扩频通信系统的穿孔和还原 代码的装置和方法 本发明涉及扩频通信系统，特别是用于穿孔(puncture)实际数据、在穿孔数据位置中插入辅助数据、和还原穿孔数据的数据发射机和接收机。
在扩频通信系统中，发射机对实际数据信道编码，然后在数据发送之前穿孔所编码的数据；接收机依靠信道解码器的纠错能力把预定值分配到穿孔位置。通过简单地穿孔实际数据或在穿孔位置插入辅助数据-如接收机所需的功率控制信息，可以在扩频通信系统中获得期望的符号率。
上述的穿孔编码是这样一种过程：发射机依靠信道解码器的纠错能力在纠错范围内穿孔数据，接收机选定所穿孔的数据作为预定值，使信道解码器纠错，从而把所编码的数据还原成原始数据。因此，使用穿孔编码的系统在数据还原方面具有比还原未穿孔信号低的精确度。穿孔码用来在信道编码之后获得期望的符号率或者通过穿孔实际数据和在穿孔位置插入辅助数据以上述符号率发送数据。这里，发射机和接收机都应该知道所穿孔的发射和接收数据的位置。
图1是传统的扩频通信系统的发射机的方框图，其中，代码在发送之前被穿孔。信道编码器111对输入实际数据TXD1编码，符号重复器113以预定的重复率重复从信道编码器111接收的所编码的数据。代码穿孔器115经第一输入端接收来自符号重复器113地重复符号和经第二输入端接收要被擦除插入的代码TXD2。TXD2可以是从发射机发送到接收机的控制数据。
穿孔器115(puncturer)以预定周期选择性地输出经第一输入端接收的来自符号重复器113的符号和选择性地输出经第二输入端接收的代码TXD2。
假定切换穿孔器115以便每四比特一个穿孔数据TXD1(是D1、D2、D3…)，和在穿孔数据位置中插入数据TXD2(是d1、d2、…)。那么，信道编码器111把D1、D2、D3、…编码成A1、A2、A3、A4、…。以两比特重复，符号重复器113输出A11、A12、A21、A22、A31、A32、A41、A42…。然后，穿孔器115穿孔所重复的符号并在所穿孔的符号位置插入数据TXD2，从而产生A11、A12、A21、d1、A31、A32、A41、d2…。这里，Ai1和Ai2通过重复相同符号来获得，因而Ai1=Ai2。
交织器117以预定的方法交织从穿孔器115接收到的数据，扩展器119扩展所交织的数据。调制器121以预定方法把扩展数据调制成数据TDATA。所调制的数据在发射之前转换为无线信号。
在图2所示的接收机中，解调器211解调输入数据RDATA，解扩器213解扩所解调的数据，解交织器215解交织所解扩的数据。
解交织器215输出的数据是a11、a12、a21、δ1、a31、a32、a41、δ2，…。这里，a和δ是从发射机发射的A和d而且可能在信道传输期间发生了变化。还原器217包含开关251和252。开关251以与穿孔器115相同的方式选择数据a和向解码器219输出数据a，以及选择数据δ和向检测器221输出数据δ。也就是说，开关251向信道解码器219输出a11、a12、a21，然后切换以向检测器221输出数据δ1。然后再次切换以向信道解码器219输出输出a31、a32、a41，和再切换以向检测器221输出δ2。在数据δ从还原器217输出的时候，信道解码器219不接收数据。为了避免这种情况，开关252切换以在输出数据δ的瞬间输出数据x。数据x被固定为“0”或“1”。因此，向信道解码器219输出的数据是a11、a12、a21、x、a31、a32、a41、x…。
然后，解码器219把从还原器217接收到的数据解码为数据RXD1，检测器221检测所擦除插入的数据和输出数据RXD2。
如上所述，穿孔编码在信道编码之后把符号率降低到期望值，或者在数据发送之前维持符号率。然而，在传统的穿孔编码中，由于接收机不可能找到所穿孔的数据，因此图2的接收机在解码时用预定的固定数据假定穿孔数据。在这种情况中，当假定数据等于原穿孔数据时，则没有问题；而当假定数据不是所穿孔的数据和生成误差在信道码的纠错能力之外时，接收机就不能可靠地还原所接收的数据。
因此，本发明的目的是提供一种在扩频通信系统中穿孔和还原代码的装置和方法，其中，数据通过在发送侧穿孔用辅助数据替换，所穿孔的数据在接收侧使用重复符号之外的未穿孔的符号来估算，以便能够在信道解码器中减少误差。
本发明的另一个目的是提供一种在扩频通信系统中穿孔和还原代码的装置和方法，其中，为了期望的符号率在发送侧简单地穿孔数据，在接收侧使用重复符号之外的未穿孔符号来估算所穿孔的数据，以便减少信道解码器中的误差。
为了实现上述目的，本发明提供了扩频通信系统的信道编码和解码装置中使用的符号穿孔和还原装置。在该装置中，信道编码器对所接收的数据和生成的符号编码，符号重复器以预定重复率重复符号。穿孔器根据预定控制信号的状态接收所重复的符号和擦除插入的数据、穿孔重复的符号、和在穿孔位置插入擦除插入的数据。交织器交织穿孔器的输出，解交织器解交织所交织的符号。还原器接收解交织的符号，从所接收的符号中分离重复符号和擦除插入数据，和在穿孔位置插入先前未穿孔的重复符号。信道解码器对还原器的输出解码，检测器检测从还原器接收到的擦除插入数据。
通过下面的结合附图对优选实施例的详细说明将进一步理解本发明的上述目的和优点。
图1是传统扩频通信系统的发射机的代码穿孔装置的方框图；
图2是传统扩频通信系统的接收机的代码还原装置的方框图；
图3是本发明第一实施例的扩频通信系统的发射机的代码穿孔装置的方框图；
图4是本发明第一实施例的扩频通信系统的接收机的代码还原装置的方框图；
图5是本发明第一实施例的扩频通信系统的发射机中的符号重复和交织之后穿孔代码的改进的代码穿孔装置的方框图；
图6是与图5的代码穿孔装置对应的代码还原装置的方框图；
图7是本发明第二实施例的扩频通信系统的发射机的代码穿孔装置的方框图；
图8是本发明第二实施例的扩频通信系统的接收机的代码还原装置的方框图；
本发明实施例的穿孔编码和解码方法是用于在相对预定数据率为宽的带宽中发射数据的系统，如扩频通信系统的。在该方法中，发射机在重复符号中穿孔预定符号以获得期望的符号率，接收机通过使用重复符号中的未穿孔符号来估算所穿孔的符号，以便减少穿孔编码中固有的误差。
图3是本发明实施例的扩频通信系统的数据发射之前穿孔代码的发射机的方框图；信道编码器111对所输入的实际数据TXDL编码，符号重复器113以预定的重复率重复从信道编码器111接收到的所编码的数据。代码穿孔器115经第一输入端接收来自符号重复器113的重复符号和经第二输入端接收要被擦除插入的代码TXD2。穿孔器115由控制信号CTL切换以便按预定周期选择性地输出经第一输入端接收的来自符号重复器113的符号和经第二输入端接收的数据TXD2。
交织器117以预定方法交织从穿孔器155接收到的符号，扩展器119扩展所交织的数据，调制器121以预定方法把所扩展的数据调制成数据TDATA。所调制的数据在发送之前被转换成无线信号。
图4是本发明实施例的接收机的方框图。
参见图4，解调器211解调所输入的数据RDATA，解扩器213解扩所解调的数据，解交织器215解交织所解扩的数据，从而还原所解扩的数据被排列的原始次序。
还原器217把从解交织器215接收的数据分解成实际数据和擦除插入数据。在还原器217中，开关311接收来自解交织器215的数据，并由控制信号CTL切换，以分离地输出实际数据和擦除插入数据。延迟器313延迟从解交织器215接收的数据。复用器315在控制信号CTL的控制下有选择地输出从开关311接收的数据和在穿孔数据位置输出从延迟器313接收的数据。加法器317加从复用器315接收的重复符号对。
信道解码器219对从还原器217接收的数据解码和输出数据RXD1。检测器221在从还原器217接收的数据中检测出擦除插入数据和输出数据RXD2。这里，RXD2可以输入到另一个信道解码器。
下面结合图3和图4说明本发明的实施例的数据穿孔和还原操作。
对数据穿孔来说，信道编码器111对要被发射的输入数据TXD1编码，符号重复器113以预定重复率重复从信道编码器111接收的符号。穿孔器115经第一输入端接收重复符号和经第二输入端接收擦除插入数据TXD2。TXD2可以是从发射机到接收机发送的控制数据。在控制信号CTL的第一状态中，穿孔器115输出所重复的符号。另一方面，在控制信号CTL的第二状态中，切换开关以输出数据TXD2。
假定控制信号CTL每四比特被切换一次，那么第一状态是指每四比特单位中的前三个比特，第二状态是指其最后一个比特。由于通过把数据TXD1定为D1、D2、D3、…，因此信道编码器111输出Y1、Y2、Y3、Y4、…。在两比特重复的情况下，符号重复器113的输出将是Y11、Y12、Y21、Y22、Y31、Y32、Y41、Y42…。因此，如果擦除插入数据TXD2是d1、d2…，则穿孔器115穿孔所重复的符号和在穿孔符号的位置插入数据TXD2，输出Y11、Y12、Y21、d1、Y31、Y32、Y41、d2…。这里，Yi1和Yi2由相同数据的重复产生。因而Yi1=Yi2。
在图4所示的接收器中，解调器211解调所输入的数据RDATA，解扩器213解扩所解调的数据，解交织器215解交织所解扩的数据，从而还原交织前数据排列的次序。解交织器215输出的数据是y11、y12、y21、δ1、y31、y32、y41、δ2…。这里，y和δ是发射机输出的数据Y和d并且可以在经信道发送期间改变。
还原器217把解交织器215输出的信号分解成实际数据yi1和yi2以及擦除插入数据δi。特别是，在控制信号CTL的第一状态下，开关311被切换到第一输出端O1并输出实际数据yi；在控制信号CTL的第二状态下，开关311被切换到第二输出端O2并输出擦除插入数据δi。也就是说，开关311由控制信号CTL切换以分别输出实际数据yi和擦除插入数据δi。
延迟器313延迟从解交织器215接收的数据yi一个比特。复用器315借助于控制信号CTL选择性地输出从开关311和延迟器313接收的数据。也就是说，在控制信号CTL的第一状态中复用器315输出经第一输入端I1接收的来自开关311的数据；在控制信号CTL的第二状态下在穿孔数据位置输出经第二输入端I2接收的来自延迟器313的数据。这里，复用器315穿孔位置的输出数据实际上与先前数据相等。然后，加法器317加从复用器315接收的符号中的重复符号对。
为了以实例的方式说明还原器217的操作，如果解交织器215输出y11、y12、y21、δ1、y31、y32、y41、δ2…，则开关311在控制信号CTL的第一状态中经第一输出端O1向复用器315输出y11、y12、y21、…，在控制信号CTL的第二状态中经第二输出端O2向检测器221输出δ1、…。延迟器313延迟从解交织器215接收的数据一个比特并输出x、y11、y12、y21、x、y31、y32、y41、…。复用器315经第一输入端I1接收来自开关311的数据，经第二输入端I2接收来自延迟器313的数据。然后，在控制信号CTL第一状态中选择性地输出数据y11、y1 2、y21和y31、y32、y41，在控制信号CTL第二状态中选择性地输出数据y21和y41，因此，复用器315的输出是y11、y12、y21、y21、y31、y32、y41、y41。穿孔数据位置中的复用器315的输出数据实际上与先前数据相等。加法器317相加出自复用器315的符号的重复符号对，以得到y11+y12、y21+y21、y31+y32、y41+y41…。
信道解码器219把从还原器217接收的实际数据解码为RDX1，检测器221检测擦除插入的数据并输出RDX2。
如上所述，在数据发射之前，发射机信道编码数据，重复符号，和在预定位置穿孔符号。然后，接收机重复重复的符号中未穿孔的符号，并把重复的未穿孔符号插入穿孔数据位置。这里，符号重复后的穿孔可以以两种方式执行：一种是简单穿孔所重复的符号以获得预定符号率；另一种是穿孔所重复的符号，然后在穿孔位置插入不同数据。
在上述实施例中，尽管符号重复器113以实例方式完成两比特重复，但符号重复可以随数据传输率变化，因而可以以预定的整数倍执行重复。然后，根据符号重复器113的输出来调整还原器217的操作。此外，以四比特周期切换而穿孔一比特的控制信号CTL可以根据数据传输率变化地生成。例如，在控制信号CTL控制下，可以在8比特数据周期插入一比特数据，后在16比特数据周期插入两比特数据。
在上述实施例中，穿孔器115可以连接交织器117的输出端，如图5所示。那么接收机具有接在解扩器213与解交织器215之间的用于还原穿孔码的还原器217。
图3至图6显示了这样一种方法：在发射机中，辅助数据被插入在用于数据发送的穿孔数据的位置中；在接收机中，该辅助数据从穿孔数据位置分离出来并用重复符号代替，以便使信道解码器的误差最小。在这种情况下，符号率不变化。
同时，如图7所示，本发明第二实施例的发射机改变符号率。参见图7，信道编码器111对输入的实际数据TXD1编码，符号重复器113以预定重复率重复从信道编码器111接收的符号。其输入端连接符号重复器113的代码穿孔器115根据第一控制信号CTL1允许或阻断从符号重复器113接收的符号的输出。缓冲器116暂时存储从代码穿孔器115接收的符号。由于根据第一控制信号CTL1在缓冲器116中存储的符号中缺少符号的预定数量。因此符号率被改变。
交织器117交织从缓冲器116接收的符号，扩展器119扩展所交织的数据，调制器121以预定方法把所扩展的数据调制成TDATA。对无线系统而言，所调制数据被转换为无线信号。
图8是本发明第二实施例的接收机的方框图。
参见图8，解调器211解调输入数据RDATA，解扩器213解扩所解调的数据，解交织器215解交织所解扩的数据以还原交织前数据被排列的顺序。
还原器217还原从解交织器215接收的符号中省略的符号。在还原器217中，延迟器321延迟从解交织器215接收的符号。开关323的第一输入端连接解交织器215的输出端，其第二输入端连接延迟器321。开关323由第二控制信号CTL2切换，以在穿孔符号的位置插入从延迟器321接收的符号，从而还原原始符号率。缓冲器325暂时存储开关323的输出。加法器327加来自缓冲器325的重复数据。
信道解码器219对从还原器217接收的符号解码并输出数据RXD0。
下面结合图7和图8说明本发明第二实施例的数据穿孔和还原操作。
在穿孔操作方面，信道编码器111对要被发射的数据TXD1编码，符号重复器113以预定重复率重复从信道编码器113接收的符号。
在控制信号CTL1的第一状态，穿孔器115被接通以使从符号重复器113接收的符号输出，在第一控制信号的第二状态，穿孔器115被断开以阻止符号输出。缓冲器116暂时存储从代码穿孔器115接收的符号。这里，符号率随代码穿孔器115省略的符号数量的改变而改变，缓冲器116以改变的符号率输出存储的符号。因此，缓冲器116上的符号率比符号重复器113的低。
假定第一控制信号CTL1按四比特数据周期变换，使四比特单位中的前三比特为第一状态，最后一个比特为第二状态。由于TXD1被给定为D1、D2、D3、…，因此，在两比特重复的情况中，信道编码器111输出Y1、Y2、Y3、Y4…，符号重复器113输出Y11、Y12、Y21、Y22、Y31、Y32、Y41、Y42、…。通过在四符号周期的前三个符号接通和在最后一个符号切断第一控制信号CTL1，通过缓冲器116的代码穿孔器115的符号是Y11、Y12、Y21、Y31、Y32、Y41、…。这里，Yi1和Yi2通过重复相同数据而产生因而相等。
在图8的接收器中，解调器211解调输入数据RDATA，解扩器213解扩所解调的数据，解交织器215解交织所解扩的数据并输出y11、y12、y21、y31、y32、y41、…。这里，y等于从发射机输出的Y，而且在信道发送期间可以改变。
还原器217通过在穿孔位置插入作为Yi2的未穿孔符号Yi1来还原原始符号率。
特别是，延迟器31延迟从解交织器215接收的符号一个符号。然后，开关323经第一输入端接收来自解交织器215的符号和经第二输入端接收来自延迟器321的符号。这里，第二控制信号CTL2应该设定为用于半符号的穿孔符号位置中的第二状态。因而，开关323由第二控制信号CTL2切换，在穿孔符号位置两次重复前面的未穿孔符号。然后，缓冲器325暂时存储从开关323接收的符号并以原始符号率输出存储的符号。加法器327相加来自从缓冲器325接收的符号的重复符号对。
例如，如果解交织器215输出y11、y12、y21、y31、y32、y41…，延迟器311延迟解交织器215的输出一个符号并输出x、y11、y12、y21、x、y31、y32、y41、…。然后，开关323选择性地输出经第一输入端接收的y11、y12、y21、y31、y32、…，经第二输入端接收的x、y11、y12、y21、x、y31、y32、y41、…，从而产生y11、y12、y21、y21、y31、y32、y41、…。也就是说，由于第二输入端在第二控制信号CTL2的控制下，在穿孔符号y21的位置接通半符号的时间，因此缓冲器325以还原的符号率存储y11、y12、y21、y31、y32、y41、…和输出符号。然后，加法器317相加来自缓冲器325接收的符号和重复符号对。也就是说，加法器317输出y11+y12、y21+y21、y31+y32、y41+y41、…。
在这种系统中，即在传输带宽比预定数据传输率宽并且传输信号的能量非常强的扩频系统中，发射机在发送之前至少穿孔一个重复符号，接收机通过在穿孔位置插入未穿孔的重复符号来还原穿孔符号。穿孔位置插入的符号是延迟型的先前符号。因此，该符号是重复上述符号产生的相同符号。此外，在穿孔位置擦除插入不同数据的情况中，本发明不增加数据率，从而不需要增加系统时钟信号或时钟生成器。
如上所述，由于部分重复符号在发送侧被穿孔和在接收侧使用未穿孔符号相对精确地估算穿孔符号，因此本发明具有降低数据编码误差率的优点。
尽管已经结合特定实施例对本发明作了详细说明，但应该明白：本领域的熟练人员可以在本发明的精神和范围内对上述实施例作出各种改进。