專利名稱：在四相移鍵控調(diào)制的構(gòu)象重組的分集通信系統(tǒng)中傳送數(shù)據(jù)的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及信號構(gòu)象重組(constellation rearrangement)方案。此技術(shù)可應(yīng)用于提供ARQ機(jī)制的通信系統(tǒng)、或通過在同一數(shù)據(jù)單元內(nèi)傳送冗余碼而提供分集(diversity)的系統(tǒng)。其具體適合于采用QPSK作為調(diào)制方案的系統(tǒng)。
還可將本發(fā)明應(yīng)用于這種通信系統(tǒng)，其中，例如，通過多路分集分支(例如發(fā)射天線)、或在同一數(shù)據(jù)分組內(nèi)同時傳送冗余碼。下面通常將其稱為“分集”。
背景技術(shù)：
在G.Benilli，“New mapping rules for combination of M-ary modulation anderror-detecting codes in ARQ systems”，IEE Proceedings，Vol.137，Pt.1，No.4，August 1990中，示出并證明了增加信號構(gòu)象點(diǎn)之間的歐幾里得(euclidean)距離不僅僅會使性能提高。這在通過使用多個分組傳送、或通過在具有不同構(gòu)象的同一分組內(nèi)重復(fù)相同數(shù)據(jù)而重復(fù)相同數(shù)據(jù)時特別有效。
為此，存在將碼元(symbol)映射到構(gòu)象點(diǎn)的不同方法。這些方法因而取決于例如分組的傳送編號。如圖3A至圖3C所示，可看到該狀態(tài)。在這些狀態(tài)中，在第一、第二、以及第三傳送中，分別將相同的輸入碼元(“0”、“1”、“2”、“3”)映射到不同的信號構(gòu)象點(diǎn)。
對于二進(jìn)制通信系統(tǒng)來說，所涉及的二進(jìn)制數(shù)學(xué)運(yùn)算遵循具有二元的有限域的規(guī)則，所述有限域還被稱為二次伽羅瓦(Galois)域、或簡稱為GF(2)。
然而，存在用于二次以外的其它次的伽羅瓦域的操作和規(guī)則。例如，與此有關(guān)的細(xì)節(jié)可在S.Lin D.J Costello Jr，“Error Control CodingFundamentals and Applications(誤差控制編碼基礎(chǔ)和應(yīng)用)”，Prentice-Hall1983，pages 29-33中獲得。這里，注意到以直接方式定義加法和乘法就足夠了。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明中，GF(4)元素的乘法是特別感興趣的。因此，這里不經(jīng)證明而給出兩個重要的特性·對于GF(4)的兩個元素a和b，如果對于任意的a，a·b＝b成立，則b是所謂的空元素(null-element)， (1)·對于GF(4)的兩個元素a和b，如果對于任意的a，a·b＝a成立，則b是所謂的單位元素(identity-element)， (2)如上所述，迄今為止，現(xiàn)有技術(shù)是通過對碼元映射實(shí)體的參數(shù)化的輸入碼元而實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明針對于有效的實(shí)現(xiàn)理由，以提供使用非參數(shù)化標(biāo)準(zhǔn)映射實(shí)體的方法和發(fā)送器。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種用于如獨(dú)立權(quán)利要求所闡述的那樣傳送數(shù)據(jù)的方法和發(fā)送器。支持本發(fā)明的一般概念在于通過算術(shù)運(yùn)算而在發(fā)送器中修改冗余的傳送數(shù)據(jù)碼元，以具有增加的歐幾里得距離的有益效果。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，由對伽羅瓦域GF(4)操作的乘法器修改輸入碼元序列，該伽羅瓦域GF(4)取決于在將碼元輸入到映射實(shí)體105之前的分集編號參數(shù)。因而，所得到的輸出序列與通過多個映射方案而操作的映射實(shí)體的輸出不可區(qū)分。


下面將通過參照附圖來更詳細(xì)地描述本發(fā)明，其中圖1圖解了根據(jù)本發(fā)明的發(fā)送器的實(shí)現(xiàn)的原理結(jié)構(gòu)；圖2圖解了GF(4)運(yùn)算中的加法和乘法運(yùn)算；圖3A至3C示出了3個示例碼元映射規(guī)則；圖4示出了發(fā)送器的替換實(shí)施例；圖5圖解了根據(jù)本發(fā)明的分組傳送方法的示例。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明對于給定的輸入碼元而計算重組的QPSK碼元。由于在QPSK中有四個可區(qū)分的調(diào)制碼元，所以，我們可通過四個不同的GF(4)元素(為了方便而將其標(biāo)記為“0”、“1”、“2”、“3”)而識別出這些碼元。參照等式(1)和(2)，“0”是空元素，而“1”是單位元素。并且，為了簡單起見，我們假定輸入碼元由使用相同標(biāo)記的GF(4)元素組成。
根據(jù)圖1，示出了用于圖解本發(fā)明的發(fā)送器的必要部件。更詳細(xì)地，該發(fā)送器包括輸入部分101，其從信號源(未示出)接收數(shù)據(jù)碼元。例如，可通過數(shù)據(jù)編碼單元實(shí)現(xiàn)輸入部分，以生成伽羅瓦域碼元。
乘法器102計算輸入碼元與自身被定義為GF(4)的元素的分集參數(shù)m103的相乘。這樣，得到了具有與先前生成的碼元相同信息的修改過的冗余數(shù)據(jù)碼元。
在相乘之后，將輸入碼元施加到采用QPSK作為調(diào)制方案的碼元映射單元104。最后，由輸出部分105所表示的傳送單元將QPSK調(diào)制的GF碼元以及修改過的冗余GF碼元在有線或無線信道上傳送到通信系統(tǒng)的接收器。
通常由本原多項式來定義GF(4)內(nèi)的算術(shù)運(yùn)算。為了對此描述進(jìn)行概括，我們假定此多項式為g(α)＝1+α+α2(3)如果涉及由重發(fā)(retransmission)組成的ARQ系統(tǒng)，則可從傳送編號導(dǎo)出m。令t表示從1開始的分組傳送編號。那么，可如下計算m。
m＝(t mod 3)+1 (4)乘法器102的優(yōu)選實(shí)施例包括類似于圖2的右邊部分的二維查找表。
對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，通過這些假定而容易地證明出輸出部分105實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用不同映射規(guī)則的概念相同的距離特性。因此，碼元映射單元104可一致、且與分集參數(shù)無關(guān)地遵循圖3A至3C的映射中的一個。
作為查找表實(shí)現(xiàn)的替換，如在S.Lin，D.J.Costello Jr，“Error ControlCodingFundamentals and Applications(誤差控制編碼基礎(chǔ)和應(yīng)用)”，Prentice-Hall，1983，pages 29-33中所概述的，另一種形式基于多項式計算。
簡而言之，由多項式來表示GF(4)的每個元素。因此，將GF(4)元素的相乘變換為多項式相乘。那么，可使用與GF(4)的加法特性相結(jié)合的本原多項式(見等式(3))來簡化所得到的多項式，使得最終可將所得到的多項式變換回對應(yīng)的GF(4)元素。
類似地，可將GF(4)元素和對應(yīng)的QPSK碼元的完整表示改變?yōu)槎囗検奖硎净騼绫硎?對于GF(16)的示例，參見S.Lin，D.J Costello Jr.，“Error ControlCodingFundamentals and Applications(誤差控制編碼基礎(chǔ)和應(yīng)用)”，Prentice-Hall，1983 on page 33，Table 2.8)。同樣，該表示可為任意可區(qū)分的一組字符/數(shù)字/等，由于這些僅為數(shù)學(xué)理論的抽象，所以不會改變根本操作和特性。
作為示例，除了“0”、“1”、“2”、“3”之外，該表示還可為“7”、“a”、“□”、“*”。
如果采用二進(jìn)制通信系統(tǒng)，則典型地，將這些二進(jìn)制碼元(“位”)表示為“0”或“1”，即GF(2)。在這種情況中，在圖4中示出了發(fā)送器部分的修改的方框圖。
在GF(4)乘法之前，兩個GF(2)碼元到一個GF(4)碼元的轉(zhuǎn)換器106是必要的。通常，此映射是任意的。在表1中給出了對此的優(yōu)選實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)，其它映射是可能的，只要它們是非二義性的、并被一致使用。

表1同樣，可對于具有二的冪的基數(shù)的任意輸入字母而定義類似的轉(zhuǎn)換規(guī)則，有可能需要將一個輸入碼元分離為多個輸出碼元(即，可將兩個輸入GF(8)碼元映射為三個輸出GF(4)碼元)。
應(yīng)當(dāng)再次說明GF(4)碼元的表示是示例性的。
上面等式(4)中給出的示例是優(yōu)選實(shí)現(xiàn)。然而，可設(shè)計其它算法而達(dá)到同樣的結(jié)果。
用于得到適當(dāng)?shù)姆旨瘏?shù)m的標(biāo)準(zhǔn)為·m不應(yīng)當(dāng)是空元素·m應(yīng)當(dāng)在非第一次傳送數(shù)據(jù)元素時改變·GF(4)的一個元素不應(yīng)當(dāng)在除了空元素之外的GF(4)的任意其它元素未被較不頻繁地使用時用于m。
作為后面的規(guī)則的示例，在任意其它元素未被使用2次時，迄今已被使用2次的元素不應(yīng)當(dāng)被再次使用。
通常，m應(yīng)當(dāng)僅在之前已經(jīng)發(fā)送了要傳送的數(shù)據(jù)時改變。作為示例，圖5示出了由在位置p1至p9處的9個GF(4)碼元si(i＝1至3)組成的非常簡單的數(shù)據(jù)分組。對于在位置p1、p2、p3處的碼元，可將m的值設(shè)為1。在位置p4、p5、p6處是已經(jīng)被傳送的碼元，因此，現(xiàn)在應(yīng)當(dāng)將m的值改變?yōu)槔?。類似地，在位置p7、p8、p9處，應(yīng)當(dāng)再次改變m的值，現(xiàn)在改變?yōu)镚F(4)碼元3。如果之后再次傳送碼元s1、s2、s3中的任一個，則可再次從GF(4)的三個非空元素中隨意選擇m。
重要的是注意到，m的改變應(yīng)當(dāng)僅在要傳送的數(shù)據(jù)攜帶相同的信息的情況下(換句話說，在數(shù)據(jù)重復(fù)的情況下)發(fā)生。其不意味著只要傳送例如GF(4)碼元2便應(yīng)當(dāng)改變m。上面概述的過程僅在碼元的根本信息相同的情況下有意義。
本發(fā)明的應(yīng)用示例采用速率1/2的重復(fù)碼，其中，將每個信息碼元傳送兩次，以便改善誤差彈性。對于分集傳送(例如ARQ)領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其它示例應(yīng)當(dāng)是顯而易見的。
權(quán)利要求
1.一種將數(shù)據(jù)從分集通信系統(tǒng)的發(fā)送器傳送到接收器的方法，包括以下步驟對從信號源接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，以生成伽羅瓦域(GF)碼元；通過算術(shù)運(yùn)算而修改冗余GF碼元；使用QPSK作為調(diào)制方案，映射GF碼元和修改的冗余GF碼元；以及將QPSK調(diào)制碼元和修改的冗余QPSK碼元傳送到接收器。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，修改冗余GF碼元的步驟包括將輸入數(shù)據(jù)碼元序列與乘數(shù)相乘。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，該乘數(shù)取決于分集參數(shù)。
4.如權(quán)利要求1至3中的一個所述的方法，其中，通過對具有四個元素的GF(4)域的操作而得到GF碼元。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中，在應(yīng)用算術(shù)運(yùn)算之前，將輸入GF碼元轉(zhuǎn)換為GF(4)碼元。
6.如權(quán)利要求1至5所述的方法，其中，由本原多項式定義算術(shù)運(yùn)算。
7.如權(quán)利要求3所述的方法，其中，在要傳送的數(shù)據(jù)攜帶已經(jīng)被發(fā)送到接收器的相同信息時，改變分集參數(shù)。
8.如權(quán)利要求1至7所述的方法，其中，在具有QPSK調(diào)制碼元的相同數(shù)據(jù)分組內(nèi)傳送冗余修改的QPSK碼元。
9.如權(quán)利要求1至8所述的方法，其中，在多路分集分支上傳送冗余修改的QPSK碼元。
10.一種分集通信系統(tǒng)的發(fā)送器，包括數(shù)據(jù)編碼單元(101)，用于生成GF碼元，修改單元(102)，用于使用算術(shù)運(yùn)算而生成修改的冗余GF碼元；映射單元(104)，用于使用QPSK作為調(diào)制方案，映射GF碼元和修改的冗余GF碼元；以及傳送單元(105)，用于傳送QPSK調(diào)制的GF碼元和修改的冗余QPSK碼元。
11.如權(quán)利要求10所述的發(fā)送器，其中，修改單元(102)是用于將GF碼元與乘數(shù)相乘的乘法器(102)。
12.如權(quán)利要求10或11所述的發(fā)送器，其中，該乘法器是查找表，根據(jù)該查找表，使用分集參數(shù)來修改輸入GF碼元。
13.如權(quán)利要求10至12中的一個所述的發(fā)送器，其中，該發(fā)送器是用于發(fā)送具有相同信息的、已經(jīng)發(fā)送的數(shù)據(jù)碼元的冗余版本的ARQ發(fā)送器。
全文摘要
一種將數(shù)據(jù)從分集(例如，ARQ或重復(fù)編碼)通信系統(tǒng)的發(fā)送器傳送到接收器的方法，包括以下步驟對從信號源接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，以生成伽羅瓦域(GF)碼元(101)。該方法還包括以下步驟通過算術(shù)運(yùn)算(102)來修改冗余GF碼元；使用QPSK作為調(diào)制方案來映射GF碼元(104)；以及將QPSK調(diào)制碼元和修改過的冗余碼元(105)傳送到接收器。此外，本發(fā)明涉及分集通信系統(tǒng)的相應(yīng)發(fā)送器。
文檔編號H04L27/20GK1717891SQ02830090
公開日2006年1月4日 申請日期2002年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月23日
發(fā)明者亞歷山大·戈利奇克埃德勒馮埃爾布沃特, 克里斯汀·溫格爾特 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社