專利名稱：在衰落信道上擴(kuò)頻的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用射頻通信系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)射，具體涉及在進(jìn)行發(fā)射前將數(shù)據(jù)比特映射到信息碼元值的方法，以減少接收機(jī)恢復(fù)信息碼元時(shí)產(chǎn)生衰落的負(fù)效應(yīng)。
背景技術(shù)：
許多射頻(RF)通信系統(tǒng)都會(huì)遭遇發(fā)射碼元衰落，導(dǎo)致不同的碼元接收時(shí)振幅不相等(和/或噪聲水平不相等)。一個(gè)普遍的例子就是在通信信道上發(fā)射的編碼正交頻分復(fù)用(Coded OFDM或COFDM)會(huì)遭遇多徑干擾。在這個(gè)例子中，發(fā)射信號(hào)遭遇選頻衰落。當(dāng)多徑干擾足夠密集(亦即，接收信號(hào)包括大量的信號(hào)，其中每個(gè)信號(hào)都有不同的路徑延時(shí))，這種衰落可以精確地模擬為瑞利衰落(Rayleigh fading)。
多帶OFDM聯(lián)盟(MBOA)為超寬帶(UWB)通信制定的草案規(guī)范規(guī)范是基于編碼OFDM。IEEE 802.15.3a標(biāo)準(zhǔn)草案規(guī)范規(guī)范詳細(xì)內(nèi)容參見“關(guān)于IEEE 802.15.3a任務(wù)組的多帶OFDM提議物理層提案(Multi-bandOFDM Physical Layer Proposal for IEEE 802.15 Task Group 3a)”一文，電氣和電子工程師協(xié)會(huì)文件IEEE P802.15-03/268r2，2003年11月10日，本申請(qǐng)參考該草案的全部?jī)?nèi)容，并結(jié)合于本申請(qǐng)中。通常UWB信道存在大量的選頻衰落，這種衰落可以精確地模擬為瑞利衰落。在較高的編碼率下，上述提議的參數(shù)的性能相對(duì)較差。尤其是采用正交相移鍵控(QPSK)調(diào)制及3/4速率的卷積碼，當(dāng)存在選頻瑞利衰落時(shí)，480Mbps模式(狀態(tài))遭遇嚴(yán)重的性能下降。
有幾種提議用于改善這種草案規(guī)范模式的性能。其中一種提議使用以3/8編碼率進(jìn)行的16位QAM(正交幅度調(diào)制)調(diào)制。該方法可以顯著改善瑞利衰落信道的性能，但是卻有損于無衰落的信道及選頻衰落不嚴(yán)重的信道的性能。
另一種提議是在發(fā)射機(jī)上采用2×2階哈達(dá)馬(Hadamard)變換將兩碼元組合。這種提議的方法組合的兩個(gè)碼元，通過與2×2階哈達(dá)馬矩陣相乘，可以具有不同程度的衰落。
y1y2=111-1x1x2]]>如果指定x1和x2的值當(dāng)比特值為0時(shí)，x1和x2的值為-1；當(dāng)比特值為1時(shí)，x1和x2的值為+1，則輸出值y1和y2為三重值。圖1A示出了輸入值x1和x2的原始二維星座圖。圖1B示出了當(dāng)輸入值x1和x2映射到不同合成信號(hào)的實(shí)數(shù)和虛數(shù)部分時(shí)的同一個(gè)星座圖。圖1C示出了y1和y2的二維星座圖。圖1D示出了在通頻帶系統(tǒng)中合成碼元的合成星座，其中y1和y2映射到不同合成碼元的實(shí)數(shù)和虛數(shù)部分。得到的合成星座是9位QAM。
在接收機(jī)端，采用一個(gè)二維的軟解映射器提供輸入信號(hào)給軟輸入解碼器，如，Viterbi解碼器。這種方法較之在無衰落信道上具3/8編碼率的16位QAM的性能較好，但是對(duì)瑞利衰落信道的16位QAM不能得到相同的性能提高。
圖2A和圖2B示出了采用QPSK調(diào)制的傳統(tǒng)的編碼OFDM系統(tǒng)發(fā)射機(jī)200A和接收機(jī)200B的基本組成部分。目前改善瑞利衰落信道性能的技術(shù)，既對(duì)無衰落的信道的性能造成損害，又不能使瑞利衰落信道的性能得到顯著提高。其它可能采用的技術(shù)如增強(qiáng)型編碼，會(huì)使接收機(jī)端的復(fù)雜性顯著增大。
通過將這樣的系統(tǒng)與本發(fā)明進(jìn)行比較，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，傳統(tǒng)方案的其它缺點(diǎn)和局限性是顯而易見的。以下將參考附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行闡述。

發(fā)明內(nèi)容
一方面，本發(fā)明提供一種采用兩個(gè)碼元發(fā)射兩個(gè)比特的方法，其中兩個(gè)碼元可以遭受不同程度的衰落。這種方法可以包括將兩個(gè)比特映射到兩個(gè)碼元。在本發(fā)明的典型實(shí)施例中，映射可以由4點(diǎn)、二維、繞原點(diǎn)旋轉(zhuǎn)的四方形星座來表征，該4點(diǎn)、二維、四方形星座在兩軸中任一軸上的投影可以構(gòu)成具有4個(gè)不等點(diǎn)的一維星座。該一維星座的4個(gè)不等點(diǎn)可以是均勻(間隔相等)地點(diǎn)分布。根據(jù)本發(fā)明的典型實(shí)施例，該方法還可以包括發(fā)射這兩個(gè)碼元。這兩個(gè)碼元可以是交錯(cuò)器的輸出，可以是采用前向糾錯(cuò)(FEC)碼的編碼器的輸出，該前向糾錯(cuò)碼可以包括卷積碼。發(fā)射可以采用射頻(RF)通信進(jìn)行，及兩碼元中的每一碼元都可映射到正交頻分復(fù)用(OFDM)通信鏈路的不同的子載波上。根據(jù)本發(fā)明，該發(fā)射可以與IEEE802.15.3a任務(wù)組的多帶OFDM提議物理層提案的提案相兼容。
另一方面，本發(fā)明提供一種采用兩個(gè)碼元發(fā)射兩個(gè)比特的系統(tǒng)，其中兩個(gè)碼元可以受到不同程度的衰落。本發(fā)明的一個(gè)典型實(shí)施例，可以包括至少一個(gè)處理器，用于處理要發(fā)射的兩個(gè)比特，該至少一個(gè)處理器能夠?qū)蓚€(gè)比特映射到兩個(gè)碼元。該映射可以由4點(diǎn)、二維、繞原點(diǎn)旋轉(zhuǎn)的四方形星座來表征，該4點(diǎn)、二維、四方形星座在兩軸中任一軸上的投影可以構(gòu)成具有4個(gè)不等點(diǎn)的一維星座。該一維星座的4個(gè)不等點(diǎn)可以是均勻(間隔相等)地點(diǎn)分布。該至少一個(gè)處理器能夠發(fā)射這兩個(gè)碼元。處理要發(fā)射的兩個(gè)比特可以包括應(yīng)用交錯(cuò)運(yùn)算法則。處理要發(fā)射的兩個(gè)比特還可以包括采用前向糾錯(cuò)(FEC)碼對(duì)兩個(gè)比特進(jìn)行編碼，前向糾錯(cuò)碼可以包括卷積碼。本發(fā)明的典型實(shí)施例中，發(fā)射可以包括使用射頻(RF)信號(hào)發(fā)射這兩個(gè)碼元。兩個(gè)碼元中的每一碼元都可映射到正交頻分復(fù)用(OFDM)通信鏈路的不同的子載波上，該發(fā)射可以與IEEE 802.15.3a任務(wù)組的多帶OFDM提議物理層提案相兼容。
第三方面，本發(fā)明提供一種可機(jī)讀存儲(chǔ)器，其上存儲(chǔ)有具有多個(gè)代碼段的計(jì)算機(jī)程序，用于實(shí)現(xiàn)采用兩個(gè)碼元發(fā)射兩個(gè)比特的方法，其中該兩個(gè)碼元能夠遭遇不同程度的衰落。代碼段可以是機(jī)器可執(zhí)行的，以使機(jī)器執(zhí)行包括將兩個(gè)比特映射到兩個(gè)碼元的操作。該映射可以由4點(diǎn)、二維、繞原點(diǎn)旋轉(zhuǎn)的四方形星座來表征，該4點(diǎn)、二維、四方形星座在兩軸中任一軸上的投影可以構(gòu)成具有4個(gè)不等點(diǎn)的一維星座。該一維星座的4個(gè)不等點(diǎn)可以是均勻(間隔相等)地點(diǎn)分布。本發(fā)明的典型實(shí)施例還可以包括發(fā)射這兩個(gè)碼元。本發(fā)明的典型實(shí)施例可以包括應(yīng)用交錯(cuò)運(yùn)算法則處理要發(fā)射的兩個(gè)比特，采用前向糾錯(cuò)(FEC)碼對(duì)兩個(gè)比特進(jìn)行編碼，其中前向糾錯(cuò)碼可以包括卷積碼。發(fā)射可以包括使用射頻(RF)信號(hào)發(fā)射這兩個(gè)碼元，兩碼元可以映射到正交頻分復(fù)用(OFDM)通信鏈路的不同的子載波上。該發(fā)射可以與IEEE 802.15.3a任務(wù)組的多帶OFDM提議物理層提案相兼容。
第四方面，本發(fā)明提供一種能夠調(diào)制兩個(gè)數(shù)據(jù)比特的系統(tǒng)，該兩個(gè)數(shù)據(jù)比特映射成分離的碼元，以便在受到不同程度衰落的分離的路徑上進(jìn)行聯(lián)合(接縫)發(fā)射，其中兩個(gè)數(shù)據(jù)比特到兩個(gè)碼元的映射可以由4點(diǎn)、二維、繞原點(diǎn)旋轉(zhuǎn)的四方形星座來表征。4點(diǎn)、二維、四方形星座在兩軸中任一軸上的投影可以構(gòu)成具有4個(gè)不等點(diǎn)的一維星座。該4點(diǎn)、二維、四方形星座可以包括四方形的子集、均勻分布、16點(diǎn)星座，并且4點(diǎn)、二維、四方形星座在兩軸中任一軸上的投影可以構(gòu)成均勻分布的4點(diǎn)星座。在本發(fā)明的實(shí)施例中，路徑可以是采用多帶頻分復(fù)用(OFDM)的通信系統(tǒng)中分離的子載波。
第五方面，本發(fā)明提供一種接收兩個(gè)碼元以產(chǎn)生兩個(gè)數(shù)據(jù)比特的方法，其中該兩個(gè)碼元受到不同程度的衰落。這種方法可以包括估算兩個(gè)衰落幅度、接收兩個(gè)碼元、利用估算出的衰落幅度聯(lián)合處理接收到的兩個(gè)碼元以產(chǎn)生兩個(gè)軟輸出、以及利用前向糾錯(cuò)解碼器對(duì)這兩個(gè)軟輸出進(jìn)行解碼。該解碼可以包括對(duì)這兩個(gè)軟輸出進(jìn)行解交錯(cuò)、以及對(duì)兩個(gè)解交錯(cuò)的軟輸出進(jìn)行解碼以產(chǎn)生解碼輸出比特。
第六方面，本發(fā)明提供一種可機(jī)讀的存儲(chǔ)器，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序。該計(jì)算機(jī)程序具有多個(gè)代碼段，以實(shí)現(xiàn)接收兩個(gè)碼元從而產(chǎn)生兩個(gè)數(shù)據(jù)比特的方法，其中這兩個(gè)碼元受到不同程度的衰落。該代碼段可以是機(jī)器可執(zhí)行的，以使機(jī)器執(zhí)行包括以下內(nèi)容的操作估算兩個(gè)衰落幅度、接收兩個(gè)碼元、利用估算出的兩個(gè)衰落幅度聯(lián)合處理所接收到的兩個(gè)碼元以產(chǎn)生兩個(gè)軟輸出、利用前向糾錯(cuò)解碼器對(duì)這兩個(gè)軟輸出進(jìn)行解碼。在本發(fā)明的實(shí)施例中，該解碼可以包括對(duì)這兩個(gè)軟輸出進(jìn)行解交錯(cuò)、以及對(duì)兩個(gè)解交錯(cuò)的軟輸出進(jìn)行解碼以產(chǎn)生解碼輸出比特。
第七方面，本發(fā)明提供一種接收兩個(gè)碼元以產(chǎn)生兩個(gè)數(shù)據(jù)比特的系統(tǒng)，其中該兩個(gè)碼元受到不同程度的衰落。這種系統(tǒng)可以包括至少一個(gè)能夠估算衰落幅度的處理器，且該至少一個(gè)處理器可以是能夠接收兩個(gè)碼元。該至少一個(gè)處理器還可以是能夠利用估算出的衰落幅值聯(lián)合地處理接收到的兩個(gè)碼元以產(chǎn)生兩個(gè)軟輸出，并且該至少一個(gè)處理器可以利用前向糾錯(cuò)解碼器對(duì)這兩個(gè)軟輸出進(jìn)行解碼。該解碼可以包括對(duì)這兩個(gè)軟輸出進(jìn)行解交錯(cuò)、以及對(duì)兩個(gè)解交錯(cuò)的軟輸出進(jìn)行解碼以產(chǎn)生解碼輸出比特。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種利用兩個(gè)碼元發(fā)射二進(jìn)制比特的方法，其中所述兩個(gè)碼元能夠遭遇不同程度的衰落，所述方法包括將兩個(gè)比特映射到兩個(gè)碼元，其中所述映射可以由4點(diǎn)、二維、繞原點(diǎn)旋轉(zhuǎn)的四方形星座來表征，及所述4點(diǎn)、二維、四方形星座在兩軸中任一軸上的投影可以構(gòu)成具有4個(gè)不等點(diǎn)的一維星座；及發(fā)射這兩個(gè)碼元。
作為優(yōu)選，所述兩個(gè)比特來自交錯(cuò)器的輸出。
作為優(yōu)選，所述兩個(gè)比特來自采用前向糾錯(cuò)碼的編碼器的輸出。
作為優(yōu)選，所述前向糾錯(cuò)碼包括卷積碼。
作為優(yōu)選，所述發(fā)射采用射頻(RF)通信。
作為優(yōu)選，所述兩個(gè)碼元中的每一碼元映射到正交頻分復(fù)用(OFDM)通信鏈路的不同子載波中。
作為優(yōu)選，所述發(fā)射與IEEE 802.15.3a任務(wù)組的多帶OFDM提議物理層提案相兼容。
作為優(yōu)選，所述一維星座的4個(gè)不等點(diǎn)是均勻地分布。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種利用兩個(gè)碼元發(fā)射二進(jìn)制比特的系統(tǒng)，其中所述兩個(gè)碼元能夠遭遇不同程度的衰落，所述系統(tǒng)包括至少一個(gè)處理器，用于處理兩個(gè)比特以進(jìn)行發(fā)射；所述至少一個(gè)處理器能夠?qū)蓚€(gè)比特映射到兩個(gè)碼元，其中所述映射可以由4點(diǎn)、二維、繞原點(diǎn)旋轉(zhuǎn)的四方形星座來表征，及所述4點(diǎn)、二維、四方形星座在兩軸中任一軸上的投影可以構(gòu)成具有4個(gè)不等點(diǎn)的一維星座；及所述至少一個(gè)處理器能夠發(fā)射這兩個(gè)碼元。
作為優(yōu)選，處理兩個(gè)比特以進(jìn)行發(fā)射包括應(yīng)用交錯(cuò)運(yùn)算法則。
作為優(yōu)選，處理兩個(gè)比特以進(jìn)行發(fā)射包括采用前向糾錯(cuò)碼對(duì)兩個(gè)比特進(jìn)行解碼。
作為優(yōu)選，所述前向糾錯(cuò)碼包括卷積碼。
作為優(yōu)選，所述發(fā)射包括采用射頻(RF)信號(hào)發(fā)射這兩個(gè)碼元。
作為優(yōu)選，所述兩個(gè)碼元中的每一碼元映射到正交頻分復(fù)用(OFDM)通信鏈路的不同子載波中。
作為優(yōu)選，所述發(fā)射與IEEE 802.15.3a任務(wù)組的多帶OFDM提議物理層提案相兼容。
作為優(yōu)選，所述一維星座的4個(gè)不等點(diǎn)是均勻地分布。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種可機(jī)讀存儲(chǔ)器，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序具有多個(gè)代碼段用于實(shí)現(xiàn)采用兩個(gè)碼元發(fā)射兩個(gè)比特的方法，其中所述兩個(gè)碼元能夠遭遇不同程度的衰落，代碼段是機(jī)器可執(zhí)行的，以使機(jī)器執(zhí)行包括如下的操作將兩個(gè)比特映射到兩個(gè)碼元，所述映射可以由4點(diǎn)、二維、繞原點(diǎn)旋轉(zhuǎn)的四方形星座來表征，其中所述4點(diǎn)、二維、四方形星座在兩軸中任一軸上的投影可以構(gòu)成具有4個(gè)不等點(diǎn)的一維星座。
發(fā)射所述兩個(gè)碼元。
作為優(yōu)選，所述操作還包括采用交錯(cuò)運(yùn)算法則對(duì)所述兩個(gè)比特進(jìn)行處理。
作為優(yōu)選，所述操作還包括采用前向糾錯(cuò)(FEC)碼對(duì)兩個(gè)比特進(jìn)行編碼。
作為優(yōu)選，所述前向糾錯(cuò)碼包括卷積碼。
作為優(yōu)選，所述發(fā)射包括采用射頻(RF)信號(hào)發(fā)射這兩個(gè)碼元。
作為優(yōu)選，所述兩個(gè)碼元中的每一碼元映射到正交頻分復(fù)用(OFDM)通信鏈路的不同子載波中。
作為優(yōu)選，所述發(fā)射與IEEE 802.15.3a任務(wù)組的多帶OFDM提議物理層提案相兼容。
作為優(yōu)選，所述一維星座的4個(gè)不等點(diǎn)是均勻地分布。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種能夠調(diào)制兩個(gè)數(shù)據(jù)比特的系統(tǒng)，所述兩個(gè)數(shù)據(jù)比特映射到分離的碼元，以便在受到不同程度衰落的分離的路徑上進(jìn)行聯(lián)合發(fā)射，其中兩個(gè)數(shù)據(jù)比特到兩個(gè)碼元的映射可以由4點(diǎn)、二維、繞原點(diǎn)旋轉(zhuǎn)的四方形星座來表征，且4點(diǎn)、二維、四方形星座在兩軸中任一軸上的投影可以構(gòu)成具有4個(gè)不等點(diǎn)的一維星座。
作為優(yōu)選，所述4點(diǎn)、二維、四方形星座包括四方形的子集、均勻分布、16點(diǎn)星座，且其中4點(diǎn)、二維、四方形星座在兩軸中任一軸上的投影可以構(gòu)成均勻分布的4點(diǎn)星座。
作為優(yōu)選，所述路徑是采用多帶正交頻分復(fù)用(OFDM)通信系統(tǒng)中的分離的子載波。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種接收兩個(gè)碼元以產(chǎn)生兩個(gè)數(shù)據(jù)比特的方法，其中所述兩個(gè)碼元受到不同程度的衰落，所述方法包括估算兩個(gè)衰落幅度；接收兩個(gè)碼元；利用估算出的衰落幅度聯(lián)合處理接收到的兩個(gè)碼元以產(chǎn)生兩個(gè)軟輸出；以及利用前向糾錯(cuò)解碼器對(duì)這兩個(gè)軟輸出進(jìn)行解碼。
作為優(yōu)選，所述解碼包括對(duì)這兩個(gè)軟輸出進(jìn)行解交錯(cuò)；以及對(duì)兩個(gè)解交錯(cuò)的軟輸出進(jìn)行解碼以產(chǎn)生解碼輸出比特。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種可機(jī)讀的存儲(chǔ)器，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序具有多個(gè)代碼段，以實(shí)現(xiàn)接收兩個(gè)碼元從而產(chǎn)生兩個(gè)數(shù)據(jù)比特的方法，其中這兩個(gè)碼元受到不同程度的衰落；所述代碼段是機(jī)器可執(zhí)行的，以使機(jī)器執(zhí)行包括以下內(nèi)容的操作
估算兩個(gè)衰落幅度；接收兩個(gè)碼元；利用估算出的兩個(gè)衰落幅度聯(lián)合處理所接收到的兩個(gè)碼元，以產(chǎn)生兩個(gè)軟輸出；利用前向糾錯(cuò)解碼器對(duì)這兩個(gè)軟輸出進(jìn)行解碼。
作為優(yōu)選，所述解碼包括對(duì)所述兩個(gè)軟輸出進(jìn)行解交錯(cuò)；以及對(duì)兩個(gè)解交錯(cuò)的軟輸出進(jìn)行解碼以產(chǎn)生解碼輸出比特。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種接收兩個(gè)碼元以產(chǎn)生兩個(gè)數(shù)據(jù)比特的系統(tǒng)，其中所述兩個(gè)碼元受到不同程度的衰落，所述系統(tǒng)包括至少一個(gè)能夠估算衰落幅度的處理器；所述至少一個(gè)處理器能夠接收兩個(gè)碼元；所述至少一個(gè)處理器能夠利用估算出的衰落幅值聯(lián)合地處理接收到的兩個(gè)碼元，以產(chǎn)生兩個(gè)軟輸出；所述至少一個(gè)處理器能夠利用前向糾錯(cuò)解碼器對(duì)這兩個(gè)軟輸出進(jìn)行解碼。
作為優(yōu)選，所述解碼包括對(duì)所述兩個(gè)軟輸出進(jìn)行解交錯(cuò)；以及對(duì)兩個(gè)解交錯(cuò)的軟輸出進(jìn)行解碼以產(chǎn)生解碼輸出比特。
本發(fā)明的上述及其它特征及優(yōu)點(diǎn)在本發(fā)明的下述詳細(xì)描述中體現(xiàn)，附圖中的相同的參照標(biāo)號(hào)指相同的部分。


圖1A所示為x1和x2的原始二維星座圖；圖1B所示為當(dāng)x1和x2映射到不同合成信號(hào)的實(shí)數(shù)或虛數(shù)部分時(shí)，與圖1A相同的星座；圖1C所示為y1和y2的二維星座圖；圖1D示出了在通頻帶系統(tǒng)中合成碼元的合成星座，其中圖1A的y1和y2映射到不同合成碼元的實(shí)數(shù)和虛數(shù)部分；圖2A所示為采用QPSK調(diào)制的傳統(tǒng)的編碼的OFDM系統(tǒng)發(fā)射機(jī)的基本組成部分；圖2B所示為采用QPSK調(diào)制的傳統(tǒng)的編碼的OFDM系統(tǒng)接收機(jī)的基本組成部分；圖3A所示為兩個(gè)碼元x1和x2的典型的二維星座圖，例如，可以對(duì)應(yīng)于圖1A所示的信號(hào)星座；圖3B所示為當(dāng)碼元x1和x2映射到不同合成信號(hào)的實(shí)數(shù)或虛數(shù)部分時(shí)圖3A的星座圖；圖3C所示為根據(jù)本發(fā)明的典型實(shí)施例，碼元y1和y2的典型的二維星座圖；圖3D所示為根據(jù)本發(fā)明的典型實(shí)施例，帶頻通系統(tǒng)中合成碼元的合成星座，其中y1和y2映射到不同合成碼元的實(shí)數(shù)或虛數(shù)部分；圖4A的星座圖示出了當(dāng)一個(gè)碼元受到深度衰落而其它碼元未受到影響時(shí)出現(xiàn)的壓縮；圖4B的星座圖所示為采用2×2階哈達(dá)馬變換對(duì)圖4A的通信系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)頻時(shí)，當(dāng)一個(gè)碼元受到深度衰落而其它碼元未受到影響時(shí)可能出現(xiàn)的壓縮；圖4C的星座圖所示為在與圖4A相同的衰落影響下，根據(jù)本發(fā)明的典型實(shí)施例的通信系統(tǒng)的狀態(tài)；圖5所示為衰落影響存在時(shí)，對(duì)于MBOA提議的480Mbps模式，先前所提議的選擇方案的性能的曲線圖，以及根據(jù)本發(fā)明的典型實(shí)施例，通信系統(tǒng)性能的曲線圖；圖6所示為衰落影響不存在時(shí)，對(duì)于MBOA提議的480Mbps模式，在先所提議的選擇方案的性能的曲線圖，以及根據(jù)本發(fā)明的典型實(shí)施例，通信系統(tǒng)性能的曲線圖；圖7A所示為根據(jù)本發(fā)明的典型實(shí)施例，典型的COFDM通信系統(tǒng)發(fā)射機(jī)的基本組成；圖7B所示為根據(jù)本發(fā)明的典型實(shí)施例，典型的COFDM通信系統(tǒng)接收機(jī)的基本組成；圖8所示為根據(jù)本發(fā)明的典型實(shí)施例，在受到不同程度衰落的兩個(gè)碼元上發(fā)射兩個(gè)數(shù)據(jù)比特的典型方法的流程圖；圖9所示為根據(jù)本發(fā)明的典型實(shí)施例，接收由圖8所示方法發(fā)射的碼元對(duì)的典型方法的流程圖，其中所述碼元受到不同程度的衰落。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明涉及射頻通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸，尤其涉及一種在發(fā)射前將數(shù)據(jù)比特映射到信息碼元值的方法，以減小在接收機(jī)端信息碼元恢復(fù)時(shí)因衰落引起的負(fù)效應(yīng)。
根據(jù)本發(fā)明的典型實(shí)施例，改良的編碼方案可以包括通過與2×2階矩陣相乘，將兩個(gè)受到不同程度衰落的碼元x1和x2進(jìn)行組合，如下y1y2=211-2x1x2]]>上面的等式還可以包括一個(gè)比例因子以保持同樣的發(fā)射功率。這樣，矩陣相乘使得點(diǎn)(x1，x2)簡(jiǎn)單地旋轉(zhuǎn)，而不改變編碼的間隔特性。如果，例如，這兩個(gè)碼元x1和x2從0和1二進(jìn)位值映射成的[-1，+1]中取值，上述變換的輸出y1和y2的取值范圍為[-3，-1，+1，+3]。如此，從上述變換產(chǎn)生的星座可以是通頻帶系統(tǒng)中的4級(jí)PAM(4級(jí)脈沖幅度調(diào)制)，或者是16位QAM(16位正交幅度調(diào)制)。由于[-3，-1，+1，+3]值可以由兩個(gè)比特準(zhǔn)確地表示，因此該方法便于實(shí)施。
圖3A所示為兩個(gè)碼元x1和x2的典型的二維星座圖，例如，可與圖1A所示的信號(hào)星座一致。圖3B所示為當(dāng)碼元x1和x2映射到不同合成信號(hào)的實(shí)數(shù)或虛數(shù)部分時(shí)圖3A的星座圖。圖3C所示為根據(jù)本發(fā)明的典型實(shí)施例，碼元y1和y2的典型的二維星座圖。圖3C所示星座的點(diǎn)通過上述變換而得到。如圖3C中可看出，該變換是使這些點(diǎn)繞原點(diǎn)旋轉(zhuǎn)。圖3C示意的旋轉(zhuǎn)形成一種點(diǎn)陣排列，這種排列使得在兩軸中任一軸上的投影構(gòu)成包含不等的、均勻分布的4個(gè)點(diǎn)的一維星座。圖3D所示為根據(jù)本發(fā)明的典型實(shí)施例，通頻帶系統(tǒng)中合成碼元的合成星座，其中y1和y2映射到不同合成碼元的實(shí)數(shù)或虛數(shù)部分。如圖所示，生成的合成星座是16-QAM。
請(qǐng)注意，圖中的比特標(biāo)簽僅僅是為了說明本發(fā)明，在本發(fā)明的實(shí)施例中也可以采用其它比特標(biāo)簽配置，而不會(huì)影響性能。另外，圖3C所示的星座可以繞任一軸或兩軸翻轉(zhuǎn)，或以90度的倍數(shù)旋轉(zhuǎn)，而不影響其性能，并不偏離本發(fā)明的范圍和精神。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，可采用多種方法對(duì)按照上述方式編碼的碼元進(jìn)行解碼。一種可行的性能良好的解碼器可以包括二維軟解映射器。這種方案可以向軟輸入解碼器，如Viterbi解碼器，提供軟輸出。在本發(fā)明的典型實(shí)施例中，二維軟解映射器可以按下述方式進(jìn)行運(yùn)行。
對(duì)于圖3B所示的二維星座的兩個(gè)發(fā)射碼元y1和y2，設(shè)a1和a2為相應(yīng)的衰落幅度(假設(shè)從信道估算得出近似值)，設(shè)n1和n2為每個(gè)接收碼元上的相應(yīng)噪聲，假設(shè)加性白高斯噪聲(AWGN)方差σ2。設(shè)z1和z2是兩個(gè)接收碼元。
z1＝a1y1+n1z2＝a2y2+n2假定星座中點(diǎn)的比特標(biāo)簽如圖3C所示，其中#1比特是標(biāo)簽中最左位置的比特，#2比特是標(biāo)簽中最右位置比特，本發(fā)明典型實(shí)施例中的二維軟解映射器可以計(jì)算出以下兩表達(dá)式的值LLR1=Log[e-((z1-3a1)2+(z2+a2)2)/2σ2+e-((z1-a1)2+(z2-3a2)2)/2σ2e-((z1+3a1)2+(z2-a2)2)/2σ2+e-((z1+a1)2+(z2+3a2)2)/2σ2]]]>LLR2=Log[e-((z1-3a1)2+(z2+a2)2)/2σ2+e-((z1+a1)2+(z2+3a2)2)/2σ2e-((z1+3a1)2+(z2-a2)2)/2σ2+e-((z1-a1)2+(z2-3a2)2)/2σ2]]]>式中LLR1和LLR2分別為比特1和比特2的可能性對(duì)數(shù)(log-likelihood)比值。
這些值可以用作軟輸入解碼器(如Viterbi解碼器)的輸入。
圖4A的星座圖示出了當(dāng)一個(gè)碼元受到深度衰落而其它碼元未受到影響時(shí)出現(xiàn)的壓縮。在圖4A中，例如，承載碼元y2的路徑受到深度衰落的影響，而承載碼元y1的路徑未受到影響。在采用現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)中，深度衰落引起的星座中點(diǎn)之間的最小距離隨衰落的幅度a2成比例地減小，如圖4A所示。
圖4B的星座圖所示為采用2×2階哈達(dá)馬變換對(duì)圖4A的通信系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)頻時(shí)，當(dāng)一個(gè)碼元受到深度衰落而其它碼元未受到影響時(shí)可能出現(xiàn)的壓縮。在一定的衰落深度之外，最小距離隨衰落幅度a2而成比例減小，但最小距離保持大于未擴(kuò)頻系統(tǒng)√2倍，或3dB。這使得采用了擴(kuò)頻技術(shù)的通信系統(tǒng)相對(duì)于未擴(kuò)頻的通信系統(tǒng)來說更具優(yōu)勢(shì)。盡管具有此優(yōu)勢(shì)，當(dāng)一條路徑上的衰落幅度(本例中為a2)趨近于零時(shí)，上述采用了擴(kuò)頻技術(shù)的通信系統(tǒng)中的最小距離依然趨近于零。
圖4C的星座圖所示為在與圖4A相同的衰落影響下，根據(jù)本發(fā)明的典型實(shí)施例的通信系統(tǒng)的狀態(tài)。從圖4C中可看出，當(dāng)衰落幅度a2(與y2相關(guān))減小，最小距離減小。然而，應(yīng)當(dāng)注意，與圖4B所示的狀態(tài)不同，圖4C所示的星座中的最小距離不趨于零。僅當(dāng)兩個(gè)碼元都遭遇深度衰落，并且衰落幅度a1和a2(分別為y1和y2的)趨于零時(shí)，最小距離趨于零。該行為使得本發(fā)明的實(shí)施例較之2×2階哈達(dá)馬擴(kuò)頻更具優(yōu)勢(shì)。
圖5中的曲線510、520、530示出了為衰落影響存在時(shí)，對(duì)于MBOA提議的480Mbps模式，先前所提議的選擇方案的性能的曲線圖；曲線540示出本發(fā)明的典型實(shí)施例的通信系統(tǒng)性能的曲線圖。用于產(chǎn)生圖5所示結(jié)果的仿真呈現(xiàn)獨(dú)立的瑞利衰落，表示配有設(shè)計(jì)良好的交錯(cuò)器的系統(tǒng)中典型的多帶OFDM(MB-OFDM)超寬帶(UWB)信道。相反，圖6中的曲線610、620、630示出了衰落影響不存在時(shí)，對(duì)于MBOA提議的480Mbps模式，先前所提議的選擇方案的性能的曲線圖；曲線640示出根據(jù)本發(fā)明的典型實(shí)施例的通信系統(tǒng)性能的曲線圖。在圖5和圖6中，Y軸表示每比特判定錯(cuò)誤的概率。圖5中曲線510和圖6中曲線610分別為存在和不存在衰落時(shí)，MBOA原始提議的草案規(guī)范中，采用具3/4速率卷積碼的正交相移鍵控(QPSK)所期望的性能。從圖5中可以看出，相對(duì)于其它所示的方法，曲線510所示的提議的草案規(guī)范中，當(dāng)存在瑞利衰落時(shí)，明顯具有較高的每比特判定錯(cuò)誤的概率。圖5中曲線520和圖6中曲線620分別為存在和不存在衰落時(shí)，選擇使用具3/8編碼率的16-QAM時(shí)所期望的性能。如圖5中曲線520所示，在遭遇瑞利衰落時(shí)，該方法明顯比MBOA提議的草案規(guī)范(如曲線510所示)的性能好。但是，當(dāng)將這種選擇方法應(yīng)用到無衰落的信道時(shí)，會(huì)損害其性能，使每比特判定錯(cuò)誤的概率明顯增大，如圖6的曲線620所示。
圖5中曲線530和圖6中曲線630分別為存在和不存在衰落時(shí)，選擇2×2階哈達(dá)馬擴(kuò)頻技術(shù)時(shí)所期望的性能。這種選擇方法(如圖5中曲線530所示)，當(dāng)應(yīng)用到遭遇瑞利衰落的信道上時(shí)，其性能比MBOA提議的草案規(guī)范的性能好，但是，沒有16-QAM方案的性能(如圖5中曲線520所示)好。
圖5中曲線540和圖6中曲線640分別為存在和不存在衰落時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的典型實(shí)施例的通信系統(tǒng)所期望的性能。這種方案大幅度勝過曲線530所示的2×2階哈達(dá)馬擴(kuò)頻技術(shù)，且性能非常接近具3/8編碼率的16-QAM的性能(如圖5中曲線520所示)。然而，與具3/8編碼率的16-QAM方案性能不同的是，當(dāng)應(yīng)用到無瑞利衰落的信道時(shí)，本發(fā)明實(shí)施例的性能不會(huì)降低。通過將圖6中的曲線640與具3/8編碼率的16-QAM的性能(如圖6中曲線620所示)相比較，可以看出本發(fā)明實(shí)施例在無衰落信道上具有較高性能。
圖7A和圖7B所示為根據(jù)本發(fā)明的典型實(shí)施例，典型的OFDM通信系統(tǒng)發(fā)射機(jī)700A和接收機(jī)700B的基本組成。圖7A和圖7B的發(fā)射機(jī)700A和接收機(jī)700B的主要部分別相應(yīng)于圖2A和圖2B所示通信系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)200A和接收機(jī)200B。然而，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，通過應(yīng)用上述分別地到實(shí)數(shù)和/或虛數(shù)部分的變換710A，可以將寬距離子載波對(duì)結(jié)合到發(fā)射機(jī)700A中。為了得到較佳性能，可以選擇子載波對(duì)，以使頻域中子載波之間的距離最大。根據(jù)本發(fā)明的典型實(shí)施例的接收機(jī)，如圖7B所示的接收機(jī)700B，一維軟解映射器(相應(yīng)于圖2中的軟解映射器210B)可以由二維軟解映射器(如圖7中的二維軟解映射器720B)替代，以進(jìn)行上述操作。相位補(bǔ)償模塊715B可以從接收到的碼元中去除任何相位旋轉(zhuǎn)，從而可以分別對(duì)實(shí)數(shù)和虛數(shù)部分進(jìn)行處理。之后，二維軟解映射器720B可以按如前所述方式處理實(shí)數(shù)和虛數(shù)部分。
圖8所示為根據(jù)本發(fā)明的典型實(shí)施例，在受到不同程度衰落的兩個(gè)碼元上發(fā)射兩個(gè)數(shù)據(jù)比特的典型方法的流程圖800。如圖8所示，方法開始(810)，接收用于發(fā)射的數(shù)據(jù)比特對(duì)流(812)。之后，采用編碼計(jì)算法則，例如，卷積碼，對(duì)數(shù)據(jù)比特對(duì)中的每一比特進(jìn)行編碼(814)，及對(duì)編碼數(shù)據(jù)比特進(jìn)行交錯(cuò)處理(816)。然后，將交錯(cuò)數(shù)據(jù)比特對(duì)映射到碼元對(duì)(818)，可以組合每一碼元對(duì)(820)，以采用上述圖3C和圖4C對(duì)應(yīng)的變換方式形成新的碼元對(duì)。最后，發(fā)射新的碼元對(duì)(822)，流程結(jié)束(824)。
圖9所示為根據(jù)本發(fā)明的典型實(shí)施例，接收由圖8所示方法發(fā)射的碼元對(duì)的典型方法的流程圖900，其中所述碼元受到不同程度的衰落。如圖9所示，方法開始(910)，對(duì)兩個(gè)碼元的衰落幅度進(jìn)行估算(912)。之后，接收這兩個(gè)碼元(914)。然后，可以采用軟解映射器，例如，上述描述的軟解映射器，對(duì)接收到的碼元進(jìn)行解映射(916)。兩個(gè)解映射的碼元聯(lián)合產(chǎn)生一個(gè)數(shù)據(jù)比特對(duì)。接下來，對(duì)數(shù)據(jù)比特對(duì)進(jìn)行解交錯(cuò)(918)和解碼(920)，重新生成數(shù)據(jù)比特對(duì)流。流程結(jié)束(922)。
本發(fā)明可以通過軟件、硬件或軟件和硬件的結(jié)合來實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明可以集中方式在至少一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)，或以分散在多個(gè)互連的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的不同部分的分布方式來實(shí)現(xiàn)。任何適于實(shí)現(xiàn)本文描述的方法的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或其它設(shè)備都是適用的。通常硬件和軟件的結(jié)合可以是安裝及執(zhí)行計(jì)算機(jī)程序的通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，該程序控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，使其執(zhí)行本文描述的方法步驟。
本發(fā)明還可以嵌入計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品中，該程序產(chǎn)品包括所有能夠?qū)崿F(xiàn)本文所述方法的特點(diǎn)，當(dāng)其安裝在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，能夠執(zhí)行這些方法步驟。本文所述的計(jì)算機(jī)程序意指以任何語言、編碼和符號(hào)組成的一組指令的任何表達(dá)方式，使得系統(tǒng)具備執(zhí)行特定操作的信息處理能力，直接或進(jìn)行下述任一或兩個(gè)步驟之后a)轉(zhuǎn)換成另外一種語言、編碼或符號(hào)；b)以不同的材料形式再現(xiàn)。
雖然通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員明白，在不脫離本發(fā)明權(quán)利要求范圍的情況下，可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改變及等同替代。另外，在不脫離本發(fā)明權(quán)利要求范圍的情況下，從本發(fā)明的教導(dǎo)中可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行修改以適應(yīng)特定的情形或材料。因而，本發(fā)明不受此處所公開的特殊的實(shí)施例的限制，任何落入本發(fā)明權(quán)利要求范圍內(nèi)的實(shí)施例都屬于本發(fā)明的范圍。
本申請(qǐng)參考并要求名稱為“在衰落信道上擴(kuò)頻的方法及系統(tǒng)”的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，該申請(qǐng)的申請(qǐng)日為2004年3月31日、申請(qǐng)?zhí)枮?0/557,946(代理方檔案號(hào)15670US01BP-3587)。本申請(qǐng)參考其全部主要內(nèi)容并結(jié)合于本申請(qǐng)中。
權(quán)利要求
1.一種利用兩個(gè)碼元發(fā)射兩個(gè)比特的方法，其中所述兩個(gè)碼元能夠遭遇不同程度的衰落，所述方法包括將兩個(gè)比特映射到兩個(gè)碼元，其中所述映射可以由4點(diǎn)、二維、繞原點(diǎn)旋轉(zhuǎn)的四方形星座來表征，且所述4點(diǎn)、二維、四方形星座在兩軸中任一軸上的投影可以構(gòu)成具有4個(gè)不等點(diǎn)的一維星座；及發(fā)射所述兩個(gè)碼元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述兩個(gè)比特來自交錯(cuò)器的輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述兩個(gè)比特來自采用前向糾錯(cuò)(FEC)碼的編碼器的輸出。
4.一種利用兩個(gè)碼元發(fā)射兩個(gè)比特的系統(tǒng)，其中所述兩個(gè)碼元能夠遭遇不同程度的衰落，所述系統(tǒng)包括至少一個(gè)處理器，用于處理兩個(gè)比特以進(jìn)行發(fā)射；所述至少一個(gè)處理器能夠?qū)蓚€(gè)比特映射到兩個(gè)碼元，其中所述映射可以由4點(diǎn)、二維、繞原點(diǎn)旋轉(zhuǎn)的四方形星座來表征，且所述4點(diǎn)、二維、四方形星座在兩軸中任一軸上的投影可以構(gòu)成具有4個(gè)不等點(diǎn)的一維星座；及所述至少一個(gè)處理器能夠發(fā)射這兩個(gè)碼元。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中，處理兩個(gè)比特以進(jìn)行發(fā)射包括應(yīng)用交錯(cuò)運(yùn)算法則。
6.一種可機(jī)讀存儲(chǔ)器，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序具有多個(gè)代碼段用于實(shí)現(xiàn)采用兩個(gè)碼元發(fā)射兩個(gè)比特的方法，其中所述兩個(gè)碼元能夠遭遇不同程度的衰落，代碼段是機(jī)器可執(zhí)行的，以使機(jī)器執(zhí)行包括如下的操作將兩個(gè)比特映射到兩個(gè)碼元，其中，所述映射可以由4點(diǎn)、二維、繞原點(diǎn)旋轉(zhuǎn)的四方形星座來表征，且所述4點(diǎn)、二維、四方形星座在兩軸中任一軸上的投影可以構(gòu)成具有4個(gè)不等點(diǎn)的一維星座；及發(fā)射所述兩個(gè)碼元。
7.一種能夠調(diào)制兩個(gè)數(shù)據(jù)比特的系統(tǒng)，所述兩個(gè)數(shù)據(jù)比特映射成分離的碼元，以便在受到不同程度衰落的分離的路徑上進(jìn)行聯(lián)合發(fā)射，其中兩個(gè)數(shù)據(jù)比特到兩個(gè)碼元的映射可以由4點(diǎn)、二維、繞原點(diǎn)旋轉(zhuǎn)的四方形星座來表征，且4點(diǎn)、二維、四方形星座在兩軸中任一軸上的投影構(gòu)成具有4個(gè)不等點(diǎn)的一維星座。
8.一種接收兩個(gè)碼元以產(chǎn)生兩個(gè)數(shù)據(jù)比特的方法，其中所述兩個(gè)碼元受到不同程度的衰落，所述方法包括估算兩個(gè)衰落幅度；接收兩個(gè)碼元；利用估算出的衰落幅度聯(lián)合處理接收到的兩個(gè)碼元以產(chǎn)生兩個(gè)軟輸出；以及利用前向糾錯(cuò)解碼器對(duì)這兩個(gè)軟輸出進(jìn)行解碼。
9.一種可機(jī)讀的存儲(chǔ)器，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序具有多個(gè)代碼段，以實(shí)現(xiàn)接收兩個(gè)碼元從而產(chǎn)生兩個(gè)數(shù)據(jù)比特的方法，其中這兩個(gè)碼元受到不同程度的衰落；所述代碼段是機(jī)器可執(zhí)行的，以使機(jī)器執(zhí)行包括如下的操作估算兩個(gè)衰落幅度；接收兩個(gè)碼元；利用估算出的兩個(gè)衰落幅度聯(lián)合處理所接收到的兩個(gè)碼元，以產(chǎn)生兩個(gè)軟輸出；利用前向糾錯(cuò)解碼器對(duì)所述兩個(gè)軟輸出進(jìn)行解碼。
10.一種接收兩個(gè)碼元以產(chǎn)生兩個(gè)數(shù)據(jù)比特的系統(tǒng)，其中所述兩個(gè)碼元受到不同程度的衰落，所述系統(tǒng)包括至少一個(gè)能夠估算兩個(gè)衰落幅度的處理器；所述至少一個(gè)處理器能夠接收兩個(gè)碼元；所述至少一個(gè)處理器能夠利用估算出的衰落幅值聯(lián)合地處理接收到的兩個(gè)碼元，以產(chǎn)生兩個(gè)軟輸出；所述至少一個(gè)處理器能夠利用前向糾錯(cuò)解碼器對(duì)該兩個(gè)軟輸出進(jìn)行解碼。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種簡(jiǎn)單的擴(kuò)頻技術(shù)，該技術(shù)可以改進(jìn)具有正交相移鍵控(QPSK)或二進(jìn)制相移鍵控(BPSK)調(diào)制的衰落信道的通信性能。該技術(shù)可以包括在發(fā)射機(jī)端通過應(yīng)用2×2階變換，將兩個(gè)碼元結(jié)合起來，形成一個(gè)4點(diǎn)的脈沖幅度調(diào)制(4－PAM)或16點(diǎn)的正交幅度調(diào)制(16－QAM)的星座。接收機(jī)端可以利用二維軟解映射器向軟輸入解碼器提供輸入。本方案可以在基本不增加復(fù)雜程度的情況下，顯著提高衰落信道上的通信性能。該技術(shù)最有利于弱編碼或完全無編碼的系統(tǒng)。本技術(shù)的一種應(yīng)用在于遭遇選頻衰落的編碼正交頻分復(fù)用(OFDM)系統(tǒng)，這種系統(tǒng)的一個(gè)例子是多帶OFDM聯(lián)盟(MBOA)有關(guān)超寬帶(UWB)無線通信的草案規(guī)范。
文檔編號(hào)H04L5/12GK1684455SQ20051006369
公開日2005年10月19日 申請(qǐng)日期2005年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月31日
發(fā)明者艾瑞克·J·歐賈德 申請(qǐng)人:美國(guó)博通公司