專利名稱：特播時空格形編碼的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及采用通常所說的特播時空(ST)以及格形編碼(TC)或格形編碼調(diào)制(TCM)技術(shù)的組合的例如蜂窩無線通信系統(tǒng)的通信。
背景技術(shù)：
眾所周知，無線通信信道易受時變多徑衰落的影響，并且比較難以提高多徑衰落信道的質(zhì)量或降低其有效誤碼率。雖然已知用于減小多徑衰落影響的各種技術(shù)，但其中的若干種(例如提高發(fā)射機功率或帶寬)往往與無線通信系統(tǒng)的其它要求矛盾。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的一種有利技術(shù)是天線分集，它在系統(tǒng)的發(fā)射機上和/或在接收機上采用兩個或兩個以上天線(或信號極化)。
在蜂窩無線通信系統(tǒng)中，各基站通常為多個遠程(固定或移動)裝置提供服務，其特征(例如大小和位置)更有利于天線分集，所以希望在至少一個基站上實現(xiàn)天線分集，而在遠程裝置上具有或沒有天線分集。在這種情況下，至少對于來自基站的通信，這產(chǎn)生發(fā)射分集，即信號從兩個或兩個以上發(fā)射天線發(fā)出。
S.M.Alamouti的“用于無線通信的簡單發(fā)射分集技術(shù)”(IEEEJournal on Selected Areas in Communications，第16卷，第8期，第1451-1458頁，1998年10月)描述了采用時空分組編碼(STBC)的簡單發(fā)射分集方案。對于兩個發(fā)射天線的情況，復合符號s0和-s1*從一個天線依次發(fā)出，同時復合符號s1和s0*從另一天線依次發(fā)出，其中*表示復共軛。這些發(fā)射符號構(gòu)成通常所說的時空碼組。
同樣已知的還有使用各種編碼方案以增強通信。在這些方案中，已認識到，通常所說的特播編碼(并行級聯(lián)卷積編碼)使迭代解碼方法能夠獲得接近AWGN(加性高斯白噪聲)通信信道的香農(nóng)極限的結(jié)果。特播編碼器采用通常相同的兩個遞歸系統(tǒng)卷積(RSC)分量編碼器，待發(fā)送信號直接提供給分量編碼器之一，并經(jīng)由交織器提供給另一個分量編碼器。因此，通常希望將特播和時空編碼技術(shù)結(jié)合在同一發(fā)射機中。
V.Tarokh等人的“用于高數(shù)據(jù)速率無線通信的時空編碼性能標準和代碼結(jié)構(gòu)”(IEEE Transactions on Information Theory，第44卷，第2期，第744-765頁，1998年3月)描述了各種卷積碼或格碼，它們可與兩個或兩個以上發(fā)射天線配合使用，以便提供格形(卷積)編碼和時空編碼的優(yōu)勢。雖然這些編碼被認為對于最大分集增益是最佳的，但它們對于編碼增益不一定是最佳的。此外，這些編碼是非遞歸的。相反，已經(jīng)證明采用遞歸編碼獲得特播編碼的最佳效率。因此，Tarokh等人所述的編碼不適用于特播編碼方案。
P.Robertson等人的“采用刪截分量代碼的帶寬效率高的特播格形編碼調(diào)制”(IEEE Journal on Selected Areas in Communications，第16卷，第2期，第206-218頁，1998年2月)描述了采用Ungerboeck和多維TCM分量代碼的特播編碼器，其中，交織器對各m個信息比特的分組進行操作。對于與m個信息比特的分組對應的各個步驟，與各分量編碼器相關的信號映射器產(chǎn)生n個符號，其中n＝D/2，D為信號集維數(shù)；例如D＝2或4，以及n＝1或2。n-符號去交織器對來自第二分量編碼器的輸出符號進行去交織，選擇器交替為相繼步驟選擇從第一分量編碼器輸出的符號以及來自去交織器的符號，并將其提供給單輸出路徑。這個方案沒有提供發(fā)射分集，并且該文獻未涉及到時空編碼。
G.Bauch的“時空分組碼的級聯(lián)以及‘特播’-TCM”(Proceedings ofthe International Conference on Communications，ICC’99，第1202-1206頁，1999年6月)描述了兩種類型的特播格形編碼調(diào)制(TCM)編碼器，其輸出提供給時空分組編碼器，使特播-TCM和STBC方案只是彼此級聯(lián)。這兩種類型的特播TCM編碼器之一如Robertson等人所述(對其進行了詳細引用)，如上所述，采用Ungerboeck編碼并在映射功能的輸出上提供一個符號，但Bauch對此進行的說明沒有表明符號去交織器。Bauch的這個公開沒有討論多維分量編碼。
還需要提供在無線通信中的進一步改善。
發(fā)明概述根據(jù)一個方面，本發(fā)明提供一種為要從T個天線發(fā)送的信息提供時空分集的方法，包括以下步驟在多個連續(xù)符號間隔的每一個中，在兩個遞歸系統(tǒng)卷積編碼器每一個的輸出上產(chǎn)生包含系統(tǒng)信息和奇偶校驗信息的T個符號，向編碼器之一直接提供輸入比特，以及在交織塊中對各個符號間隔的比特分組進行交織之后向另一個編碼器提供所述信息比特；以及選擇第一和第二種不同的映射，在相應的交替符號間隔中，在編碼器的輸出上所產(chǎn)生的所述符號中的T個符號中的每一個用于提供給T個天線，以便提供所述時空分集，交織和映射經(jīng)過設置，以便為交織塊中的所有輸入比特選擇系統(tǒng)信息。
最好是，第一映射從一個編碼器中選擇T個符號，以及第二映射從另一個編碼器中選擇T個符號。
在以下所述的本發(fā)明的一個實施例中，T＝2，并且在各符號間隔中，各編碼器產(chǎn)生系統(tǒng)信息符號和奇偶校驗信息符號，第一映射把來自一個編碼器的系統(tǒng)信息符號和奇偶校驗信息符號分別提供給第一和第二天線，以及第二映射把來自另一個編碼器的系統(tǒng)信息符號和奇偶校驗信息符號分別提供給第二和第一天線。因此這是一種情況的實例，在這種情況下，T為偶數(shù)，并且在各符號間隔中，各編碼器產(chǎn)生T/2個系統(tǒng)信息符號和T/2個奇偶校驗信息符號。
或者，各編碼器在各符號間隔中所產(chǎn)生的T個符號可包括含有系統(tǒng)和奇偶校驗信息的至少一個符號。
該方法還可包括以下步驟改變來自兩個編碼器的符號相對彼此的相位，尤其是對其中一個編碼器的輸出上的符號提供π/2的相位旋轉(zhuǎn)。當t＞2、例如T＝4時，這可能是特別需要的。
交織比特組最好是每一個包含m個比特，其中m為整數(shù)，并且在編碼器的輸出上產(chǎn)生的任何符號包含M-PSK符號，其中M＝2m。
本發(fā)明的另一方面提供一種編碼裝置，包括第一和第二遞歸系統(tǒng)卷積編碼器，它們均設置成在多個連續(xù)符號間隔中的每一個中從提供的m個比特中產(chǎn)生T個符號，其中m為整數(shù)；交織器，設置成對交織塊中的各m個輸入比特的分組進行交織，其中采用偶到偶和奇到奇或者偶到奇和奇到偶的位置映射；輸入比特提供給第一編碼器以及交織器，交織比特從交織器提供到第二編碼器；以及選擇器，設置成在交替的符號間隔中將來自編碼器的T個符號中的不同符號提供給T個輸出路徑中的相應路徑，在各個交替符號間隔中所選擇的T個符號包含來自相應的一個編碼器的所有系統(tǒng)信息。
這樣，本發(fā)明的方法和編碼裝置提供了采用遞歸系統(tǒng)卷積分量編碼器的特播編碼與用于發(fā)射分集的時空編碼的所需組合。
本發(fā)明還提供一種解碼裝置，用于以迭代方式對上述編碼裝置所編碼的接收符號進行解碼，包括第一和第二軟輸出解碼器，用于響應輸入矢量和軟輸入信息，分別對所述第一和第二遞歸系統(tǒng)卷積編碼器進行的編碼進行解碼；交織器，對應于編碼器的交織器，設置成將來自第一解碼器的軟輸出信息作為軟輸入信息連接到第二解碼器；去交織器，與所述交織器相反，設置成將來自第二解碼器的軟輸出信息作為軟輸入信息連接到第一解碼器；以及選擇器，設置成在連續(xù)符號間隔中交替地將接收信號矢量和零輸入矢量作為輸入矢量提供給第一和第二解碼器。
本發(fā)明還提供一種以迭代方式對包含通過上述方法編碼的符號的接收信號進行解碼的方法，包括以下步驟在連續(xù)符號間隔中交替地將接收信號矢量和零輸入矢量作為輸入矢量提供給兩個解碼器，用于分別對所述兩個遞歸系統(tǒng)卷積編碼器進行的編碼進行解碼；以與編碼方法相同的方式把對應于所述一個編碼器的一個解碼器的軟輸出進行交織，從而將軟輸入提供給另一個解碼器；以及與交織相反，對所述另一個解碼器的軟輸出進行去交織，從而將軟輸入提供給所述一個解碼器。
附圖簡述通過以下參照附圖進行的說明，將會進一步理解本發(fā)明，其中作為示例

圖1說明一種已知的時空分組編碼(STBC)發(fā)射機的組成部分；圖2說明一種QPSK符號的已知信號點星座；圖3說明一種已知的特播編碼器；圖4說明根據(jù)本發(fā)明的一個實施例、采用兩個發(fā)射天線的發(fā)射機的特播時空格形編碼調(diào)制(STTCM)編碼裝置的組成部分；圖5說明卷積或格形編碼器的一般形式；圖6說明一種可用于圖4的裝置中的4-態(tài)格形編碼器；圖7說明一種可用于圖4的裝置中的8-態(tài)格形編碼器；圖8說明一種可用于圖4的裝置中的16-態(tài)格形編碼器；圖9說明用于具有四個發(fā)射天線的發(fā)射機的特播STTCM編碼裝置中的4-態(tài)格形編碼器；圖10說明用于發(fā)射機的一種編碼裝置的組成部分，其中圖9的編碼器可根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例來使用；以及圖11說明與圖4或圖10的裝置配合使用的接收機和解碼裝置的組成部分。
詳細說明參照附圖，圖1說明一種已知的時空分組編碼(STBC)發(fā)射機的組成部分。為了使各個附圖中的標號簡潔起見，僅給出完全理解先有技術(shù)以及本發(fā)明的實施例所需的部分。
圖1的發(fā)射機包括串-并(S-P)轉(zhuǎn)換器10、M-PSK映射功能12以及時空分組編碼器(STBC)14，該編碼器經(jīng)由發(fā)射機功能、如圖1中未標明但以虛線表示的上變頻器和功率放大器將輸出提供給提供發(fā)射分集的至少兩個天線16和18。S-P轉(zhuǎn)換器10得到待傳遞的信息輸入比特，并且在到M-PSK映射功能12的兩條或更多并行線路上產(chǎn)生輸出比特，M-PSK映射功能12從并行比特中產(chǎn)生等能量信號星座的順序符號x1，x2，...。
例如，如圖1所示，映射功能12可將來自S-P轉(zhuǎn)換器10的每種情況下的2個輸入比特的格雷碼映射提供給圖2所示QPSK(正交相移鍵控)信號點星座的M＝4個信號點中相應的信號點，其中信號點分別標識為0至3。為簡便起見，在整個說明中假定格雷碼QPSK映射，但是可以理解，映射功能12能夠?qū)哂腥魏嗡钄?shù)量M的相位狀態(tài)的信號點星座提供任何所需映射；例如M＝2(為此不需要S-P轉(zhuǎn)換器10)、4或6。
復數(shù)所表示的QPSK符號x1，x2，...提供給STBC 14，為簡潔起見，在圖1中表示為對相應發(fā)射天線16和18具有兩個輸出，但也可對相應較大數(shù)量的發(fā)射天線具有兩個以上的輸出。對于所示的兩個天線的情況，STBC 14從提供到其輸入端的各連續(xù)符號對x1和x2形成符號的時空分組，如圖1所示。
更具體地說，STBC功能由T×T正交矩陣Hx表示，其中T是發(fā)射天線的數(shù)量，從而也是STBC 14的符號輸出的數(shù)量。對于圖1所示T＝2的情況，Hx(x1,x2)=x1x2-x2*x1*]]>根據(jù)這個矩陣Hx，對于提供給STBC 14的輸入端的各對PSK符號x1和x2，在第一符號間隔中，為天線16提供符號x1以及為第二天線18提供符號x2，在第二符號間隔中，為第一天線16提供符號-x2*以及為第二天線18提供符號x1*，其中*表示復共軛。因此各對中的兩個PSK符號以不同形式從不同天線在不同時間發(fā)送兩次，從而提供空間和時間分集?？梢钥吹剑仃嘓x的各列表示在連續(xù)間隔中從相應天線發(fā)送的符號，各行則表示相應符號發(fā)送間隔。
參照圖3，已知的特播(并行級聯(lián)卷積)編碼器包括兩個遞歸系統(tǒng)卷積(RSC)編碼器20和22，它們稱作特播編碼器的成分或分量編碼；交織器24；以及選擇器26。輸入比特提供給一個編碼器20的輸入端，該編碼器在其輸出端上產(chǎn)生與輸入比特相同的系統(tǒng)比特S1以及奇偶校驗比特P1。輸入比特也提供給交織器24并由其進行交織，交織比特提供給另一個編碼器22的輸入端，該編碼器在其輸出端上產(chǎn)生與交織輸入比特相同的系統(tǒng)比特S2和奇偶校驗比特P2。兩個編碼器20和22的輸出提供給選擇器26的輸入端，不過，如圖3所示，通常未連接編碼器22的系統(tǒng)比特輸出端，因為在此輸出端上的交織比特絕不會被選擇器26所選擇。
選擇器26分別從編碼器20和22中選擇全部系統(tǒng)比特S1以及部分或全部奇偶校驗比特P1、P2，并將它們作為輸出比特提供給特播編碼器的輸出端。奇偶校驗比特的選擇取決于編碼器的速率。例如，對于速率1/3(對于每個輸入比特有3個輸出比特)編碼器，選擇器26可選擇全部奇偶校驗比特P1和P2。對于速率1/2(對于每個輸入比特有2個輸出比特)編碼器，選擇器26可交替選擇奇偶校驗比特P1和P2，從而僅輸出一半奇偶校驗比特P1和一半奇偶校驗比特P2，這個過程稱作刪截。
在發(fā)明背景中引用的特播TCM裝置(Robertson等人)中，交織器24對各個m個比特的分組進行操作，它們在各分量編碼器(20、22)的輸出上映射為例如結(jié)合了系統(tǒng)和奇偶校驗信息的PSK符號。來自第二分量編碼器(22)的符號由符號去交織器進行去交織，輸出選擇器交替選擇從第一分量編碼器(20)和去交織器輸出的符號。這種情況下的交織器(以及隨后的去交織器)必須提供偶對偶以及奇對奇(或偶對奇以及奇對偶)的位置映射。
背景技術(shù)：
中引用的級聯(lián)SBTC和特播碼(Bauch)裝置中，如圖3所示的特播編碼器的輸出比特實際上作為輸入比特提供給如圖1所示的時空分組編碼器，或者來自如Robertson等人所述的特播TCM編碼器的輸出符號作為輸入符號提供給STBC編碼器14，如以上參照圖1所述。
圖4說明根據(jù)本發(fā)明的一個實施例、采用兩個發(fā)射天線的發(fā)射機所用的特播時空格形編碼調(diào)制(STTCM)編碼裝置的組成部分。對于圖1所示的情況，兩個天線標號為16和18，待傳遞信息的輸入比特提供給S-P轉(zhuǎn)換器10，它也通過用于QPSK符號傳輸?shù)膬蓚€輸出來說明。圖4的其余部分表示特播STTCM編碼裝置，它包括兩個RSC編碼器和映射功能30和32；交織器34；以及選擇器36，它具有用于到兩個天線16和18的相應傳輸路徑的兩個輸出。RSC編碼器和映射功能30和32的輸入上的虛線表示它們以及交織器34可具有用于非QPSK符號的不同數(shù)量的輸入，如上所述。
從S-P轉(zhuǎn)換器10并行提供的比特由交織器34以分組形式(本例中是以成對形式)進行交織。提供給功能30的非交織比特對和提供給功能32的交織比特對由這些功能進行編碼，并映射成QPSK符號，下面將進一步說明。因此，功能30在其兩個輸出端產(chǎn)生表示對應于輸入比特的系統(tǒng)信息的QPSK符號SS1以及表示功能30的遞歸卷積編碼所產(chǎn)生的奇偶校驗信息的QPSK符號PS1。同樣，功能32在其兩個輸出上產(chǎn)生表示對應于由交織器34以比特對進行交織的輸入比特的系統(tǒng)信息的QPSK符號SS2以及表示功能32的遞歸卷積編碼從交織輸入比特對中所產(chǎn)生的奇偶校驗信息的QPSK符號PS2。雖然為簡便起見在此假定RSC編碼和映射功能30、32是相同的，對于以上參照圖3所述的特播編碼器的分量編碼器的情況通常是這樣，但這不一定始終這樣，這些功能也可彼此不同。
選擇器36通過以符號(比特對)率交替為一和零(所述情況為1010...)的控制信號來控制，并執(zhí)行選擇和刪截功能，如圖4的選擇器36中的開關所示。在控制信號的第一狀態(tài)，例如當控制信號為二進制1時，選擇器36的開關狀態(tài)如圖4所示，其中來自RSC編碼器和映射功能30的系統(tǒng)符號SS1和奇偶校驗符號PS1分別提供給到發(fā)射天線16、18的輸出通路，未使用功能32的輸出SS2和PS2。在控制信號的第二狀態(tài)，例如當控制信號為二進制0時，選擇器36的開關具有其相反的狀態(tài)，其中來自RSC編碼器和映射功能32的系統(tǒng)符號SS2和奇偶校驗符號PS2分別提供給到發(fā)射天線18、16的輸出通路，未使用功能30的輸出SS1和PS1。
可以理解，通過選擇器36交替選擇非交織系統(tǒng)符號SS1和交織系統(tǒng)符號SS2，以便確保所有系統(tǒng)信息被發(fā)送，就需要交織器34將其輸入端的偶數(shù)位置映射到其輸出端的偶數(shù)位置以及將其輸入端的奇數(shù)位置映射到其輸出端的奇數(shù)位置(或者偶到奇以及奇到偶的位置映射)，正如上述Robertson等人的方案的情況一樣。設置交織器34以相應地提供這種映射。
從以上說明以及從圖4中可以理解，裝置30、32、34和36是以特播編碼器的方式來設置的，為此，功能30和32提供特播編碼器所需的遞歸卷積編碼，選擇器36將特播編碼器的選擇和刪截功能與采用兩付天線16、18的發(fā)射分集所用的時空分組編碼器的功能相結(jié)合。由交織器34進行的偶到偶和奇到奇(或偶到奇和奇到偶)位置映射確保表示所有輸入比特的系統(tǒng)符號隨時間(即在各交織塊中)被發(fā)送，而不管單獨應用于系統(tǒng)符號SS1和SS2的刪截。這樣，裝置30、32、34和36提供了特播編碼、遞歸格形編碼調(diào)制以及時空編碼的組合功能。
需要確定所希望的遞歸格形或卷積編碼，從而確定功能30、32的構(gòu)成，用于以上參照圖4所述的裝置中。編碼過程可通過各種方式來說明，下面所采用的一種方式是通過編碼器狀態(tài)和輸出矩陣來進行的。
對于具有N個狀態(tài)并被提供具有M個可能值(例如在本說明中，對于QPSK的成對輸入比特，M＝4)的輸入符號的編碼器，編碼器狀態(tài)矩陣B是N×M矩陣(N行和M列)，其元素B(i，j)確定下一個符號的編碼器狀態(tài)，取決于等于從0至N-1的整數(shù)的i所表示的當前狀態(tài)，并且還取決于等于從0至M-1的整數(shù)的j所表示的當前輸入符號。編碼器輸出矩陣C也是N×M矩陣，其元素C(i，j)確定在當前編碼器狀態(tài)和當前輸入符號同樣分別由i和j表示時所產(chǎn)生的輸出符號。
對于具有用于供給相應數(shù)量天線的T個輸出通路的編碼器，定義另一個編碼器輸出矩陣Z，它也是N×M矩陣，由矩陣C導出，具有元素Z(i，j)，其中i和j與以上定義相同。各元素Z(i，j)由標識提供給各天線的信號的T個Q相關符號構(gòu)成，其中Q由調(diào)制類型確定，例如對于QPSK，Q＝4。這樣，各元素由標識提供給天線t的信號的T個Q相關符號Zt(i，j)構(gòu)成，其中t為從0到T-1的整數(shù)。
通過從編碼器輸出到用于傳輸?shù)男盘桙c星座的映射功能來進一步說明編碼過程。為簡便起見，在以下說明中，假定這種映射功能如以上參照圖2所述，即用于QPSK符號的格雷碼映射。
雖然對于以上述方式概述的實現(xiàn)能夠完整地描述編碼過程，但并不足以對代碼進行分類。為了后一目的，卷積碼可由以下公式來描述編碼器狀態(tài)矩陣公式Φi+1＝WΦiGUi以及編碼器輸出矩陣公式Zi＝HΦiHuUi其中，Φi是當前編碼器狀態(tài)的n維二進制矢量并且n＝log2(N)，Ui是m維二進制輸入矢量并且m＝log2(M)，Zi是p維二進制輸出矢量，p＝log2(P)以及P＝QT，表示模2加法(或等效為“異或”功能)，G、W、H以及Hu是相應增益或加權(quán)系數(shù)二進制矩陣。
為了幫助理解這個方面，圖5說明卷積或格形編碼器的一般構(gòu)造，它對應于上述最后兩個公式。參照圖5，這個編碼器包括乘法器40至43，它們均被提供相應的增益或加權(quán)系數(shù)。各輸入符號Ui提供給乘法器40和43，當前編碼器狀態(tài)Φi提供給乘法器41和42。乘法器40和41的輸出根據(jù)上述兩個公式中的第一個公式在模2加法器44中組合，該加法器的輸出在延遲單元46中被延遲一個符號間隔D以提供下一個編碼器狀態(tài)。乘法器42和43的輸出根據(jù)上述兩個公式中的第二個公式在模2加法器45中組合，該加法器的輸出提供給執(zhí)行如上所述QPSK映射的映射功能47。對于圖5中的部分通路，維數(shù)m、n和p的矢量的多通路以傳統(tǒng)方法由這些通路上的線段來表示。
卷積碼或格碼可采用矩陣W和矩陣H＝[HHu]來分類。具體地說，如果矩陣W的各行只是包含一個“1”，則該代碼是非遞歸的，否則它是遞歸的。另外，如果矩陣Hu具有在第j行位置上包含單個非零元素的列，并且矩陣H的第j行元素全部為“0”，則該代碼包含輸入序列的第j比特的系統(tǒng)分量。
如上所述，以上引用的Tarokh等人的公開中所述的代碼是非遞歸的，因此不適合提供如圖4所示的有效特播編碼器方案。對于少量的編碼器狀態(tài)，提供最佳代碼的增益矩陣的元素可通過計算機搜索和模擬來確定，但這種方法對于具有大量(例如超過8個)編碼器狀態(tài)的編碼器則不可行，必須采用其它方法。以下所述的代碼通過選擇經(jīng)單一天線傳輸?shù)脑投M制遞歸卷積碼來確定，利用它來構(gòu)造采用預期數(shù)量的天線的時空編碼所用的格子結(jié)構(gòu)，然后修改結(jié)果以便對于QPSK來改善它。也可使用包括以其它方式得到的代碼在內(nèi)的其它代碼，僅作為示例提供以下代碼。
對于可用于圖4的發(fā)射機中的4態(tài)RSC編碼器和QPSK映射功能，矩陣B、C、Z、W、G、H以及Hu可如下所示B=0321210330121230]]>C=0713103414925158161211]]>Z=00133122031032210211332001123023]]>W=0111]]>G=1011]]> Hu=11011110]]>可用來構(gòu)成圖4的裝置中的各功能30和32的這種編碼器及其映射功能的實現(xiàn)如圖6所示。
參照圖6，編碼器包括模2加法器50至54；兩個延遲元件55和56，每一個均提供一個符號(比特對)間隔D的延遲；以及兩個映射功能57和58，每一個功能在其輸出端提供在其輸入端得到的兩個比特到QPSK符號的格雷碼映射，如以上參照圖2所述。
如以上參照圖4所述，在功能30的情況下從S-P轉(zhuǎn)換器10提供的或者在功能32的情況下從交織器34提供的一對輸入比特在各符號間隔中提供給圖6的編碼器的輸入端。這些比特提供給加法器50的輸入端，加法器的輸出以及到編碼器的比特輸入的下面一個(如圖所示)提供給映射功能57，它在其輸出端產(chǎn)生表示輸入比特對的格雷碼QPSK映射系統(tǒng)符號。
到圖6的編碼器的比特輸入的上面一個(如圖所示)也提供給各加法器51至54的輸入端，到編碼器的下面的比特輸入也提供給各加法器52和53的另一個輸入端。加法器51的輸出提供給延遲元件55，該元件的輸出提供給各加法器52至54的另一輸入端。加法器52的輸出提供給延遲元件56，該元件的輸出提供給各加法器51、52以及54的另一個輸入端?？梢钥吹?，圖6所示加法器51至54以及延遲元件55、56的設置實現(xiàn)了上述編碼器矩陣；例如，從延遲元件55、56到加法器51、52的輸入端有三個反饋通路，它們根據(jù)上述矩陣W中的三個一進行配置，其中兩個延遲元件提供編碼器的四個狀態(tài)。加法器53和54的輸出構(gòu)成對映射功能58的輸入，映射功能58根據(jù)上式給出的代碼在其輸出端相應地產(chǎn)生格雷碼QPSK映射奇偶校驗符號。
對于可用于圖4的發(fā)射機中的8態(tài)RSC編碼器和QPSK映射功能，矩陣B、C、Z、W、G、H以及Hu可如下所示B=03127465120365743021475621305647]]>C=06159171481714806159351210241311241311351210]]>Z=0012332101133220011332200012332103113022021031230210312303113022]]>W=111101100]]>G=111000]]> Hu=11010111]]>可周來構(gòu)成圖4的方案中的各功能30和32的這種編碼器及其映射功能的實現(xiàn)如圖7所示。從以上給出的用于這種8態(tài)編碼器的公式的比較以及圖7所示電路(其中有三個延遲元件以提供8個狀態(tài))可以看到，這個電路實現(xiàn)這些公式的遞歸系統(tǒng)卷積編碼。
對于可用于圖4所示發(fā)射機的16態(tài)RSC編碼器和QPSK映射功能，矩陣B、C、Z、W、G、H以及Hu可如下所示B=0312746581191015121413120365749108111413151230214756118109121513142130564710911813141215]]>C=0710133491425815161112161112258153491407101325815161112071013349143491407101316111225815]]>Z=00132231031021320211203301122330011223300211203303102132001322310211203301122330001322310310213203102132001322310112233002112033]]>W=1011100110000100]]>G=11100000]]> Hu=10011011]]>可用來構(gòu)成圖4的裝置中的各功能30和32的這種編碼器及其映射功能的實現(xiàn)如圖8所示。從以上給出的用于這種16態(tài)編碼器的公式的比較以及圖8的電路(其中有四個延遲元件以提供16個狀態(tài))可以看到，這個電路實現(xiàn)這些公式的遞歸系統(tǒng)卷積編碼。
從圖4的編碼裝置以及圖6至8的編碼器的上述說明可以知道，在每種情況下，對于所述QPSK符號，在一個符號間隔中有兩個輸入比特，使得四個比特(兩個系統(tǒng)信息比特和兩個奇偶校驗比特)被提供給特播編碼裝置中的兩個編碼器中每一個的QPSK映射功能。這八個比特由映射功能映射成四個QPSK符號，以及在兩個連續(xù)的符號間隔上，一半QPSK符號被選擇器36刪截，從而在各符號間隔中從兩個天線16和18發(fā)送兩個符號。選擇器裝置是這樣的，在第一符號間隔中，兩個天線發(fā)送來自得到非交織輸入比特的編碼器30的系統(tǒng)和奇偶校驗信息，以及在第二符號間隔中，兩個天線發(fā)送來自得到交織輸入比特的另一個編碼器32的系統(tǒng)和奇偶校驗信息，通過在連續(xù)的符號間隔中交替從各天線發(fā)送系統(tǒng)信息和奇偶校驗信息來增強時空分集。
在上述方案中，映射功能經(jīng)過設置，使得各QPSK符號完全從系統(tǒng)信息或完全從奇偶校驗比特中產(chǎn)生。但是，不一定如此，其它方案也是可能的，例如各QPSK符號從一個系統(tǒng)信息比特和一個奇偶校驗比特中產(chǎn)生。換句話說，對于各編碼器，可以重新設置到映射功能(例如圖6中的56和57)的輸入。
以下參照圖9作為實例所描述的編碼器正是如此，它用于在具有四個發(fā)射天線的發(fā)射機所用的特播STTCM編碼方案中。作為實例，這是QPSK符號的4態(tài)格形編碼器。在時空分集的兩個連續(xù)符號間隔中，從四個天線總共發(fā)送八個符號，從而通過50％刪截，特播編碼器裝置的兩個分量編碼器的映射功能提供八個QPSK符號，因此在各符號間隔中，各編碼器從其映射功能提供四個QPSK符號。這四個QPSK符號表示四個系統(tǒng)比特和四個奇偶校驗比特，所以在這種情況下存在到編碼器的四個輸入比特線。
參照圖9，統(tǒng)稱為60的四個輸入比特線均連接到四個QPSK映射功能61至64的第一輸入端，這些映射功能提供到QPSK符號的格雷碼映射，如以上參照圖2所述。編碼器還包括兩個延遲元件65和66，每一個元件提供一個符號間隔的延時D，從而確定編碼器和模2加法器67至72的四個狀態(tài)。模2加法器69至72的輸出分別連接映射功能61至64的第二輸入端。這樣，QPSK映射功能61至64均被提供一個系統(tǒng)信息比特和一個奇偶校驗比特，并分別產(chǎn)生結(jié)合了這種系統(tǒng)和奇偶校驗信息的QPSK符號SP-1至SP-4。
線60、延遲元件65和66、模-2加法器67至72則以實現(xiàn)下列矩陣W、G、H及Hu的方式相互連接，如圖9所示。本例中未提供矩陣B、C以及Z，因為其規(guī)模較大(例如Z為4×64矩陣)，但它們可從圖9的說明或從以下矩陣中推導W=1010]]>G=11010110]]> Hu=10001110010000110010000100010001]]>另外還應當知道，與圖9中映射功能61至64的連接是作為實例提供的，對于其它代碼及其它情況可重新設置。例如，四個系統(tǒng)比特也可提供給映射功能中的兩個，而四個奇偶校驗比特可提供給其余兩個映射功能。作為另一實例，能夠向映射功能之一提供兩個系統(tǒng)比特，向另一個映射功能提供兩個奇偶校驗比特，以及其余兩個各被提供一個系統(tǒng)比特和一個奇偶校驗比特。但是，對于以下進一步說明，假定圖9的特定裝置。
圖10說明用于具有四個發(fā)射天線的發(fā)射機的特播STTCM編碼裝置的組成部分，其中，圖9的編碼器用來構(gòu)成特播編碼裝置的兩個分量編碼器和映射功能單元80、82。向S-P轉(zhuǎn)換器84提供輸入比特，并將其轉(zhuǎn)換為四比特的分組，它們直接作為單元80的輸入比特并經(jīng)交織器86提供給單元82。交織器86對四比特的分組進行交織，保持偶對偶以及奇對奇或者偶對奇以及奇對偶的位置映射，如上所述。統(tǒng)稱為SP1的單元80的系統(tǒng)和奇偶校驗符號輸出連接到選擇器88的第一組輸入，統(tǒng)稱為SP2的單元82的系統(tǒng)和奇偶校驗符號輸出經(jīng)可選相位旋轉(zhuǎn)單元90連接到選擇器88的第二組輸入。選擇器88由一和零比特的交替序列控制，從而將其第一和第二組輸入在連續(xù)符號間隔中交替連接到至標號為92的四個天線的四條輸出通路上。
可選相位旋轉(zhuǎn)單元90提供各符號的π/2的相位旋轉(zhuǎn)，并且可包含四個乘法器，每一個乘法器經(jīng)過設置，用來將為其提供的QPSK符號中相應的一個與信號ejπ/2相乘，已經(jīng)證明，這能夠改善某些情況下的性能，尤其是在采用四個天線的發(fā)射機中。這種相位旋轉(zhuǎn)單元可省略，若需要，可在上述僅采用兩個天線的發(fā)射機所用的編碼裝置中提供類似的相位旋轉(zhuǎn)單元，和/或可以為部分但不是全部QPSK符號提供相位旋轉(zhuǎn)。
因此，可以看到，選擇器88在每兩個連續(xù)符號間隔的第一個間隔中將來自得到非交織輸入比特的單元80的系統(tǒng)和奇偶校驗信息QPSK符號連接到其輸出，并在每兩個連續(xù)符號間隔的第二個間隔中將來自得到交織輸入比特的單元82的系統(tǒng)和奇偶校驗信息QPSK符號連接到其輸出。
圖11說明與圖4或圖10的裝置配合使用的接收機和解碼裝置的組成部分。如圖11所示，接收機包括兩個天線100和101，來自天線的信號被連接到最大比結(jié)合器(MRC)102并在其中結(jié)合，從而在線103上在其輸出端產(chǎn)生用于解碼的信號。為簡單起見，接收機的其它已知部分、如下變頻器和信號放大器及抽樣器等未在圖11中標明，但由從天線100和101至MRC 102的通路中的虛線來表示。雖然圖11所示的接收機具有兩個天線，但也可只具有一個天線或兩個以上天線，還可使用除最大比結(jié)合之外的其它方法在線103上產(chǎn)生用于解碼的信號。
解碼裝置包括去刪截選擇器104；兩個軟格碼解碼器105和106；交織器107，以與發(fā)射機中的特播編碼裝置的交織器、如圖4所示裝置中的交織器34相同的方式工作；以及去交織器108，以與交織器107相反的方式工作。單元105至108以特播碼解碼器領域中普遍知道的方式進行設置，其中第一解碼器105產(chǎn)生由交織器107進行交織并作為軟輸入提供給第二解碼器106的軟輸出(概率矢量)，它還產(chǎn)生由去交織器108進行去交織并作為軟輸入提供給迭代裝置中的第一解碼器的軟輸出，第一解碼器105對非交織輸入矢量進行操作，以及第二解碼器106對交織輸入矢量進行操作，輸入矢量從要在線103上進行解碼的信號中導出。在預期的迭代次數(shù)之后，從解碼裝置中、例如從圖11所示的去交織器108的輸出中導出輸出。
從前面的說明可以知道，圖4或圖10的編碼裝置在連續(xù)的符號間隔中交替提供從非交織比特中導出的符號以及從交織輸入比特中導出的符號。選擇器104相應地由交替為一和零的控制信號來控制，如圖11所示，以便在連續(xù)的符號間隔中交替具有兩種狀態(tài)中的每一種。在這兩種狀態(tài)中的第一狀態(tài)中，選擇器由具有圖11所示狀態(tài)的開關來表示，并對應于從非交織輸入比特導出的符號的傳輸，選擇器104將線103上的信號作為輸入矢量提供給第一解碼器105，并將零輸入矢量提供給第二解碼器106。相反，在這兩種狀態(tài)中的第二狀態(tài)中，選擇器由具有與圖11所示相反的狀態(tài)的開關來表示，并對應于從交織輸入比特導出的符號的傳輸，選擇器104將零輸入矢量提供給第一解碼器105，并將線103上的信號作為輸入矢量提供給第二解碼器106。這樣，第一解碼器105對非交織數(shù)據(jù)進行操作，第二解碼器106則根據(jù)需要對交織數(shù)據(jù)進行操作。解碼器的復雜度通過在交替符號間隔中向這些解碼器提供零輸入矢量而得到簡化。
以上根據(jù)本發(fā)明的實施例所述的編碼和解碼裝置的性能可有效地與本發(fā)明背景中所引用的先有技術(shù)(Bauch)中已知的級聯(lián)特播TCM和STBC裝置的性能進行比較。在具有兩個發(fā)射天線、兩個接收天線、1000比特(500符號)的交織器分組長度以及256Hz的多普勒頻率的每種情況下，按照1至4dB的信號(每信息比特的能量)噪聲比的范圍上大約0.75至1.1dB的誤碼率，已經(jīng)證明上述根據(jù)本發(fā)明的裝置與Bauch級聯(lián)方案相比提供了顯著改善。
雖然以上對本發(fā)明的特定實施例進行了詳細說明，但是可以理解，大量修改、變更以及改變均可在權(quán)利要求所定義的本發(fā)明范圍之內(nèi)進行。
權(quán)利要求
1.一種為要從數(shù)量為T的多個天線發(fā)送的信息提供時空分集的方法，包括以下步驟在多個連續(xù)符號間隔的每一個中，在兩個遞歸系統(tǒng)卷積編碼器每一個的輸出上產(chǎn)生包含系統(tǒng)信息和奇偶校驗信息的T個符號，向所述編碼器之一直接提供輸入比特，以及在交織塊中對各個符號間隔中的比特分組進行交織之后向另一個編碼器提供所述信息比特；以及選擇第一和第二種不同映射，在相應的交替符號間隔中，在所述編碼器的輸出上所產(chǎn)生的所述符號中的T個符號中的每一個用于提供給T個天線，以便提供所述時空分集，所述交織和映射經(jīng)過設置，以便為所述交織塊中的全部所述輸入比特選擇系統(tǒng)信息。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一映射選擇來自所述編碼器之一的T個符號，以及所述第二映射選擇來自所述另一個編碼器的T個符號。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，T＝2以及在各個符號間隔中，各編碼器產(chǎn)生系統(tǒng)信息符號和奇偶校驗信息符號，其中所述第一映射把來自所述編碼器之一的所述系統(tǒng)信息符號和所述奇偶校驗信息符號分別提供給第一和第二天線，以及所述第二映射把來自所述另一個編碼器的所述系統(tǒng)信息符號和所述奇偶校驗信息符號分別提供給所述第二和第一天線。
4.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，T為偶數(shù)，以及在各符號間隔中，各編碼器產(chǎn)生T/2個系統(tǒng)信息符號以及T/2個奇偶校驗信息符號。
5.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，各編碼器在各符號間隔中所產(chǎn)生的所述T個符號包括含有系統(tǒng)信息和奇偶校驗信息的至少一個符號。
6.如權(quán)利要求1、2、4或5所述的方法，其特征在于，T＝2。
7.如權(quán)利要求1、2、4或5所述的方法，其特征在于，T＝4。
8.如權(quán)利要求1至7中任一項所述的方法，其特征在于包括改變來自所述兩個編碼器的符號相對彼此的相位的步驟。
9.如權(quán)利要求1至8中任一項所述的方法，其特征在于，所述交織比特組均包含m個比特，其中m為整數(shù)，并且在所述編碼器的輸出上產(chǎn)生的符號包含M-PSK符號，其中M＝2m。
10.一種編碼裝置，包括第一和第二遞歸系統(tǒng)卷積編碼器，每個編碼器經(jīng)過設置，用于在多個連續(xù)符號間隔中的每一個中從為其提供的m個比特中產(chǎn)生T個符號，其中m為整數(shù)；交織器，設置成對交織塊中各m個輸入比特的分組進行交織，其中采用偶到偶和奇到奇、或者偶到奇和奇到偶的位置映射；提供給所述第一編碼器和所述交織器的輸入比特，以及從所述交織器提供給所述第二編碼器的交織比特；以及選擇器，設置成在交替符號間隔中將來自所述編碼器的所述T個符號中的不同符號提供給T個輸出路徑中的相應路徑，在所述交替符號間隔的每一個中所選擇的所述T個符號包含來自相應的一個編碼器的全部系統(tǒng)信息。
11.如權(quán)利要求10所述的編碼裝置，其特征在于，各編碼器產(chǎn)生M-PSK符號，其中M＝2m。
12.如權(quán)利要求10或11所述的編碼裝置，其特征在于，T為偶數(shù)，以及在各符號間隔中，各編碼器產(chǎn)生T/2個系統(tǒng)信息符號和T/2個奇偶校驗信息符號，所述選擇器被設置成在連續(xù)符號間隔中交替為各輸出路徑提供系統(tǒng)信息符號和奇偶校驗信息符號。
13.如權(quán)利要求10或11所述的編碼裝置，其特征在于，各編碼器在各符號間隔中產(chǎn)生包含系統(tǒng)信息和奇偶校驗信息的至少一個符號。
14.如權(quán)利要求10至13中任一項所述的編碼裝置，其特征在于，T＝2。
15.如權(quán)利要求10至13中任一項所述的編碼裝置，其特征在于，T＝4。
16.如權(quán)利要求10至15中任一項所述的編碼裝置，其特征在于包括相位旋轉(zhuǎn)器，用于提供所述兩個編碼器之一所產(chǎn)生的符號的π/2相位旋轉(zhuǎn)。
17.一種解碼裝置，用于以迭代方式對通過權(quán)利要求10的編碼裝置進行編碼的接收符號進行解碼，包括第一和第二軟輸出解碼器，用于響應輸入矢量和軟輸入信息，分別對由所述第一和第二遞歸系統(tǒng)卷積編碼器進行的編碼進行解碼；交織器，對應于所述編碼器的所述交織器，設置成將來自所述第一解碼器的軟輸出信息作為軟輸入信息耦合到所述第二解碼器；去交織器，與所述交織器相反，設置成將來自所述第二解碼器的軟輸出信息作為軟輸入信息耦合到所述第一解碼器；以及選擇器，設置成在連續(xù)符號間隔中將接收信號矢量和零輸入矢量作為所述輸入矢量交替提供給所述第一和第二解碼器。
18.一種以迭代方式對包含通過權(quán)利要求1所述的方法進行編碼的符號的接收信號進行解碼的方法，包括以下步驟在連續(xù)符號間隔中將接收信號矢量和零輸入矢量作為輸入矢量交替提供給兩個解碼器，用于分別對所述兩個遞歸系統(tǒng)卷積編碼器所進行的編碼進行解碼；以與編碼方法中相同的方式，把對應于所述編碼器之一的所述解碼器之一的軟輸出進行交織，從而向所述另一個解碼器提供軟輸入；以及與交織相反，對所述另一個解碼器的軟輸出進行去交織，以便向所述解碼器之一提供軟輸入。
全文摘要
為采用多個發(fā)射天線(16、18)的時空分集提供一種特播編碼裝置，其中包括兩個遞歸系統(tǒng)卷積編碼器(30、32)，向其中之一直接提供輸入比特，向另一個提供在相應符號間隔中比特分組的交織(34)之后的信息比特。編碼器所產(chǎn)生且包含系統(tǒng)和奇偶校驗信息的符號在連續(xù)符號間隔中交替地提供給到天線的通路，以便提供時空分集。對于2和4個天線以及各種卷積碼說明了一些裝置，并且還說明了一種迭代解碼器。
文檔編號H04L1/02GK1479983SQ00820123
公開日2004年3月3日 申請日期2000年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月22日
發(fā)明者R·R·王, M·賈, Y·S·欣納科夫, A·M·克羅馬, M·G·巴庫林, V·B·克賴因德林, R R 王, 克羅馬, 克賴因德林, 巴庫林, 欣納科夫 申請人:北方電訊網(wǎng)絡有限公司