專利名稱：多級時間分集式編碼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及例如在無線或蜂窩環(huán)境中有用的多級編碼調(diào)制。
在網(wǎng)格編碼調(diào)制(“TCM”)方法中，將網(wǎng)格編碼和調(diào)制兩者組合在一起，使產(chǎn)生的許多個信息比特由碼元來代表，該碼元調(diào)制到載波上通過通信信道傳輸。碼元是從預(yù)定的碼元星座圖上得到的，星座圖則被劃分成許多子集。首先選擇出用以代表諸信息比特的具體碼元，將這些信息比特的一部分提供給一個網(wǎng)格編碼器。編碼器的輸出用來選擇星座圖的一個子集。然后，其余的所謂未編碼的信息比特用于從選擇出的子集中選擇該具體的碼元。
特別是，在接收到這些信息比特的一部分后，只有有限個狀態(tài)的網(wǎng)格編碼器將從當(dāng)前狀態(tài)轉(zhuǎn)移到下一狀態(tài)，從而產(chǎn)生出標(biāo)識一個子集的比特。一個網(wǎng)格編碼器可采用的狀態(tài)數(shù)目直接影響接收機(jī)中恢復(fù)出所傳輸信號時的計(jì)算量。因此可以說，編碼中狀態(tài)數(shù)目越多，編碼越是復(fù)雜。
網(wǎng)格編碼器的一個特性在于，只容許存在一定的編碼器狀態(tài)轉(zhuǎn)移。結(jié)果，只是一定序列的子集容許在編碼中發(fā)生，它們稱為有效的子集序列。于是，進(jìn)一步的結(jié)果是，只是從那些子集中得到的一定的碼元序列才容許在編碼中發(fā)生，它們稱為有效的碼元序列。任一給定的TCM方法的誤碼性能部分地決定于其所謂的最小距離。這是指任何兩個有效碼元序列之間距離的最小值，而該距離由兩個序列的每一相應(yīng)的碼元對之間距離的平方和的平方根給出。
特別是，一個N維的TCM方法中利用了從一個N維星座圖上得到的N維碼元。N維星座圖典型地包含有許多低維數(shù)星座圖成分的級聯(lián)，因此，每一N維碼元是由許多低維數(shù)信號點(diǎn)組成的，這些信號點(diǎn)在各自的信令期間傳輸。將N維星座圖劃分成N維的子集，劃分中典型地基于使低維數(shù)星座圖成分劃分成諸低維數(shù)信號點(diǎn)的子集。每個N維子集可以由幾個低維數(shù)信號點(diǎn)子集的級聯(lián)組成。上面所述的結(jié)果，使網(wǎng)格編碼器只容許有一定的有效N維子集序列，這事實(shí)意味著，上述低維數(shù)信號點(diǎn)子集中僅僅一定的序列是有效的。類似地，網(wǎng)格編碼器只容許有一定的有效N維碼元序列，這事實(shí)意味著，上述低維數(shù)信號點(diǎn)中僅僅一定的序列是有效的。典型地，諸信號點(diǎn)為二維(2D)的信號點(diǎn)。
TCM方法又可由所謂的時間分集的一種確定級數(shù)來表征。這個參數(shù)等于在任何兩個有效信號點(diǎn)序列之間具有不相同的信號點(diǎn)的信號點(diǎn)位置之最小數(shù)目。例如，如果編碼方案中的時間分集為“2”，則對于給定的任兩個有效信號點(diǎn)序列來說，信號點(diǎn)不相同的信號點(diǎn)位置之?dāng)?shù)目至少等于2。時間分集為“2”或更多時例如有利于在無線環(huán)境中應(yīng)用。無線環(huán)境通常可由所謂的衰落信道來表征，也就是說，此類信道中信號幅度會變得頗小，難以運(yùn)載有關(guān)的傳輸信號中的有用信息。盡管如此，當(dāng)時間分集至少為“2”時，在存在深度的衰落下仍有可能恢復(fù)出傳輸?shù)男盘枴?br> 在設(shè)計(jì)一種具體的TCM方案中，取決于設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，許多參數(shù)互相之間可以折衷地兼顧。其中，最為重要的是帶寬效率(這是指每個碼元所代表的信息比特?cái)?shù)目)，以及上面提到的三個參數(shù)-編碼復(fù)雜性，編碼的最小距離，和編碼的時間分集級。
因此，顧及這樣一種編碼方案情況，它具有可以接受的帶寬效率、編碼復(fù)雜性和最小距離，但對于無線通信應(yīng)用來說不具有所希望的時間分集級。增加時間分集級數(shù)的一種方法是采用十分精細(xì)的星座圖劃分，因而編碼器具有更多的狀態(tài)數(shù)。然而，如上面所這，這將導(dǎo)致譯碼器復(fù)雜性增大。它也可能減小最小距離。另一種可能的方法是增加時間分集，但它涉及每個子集中碼元數(shù)目減少至較少的數(shù)目，由之減低了星座圖中總的碼元數(shù)目。并且，這會減少由每個碼元代表的上述未編碼比特?cái)?shù)目，因而降低了帶寬效率。
本發(fā)明提供出增加的時間分集，它只是犧牲一點(diǎn)一個或幾個其它的性能參數(shù)。實(shí)施本發(fā)明原理的編碼方法是所謂的多級編碼調(diào)制方法，這是在本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)普遍知道的一種類型，由所謂的第一級編碼和所謂的第二級編碼組成，每個編碼中接收輸入數(shù)據(jù)流中各別的數(shù)據(jù)部分。第一級編碼中它本身并不以所希望的時間分集級數(shù)提供出總體的編碼。然而，按照本發(fā)明，第二級編碼這樣選擇，使總體的編碼確實(shí)顯現(xiàn)出了所希望的時間分集級數(shù)。
優(yōu)選實(shí)施例中，第一級編碼是N維的網(wǎng)格編碼，N＞2，它標(biāo)識出信號點(diǎn)子集的序列，將所標(biāo)識的信號點(diǎn)子集中諸信號點(diǎn)選擇出來作為第二級編碼的一個函數(shù)。第一級編碼中標(biāo)識出的信號點(diǎn)子集序列內(nèi)每個不同的對之間至少有M個子集位置不相同，這里M是所希望的時間分集的級數(shù)，M＞1。第二級編碼中確保自同一信號點(diǎn)子集序列內(nèi)得到的每個不同的有效信號點(diǎn)序列對之間至少有M個信號點(diǎn)位置不相同。這保證了總的多級編碼調(diào)制方法具有時間分集數(shù)M。
其優(yōu)點(diǎn)在于，實(shí)現(xiàn)時間分集增大時只是在帶寬效率上略微遭受下降。例如，實(shí)施本發(fā)明的原理中一個特別有利的實(shí)施例內(nèi)包括了一種4維、8狀態(tài)的網(wǎng)格編碼作為第一級編碼，一種(2k+2,2k)雙奇偶校驗(yàn)位編碼作為第二級編碼，這里應(yīng)用k＝12和應(yīng)用2D 16-QAM作為星座圖的構(gòu)成。此實(shí)施例顯現(xiàn)出帶寬效率約為
比特每信號點(diǎn)，它比之應(yīng)用同樣星座圖，但只應(yīng)用第一級編碼的單級編碼方式所達(dá)到的
比特每信號點(diǎn)的帶寬效率，僅僅小一點(diǎn)點(diǎn)。并且，它要求的譯碼器只是稍為復(fù)雜些。何況，多級編碼呈現(xiàn)的時間分集為“2”，而單級編碼只顯現(xiàn)出僅僅M＝1的時間分集(實(shí)質(zhì)上，意味著沒有時間分集)，的確做到了這一點(diǎn)而又不犧牲最小距離。如此，有利地實(shí)現(xiàn)了一些參數(shù)的折衷兼顧。作為比較，還有可能應(yīng)用同樣的星座圖而達(dá)到時間分集M＝2，它與采用一種單級編碼方式下的帶寬效率達(dá)到了大致的相同。不過，這樣一種方法的缺點(diǎn)在于，會導(dǎo)致譯碼器的復(fù)雜性顯著地加大，并且最小距離減小。
推動先有技術(shù)應(yīng)用多級編碼的做法已經(jīng)增加了編碼中的最小距離，由之改善了其誤碼率性能。已證明，某些這樣的先有技術(shù)方法也可以達(dá)到時間分集。(例如，參見本人的美國專利申請U.S.Patent 5,548,615，1996年8月20日發(fā)布。)本發(fā)明在這里包含了上面敘述的此種類型多級編碼，它們并不是在顧及先有技術(shù)下推動的。也就是，本發(fā)明在這里是多級的編碼類別，它們提供出時間分集M＞1，但借助于存在有第二級編碼，其中總體編碼的最小距離并不增加。


圖1是一個通信系統(tǒng)的方框圖，它應(yīng)用了一種多級編碼調(diào)制方法來實(shí)施本發(fā)明的原理。
圖2示出應(yīng)用于圖1發(fā)射機(jī)中的一個二維16-QAM的星座圖，它劃分成4個信號點(diǎn)子集。
圖3是基于圖2的星座圖，用于劃分出4維星座圖的表。
圖4示出圖1中發(fā)射機(jī)之一部分的實(shí)施例。
圖5是有助于解釋時間分集的一個例子。
圖6示出由圖4中網(wǎng)格編碼器應(yīng)用的一個具體的網(wǎng)格編碼的實(shí)現(xiàn)電路。
圖7表明由圖1中接收機(jī)應(yīng)用的一個兩級譯碼器的實(shí)施例。
圖8示出圖4中雙奇偶校驗(yàn)位編碼器用的一個狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。
圖9的虛線圖有助于表明圖7中4狀態(tài)譯碼器的工作。
圖10示出的網(wǎng)格圖表示出圖7中4狀態(tài)譯碼器的工作。
圖11示出基于圖10中網(wǎng)格圖的網(wǎng)格，它形成了圖7中4狀態(tài)譯碼器工作的基礎(chǔ)。
圖12示出劃分成4個信號點(diǎn)子集的一個16-PSK星座圖，可以應(yīng)用于圖1中的發(fā)射機(jī)內(nèi)，作為圖2中16-QAM星座圖的一種取代。
圖13是一個矩陣，有助于表明圖1中所示交織器的工作。
圖1是一個通信系統(tǒng)的方框圖，它采用了一種網(wǎng)格編碼調(diào)制(TCM)形式，特別是一種多級的編碼調(diào)制方案，以實(shí)施本發(fā)明的原理。總體上看，形成的二進(jìn)制數(shù)據(jù)由信號點(diǎn)來代表，諸信號點(diǎn)調(diào)制在一個載波上，通過一個信道傳輸。
特別地，輸入數(shù)據(jù)加到發(fā)射機(jī)10上，發(fā)射機(jī)10中包括一個第一級編碼器103和一個第二級編碼器101。星座圖映射器105中包括一個信號點(diǎn)子集選擇器102，它響應(yīng)于編碼器103的m個輸出比特，m＞1，標(biāo)識出星座圖中各別的信號點(diǎn)子集，更詳細(xì)內(nèi)容敘述于后面。星座圖映射器105中還包括信號點(diǎn)選擇器104，它響應(yīng)于第二級編碼器101的輸出比特，從每個標(biāo)識的子集中選擇出一個具體的信號點(diǎn)。交織器106使選擇出的諸信號點(diǎn)交織，然后供給調(diào)制器107而經(jīng)由信道109傳輸，該信道示例地為一個無線的電信信道。
接收機(jī)15接收所傳輸?shù)男盘桙c(diǎn)，它們在信道中受到了噪聲和諸如多徑衰落之類其它損傷的污染。接收機(jī)15中包括解調(diào)器151和去交織器152，它們分別實(shí)行與調(diào)制器107和交織器106的工作相反轉(zhuǎn)的工作。去交織器152的輸出加至譯碼器153上恢復(fù)出所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。
每一個這樣的信號點(diǎn)如圖2中的16-QAM星座圖所示例，它表明是預(yù)定的2D星座圖中的一個點(diǎn)；而16-QAM星座圖是指總共有16個信號點(diǎn)的一個QAM星座圖。第一級編碼示例地為應(yīng)用了4D星座圖的一個4維(4D)網(wǎng)格編碼，它由一對16-QAM星座圖級聯(lián)形成。每個4D碼元包含兩個2D信號點(diǎn)的級聯(lián)，在持續(xù)期為2T的一個4D“碼元期間”內(nèi)或是等效地持續(xù)期為T的兩個“信令期間”內(nèi)，傳輸至信道中。每一個信號點(diǎn)是在有關(guān)的一個信令期間時間內(nèi)傳輸出的。162＝256個不同的4D碼元的集合組成了一個4D信令星座圖。
4D星座圖中的兩個2D星座圖成分之每一個劃分成4個2D子集，標(biāo)志為a，b，c和d。圖2中以參考字母示明了將2D點(diǎn)中的每一個指配給4個2D子集中的哪一個。4D星座圖劃分成8個4D子集，在圖3中標(biāo)志為子集0至子集7，每個4D子集包含有兩對2D子集中的諸信號點(diǎn)。例如，4D子集0中的每個4D碼元，其第一和第二2D信號點(diǎn)成分均取自2D子集a，或是均取自2D子集b，則分別標(biāo)志為(a，a)或(b，b)。由于總共有256個4D碼元和8個子集，所以每個4D集包含有32個4D碼元。
圖4進(jìn)一步示明圖1中發(fā)射機(jī)10的細(xì)節(jié)。輸入比特的一部分在線路409上提供給第一級編碼器103，輸入比特的其余部分在線路407和408上提供給第二級編碼器101。其工作在下面將詳細(xì)說明。第一級編碼器103的輸出于每兩個信令期間包含4個比特，那些比特應(yīng)用來標(biāo)識出8個預(yù)定的4D子集之一，并且特別地，2D子集對中的一個包含有所標(biāo)識的4D子集。第二級編碼器101的輸出于每兩個信令期間包含2個比特，那些比特應(yīng)用來對每個所標(biāo)識的2D子集選擇出一個具體的信號點(diǎn)。
編碼器103中包含比特集合器403，4D、8狀態(tài)、2/3編碼率的網(wǎng)格編碼器404，以及2D-子集-對選擇器405。比特集合器403輸出3個比特X3n、I2n和I1n，它們與第n個和第n+1個兩個信令期間相關(guān)聯(lián)。因此可知道，每個信令期內(nèi)供給線路409的平均輸入比特?cái)?shù)為1.5。比特X3n保持不編碼，提供給2D-子集-對選擇器405。比特I2n和I1n提供給網(wǎng)格編碼器404。本實(shí)施例中示例地應(yīng)用來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格編碼的電路示明于圖6中，其中，標(biāo)記“2T”的每個方框?yàn)橐粋€延時單元，它提供出2T秒的延時，又每個“+”號指明一個異或門。
來自網(wǎng)格編碼器404的3個輸出比特X2n、X1n和X0n提供給2D-子集-對選擇器405。2D-子集-對選擇器405將這些比特以及未編碼比特X3n轉(zhuǎn)換成另外的4個比特Y1n+1、Y0n+1、Y1n和Y0n。圖3的表上示明了這種轉(zhuǎn)換的細(xì)節(jié)。概念上，這3個比特X2n、X1n和X0n應(yīng)用來標(biāo)識4D星座圖中8個4D子集之一；未編碼比特X3n應(yīng)用來對所標(biāo)識的4D子集中兩個2D-子集-對之一進(jìn)行標(biāo)識。2D-子集-對選擇器405的輸出Y1n+1Y0n+1Y1nY0n組成之比特模式的值，代表了由此標(biāo)識的2D-子集-對。特別是，對應(yīng)于子集a、b、c和d的Y1nY0n之比特模式分別為“00”、“11”、“10”和“01”；對于Y1n+1Y0n+1之比特模式，有同樣的情況。
例如，參看圖3，如果比特X2nX1nX0n的值為“010”，則4D子集2便是所標(biāo)識的那一個。如果此時X3n的值為“1”，則輸出比特Y1n+1Y0n+1具有值“11”，從而標(biāo)識2D子集為b，而輸出比特Y1nY0n具有值“00”，從而標(biāo)識2D子集為a。因此，最后傳輸?shù)?D碼元由子集a中來的一個2D信號點(diǎn)和由子集b中來的一個2D信號點(diǎn)組成。
這些子集中具體的2D信號點(diǎn)由第二級編碼器101中實(shí)現(xiàn)的第二級編碼予以選定。對于K個接連的2D信令期間(示例中K＝12)之每一個，在線路407上給出一個輸入比特，并在線路408上給出一個輸入比特，分別去往有關(guān)的單奇偶校驗(yàn)位編碼器4022和4024，它們兩者共同組成雙奇偶校驗(yàn)位編碼器101。這些比特不變化地分別呈現(xiàn)為第二級編碼器的輸出比特Y3n和Y2n。接續(xù)上面的例子，這些比特應(yīng)用來對第n個信令期間標(biāo)識的子集a中4個2D信號點(diǎn)之一予以選擇，并對第(n+1)個信令期間標(biāo)識的子集b中4個2D信號點(diǎn)之一予以選擇。在接著的下一個即第(K+1)個信令期間，比特Y3n和Y2n分別從編碼器4022和4024中得到它們的值。特別是，比特Y3n(Y2n)的值為線路407(408)上前面12個比特的偶校驗(yàn)比特值。并且，由于在(K+1)個信令期間只對編碼器4022和4024提供給K個比特，所以，在線路407和線路408上分別提供的每個信令期間的平均輸入比特?cái)?shù)為K/(K+1)個，如圖4中所示，在本例子中為12/13個。然后，由雙奇偶校驗(yàn)位編碼器101于下一組的(K+1)信令期間實(shí)施同樣的運(yùn)作，并依此類推。
2D 16-QAM星座圖映射器105應(yīng)用由第二級和第一級編碼器提供的諸比特，借以對要傳輸?shù)摹⑦x定的4D碼元中兩個2D信號點(diǎn)成分的參量(例如X和Y座標(biāo))予以輸出，第n個信令期間的信號點(diǎn)為Pn。特別是，星座圖映射器105由電路上示明為一個開關(guān)的單元401進(jìn)行增廣。在信令期n的時間內(nèi)，單元401給出從線路4014上由2D-子集-對選擇器405確定的輸入比特Y1nY0n，并如上面所述地由第二級編碼器101提供出比特Y3n和Y2n。在信令期n+1的時間內(nèi)，單元401給出從線路4012上來的輸入比特Y1n+1Y0n+1，并且第二級編碼器101提供出比特Y3n+1和Y2n+1。因此，通過第n和第(n+1)兩個信令期，向星座圖映射器105提供出總共8個比特來自第二級編碼的Y3n+1、Y2n+1、Y3n和Y2n，以及來自第一級編碼的Y1n+1、Y0n+1、Y1n和Y0n。比特Y3n+1Y2n+1Y1n+1Y0n+1的值應(yīng)用來對選定的4D碼元Pn中2D信號點(diǎn)的第一成分進(jìn)行選擇，而比特Y3nY2nY1nY0n的值應(yīng)用來對Pn中2D信號點(diǎn)的第二成分進(jìn)行選擇。例如，如果Y3nY2nY1nY0n或是Y3n+1Y2n+1Y1n+1Y0n+1的比特模式為“0011”，則圖2的星座圖中第一象限內(nèi)右上角的2D信號點(diǎn)被選擇中。
可以說，一個TCM方法呈現(xiàn)出一定級的時間分集，它的數(shù)值等于信號點(diǎn)不相同的任何兩個有效信號點(diǎn)序列內(nèi)信號點(diǎn)位置的最小數(shù)目。例如，如果任一個有效信號點(diǎn)序列與其它的每個有效序列之間至少有2個信號點(diǎn)位置不相同，則這種時間分集方法呈現(xiàn)出時間分集為“2”。作為此種時間分集的結(jié)果，例如或許由于蜂窩環(huán)境中的衰落效應(yīng)，至多一個序列中只是丟失一個信號點(diǎn)，則經(jīng)常能恢復(fù)出所傳輸?shù)男畔ⅲ芍纳屏丝傮w的誤碼性能，下面將示例說明。
本示例性實(shí)施例中應(yīng)用的第一級編碼本身并不提供具有時間分集M＞1的總體編碼。另一方面，可以說，第一級編碼中任一信號點(diǎn)子集的有效序列與其它的每一個信號點(diǎn)子集的有效序列之間至少有兩個子集位置不相同。因此，如果每個星座圖子集僅僅由一個信號點(diǎn)組成，則由于每個有效的子集序列只對應(yīng)于一個有效的信號點(diǎn)序列，總體編碼將呈現(xiàn)出時間分集為2。
然而，這里的每個信號點(diǎn)子集包含有4個信號點(diǎn)而不是一個信號點(diǎn)。結(jié)果，單獨(dú)的第一級編碼即使保證使任一個信號點(diǎn)子集有效序列與其它的每一個信號點(diǎn)子集有效序列之間至少有兩個子集位置不相同，也不足以保證總體的編碼呈現(xiàn)出時間分集為2。這是因?yàn)?，除非采取步驟來預(yù)防，從同一個信號點(diǎn)子集的序列中選擇出的兩個信號點(diǎn)序列之間就只會在一個信號點(diǎn)位置上不相同。
本人已經(jīng)做到，通過選擇好一定的第二級編碼，可以使總體的編碼呈現(xiàn)出所希望的時間分集級。例如，如下面要詳細(xì)說明的，在上面敘述的示例性實(shí)施例中雙奇偶校驗(yàn)位編碼可保證，總體的編碼呈現(xiàn)出時間分集為2，在此情況下確實(shí)可做到第一級編碼使任一個信號點(diǎn)子集有效序列與其它的每一個子集的有效序列之間至少有兩個子集位置不相同。特別是，雙奇偶校驗(yàn)位編碼使得若K(＝12)個信號點(diǎn)的兩個序列互相之間的不相同僅在于一個信號點(diǎn)位置，則附加到每個序列上的奇偶校驗(yàn)比特必需不同，以便得到的K+1(＝13)個信號點(diǎn)的兩個序列之間將在兩個信號點(diǎn)位置上不相同。其優(yōu)點(diǎn)在于，在時間分集上實(shí)現(xiàn)此種不相同的數(shù)量增加時，“成本”相當(dāng)小，即在帶寬效率上只損失2/(K+1)比特每信號點(diǎn)，并且相對于單一級的TCM方案(與圖4中所示的方案相同，但沒有第二級編碼)而言，譯碼器的復(fù)雜性僅僅略為增大。
時間分集的概念可以從圖5上得到進(jìn)一步的理解，圖5中示例出K＝2的一個簡單例子。采用標(biāo)志符Xi來指明信號點(diǎn)子集X內(nèi)的信號點(diǎn)Xi，而信號點(diǎn)子集X的比特模式Y(jié)3nY2n等于i的十進(jìn)制等效值。圖5示出一個3信號點(diǎn)序列的集合(對應(yīng)于兩個數(shù)據(jù)比特和一個奇偶校驗(yàn)比特)，它們是從子集a、b和c的一個特定的序列中得到的，故該序列為abc。每一子集有4個信號點(diǎn)，即i＝0，1，2，3。應(yīng)當(dāng)指出，信號點(diǎn)的每個序列與任一其它的序列之間至少有兩個信號點(diǎn)位置不相同。舉例來看，假定傳輸?shù)氖切蛄衋2b1c3，但例如由于深度的衰落使中間信號點(diǎn)b1丟失，接收機(jī)只接收到a2-a3。如下面所述，假定通過對第一級編碼的譯碼處理已經(jīng)正確地確定了準(zhǔn)確的子集序列abc，則人們在對該子集序列已知道有效的信號點(diǎn)序列下(如圖5中所示)，可以檢驗(yàn)該接收機(jī)，在給定出序列開始于a2而結(jié)束于c3的情況下，能清楚地確定出丟失的信號點(diǎn)必定是b1。然而，即使3信號點(diǎn)序列中的一對若與另一對之間只在一個信號點(diǎn)位置上不相同，實(shí)際上不能這樣地保證說，具有此種有效序列之集合的一個編碼有著時間分集M＝1。
圖7示明譯碼器153的一個實(shí)施例，它示例出一個包含有兩級的譯碼器。第一級為8狀態(tài)的維特比譯碼器1531，用來對于以第一級4D網(wǎng)格編碼法進(jìn)行了編碼的那些比特予以譯碼；第二級為4狀態(tài)的維特比譯碼器1533，用來對于以第二級雙奇偶檢驗(yàn)位編碼法進(jìn)行了編碼的那些比特予以譯碼。
特別地，對于每個接收到的、從有損傷的信道來的信號點(diǎn)
，第一級譯碼器1531以周知的方式時對比特Y1n-D和Y0n-D形成一種延時判決，以對從中取得早先接收到的信號點(diǎn)
的信號點(diǎn)子集確認(rèn)同一性，這里的D是發(fā)生在譯碼器1531內(nèi)的譯碼延時。然后，第二級譯碼器1533用來進(jìn)一步確定其余的比特Y3n-D和Y2n-D。特別是，譯碼器1533接收譯碼器1531的信號點(diǎn)子集來估值Y1n-D和Y0n-D。與此同時，譯碼器1533接收到由延時單元1532提供出的從延時的有損傷信道來的信號點(diǎn)
在給定的信號點(diǎn)子集的標(biāo)識下，譯碼器1533隨后可處理該接收到的信號點(diǎn)，借以確定所傳輸?shù)氖悄莻€子集內(nèi)的哪一個信號點(diǎn)，并由之恢復(fù)出比特Y3n-D和Y2n-D。
通過認(rèn)識到雙奇偶校驗(yàn)位編碼能夠以具有4狀態(tài)的一個4狀態(tài)編碼器來代表(為方便起見，4狀態(tài)“00”、“01”、“10”、“11”指的是“0”至“3”)，可以最好地表明維特比譯碼器1533的工作。對于每個編碼器，當(dāng)K個輸入比特之序列中的每個輸入比特(比特Y3nY2n的值)被接收到時，當(dāng)前狀態(tài)反映出當(dāng)前的雙奇偶校驗(yàn)位。也就是，當(dāng)前狀態(tài)反映出(a)由編碼器4022先前接收到的輸入比特中的奇偶校驗(yàn)位(諸Y3n比特的值)，和(b)由編碼器4024先前接收到的輸入比特中的奇偶校驗(yàn)位(諸Y2比特的值)。例如，狀態(tài)“01”意味著在該點(diǎn)的時間上由編碼器4022先前接收到的輸入比特中的奇偶校驗(yàn)位為“0”，以及意味著在該點(diǎn)的時間上由編碼器4024先前接收到的輸入比特中的奇偶校驗(yàn)位為“1”。
當(dāng)接收到與諸信令期相關(guān)聯(lián)、但每一第(K+1)個信令期間除外的輸入比特時，編碼器將它們作為Y3和Y2的值和狀態(tài)轉(zhuǎn)移而提供給下一個狀態(tài)。例如，如果編碼器101的當(dāng)前狀態(tài)為“1”和接收到的輸入比特為“10”，則編碼器101前進(jìn)至下一個狀態(tài)“3”，并對比特Y3和Y2分別提供出數(shù)值“1”和“0”。在第(K+1)個信令期間上，由編碼器的當(dāng)前狀態(tài)(圖8中的最左面一列)指明的當(dāng)前的雙奇偶校驗(yàn)位便作為輸出提供出來，使編碼器回到狀態(tài)“0”。然后，對下一個(K+1)信令期重復(fù)此過程。
圖8中所示的雙奇偶校驗(yàn)編碼的狀態(tài)圖可用另一種方法表示成網(wǎng)格圖，特別是表示成圖10中的網(wǎng)格圖。由網(wǎng)格圖的一條支路使每一當(dāng)前狀態(tài)連接至每個其它的狀態(tài)這一事實(shí)，反映了這樣的事實(shí)，即雙奇偶檢驗(yàn)位編碼能夠在任何時間上從其4個狀態(tài)之任一個中轉(zhuǎn)移至其4個狀態(tài)中任何另外的一個上。每條支路由圖8中每一當(dāng)前狀態(tài)至下一個狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移所關(guān)聯(lián)的比特Y3nY2n的具體數(shù)值對來加以標(biāo)記。因此，每條支路也與響應(yīng)于發(fā)射機(jī)中那些比特值而選擇出的信號點(diǎn)相關(guān)聯(lián)。于是，擴(kuò)展于(K+1)個信令期上的總體編碼可以由圖11中的網(wǎng)格圖表示。如上面所指出，編碼總是開始于狀態(tài)0，橫移至圖10網(wǎng)格圖上的(K-1)個星座點(diǎn)，并也如上面所指出，總是終止于狀態(tài)0。
在給定這樣一種網(wǎng)格圖的情況下，譯碼器1533可以有利地實(shí)現(xiàn)成通常的維特比譯碼器。如圖9中所示，當(dāng)接收到每個信號點(diǎn)
時，它對于子集內(nèi)諸信號點(diǎn)中第j個(j＝0，1，2，3)的距離mj由譯碼器1531標(biāo)識出并進(jìn)行計(jì)量。距離mj起到支路度量的作用，應(yīng)用于與第j個信號點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的網(wǎng)格圖的4條支路上。對于常規(guī)形式下的每一狀態(tài)，將支路度量疊加到路徑度量上累計(jì)起來。引向每一狀態(tài)的、具有最小路徑度量的路徑在譯碼的每一階段中保留下來，而其它的路徑舍棄掉。接收到第(K+1)個信號點(diǎn)之后，通過與沿著引向終端處狀態(tài)0的保留路徑相反的路徑追蹤回去，便可確定出所標(biāo)識的子集中傳輸?shù)闹T信號點(diǎn)。
這種譯碼過程能夠使譯碼器探尋出這樣的事實(shí)，即可以如下地理解該編碼具有時間分集M＝2認(rèn)為在諸信號點(diǎn)位置之一個上有深度的衰落。對于網(wǎng)格圖中該信號點(diǎn)上所有的支路，支路度量值將全部相同。(在QAM環(huán)境中，載波的衰落會實(shí)際上使接收機(jī)將所有的信號點(diǎn)都看作是在原點(diǎn)；在PSK環(huán)境中，衰落的信號點(diǎn)由于位于原點(diǎn)而會與所有信號點(diǎn)形成等距離，因?yàn)槟切┬盘桙c(diǎn)位于一個圓周上)。緊接著衰落之后的網(wǎng)格圖中，自信號點(diǎn)上進(jìn)入4種譯碼器狀態(tài)之每一條的幸存路徑，將從特定的狀態(tài)上全面地出發(fā)，該特定的狀態(tài)在衰落之前有著最小的累計(jì)路徑度量，而由于諸支路度量完全相同，故諸幸存路徑全都有相同的累計(jì)路徑度量。因此，衰落的信號點(diǎn)所代表的4種可能的比特模式中的每一種，都保留于4條幸存路徑之一中。并且，它表明了由于編碼具有時間分集M＝2，故而所傳輸?shù)男盘桙c(diǎn)序列在剛發(fā)生衰落之后再從網(wǎng)格圖中向前出發(fā)時，與所有其它有效的序列之間至少有一個信號點(diǎn)位置不相同。據(jù)此，可以自最后的狀態(tài)0開始，沿著最后的幸存路徑向前退回，去往緊隨于衰落之后的4種狀態(tài)中的一個特定狀態(tài)上，并從該處回到網(wǎng)格圖的起始狀態(tài)0。因此，譯碼器對整個傳輸路徑將提供出其最佳的估計(jì)，包括衰落的信號在內(nèi)。
上面所述僅僅是對本發(fā)明的示例。例如，可以應(yīng)用不同的編碼、比特率、星座圖和星座劃分。特別是，采用16-QAM星座圖時對接收到信號的強(qiáng)度和載波相位需要有格外精確的估計(jì)。因此舉例說，對于圖4中的星座圖映射器105可以利用圖12中的16-PSK星座圖來取代圖2中的16-QAM星座圖，而編碼中的所有其它方面仍如上面已作出的說明一樣。此外，16-PSK星座圖中信號點(diǎn)的數(shù)據(jù)流可以按照通常的16-DPSK調(diào)制用差分形式進(jìn)行傳輸。
交織器106使得星座圖映射器105輸出的接連的諸信號點(diǎn)之間，在信道內(nèi)的出現(xiàn)時間上有效地加寬間隔。交織器106是對該編碼“匹配”的，眾所周知，這意味著在可能的程度上使編碼中完成了時間分集的諸信號點(diǎn)之位置，當(dāng)歷經(jīng)信道時盡可能地遠(yuǎn)離開。交織器106的工作遵循一般的原理，可參見本人的、名稱為“Interleaving in Coded Modulationfor Mobile Radio(用于移動無線電的編碼調(diào)制中的交織)”的美國專利U.S.Patent No 5,056,112，以及IEEE Trans.Inform.Theory(IEEE會刊“信息理論”)1993年11月號、卷IT-39、第1820-1839頁中Lee-Fang Wei的論文Coded M-DPSK with Built-In Time Diversityfor Fading Channels(用于衰落信道中內(nèi)藏時間分集的M-DPSK編碼調(diào)制)”。特別是，在星座圖映射器105的輸出中以260個信號點(diǎn)為每一組，信號點(diǎn)計(jì)數(shù)自0至259。在交織器106內(nèi)，按照圖13中所示的方法將這些數(shù)據(jù)寫入由20行、13列組成的一個交織矩陣內(nèi)。也就是，第0個信號點(diǎn)寫入第0行、第0列的位置，第1個信號點(diǎn)寫入第0行、第3列的位置，依此類推。這樣地將全部的260個信號點(diǎn)寫入交織器后，逐列地在每一列內(nèi)從上到下地讀出。于是，交織器106的輸出序列將是信號點(diǎn)號數(shù)0，130，26，……，247，5，135……等等。
需要指出，本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的熟練人員知道，這里的諸方框圖代表了實(shí)施本發(fā)明之原理中示例電路的概念性示圖。在優(yōu)選實(shí)施例中諸附圖內(nèi)所示各個單元的功能，可以借助一個或多個編程的處理器、數(shù)字信號處理器(DSP)芯片或其它之類來實(shí)現(xiàn)，而不是用各別的硬件單元來實(shí)現(xiàn)。
在這里的權(quán)利要求中，對于用以實(shí)現(xiàn)特定的功能的裝置所表示出的任一個單元，其本意上包羅了實(shí)現(xiàn)該功能的任何方式，例如包括a)實(shí)現(xiàn)該功能的諸電路單元的組合；或是b)任何形式下的軟件(因而包括固件、微碼之類)，結(jié)合以執(zhí)行該軟件以實(shí)現(xiàn)其功能用的合適的電路。由這些權(quán)利要求所規(guī)定的本發(fā)明歸于這樣的事實(shí)，即借助于列舉的各種裝置所提供的諸功能，可按照所提出的權(quán)利要求組合和完成在一起。因此，專利申請人關(guān)注到能夠提供出與這里所示明的那些功能具有等效功能的任一種裝置。
本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的熟練人員知道，他們能夠設(shè)想出實(shí)施本發(fā)明的各種安排，它們雖然在此未明顯地示明或敘述，但都在本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)和范疇之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種編碼方法，包括步驟應(yīng)用第一編碼將輸入數(shù)據(jù)流中的第一部分進(jìn)行編碼；應(yīng)用第二編碼將所述輸入數(shù)據(jù)流中的第二部分進(jìn)行編碼；對編碼的第一和第二部分起響應(yīng)，產(chǎn)生出從預(yù)定的信令星座圖中選擇出的信號點(diǎn)序列；和將所述信號點(diǎn)序列施加到一個信道上；其特征在于，所述第二個編碼步驟并不引起在不同信號點(diǎn)序列之間的最小距離的增加。
2.權(quán)利要求1的本發(fā)明，其中，所述第一編碼對每一個產(chǎn)生的信號點(diǎn)提供出一個以上的輸出比特。
3.權(quán)利要求1或2的本發(fā)明，其中，所述第二個編碼步驟增大了不同信號點(diǎn)序列之間的時間分集。
4.權(quán)利要求3的本發(fā)明，其中，所述第一編碼是N維的網(wǎng)格編碼，N＞2。
5.權(quán)利要求3的本發(fā)明，其中，所述第二編碼是奇偶校驗(yàn)編碼。
全文摘要
一種多級編碼調(diào)制方法,其中,輸入數(shù)據(jù)的第一部分由第一級編碼進(jìn)行編碼,輸入數(shù)據(jù)的第二部分由第二級編碼進(jìn)行編碼,第二級編碼使總體的多級編碼呈現(xiàn)出所希望的時間分集級數(shù)至少為2,又借助于存在第二級編碼而總體編碼的最小距離并不增加。
文檔編號H03M13/41GK1229554SQ98800816
公開日1999年9月22日 申請日期1998年6月11日 優(yōu)先權(quán)日1997年6月13日
發(fā)明者魏立方 申請人:朗迅科技公司