PL192020B1

PL192020B1 - Sposób i urządzenie do nadawania informacji oraz sposób i urządzenie do odbierania informacji

Info

Publication number: PL192020B1
Application number: PL348646A
Authority: PL
Inventors: Ernst Eberlein; Marco Breiling; Jan Stoessel; Heinz Gerhäuser
Original assignee: Fraunhofer Ges Forschung
Priority date: 1998-12-03
Filing date: 1998-12-03
Publication date: 2006-08-31
Also published as: AU1966699A; ES2185244T3; DE69808809T2; DE69808809D1; EP1123597B1; EP1123597A1; US6314289B1; PL348646A1; JP2002533014A; WO2000036783A1; JP3464981B2

Abstract

1. Sposób nadawania informacji, znamien- ny tym, ze sklada sie z nastepujacych etapów: dostarczenie strumienia bitów reprezentuja- cych informacje; generowanie zakodowanego strumienia bi- tów z dodana nadmiarowoscia na podstawie strumienia zapewnionych w etapie dostarczenia strumienia bitów, gdzie dla poczatkowej liczby bitów wejsciowych generowana jest pewna liczba bitów wyjsciowych, przy czym liczba bitów wyjsciowych jest co najmniej dwa razy wieksza niz liczba bitów wejsciowych, i gdzie liczba bitów wyjsciowych podzielona jest na dwie porcje bitów wyjsciowych, kazda z porcji bitów wyjsciowych pozwala oddzielnie odtwo- rzyc informacje reprezentowana przez poczat- kowa liczbe bitów wejsciowych, a pierwsza porcja bitów wyjsciowych zostala zakodowana na podstawie strumienia bitów w inny sposób niz druga porcja bitów wyjsciowych ……………. PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób cyfrowego nadawania, a w szczególności sposób cyfrowego nadawania stosowany przy zanikających kanałach w komunikacji bezprzewodowej.

Systemy nadawcze oparte na satelitach zapewniają dostateczną jakość połączenia komunikacyjnego tyko w terenie pozamiejskim, w którym istnieje niewielka liczba np. mostów. Dodatkowo w terenie pozamiejskim przeważnie nie ma wieżowców. Wieżowce tak jak mosty lub mówiąc ogólnie gęsta, wysoka zabudowa są przeszkodą dla systemów komunikacyjnych opartych na satelitach, ponieważ częstotliwości nośne używane dla takich połączeń wymagają, by kanał pomiędzy nadawcą (np. satelitą) a odbiorcą tj. odbiornikiem przenośnym lub stacjonarnym charakteryzował się linią kontaktu wzrokowego (linią widzenia) między nadajnikiem a odbiornikiem. Jeżeli wieżowiec wejdzie w linię kontaktu wzrokowego tj. kanał transmisyjny pomiędzy satelitą a odbiornikiem, który może być zainstalowany w samochodzie, siła odbieranego sygnału znacznie się zmniejszy.

Ogólnie można powiedzieć, że w systemach bezprzewodowych (systemach radiowych) zmiany otoczenia fizycznego powodują zanikanie sygnału. Zmiany te obejmują zarówno relatywne przemieszczanie się nadajnika i odbiornika jak i przemieszczające się w otaczającej przestrzeni obiekty rozpraszające/odbijające sygnał. W teoretycznych studiach systemów bezprzewodowych zwykle modelowane są rzeczywiste kanały, można więc badać je za pomocą analizy śledzącej. Dwie główne klasy charakterystyk zaniku znane są jako Rayleigha i Riciana. Środowisko zanikania według zanikania Rayleigha zakłada brak linii widzenia i ustalonych obiektów rozpraszających lub odbijających sygnał. Oczekiwaną wartością zaniku jest zero. Jeśli istnieje linia widzenia, można użyć zanikania Riciana, które ma taką samą charakterystykę jak zanikanie Rayleigha, z wyjątkiem oczekiwanej niezerowej wartości.

Nowoczesne cyfrowe systemy nadawcze korzystają z kilku sposobów zmniejszania wpływu zanikania kanałów. Sposoby te składają się z jednej strony z kodowania kanałów, z drugiej strony zaś z kilku rodzajów zróżnicowania. Europejski standard cyfrowego nadawania dźwięku (DAB), przedstawiony w Radio Broadcasting Systems; Digital Audio Broadcasting (DAB) To Mobile, Portable and Fixed Receivers”), ETS 300 401, ETS I - European Telecommunications Standards Institute, Valbonne, Francja, luty 1995 używa różnicowego kwadraturowego kluczowania z przesunięciem fazy (DQPSK) jako techniki modulacyjnej. Proces kodowania kanałów oparty jest na kodowaniu splotowym z usuniętym bitem, umożliwiającym ochronę zarówno przed błędami równymi jak i nierównymi. Jako kod matka, kod splotowy posiada współczynnik 1/4, długość 7, użyte są w nim wielomiany ósmego stopnia. Procedura usuwania bitu pozwala na zmienianie się współczynnika kodu między 8/9 a 1/4. Kodowanie kanału z użyciem kodu splotowego z usuniętym bitem opisane jest w „Punctured Convolutional Codes of Rate (n-1)/n and Simplified Maximum Likelihood Decoding”, J. Bibb Cain i inni, IEEE Transactions on Information Theory, tom IT-25, nr 1, styczeń 1979.

Kody splotowe z usuniętym bitem mogą być stosowane z wieloma technikami modulacji jak OFDM, BPSK, QAM itd.

Inne techniki kodowania kanału przedstawione są w „Channel Coding with Multilevel/Phase Signals”, Gottfried Ungerboeck, IEEE Transactions on Information Theory, tom IT 28, nr 1 strony 55-66, styczeń 1982.

Strumienie bitów zakodowane za pomocą kodera splotowego mogą być dekodowane przez dekoder, w którym zaimplementowany został powszechnie znany algorytm Viterbiego. Algorytm ten ma możliwość używania informacji o stanie kanału (patrz P. Hoeher „TCM on Frequency-Selective Lenght-Mobile Fading Channels”, Proc. Tirrenia, Włochy, wrzesień 1991). Algorytm Viterbiego może być modyfikowany, aby zapewnić oczekiwaną wiarygodność dekodowanej sekwencji. Umożliwia to „miękkie” dekodowanie. Przy zastosowaniu algorytmu z „miękkim wyjściem” osiągana jest poprawa o około 2 dB w stosunku do systemów, które mają zaimplementowane „twarde” podejmowanie decyzji.

Odnośnie fig. 6, przedstawiony jest tu uproszczony schemat systemu opisanego przez standard europejski DAB. System nadawczo odbiorczy posiada sekcję nadawczą 60 i sekcję odbiorczą 70. Sekcja nadawcza 60 w najprostszym przypadku zawiera źródło strumienia bitów 62, koder kanału 64 i nadajnik 66. Sekcja odbiorcza 70 w najprostszym przypadku zawiera odbiornik 72 i dekoder kanału 74.

Figura 7 przedstawia układ nadawczo odbiorczy zapewniający zróżnicowanie zarówno w czasie jak i w przestrzeni. Sekcja nadawcza 60' zawiera źródło strumienia bitów 62 i koder 64 opisany już wcześniej w odniesieniu do fig. 6. Dodatkowo sekcja odbiorcza 60' zawiera pierwszy nadajnik 66a i drugi nadajnik 66b. Oba nadajniki 66a i 66b są zasilane przez jedno i to samo wyjście kodera 64 duplikowane przez duplikator 67.

PL 192 020 B1

Aby osiągnąć przesunięcie czasowe, dodany jest element opóźniający 68 pomiędzy duplikatorem 67 a drugim nadajnikiem 66b.

W przypadku komunikacji satelitarnej, nadajniki 66a i 66b umieszczone są na dwóch satelitach pozostających na oddalonych od siebie różnych pozycjach orbitalnych.

Pierwszy kanał określony jest przez linię widzenia między pierwszym nadajnikiem a odbiornikiem, na przykład samochodem, kanał drugi jest zaś określony przez linię widzenia między drugim nadajnikiem 66b, a samochodem wyposażonym w sekcję odbiorczą 70'. W scenariuszu, w którym samochód przemieszcza się po ulicy po której obu stronach stoją wysokie budynki, zwiększa to szansę, że samochód odbierze nadawany sygnał przynajmniej z jednego satelity.

Rozpatrując przypadek gdy samochód przejeżdża przez tunel lub pod mostem, linie widzenia do obydwu nadajników 66a i 66b są przerwane. Metoda zróżnicowania czasu zaimplementowana w systemie na fig. 7 zapewnia jednakże prawidłowy odbiór pomimo przerwanego kanału, bowiem nadawany sygnał jest opóźniony przez układ opóźniający 68. Optymalnie jest, gdy czas opóźnienia będzie równy lub większy niż czas przejazdu samochodu przez tunel lub pod mostem, nie nastąpi wcale wtedy zerwanie nadawania. Tak więc sekcja odbiorcza odbierze ponownie przez kanał 2 sygnał nadawania nadany przez nadajnik 66a w czasie, gdy samochód przebywał pod mostem. Naturalnie sekcja odbiorcza 70' posiada jeszcze jeden układ opóźniający 78. Jak pokazano na fig. 7, układ opóźniający 78 sekcji odbiorczej musi działać w kanale, który nie był opóźniony w sekcji nadawczej. Tak więc sygnały na wyjściu odbiorników 72a i 72b są identyczne, jeśli wartości opóźnienia układów opóźniających 78 i 68 są równe.

Układ decyzyjny 79 symbolizowany na fig. 7 przez przełącznik określa, który kanał zapewnia sygnał z najlepszym stosunkiem sygnału do szumu. Jeśli zdecydowano że silniejszy sygnał zapewnia kanał 1, układ decyzyjny 79 zadziała tak, by dostarczyć sygnał odebrany przez odbiornik 72a do dekodera kanału 74. Jeśli w bloku 79 zdecydowano że sygnał nadawany w innym kanale (kanale 2) jest silniejszy, układ decyzyjny 79 zadziała tak, by dostarczyć sygnał odebrany przez odbiornik 72b do dekodera kanału 74.

Podsumowując, system przedstawiony na fig. 7 zawiera następujące istotne cechy:

- sygnał z wyjścia dekodera jest powielany przez duplikator 67;

- dokładnie takie same sygnały, czy opóźnione czy nie, nadawane są w obu kanałach;

- sygnały nadawane w obydwu kanałach pobierane są z wyjścia strumienia bitów źródła strumienia bitów 62 w dokładnie ten sam sposób poprzez proces kodowania zachodzący w dodającym nadmiarowość koderze 64 (kod powtórzeniowy);

- układ decyzyjny 79 porównuje stosunek sygnału do szumu w obu kanałach i wybiera kanał, przez który nadawany jest sygnał mający lepszy stosunek sygnału do szumu;

- sygnał przekazywany przez drugi kanał jest odrzucany;

- dekoder kanału 74 używa tylko jednego kanału, to jest kanału określonego do dekodowania przez układ decyzyjny 79.

Poza technikami kodowania kanałów używającymi koderów dodających nadmiarowość jak koder splotowy, mogą być zaimplementowane inne typy zróżnicowania osłabiające efekt zanikania kanałów, np. zróżnicowanie w czasie i zróżnicowanie w przestrzeni.

Źródło strumienia bitów 62 może być zaimplementowane jako koder dźwięku, tak jak zdefiniowano to w ISO - MPEG. Jest ono źródłem strumienia bitów zawierającego użyteczne informacje, tj. zakodowane wartości spektra bloku próbek dźwięku i informacje poboczne. Aby wzmocnić odporność połączenia komunikacyjnego, przeprowadzane jest późniejsze kodowanie korekcyjne przez koder splotowy 64. Ogólnie, procedura kodowania splotowego tworzy nadmiarowość w nadawanym strumieniu danych, w celu zapewnienia odporności na zakłócenia nadawania.

Zwykle kodery splotowe posiadają określoną liczbę rejestrów przesuwnych i pewną liczbę bramek XOR. Koder splotowy opisany w standardzie ETS jest koderem splotowym o współczynniku kodu 1/4. Oznacza to, że koder splotowy produkuje cztery bity wyjściowe na jeden bit wejściowy. Jak wiadomo każdy bit wyjściowy otrzymywany jest z określonej kombinacji bieżącego bitu wejściowego i pewnej liczby poprzedzających bitów wejściowych przechowywanych w rejestrach przesuwnych. Określona kombinacja bieżącego bitu wejściowego i pewnej liczby poprzedzających bitów wejściowych dla każdego bitu wyjściowego kodera określona jest przez tzw. wielomiany generujące. Wielomiany generujące ósmego stopnia zdefiniowane w ETS 300 401 to 133, 171, 145 i 133.

Na kodowanym strumieniu bitów można przeprowadzić usuwanie bitu aby zwiększyć współczynnik kodu z 1/4 do innej wartości np. 8/9. „Usuwanie” oznacza że pewne bity z bitów wyjściowych

PL 192 020 B1 kodera splotowego są odrzucane i nie przekazywane do nadajnika 66. W ten sposób operacja usuwania bitów prowadzi do ponownego zmniejszenia nadmiarowości dodanej przez koder splotowy w kodowanym strumieniu bitów.

Nadajnik 66 może zawierać zwykłe elementy nadawcze, takie jak modulator QPSK, blok IFFT (IFFT = odwrotna szybka transformata Fouriera) zapewniający ortogonalne multipleksowanie podziału częstotliwości, element wstawiający odstęp ochronny, element wstawiający sekwencję synchronizacji i elementy modulatora modulujące sygnał z falą nośną o wysokiej częstotliwości.

Analogicznie, odbiornik 72 zawiera sekcję wejściową wysokiej częstotliwości, przetwornik analogowo cyfrowy i demodulator QPSK. Sygnał wyjściowy odbiornika przekazywany jest na wejście dekodera 74. Dekoder 74 dekoduje zakodowane strumienie bitów z wyjścia odbiornika 72. W nowoczesnych systemach komunikacyjnych, dekoder 74 ma zaimplementowany opisany powyżej algorytm Viterbiego z „miękkim” dekodowaniem. Jak opisano powyżej, dekoder Viterbiego przeprowadza dekodowanie z najwyższą wiarygodnością używając informacji o stanie kanału, zwanej również „metryką”. Inne znane algorytmy są znane jako kanały Riciana i Rayleigha.

Szczególnie w systemach komunikacyjnych opartych na satelitach, inżynierowie projektanci spotykają się z silnymi żądaniami zredukowania mocy nadajnika. Redukcja mocy nadajnika przekłada się bezpośrednio na koszt systemu. Ogólnie, koszty zaprojektowania i przetransportowania satelity(ów) na jego(ich) pozycję(pozycje) orbitalną są wprost proporcjonalne do mocy źródła zasilania na pokładzie satelity. Wyższa moc nadajnika na pokładzie satelity oznacza również wyższą zdolność satelity do wytwarzania energii. Tak więc można powiedzieć, że w aspekcie finansowym ograniczenie mocy nadajnika jest najistotniejsze.

Dlatego też system opisany na fig. 7 jest niekorzystny, bowiem w odbiorniku używany jest tylko jeden kanał do odbierania informacji, podczas gdy drugi kanał jest pomijany. W sytuacji ekstremalnej gdy jeden kanał zanika całkowicie, moc z jednego nadajnika tj. satelity nie dociera w ogóle do odbiornika. Jednakże w normalnej sytuacji kanały nie zanikają całkowicie. Zamiast tego, obydwa kanały zanikają w niniejszym lub większym stopniu. Tak więc układ decyzyjny 79 musi wybrać jeden z dostępnych sygnałów. Gdy zaistnieje przypadek, że obydwa sygnały wyjściowe odbiorników 72a i 72b mają ten sam stosunek sygnału do szumu, wybierany jest tylko jeden sygnał, podczas gdy moc nadajnika satelity nadającego w drugim kanale jest całkowicie tracona.

Artykuł „Two new coding techniques for diversity communication systems”, G. w Benelli, IEEE Transactions on Communications, tom 38, nr 9, 1 wrzesień 1990, strony 1530 do 1538 ujawnia ogólną budowę opartego na zróżnicowaniu systemu komunikacyjnego posiadającego źródło, pierwszy koder przystosowany do kodowania zgodnie z kodem kanału i drugi koder oparty na innym kodzie. Nadawane słowo kodowe jest przekształcane w pewną liczbę elementów zgodnie z pierwszym kodem. Następnie każdy składnik nadawanego słowa kodowego jest przekształcany w pewną liczbę elementów alfabetu pierwszego kodu. W ten sposób słowo kodowe jest przekształcane w wektor o pewnej liczbie symboli. Wektor dzielony jest na pewną liczbę bloków. Każdy blok jest kodowany do słowa kodowego sposobem określonym przez drugi kod. W ten sposób wygenerowane słowa kodowe są dzielone na pewną liczbę bloków. Na podstawie tych bloków tworzona jest pewna liczba wektorów i poszczególne wektory są nadawane przez różne kanały.

Patent USA nr. 5,657,325 ujawnia nadajnik posiadający źródło danych, koder detekcji błędów taki jak koder CRC-16, koder korekcji błędów kodujący pakiet informacji za pomocą odpowiedniego kodu korekcji błędów pozwalającego przeprowadzić operację usuwania bitu tak jak kod splotowy z usuniętym bitem. Koder korekcyjny generuje z jednej strony pakiet z usuniętymi bitami i z drugiej strony usunięte bity. Zgodnie z protokołem automatycznego powtarzalnego żądania usunięte bity są samodekodowalne. Normalnie tylko pakiet z usuniętymi bitami jest przekazywany do odbiornika. W przypadku gdy odbiornik nie jest w stanie zdekodować pakietów z usuniętymi bitami z powodu niskiej jakości połączenia komunikacyjnego, przesyła on do nadajnika żądanie nadania również usuniętych bitów. Następnie usunięte bity mogą być połączone z pakietem z usuniętymi bitami w celu odtworzenia pakietu informacji.

Celem wynalazku jest zapewnienie sposobu i urządzenia do nadawania informacji oraz sposobu i urządzenia do odbierania informacji charakteryzujących się lepszą jakością sygnału wyjściowego odbiornika i/lub zredukowanym zapotrzebowaniem nadajnika na energię.

Cel ten został osiągnięty w urządzeniu do nadawania informacji według zastrz. 1, urządzeniu do odbierania informacji według zastrz. 11, metodzie nadawania informacji według zastrz. 20 i metodzie odbierania informacji według zastrz. 30.

PL 192 020 B1

Przedmiot wynalazku oparty jest na spostrzeżeniu, że chociaż istnieją dwa fizycznie oddzielne kanały, obydwa te kanały stanowią pojedynczy kanał z punktu widzenia dekodera kanału zlokalizowanego w sekcji odbiorczej. Oznacza to, że dekoder kanału w sekcji odbiorczej nie wie, że sygnały które dekoduje pochodzą z dwóch fizycznie tj. przestrzennie oddzielnych kanałów. Jednakże system według wynalazku zapewnia w rzeczywistości dwa oddzielne fizycznie kanały, w celu uzyskania zróżnicowania czasowego i/lub przestrzennego. Zróżnicowanie przestrzenne może być osiągnięte przez zastosowanie dwóch naziemnych nadajników, dwóch nadajników satelitarnych lub jednego nadajnika naziemnego i jednego nadajnika satelitarnego.

Przedmiotem wynalazku jest sposób nadawania informacji. Istotą wynalazku jest to że sposób obejmuje etapy:

dostarczenia strumienia bitów reprezentujących informację;

generowania zakodowanego strumienia bitów z dodaną nadmiarowością na podstawie strumienia zapewnionych w etapie dostarczenia strumienia bitów, gdzie dla początkowej liczby bitów wejściowych generowana jest pewna liczba bitów wyjściowych, przy czym liczba bitów wyjściowych jest co najmniej dwa razy większa niż liczba bitów wejściowych, i gdzie liczba bitów wyjściowych podzielona jest na dwie porcje bitów wyjściowych, każda z porcji bitów wyjściowych pozwala oddzielnie odtworzyć informację reprezentowaną przez początkową liczbę bitów wejściowych, a pierwsza porcja bitów wyjściowych została zakodowana na podstawie strumienia bitów w inny sposób niż druga porcja bitów wyjściowych, przy czym etap generowania przeprowadzany jest przez koder splotowy aby otrzymać współczynnik kodu mniejszy niż 0,5, gdzie współczynnik kodu jest stosunkiem między początkową liczbą bitów wejściowych a liczbą bitów wyjściowych, przy czym koder splotowy łączy bieżący bit wejściowy przeznaczony do zakodowania z co najmniej jednym z pewnej liczby poprzedzających go bitów wejściowych; i etap generowania zawiera ponadto etap usuwania bitu, w którym odrzucany jest co najmniej jeden z góry określony bit z wyjścia kodera splotowego tak, że pierwsza i druga porcja bitów wyjściowych zawierają taką samą liczbą bitów wyjściowych, co najmniej jeden z odrzuconych bitów nie jest przekazywany do odbiornika;

dzielenia liczby bitów wyjściowych na dwie porcje bitów wyjściowych; i nadawania bitów wyjściowych z pierwszej porcji w pierwszym kanale i bitów wyjściowych z drugiej porcji przez drugi kanał, przy czym pierwszy i drugi kanał są od siebie przestrzennie różne, zaś bity wyjściowe z pierwszej porcji i bity wyjściowe z drugiej porcji są nadawane bez opóźnienia lub z wcześniej określonym opóźnieniem między pierwszym a drugim kanałem.

Przedmiotem wynalazku jest również sposób odbierania informacji.

Istotą wynalazku jest to, że informacja jest reprezentowana przez zakodowany strumień bitów, przy czym zakodowany strumień bitów został zakodowany tak, że posiada co najmniej podwójną nadmiarowość w stosunku do strumienia bitów, z którego zakodowany strumień bitów został otrzymany, tak więc dla określonej liczby bitów wejściowych liczba bitów wyjściowych jest co najmniej dwa razy większa niż liczba bitów wejściowych i zawiera dwie porcje bitów wyjściowych, gdzie każda porcja pozwala osobno odtworzyć informację reprezentowaną przez początkową liczbę bitów wejściowych, przy czym pierwsza porcja bitów wyjściowych została zakodowana na podstawie strumienia bitów w inny sposób niż druga porcja bitów wyjściowych, zakodowany strumień bitów został wygenerowany przez kodowanie splotowe o współczynniku kodu mniejszym niż 0,5 i przez operację usuwania bitu odrzucającą co najmniej jeden wcześniej określony bit z bitów otrzymanych w wyniku kodowania splotowego tak, że liczba bitów wyjściowych została ustalona w ten sposób, że pierwsza i druga porcja bitów wyjściowych zawierają tą samą liczbę bitów wyjściowych, co najmniej jeden z odrzuconych bitów nie jest przekazywany do urządzenia odbiorczego, a sposób obejmuje odbieranie pierwszej porcji bitów przez pierwszy kanał i drugiej porcji bitów przez drugi kanał, gdzie pierwszy i drugi kanał są od siebie przestrzennie różne;

łączenie pierwszej i drugiej porcji; gdzie etap łączenia zawiera ponadto etap wstawiania, w którym przeprowadzana jest operacja wstawienia bitu do pierwszej i drugiej porcji bitów aby skompensować operację usunięcia bitu przeprowadzoną podczas generowania zakodowanego strumienia bitów; i dekodowanie zakodowanego strumienia bitów przez usuwanie nadmiarowości z zakodowanych strumieni bitów, pierwsza i druga porcja bitów połączonych w etapie łączenia używane są w etapie dekodowania.

Przedmiotem wynalazku jest także urządzenie do nadawania informacji.

PL 192 020 B1

Istotą wynalazku jest w tym przypadku to że urządzenie zawiera:

źródło strumienia bitów zapewniające strumień bitów reprezentujących informację;

koder dodający nadmiarowość generujący w oparciu o strumienie bitów zapewnione przez źródło strumienia bitów zakodowane strumienie bitów przy czym koder dodający informację generuje na wyjściu dla początkowej liczby wejściowych bitów inną liczbę bitów wyjściowych, gdzie liczba bitów wyjściowych jest co najmniej dwa razy większa niż liczba bitów wejściowych i zawiera dwie porcje bitów wyjściowych, przy czym każda porcja pozwala osobno odtworzyć informację reprezentowaną przez początkową liczbę bitów wejściowych, zaś pierwsza porcja bitów wyjściowych została zakodowana na podstawie strumienia bitów w inny sposób niż druga porcja bitów wyjściowych, ponadto:

koder dodający nadmiarowość zawiera koder splotowy w celu osiągnięcia współczynnika kodu mniejszego lub równego 0,5, gdzie współczynnik kodu jest stosunkiem początkowej liczby wejściowych bitów do liczby wyjściowych bitów, przy czym koder splotowy łączy bieżący bit wejściowy przeznaczony do zakodowania z co najmniej jednym z pewnej liczby poprzedzających go bitów wejściowych;

koder dodający nadmiarowość zawiera ponadto układ usuwający bit usuwający co najmniej jeden z góry określony bit z bitów na wyjściu kodera splotowego w taki sposób, że liczba bitów wyjściowych jest ustalona tak, że pierwsza i druga porcja bitów wyjściowych posiadają taką samą liczbę bitów wyjściowych, co najmniej jeden z usuniętych bitów nie jest przekazywany do odbiornika;

układy dzielące liczbę bitów wyjściowych na dwie porcje bitów wyjściowych; i układy nadające pierwszą porcję bitów wyjściowych przez pierwszy kanał i drugą porcję bitów wyjściowych przez drugi kanał, przy czym drugi kanał jest przestrzennie różny od pierwszego kanału, przy czym:

układy nadawcze działają tak, że bity wyjściowe z pierwszej porcji i bity wyjściowe z drugiej porcji są nadawane bez opóźnienia lub z wcześniej określonym opóźnieniem między pierwszym a drugim kanałem.

Korzystnie, w urządzeniu według wynalazku układy nadawcze zawierają pojedynczy nadajnik;

pierwszy kanał określony jest przez pojedynczy nadajnik i pierwszą pozycję ruchomego odbiornika;

drugi kanał określony jest przez pojedynczy nadajnik i drugą pozycję ruchomego odbiornika;

układy nadawcze zawierają dodatkowo układy opóźniające drugą porcję bitów wyjściowych nadawanych w drugim kanale tak, że osiąga się zróżnicowanie czasowe.

W innym korzystnym wariancie w urządzeniu według wynalazku układy nadawcze zawierają pierwszy nadajnik i drugi nadajnik oddalony od pierwszego nadajnika;

pierwszy kanał określony jest przez pierwszy nadajnik i odbiornik;

drugi kanał określony jest przez drugi nadajnik i odbiornik tak, że osiąga się zróżnicowanie przestrzenne.

Korzystnie, w urządzeniu według wynalazku pierwszy i drugi nadajnik umieszczone są na dwóch satelitach o różnych pozycjach orbitalnych tak, że pierwszy kanał określony jest przez połączenie między ziemią a pierwszym satelitą w jedną stronę i połączenie z pierwszego satelity do odbiornika na ziemi w drugą stronę, zaś drugi kanał określony jest przez połączenie między ziemią a drugim satelitą w jedną stronę i połączenie z drugiego satelity do odbiornika na ziemi w drugą stronę.

Korzystnie, w urządzeniu według wynalazku jeden nadajnik umieszczony jest na satelicie i inny nadajnik umieszczony jest w naziemnym przekaźniku tak, że osiąga się zróżnicowanie na ziemi.

Korzystnie, w urządzeniu według wynalazku, układy nadawcze dodatkowo zawierają układy opóźniające, opóźniające drugą porcję bitów wyjściowych nadawaną przez drugi kanał tak, że osiąga się zróżnicowanie czasowe.

Korzystnie, urządzenie posiada układ dzielący zawierający pamięć równoległą, do przechowywania wcześniej ustalonej liczby bitów wyjściowych z wyjścia kodera splotowego;

zawiera konwerter równoległo-szeregowy generujący szeregowy strumień z przechowywanych bitów przeznaczony do podzielenia na pierwszą i drugą porcję bitów wyjściowych; i zawiera demultiplekser dzielący szeregowy strumień bitów na pierwszą i drugą porcję.

Przedmiotem wynalazku jest również urządzenie do odbierania informacji. Istotą wynalazku jest to, że urządzenie zawiera układy odbiorcze odbierające pierwszą porcję bitów przez pierwszy kanał i drugą porcję bitów przez drugi kanał, gdzie pierwszy i drugi kanał są od siebie przestrzennie różne;

PL 192 020 B1 układy łączące pierwszą i drugą porcję, gdzie układy łączące zawierają ponadto układ wstawiający realizujący operację wstawiania bitów do pierwszej i drugiej porcji bitów aby skompensować operację usuwania bitów przeprowadzoną podczas generowania zakodowanych strumieni bitów; oraz układy dekodujące, dekodujące zakodowany strumień bitów przez usunięcie nadmiarowości z zakodowanych strumieni bitów, układy dekodujące używają pierwszej i drugiej porcji bitów połączonych przez układy łączące.

Korzystnie, w urządzenie według wynalazku, układy odbiorcze posiadają dodatkowo układy opóźniające do opóźniania porcji bitów odebranych przez jeden kanał aby skompensować opóźnienie wprowadzone dla porcji bitów odebranych przez drugi kanał.

Korzystnie, urządzenie posiada układ łączący zawierający multiplekser multipleksujący pierwszą i drugą porcję do postaci odpowiedniej dla układów dekodujących.

Korzystnie, urządzenie posiada:

układy dekodujące 220 zawierające układy oceniające stosunek sygnału do szumu aby określić kanał o niniejszym stosunku sygnału do szumu; i układy wstawiające ustawiające atrybut bitu do wstawienia wartością równoważną prawdopodobieństwom stanu wysokiego i niskiego.

Korzystnie, urządzenie posiada układy dekodujące zawierające dekoder Viterbiego 220a przeprowadzający operację dekodowania o największej wiarygodności używając informacji o stanie pierwszego i drugiego kanału.

Korzystnie, urządzenie posiada układy dekodujące zawierające układy oceniające stosunek sygnału do szumu aby określić kanał o mniejszym stosunku sygnału do szumu; i układy zastępujące bit, zastępujące bity z porcji bitów odebranych przez kanał o niskim stosunku sygnału do szumu wartościami równoważnymi z niższą wiarygodnością stanów wysokich i niskich.

Korzystnie, urządzenie posiada układy dekodujące dodatkowo zawierające dekoder ReedaSolomona podłączony do wyjścia dekodera Viterbiego aby odwrócić operację kodowania ReedaSolomona przeprowadzoną w nadajniku.

Korzystnie, urządzenie posiada układy odbiorcze zawierające dla każdego kanału demodulator QPSK aby zapewnić pierwszą i drugą porcję bitów.

Nadajnik według wynalazku posiada następujące zalety:

- dwa kanały zapewniają zróżnicowanie w czasie i/lub przestrzeni;

- układ dzielący dzieli, a nie duplikuje sygnał wyjściowy kodera na dwie porcje bitów wyjściowych;

- układ łączący w odbiorniku zespala, a nie wybiera sygnały odebrane z obydwu kanałów i przekazuje zespolony sygnał do dekodera kanału;

- sygnały z obydwu kanałów są przez cały czas używane do dekodowania;

- w najlepszym przypadku, w którym moc sygnału w obydwu kanałach jest identyczna, moc nadajnika używana do nadawania w każdym kanale może być zmniejszona co najmniej o połowę, redukując koszty systemu w porównaniu do systemu opisanego na fig. 7; i

- jeżeli moce nadajników pozostaną nie zmienione, jakość sygnału na wyjściu dekodera kanału może być znacznie poprawiona.

Powyższe i inne obiekty, cechy i zalety wynalazku są bardziej widoczne w poniższym, szczegółowym opisie korzystnych wykonań, przedstawionym z powołaniem się na następujące rysunki:

Figura 1 przedstawia poglądowo system nadawczo odbiorczy według wynalazku, obejmujący nadajnik według wynalazku i odbiornik według wynalazku.

Figura 2 przedstawia bardziej szczegółowy diagram blokowy systemu nadawczo odbiorczego przedstawionego na fig. 1, w którym zastosowane zostało zróżnicowanie w czasie i przestrzeni.

Figura 3 przedstawia szczegółowy diagram blokowy części nadawczej według wynalazku.

Figura 4 przedstawia wejściową sekwencję bitów i układ bitów wyjściowych kodera splotowego wykorzystanego w sekcji nadawczej według wynalazku.

Figura 5 przedstawia szczegółowy diagram blokowy części odbiorczej według wynalazku.

Figura 6 przedstawia uogólniony diagram blokowy znanego wcześniej systemu nadawczo odbiorczego.

Figura 7 przedstawia diagram blokowy systemu nadawczo odbiorczego z zaimplementowanym zróżnicowaniem w czasie i przestrzeni, w którym wyjście kodera nadajnika jest zduplikowane i przeprowadzany jest wybór kanału w odbiorniku.

PL 192 020 B1

Na fig. 1 przedstawiony jest ogólny schemat blokowy urządzenia nadawczego 100 według wynalazku i urządzenia odbiorczego 200 według wynalazku. Urządzenie nadawcze 100 zawiera źródło strumienia bitów 110, dodający nadmiarowość koder 120 i układ dzielący 130. Źródło strumienia bitów 110 może być koderem MPEG, tak jak opisano powyżej. Koder 120, mówiąc ogólnie, jest dodającym nadmiarowość koderem generującym na wyjściu zakodowany strumień bitów. Koder 120 działa tak, że dla pewnej liczby bitów wejściowych na wyjściu pojawia się pewna liczba bitów wyjściowych, liczba bitów wyjściowych jest co najmniej dwa razy większa niż liczba bitów wejściowych. Oznacza to, że koder 120 posiada współczynnik kodu równy lub większy niż 1/2. Jak wiadomo, współczynnik kodu jest określony przez podzielenie liczby bitów wejściowych przez liczbę bitów wyjściowych generowanych przez koder na podstawie tej liczby bitów wejściowych. Innymi słowy, współczynnik kodu 1/2 oznacza, że dla każdego bitu wejściowego zostały wygenerowane dwa bity wyjściowe. Analogicznie, współczynnik kodu 1/3 oznacza, że dla każdego bitu wejściowego zostały wygenerowane trzy bity wyjściowe. Podobnie, współczynnik kodu 3/8 oznacza, że dla trzech bitów wejściowych zostało wygenerowanych osiem bitów wyjściowych.

Współczynnik kodu kodera 120 jest ustalony tak, by był mniejszy niż 1/2, wskutek czego bity wyjściowe mogą być podzielone na dwie porcje bitów wyjściowych w ten sposób, że każda z porcji pozwala na odtworzenie z niej informacji reprezentowanej przez bity wejściowe. Oznacza to, że dekoder 220 umiejscowiony w urządzeniu odbiorczym może odtworzyć informację reprezentowaną przez wyjście strumienia bitów źródła strumienia bitów 110, w momencie gdy tylko jeden kanał tj. kanał 1 300 lub kanał 2 400 zapewnia dający się wykorzystać sygnał, podczas gdy drugi kanał zanikł całkowicie.

Inną cechą kodera 120 jest to, że jedna porcja bitów wyjściowych zakodowana jest w oparciu o strumień bitów w inny sposób niż ma to miejsce w drugiej porcji bitów wyjściowych. W odróżnieniu od prostego kodu powtórzeniowego, w którym nadmiarowość jest podwajana przez proste duplikowanie kodu do transmisji, możliwości dekodera kanału 220 są zwiększone przez to, że sygnały przekazywane kanałami 300 i 400 są otrzymywane niezależnie od siebie, z wyjścia strumienia bitów źródła strumienia bitów 110. Układ dzielący 130 dostarcza do urządzenia nadawczego jedną porcję bitów w celu nadania ich w kanale 300 i drugą porcję bitów w celu nadania ich w kanale 400. Należy zauważyć, że kanały 300 i 400 są przestrzennie różne od siebie.

Jak zwykle, kanał pomiędzy nadajnikiem a odbiornikiem definiowany jest jako połączenie po linii widzenia między nadajnikiem i odbiornikiem. Tak więc dwa kanały są różne od siebie kiedy ruchomy odbiornik porusza się względem pojedynczego nadajnika lub jeśli dwa nadajniki posiadają różne lokalizacje, np. pozycje orbitalne. W takim przypadku nie ma znaczenia czy odbiornik jest stacjonarny czy ruchomy.

Tak więc układ nadawczy 140 może zawierać jeden nadajnik, np. jednego satelitę i układ opóźniający, tak że utworzone są dwa różne kanały pomiędzy pojedynczym nadajnikiem, a ruchomym odbiornikiem: pierwszy kanał w chwili gdy odbiornik znajduje się w jednym położeniu i drugi kanał pomiędzy pojedynczym nadajnikiem, a ruchomym odbiornikiem po przemieszczeniu się odbiornika w drugie położenie w czasie określonym przez układ opóźniający w nadajniku. Taki sposób nazywany jest zróżnicowaniem w czasie dla odbiorników ruchomych. Oczywiście nie jest możliwe utworzenie dwóch różnych od siebie kanałów pomiędzy pojedynczym stacjonarnym nadajnikiem, a odbiornikiem stacjonarnym.

Alternatywnie, tak jak opisano to w odniesieniu do fig. 2, układy nadawcze 140 zawierają dwa nadajniki położone w różnych lokalizacjach, w celu osiągnięcia zróżnicowania przestrzennego.

Urządzenie odbiorcze 200 przedstawione na fig. 1 zawiera dwa układy odbiorcze 240a i 240b, układy odbiorcze zawierające pierwszy odbiornik 240a do odbierania pierwszej porcji bitów przekazywanych przez pierwszy kanał 300 i drugi odbiornik 240b do odbierania drugiej porcji bitów przekazywanych przez drugi kanał 400.

Zgodnie z wynalazkiem sygnały wyjściowe układów odbiorczych 240a i 240b są zespalane w układzie łączącym 230 tak, że sygnały wyjściowe obydwu odbiorników są używane przez dekoder kanału 220.

Figura 2 przedstawia system odbierający transmisję zgodnie z korzystnym wykonaniem wynalazku. Urządzenie nadawcze zawiera, tak jak już opisano to na fig. 1, źródło strumienia bitów 110, koder 120 ogólnie nazywany korekcją błędów, układ dzielący 130 i układy nadawcze zawierające pierwszego satelitę 140a, drugiego satelitę 140b i układ opóźniający 140c.

PL 192 020 B1

Urządzenie odbiorcze zawiera dekoder kanału 220, układ łączący 230 i układy odbiorcze (Rx) zawierające pierwszy i drugi odbiornik 240a i 240b oraz układ opóźniający 240c. Urządzenie nadawcze i urządzenie odbiorcze „połączone” są poprzez pierwszy kanał 300 i drugi kanał 400.

Zróżnicowanie czasowe jest zaimplementowane w urządzeniu nadawczym przedstawionym na fig. 2 poprzez użycie układów opóźniających 140c i 240c umieszczonych w różnych kanałach. Ponadto jako rezerwa dwóch nadajników tj. pierwszego satelity 140a i drugiego satelity 140b zastosowano w systemie według wynalazku zróżnicowanie przestrzenne.

Bardziej szczegółowy schemat blokowy urządzenia nadawczego jest opisany w odniesieniu do fig. 3. Koder 120 w urządzeniu nadawczym jest zgodnie z wynalazkiem zaimplementowany jako koder splotowy. Tak jak pokazano na fig. 3, koder splotowy zawiera trzy wielomiany generujące tj. pierwszy wielomian generujący g1 121, drugi wielomian generujący g2 122 i trzeci wielomian generujący g3 123. Tak więc koder splotowy 120 posiada współczynnik kodu 1/3, ponieważ na jeden bit wejściowy koder generuje trzy bity wyjściowe. Urządzenie nadawcze przedstawione na fig. 3 w dalszej kolejności zawiera układ usuwający 125 redukujący liczbę bitów wyjściowych tak, że osiąga się parzystą liczbę bitów przeznaczonych do nadania przez pierwszy i drugi kanał. Układ usuwający 125 połączony jest z układem dzielącym 130 który, zgodnie z korzystnymi wykonaniami wynalazku, zawiera konwerter równoległo-szeregowy i demultiplekser demultipleksujący szeregowy strumień bitów utworzony przez konwerter równoległo-szeregowy do dwóch strumieni bitów. Schemat blokowy na fig. 3 zawiera ponadto w układach nadawczych układ opóźniający 140c. Pierwszy i drugi nadajnik nie są pokazane na fig. 3.

Tak więc pierwsza porcja bitów wyjściowych jest nadawana przez kanał pierwszy, podczas gdy druga porcja bitów wyjściowych jest opóźniana przez układ opóźniający i nadawana przez drugi kanał.

Działanie kodera splotowego 120, układu usuwającego 125 i układu dzielącego 130 jest opisane w odniesieniu do fig. 4. Na fig. 4 przedstawiona jest sekwencja bitów zawierająca bity 401, 402 i 403. Koder splotowy 120 generuje trzy uporządkowane równolegle bity 411, 412 i 413 dla każdego bitu wejściowego 401, 402 i 403. Oznaczenia bitów wyjściowych 411 do 413 odnoszą się do kanału przez który poszczególne bity są nadawane. Tak więc bity oznaczone literą E przekazywane są przez wcześniejszego satelitę tj. satelitę 140a (fig. 2), podczas gdy bity oznaczone literą L przekazywane są przez późniejszego satelitę tj. satelitę 140b (fig. 2). Bit oznaczony literą X nie jest nadawany w ogóle. Bit ten jest odrzucany przez urządzenie usuwające 125, w celu uzyskania parzystej liczby bitów wyjściowych. Zgodnie z korzystnym wykonaniem wynalazku wymagana jest parzysta liczba bitów wyjściowych przeznaczonych do nadawania przez układy nadawcze 140 (fig. 1), ponieważ istnieją dwa kanały i liczby bitów przekazywanych przez te kanały są w korzystnym wykonaniu wynalazku równe. Należy zauważyć, że według wynalazku równe liczby bitów w każdym z kanałów nie są istotne.

Wyjście układu usuwającego 125 jest połączone z konwerterem równoległo-szeregowym zawartym w układzie łączącym 130 (fig. 3), tak że otrzymywany jest szeregowy strumień bitów tj. liczba bitów wyjściowych. Demultiplekser zawarty w układzie dzielącym 130 dzieli szeregowy strumień bitów z wyjścia konwertera równoległo-szeregowego na dwa strumienie bitów, w celu otrzymania pierwszej porcji 410 i drugiej porcji 420 bitów wyjściowych.

Należy zauważyć że liczba bitów w pierwszej i drugiej porcji 410 i 420 jest większa niż początkowa liczba bitów wejściowych 401, 402 i 403 wchodzących do kodera splotowego 120. Tak więc istnieje nadal pewna nadmiarowość przeznaczona do użycia przez dekoder kanału 220 (fig. 2) w sytuacji gdy jeden z kanałów całkowicie zanika, na przykład w czasie gdy ruchomy odbiornik znajduje się pod mostem. Ogólnie jednak nie jest wymagane żeby pierwsza i druga porcja bitów zawierały więcej bitów niż początkowa liczba bitów wejściowych, ponieważ obydwie porcje razem zapewniają współczynnik kodu 1/2, poszczególne porcje bitów wyjściowych 410 i 402 posiadają współczynnik kodu 1, podczas gdy koder splotowy 120 ma współczynnik kodu 1/2.

Odwołując się ponownie do fig. 4, opisany jest tam koder splotowy o współczynniku kodu 3/8. Oznacza to, że dla początkowej liczbie bitów równej 3 generowana jest liczba bitów wyjściowych równa 8.

Odnośnie fig. 5, przedstawione jest tam korzystne wykonanie urządzenia odbiorczego. Opcjonalnie układy odbiorcze zawierają demodulator QPSK 240d odbierający pierwszy kanał oraz demodulator QPSK 240e odbierający drugi kanał. Oczywiście demodulatory QPSK 240d i 240e muszą być uwzględnione tylko w przypadku, gdy urządzenie nadawcze przeprowadza modulację QPSK. Wyjście demodulatora QPSK 240e jest połączone bezpośrednio z multiplekserem 230a. Tak więc multiplekser 230a odbiera pierwszą porcję bitów wyjściowych (410 na fig. 4) i drugą porcję bitów wyjściowych (420 na fig. 4) aby wygenerować pojedynczy szeregowy strumień bitów zawierający pierwszą i drugą

PL 192 020 B1 porcję. Ciągły szeregowy strumień bitów przekazywany jest na wejście układu wstawiającego 230b, w celu przeprowadzenia operacji odwrotnej do procesu usuwania realizowanego przez układ usuwający 125 (fig. 3).

Następnie, strumień bitów po operacji wstawienia czyli zespolony strumień bitów z wyjścia układu łączącego zawierającego multiplekser 230a i układ wstawiający 230b, przekazywany jest na wejście dekodera kanału, który zgodnie z korzystnym wykonaniem wynalazku zawiera dekoder Viterbiego 220a i dekoder Reeda-Solomona 220b. Fachowcy w tej dziedzinie wiedzą, że dekoder ReedaSolomona musi być zastosowany tylko wtedy, gdy zostało przeprowadzone kodowanie ReedaSolomona w urządzeniu nadawczym. Zgodnie z korzystnym wykonaniem wynalazku urządzenie nadawcze przeprowadza kaskadową korekcję błędów za pomocą kodera składającego się z kodera splotowego i kodera Reeda-Solomona. Tak więc urządzenie odbiorcze musi zawierać dekoder Viterbiego 220a i dekoder Reeda-Solomona 220b. Wiadomo, że kodery splotowe mogą generować niewielkie błędy sekwencji. Koder Reeda-Solomona jest dobrze dostosowany do takich błędów.

W następnej kolejności, zgodny z przedmiotem wynalazku system nadawczo odbiorczy przedstawiony na fig. 1używający kodera o współczynniku kodu mniejszym niż 1/2 i zawierający układ dzielący oraz układ łączący jest porównywany z systemem nadawczo odbiorczym przedstawionym na fig. 7, używającym duplikatora i decyzyjnego przełącznika kanałów.

Aby ułatwić porównanie obydwu systemów założono, że kodery 120 (fig. 1) i 64 (fig. 7) zawierają koder splotowy i koder Reeda-Solomona. Ponadto założono, że koder splotowy w koderze dodającym nadmiarowość 120 na fig. 1 posiada współczynnik kodu 3/8, podczas gdy koder splotowy w koderze dodającym nadmiarowość 64 na fig. 7 koduje w oparciu o współczynnik kodu 3/4. Ponieważ urządzenie nadawcze pokazane na fig. 7 nadaje osiem bitów wyjściowych na 3 bity wejściowe, tj. duplikator efektywnie podwaja liczbę bitów wyjściowych do nadania, to może być ono traktowane jako koder dodający nadmiarowość posiadający współczynnik 3/8. Sygnały nadawane przez pierwszy i drugi kanał są jednak identyczne i otrzymane w identyczny sposób z wyjścia strumienia bitów źródła strumienia bitów 62.

Zgodnie ze współczynnikiem kodu 3/4 (tylko koder splotowy), na trzy bity informacji przypadają cztery bity przekazywane przez każdy z satelitów w systemie na fig. 7. Używając dwóch satelitów przekazywanych jest osiem bitów na trzy bity wejściowe reprezentujące informację. Tak więc jest oczywiste, że system pokazany na fig. 7 może być traktowany jako system posiadający współczynnik kodu 3/8.

Zgodnie z literaturą i wynikami symulacji systemu można przyjąć współczynnik wydajności Eb/N0. Zauważono, że wielkość Eb/N0 reprezentuje stosunek energii przez użyteczną szybkość nadawania bitów (jednostka: W/sek) do gęstości mocy szumu (jednostka: W/sek). Tak więc „jednostką” Eb/N0 jest 1. Dla QPSK C/N (= moc nadawanego sygnału/moc szumu w obrębie efektywnej szerokości pasma) może być obliczona za pomocą następującego równania:

C/N = E_b/N₀ + 10 · log(R) + 3 dB (wartości C/N i Eb/N₀ wyrażone są w dB)

W tym równaniu R jest współczynnikiem kodu. Należy zauważyć, że wielkość C/N reprezentuje „margines połączenia”. Jeśli rzeczywista wartość C/N jest większa niż margines połączenia, użyteczne połączenie komunikacyjne może być osiągnięte. Jeśli rzeczywista wartość C/N jest mniejsza niż wartość obliczona przez podane wyżej równanie, nie można ustanowić satysfakcjonującego połączenia.

Następująca tabela podaje wartości C/N w dB dla trzech różnych współczynników kodu. Pierwszy wiersz tabeli odnosi się do systemu opisanego na fig. 7, podczas gdy trzeci wiersz odnosi się do opisanego na fig. 1 systemu według wynalazku. Współczynnik (223/2255) odnosi się do kodera Reeda-Solomona. Współczynniki 3/4, 1/2 i 3/8 odpowiadają współczynnikom koderów splotowych.

Współczynnik kodu (splot. + Reeda-Solomona)	Eb/N0 [dB]	C/N [dB]
3/4 * (223/255) = 0,66	3,7	4,9
1/2 * (223/255) = 0,44	2,7	2,1
3/8 * (223/255) = 0,33	ok. 2,4	0,6

PL 192 020 B1

Poniżej podano objaśnienie tabeli. Wymagana wartość C/N odnosi się również do systemu, w którym strumień bitów jest demultipleksowany do dwóch strumieni i przesyłany przy użyciu dwóch modulatorów QPSK. Całkowita moc nadawcza określona jest wzorem:

C = Csat1 + Csat2

Moc szumu określona jest następującym wzorem:

N = N1+ N2

Założono, że moc sygnału jest identyczna dla satelitów 1i 2; przypadek ten jest najlepszy dla metody według przedmiotu wynalazku. Dla N1 = N2 i Csat1 = Csat2 (efektywna szerokość pasma jest identyczna dla obu sygnałów czyli kanałów) stosuje się następujące równanie:

C + C sat! ' ^sat 2

Ni + N2

2C sat1 sat1 sat2 ^N1 ^N1

Zakładając, że dostępna moc sygnału (=C) i wartość QPSK są utrzymane, sposób według wynalazku może dać zysk 4,3 dB w odniesieniu do żądanej wartości C/N, jeżeli dekodowany jest tylko jeden sygnał. Zakładając inny scenariusz tj. kanały wykazuj ą różne charakterystyki zanikania, zysk jest mniejszy. W końcu dla sytuacji gdzie Csat1/N lub Csat2/N są większe niż 4,9 dB, zysk nie jest wymagany. Sygnał wyjściowy jest wolny od błędów w każdym przypadku. Całkowity zysk systemu nadawczo odbiorczego według przedmiotu wynalazku zależy od prawdopodobieństwa wystąpienia poszczególnych sytuacji. Innymi słowy, możliwe jest odebranie sygnału o tak niskiej wartości C/N jak 0,6 dB będącej teoretyczną wartością, dla której implementacja systemu jest jeszcze korzystna. Jeśli tylko sygnał z satelity jest dostępny, wymagana wartość C/N0 jest równa 67 dBHz (implementacja systemu jest jeszcze korzystna). Jednostka dBHz oznacza moc podzieloną przez gęstość mocy w skali logarytmicznej.

Jak opisano w odniesieniu do fig. 3 i fig. 4, zalecany jest koder splotowy o współczynniku kodu 1/3. Dane z wyjścia kodera splotowego poddawane są operacji usuwania bitu (przez nie nadawanie jednego z dziewięciu bitów) aby uzyskać współczynnik kodu 3/8. Dane z kodera splotowego i układu usuwającego przekształcane są w postać szeregową i demulitpleksowane. Cztery z ośmiu bitów czyli pierwsza porcja bitów wyjściowych są przekazywane za pośrednictwem satelity 1. Pozostałe cztery bity czyli druga porcja bitów wyjściowych są przekazywane za pośrednictwem satelity 2. Opcjonalnie można zastosować dodatkowy układ przeplatający.

Jak naszkicowano w części wstępnej, wielomiany g1, g2 i g3 opisują rejestry przesuwne isumatory modulo-2 lub bramki XOR, które generują kod splotowy o współczynniku 1/3. Proponowane wielomiany są następujące:

g1 = 1 1 0 0 1 1 1 (binarnie) = 147 (ósemkowo) g2 =1011101 (binarnie) =135 (ósemkowo) g3 = 1110011 (binarnie) = 163 (ósemkowo)

Należy zauważyć, że mogą być stosowane również wielomiany generujące inne od powyżej zaproponowanych wielomianów generujących połączonych z pewnymi schematami usuwania (patrz J. Bibb Cain supra). Jednakże powyższe wielomiany generujące w połączeniu z opisanym tu schematem usuwania działają bardzo dobrze.

Odbiornik pokazany na fig. 5 wymaga tylko jednego dekodera Viterbiego. Optymalne połączenie dwóch sygnałów w zależności od ich jakości jest dokonywane automatycznie przez dekoder Viterbiego. Dekoder Viterbiego przeprowadza dekodowanie z największą wiarygodnością używając informacji o stanie kanału, zwanej również „metryką”. Mogą być zaadaptowane algorytmy znane jako algorytmy Riciana i Rayleigha. Jeśli tylko jeden sygnał jest dostępny, tj. jeden kanał zanikł całkowicie, wejście dekodera Viterbiego może być rozpatrywane jako koder splotowy o współczynniku kodu 1/3 z usunięciem bitu aby osiągnąć współczynnik kodu 3/4. Równoważnym schematem usuwania bitu jest:

Dla wcześniejszego satelity

1 1

0 0

00

PL 192 020 B1 dla późniejszego satelity

000

0 1

111

Zgodnie z zalecanym wykonaniem przedmiotu wynalazku, użyty jest dekoder Viterbiego z zaimplementowanym miękkim procesem decyzyjnym opartym na prawdopodobieństwie. Tak więc układ wstawiający wstawia prawdopodobieństwo zamiast rzeczywistego stanu bitu. Ponieważ układ wstawiający nie posiada żadnych informacji o bitach usuniętych przez układ usuwający w urządzeniu nadawczym, wstawia on wysokie lub niskie stany bitów z prawdopodobieństwem 0,5.

Opcjonalnie układ łączący 230 (fig. 1) może zawierać dodatkowo estymator kanału oceniający stosunek sygnału do szumu w sygnałach odebranych przez poszczególne kanały. Jeśli estymator kanału określi niską wartość stosunku sygnału do szumu, wstawia on prawdopodobieństwa 0,5 zamiast rzeczywistych prawdopodobieństw otrzymanych z kanału mającego niski stosunek sygnału do szumu. Tak więc można stwierdzić, że dekoder o najwyższej możliwej wiarygodności nie jest wprowadzany w błąd przez sygnały odebrane przez kanał mający niski stosunek sygnału do szumu.

Chociaż korzystne wykonanie wynalazku zostało opisane w odniesieniu do dwóch kanałów, wynaleziony sposób może być też zastosowany do systemów transmisyjnych posiadających trzy lub więcej kanałów. W przypadku trzech kanałów, współczynnik kodu kodera kanału 120 generuje trzy porcje bitów wyjściowych zamiast dwóch porcji bitów wyjściowych. W tym przypadku może być zastosowane urządzenie nadawcze takie jak opisane na fig. 3. Nie jest natomiast potrzebny układ usuwający i demultiplekser demultipleksuje trzy strumienie bitów, po jednym na każdy z trzech kanałów. Po lekturze tej specyfikacji jest dla fachowców w tej dziedzinie oczywiste, że przedmiot wynalazku może być rozszerzony do czterech lub więcej kanałów.

Chociaż w korzystnym wykonaniu wynalazku używa się kodera splotowego opcjonalnie rozszerzonego o układ kodera Reeda-Solomona, to mogą być zaadaptowane również inne dodające nadmiarowość kodery. Jednakże te dodające nadmiarowość kodery muszą generować dwie porcje bitów wyjściowych zakodowanych w odmienny od siebie sposób tak, że „rzeczywista” wartość współczynnika kodu osiąga wartość na przykład 3/8, a nie podwojone 3/4.

Opóźnienie wprowadzone przez różne układy opóźniające może być ustalane w odniesieniu do rzeczywistego środowiska. Normalnie odpowiednia jest wartość opóźnienia wynosząca cztery sekundy. Mogą jednakże być stosowane inne wartości. Należy zauważyć, że duże wartości opóźnienia wymagają dużej objętości pamięci zarówno w nadajniku jak i w odbiorniku.

Claims

1. Sposób nadawania informacji, znamienny tym, że składa się z następujących etapów:

dostarczenie strumienia bitów reprezentujących informację;

generowanie zakodowanego strumienia bitów z dodaną nadmiarowością na podstawie strumienia zapewnionych w etapie dostarczenia strumienia bitów, gdzie dla początkowej liczby bitów wejściowych generowana jest pewna liczba bitów wyjściowych, przy czym liczba bitów wyjściowych jest co najmniej dwa razy większa niż liczba bitów wejściowych, i gdzie liczba bitów wyjściowych podzielona jest na dwie porcje bitów wyjściowych, każda z porcji bitów wyjściowych pozwala oddzielnie odtworzyć informację reprezentowaną przez początkową liczbę bitów wejściowych, a pierwsza porcja bitów wyjściowych została zakodowana na podstawie strumienia bitów w inny sposób niż druga porcja bitów wyjściowych, przy czym etap generowania przeprowadzany jest przez koder splotowy aby otrzymać współczynnik kodu niniejszy niż 0,5, gdzie współczynnik kodu jest stosunkiem między początkową liczbą bitów wejściowych a liczbą bitów wyjściowych, przy czym koder splotowy łączy bieżący bit wejściowy przeznaczony do zakodowania z co najmniej jednym z pewnej liczby poprzedzających go bitów wejściowych; i etap generowania zawiera ponadto etap usuwania bitu, w którym odrzucany jest co najmniej jeden z góry określony bit z wyjścia kodera splotowego tak, że pierwsza i druga porcja bitów wyjściowych zawierają taką samą liczbę bitów wyjściowych, co najmniej jeden z odrzuconych bitów nie jest przekazywany do odbiornika;

PL 192 020 B1 dzielenie liczby bitów wyjściowych na dwie porcje bitów wyjściowych; i nadawanie bitów wyjściowych z pierwszej porcji w pierwszym kanale i bitów wyjściowych z drugiej porcji przez drugi kanał, przy czym pierwszy i drugi kanał są od siebie przestrzennie różne, zaś bity wyjściowe z pierwszej porcji i bity wyjściowe z drugiej porcji są nadawane bez opóźnienia lub z wcześniej określonym opóźnieniem między pierwszym a drugim kanałem.

2. Sposób odbierania informacji, znamienny tym, że informacja jest reprezentowana przez zakodowany strumień bitów, przy czym zakodowany strumień bitów został zakodowany tak, że posiada co najmniej podwójną nadmiarowość w stosunku do strumienia bitów, z którego zakodowany strumień bitów został otrzymany, tak więc dla określonej liczby bitów wejściowych liczba bitów wyjściowych jest co najmniej dwa razy większa niż liczba bitów wejściowych i zawiera dwie porcje bitów wyjściowych, gdzie każda porcja pozwala osobno odtworzyć informację reprezentowaną przez początkową liczbę bitów wejściowych, przy czym pierwsza porcja bitów wyjściowych została zakodowana na podstawie strumienia bitów w inny sposób niż druga porcja bitów wyjściowych, zakodowany strumień bitów został wygenerowany przez kodowanie splotowe o współczynniku kodu mniejszym niż 0,5 i przez operację usuwania bitu odrzucającą co najmniej jeden wcześniej określony bit z bitów otrzymanych w wyniku kodowania splotowego tak, że liczba bitów wyjściowych została ustalona w ten sposób, że pierwsza i druga porcja bitów wyjściowych zawierają tą samą liczbę bitów wyjściowych, co najmniej jeden z odrzuconych bitów nie jest przekazywany do urządzenia odbiorczego, gdzie sposób obejmuje odbieranie pierwszej porcji bitów przez pierwszy kanał i drugiej porcji bitów przez drugi kanał, gdzie pierwszy i drugi kanał są od siebie przestrzennie różne;

3. Urządzenie do nadawania informacji, znamienne tym, że zawiera:

źródło strumienia bitów (110) zapewniające strumień bitów reprezentujących informację;

koder dodający nadmiarowość (120) generujący w oparciu o strumienie bitów (401, 402, 403) zapewnione przez źródło strumienia bitów (110) zakodowane strumienie bitów (411, 412, 413) przy czym koder dodający informację (120) generuje na wyjściu dla początkowej liczby wejściowych bitów (401, 402, 403) inną liczbę bitów wyjściowych, gdzie liczba bitów wyjściowych jest co najmniej dwa razy większa niż liczba bitów wejściowych i zawiera dwie porcje (410, 420) bitów wyjściowych, przy czym każda porcja (410, 420) pozwala osobno odtworzyć informację reprezentowaną przez początkową liczbę bitów wejściowych (401, 402, 403), zaś pierwsza porcja bitów wyjściowych (410) została zakodowana na podstawie strumienia bitów w inny sposób niż druga porcja (420) bitów wyjściowych, ponadto:

koder dodający nadmiarowość (120) zawiera koder splotowy w celu osiągnięcia współczynnika kodu mniejszego lub równego 0,5, gdzie współczynnik kodu jest stosunkiem początkowej liczby wejściowych bitów (401, 402, 403) do liczby wyjściowych bitów (411, 412, 413), przy czym koder splotowy łączy bieżący bit wejściowy przeznaczony do zakodowania z co najmniej jednym z pewnej liczby poprzedzających go bitów wejściowych;

koder dodający nadmiarowość zawiera ponadto układ usuwający bit (125) usuwający co najmniej jeden z góry określony bit z bitów na wyjściu kodera splotowego w taki sposób, że liczba bitów wyjściowych jest ustalona tak, że pierwsza i druga porcja (410, 420) bitów wyjściowych posiadają taką samą liczbę bitów wyjściowych, co najmniej jeden z usuniętych bitów nie jest przekazywany do odbiornika;

układy dzielące (130) liczbę bitów wyjściowych na dwie porcje (410, 420) bitów wyjściowych; i układy nadające (140) pierwszą porcję (410) bitów wyjściowych przez pierwszy kanał (300) i drugą porcję (420) bitów wyjściowych przez drugi kanał (400), przy czym drugi kanał (400) jest przestrzennie różny od pierwszego kanału (300), przy czym:

układy nadawcze (140) działają tak, że bity wyjściowe z pierwszej porcji i bity wyjściowe z drugiej porcji są nadawane bez opóźnienia lub z wcześniej określonym opóźnieniem między pierwszym a drugim kanałem.

4. Urządzenie według zastrz. 3, znamienne tym, że: układy nadawcze (140) zawieraj ą pojedynczy nadajnik;

PL 192 020 B1 pierwszy kanał (300) określony jest przez pojedynczy nadajnik i pierwszą pozycję ruchomego odbiornika;

drugi kanał (400) określony jest przez pojedynczy nadajnik i drugą pozycję ruchomego odbiornika;

układy nadawcze (140) zawierają dodatkowo układy opóźniające drugą porcję (420) bitów wyjściowych nadawanych w drugim kanale (400) tak, że osiąga się zróżnicowanie czasowe.

5. Urządzenie według zastrz. 3, znamienne tym, że:

układy nadawcze (140) zawierają pierwszy nadajnik (140a) i drugi nadajnik (140b) oddalony od pierwszego nadajnika;

pierwszy kanał (300) określony jest przez pierwszy nadajnik (140a) i odbiornik;

drugi kanał (400) określony jest przez drugi nadajnik (140b) i odbiornik tak, że osiąga się zróżnicowanie przestrzenne.

6. Urządzenie według zastrz. 5, znamienne tym, że: pierwszy i drugi nadajnik (140a, 140b) umieszczone są na dwóch satelitach o różnych pozycjach orbitalnych tak, że pierwszy kanał (300) określony jest przez połączenie między ziemią a pierwszym satelitą (140a) w jedną stronę i połączenie z pierwszego satelity (140a) do odbiornika na ziemi w drugą stronę, zaś drugi kanał (400) określony jest przez połączenie między ziemią a drugim satelitą w jedną stronę i połączenie z drugiego satelity do odbiornika na ziemi w drugą stronę.

7. Urządzenie według zastrz. 5, znamienne tym, że: jeden nadajnik umieszczony jest na satelicie i inny nadajnik umieszczony jest w naziemnym przekaźniku tak, że osiąga się zróżnicowanie na ziemi.

8. Urządzenie według zastrz. 5 albo 6, albo 7, znamienne tym, że układy nadawcze (140) dodatkowo zawierają układy opóźniające (140c) opóźniające drugą porcję (420) bitów wyjściowych nadawaną przez drugi kanał (400) tak, że osiąga się zróżnicowanie czasowe.

9. Urządzenie według zastrz. 3 albo 4, albo 5, albo 6, albo 7, albo 8, znamienne tym, że: posiada układ dzielący (130) zawierający pamięć równoległą, do przechowywania wcześniej ustalonej liczby bitów wyjściowych z wyjścia kodera splotowego; zawiera konwerter równoległo-szeregowy generujący szeregowy strumień z przechowywanych bitów przeznaczony do podzielenia na pierwszą i drugą porcję (410, 420) bitów wyjściowych; i zawiera demultiplekser (130) dzielący szeregowy strumień bitów na pierwszą i drugą porcję (410, 420).

10. Urządzenie do odbierania informacji, znamienne tym, że zawiera:

układy odbiorcze (240a, 240b, 240c) odbierające pierwszą porcję (410) bitów przez pierwszy kanał (300) i drugą porcję (420) bitów przez drugi kanał (400), gdzie pierwszy i drugi kanał są od siebie przestrzennie różne;

układy łączące (230) łączące pierwszą i drugą porcję (410, 420), gdzie układy łączące (230) zawierają ponadto układ wstawiający (230b) realizujący operację wstawiania bitów do pierwszej i drugiej porcji (410, 420) bitów aby skompensować operację usuwania bitów przeprowadzoną podczas generowania zakodowanych strumieni bitów; oraz układy dekodujące (220), dekodujące zakodowany strumień bitów przez usunięcie nadmiarowości z zakodowanych strumieni bitów, układy dekodujące używają pierwszej i drugiej porcji (410, 420) bitów połączonych przez układy łączące (230).

11. Urządzenie według zastrz. 10, znamienne tym, że układy odbiorcze (240a, 240b, 240c) posiadają dodatkowo układy opóźniające (240c) do opóźniania porcji (410) bitów odebranych przez jeden kanał (300) aby skompensować opóźnienie wprowadzone dla porcji (420) bitów odebranych przez drugi kanał (400).

12. Urządzenie według zastrz. 11, znamienne tym, że posiada układ łączący (230) zawierający multiplekser (230a) multipleksujący pierwszą i drugą porcję (410, 420) do postaci odpowiedniej dla układów dekodujących (220).

13. Urządzenie według zastrz. 10 albo 11, albo 12, znamienne tym, że posiada:

układy dekodujące (220) zawierające układy oceniające stosunek sygnału do szumu aby określić kanał o mniejszym stosunku sygnału do szumu; i układy wstawiające ustawiające atrybut bitu do wstawienia wartością równoważną prawdopodobieństwom stanu wysokiego i niskiego.

PL 192 020 B1

14. Urządzenie według zastrz. 13, znamienne tym, że posiada układy dekodujące (220) zawierające dekoder Viterbiego (220a) przeprowadzający operację dekodowania o największej wiarygodności używając informacji o stanie pierwszego i drugiego kanału (300, 400).

15. Urządzenie według zastrz. 13 albo 14, znamienne tym, że posiada:

układy dekodujące (220) zawierające układy oceniające stosunek sygnału do szumu aby określić kanał o mniejszym stosunku sygnału do szumu; i układy zastępujące bit, zastępujące bity z porcji bitów odebranych przez kanał o niskim stosunku sygnału do szumu wartościami równoważnymi z niższą wiarygodnością stanów wysokich i niskich.

16. Urządzenie według zastrz. 14 albo 15, znamienne tym, że posiada układy dekodujące (220) dodatkowo zawierające dekoder Reeda-Solomona (220b) podłączony do wyjścia dekodera Viterbiego (220a) aby odwrócić operację kodowania Reeda-Solomona przeprowadzoną w nadajniku.

17. Urządzenie według zastrz. 10 albo 11, albo 12, albo 13, albo 14, albo 15, albo 16, znamienne tym, że posiada układy odbiorcze (240) zawierające dla każdego kanału (300, 400) demodulator QPSK (240d, 240e) aby zapewnić pierwszą i drugą porcję (410, 420) bitów.