專利名稱：具有改進(jìn)檢測算法和差錯(cuò)糾正編碼的非線性碼分多址技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及通信系統(tǒng)的編碼和解碼算法，具體涉及碼分多址(CDMA)系統(tǒng)的編碼和解碼算法，可以增強(qiáng)常規(guī)的差錯(cuò)糾正編碼模式，抗噪聲和發(fā)射信號的峰值與平均值功率之比性質(zhì)。該技術(shù)還使發(fā)射和接收系統(tǒng)內(nèi)的復(fù)雜性減至最小。
背景技術(shù)：
最新的技術(shù)進(jìn)展已使通信電子器件比早幾代電子器件的速度更快，功率消耗較少和較廉價(jià)。這又使包括固定和移動(dòng)裝置在內(nèi)的全球通信市場快速增長。這種快速增長通過通信技術(shù)用戶數(shù)目的不斷增加，以及給用戶提供更多的服務(wù)和更大的帶寬得到證明。預(yù)期這種增長在未來的許多年內(nèi)將繼續(xù)下去。
多用戶通信系統(tǒng)的最新技術(shù)包括碼分多址(CDMA)。在廣泛使用的CDMA移動(dòng)蜂窩式實(shí)施方案中，高達(dá)64(或256)個(gè)信號從基站并行地發(fā)射到移動(dòng)單元。在現(xiàn)實(shí)的噪聲環(huán)境中，這個(gè)數(shù)目受到法律或功率控制算法允許發(fā)射峰值功率的限制，它取決于來自其他用戶的干擾。因此，需要在復(fù)合CDMA信號的發(fā)射信號功率與支持的并行CDMA激活用戶數(shù)目之間進(jìn)行平衡。雖然高發(fā)射信號功率往往導(dǎo)致更好的覆蓋和接收機(jī)中信號接收，但這也會(huì)導(dǎo)致相鄰小區(qū)中的較大干擾。
移動(dòng)通信系統(tǒng)的一個(gè)性能指標(biāo)是復(fù)合CDMA信號的峰值與平均值功率之比(PAP)的幅度。高PAP一直是CDMA系統(tǒng)的固有問題。人們已開發(fā)脈沖整形和復(fù)調(diào)制技術(shù)，例如，連續(xù)相位調(diào)制技術(shù)，用于減輕高PAP的負(fù)面效應(yīng)。高PAP還使通信系統(tǒng)更易受到非線性失真的影響，非線性失真往往是由發(fā)射機(jī)和接收機(jī)中高功率非線性放大器引入的。
CDMA中存在的問題表現(xiàn)在利用專用數(shù)據(jù)信道進(jìn)行脈沖整形和復(fù)調(diào)制技術(shù)。這些技術(shù)降低系統(tǒng)的帶寬效率(帶寬效率是信息傳輸使用的帶寬與系統(tǒng)使用帶寬總量之比的度量)。此外，一些CDMA系統(tǒng)要求更昂貴的電子器件，例如，具有動(dòng)態(tài)范圍大的線性功率放大器，用于處理有高PAP的信號或編碼數(shù)據(jù)信道。另一種方案是利用非線性功率放大器，但這些非線性功率放大器給高PAP信號引入非線性失真，可能導(dǎo)致接收機(jī)中嚴(yán)重的數(shù)據(jù)退化。
當(dāng)前第三代(3G)無線通信系統(tǒng)的主要問題是，在存在其他用戶干擾情況下以非常高的數(shù)據(jù)速率發(fā)射時(shí)，例如，每秒1至2兆位(Mbps)，給定差錯(cuò)性能下的有限用戶容量。這主要是由于兩個(gè)因素。第一個(gè)因素是標(biāo)準(zhǔn)中有限的擴(kuò)展因子。利用PAP為1的正交可變擴(kuò)展因子(OVSF)寬帶CDMA(WCDMA)，在以1Mbps發(fā)射時(shí)，傳輸碼片的擴(kuò)展因子為4；在以2Mbps發(fā)射時(shí)，傳輸碼片的擴(kuò)展因子為2。第二個(gè)因素是給定干擾環(huán)境下所用編碼的次最佳性。選擇多碼CDMA(MC-CDMA)有高的PAP和缺乏抗干擾和抗非線性失真的健壯性。
因此，需要提高CDMA的性能，允許它運(yùn)行在高數(shù)據(jù)速率的第三代無線通信系統(tǒng)中。任何新的系統(tǒng)設(shè)計(jì)不但應(yīng)減輕與高PAP有關(guān)的問題和提高抗干擾的健壯性，而且能在現(xiàn)有CDMA系統(tǒng)內(nèi)或通過自然的升級路徑，利用低成本硬件，軟件或固件的實(shí)施方案以獲得這些提高。
發(fā)明內(nèi)容
按照本發(fā)明，碼分多址(CDMA)技術(shù)利用一類定義為Go-CDMA碼的非線性塊碼和用于信號編碼的矩陣。其結(jié)果是編碼信號有健壯抗噪聲和良好峰值與平均值功率之比(PAP)的性質(zhì)。此外，編碼和解碼Go-CDMA編碼信號的算法利用Go-CDMA編碼序列中固有多項(xiàng)式結(jié)構(gòu)以改進(jìn)信號檢測。
按照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，提出增強(qiáng)編碼的Go-CDMA模式，例如包括卷積編碼，Turbo編碼和塊編碼。這些技術(shù)可以利用增強(qiáng)的Go-CDMA解碼技術(shù)，該技術(shù)利用Go-CDMA編碼信號的多項(xiàng)式結(jié)構(gòu)。在卷積編碼的情況下，新的模式組合差錯(cuò)糾正的卷積編碼能力和塊Go-CDMA編碼的署名識別能力。按照本發(fā)明的實(shí)施例，卷積編碼模式與Go-CDMA編碼模式結(jié)合的差錯(cuò)糾正能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于這些碼簡單串接可以獲得的能力。
Go-CDMA解碼可以利用Go-CDMA編碼的多數(shù)邏輯編碼過程結(jié)果中的多項(xiàng)式結(jié)構(gòu)。有借助于多項(xiàng)式結(jié)構(gòu)解碼期間提取的相關(guān)或“固有”奇偶差錯(cuò)糾正編碼位，可以在最低限計(jì)算成本下改進(jìn)Go-CDMA解碼。還可以利用這個(gè)附加位以改進(jìn)多級編碼和解碼模式中的解碼，特別是在Go-CDMA與卷積編碼或Turbo編碼或塊編碼結(jié)合使用的情況下。
用戶與中心站之間無線CDMA通信的一種優(yōu)選Go-CDMA模式包括在發(fā)射機(jī)編碼模式中，卷積編碼器與Go-CDMA編碼器的串接。在接收機(jī)中，第一解碼級是Go-CDMA軟解碼器，從接收的Go-CDMA信號中恢復(fù)附加位，即，奇偶校驗(yàn)位。然后，從Go-CDMA軟解碼中的相關(guān)奇偶校驗(yàn)位饋入通過第二級卷積解碼并在其中被利用。這可以借助于Viterbi算法完成的，并加到“倒置”的增廣編碼器，而不是原始的卷積編碼過程，該編碼器也產(chǎn)生該奇偶校驗(yàn)位。按照這個(gè)實(shí)施例，Go-CDMA級的作用是有效地獲得高比率卷積編碼器/解碼器的差錯(cuò)糾正能力，雖然存在一些信號能量損失。
Go-CDMA級的存在允許署名識別，從而也允許利用‘RAKE符號可檢測’接收機(jī)結(jié)構(gòu)，這在純卷積差錯(cuò)糾正編碼模式中是不可能的。其他的實(shí)施例包括利用卷積編碼和多個(gè)Go-CDMA編碼器的結(jié)合，和利用Turbo編碼或塊編碼與Go-CDMA編碼器的結(jié)合，以及利用RAKE接收機(jī)。
本發(fā)明的實(shí)施例可應(yīng)用于CDMA通信系統(tǒng)，在許多測量中給出優(yōu)于常規(guī)CDMA和TDMA系統(tǒng)的改進(jìn)性能。這些測量包括例如，峰值與平均值功率之比(PAP)，作為l/n和n/α函數(shù)的差錯(cuò)糾正。此處，l是Go-CDMA編碼序列的長度，n是多址信道的最大數(shù)目，和α是激活選址信道的當(dāng)前數(shù)目。該測量還包括用消息數(shù)據(jù)速率表示的信道容量，作為信噪比(SNR)函數(shù)的發(fā)射誤碼率，信號干擾比(SIR)，其中干擾來自相鄰的小區(qū)，通信小區(qū)中激活用戶數(shù)目的上限，以及編碼和解碼中的計(jì)算工作量。本發(fā)明展示的差錯(cuò)性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)。
本發(fā)明的實(shí)施例很適合于在任何CDMA系統(tǒng)中實(shí)施。它們特別適合于高帶寬CDMA系統(tǒng)，例如，第三代和更高代CDMA系統(tǒng)。此外，在包括移動(dòng)通信單元，基站，發(fā)射并行數(shù)據(jù)消息流的發(fā)射站或接收站的任何CDMA系統(tǒng)中，與常規(guī)的CDMA系統(tǒng)比較，Go-CDMA實(shí)施方案可以允許較少的信號整形開銷和較廉價(jià)的電子器件。
本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例包括應(yīng)用具有增強(qiáng)檢測的Go-CDMA技術(shù)，作為對已知卷積編碼的增廣。設(shè)想 比率卷積編碼器，其中m是輸入信息位的數(shù)目，而n是輸出卷積編碼位的數(shù)目，Go-CDMA增廣就是利用n×lGo-CDMA碼矩陣，在交叉之后編碼n個(gè)卷積碼輸出位作為傳輸?shù)膌位。解碼是逆過程，即，利用軟和增強(qiáng)檢測，首先Go-CDMA解碼接收的信號，然后去交叉解碼的信號。在無噪聲的情況下，這在信道中恢復(fù)進(jìn)入Go-CDMA解碼的n位和附加的奇偶校驗(yàn)位以給出n+1位，和用別的方法估算這些位。這些第一級解碼之后是Viterbi解碼器“倒置”增廣的 編碼器，而不是原始卷積 編碼器，它也產(chǎn)生合適的奇偶校驗(yàn)位。在無噪聲的情況下，這從n+1位序列中恢復(fù)m位序列，和用別的方法獲得最大似然性估算值。解碼過程有一些信號損失，實(shí)現(xiàn)相當(dāng)于 卷積編碼器/解碼器。后者強(qiáng)于最佳 比率卷積編碼器/解碼器。利用標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)，卷積碼的優(yōu)化以獲得“最佳”性能是有意義的，也是很直接的。
本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例包括兩個(gè)或多個(gè)并行卷積/Go-CDMA編碼塊(以上第一個(gè)實(shí)施例)合在一起構(gòu)成Turbo編碼結(jié)構(gòu)，其中在每對并行卷積/Go-CDMA編碼塊之間有交叉器。
本發(fā)明的第三個(gè)實(shí)施例包括線性或非線性塊碼，而不是以上的卷積碼。設(shè)計(jì)一種從Go-CDMA解碼級傳輸差錯(cuò)糾正的奇偶校驗(yàn)位以增強(qiáng)下一解碼級的方法。
本發(fā)明的第四個(gè)實(shí)施例包括單級或多級解碼，若任何Go-CDMA解碼塊的固有奇偶校驗(yàn)位不傳輸?shù)较乱患?，例如，最后級是Go-CDMA解碼。在這種情況下，奇偶校驗(yàn)位用于增強(qiáng)該特定級的檢測，如在低噪聲的環(huán)境中所指出的。利用其他位或奇偶校驗(yàn)位計(jì)算的差錯(cuò)代替最可能的位，可以實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)的檢測。
本發(fā)明的第五個(gè)實(shí)施例是，若以上幾個(gè)實(shí)施例中的Go-CDMA編碼級(其中進(jìn)行多數(shù)邏輯運(yùn)算)被利用Go-CDMA碼作為MC-CDMA結(jié)構(gòu)中的正交碼代替，這是一個(gè)在參照專利中稱之為MC-Go-CDMA的實(shí)施例。在這個(gè)實(shí)施例中，在Go-CDMA解碼之前，多數(shù)邏輯運(yùn)算是對接收機(jī)中接收的信號進(jìn)行的，為了提取增廣卷積解碼或Turbo解碼或塊解碼過程中使用的附加奇偶校驗(yàn)位。
提出的方法還應(yīng)用于多個(gè)數(shù)據(jù)消息的編碼。該數(shù)據(jù)消息可以包括至少一個(gè)與激活用戶有關(guān)的數(shù)據(jù)消息，至少一個(gè)與偽激活用戶有關(guān)的數(shù)據(jù)消息，和/或至少一個(gè)與非激活用戶有關(guān)的數(shù)據(jù)消息。(激活用戶是利用通信系統(tǒng)正在發(fā)射信息的用戶。偽激活用戶是控制系統(tǒng)通過通信信道啟動(dòng)的傳輸，為的是模仿激活用戶的存在。經(jīng)偽激活用戶鏈路發(fā)送的數(shù)據(jù)不攜帶信息，也不被通信系統(tǒng)中接收機(jī)解碼。非激活用戶是通信系統(tǒng)中的非激活鏈路，其中不發(fā)射或接收數(shù)據(jù)或信息。)若存在多個(gè)編碼級，則在每相鄰對編碼級之間還可以有置換級。(置換級包括一個(gè)編碼/解碼級輸出到另一個(gè)編碼/解碼級輸入之間連接的可逆重排序。)多數(shù)邏輯編碼塊可以作為查閱表實(shí)施。在此情況下，基于查閱表完成改進(jìn)的編碼。
數(shù)據(jù)消息可以包括三元格式的數(shù)據(jù)元素，單極或雙極二元格式的數(shù)據(jù)元素。此外，每個(gè)數(shù)據(jù)消息可以從間隙數(shù)據(jù)源接收的數(shù)據(jù)中導(dǎo)出。
提出的改進(jìn)應(yīng)用于擴(kuò)頻碼分多址信號，包括至少編碼一個(gè)基于Go-CDMA碼的數(shù)據(jù)消息流，加擾基于隨機(jī)碼的編碼數(shù)據(jù)消息流，和通過通信信道發(fā)射加擾的編碼消息流。按照這種方式，多個(gè)數(shù)據(jù)消息流通過無線媒體可以被編碼，加擾和發(fā)射。例如，該方法可以在移動(dòng)通信單元或基站中執(zhí)行。此外，數(shù)據(jù)消息流可以是相關(guān)的，不相關(guān)的或串行數(shù)據(jù)流。當(dāng)該方法是在基站中執(zhí)行時(shí)，數(shù)據(jù)消息流可以與不同的移動(dòng)單元有關(guān)，每個(gè)移動(dòng)單元可以有與其有關(guān)的多個(gè)數(shù)據(jù)流。該方法可以包括至少編碼一些基于非Go-CDMA碼的數(shù)據(jù)消息流，加擾基于隨機(jī)碼的非Go-CDMA編碼數(shù)據(jù)消息流，和通過通信信道發(fā)射加擾的非Go-CDMA編碼數(shù)據(jù)消息流和Go-CDMA編碼數(shù)據(jù)消息流。
一種解碼Go-CDMA信號的方法可以包括通過通信信道接收加擾的編碼消息流，解擾編碼的數(shù)據(jù)消息流，和最佳地解碼基于Go-CDMA碼的數(shù)據(jù)消息流。編碼數(shù)據(jù)流可以包括識別信息，它是根據(jù)導(dǎo)頻信號中的信號或任何其他通信協(xié)議過程確定的。該方法可以包括首先，通過通信信道接收加擾的編碼消息流，解擾任何非Go-CDMA編碼的數(shù)據(jù)消息流，基于識別信息分開非Go-CDMA編碼數(shù)據(jù)消息流與Go-CDMA編碼數(shù)據(jù)消息流。其次，分開地解碼非Go-CDMA編碼數(shù)據(jù)消息流和Go-CDMA編碼數(shù)據(jù)消息流。
參照詳細(xì)的描述和附圖，可以更充分地理解本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)，其中圖1表示有相加噪聲的通信信道。
圖2表示按照本發(fā)明實(shí)施例的多址編碼-解碼通信系統(tǒng)。
圖3A表示移動(dòng)通信中所用CDMA系統(tǒng)的功能方框圖，其中包括按照本發(fā)明實(shí)施例的編碼和解碼塊。
圖3B表示多個(gè)移動(dòng)單元通過有噪無線信道與基站進(jìn)行蜂窩式通信的示意圖。
圖4A表示移動(dòng)通信中所用Go-CDMA系統(tǒng)的功能方框圖，它表示按照本發(fā)明實(shí)施例應(yīng)用隨機(jī)加擾碼到編碼和解碼模式。
圖4B表示移動(dòng)通信中所用Go-CDMA系統(tǒng)的功能方框圖，它表示應(yīng)用隨機(jī)加擾碼到允許Go-CDMA編碼的編碼和解碼模式以及在相同基站或移動(dòng)單元中同時(shí)實(shí)施的另一種編碼模式，或者，按照本發(fā)明實(shí)施例，可以在移動(dòng)單元的雙模移動(dòng)單元配置中實(shí)施。
圖5表示編碼比率為 和約束長度為Mm的通用卷積編碼器。
圖6表示標(biāo)準(zhǔn)比率 的卷積編碼器。
圖7表示Turbo編碼器的基本方框圖。
圖8表示八狀態(tài)遞歸系統(tǒng)卷積編碼器的例子。
圖9表示二級Turbo解碼器的基本方框圖。
圖10表示有限狀態(tài)編碼器的網(wǎng)格表示。
圖11表示卷積碼的時(shí)間不變格構(gòu)圖。
圖12表示塊碼的時(shí)間可變格構(gòu)圖。
圖13表示通過頻選信道接收寬帶二元信號的最佳RAKE接收機(jī)結(jié)構(gòu)。
圖14表示信號幅度系數(shù)ρ1與信道總數(shù)n之間的關(guān)系。
圖15用實(shí)線表示比率 卷積編碼器，和用虛線表示后續(xù)Go-CDMA編碼和“軟”增強(qiáng)Go-CDMA解碼的效應(yīng)，它把這個(gè)編碼器轉(zhuǎn)換成“相當(dāng)”高比率 卷積編碼系統(tǒng)。
圖16A表示通信系統(tǒng)收發(fā)信機(jī)內(nèi)的Go-CDMA非線性碼分多址編碼和解碼以及卷積差錯(cuò)編碼和解碼和交叉和去交叉實(shí)施例的功能方框圖。
圖16B-16D表示圖16A中所示實(shí)施方案的變化。
圖17表示二級卷積/Go-CDMA編碼和解碼信道擴(kuò)展模式實(shí)施方案的實(shí)施例。
圖18是非重疊實(shí)施方案，其中用實(shí)線表示比率 卷積編碼器和虛線表示后續(xù)Go-CDMA編碼和“軟”增強(qiáng)Go-CDMA解碼的效應(yīng)，它把這個(gè)編碼器轉(zhuǎn)換成“相當(dāng)”高比率 卷積編碼系統(tǒng)。
圖19是重疊實(shí)施方案，其中用實(shí)線表示比率 卷積編碼器和虛線表示后續(xù)Go-CDMA編碼和“軟”增強(qiáng)Go-CDMA解碼的效應(yīng)，它把這個(gè)編碼器轉(zhuǎn)換成“相當(dāng)”高比率 卷積編碼系統(tǒng)。
圖20表示包含通信系統(tǒng)中信道差錯(cuò)糾正編碼(330a)和解碼(330b)，信道擴(kuò)展(210)和去擴(kuò)展(220)和調(diào)制正向變換(211)和反向變換(221)的功能方框圖，該通信系統(tǒng)是本發(fā)明的實(shí)際編碼裝置。
具體實(shí)施例方式
I.綜述多用戶通信系統(tǒng)的當(dāng)代技術(shù)包括CDMA和時(shí)分多址(TDMA)。這些技術(shù)廣泛地應(yīng)用于單小區(qū)或多小區(qū)移動(dòng)通信，其中TDMA是GSM移動(dòng)電話系統(tǒng)的基礎(chǔ)。
圖1表示多用戶通信系統(tǒng)存在的環(huán)境。參照圖1，通信信道100表示成有相加噪聲的通信信道。作為例子，通信信道可以是空氣，空間，諸如導(dǎo)線，傳輸線，或微波元件的電連接，或光纖。傳輸通過通信信道100的入射信號s受到通信信道中相加噪聲的影響，在傳輸線遠(yuǎn)端產(chǎn)生信號(s+noise)。
圖2表示多址編碼-解碼通信系統(tǒng)200的示意圖。通信系統(tǒng)200包括作為輸入到編碼塊210的多個(gè)傳輸消息。編碼塊210編碼該消息并通過有噪通信信道100發(fā)射編碼消息作為復(fù)合信號。解碼塊220接收包含噪聲的復(fù)合信號并通過這樣一個(gè)過程解碼該編碼消息，至少在零信道噪聲的情況下，該過程一般是編碼過程的逆過程，或接近于逆過程。
編碼塊210和解碼塊220都表示成單塊。例如，在復(fù)用光纖通信系統(tǒng)的情況下，可能確實(shí)是單個(gè)編碼塊和解碼塊，它們連接到作為通信信道100的光纖?；蛘撸谝苿?dòng)通信系統(tǒng)中，編碼塊210和解碼塊220中的一個(gè)或兩個(gè)可以是去耦合的編碼塊或解碼塊，每個(gè)用戶有一塊，每塊之間有唯一的相對空間位置。圖3A和3B表示這種情況。
圖3A表示一個(gè)通信系統(tǒng)。該通信系統(tǒng)可以包括例如，移動(dòng)單元300或移動(dòng)通信單元310，如蜂窩式通信中所使用的。系統(tǒng)300，310可以包括耦合到天線340的調(diào)制/解調(diào)單元320，編碼單元210和解碼單元220，任選的前置和后置編碼解碼單元330，處理器350，存儲(chǔ)器360和I/O單元370。
處理器350可以是微處理器，微控制器，數(shù)字信號處理器，專用集成電路，或任何適合于控制系統(tǒng)300，310運(yùn)行的其他裝置。處理器350控制裝置300和310的運(yùn)行，并可以耦合到控制它們運(yùn)行的每個(gè)功能塊?；蛘?，裝置300，310內(nèi)任何或所有的功能塊可以在處理器上實(shí)施。通過執(zhí)行存儲(chǔ)器360中存儲(chǔ)的程序指令，處理器可以控制裝置300，310，使功能單元變成激活的，與它們的具體實(shí)施例無關(guān)。
存儲(chǔ)器360存儲(chǔ)數(shù)據(jù)并可以存儲(chǔ)裝置300，310內(nèi)處理器350或其他單元執(zhí)行的程序指令。存儲(chǔ)器可以包括易失性存儲(chǔ)器，非易失性存儲(chǔ)器，或二者。存儲(chǔ)器可以包括例如，只讀存儲(chǔ)器(ROM)和只讀存儲(chǔ)器裝置，如CD-ROM裝置，硬盤和軟盤驅(qū)動(dòng)器，隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)，數(shù)據(jù)庫和任何其他類型存儲(chǔ)器或存儲(chǔ)器裝置。
I/O單元370可以包括任何類型的輸入/輸出裝置。這些裝置可以包括顯示器，鍵盤，傳聲器，擴(kuò)音器，攝像機(jī)，振動(dòng)裝置，連接到網(wǎng)絡(luò)的modem，如PSTN，局域網(wǎng)或?qū)捰蚓W(wǎng)或服務(wù)器的互連網(wǎng)絡(luò)，稱之為互聯(lián)網(wǎng)的路由器和網(wǎng)橋。
在運(yùn)行期間，處理器350可以使裝置300，310經(jīng)天線340打開與另一個(gè)通信裝置的通信信道，該通信裝置遵循CDMA或TDMA協(xié)議。在無線蜂窩式電話的情況下，通信信道可用于進(jìn)行電話呼叫。處理器350還可以從I/O單元370或存儲(chǔ)器360接收信號，例如，話音或數(shù)據(jù)信號，并基于接收的數(shù)據(jù)或話音信號，可以輸出數(shù)據(jù)消息到前置和后置編碼解碼單元330。數(shù)據(jù)消息可以依此發(fā)送通過編碼單元210和調(diào)制/解調(diào)單元320，并從遵循合適通信協(xié)議的天線輸出。類似地，在相反的方向上，處理器可以經(jīng)天線340，解碼單元220和前置和后置解碼單元330接收數(shù)據(jù)消息。然后，基于接收的數(shù)據(jù)消息，處理器可以輸出信號或其他數(shù)據(jù)到一個(gè)或多個(gè)I/O單元370，或存儲(chǔ)數(shù)據(jù)到存儲(chǔ)器360。按照這種方式，裝置300，310可以代表該裝置用戶完成通信功能。
前置和后置編碼解碼塊330是任選的。其用途可以是插入(在解碼情況下是解密)糾錯(cuò)碼到數(shù)據(jù)消息中，或在編碼之前或解碼之后，交叉或去交叉數(shù)據(jù)或處理數(shù)據(jù)消息。在插入糾錯(cuò)碼的情況下，可以利用任何的差錯(cuò)糾正或差錯(cuò)保護(hù)模式，包括循環(huán)冗余校驗(yàn)(CRC)模式和前向糾錯(cuò)(FEC)模式。
編碼和解碼塊可以是常規(guī)的CDMA或TDMA編碼塊，或2001年10月5日申請的標(biāo)題為“Method and Apparatus for Non-LinearCode-Division Multiple Access Technology”的美國專利申請中所描述的Go-CDMA編碼塊，把它合并在此供參考。編碼塊210和解碼塊220可以實(shí)施按照本發(fā)明的實(shí)施例的Go-CDMA編碼和解碼模式?；蛘?，Go-CDMA編碼和CDMA編碼可以同時(shí)存在于圖4B所示的混合系統(tǒng)中。
調(diào)制/解調(diào)單元320可以與任何合適的放大器結(jié)合，用于建立基于TDMA或CDMA模式的調(diào)制輸出信號s，包括利用Go-CDMA技術(shù)的CDMA模式。
考慮CDMA模式通信裝置300，310，它包括執(zhí)行程序指令的處理器或其他裝置，用于完成編碼塊210的編碼功能和解碼塊220的解碼功能。在此情況下，可以利用數(shù)據(jù)和程序指令更新存儲(chǔ)器360，配置編碼塊210和解碼塊220以實(shí)施按照本發(fā)明的Go-CDMA編碼和解碼模式。程序指令和數(shù)據(jù)或經(jīng)天線340接收的數(shù)據(jù)可以經(jīng)一個(gè)或多個(gè)I/O單元370裝入到存儲(chǔ)器360。
圖3B表示多個(gè)移動(dòng)單元310通過有噪無線信道100與基站300進(jìn)行蜂窩式通信的示意圖。移動(dòng)站300及其每個(gè)各自的編碼單元210可以考慮成相當(dāng)于圖2所示單個(gè)編碼單元210，用于編碼n個(gè)數(shù)據(jù)消息通過有噪信道100進(jìn)行發(fā)射。在這種情況下，基站及其解碼單元220可以考慮成相當(dāng)于圖2所示的單個(gè)解碼單元220，用于解碼復(fù)合信號加噪聲的n個(gè)接收數(shù)據(jù)消息。
在第三代標(biāo)準(zhǔn)的寬帶移動(dòng)通信中，已選取CDMA方案。潛在的技術(shù)是多數(shù)邏輯編碼，它還沒有大量傳送給任何廣泛使用的通信系統(tǒng)。這種潛在技術(shù)是共同申請專利中本發(fā)明Go-CDMA技術(shù)的基礎(chǔ)，因此，它也是本發(fā)明增強(qiáng)Go-CDMA技術(shù)的基礎(chǔ)。
多數(shù)邏輯編碼信號的多項(xiàng)式結(jié)構(gòu)Go-CDMA非線性碼分多址技術(shù)部分地利用sign或sgn多數(shù)邏輯函數(shù)，其中 和 或 (1.2) 多數(shù)邏輯編碼信號，例如，Go-CDMA編碼信號s(τ)|τ∈
作為時(shí)間τ的函數(shù)，按照如下定義s(τ)=signΣi=1ndiXi(τ)---(1.3)]]>或s±(τ)=sgn±Σi=1ndiXi(τ)---(1.4)]]>其中i＝1，...，n信道數(shù)目，di±1是第i信道的信息位，和Xi(τ)|τ∈
是第i信道的雙極碼字。碼字是在時(shí)間周期
內(nèi)m個(gè)相等時(shí)間間隔期間分段恒定的。在某些應(yīng)用中，要求碼字是正交歸一的∫01Xj(τ)Xi(τ)dτ=δij,]]>其中i，j＝1，...，n，若i≠j，則δij＝0；否則δij＝1，但不總是這種情況。
在1964年，提出如下的s(τ)|τ∈
的多項(xiàng)式級數(shù)結(jié)構(gòu)
s(τ)=ρ0+ρ1Σi=1ndiXi(τ)+ρ2Σi=1nΣj=i+1ndidjXi(τ)Xj(τ)+···---(1.5)]]>···+ρnd1d2···dnX1(τ)X2(τ)···Xn(τ),]]>其中提供的公式是根據(jù)n僅僅計(jì)算ρ0，ρ1和ρn，如下所示ρ0＝0 對于i＝2，3，...，n-1，|ρi|＜ρ1。
此處我們觀察到，所有可能的選擇給出(n+1)個(gè)未知數(shù)ρ0，ρ1，...ρn的(n+1)個(gè)線性公式，并對于任何n≥2的整數(shù)，可以求解所有的ρi。同樣，在n為偶數(shù)時(shí)，對于與s(τ)不同的s±(τ)，有相同的多項(xiàng)式結(jié)構(gòu)，并可以計(jì)算未知數(shù)ρ0，ρ1，...ρn。事實(shí)上，當(dāng)n為偶數(shù)時(shí)，s(τ)中的ρ0＝0，而s±(τ)中的ρ0≠0。當(dāng)n為奇數(shù)時(shí)，s±(τ)＝s(τ)，在所有的未知數(shù)ρ0，ρ1，ρ2，...ρn中，ρ0＝ρ2＝...＝ρn-1，因此，s±(τ)中的系數(shù)ρi為ρ1，ρ1，ρ3，ρ3，...ρn-2，ρn-2，ρn，其中(n+1)是偶數(shù)。
同樣在某些應(yīng)用中，要求這些函數(shù)Xi(τ)，Xi(τ)Xi(τ)，...，X1(τ)X2(τ)...Xn(τ)是互相正交的。
多數(shù)邏輯編碼信號的最佳最大似然性檢測在編碼n個(gè)信道的數(shù)據(jù)流時(shí)，由于數(shù)據(jù)可能有2n個(gè)不同的組合，因此2n個(gè)不同的信號s*(τ)|τ∈
也是可能的。此處，s*(τ)表示s(τ)或s±(τ)。因此，按照標(biāo)準(zhǔn)的最小二乘方測量，利用2n個(gè)相關(guān)器或匹配濾波器組，2n個(gè)可能信號中的每個(gè)信號有一個(gè)以選取有最佳匹配的信號，可以實(shí)現(xiàn)多數(shù)邏輯的最佳檢測，特別是Go-CDMA編碼的n位信號數(shù)據(jù)矢量{d1，d2，...d3}。這種最佳檢測算法的代價(jià)是檢測結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，它是隨數(shù)據(jù)信道數(shù)目n按指數(shù)方式增大。
多數(shù)邏輯編碼信號的常規(guī)次最佳檢測常規(guī)多數(shù)邏輯解碼模式基于以下的規(guī)則估算di的信息d^i=sign(zi);]]>zi=∫0ts*Xi(τ)dτ,]]>其中i＝1，...n。(1.7)可以利用這個(gè)檢測算法以解碼Go-CDMA非線性碼分多址技術(shù)。根據(jù)公式(1.7)和(1.3)，可以觀察到這個(gè)檢測算法在所需正交性下提取多項(xiàng)式結(jié)構(gòu)(1.5)中的非零項(xiàng)。這是很有效的，因?yàn)楦鶕?jù)公式(1.6)可以觀察到多項(xiàng)式結(jié)構(gòu)s(t)中的非零項(xiàng)攜帶大部分的信息位信號能量。
多數(shù)邏輯編碼信號的改進(jìn)次最佳檢測在n為奇數(shù)的情況下，以上次最佳檢測的實(shí)際改進(jìn)是在解碼中提取多項(xiàng)式結(jié)構(gòu)s(τ)中的最后項(xiàng)，因?yàn)檫@項(xiàng)也攜帶di的大部分信息位信號，如下所示(a) 估算zi的相關(guān)值，其中i＝1，...，n+1，zi=∫0ts(τ)Xi(τ)dτ,]]>i＝1，...，n，zn+1=∫0ts(τ)X1(τ)X2(τ)···Xn(τ)dτ---(1.8)]]>(b)估算信息位 遵從以下的規(guī)則d^i=sign(zi)if|zi|>|zn+1|,]]>其中i＝1，...，n(1.9)或者，當(dāng)|zi|＞|zj|時(shí)，其中i＝1，...j-1，j+1，...n+1，和j＝1，...，n。
d^j=sign(zn+1)sign(ρn)d^1d^2···d^j-1d^j+1···d^n---(1.10)]]>這種改進(jìn)可以產(chǎn)生個(gè)n信息位的更好估算值，這是基于(1.5)最后項(xiàng)中相關(guān)值的估算代替最弱信息位估算值 在滿足以下條件的低噪聲下是這種情況(a) 差錯(cuò)發(fā)生在最小相關(guān)系數(shù)值的點(diǎn)，|zj|；(b)所有其他信息位 是無差錯(cuò)的，其中i＝1，...n和i≠j。
此處，我們觀察到，相同的方法可用于n是偶數(shù)的情況以及n是奇數(shù)而僅考慮s±(τ)代替s(τ)的情況。
Go-CDMA碼這些碼是在2001年10月5日標(biāo)題為“Method and Apparatusfor Non-Linear Code-Division Multiple Access Technology”的共同申請美國專利中所描述的，把它合并在此供參考。概括地說，這些碼是元素在集合{-1，+1}中生成矩陣G形式的碼，對于元素在集合{-1，+1}中的雙極矢量d，則d^:=sgn±[GTsgn±(Gd)]=d,]]>若d是三元的，或在三元數(shù)據(jù)的特定子集合中，則dT|d^-d|=0,]]>其中|x|是x的幅度。這意味著，在多址通信系統(tǒng)的積木塊中，形成數(shù)據(jù)d矢量的激活用戶雙極數(shù)據(jù)，和可能的偽激活用戶數(shù)據(jù)，和零非激活用戶“數(shù)據(jù)”可以解碼成s＝sgn±(Gd)。對于零信道噪聲事件中的無差錯(cuò)通信，這個(gè)量被發(fā)射和解碼成d^:=sgn±[GTsgn±(s+channel noise)]---(1.11)]]>或者，它恰巧是健壯的估算值。
多級Go-CDMA編碼并行編碼或解碼塊構(gòu)成編碼或解碼級，串接這些級形成多級編碼和解碼系統(tǒng)。中間級可以涉及各種置換運(yùn)算。
卷積編碼按照本發(fā)明的實(shí)施例，卷積編碼和解碼技術(shù)可用于編碼傳輸信號。卷積解碼技術(shù)的一個(gè)例子是稱之為Viterbi算法的最大似然性解碼。
待發(fā)射的信息序列傳輸通過線性有限狀態(tài)寄存器，可以實(shí)現(xiàn)卷積編碼。一般地說，參考圖5，移位寄存器504包括M(m位)級和n個(gè)線性代數(shù)函數(shù)發(fā)生器503。假設(shè)編碼器500的輸入數(shù)據(jù)501是二元數(shù)據(jù)，移位依此進(jìn)入移位寄存器504，每次m位。每個(gè)m位輸入序列的輸出位數(shù)目是n位。因此，碼率定義為 參數(shù)M稱之為卷積碼的約束長度。
描述卷積碼的一種方法是利用它的生成矩陣。一般地說，卷積碼的生成矩陣是半無限的，因?yàn)檩斎胄蛄械拈L度是半無限的。作為規(guī)定生成矩陣的另一種方案，我們規(guī)定有限維度生成系統(tǒng)。我們規(guī)定一組n個(gè)矢量，給n模數(shù)2加法器503中每個(gè)加法器一個(gè)矢量。每個(gè)矢量的幅度為Mm，并包含編碼器500到模數(shù)2加法器503的連接。
明確地說，我們考慮二元卷積編碼器500，其約束長度M＝3，m＝1和n＝3，圖6表示這種情況。最初，假設(shè)移位寄存器504是在全零狀態(tài)。假設(shè)第一輸入位是‘1’。則3位的輸出序列是‘111’。假設(shè)第二位是‘0’，則輸出序列是‘001’。若第三位是‘1’，則輸出是‘100’，等等?，F(xiàn)在，假設(shè)我們給產(chǎn)生每3位輸出序列的函數(shù)生成器輸出編號為1，2和3，從上至下，類似地，給每個(gè)對應(yīng)函數(shù)生成器編號。于是，由于僅僅第一級連接到第一函數(shù)生成器(不需要模數(shù)2加法器)，則生成器是g1＝[100] (1.12)第二函數(shù)生成器連接到第一級和第三級。因此。
g2＝[101] (1.13)最后，g3＝[111] (1.14)有時(shí)，種碼的生成器是方便地以八進(jìn)制形式給出，如(4，5，7)。
與有固定長度n的塊碼不同，卷積編碼器基本上是有限狀態(tài)機(jī)。所以，卷積編碼序列的最佳解碼涉及動(dòng)態(tài)編程搜索通過網(wǎng)格以得到最可能序列。取決于解調(diào)器之后檢測器進(jìn)行硬判定或軟判定，網(wǎng)格搜索中的對應(yīng)度量分別是Hamming度量或Euclidean度量。卷積編碼的最佳解碼器稱之為Viterbi算法，它有最大似然性序列估算量。
在申請文本中提供本發(fā)明利用卷積編碼的詳情，但在標(biāo)準(zhǔn)教科書中可以找到標(biāo)準(zhǔn)卷積編碼和解碼，不同碼度量的定義和最佳Viterbi算法的更詳細(xì)資料。按照本發(fā)明，可以利用任何的卷積編碼和解碼模式。
Turbo編碼Turbo編碼器400的編碼器最基本形式包括借助于交叉器420連接在一起的兩個(gè)系統(tǒng)編碼器410，如圖7所示。Turbo碼利用僅對系統(tǒng)位運(yùn)算的偽隨機(jī)交叉器420。在Turbo編碼中利用交叉器有兩個(gè)原因，即·把Turbo碼中一半容易發(fā)生的差錯(cuò)與另一半中極不容易發(fā)生的差錯(cuò)聯(lián)系在一起。這的確是為什么Turbo編碼由于傳統(tǒng)碼的主要原因。
·對失配解碼提供健壯的性能，失配解碼是在信道統(tǒng)計(jì)未知或被錯(cuò)誤規(guī)定時(shí)出現(xiàn)的問題。
通常，但不必如此，相同的碼用于圖7中的兩個(gè)編碼器410。給Turbo碼建議的組成碼是短約束長度遞歸系統(tǒng)卷積(RSC)碼。圖8中給出八狀態(tài)RSC編碼器410的例子。使卷積碼成為遞歸(移位寄存器中一個(gè)或多個(gè)抽頭輸出饋入回到輸入端)的理由是使移位寄存器的內(nèi)部狀態(tài)取決于過去的輸出。這影響差錯(cuò)圖形的特征(系統(tǒng)位中的單個(gè)差錯(cuò)產(chǎn)生無限數(shù)目的奇偶差錯(cuò))，其結(jié)果是實(shí)現(xiàn)總體編碼策略的較好性能。我們還知道，利用特定變換算法的轉(zhuǎn)換，每個(gè)RSC編碼器410有相當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)卷積編碼器。
在圖7中，輸入直接加到編碼器1，而相同數(shù)據(jù)流的偽隨機(jī)重排序版本加到編碼器2。系統(tǒng)位(即，原始消息位)和兩個(gè)編碼器410產(chǎn)生的兩組編碼位構(gòu)成Turbo編碼器400的輸出。雖然成分碼是卷積碼，實(shí)際上，Turbo碼是塊碼，其塊長度是由交叉器420長度確定的。此外，由于圖7中的兩個(gè)RSC編碼器410是線性的，我們可以描述Turbo碼為線性塊碼。
在接收機(jī)中，圖9所示的二級Turbo編碼器450可用于編碼接收的信號。在所描述的例子中，兩個(gè)解碼級451中的每級利用Bahl，Cocke，Jelinek和Raviv(BCJR)算法以解決最大“后驗(yàn)概率”(MAP)檢測問題。BCJR算法在以下兩個(gè)基本方面不同于Viterbi算法1.BCJR算法是有兩次遞歸的“軟輸入，軟輸出”解碼算法，一次前向和一次后向，這兩次遞歸都涉及軟判定。與此對比，Viterbi算法是“軟輸入，硬輸出”解碼算法，單次前向遞歸涉及軟判定；遞歸末端是硬判定，因此在幾個(gè)其他路徑之間獲得特定的殘存路徑。從計(jì)算工作方面考慮，由于后向遞歸，BCJR算法比Viterbi算法更復(fù)雜。
2.BCJR算法是MAP解碼器，通過估算碼字中個(gè)別位的“后驗(yàn)概率”，它使位差錯(cuò)最??；為了重建原始數(shù)據(jù)序列，BCJR算法的軟輸出是硬限幅的。另一方面，Viterbi算法是最大似然性序列估算量，它使整個(gè)序列而不是每位的似然性函數(shù)最大。因此，BCJR算法可以略微優(yōu)于Viterbi算法；它絕不會(huì)更差。
在圖9所示的Turbo解碼器中，接收的系統(tǒng)位u′k和編碼位d′1k與先前解碼過程的反饋數(shù)據(jù)一起被第一級BCJR解碼器451處理。這個(gè)過程的結(jié)果再被偽隨機(jī)交叉器420交叉。交叉器的輸出與接收的編碼位d′2k一起被第二級BCJR解碼器451處理。這第二級BCJR解碼器451的輸出被兩個(gè)分開的偽隨機(jī)去交叉器421去交叉。一個(gè)偽隨機(jī)去交叉器的輸出反饋到第一級BCJR解碼器，作為接收位之后的解碼過程。另一個(gè)偽隨機(jī)去交叉器的輸出傳輸通過硬限幅器閾值裝置430，得到傳輸信息位的估算值。
在申請文本中提供本發(fā)明利用Turbo編碼的詳情，但在標(biāo)準(zhǔn)教科書中可以找到標(biāo)準(zhǔn)Turbo編碼和解碼以及最佳BCJR算法的更詳細(xì)資料。應(yīng)當(dāng)明白，按照本發(fā)明可以利用任何的Turbo編碼和解碼模式。
線性塊編碼標(biāo)準(zhǔn)線性編碼技術(shù)，例如，碼生成矩陣，奇偶檢驗(yàn)矩陣和故障表，可以用作按照本發(fā)明實(shí)施例的部分編碼過程。
塊碼包括一組稱之為碼字的固定長度矢量。碼字長度是矢量中的元素?cái)?shù)目并標(biāo)志為n。碼字中的元素選自q個(gè)元素的字母。當(dāng)字母是由兩個(gè)元素0和1組成時(shí)，該碼是二進(jìn)制碼。當(dāng)碼字元素選自有q個(gè)元素的字母時(shí)(q＞2)，該碼是非二進(jìn)制碼。在長度為n的二進(jìn)制塊碼中有2n個(gè)可能碼字。從這些2n個(gè)碼字中，我們可以選取V＝2m個(gè)碼字(m＜n)以形成一個(gè)碼。因此，m個(gè)信息位的塊變換成選自V＝2m個(gè)碼字集合中長度為n的碼字。形成的塊碼比率為 令uv1，uv2，...uvm表示編碼成行矢量碼字Nv的m個(gè)信息位。因此，進(jìn)入線性塊碼編碼器的m個(gè)信息位矢量標(biāo)志為Uv＝[uv1，uv2，...uvm] (1.15)而編碼器的輸出是矢量Nv＝[nv1，nv2，...nvn] (1.16)線性二進(jìn)制塊編碼器中完成的編碼運(yùn)算可以用一組n個(gè)方程形式表示。
nvj＝uv1g1j+uv2g2j+...+uvmgmj，j＝1，2，...n (1.17)其中g(shù)ij∈{0，1}，而uxigij代表uxi與gij的乘積。這些公式還可以表示成矩陣形式Nv＝UvG (1.18)其中G稱之為碼的生成矩陣，G表示為G=g11g12···g1ng21g22···g2n............gm1gm2···gmn----(1.19)]]>通過行運(yùn)算(和列置換)可以把比率 線性塊碼的生成矩陣簡約成“系統(tǒng)形式” 其中Im是m×m單位矩陣，而P是確定n-m個(gè)冗余位或奇偶校驗(yàn)位的m×(n-m)矩陣。對于系統(tǒng)線性塊碼，它的生成矩陣G是由其“系統(tǒng)形式”給出的，則奇偶校驗(yàn)矩陣H是H＝[-P′|In-m] (1.21)其中P′是P矩陣的轉(zhuǎn)置矩陣。在處理二進(jìn)制碼時(shí)，-P′中的負(fù)號可以省略，因?yàn)槟?shù)2減法與模數(shù)2加法相同。
生成矩陣G用在發(fā)射機(jī)中的編碼運(yùn)算。另一方面，奇偶校驗(yàn)矩陣用在接收機(jī)中的解碼運(yùn)算。在后者運(yùn)算的語境下，令r表示1×n接收矢量，它是通過有噪信道發(fā)送的碼矢量c得到的。因此，r可以表示成如下的形式r＝c+e (1.22)其中e稱之為誤差矢量或誤差模式。若r的對應(yīng)元素與c的元素相同，則e的第i元素等于‘0’。另一方面，若r的對應(yīng)元素與c的元素不同，則e的第i元素等于‘1’，在此情況下，就說誤差發(fā)生在第i位置。接收機(jī)的任務(wù)是根據(jù)接收矢量r解碼碼矢量c。通常用于完成這個(gè)解碼運(yùn)算的算法是，首先計(jì)算稱之為故障的1×(n-m)矢量。給出1×n接收矢量r，對應(yīng)的故障定義為故障＝rH′ (1.23)其中H′是奇偶校驗(yàn)矩陣H的矩陣轉(zhuǎn)置。故障的完整表格通常稱之為故障表。
在申請文本中提供本發(fā)明利用線性塊編碼的詳情，但在標(biāo)準(zhǔn)教科書中可以找到標(biāo)準(zhǔn)塊編碼和解碼的更詳細(xì)資料。應(yīng)當(dāng)明白，按照本發(fā)明的實(shí)施例，可以利用任何的線性塊編碼模式。
網(wǎng)格編碼碼格是卷積碼或塊碼的圖形表示，其中每條路徑代表碼字(或碼序列)。這種表示有可能實(shí)施碼的最大似然性解碼(MLD)，可以大大減小解碼的復(fù)雜性。最熟知的網(wǎng)格基MLD算法是Viterbi算法。卷積碼網(wǎng)格表示與Viterbi解碼算法一起導(dǎo)致最近20年來卷積碼廣泛地應(yīng)用數(shù)字通信中的差錯(cuò)控制。線性塊碼的網(wǎng)格表示也導(dǎo)致線性塊碼的有效MLD模式。
包括有限存儲(chǔ)器的卷積碼和塊碼的線性碼編碼器，可以當(dāng)作有限狀態(tài)機(jī)的模型，其中在編碼間隔期間Γ＝{0，1，2...}任何瞬時(shí)的輸出碼位是由當(dāng)前輸入信息位和此時(shí)編碼器狀態(tài)唯一地確定。利用這種模型，編碼器的動(dòng)態(tài)特性表示是圖10所示的格構(gòu)圖形式。卷積編碼過程的網(wǎng)格編碼器有網(wǎng)格變換，它從零狀態(tài)開始并進(jìn)展到下一個(gè)狀態(tài)，與系統(tǒng)下一個(gè)輸入有關(guān)。通常，對于給定的系統(tǒng)約束長度，在前幾級之后，網(wǎng)格變換將到達(dá)與以前狀態(tài)重復(fù)的瞬態(tài)。典型的是，網(wǎng)格編碼器是由有限狀態(tài)編碼器和變換塊構(gòu)成，變換塊把編碼器的輸出變換成給定信號星座圖中的信號。
通常，網(wǎng)格解碼器是由一組濾波器和一個(gè)MLD解碼器構(gòu)成(例如，Viterbi解碼器)。每個(gè)濾波器與給定星座圖中的信號匹配。濾波器的輸出用于計(jì)算Euclidean距離測量的分支度量。該度量用于MLD解碼器中以確定最大似然性輸入序列。
卷積碼的格構(gòu)圖一般是時(shí)間不變的。然而，線性塊碼的格構(gòu)圖通常是時(shí)間可變的。圖11和12分別表示卷積碼的時(shí)間不變格構(gòu)圖和線性塊碼的時(shí)間可變格構(gòu)圖。
在申請文本中提供本發(fā)明卷積編碼和線性塊編碼的線性編碼網(wǎng)格表示的詳情，但在標(biāo)準(zhǔn)教科書中可以找到標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)格編碼和解碼，不同格碼矩陣定義和最佳變換碼格到調(diào)制信號星座圖上的更詳細(xì)資料。按照本發(fā)明的實(shí)施例，可以利用任何的網(wǎng)格編碼和解碼模式。
利用格碼調(diào)制的卷積或Turbo或塊編碼卷積或Turbo或塊差錯(cuò)糾正編碼過程中的輸出可以變換到有最大Euclidean距離或最大Hamming距離的一組網(wǎng)格碼字。完成這種變換可以基于Ungerboeck于1982年提出的格碼調(diào)制(TCM)技術(shù)或根據(jù)該技術(shù)的衍生技術(shù)。
這種TCM基系統(tǒng)的最佳檢測器是最大似然性檢測器(MLD)。MLD基檢測器往往有復(fù)雜的硬件，復(fù)雜性隨可能檢測的信號總數(shù)按指數(shù)方式增大。
按照本發(fā)明的實(shí)施例，可以利用任何的格碼調(diào)制和解調(diào)模式。這種TCM基模式之一是把本發(fā)明實(shí)施例的輸出變換成非線性塊碼矩陣。
非線性碼矩陣非線性碼矩陣是矩形非線性碼矩陣，如果可能，該矩陣是由滿足Plotkin界限的較小非線性和線性碼矩陣構(gòu)成。這種非線性碼字矩陣是利用Levenshtein結(jié)構(gòu)構(gòu)成的。若發(fā)現(xiàn)非線性碼字矩陣不在Plotkin界限內(nèi)，則利用其他的構(gòu)造方法，例如，利用|u|uv|構(gòu)造方法。由于后者非線性碼字矩陣不在Plotkin界限內(nèi)，它們的具體長度沒有最佳最小碼距離。然而，這些非線性碼字矩陣的最小距離可以有最大的可能值。
在給定的最小碼距離cmin-dist下，Plotkin界限是控制非線性碼字矩陣可能的最大長度上限。
Plotkin界限若cmin-dist是偶數(shù)和2cmin-dist＞l，則m≤2[cmin-dist2cmin-dist-l],]]>其中l(wèi)是非線性碼字的長度，而2m是可能的非線性碼字?jǐn)?shù)目。若cmin-dist是奇數(shù)和2cmin-dist+1＞l，則m≤2[cmin-dist+12cmin-dist+1-l].]]>Plotkin界限是非線性塊碼的給定長度下最佳的最小碼距離的良好度量。
Levenshtein結(jié)構(gòu)這種構(gòu)造方法可以利用有較小長度的Hamming矩陣。為了構(gòu)造非線性碼ξ，就要求以下的定義1.若2cmin-dist＞l≥cmin-dist，則定義k=cmin-dist2cmin-dist-l,]]>和α＝cmin-dist(2k+1)-l(k+1)，β＝kl-cmin-dist(2k-1)。
2.α和β都是非負(fù)整數(shù)，和l＝(2k-1)α+(2k+1)βcmin-dist＝kα+(k+1)β因此，當(dāng)l是偶數(shù)時(shí)，則α和β都是偶數(shù)。當(dāng)l是奇數(shù)和k是偶數(shù)時(shí)，則β是偶數(shù)，否則，當(dāng)l和k都是奇數(shù)時(shí)，則α是偶數(shù)。
利用Levenshtein結(jié)構(gòu)，非線性碼ξ是
其中是模數(shù)2加法，An是刪除第一列和長度為n的二進(jìn)制Hadamard(所有元素是在集合{0，1}中)，而A′n是在An矩陣中根據(jù)零開始的碼字并刪除最初的零導(dǎo)出的矩陣集合。
|u|uv|構(gòu)造這種構(gòu)造方法是按照以下方式從較小的矩陣中建立非線性碼字矩陣1.假設(shè)(l，2m1，cmin-dist1)碼ξ1和(l，2m2，cmin-dist2)碼ξ2有相同的長度，可以形成新的非線性碼ξ3，包括所有矢量ξ3＝|u|uv|，u∈ξ1，v∈ξ2，其中所有非線性碼字是二進(jìn)制{0，1}2.形成的碼ξ3是(2l，2m1m2，cmin-dist3＝min{2 cmin-dist1，cmin- dist2})結(jié)合以上的各種構(gòu)造方法，可以從正交Hadamard矩陣的行和列提取本發(fā)明輸出的非線性碼矩陣變換，或根據(jù)較小的非線性碼字矩陣構(gòu)造，或從其本身的輸出信號中導(dǎo)出。
RAKE接收機(jī)結(jié)構(gòu)在處理傳播通過頻選寬帶信道的信號時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)多徑衰落的問題。若L個(gè)不同的多條路徑是統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的，則我們可以在接收機(jī)中得到相同傳輸信號的L個(gè)復(fù)制品。因此，按最佳方式處理接收信號的接收機(jī)獲得等效的第L級分集通信系統(tǒng)的性能。RAKE接收機(jī)是分集優(yōu)化的接收機(jī)。圖13表示利用單條延遲線的RAKE接收機(jī)理想裝置，接收的信號r(t)傳輸通過該延遲線。每個(gè)抽頭處的信號是與Xnj(t)pnch(t)相關(guān)，其中j＝1，2，...L和ch＝1，2。圖13表示這個(gè)接收機(jī)的結(jié)構(gòu)700。實(shí)際上，抽頭延遲接收機(jī)700試圖從所有信號路徑收集信號能量，這些信號路徑落在延遲線的跨度內(nèi)并攜帶相同的信息。在圖13中，每條檢測路徑被每個(gè)抽頭處 延遲701分開。在同相信道(i＝1)中，也稱之為實(shí)信道，和在正交相位信道(i＝2)，也稱之為虛相位信道，接收的寬帶信號首先被偽隨機(jī)序列pni702解擾。隨后是對于不同碼片偏移的信令間隔Xn(t)，去相關(guān)每條路徑上接收的信號。在圖13中，這是在步驟703，704，和705中完成的。此外，在步驟704，所有接收路徑的信號相加在一起，使接收的信號強(qiáng)度最大化。最后，步驟706去除實(shí)相位信道與虛相位信道之間的相位差，檢測的信息饋入到取樣保持裝置707，準(zhǔn)備作進(jìn)一步的解碼。
重要的是要注意到，若接收的信號有已知的署名或符號，則可以利用圖13中的匹配濾波器方法完成“RAKE符號檢測”，否則，僅可以嘗試“RAKE碼片檢測”方法。前一方法較容易實(shí)施，并可以做得非常有效，后一方法要求非常復(fù)雜的碼片信號跟蹤機(jī)構(gòu)，并容易產(chǎn)生符號間干擾。
在申請文本中提供本發(fā)明利用RAKE接收機(jī)結(jié)構(gòu)的詳情，但在標(biāo)準(zhǔn)教科書中可以找到不同RAKE接收機(jī)結(jié)構(gòu)的更詳細(xì)資料。應(yīng)當(dāng)明白，按照本發(fā)明的實(shí)施例，可以實(shí)施任何的RAKE接收機(jī)模式。
交叉交叉器是輸入-輸出變換裝置，按照完全確定性方式置換固定字母中符號序列的排序，就是說，在輸入端取出符號，而在輸出端產(chǎn)生不同時(shí)間順序的相同符號。因此，交叉器是處理突發(fā)性差錯(cuò)信道的有效方法，因?yàn)樗凑者@樣的方式交叉編碼數(shù)據(jù)，使突發(fā)性信道變換成有獨(dú)立差錯(cuò)的信道。
交叉器可以有很多類型，其中有周期型和偽隨機(jī)型兩種。交叉器還可以采用兩種形式之一塊結(jié)構(gòu)和卷積結(jié)構(gòu)。后者適用于卷積編碼模式。
在申請文本中提供本發(fā)明利用交叉的詳情，但在標(biāo)準(zhǔn)教科書中可以找到交叉和去交叉的更詳細(xì)資料。按照本發(fā)明的實(shí)施例，可以實(shí)施任何的交叉和去交叉模式。
II.Go-CDMA檢測模式增強(qiáng)的Go-CDMA解碼多數(shù)邏輯編碼的精確次最佳檢測算法(1.8)-(1.10)可以有利地應(yīng)用于Go-CDMA解碼塊。這種應(yīng)用在以下的條件下可能特別有利的低噪聲環(huán)境，Go-CDMA解碼塊是在最后解碼級，或者在它之后是卷積解碼，Turbo解碼或塊解碼。
到下級解碼的增強(qiáng)信息流按照本發(fā)明的實(shí)施例，Go-CDMA解碼塊有輸出zi，其中i＝1，...n，而在i＝1，...n+1的情況下，則由(1.9)給出的zi傳輸附加位zi+1到下一個(gè)解碼級。以下的n＝3，n＝5的情況有特殊的性質(zhì)n＝3的情況。若信道數(shù)目n等于3，則Go-CDMA編碼信號是s(t)=12Σi=13diXi(t)-12(d1d2d3X1(t)X2(t)X3(t))---(1.24)]]>其結(jié)果是，在無噪聲的情況下，信息位滿足di＝zi，其中i＝1，2，3，和d1d2d3＝-z4。的確，對于3×l Go-CDMA碼，Xi(·)是正交歸一的，并垂直于乘積X1(·)X2(·)X3(·)，因此，通過去相關(guān)可以提取di＝zi，其中i＝1，2，3，和d1d2d3＝-z4。
n＝5的情況。若信道數(shù)目n等于5，則Go-CDMA編碼信號是s(t)=38Σi=15diXi(t)+18Σi=15Σj=i+15Σk=j+15didjdkXi(t)Xj(t)Xk(t)---(1.25)]]>+38(d1d2d3d4d5X1(t)X2(t)X3(t)X4(t)X5(t))]]>對于3×l Go-CDMA碼，Xi(·)是正交歸一的，且Xi(·)，Xi(·)Xi(·)Xk(·)和x1(·)X2(·)X3(·)X4(·)X5(·)之間也有正交性。根據(jù)公式(1.25)可以看出，通過去相關(guān)可以提取信息位di和乘積didjdk和d1d2d3d4d5。
在n＞5的情況下，指出以下這點(diǎn)是有用的，在去相關(guān)中提取 所有多項(xiàng)式展開系數(shù)的值是相對地小。這是因?yàn)棣裪因子當(dāng)n＞5時(shí)快速地減小，其中 這種情況的一個(gè)例子是n＝7。在此情況下，Go-CDMA編碼信號是s(t)=516Σi=17diXi(t)-116Σi=17Σj=i+17Σk=j+17didjdkXi(t)Xj(t)Xk(t)]]>+116Σi=17Σj=i+17Σk=j+17Σl=k+17Σm=l+17didjdkdldmXi(t)Xi(t)Xk(t)Xl(t)Xm(t)---(1.26)]]>-516d1d2d3d4d5d6d7X1(t)X2(t)X3(t)X4(t)X5(t)X6(t)X7(t)]]>
此處，當(dāng)i∈{2，n-1}時(shí)，ρi值是非常小。此外，涉及函數(shù)所需的正交性并不成立，除了近似的情況以外，因此使任何的提取是不精確的。
當(dāng)然，次最佳檢測模式(1.8)-(1.10)可用于其他n的情況。根據(jù)圖14中系數(shù)ρi值與n值之間的關(guān)系，其中n是奇數(shù)，我們可以觀察到在非常極端的情況下，當(dāng)n＝65時(shí)，從(1.5)中第一個(gè)非零項(xiàng)和最后項(xiàng)仍然可以提取信號幅度的10％(對應(yīng)于信號功率的1％)。在實(shí)際情況下，我們只需要利用(1.8)-(1.10)中次最佳檢測模式的n≤9，其中至多可以提取約10％的信號功率。
III.具有Go-CDMA編碼級的多級編碼如上節(jié)中所述，Go-CDMA解碼不僅可以提供Go-CDMA編碼的信息位d1，d2，...dn∈{+1，-1}的估算值，而且還提供奇偶校驗(yàn)位dn+1＝d1d2，...dn∈{+1，-1}的估算值。這些位的軟估算值，標(biāo)志為 可用于任何的后續(xù)解碼中。這一點(diǎn)的關(guān)鍵是考慮Go-CDMA編碼器是由這些n+1位驅(qū)動(dòng)的，以及在Go-CDMA解碼中估算這些位。任何先前的編碼以獲得n個(gè)信息位作為被增廣以產(chǎn)生附加奇偶校驗(yàn)位的模型，所以合在一起產(chǎn)生n+1位。在解碼這些n+1位的估算值時(shí)，解碼是利用增廣的編碼器。這在以下的編碼例子中給出，其中利用Go-CDMA編碼遵循的各種Go-CDMA編碼技術(shù)。
a)二級卷積/Go-CDMA編碼考慮有M個(gè)移位寄存器的標(biāo)準(zhǔn)或優(yōu)化 比率卷積編碼器。該編碼器是離散時(shí)間有限存儲(chǔ)器動(dòng)態(tài)系統(tǒng)或有限狀態(tài)機(jī)，有m個(gè)雙極輸入，標(biāo)志為uk；M個(gè)雙極狀態(tài)，標(biāo)志為xk；和n個(gè)雙極輸出，標(biāo)志為dk。此處，k＝0，1，2，...是離散時(shí)間指數(shù)。相當(dāng)?shù)木幋a器作用在集合{0，+1}中單極信號。為了簡化，我們集中討論m＝1單個(gè)輸入的特殊情況，因此，輸入是雙極數(shù)據(jù)流，而n個(gè)輸出是雙極編碼數(shù)據(jù)的n矢量流，其元素是(dk1，dk2，…，dkn)∈{+1，-1}。在此情況下，我們給出編碼器的公式為xk＝Axk-1+Buk； x0＝0，
dkj|j∈{1,2,3···n}=Πi=1ngiTxk---(1.27)]]>此處，xk=ukuk-1uk-3···uk-M;A=00···0010···0001···::::···0000···10;B=100:0;GT=g1g2···gn--(1.28)]]>和gi|i∈{1，2，3...n}是有雙極元素的列n矢量。(若uk和G的元素是單極的，則xk和dk也是單極的，現(xiàn)在給出dkj|j∈{1,2,3,...n}=Σi=1n[giTxk]2,]]>其中[·]2指出任何加法都是模數(shù)2加法。
現(xiàn)在，我們把這個(gè)編碼器增廣到有輸出(dk1，dk2，...，dk (n+1))∈{+1，-1}的 比率編碼器，其中dk(n+1)＝dk1dk2...dkn。公式(1.28)中矩陣GT僅僅被附加列g(shù)n+1增廣，其中每個(gè)元素gn+1，i是以上元素的“奇偶校驗(yàn)”，gn+1，i＝g1，ig2，i...gn，i。
圖15給出說明這種情況的一個(gè)簡單例子，其中實(shí)線指出有兩個(gè)移位寄存器的 比率卷積編碼器，虛線指出增廣成 卷積編碼器，因此，m＝1，M＝2，n＝3。圖15中所示的 卷積編碼器，但沒有卷積輸出位502x，編碼二元形式{0，+1}的單個(gè)信息位流，產(chǎn)生3矢量卷積編碼的二元位流502，標(biāo)志為dk1，dk2和dk3。然后，利用502x中所示的dk4＝dk1dk2dk3進(jìn)行增廣，形成 比率卷積編碼器，其中是模數(shù)2加法運(yùn)算。然后，位流dk1，dk2和dk3(忽略dk4)在{d1，d2，d3}符號塊中交叉(過程600)。然后，借助于{0→+1，+1→-1}變換，使這些轉(zhuǎn)換成雙極二元形式。然后，利用Go-CDMA編碼過程210，對這些雙極編碼位進(jìn)行編碼，按照所需的信道擴(kuò)展因子產(chǎn)生若干擴(kuò)展位。然后，應(yīng)用隨機(jī)加擾掩蔽碼365。
在接收機(jī)中，在隨機(jī)掩蔽碼解擾368之后，和在去交叉610之前，可以在502x中恢復(fù)d4的估算值，標(biāo)志為 這是Go-CDMA解碼實(shí)施例的貢獻(xiàn)，它利用公式(1.5)中的最后項(xiàng)。在接收機(jī)中，利用軟判定可以解碼Go-CDMA解碼信號。然后，解碼信號經(jīng)過變換{+1→0，-1→+1}轉(zhuǎn)換成二元形式。去交叉數(shù)據(jù)可以饋入到進(jìn)行軟判定Viterbi卷積解碼的 卷積編碼器。
圖15僅表示本發(fā)明實(shí)施例的簡單例子。其他的實(shí)施例可以有不同的m和n值，有不同數(shù)目M的延遲移位寄存器504和每個(gè)卷積過程503的不同抽頭延遲連接。
圖16A表示收發(fā)信機(jī)系統(tǒng)300和310中隨機(jī)碼掩蔽365和去掩蔽368之前總體結(jié)構(gòu)的簡單方框圖，其中包括卷積編碼器500和解碼器510，Go-CDMA編碼器210和解碼器220，交叉器600和去交叉器610。圖16B-16D表示這個(gè)實(shí)施例總體結(jié)構(gòu)的各種變化。
在卷積編碼之后利用任何塊編碼，例如，Go-CDMA編碼，是允許‘RAKE符號檢測’接收機(jī)結(jié)構(gòu)用于檢測卷積編碼序列而沒有署名擴(kuò)展所需要的。純卷積編碼不能對編碼位進(jìn)行署名檢測是在擴(kuò)頻系統(tǒng)中利用純卷積編碼作信道擴(kuò)展的唯一弱點(diǎn)。在利用增廣卷積過程的Go-CDMA編碼中，允許利用‘RAKE符號檢測’接收機(jī)結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是，以前的卷積編碼比率從 提高到 有相應(yīng)的性能提高。利用Go-CDMA編碼存在一些信號能量的實(shí)際損失，但這種損失部分地被利用增強(qiáng)Go-CDMA解碼的奇偶校驗(yàn)位估算值所補(bǔ)償。
即使在沒有利用奇偶校驗(yàn)位估算值以獲得較好卷積編碼增益的情況下，本發(fā)明實(shí)施例利用卷積編碼與Go-CDMA編碼的結(jié)合，允許利用‘RAKE符號檢測’接收機(jī)結(jié)構(gòu)，否則這是不可能的，而利用Go-CDMA編碼可以獲得更健壯的抗噪聲和更好的峰值與平均值功率之比(PAP)的信號特性。
基本實(shí)施方案在諸如3G和3G+應(yīng)用無線應(yīng)用中，本發(fā)明實(shí)施例的基本實(shí)施方案是發(fā)射機(jī)中利用卷積編碼器的系統(tǒng)，其參數(shù)是在以下的范圍，m∈{1，2，3，4，5，6，7，8}，n≤9，M∈{3，4，5，6，7，8，9，…MMAX}，其中MMAX是當(dāng)今技術(shù)可以支持的移位寄存器最大數(shù)目。關(guān)于Go-CDMA編碼器，其參數(shù)n是在范圍n≤9，而l設(shè)置成擴(kuò)頻系統(tǒng)所需的擴(kuò)展因子，例如，在當(dāng)代3G標(biāo)準(zhǔn)中數(shù)據(jù)速率為1Mbps的4碼片。優(yōu)選的n值是奇數(shù)值{3，5，7，9}。交叉器應(yīng)當(dāng)有足夠長度以處理傳輸信道中預(yù)期的突發(fā)性差錯(cuò)。在接收機(jī)中，兼容的去交叉器用在軟判定Go-CDMA解碼之后。利用卷積交叉器是卷積編碼實(shí)施例中優(yōu)選的選擇。去交叉器的輸出可以被軟判定Viterbi卷積解碼過程進(jìn)行處理，其中利用的解碼深度至少是卷積編碼器中延遲抽頭長度的6倍。
在給定gn+1約束和 比率碼下，可以利用其他的卷積碼多項(xiàng)式生成矩陣G。這些碼生成器的性能度量包括無碼距離，最佳距離分布，最佳最小距離，和最佳頻譜分布。在一個(gè)優(yōu)選的基本實(shí)施方案中，利用優(yōu)化的G生成矩陣。然而，按照本發(fā)明的實(shí)施例，也可以利用“次最佳”卷積碼多項(xiàng)式生成矩陣G。
復(fù)雜實(shí)施方案除了以上卷積編碼實(shí)施例的基本實(shí)施方案以外，以下給出較復(fù)雜或更優(yōu)選的實(shí)施方案。
諸如3G和3G+無線應(yīng)用的復(fù)雜實(shí)施例是在發(fā)射機(jī)中利用卷積編碼器的系統(tǒng)，其參數(shù)是在以下的范圍，m∈{1，2，3，4，5，6，7，8}，n≤9，M∈{3，4，5，6，7，8，9，...MMAX}，其中MMAX是當(dāng)今技術(shù)可以支持的移位寄存器最大數(shù)目。關(guān)于Go-CDMA編碼器，參數(shù)n是在范圍n≤9，而l設(shè)置成給出擴(kuò)頻系統(tǒng)所需的擴(kuò)展因子，例如，在當(dāng)代3G標(biāo)準(zhǔn)下數(shù)據(jù)速率為1Mbps的4碼片。優(yōu)選的n值是奇數(shù)值{3，5，7，9}。交叉器應(yīng)當(dāng)有足夠長度以處理傳輸信道中預(yù)期的突發(fā)性差錯(cuò)。在接收機(jī)中，兼容的去交叉器用于軟判定Go-CDMA解碼之后。在這個(gè)卷積編碼基實(shí)施例中利用卷積交叉器是優(yōu)選的選擇。去交叉器的輸出可以被軟判定Viterbi卷積解碼過程進(jìn)行處理，利用的解碼深度至少是卷積編碼器中延遲抽頭長度的6倍。
在較復(fù)雜的實(shí)施方案結(jié)構(gòu)語境范圍內(nèi)，在給定gn+1約束和比率 卷積碼下，可以利用其他的卷積碼多項(xiàng)式生成矩陣G。在優(yōu)選的復(fù)雜實(shí)施方案中，利用這種優(yōu)化的G生成矩陣。然而，按照本發(fā)明的實(shí)施例，也可以利用“次最佳”卷積碼多項(xiàng)式生成矩陣G。
圖17表示可用于完成信道擴(kuò)展的較復(fù)雜實(shí)施方案的方框圖。參照圖17，編碼比率為 的一個(gè)或多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)卷積編碼塊500的輸出經(jīng)交叉器600饋入到兩個(gè)或多個(gè)Go-CDMA編碼塊210。Go-CDMA編碼塊按照任何的Go-CDMA編碼實(shí)施方案完成Go-CDMA編碼，而Go-CDMA編碼器的輸出按時(shí)間順序進(jìn)行串接，形成發(fā)射的序列矢量s(圖17中的灰色陰影區(qū)1000)，其中s＝[s1s2...sF](1.29)其中F表示使用的Go-CDMA編碼器總數(shù)。在傳輸之前，隨機(jī)碼掩蔽塊365加擾這個(gè)序列矢量。卷積編碼塊500和Go-CDMA編碼器210可以是各不相同或相同的。
在接收機(jī)中，在解擾器368中的隨機(jī)碼掩蔽解擾之后，接收的序列矢量r(圖17中的灰色陰影區(qū)1100)，r＝s+干擾＝[r1r2...rF(1.30)被分成子矢量{r1r2...rF}。然后，這些子矢量分別饋入到Go-CDMA解碼器220。這些Go-CDMA解碼器220的輸出在塊610中被去交叉。然后，去交叉器610的輸出饋入到各自的標(biāo)準(zhǔn)卷積解碼器，其中Viterbi解碼算法用于比率 的增廣卷積編碼器。330中的信道后置解碼級再處理這些增廣卷積解碼器的輸出。
在更復(fù)雜的實(shí)施方案中，通信系統(tǒng)的擴(kuò)展因子是由以下的公式給出 其中l(wèi)ength(si)是矢量si碼片長度的度量，而β＝利用的比率 卷積編碼器的總數(shù)。
還應(yīng)當(dāng)注意，交叉器和去交叉器塊的位置跟隨圖16A至圖16D中所示基本實(shí)施圖的相同變化。此外，當(dāng)編碼器500是各不相同和Go-CDMA編碼器210是各不相同時(shí)，相應(yīng)的差別也出現(xiàn)在接收機(jī)中。
為了進(jìn)一步說明這個(gè)較復(fù)雜的實(shí)施方案，把這種實(shí)施方案再分成兩個(gè)子類，即，非重疊的復(fù)雜(NOC)實(shí)施方案和重疊的復(fù)雜(OC)實(shí)施方案。
非重疊的復(fù)雜(NOC)實(shí)施方案非重疊的復(fù)雜(NOC)實(shí)施方案包括增廣一個(gè)或多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)卷積編碼塊和多個(gè)Go-CDMA編碼塊。
圖18給出NOC實(shí)施方案的簡單例子，其中實(shí)線指出有四個(gè)移位寄存器的比率 卷積編碼器，虛線指出增廣到 卷積編碼器，因此，m＝2，M＝4，n＝6。圖18所示的 卷積編碼器，但沒有卷積輸出位502x，編碼二元形式{0，+1}的輸入二元信息位uk1和uk2，產(chǎn)生6位矢量卷積編碼二元流，標(biāo)志為dk1，dk2，dk3，dk4，dk5和dk6。利用502x中所示的dk6+1＝dk1dk2dk3和dk6+2＝dk4dk5dk6，可以把這些增廣成 比率卷積編碼器。然后，位流dk1，dk2，dk3，dk4，dk5和dk6(忽略dk6+1和dk6+2)在符號塊{dk1，dk2，dk3}和{dk4，dk5和dk6}中被交叉(過程600)。這些位流經(jīng)變換{0→+1，+1→-1}轉(zhuǎn)換成雙極二元形式。再利用Go-CDMA編碼過程210對雙極編碼位進(jìn)行編碼，產(chǎn)生按照所需信道擴(kuò)展因子的若干個(gè)擴(kuò)展位。然后加上隨機(jī)加擾掩蔽碼365。
在接收機(jī)中，在隨機(jī)掩蔽碼解擾368之后和去交叉之前，可以在502x中恢復(fù)dk6+1和dk6+2的估算值，標(biāo)志為 和 這是利用(1.5)中最后項(xiàng)的增強(qiáng)Go-CDMA解碼的貢獻(xiàn)。在接收機(jī)中，利用軟判定和隨后的去交叉過程，Go-CDMA解碼信號被解碼。去交叉數(shù)據(jù)饋入到 卷積編碼器中進(jìn)行軟判定Viterbi卷積解碼。
圖18表示這種實(shí)施方案實(shí)施例的簡單說明性例子。其他的實(shí)施例可以有不同的m和n值，有不同數(shù)目M的延遲移位寄存器504，每個(gè)卷積過程503的不同抽頭延遲連接，被每個(gè)Go-CDMA編碼編碼的卷積編碼位dki不同組合，其中i＝1，2，...n，不同數(shù)目的卷積編碼器500和解碼器510，以及不同數(shù)目的Go-CDMA編碼器210和Go-CDMA解碼器220。NOC實(shí)施方案的一個(gè)顯著特征是，在利用增強(qiáng)Go-CDMA解碼過程恢復(fù)增廣位的抽頭延遲連接中沒有重疊。換句話說，在NOC實(shí)施方案中，每個(gè)卷積編碼位dki僅被一個(gè)Go-CDMA編碼器進(jìn)行編碼，其中i＝1，2，...n。
重疊的復(fù)雜(OC)實(shí)施方案在重疊的復(fù)雜(OC)實(shí)施方案中，仍然可以利用圖17和圖18所示的相同通用結(jié)構(gòu)，但在OC實(shí)施方案中，每個(gè)卷積編碼位dki可以被多個(gè)Go-CDMA編碼器進(jìn)行編碼，其中i＝1，2，...n。
圖19中給出OC實(shí)施方案的簡單例子，其中實(shí)線指出有四個(gè)移位寄存器的比率 卷積編碼器，而虛線指出增廣到 卷積編碼器，因此，m＝2，M＝4，n＝6。圖19所示的 卷積編碼器，但沒有卷積輸出位502x，編碼二元形式{0，+1}的輸入二元信息位uk1和uk2，產(chǎn)生6位矢量卷積編碼二元流，標(biāo)志為dk1，dk2，dk3，dk4，dk5和dk6。利用502x中所示的dk6+1＝dk1dk2dk3dk4dk5和dk6+2＝dk2dk3dk4dk5dk6，可以把這些增廣成 比率卷積編碼器。然后，位流dk1，dk2，dk3，dk4，dk5和dk6(忽略dk6+1和dk6+2)在符號塊{dk1，dk2，dk3，dk4，dk5}和{dk2，dk3，dk4，dk5和dk6}中被交叉(過程600)。這些位流經(jīng)變換{0→+1，+1→-1}轉(zhuǎn)換成雙極二元形式。再利用Go-CDMA編碼過程210對雙極編碼位進(jìn)行編碼，產(chǎn)生按照所需信道擴(kuò)展因子的若干個(gè)擴(kuò)展位。然后加上隨機(jī)加擾掩蔽碼365。
在接收機(jī)中，在隨機(jī)掩蔽碼解擾368之后和去交叉之前，可以在502x中恢復(fù)dk6+1和dk6+2的估算值，標(biāo)志為 和 這是利用(1.5)中最后項(xiàng)的增強(qiáng)Go-CDMA解碼的貢獻(xiàn)。在接收機(jī)中，利用軟判定和隨后的去交叉過程，Go-CDMA解碼信號被解碼。去交叉數(shù)據(jù)饋入到 卷積編碼器進(jìn)行軟判定Viterbi卷積解碼。
圖19表示這種實(shí)施方案實(shí)施例的簡單例子。其他的實(shí)施例可以有不同的m和n值，不同數(shù)目M的延遲移位寄存器504，每個(gè)卷積過程503的不同抽頭延遲連接，被每個(gè)Go-CDMA編碼器編碼的重疊卷積編碼位dki的不同組合，其中i＝1，2，...n，不同數(shù)目的卷積編碼器500和解碼器510，以及不同數(shù)目的Go-CDMA編碼器210和解碼器220。OC實(shí)施方案的一個(gè)顯著特征是，在利用增強(qiáng)Go-CDMA解碼過程恢復(fù)增廣位的抽頭延遲連接中有一些重疊。這意味著，在OC實(shí)施方案中，每個(gè)卷積編碼位dki可以被多個(gè)Go-CDMA編碼器進(jìn)行編碼，其中i＝1，2，...n。
NOC和OC實(shí)施方案在配置不同的二級卷積/Go-CDMA編碼模式中允許有更大的靈活性，為的是在擴(kuò)展因子，移位寄存器和數(shù)據(jù)速率的給定約束下實(shí)現(xiàn)最佳的性能。
在復(fù)雜實(shí)施方案語境內(nèi)，在給定gn+1約束下和比率 卷積編碼下，存在理想的卷積碼多項(xiàng)式生成矩陣G的范圍(用無碼距離，最佳距離分布，最佳最小距離，和最佳頻譜分布表示)。在優(yōu)選的復(fù)雜實(shí)施方案中，利用優(yōu)化的G生成矩陣。然而，可以利用其他的“次最佳”卷積碼多項(xiàng)式生成矩陣G。
其他的變化本實(shí)施例的其他變化可以包括1)利用低數(shù)據(jù)速率支持的重復(fù)編碼當(dāng)信息數(shù)據(jù)速率低于支持的最大信息數(shù)據(jù)速率時(shí)，重復(fù)編碼或許是理想的。或在輸入到卷積編碼器之前的信息級，或在卷積編碼器輸出的編碼數(shù)據(jù)級，在高于所需數(shù)據(jù)速率的速率下抽樣可以實(shí)現(xiàn)信息位的重復(fù)?；蛘撸贕o-CDMA編碼的輸出端，可以利用擴(kuò)展碼片級的重復(fù)。重復(fù)次數(shù)的選取以達(dá)到低信息數(shù)據(jù)速率下的兼容擴(kuò)展因子。
這種情況的例子是在3G WCDMA通信系統(tǒng)語境下支持512kbps的信息數(shù)據(jù)速率。在此情況下所需的擴(kuò)展因子是8碼片。本實(shí)施例的自然實(shí)施方案是利用比率 卷積編碼器，其中m∈{1，2，3，4，5，6，7，8}和n≤9，隨后是Go-CDMA編碼，其中l(wèi)∈{8，16，32，64，128，256}。自然實(shí)施方案的一種可能變化是利用比率 卷積編碼器，其中m∈{1，2}和n＝3，隨后是Go-CDMA編碼，其中l(wèi)＝4和重復(fù)編碼率為2。
在接收機(jī)中，完成相同但相反的過程。此外，對重復(fù)信息位的所有解碼信號能量相加，以便在接收機(jī)中獲得發(fā)射信息位的估算值。
2)利用低數(shù)據(jù)速率支持的速率兼容收縮卷積(RCPC)編碼代替標(biāo)準(zhǔn)卷積編碼這個(gè)實(shí)施例的另一種變化是利用速率兼容收縮卷積(RCPC)編碼代替本實(shí)施例中的標(biāo)準(zhǔn)卷積編碼，為的是支持相同卷積編碼硬件結(jié)構(gòu)的不同信息數(shù)據(jù)速率。利用上述的重復(fù)編碼也可以補(bǔ)充這種變化。
在接收機(jī)中，對接收信號完成相同但相反的過程(RCPC解碼)。
b)二級Turbo/Go-CDMA編碼分別考慮標(biāo)準(zhǔn)或優(yōu)化的 比率Turbo編碼器，和比率為 的兩個(gè)并行遞歸系統(tǒng)卷積(RSC)編碼器，其中nTurbo是Turbo編碼器的編碼輸出位數(shù)目。每個(gè)RSC編碼器有M個(gè)移位寄存器，在第二個(gè)RSC編碼器編碼之前，偽隨機(jī)交叉加到信息位。圖7表示這種情況。Turbo編碼器也可以看成是并行連接的卷積(PCC)編碼器。因此，Turbo編碼器中的每個(gè)RSC編碼器是離散時(shí)間有限存儲(chǔ)器動(dòng)態(tài)系統(tǒng)或有限狀態(tài)機(jī)，其中有m個(gè)雙極輸出，標(biāo)志為uk；M個(gè)雙極狀態(tài)，標(biāo)志為xk；和n個(gè)雙極輸出，標(biāo)志為dkζ}，其中ζ∈{1，2}，代表Turbo編碼器中的RSC編碼器1和RSC編碼器2。此處，k＝0，1，...是離散時(shí)間指數(shù)。圖8表示RSC編碼器的基本結(jié)構(gòu)。相當(dāng)?shù)木幋a器作用于集合{0，+1}中的單極信號。
由于Turbo編碼器中的每個(gè)RSC編碼器可以用相當(dāng)?shù)木矸e編碼器代表，這是本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，其中二級卷積/Go-CDMA編碼可加到Turbo編碼器中的每個(gè)RSC編碼器。這就允許我們獲得二級Turbo/Go-CDMA編碼的增強(qiáng)。
為了簡化，我們集中討論特殊的單個(gè)輸入情況，其中m＝1，因此，輸入是雙極數(shù)據(jù)流，而n個(gè)輸出是雙極編碼數(shù)據(jù)的n位矢量流，其元素(dk1ξ,dk2ξ,dk3ξ···,dknξ)∈{+1,-1}.]]>對于Turbo編碼器，我們建議相同的碼用于這兩個(gè)RSC編碼器。此外，在每個(gè)RSC編碼器中，有相當(dāng)?shù)木矸e編碼器?；谶@些假設(shè)，不失普遍性，我們可以對RSC編碼器給出(1.27)和(1.28)中的公式，其中xk＝Axk-1+Buk；x0＝0，dkjξ|j∈{1,2,3···n}=Πi=1ngiTxk---(1.32)]]>此處，xk=ukuk-1uk-3···uk-M;A=00···0010···0001···::::···0000···10;B=100:0;GT=g1g2···gn--(1.33)]]>和gi|i∈{1 ，2，3，...n}是有雙極元素的列n矢量。(若uk和G的元素是單極的，則xk和dkζ也是單極的，現(xiàn)在給出dkjξ|j∈{1,2,3,...n}=Σi=1n[giTxk]2,]]>其中[·]2指出任何加法都是模數(shù)2加法。因此，利用(1.32)和(1.33)中卷積編碼器的PCC配置，我們可以實(shí)現(xiàn)比率 的Turbo編碼器。因?yàn)樵诿總€(gè)卷積編碼器中，因?yàn)樗腞SC編碼器中有系統(tǒng)路徑；因此，Turbo編碼器中的PCC編碼器有兩條系統(tǒng)路徑，而不是如在標(biāo)準(zhǔn)Turbo編碼中只有一條系統(tǒng)路徑。這種變換有如下的優(yōu)點(diǎn)·把Turbo編碼器結(jié)構(gòu)變換成兩個(gè)相同標(biāo)準(zhǔn)卷積編碼器的PCC編碼器結(jié)構(gòu)。所以，我們現(xiàn)在可以應(yīng)用Go-CDMA編碼增強(qiáng)到各自的卷積編碼器上，按照上節(jié)中標(biāo)題為“二級卷積/Go-CDMA編碼”所描述的方式。
·此外，在PCC編碼器結(jié)構(gòu)內(nèi)，有兩條系統(tǒng)路徑，而在Turbo編碼器結(jié)構(gòu)中僅有一條系統(tǒng)路徑。
為此目的，現(xiàn)在我們把(1.32)和(1.33)的卷積編碼器增廣成有輸出(dk1ξ,dk2ξ,dk3ξ···,dk(n+1)ξ)∈{+1,-1}]]>的 比率編碼器，其中dk(n+1)ξ=dk1ξdk2ξ···dknξ.]]>(通過利用Go-CDMA編碼和改進(jìn)的解碼，如在以上幾節(jié)中詳細(xì)描述的)。(1.33)中的矩陣GT僅僅被附加的列g(shù)n+1增廣，其中元素gn+1，i是以上元素的“奇偶檢驗(yàn)”，gn+1，j＝g1，ig2，i...gn，i。
本發(fā)明這個(gè)實(shí)施例的意圖是把標(biāo)題為“二級卷積/Go-CDMA編碼”上節(jié)中所有實(shí)施例應(yīng)用于標(biāo)準(zhǔn)Turbo編碼結(jié)構(gòu)中的每個(gè)卷積編碼器。
在接收機(jī)中，從改進(jìn)的Go-CDMA解碼中導(dǎo)出增廣的“奇偶校驗(yàn)位”。這些“奇偶校驗(yàn)位”可用于增強(qiáng)Turbo解碼器中的解碼算法性能。此外，因?yàn)槎塗urbo/Go-CDMA編碼方法允許兩條系統(tǒng)路徑的傳輸，而不是標(biāo)準(zhǔn)Turbo編碼中的一條系統(tǒng)路徑，我們對標(biāo)準(zhǔn)Turbo編碼模式的總體編碼能力獲得進(jìn)一步改進(jìn)。
c)二級塊/Go-CDMA編碼基于對公式(1.5)的模擬研究和觀察，我們推測在Go-CDMA系統(tǒng)中，在n為偶數(shù)的情況下，當(dāng)多址信道(輸入到編碼器)數(shù)目從n個(gè)信道增加到n+1個(gè)信道時(shí)，性能沒有發(fā)生惡化?，F(xiàn)在，利用這個(gè)推測和以上兩節(jié)中描述的Go-CDMA編碼增強(qiáng)，構(gòu)造二級塊/Go-CDMA編碼。我們不能預(yù)期得到的優(yōu)點(diǎn)如卷積/Go-CDMA編碼或Turbo/Go-CDMA編碼情況下那樣大，確實(shí)，預(yù)期的相對優(yōu)點(diǎn)隨塊長度的增大而減小。
本發(fā)明的實(shí)施例是n個(gè)信息位情況下的二級塊/Go-CDMA編碼模式，其中n是偶數(shù)。塊碼僅僅增加一個(gè)奇偶校驗(yàn)位1，稱之為第一奇偶校驗(yàn)位，以獲得奇數(shù)n+1位?，F(xiàn)在，把這個(gè)奇數(shù)位應(yīng)用于Go-CDMA編碼模式。增加一個(gè)奇偶校驗(yàn)位對于其他位的Go-CDMA編碼不會(huì)引起實(shí)質(zhì)的性能損失，因?yàn)閚是偶數(shù)，但奇偶校驗(yàn)位的估算值可以改進(jìn)信息位的估算值。
Go-CDMA編碼級利用增強(qiáng)的Go-CDMA檢測，它估算編碼n+1位的附加奇偶校驗(yàn)位，稱之為第二奇偶校驗(yàn)位。n越小，則第一個(gè)第二奇偶校驗(yàn)位的影響就越大。值n＝2給出最大的增益，現(xiàn)在給出比一般情況更詳細(xì)的描述。
本發(fā)明的實(shí)施例是，當(dāng)信息位組織成b×n塊(矩陣D)，其中b是正整數(shù)，而n是偶正整數(shù)。與b的值有關(guān)，可以對信息位實(shí)施各種線性塊編碼選擇，實(shí)現(xiàn)與D中每行有關(guān)的第一奇偶校驗(yàn)位，給信息位矩陣D擴(kuò)充一列，標(biāo)志為p。對[Dp]的每行再擴(kuò)充第二奇偶校驗(yàn)位，它在雙極元素情況下是行元素的乘積，而在單極元素情況下是模數(shù)2加法，給[Dp]擴(kuò)充一附加列，標(biāo)志為φ，如B＝[Dpφ]所示。然后，增強(qiáng)的Go-CDMA解碼估算這個(gè)矩陣B。估算原始信息位的最佳解碼過程是最大似然性檢測。這對于b，n很小的情況是很簡單的。
一個(gè)例子是n＝2，b＝2的情況。信息位是在4位塊中被處理。這些信息位標(biāo)記為{d1，d2，d3，d4}，添加的第一奇偶校驗(yàn)位為{p1，p2}，和第二奇偶校驗(yàn)位為{φ1，φ2}，它們出現(xiàn)在矩陣格式B中，則收集的信息和添加奇偶校驗(yàn)位就是如下所示B=d1d2p1φ1d3d4p2φ2---(1.34)]]>對雙極信息位實(shí)施線性塊編碼的一種結(jié)果是p1＝d1d3d4；p2＝d1d2d3； (1.35)因此，φ1＝p1d2d1＝d2d3d4；φ2＝p2d3d4＝d1d2d4(1.36)在這個(gè)實(shí)施方案中，每個(gè)奇偶校驗(yàn)位支持一個(gè)特定的信息位di，其中i＝{1，2，3，4}。在單極信息位的情況下，dT＝{d1d2d3d4}，則[dTG]2=[d1d2d3d4p2φ2p1φ1]=:daugT---(1.37)]]>其中[·]2再次說明加法是模數(shù)2算術(shù)運(yùn)算，而G是生成矩陣，G=10001110010011010010101100010111---(1.38)]]>在最佳解碼選擇下，以上的例子利用最大似然性檢測，檢查接收的信息位 與D的24個(gè)可能圖形的關(guān)系，以及與B的關(guān)系。以上例子的其他次最佳解碼算法包括硬判定基解碼的標(biāo)準(zhǔn)利用，如下所述。
硬判定基解碼利用奇偶校驗(yàn)矩陣以及具有可以修改的差錯(cuò)圖形的對應(yīng)故障表。
在以上的例子中，對應(yīng)的奇偶校驗(yàn)矩陣H是H=11101000110101001011001001110001---(1.39)]]>根據(jù)dTaugHT，以下給出24個(gè)可能數(shù)據(jù)和相關(guān)daug產(chǎn)生的故障表。此外，還給出可以修改的所有可能一個(gè)和某些兩個(gè)信息位差錯(cuò)的對應(yīng)差錯(cuò)圖形。
故障 差錯(cuò)圖形0000111011011011011110000100001000010011010110010110101011001111]]>00000000100000000100000000100000000100000000100000000100000000100000000111000000101000001001000010001000100001001000001010000001]]>(1.40)其他實(shí)施方案本發(fā)明的其他可能實(shí)施方案包括在增強(qiáng)差錯(cuò)糾正的Go-CDMA編碼系統(tǒng)中利用奇偶校驗(yàn)位的各種方法，但不改變Go-CDMA碼的擴(kuò)展因子。這些方法的可能例子是例A考慮有兩個(gè)信息位d1和d2，以及第一奇偶校驗(yàn)位是p1＝d1，和第二奇偶校驗(yàn)位是φ1＝d2的情況。在這種情況下，每個(gè)奇偶校驗(yàn)位支持一個(gè)信息位。
例B考慮在9×l Go-CDMA系統(tǒng)中有9個(gè)信道，僅編碼8個(gè)信息位{d1...d8}，和1個(gè)奇偶校驗(yàn)位p1，其中p1＝d1d2d3d4。因此，利用Go-CDMA編碼信號的固有多項(xiàng)式結(jié)構(gòu)，第二奇偶校驗(yàn)位是φ1＝p1d1d2... d8＝d5d6d7d8。在這個(gè)例子中，第一奇偶校驗(yàn)位支持前4個(gè)信息位，而第二奇偶校驗(yàn)位支持后4個(gè)信息位。
例C考慮在9×l Go-CDMA系統(tǒng)中有9個(gè)信道，編碼8×8塊信息位D8×8，和一個(gè)奇偶校驗(yàn)矢量p的情況，其中D8×8=d1d2d3d4d5d6d7d8d9d10d11d12d13d14d15d16d17d18d19d20d21d22d23d24d25d26d27d28d29d30d31d32d33d34d35d36d37d38d39d40d41d42d43d44d45d46d47d48d49d50d51d52d53d54d55d56d57d58d59d60d61d62d63d64,(1.41)]]>p＝p1p2p3p4p5p6p7p8]每個(gè)奇偶校驗(yàn)位檢查信息位塊D8×8中的一列，即，p1是檢查信息位列p1，p9，p17，p25，p33，p41，p49和p57上信息位的奇偶校驗(yàn)位。然后，奇偶校驗(yàn)矢量增廣該信息塊，形成8×9矩陣塊，其中第9列是奇偶校驗(yàn)矢量p，如[D8×8p]。
利用這種方法，實(shí)施2維奇偶校驗(yàn)編碼模式，其中第一奇偶校驗(yàn)位檢查8×8信息位矩陣的垂直方向，而第二奇偶校驗(yàn)位檢查[D8×8D8×8]矩陣的水平方向。
d)二級卷積或塊/多碼Go-CDMA編碼在這個(gè)實(shí)施例中，按照上述的實(shí)施例可以完成卷積編碼或Turbo編碼或塊編碼。
多碼Go-CDMA(MC-Go-CDMA)編碼指的是利用Go-CDMA碼作為“非線性失真容限”Go-CDMA碼，如在標(biāo)題為“Methodand Apparatus for Non-Linear Code-Division Multiple AccessTechnology的相關(guān)美國專利申請中所描述的，2001年10月5日申請，合并在此供參考。
如在以上相關(guān)申請中所描述的，當(dāng)Go-CDMA碼用作MC-CDMA結(jié)構(gòu)中的擴(kuò)展碼時(shí)，形成的多電平復(fù)合信號容許較大非線性失真。因此，MC-Go-CDMA解碼信號是更可靠。利用這個(gè)增大的可靠性，此處給出本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例。
以上實(shí)施例的卷積或塊編碼是與發(fā)射機(jī)中MC-Go-CDMA編碼結(jié)合使用。在接收機(jī)中，在檢測接收的信號r(t)之后，其中r(t)＝s(t)+干擾，根據(jù)以下的運(yùn)算導(dǎo)出奇偶校驗(yàn)位的估算值 d^n+1=∫0tsign(r(t))X1(τ)X2(τ)···Xn(τ)dτ]]>或 (1.42)d^n+1=∫0tsgn±(r(t))X1(τ)X2(τ)···Xn(τ)dτ]]>因此，在本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例中，形成的軟解碼數(shù)據(jù)位 再用于此處一些實(shí)施例中的卷積解碼或Turbo解碼或塊解碼。
前置編碼和后置解碼級中的差錯(cuò)糾正運(yùn)算可以進(jìn)行組合，同化或用上述實(shí)施例中具有差錯(cuò)糾正編碼的Go-CDMA代替。
e)本專利中引入的線性編碼模式的碼格表示線性有限狀態(tài)編碼模式可以表示成格碼的形式。因此，為了完整起見，我們給出本專利中提出的基本編碼模式的下列碼格表示。
二級卷積/Go-CDMA編碼作為網(wǎng)格編碼考慮有M個(gè)移位寄存器的標(biāo)準(zhǔn)或優(yōu)化 比率卷積編碼器。該編碼器是離散時(shí)間有限存儲(chǔ)器動(dòng)態(tài)系統(tǒng)或有限狀態(tài)機(jī)，其中有m個(gè)雙極輸入，標(biāo)志為uk；M個(gè)雙極狀態(tài)，標(biāo)志為xk和n個(gè)雙極輸出，標(biāo)志為dk。此處，k＝0，1，2，...是離散時(shí)間指數(shù)。為了簡化，我們集中討論n個(gè)輸出形成雙極編碼數(shù)據(jù)的n矢量流的特殊情況，元素是(dk1，dk2，...，dkn)∈{+1，-1}。
n個(gè)輸出是Go-CDMA編碼的。因?yàn)橛?n個(gè)可能的n位矢量輸入到Go-CDMA編碼器，就有2n個(gè)可能的輸出序列。因此，Go-CDMA編碼是n位矢量變換到輸出序列。這種變換可以看成是調(diào)制過程的一部分。卷積編碼器是有效狀態(tài)編碼器，它與這種變換一起構(gòu)成特殊的網(wǎng)格編碼器。
a)格碼的優(yōu)化格碼的優(yōu)化涉及卷積碼與調(diào)制(變換)的聯(lián)合優(yōu)化。傳統(tǒng)上，在設(shè)計(jì)格碼時(shí)，采取良好的卷積碼，從而使變換優(yōu)化。然而，在卷積/Go-CDMA編碼中，變換是由Go-CDMA編碼固定的。所以，格碼的優(yōu)化取決于卷積碼的優(yōu)化。
b)網(wǎng)格解碼把卷積/Go-CDMA編碼看成是網(wǎng)格編碼，則Go-CDMA解碼和卷積解碼可以用單步網(wǎng)格解碼代替。
信令間隔中接收的序列傳輸通過一組2n個(gè)濾波器。每個(gè)濾波器與其中一個(gè)可能的輸出序列匹配。濾波器的輸出用于計(jì)算網(wǎng)格中的分支矩陣。解碼是利用Viterbi算法完成的。
雖然網(wǎng)格解碼是可能的，然而Go-CDMA解碼之后的卷積解碼在實(shí)際中仍然是優(yōu)選的。在Go-CDMA解碼中，僅僅需要n+1個(gè)濾波器，而在網(wǎng)格解碼中，需要2n個(gè)濾波器。
二級Turho/Go-CDMA編碼作為網(wǎng)格編碼在Turbo/Go-CDMA編碼中，利用與卷積編碼情況下相同的基本碼格表示，但在并行連接的卷積(PCC)編碼器的語境下。
二級塊/Go-CDMA編碼作為網(wǎng)格編碼在塊/Go-CDMA編碼模式中，可以考慮生成矩陣G和奇偶檢驗(yàn)矩陣H的二元 線性塊碼形成碼格表示。在每個(gè)編碼間隔期間，m個(gè)信息位的消息移位到編碼器存儲(chǔ)器中并編碼成n個(gè)碼位的碼字。形成n個(gè)碼位，并在n位時(shí)間內(nèi)移位到信道上。所以，編碼跨度Γ是有限的，它包括n+1個(gè)時(shí)間實(shí)例，其中Γ＝{1，2，...，N} (1.43)因此，利用時(shí)間跨度Γ上n段格構(gòu)圖，可以表示二元 線性塊碼。此外，因?yàn)閴K碼編碼器的n個(gè)輸出是Go-CDMA編碼的，且由于有2n個(gè)可能的n位矢量輸入到Go-CDMA編碼器，所以，就有2n個(gè)可能的輸出序列。因此，Go-CDMA編碼是n位矢量變換到輸出序列。這種變換可以看成是調(diào)制過程的一部分。線性塊編碼器是有格碼的有限狀態(tài)編碼器，與這個(gè)Go-CDMA變換結(jié)合構(gòu)成特殊的網(wǎng)格編碼器。
a)格碼的優(yōu)化格碼的優(yōu)化要求線性塊碼和調(diào)制(變換)的聯(lián)合優(yōu)化。傳統(tǒng)上，在設(shè)計(jì)格碼時(shí)，采取良好的線性塊碼，從而使變換優(yōu)化。然而，在塊/Go-CDMA編碼中，變換是由Go-CDMA編碼固定的。所以，格碼的優(yōu)化取決于線性塊碼的優(yōu)化。
b)網(wǎng)格解碼把塊/Go-CDMA編碼看成是網(wǎng)格編碼，則Go-CDMA解碼和塊解碼都可以用單步網(wǎng)格解碼代替。
信令間隔中接收的序列傳輸通過一組2n個(gè)濾波器。每個(gè)濾波器與一個(gè)可能的輸出序列匹配。濾波器的輸出用于計(jì)算網(wǎng)格中的分支矩陣。解碼是利用最大似然性算法完成的。
雖然可以實(shí)施網(wǎng)格解碼，但Go-CDMA解碼之后的塊解碼在實(shí)際中可能仍然是優(yōu)選的。在Go-CDMA解碼中，需要n+1個(gè)濾波器，而在網(wǎng)格解碼中，需要2n個(gè)濾波器。
f)本專利中引入的線性編碼模式的格碼調(diào)制(TCM)利用基于Ungerboeck于1982年提出的格碼調(diào)制技術(shù)，還可以調(diào)制本發(fā)明實(shí)施例中Go-CDMA編碼輸出。利用發(fā)射機(jī)中的TCM可以給本發(fā)明每個(gè)實(shí)施例提供3至6dB的編碼增益。通常，只有在接收機(jī)中利用基于最大似然性檢測(MLD)的對應(yīng)TCM檢測模式時(shí)才獲得這種編碼增益。MLD模式有實(shí)施的復(fù)雜性，復(fù)雜性是隨可能檢測的信號模式數(shù)目按指數(shù)方式增大。因此，輸出中可能的信號模式數(shù)目和當(dāng)前的硬件技術(shù)實(shí)際限制TCM在有限信道數(shù)目的小系統(tǒng)中的實(shí)施。
按照本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例，常規(guī)的TCM模式可用于變換按照本發(fā)明增強(qiáng)編碼模式的輸出。
利用非線性塊碼字矩陣的TCM變換本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例是利用TCM技術(shù)從按照本發(fā)明增強(qiáng)編碼模式的發(fā)射機(jī)輸出變換到非線性碼字矩陣。非線性碼字矩陣可借助于以下方法構(gòu)成·Levenshtein構(gòu)造方法；·|u|uv|構(gòu)造方法；及·|u|uv|構(gòu)造方法，其中u和v是Go-CDMA編碼輸出的非重疊部分。
這個(gè)實(shí)施例的接收機(jī)利用最大似然性檢測技術(shù)以估算接收的編碼位和附加的奇偶校驗(yàn)位，然后用在本發(fā)明的增廣差錯(cuò)解碼過程。或者，接收機(jī)中的MLD過程可以在差錯(cuò)糾正編碼之前擴(kuò)展到提供發(fā)射數(shù)據(jù)信號的最大似然性估算值。
實(shí)際的編碼實(shí)施方案在圖17中，按照本發(fā)明信道擴(kuò)展和后續(xù)編碼實(shí)施例表示成三級可能的實(shí)際實(shí)施方案。在這節(jié)中描述可能的實(shí)際實(shí)施方案。
圖20表示本發(fā)明實(shí)際編碼實(shí)施方案的通信系統(tǒng)功能方框圖，包括信道差錯(cuò)糾正編碼(330a)和解碼(330b)，信道擴(kuò)展(210)和去擴(kuò)展(220)，和調(diào)制前向變換(211)和反向變換(221)。在天線與信道差錯(cuò)糾正編碼和解碼塊330之間，包括塊330，如圖所示系統(tǒng)的每個(gè)水平層可以考慮成不同的編碼級。
本發(fā)明實(shí)施例中一個(gè)實(shí)際實(shí)施方案是圖20所示的通信系統(tǒng)，其中信道擴(kuò)展(210)和去擴(kuò)展(220)功能塊包括兩個(gè)編碼級。第一編碼級(210a)和解碼級(220a)主要有提供差錯(cuò)糾正編碼的功能，而第二編碼級(210b)和解碼級(220b)有進(jìn)一步加強(qiáng)通信系統(tǒng)中第一級差錯(cuò)糾正編碼(210a和220a)功能和信道擴(kuò)展功能。如圖20所示，信道擴(kuò)展功能塊中第二級編碼210b的輸出可以在320中信道調(diào)制之前任選地借助于格碼調(diào)制技術(shù)作進(jìn)一步變換。相反的過程也任選地適用于接收端。
本發(fā)明實(shí)施例的另一種實(shí)際實(shí)施方案是類似于圖20所示系統(tǒng)的通信系統(tǒng)，其中信道差錯(cuò)糾正編碼(330a)和解碼(330b)功能塊分別地與第一級編碼塊(210a)和解碼塊(220a)組合，形成更強(qiáng)的差錯(cuò)糾正編碼塊。在這個(gè)實(shí)際實(shí)施方案中，調(diào)制前向變換(211)和反向變換(221)在系統(tǒng)中也是任選的。
對于本發(fā)明的兩個(gè)實(shí)際實(shí)施方案，來自第二級編碼210b的輸出有確定的去相關(guān)信號模式。在接收機(jī)中，利用此處描述的數(shù)學(xué)方法，可以去相關(guān)該去相關(guān)信號模式，該數(shù)學(xué)方法的復(fù)雜性隨數(shù)據(jù)信道數(shù)目按照線性方式增長。
雖然我們已公開本發(fā)明各個(gè)具體實(shí)施例，本領(lǐng)域一般專業(yè)人員能夠明白，在不偏離本發(fā)明精神和范圍的條件下，可以對這些實(shí)施例作一些變化。例如，雖然已描述各種功能和編碼級，應(yīng)當(dāng)明白，一級或多級可以組合成單個(gè)功能塊，相反地，單個(gè)功能塊可以分解成一級或多級。上述功能和技術(shù)的任何實(shí)施方案是在本發(fā)明的范圍內(nèi)，與該功能或技術(shù)在哪級中實(shí)施無關(guān)，也與該功能或技術(shù)是在多少級中實(shí)施無關(guān)。還應(yīng)當(dāng)明白，利用具有差錯(cuò)糾正編碼的Go-CDMA碼和矩陣的數(shù)學(xué)運(yùn)算和矩陣運(yùn)算可以用硬件或軟件實(shí)施。在軟件實(shí)施的情況下，軟件指令和數(shù)據(jù)可以包含在計(jì)算機(jī)的可用媒體中，并存儲(chǔ)到通信裝置中存儲(chǔ)器。軟件指令可以包括處理器或其他硬件執(zhí)行的控制邏輯，使通信裝置基于Go-CDMA碼編碼和解碼數(shù)據(jù)消息，其中差錯(cuò)糾正編碼是附圖中所描述的。在利用硬件或固件實(shí)施時(shí)，利用具有差錯(cuò)糾正編碼的Go-CDMA碼和矩陣的數(shù)學(xué)運(yùn)算和矩陣運(yùn)算可以由一個(gè)或多個(gè)芯片上的邏輯提供，或可以燒入到EEPROM中作為程序指令和數(shù)據(jù)。還應(yīng)當(dāng)明白，具有差錯(cuò)糾正的Go-CDMA碼和矩陣可以被系統(tǒng)檢索和利用，可以存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器，包含在硬件中，從諸如其他硬件或存儲(chǔ)器的外部源接收，或從系統(tǒng)內(nèi)外的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)中導(dǎo)出或從硬件中產(chǎn)生。
權(quán)利要求
1.一種編碼傳輸數(shù)據(jù)信號的方法，包括在第一編碼級，利用差錯(cuò)糾正編碼模式產(chǎn)生基于數(shù)據(jù)信號的編碼位；在第二級，再編碼基于非線性塊差錯(cuò)糾正編碼模式的編碼位以實(shí)現(xiàn)有可檢測圖形的輸出；和發(fā)射基于該輸出的信道擴(kuò)展信號。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其中選取第一和第二級編碼模式以增強(qiáng)解碼過程中的差錯(cuò)糾正。
3.按照權(quán)利要求1的方法，其中第二級非線性塊差錯(cuò)糾正編碼涉及Go-CDMA矩陣乘法運(yùn)算。
4.按照權(quán)利要求1的方法，其中第一級差錯(cuò)糾正編碼模式是卷積編碼模式。
5.按照權(quán)利要求1的方法，其中第一級差錯(cuò)糾正編碼模式是Turbo編碼模式。
6.按照權(quán)利要求1的方法，其中第一級差錯(cuò)糾正編碼模式是塊編碼模式。
7.按照權(quán)利要求1的方法，還包括在第二級編碼之前交叉編碼位。
8.按照權(quán)利要求1的方法，還包括在發(fā)射之前交叉輸出。
9. 按照權(quán)利要求1的方法，其中第一級至少包括一個(gè)編碼器。
10.按照權(quán)利要求1的方法，其中第二級至少包括一個(gè)非線性塊差錯(cuò)編碼器。
11.按照權(quán)利要求1的方法，其中信道差錯(cuò)糾正目標(biāo)的數(shù)據(jù)編碼包括在第一級信道擴(kuò)展編碼中。
12.按照權(quán)利要求1的方法，其中第一和第二編碼級是用網(wǎng)格編碼模式代表。
13.按照權(quán)利要求1的方法，其中利用格碼調(diào)制技術(shù)調(diào)制輸出。
14.按照權(quán)利要求1的方法，其中利用格碼調(diào)制技術(shù)使輸出變換到較大碼距離的非線性碼字矩陣。
15.一種解碼信道擴(kuò)展編碼信號的方法，包括接收信道擴(kuò)展信號；在第一解碼級，基于非線性差錯(cuò)糾正編碼模式，去相關(guān)接收的信號以恢復(fù)n位塊形式的編碼位估算值，和從接收信號中估算附加的奇偶校驗(yàn)位；和在第二解碼級，基于差錯(cuò)糾正解碼模式，解碼編碼的n位和附加的奇偶校驗(yàn)位以恢復(fù)數(shù)據(jù)信號。
16.按照權(quán)利要求15的方法，其中信道擴(kuò)展信號在稱之為RAKE接收機(jī)的多接收機(jī)結(jié)構(gòu)中被接收和去相關(guān)。
17.按照權(quán)利要求16的方法，其中數(shù)據(jù)位和來自每個(gè)RAKE接收機(jī)結(jié)構(gòu)的奇偶校驗(yàn)位的估算值是軟值。
18.按照權(quán)利要求16的方法，其中第一級非線性塊差錯(cuò)糾正解碼涉及Go-CDMA矩陣去相關(guān)運(yùn)算。
19.按照權(quán)利要求15的方法，其中差錯(cuò)糾正解碼模式是卷積碼解碼模式。
20.按照權(quán)利要求15的方法，其中差錯(cuò)糾正解碼模式是Turbo碼解碼模式。
21.按照權(quán)利要求15的方法，其中差錯(cuò)糾正解碼模式是塊碼解碼模式。
22.按照權(quán)利要求15的方法，還包括在第一解碼級之前去交叉接收的信道擴(kuò)展信號位。
23.按照權(quán)利要求15的方法，還包括在第一解碼級之后去交叉這些位。
24.按照權(quán)利要求15的方法，其中利用至少一個(gè)非線性塊差錯(cuò)解碼器，信道擴(kuò)展信號在第一級解碼中被解碼。
25.按照權(quán)利要求15的方法，其中第二差錯(cuò)糾正解碼級至少包括一個(gè)解碼器。
26.按照權(quán)利要求15的方法，其中與信道差錯(cuò)編碼目標(biāo)相關(guān)的任何解碼集成到第一解碼級。
27.按照權(quán)利要求16的方法，其中第一級非線性塊差錯(cuò)糾正解碼涉及Go-CDMA矩陣去相關(guān)運(yùn)算。
28.按照權(quán)利要求16的方法，其中第二級解碼器是卷積碼解碼器。
29.按照權(quán)利要求16的方法，其中第二級解碼器是Turbo碼解碼器。
30.按照權(quán)利要求16的方法，其中第二級解碼器是塊碼解碼器。
31.按照權(quán)利要求16的方法，還包括在第一解碼級之前去交叉接收的信道擴(kuò)展信號位。
32.按照權(quán)利要求16的方法，還包括在第一解碼級之后去交叉這些位。
33.按照權(quán)利要求16的方法，其中至少利用一個(gè)非線性塊差錯(cuò)解碼器，信道擴(kuò)展信號在第一級解碼器中被解碼。
34.按照權(quán)利要求16的方法，其中第二解碼級至少包括一個(gè)解碼器。
35.按照權(quán)利要求16的方法，其中與信道差錯(cuò)糾正編碼目標(biāo)相關(guān)的任何解碼集成到第一解碼級。
36.按照權(quán)利要求15的方法，其中信道擴(kuò)展編碼信號的解碼是基于最大似然性檢測算法。
37.按照權(quán)利要求16的方法，其中信道擴(kuò)展編碼信號的解碼是基于最大似然性檢測算法。
38.按照權(quán)利要求35的方法，其中信道擴(kuò)展編碼信號的解碼是基于網(wǎng)格解碼模式的最大似然性檢測算法。
全文摘要
提供一種增強(qiáng)差錯(cuò)糾正編碼模式的信道擴(kuò)展信號編碼的方法，這是基于非線性塊差錯(cuò)糾正編碼模式，在傳輸之前引入可檢測圖形到信號輸出中，通過編碼差錯(cuò)糾正編碼信號實(shí)現(xiàn)的。在接收機(jī)端，能夠利用RAKE接收機(jī)和增強(qiáng)的解碼模式，可檢測的圖形被去相關(guān)。
文檔編號H04B1/707GK1486553SQ01821938
公開日2004年3月31日 申請日期2001年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月15日
發(fā)明者阿爾弗萊德·K·T·譚, 阿爾弗萊德 K T 譚 申請人:Go-Cdma有限公司