заявке на патент PCT/FR 89/00546 были предложены ансамбли сигналов, располагаемые по окружностям. В этом случае пары амплитуда-фаза, соответствующие каждому цифровому слову, равномерно распределяются по концентрическим кругам. Перекодирование между двоичными словами оцифрованного сигнала и точкой ансамбля сигналов может быть осуществлено множеством путей, без использования особо простого отношения. Однако важно, чтобы это кодирование позволило избежать при приеме максимума ошибок на этапе восстановления сигнала.

Задача изобретения - создание нового способа двоичного кодирования точек ансамбля сигналов который позволяет ограничить число ошибок при декодировании.

Это достигается тем, что в способе двоичного кодирования точек ансамбля сигналов, соответствующих дискретным положениям по амплитуде и по фазе, ассоциированным с кодированием двоичных слов в случае модуляции со множеством несущих типа OFDM-оцифрованного сигнала, согласно изобретению две смежных точки ансамбля сигналов соответствуют двоичным словам, которые отличаются одно от другого не более чем на два разряда.

При этом целесообразно согласно вышеупомянутому способу, применимому, в частности, в случае, когда точки ансамбля сигналов распределяются на наслаиваемые четырехугольники, чтобы две точки созвездия, смежные по горизонтали и вертикали, соответствовали бы двоичным словам, отличающимся друг от друга одним-единственным разрядом, в то время как две точки созвездия, смежные по диагонали, соответствовали бы двоичным словам, отличающимся друг от друга двумя разрядами.

С другой стороны, в случае модуляции со множеством несущих типа OFDM при использовании единственного ансамбля сигналов для всей системы каналов, когда все несущие имеют максимальную амплитуду и совпадают по фазе, излучатель должен в этом случае передать значительный пик мощности, который может привести излучатель в состояние насыщения и, таким образом, исказить сигнал. Это явление происходит, если не принимают никаких мер предосторожности во избежание длинных последовательностей 0 или 1 на входе устройства.

Кроме того, задачей изобретения является создание способа распределения ансамбля сигналов на канал, который позволяет избежать вышеуказанных недостатков.

Задача решается тем, что в способе распределения ансамбля сигналов на канал согласно изобретению каждому каналу присваивают случайным образом отобранные различающиеся ансамбли сигналов, выбранное из M, с целью предотвращения суммирования сигналов по фазе.

При этом предпочтительно, чтобы все эти M-ансамблей сигналов содержали точки, закодированные согласно вышеописанному способу двоичного кодирования.

В дальнейшем изобретение поясняется описанием примеров его выполнения и прилагаемыми чертежами, на которых:
фиг. 1 - упрощенная блок-схема источника, в котором может быть применено изобретение;
фиг. 2 - более подробная блок-схема части источника с фиг. 1;
фиг. 3 - 6 - схемы, на которых изображены различные виды кодирования, соответствующие изобретению;
фиг. 7 - упрощенная блок-схема элемента источника, позволяющего осуществлять выбор канала согласно изобретению.

На фиг. 1 изображена блок-схема источника, использующего ансамбли сигналов, закодированные согласно способу двоичного кодирования в соответствии с изобретением. Этот источник позволяет получать волны, модулированные по принципу, описанному в заявке на международный патент PCT/FR N 89/00546.

В примере, иллюстрируемом на фиг. 1, вырабатываемый сигнал подается от телекамеры 1, микрофона 2 и/или других источников. Целесообразно, чтобы источники 1, 2 и/или 3 были соединены с устройством обработки информации 4, позволяющим осуществить определенное число модификаций, таких как уменьшение скорости поступления информации, например, путем устранения избыточной информации. С другой стороны, устройство обработки 4 может содержать устройство зашумления сигнала известного типа. Устройство обработки 4 соединено с целью формирования 5, которая осуществляет придание требуемой формы сигналам, выходящим из источников 1-3. Например, цепь формирования 5 выполняет уплотнение различных источников и вырабатывает последовательно цифровые слова. Цепь формирования содержит стандартные цепи дискретизации по времени, цепи аналого-цифрового преобразования и/или мультиплексоры. Цифровые сигналы, выходящие из цепи формирования, подаются на цепь преобразования б, которая осуществляет преобразование цифровых сигналов на входе в комплексные сигналы. Эта цепь преобразования б, следовательно, содержит известным образом один или несколько ансамблей сигналов, как описано в заявке на патент PCT/FR N 89/00546.

Как изображено на фиг. 2, цепь преобразования 6 цифровых слов в комплексные сигналы может содержать две панели преобразования 6a и 6b, образующих ансамбль сигналов, который хранится в запоминающих устройства. При этом используют, например, для хранения ансамблей сигналов постоянные запоминающие устройства типа ПЗУ, программируемые запоминающие устройства, стираемые программируемые постоянные запоминающие устройства, постоянные программируемые запоминающие устройства с электрическим стиранием или оперативные запоминающие устройства с защитой. Подлежащие превращению цифровые слова соответствуют адресам в таблицах, при этом значение амплитуды или действительная часть сигнала хранится по этому адресу в первой панели ба, а значение фазы или мнимой части сигнала хранится, например, во второй панели 6о. Значения, хранящиеся в панелях, следовательно, соответствуют ансамблю сигналов в изображенном варианте осуществления, при этом данный ансамбль сигналов может быть закодирован различными способами, как это поясняется ниже. С другой стороны цепь преобразования 6 соединена с устройством перегруппировки 7, роль которого заключается в приведении обрабатываемых данных к формату, совместному с устройством расчета, то есть с цепями 8 расчета быстрого обратного преобразования Фурье. Выход цепи расчета обратного преобразования Фурье 8 соединен с устройством преобразования в последовательную форму сигнала 9. Цепь преобразования в последовательную форму 9 связана с генератором выдаваемого сигнала 10, который сам соединен с усилителем 11, который выдает сигнал через посредство антенны 12. Для более подробного описания различных цепей источника можно обратиться в заявке на патент PCT/FR N 89/00546.

Как упомянуто выше, в запоминающих устройствах цепи преобразования 6 хранятся различные точки ансамбля сигналов, позволяющие трансформировать цифровые слова на входе в комплексные сигналы, то есть дающие пары амплитуда/фаза или действительная часть/мнимая часть на выходе. Эти ансамбли сигналов используют в случае излучения модулированного оцифрованного сигнала с использованием модуляции с множеством несущих типа (OFDM). Во избежание максимума ошибок при приеме волны, модулированной по этому типу модуляции, согласно настоящему изобретению предлагается конкретное кодирование в двоичном коде точек ансамбля сигналов. Согласно этому способу кодирования две смежных точки ансамбля сигналов соответствуют двоичным словам, которые отличаются друг от друга не более чем на два бита. Этот тип кодирования будет проиллюстрирован со ссылкой на фиг. 3 - 6, которые соответствуют четырем различным ансамблям сигналов, в которых используется тот же самый принцип кодирования.

На фиг. 3 - 6 изображен квадратный ансамбль сигналов, содержащий 64 точки. Однако для специалиста в данной области очевидно, что изобретение может применяться для других типов ансамблей сигналов, в которых точки распределены на концентричные круги или на наслаиваемые четырехугольники, такие как квадраты или прямоугольники. Кроме того, выбор числа точек не носит ограничительного характера. Критерием выбора числа точек является упрощение изготовления оборудования. В самом деле, число точек, образующих ансамбли сигналов, имеет прямое влияние на пропускную способность канала и выбирается в зависимости от отношения сигнал/шум и от характеристического искажения канала.

С другой стороны, цифровые слова на входе кодируются на 6 бит, причем это кодирование соответствует числам точек в ансамбле сигналов, то есть 64. Таким образом, как изображено на фиг. 1 и согласно изобретению двоичное слово 0, закодированное в 000000 помещается вверху внешнего квадрата ансамбля сигналов. Остальные 63 точки кодируются следующим образом: горизонтально и вертикально смежные слова соответствуют двоичным словам, которые отличаются друг от друга одним только битом. Таким образом, на той же самой горизонтальной линии было помещено слово 0, при этом слово 1 соответствует кодированию 000001, и слово 0 было помещено на одной и той же вертикальной линии, при этом слово 2 соответствует кодированию 000010. Таким же образом, на той же самой горизонтальной линии за словом 1 следует слово 9, соответствующее кодированию 001001, в то время как на той же самой вертикальной линии за словом 2 следует слово 6, соответствующее кодированию 000110, и так далее (фиг. 3).

С другой стороны, согласно изобретению две точки ансамбля сигналов, смежные по диагонали, соответствуют двоичным словам, которые отличаются друг от друга двумя битами. Следовательно, на диагонали за двоичным словом 0 следует слово 3, соответствующее кодированию 000011, а за ним следует слово 15, соответствующее кодированию 001111. Следовательно, тип кодирования, соответствующий изобретению, изображен на фиг. 3. При этом могут быть использованы другие типы кодирования, соответствующие тем же самым критериям, в частности кодирование, изображенное на фиг. 4, которое получается из кодирования на фиг. 3, путем поворота на 90^o по отношению к центру созвездия. Соответственно в случае кодирования на фиг. 5, слово 0 располагается уже не на вершине внешнего квадрата, а около центральной линии. Другой тип кодирования - изображенный на фиг. 6, получается из кодирования согласно фиг. 5 путем поворота на 180^o. В самом деле, различные ансамбли сигналов могут быть получены из ансамбля сигналов, изображенного на фиг.3 простыми трансформациями, такими как вращения или симметричным отображением.

Предлагаемое изобретение относится также к способу распределения ансамбля сигналов на канал. В самом деле, в случае способа эмиссии сигнала с использованием волны, модулированной согласно OFDM, используют значительное число каналов, ортогональных между собой. Модулирование осуществляется путем выбора для каждого канала амплитуды и фазы, извлеченных из точек ансамбля сигналов в зависимости от подлежащих передаче данных, затем выполняют обратное преобразование Фурье на панели точек, созданных на предшествующем этапе. Во избежание того, чтобы непрерывная последовательность из 0 или из 1 не вызвала сложение по фазе несущих с максимальной амплитудой, требуется иметь возможность располагать точки ансамблей сигналов случайным образом от одного канала к последующему. Следовательно, согласно изобретению для каждого канала с помощью жеребьевки выбирают среди конечного числа ансамблей сигналов с проверкой свойств смежности точек, один ансамбль сигналов с тем, чтобы избежать суммирование сигналов по фазе. В связи с этим перекодирование цифрового слова в точке ансамбля сигналов становится известной функцией для источника и для приемника номера канала. Для этого используют несколько ансамблей сигналов. Например, используют восемь ансамблей сигналов из числа изображенных на фиг. 3 - 6 и с помощью жеребьевки распределяют на P-каналов, т. е., например на 512 каналов, используемых в варианте осуществления изобретения, один из восьми ансамблей сигналов, хранящихся в одной или нескольких запоминающих устройствах цепи преобразования б, причем это назначение выполняют однократно.

С этой целью в цепь преобразования вводят номер закодированного канала на 9 бит в запоминающее устройство 60, обеспечивая соответствие номеру канала номера ансамбля сигналов, и которому будут посланы цифровые слова на входе, закодированные на 6 бит, для преобразования их в комплексное слово 1, 0, каждый элемент которого закодирован на 8 бит известным образом. В связи с этим, в передающем и приемном устройствах для осуществления данного способа используют таблицу распределения, определенную раз и навсегда и без которой создается опасность насыщения некоторых звеньев цепи передачи.

Данные с запоминающего устройства 60 могут быть подсчитаны с использованием случайной выборки по методу типа Монте-Карло.

Способ двоичного кодирования передаваемого сигнала относится к кодированию цифровых слов при модуляции оцифрованного сигнала со множеством несущих типа OFDM и позволяет ограничить число ошибок при декодировании сигнала, образованного последовательностью двоичных кодов. Способ состоит в кодировании ансамблями сигналов с присвоением каждому бинарному коду определенной амплитуды и фазы, и в модуляции с несколькими несущими для случая мультиплексирования с разделением каналов по ортогональным частотам цифровым сигналом, причем каждому каналу выделена своя несущая. Технический результат достигается благодаря тому, что каждому каналу однократно выделяют ансамбль сигналов, выбранный из конечного числа заданных ансамблей сигналов. 4 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Способ двоичного кодирования передаваемого сигнала, образованного последовательностью двоичных кодов, согласно которому производят кодирование ансамблями сигналов, с присвоением каждому бинарному коду определенной амплитуды и фазы, а также модуляцию с несколькими несущими для случая мультиплексирования с разделением каналов по ортогональным частотам цифровым сигналом, причем каждому каналу выделена своя несущая, отличающийся тем, что каждому каналу однократно выделяют один ансамбль сигналов, выбранный из конечного числа заданных ансамблей сигналов. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выделение ансамблей сигналов производят жеребьевкой. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что две смежные точки ансамбля сигналов имеют коды, отличающиеся не более чем двумя разрядами. 4. Способ по п.1, 2 или 3, отличающийся тем, что точки ансамбля сигналов распределены по концентрическим окружностям или по наслаиваемым четырехугольникам. 5. Способ по п.3 или 4, отличающийся тем, что две точки ансамбля сигналов, смежные в горизонтальном и вертикальном направлениях, соответствуют двоичным кодам, отличающимся друг от друга одним разрядом, тогда как две точки ансамбля сигналов, смежные по диагонали, соответствуют двоичным кодам, отличающимся друг от друга двумя разрядами.