專利名稱：采用擾頻編碼技術(shù)的發(fā)射分集方法、系統(tǒng)和終端的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域，具體而言涉及分集發(fā)射的系統(tǒng)和方法。
頻率復(fù)用常常用于蜂窩技術(shù)，其中將頻率組分配給叫做小區(qū)的有限地理覆蓋區(qū)域使用。包括相同頻率組的小區(qū)在地理上相互分開，使得不同小區(qū)里的移動單元能同時(shí)使用相同的頻率，而不會互相干擾。這樣一來，只有幾百個(gè)頻率點(diǎn)的系統(tǒng)就能為成千上萬的用戶提供服務(wù)。
例如，在美國，聯(lián)邦政府已經(jīng)為蜂窩通信分配了一段UHF頻譜，這段頻譜進(jìn)一步分為成對的狹窄頻帶，這些頻帶叫做頻道。頻率的配對來源于頻分雙工，其中每對頻率中發(fā)射和接收頻率相隔45MHz。目前在美國有832個(gè)30kHz寬的無線電頻道被分配給蜂窩移動通信。針對這種模擬系統(tǒng)對容量的限制，人們提出了一種數(shù)字傳輸標(biāo)準(zhǔn)，這種標(biāo)準(zhǔn)叫做IS-54B，其中的頻道被進(jìn)一步分成時(shí)隙。將頻道劃分成多個(gè)時(shí)隙，其中頻率和時(shí)隙確定了一個(gè)信道，這就叫做時(shí)分多址(TDMA)技術(shù)。
如

圖1所示，現(xiàn)有技術(shù)里的蜂窩通信系統(tǒng)20包括一個(gè)或多個(gè)移動臺或移動單元21、一個(gè)或多個(gè)基站23和一個(gè)移動電話交換局(MTSO)25。雖然圖1只畫出了三個(gè)小區(qū)36，但是典型的蜂窩網(wǎng)可以包括數(shù)百個(gè)基站、幾千個(gè)移動臺和一個(gè)以上的MTSO。每個(gè)小區(qū)都會分配一個(gè)或多個(gè)專用控制信道以及一個(gè)或多個(gè)話音信道。典型的小區(qū)有，例如，一個(gè)控制信道和21個(gè)話音/數(shù)據(jù)或者業(yè)務(wù)信道。這個(gè)控制信道是一個(gè)專用信道，用于發(fā)射小區(qū)標(biāo)識和尋呼信息。業(yè)務(wù)信道用于傳輸話音和數(shù)據(jù)信息。
MTSO 25是整個(gè)蜂窩網(wǎng)20的中心協(xié)調(diào)單元。它通常包括一個(gè)蜂窩處理器28、一個(gè)蜂窩交換機(jī)29，還提供到公共交換電話網(wǎng)(PSTN)30的接口。通過蜂窩網(wǎng)20，可以在兩個(gè)移動臺21之間，或者一個(gè)移動臺21和一個(gè)陸線電話用戶33之間建立一條雙工無線電通信鏈路32。基站23的功能一般都是處理跟移動臺21的無線電通信。在這種情況下，基站23主要是用作數(shù)據(jù)和話音信號的一個(gè)重復(fù)站?；?3還監(jiān)視鏈路32的質(zhì)量和移動臺21的信號強(qiáng)度。
在移動通信系統(tǒng)里，物理干擾和移動用戶終端的運(yùn)動導(dǎo)致的信號衰落會使信號性能下降。通過例如增加發(fā)射機(jī)的功率、天線尺寸和天線高度，能使衰落減弱。但是這些辦法可能不切實(shí)際，以及/或者成本很高。
因此，有人將多個(gè)發(fā)射天線用于發(fā)射分集，例如，參見Guey等發(fā)表的題目為“瑞利衰落信道上發(fā)射分集無線通信系統(tǒng)的信號設(shè)計(jì)”(1996年IEEE VTC會議論文集)一文。這里將這篇文獻(xiàn)的內(nèi)容全部引用作為參考。如果幾付天線距離很遠(yuǎn)，那么每個(gè)信號的衰落方式將不同。通過在不同的時(shí)刻在幾個(gè)發(fā)射機(jī)之間不斷切換，接收機(jī)可以采用這種分集方式。但是發(fā)射信號峰值功率與平均功率的比值會大大地提高，輸出放大器的設(shè)計(jì)會變得非常復(fù)雜。
其它那些不在發(fā)射機(jī)之間進(jìn)行切換的發(fā)射分集技術(shù)，是故意使用了時(shí)間偏移或頻率偏移、相位掃描、跳頻和/或調(diào)制分集技術(shù)的那些分集技術(shù)。這些技術(shù)中大多數(shù)都對每個(gè)發(fā)射機(jī)載波進(jìn)行了相位或頻率調(diào)制，故意在接收機(jī)那里造成時(shí)變衰落。另外，有人建議在多發(fā)射機(jī)系統(tǒng)的分集中采用編碼調(diào)制技術(shù)，而不用數(shù)字復(fù)用器。
盡管有上述發(fā)射分集技術(shù)，但是在現(xiàn)有技術(shù)里仍然需要改進(jìn)分集方法、系統(tǒng)和終端。
發(fā)明簡述本發(fā)明的一個(gè)目的是提供改進(jìn)的通信方法、系統(tǒng)和終端。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供改進(jìn)了發(fā)射和接收技術(shù)的方法、系統(tǒng)和終端。
這些目的與其它目的是用本發(fā)明的方法和系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的，其中將一組信息字里的一個(gè)信息字轉(zhuǎn)換成第一個(gè)碼字與第二個(gè)碼字并發(fā)射出去。具體而言，這個(gè)信息字是用已定義的第一個(gè)和第二個(gè)轉(zhuǎn)換函數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換的，這樣，信息字組里的每個(gè)信息字就轉(zhuǎn)換成兩個(gè)不同的碼字，從而提供擾頻發(fā)射分集。然后可以收到這兩個(gè)不同的碼字，并將它們一起譯碼，以此來估計(jì)信息字。
于是，本發(fā)明的擾頻發(fā)射分集技術(shù)能夠?qū)λ械男畔⒆謹(jǐn)_頻，得到碼字組里兩個(gè)不同的碼字。這樣就改善了所有信息字的發(fā)射和接收。在擁有移動用戶終端的通信系統(tǒng)里，比方說一個(gè)蜂窩通信系統(tǒng)，采用本發(fā)明的擾頻發(fā)射分集技術(shù)，能將多數(shù)附加功能安裝在基站的發(fā)射機(jī)內(nèi)。因此，在尺寸和功率更受限制的移動終端里不需要多少附加功能。
本發(fā)明的一種方法是用第一個(gè)和第二個(gè)轉(zhuǎn)換函數(shù)將一個(gè)信息字轉(zhuǎn)換成第一個(gè)和第二個(gè)碼字。具體而言，這個(gè)信息字從一組信息字里選出，這組信息字里每個(gè)信息字的長度都是第一個(gè)預(yù)定長度。另外，第一個(gè)和第二個(gè)碼字從一組碼字里選出，這組碼字里每個(gè)碼字的長度都是第二個(gè)預(yù)定長度，第二個(gè)預(yù)定長度比第一個(gè)預(yù)定長度長。第一個(gè)和第二個(gè)轉(zhuǎn)換函數(shù)是這樣定義的，使得信息字組里每個(gè)信息字都被轉(zhuǎn)換成碼字組里的兩個(gè)不同碼字。接著就發(fā)射第一個(gè)和第二個(gè)碼字。
具體而言，第一個(gè)和第二個(gè)碼字可以從第一個(gè)和第二個(gè)這兩個(gè)空間上相互分開的天線上發(fā)射出去?？梢杂孟嗤念l率同時(shí)發(fā)射第一個(gè)和第二個(gè)碼字。因此，發(fā)射第一個(gè)和第二個(gè)碼字并不影響發(fā)射容量。
第一個(gè)轉(zhuǎn)換函數(shù)可以包括第一個(gè)生成矩陣，其中第一個(gè)碼字等于第一個(gè)生成矩陣乘以信息字，第二個(gè)轉(zhuǎn)換函數(shù)可以包括第二個(gè)生成矩陣，這樣，第二個(gè)碼字等于第二個(gè)生成矩陣乘以信息字。第一個(gè)和第二個(gè)生成矩陣通過一個(gè)預(yù)編碼器相關(guān)聯(lián)，即第一個(gè)生成矩陣等于預(yù)編碼器乘以第二個(gè)生成矩陣。而且，這個(gè)預(yù)編碼器可以用一個(gè)線性m序列生成器的輸出來構(gòu)成。
具體而言，信息字組里的多個(gè)信息字可以等于碼字組里的多個(gè)碼字。信息字還可以由第三個(gè)轉(zhuǎn)換函數(shù)轉(zhuǎn)換成第三個(gè)碼字，其中的第三個(gè)碼字從碼字組里選出。此外，還定義了第一個(gè)、第二個(gè)和第三個(gè)轉(zhuǎn)換函數(shù)，將信息字組里的每個(gè)信息字都轉(zhuǎn)換成碼字組里三個(gè)不同的碼字，其中的發(fā)射步驟包括發(fā)射第一個(gè)、第二個(gè)和第三個(gè)碼字。
還提供了用來接收用上述碼字發(fā)送的信息的方法和終端。具體而言，接收到第一個(gè)和第二個(gè)碼字，并對它們進(jìn)行解碼，以此來估計(jì)信息字，并且第一個(gè)和第二個(gè)碼字能被同時(shí)解碼。另外，第一個(gè)同步序列跟第一個(gè)碼字同時(shí)發(fā)射，第二個(gè)同步序列跟第二個(gè)碼字同時(shí)發(fā)射，并且在第一條和第二條路徑上分別傳送第一個(gè)和第二個(gè)碼字。因此，第一條和第二條路徑上的衰落問題可以分別用第一個(gè)和第二個(gè)同步序列來解決。
第一個(gè)碼字和第二個(gè)碼字可以同時(shí)發(fā)射和同時(shí)接收，并且第一個(gè)和第二個(gè)碼字可以用相同的頻率發(fā)射。此外，信息字可以轉(zhuǎn)換成從碼字組里選出的第三個(gè)碼字，并且可以發(fā)射第三個(gè)碼字。因此，接收步驟包括接收第一個(gè)、第二個(gè)和第三個(gè)碼字，并且解碼步驟包括對第一個(gè)、第二個(gè)和第三個(gè)碼字進(jìn)行解碼，估計(jì)出信息字。
因此，本發(fā)明的這種擾頻分集方法、系統(tǒng)和終端，能夠改善衰落通信信道上的無線電通信。特別是，擾頻分集發(fā)射能在移動通信系統(tǒng)，比方說蜂窩通信系統(tǒng)的一個(gè)基站上實(shí)現(xiàn)，從而改善通信。將多數(shù)功能添加到基站上，就能改進(jìn)通信，而不用在大小和功率受到更嚴(yán)格限制的移動終端上增加太多。在基站上添加這些功能比較方便，因?yàn)榛就ǔＲ纫苿咏K端少。
圖2是本發(fā)明一個(gè)分集發(fā)射系統(tǒng)的框圖。
圖3說明用雙天線擾頻發(fā)射分集2TXS、雙天線基線重復(fù)分集2TXR和雙天線接收分集2RX發(fā)射(8，8；1)(未編碼)的誤比特率(BER)和幀差錯(cuò)率(FER)。
圖4說明用雙天線擾頻發(fā)射分集2TXS、雙天線基線重復(fù)分集2TXR和雙天線接收分集2RX發(fā)射(7，4；3)的誤比特率(BER)和幀差錯(cuò)率(FER)。
圖5說明用雙天線擾頻發(fā)射分集2TXS、雙天線基線重復(fù)分集2TXR和雙天線接收分集2RX發(fā)射(15，5；7)的誤比特率(BER)和幀差錯(cuò)率(FER)。
圖6說明用雙天線擾頻發(fā)射分集2TXS、雙天線基線重復(fù)分集2TXR和雙天線接收分集2RX發(fā)射(15，7；5)的誤比特率(BER)和幀差錯(cuò)率(FER)。
圖7說明用雙天線擾頻發(fā)射分集2TXS、雙天線基線重復(fù)分集2TXR和雙天線接收分集2RX發(fā)射(15，11；3)的誤比特率(BER)和幀差錯(cuò)率(FER)。
圖8說明用雙天線擾頻發(fā)射分集2TXS、雙天線基線重復(fù)分集2TXR和雙天線接收分集2RX發(fā)射(24，12；8)的誤比特率(BER)和幀差錯(cuò)率(FER)。
發(fā)明詳述現(xiàn)在參考附圖對本發(fā)明作更全面的描述，其中將給出本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案。但是，這個(gè)發(fā)明可以表現(xiàn)為多種不同的形式，不應(yīng)當(dāng)認(rèn)為只局限于前面的實(shí)施方案。相反，提供這些方案使得公布的內(nèi)容更加全面和完整，并且能將本發(fā)明涉及的全部內(nèi)容傳達(dá)給本領(lǐng)域里的技術(shù)人員。在整個(gè)說明里，相似的數(shù)字標(biāo)識表示相似的部件。
在本發(fā)明的通信系統(tǒng)里，發(fā)射分集使用了差錯(cuò)控制碼。在蜂窩通信系統(tǒng)里，可以在基站上用發(fā)射分集進(jìn)行發(fā)射，這樣，支持發(fā)射分集所需要的多數(shù)附加功能都可以在基站上添加。因?yàn)橐苿佑脩艚K端在大小和電源方面可能更受限制，而且用戶終端比基站一般要多很多，所以減少安裝在所述用戶終端上的附加功能是有好處的。
本發(fā)明的蜂窩通信基站和用戶終端的組成如圖2所示。如圖所示，這個(gè)基站包括一個(gè)處理器101，多個(gè)編碼器E1～Ez和相應(yīng)的多付天線A1～Az。盡管圖中的編碼器和天線的編號一直到“Z”，但是實(shí)際上只要兩個(gè)編碼器和兩付天線就能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。在相應(yīng)的發(fā)射路徑P1～Pz上，每付天線A1～Az都向用戶終端103發(fā)射信息。如圖所示，用戶終端103包括一個(gè)收發(fā)信機(jī)105和一個(gè)處理器107。一般而言，收發(fā)信機(jī)接收基站天線發(fā)射的信息，處理器處理收到的信息。用戶終端可以是一個(gè)移動無線電電話、一臺個(gè)人計(jì)算機(jī)、一個(gè)個(gè)人數(shù)字助理或適合于跟基站通信的任何其它電子設(shè)備。
在一個(gè)數(shù)字通信系統(tǒng)里，基站處理器101產(chǎn)生要發(fā)送給移動臺的信息字。具體而言，每個(gè)信息字都從一組信息字里選出，信息字組里的每個(gè)信息字都有一個(gè)預(yù)定長度。換句話說，每個(gè)信息字都有一個(gè)預(yù)定的比特?cái)?shù)k，這樣，一個(gè)信息字就可以表示成x＝(x1，x2，...，xk)，從而使信息字組有2k個(gè)信息字。
處理器101向每個(gè)編碼器提供一個(gè)信息字。如圖所示，雖然基站可以包括編號直到“Z”這么多個(gè)的編碼器，其中Z＝2k，k是信息字的長度。但是，用兩個(gè)編碼器和兩付天線就能完成本發(fā)明的分集發(fā)射。每個(gè)編碼器將收到的信息字轉(zhuǎn)換成不同的碼字，這些碼字是從一個(gè)碼字組里選出來的，碼字組里的每個(gè)碼字都具有第二個(gè)預(yù)定長度，這第二個(gè)預(yù)定長度比信息字的長度要長。換句話說，每個(gè)碼字都有預(yù)定的比特?cái)?shù)n，這樣，一個(gè)碼字就可以表示成y＝(y1，y2，...，yn)，其中n比k大。
于是對于單獨(dú)一個(gè)信息字，將多個(gè)不同的碼字從相應(yīng)的天線發(fā)射給用戶終端。因?yàn)槊總€(gè)碼字都是從不同的天線上發(fā)射的，所以每個(gè)碼字到達(dá)用戶終端通過的路徑不同，它們的衰落特性也不相同。用戶終端收發(fā)信機(jī)105接收到這些碼字，并提供給用戶終端處理器107，在那里對碼字進(jìn)行解碼，并估計(jì)出原來的信息字。
具體而言，每個(gè)碼字都可以跟一個(gè)同步序列同時(shí)發(fā)送，這個(gè)同步序列是這個(gè)編碼器獨(dú)有的。因此，生成的對應(yīng)于同一個(gè)信息字的每個(gè)碼字，是在互不相同的路徑上跟一個(gè)互不相同的同步序列同時(shí)傳輸?shù)摹＿@樣，用戶終端處理器107可以利用同步序列解決每條傳輸路徑上的衰落問題，并確定哪個(gè)碼字來自哪個(gè)編碼器。
提供給編碼器對應(yīng)于這個(gè)信息字的這些碼字，是用相同的頻率從相應(yīng)的天線上同時(shí)發(fā)射出去的。所以，系統(tǒng)的容量并沒有減少，因?yàn)闆]有增加發(fā)射的持續(xù)時(shí)間和使用的頻率。另外，處理器可以將這些碼字同時(shí)解碼，估計(jì)出原來的信息字。
每一個(gè)編碼器E1～Ez都根據(jù)不同的生成矩陣G1～Gz，將信息字轉(zhuǎn)換成碼字組里一個(gè)不同的碼字。即y1＝xG1，y2＝xG2，和yz＝xGz。此外，這樣來選擇生成矩陣，使得碼字組里的碼字個(gè)數(shù)等于信息字組里的信息字個(gè)數(shù)，這樣對于信息字組里的每個(gè)信息字，就可以由每個(gè)生成矩陣將信息字轉(zhuǎn)換成碼字組里的一個(gè)不同的碼字。換句話說，從不同的天線上發(fā)射出去的碼字總是互不相同的，這個(gè)特性稱為擾頻分集。
下面更加詳細(xì)描述本發(fā)明中發(fā)射分集生成矩陣的數(shù)學(xué)性質(zhì)和推導(dǎo)過程。在雙天線分集系統(tǒng)里，定義一個(gè)(n，k；d)二進(jìn)制線性分組碼，其中n是碼字長度，k是信息字長度，d是最小漢明距離，并且將每個(gè)信息字提供給兩個(gè)編碼器E1和E2。編碼器E1根據(jù)生成矩陣G1將信息字轉(zhuǎn)換成第一個(gè)碼字，編碼器E2根據(jù)生成矩陣G2將信息字轉(zhuǎn)換成第二個(gè)碼字，并且生成矩陣G1和G2是不相同的。這樣，信息字x就轉(zhuǎn)換成了兩個(gè)碼字y1＝xG1，和y2＝xG2然后將碼字y1和y2從相應(yīng)的天線A1和A2上同時(shí)發(fā)射出去。
選擇編碼器使用的生成矩陣，以便為提供的每個(gè)信息字生成兩個(gè)不相同的碼字。也就是說，最好這樣來選擇生成矩陣，從而能保持下述擾頻特性。用一個(gè)預(yù)編碼器F可以使生成矩陣相關(guān)聯(lián)，即G2＝FG1。因?yàn)橛杏玫纳删仃嘒1和G2是非奇異的，所以F也是非奇異的。如果xF≠x當(dāng)x≠0，或者如果y1≠y2當(dāng)x≠0，預(yù)編碼器F就具有擾頻特性。擾頻特性使得每個(gè)信息字都可以生成兩個(gè)不相同的碼字。換句話說，對任何非零信息字，碼字對都不會崩潰(collapse)。
通過搜索可以得到提供擾頻特性的預(yù)編碼器F。另外，可以按照以下方法構(gòu)造預(yù)編碼器矩陣。如同本領(lǐng)域里的技術(shù)人員會明白的一樣，可以用線性電路生成一個(gè)m序列，其中m＝k。這個(gè)線性電路包括一個(gè)移位寄存器，在每個(gè)時(shí)鐘周期里這個(gè)移位寄存器的內(nèi)容都會改變。另外，如果用一個(gè)非零的m元組初始化移位寄存器，那么寄存器將遍歷全部2m-1個(gè)互不相同的非零m元組后才恢復(fù)初始值。可以將當(dāng)前的寄存器內(nèi)容視為輸入值，而隨后的時(shí)鐘周期里的寄存器內(nèi)容可作為輸出值。這樣生成的擾頻矩陣F的形式就是 其中h1～hm是電路的抽頭。
F矩陣的這種結(jié)構(gòu)為2k個(gè)編碼器提供了多達(dá)2k個(gè)的生成矩陣，從2k付天線上發(fā)射出去。例如，第一個(gè)編碼器可以根據(jù)生成矩陣G1進(jìn)行運(yùn)算，第二個(gè)編碼器可以根據(jù)生成矩陣G2＝FG1進(jìn)行運(yùn)算，第三個(gè)編碼器可以根據(jù)生成矩陣G3＝F2G1進(jìn)行運(yùn)算，而第i個(gè)編碼器可以根據(jù)生成矩陣Gi＝Fi-1Gl-1進(jìn)行運(yùn)算，其中i≤2k。
仿真表明，本發(fā)明的發(fā)射分集技術(shù)可以用于誤碼率為1％的(15，5，7)碼，它能使雙天線發(fā)射分集比不分集在性能上改善6.4分貝，而跟雙天線接收分集相比在性能上只低3分貝。
現(xiàn)在對上述(n，k；d)二進(jìn)制線性分組碼的分集發(fā)射、接收和解碼作更詳細(xì)的描述。再一次說明，生成矩陣G用于將信息字x＝(x1，...xk)轉(zhuǎn)換成碼字y＝(y1，...yk)，即y＝xG，其中信息字和碼字含有二進(jìn)制分量(0，1)。y的漢明權(quán)用w(y)表示。為了方便，可以將碼字y看作雙極性矢量(±1)，可以用Y表示，Y1＝1-2y1是它的分量。
在雙天線發(fā)射分集系統(tǒng)里，基站包括第一個(gè)和第二個(gè)編碼器E1和E2，E1和E2根據(jù)相應(yīng)的生成矩陣G1和G2進(jìn)行運(yùn)算，如圖1所示。信息字x被轉(zhuǎn)換成兩個(gè)碼字y1和y2，如下所示y1＝xG1＝(y11，...y1n)，和y2＝xG2＝(y21，...y2n)。然后將碼字y1和y2分別從第一付和第二付天線A1和A2上發(fā)射出去。
假定傳輸路徑P1和P2的衰落模型如下，它的每個(gè)碼字受到不變的瑞利衰落的瞬時(shí)干擾，并且衰落獨(dú)立于碼字和天線。那么接收矢量就是Z＝α1Y1+α2Y2+v，其中v是高斯噪聲矢量。還假定α1和α2在接收機(jī)端是已知的。實(shí)際上，α1和α2可以從加在Y1和Y2上的正交同步(訓(xùn)練)序列估計(jì)出來。
最大似然解碼規(guī)則是去尋找對應(yīng)于一些信息字x的一對(Y1，Y2)，來減小差錯(cuò)矢量的范數(shù)E=Z-Z^]]>這里 是合成的接收矢量，由公式Z^=α1Y^1+α2Y^2.]]>得到。那么差錯(cuò)矢量可以寫為E=α1(Y1-Y^2)+α2(Y2-Y^2)+v]]>=2α1(y^1-y2)+2α2(y^2-y2)+v]]>因?yàn)榇a是線性的，所以下面考慮這樣的情況，即傳送的x＝0跟對應(yīng)的碼字y1＝0和y2＝0，或相當(dāng)?shù)腨1＝+1和Y2＝+1一起發(fā)射。得到的差錯(cuò)矢量就變成E=(α1+α2)1--α1Y^1-α2Y^2+ν]]>=2α1y^1+2α2y^2+v]]>這里0是零矢量，1是1構(gòu)成的矢量。為了表示起來簡單，從E的等式中去掉噪聲矢量v。另外，用u表示下標(biāo)i的個(gè)數(shù)，其中 ＝1及 ＝1；用v1表示下標(biāo)i的個(gè)數(shù)，其中 ＝1及 ＝0；用v2表示下標(biāo)i的個(gè)數(shù)，其中 ＝0及 ＝1。因此，(v2+v2)就是 的位置的個(gè)數(shù)。于是w(y^1)=u+v1≥d]]>如果y^1≠0]]>(2)w(y^2)=u+v2≥d]]>如果y^2≠0]]>(3)w(y^1+y^2)=v1+v2≥d]]>如果y^1+y^2≠0]]>(4)于是E的范數(shù)∈的平方可以寫為∈＝‖E‖2＝4(u|α1+α2|2+ν1|α1|2+ν2|α2|2) (5)根據(jù)G1和G2之間的關(guān)系，可以用∈的展開式(5)導(dǎo)出u1、v1和v2的一些性質(zhì)。
發(fā)生一個(gè)差錯(cuò)時(shí)，x≠0。作為一個(gè)基線，將考慮重復(fù)分集，其中G1＝G2。因此，y^1=y^2]]>v1＝v2＝0。(6)而且，∈＝4u|α1+α2|2≥4u|α1+α2|2如果x≠0(7)其中的不等式由等式(2)推導(dǎo)出。注意在信道模型假定下，重復(fù)分集相當(dāng)于發(fā)射機(jī)不分集。這種發(fā)射分集的退化情形沒有發(fā)揮分集的優(yōu)勢。
編碼器中使用的生成矩陣G1和G2，應(yīng)當(dāng)具有上述擾頻特性，以利于發(fā)揮發(fā)射分集的所有優(yōu)勢。如前所述，可以通過一個(gè)預(yù)編碼器F將G1和G2關(guān)聯(lián)起來，即G2＝FG1。因?yàn)橛杏玫纳删仃嘒1和G2是非奇異的，所以F也是非奇異的。于是如果預(yù)編碼器F滿足下列條件，它就具有擾頻特性xF≠x如果x≠0，或相當(dāng)于y1≠y2如果x≠0。
在解碼器一側(cè)，這個(gè)特性表現(xiàn)為y^1≠y^2]]>如果x≠0，以及由等式(4)得到v1+v2＞d 如果x≠0。(8)等式(8)為擾頻分集提供了基礎(chǔ)。
現(xiàn)在介紹衰落信道(α1，α2)三種情況的編碼性能分析。實(shí)際性能分析將依靠對(α1，α2)和v的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。當(dāng)α1＝+1和α2＝+1時(shí)，出現(xiàn)第一種情況。在這種情況中，對于擾頻分集∈＝4(4u+ν1+ν2)≥4(u+ν1+u+ν2)≥8d， (9)其中最后一個(gè)不等式從等式(2)和(3)導(dǎo)出，對于重復(fù)分集有∈＝16u≥16d， (10)這個(gè)不等式從等式(7)導(dǎo)出。
當(dāng)α1＝+1和α2＝0時(shí)，出現(xiàn)第二種情況。這種情況下，對于擾頻分集∈＝4(4u+ν1)≥4d， (11)其中最后一個(gè)不等式從等式(2)導(dǎo)出，對于重復(fù)分集∈＝4u≥4d， (12)這個(gè)不等式從等式(7)導(dǎo)出。α1＝0和α2＝+1的情況跟上述情況相似，不再單獨(dú)考慮。
當(dāng)α1＝+1和α2＝-1時(shí)，出現(xiàn)第三種情況。這種情況下，對于擾頻分集∈＝4(ν1+ν2)≥4d， (13)其中最后一個(gè)不等式從等式(4)導(dǎo)出，并且對于重復(fù)分集∈＝0， (14)這個(gè)不等式從等式(6)導(dǎo)出。α1＝-1和α2＝+1的情況跟上述情況相似，不再單獨(dú)考慮。
由于編碼的平均性能趨向于受最差情形的控制，所以擾頻分集技術(shù)應(yīng)當(dāng)能夠提高性能，因?yàn)樗畈畹那闆r是非零的。而重復(fù)分集的最差情況可以是0。換句話說，擾頻分集使得碼字對不會崩潰(包括同樣的兩個(gè)碼字)，就跟情形3中的重復(fù)分集一樣。仿真證實(shí)了這個(gè)結(jié)果。
已經(jīng)對上述雙天線發(fā)射分集系統(tǒng)進(jìn)行了仿真，附圖3～8是仿真結(jié)果的圖解。具體而言，每幅圖中對應(yīng)于本發(fā)明的雙天線擾頻分集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)都用2TXS表示。對應(yīng)于基線重復(fù)分集(不分集)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)都用2TXR表示，而對應(yīng)于雙天線接收分集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)都用2RX表示，以便進(jìn)行比較。所用數(shù)據(jù)是利用以下編碼(7，4；3)、(15，5；7)、(15，7；5)、(15，11；3)和(24，12；8)得到的。另外，還為一個(gè)未編碼的8位碼字(8，8；1)獲得了數(shù)據(jù)。
對誤比特率(BER)和幀或者塊差錯(cuò)率(FER)進(jìn)行了測量，在圖形3～8里畫出了測量結(jié)果曲線。表1概括了結(jié)果，它給出了誤比特率為1％時(shí)2TXS超過2TXR的程度，以及誤比特率為1％時(shí)2TXS劣于2RX的程度。例如，對于(15，5；7)碼，2TXS優(yōu)于2TXR 6.4dB，劣于2RX 3dB?？傊?，F(xiàn)ER的結(jié)果也表現(xiàn)出同樣的趨勢，并跟2TXS差不多，因?yàn)樗咏?RX。這樣，仿真結(jié)果證實(shí)了本發(fā)明中擾頻分集技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。表1總結(jié)了在1％誤比特率時(shí)，發(fā)射分集的增益超過不分集的增益值γ(dB)，和發(fā)射分集與接收分集相比的損耗值λ(dB)。
表1
本發(fā)明的發(fā)射分集的方法、系統(tǒng)和終端可以與D-AMPS+蜂窩通信協(xié)議一起使用，它是對D-AMPS蜂窩通信協(xié)議有較高吞吐量的擴(kuò)展。本發(fā)明的發(fā)射分集技術(shù)也可以象非蜂窩無線通信系統(tǒng)一樣，與其它的蜂窩通信協(xié)議一起使用。
盡管利用一個(gè)代表線性編碼器的生成矩陣，對本發(fā)明的編碼方法作了描述，但是，本發(fā)明的擾頻分集技術(shù)還可以用其它的編碼器，比如說非線性編碼器。例如，如果g1(x)＝y(tǒng)1表示第一個(gè)總的來說非線性的編碼器，那就可以用一個(gè)擾頻矩陣F得到第二個(gè)編碼器g2(x)＝g1(xF)＝y(tǒng)2。
雖然上面描述了關(guān)于二進(jìn)制分組碼的分集發(fā)射技術(shù)，但是本發(fā)明的分集發(fā)射技術(shù)也可以應(yīng)用于其它碼。例如，擾頻分集發(fā)射技術(shù)可以用于二進(jìn)制卷積碼；非二進(jìn)制分組碼，比如說Reed-Solomon碼和對應(yīng)于Lee度量的BCH碼；以及非二進(jìn)制格碼，比如說格碼調(diào)制和雙-K碼。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員會想到本發(fā)明的很多改進(jìn)方案和其它實(shí)施方案，這些改進(jìn)方案和其它實(shí)施方案具有上述說明和有關(guān)附圖的思想的優(yōu)點(diǎn)。因此，顯然本發(fā)明不限于這些公開的具體實(shí)施方案，而且，改進(jìn)方案和實(shí)施方案都應(yīng)當(dāng)包括在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.發(fā)射信息的一種方法，包括以下步驟利用第一個(gè)轉(zhuǎn)換函數(shù)將一個(gè)信息字轉(zhuǎn)換成第一個(gè)碼字，其中的信息字是從一組信息字里選出的，第一個(gè)碼字是從一組碼字里選出的；利用第二個(gè)轉(zhuǎn)換函數(shù)將所述信息字轉(zhuǎn)換為第二個(gè)碼字，其中的第二個(gè)碼字是從所述碼字組里選出的，其中定義了所述第一個(gè)和第二個(gè)轉(zhuǎn)換函數(shù)，以致于所述信息字組里的每個(gè)信息字都被轉(zhuǎn)換成所述碼字組里兩個(gè)不同的碼字；并且發(fā)射第一個(gè)和第二個(gè)碼字。
2.權(quán)利要求1的方法，其中，信息字組里的每個(gè)信息字都具有第一個(gè)預(yù)定長度，所述碼字組里的每個(gè)碼字都具有第二個(gè)預(yù)定長度，第二個(gè)預(yù)定長度比第一個(gè)預(yù)定長度要長。
3.權(quán)利要求1的方法，其中的發(fā)射步驟包括從第一付天線上發(fā)射第一個(gè)碼字，以及從第二付天線上發(fā)射第二個(gè)碼字。
4.權(quán)利要求1的方法，其中第一個(gè)和第二個(gè)碼字是被同時(shí)發(fā)射的。
5.權(quán)利要求4的方法，其中第一個(gè)和第二個(gè)碼字是在相同的頻率上發(fā)射的。
6.權(quán)利要求1的方法，其中第一個(gè)轉(zhuǎn)換函數(shù)包括第一個(gè)生成矩陣，從而使第一個(gè)碼字等于第一個(gè)生成矩陣乘以所述信息字，第二個(gè)轉(zhuǎn)換函數(shù)包括第二個(gè)生成矩陣，從而使第二個(gè)碼字等于第二個(gè)生成矩陣乘以所述信息字。
7.權(quán)利要求6的方法，其中第一個(gè)和第二個(gè)生成矩陣通過一個(gè)預(yù)編碼器聯(lián)系起來，從而使第一個(gè)生成矩陣等于這個(gè)預(yù)編碼器乘以第二個(gè)生成矩陣。
8.權(quán)利要求7的方法，其中預(yù)編碼器由一個(gè)線性m-序列生成器的輸出結(jié)果構(gòu)成。
9.權(quán)利要求1的方法，還包括以下步驟在一個(gè)用戶終端上接收第一個(gè)和第二個(gè)碼字；和在所述用戶終端上對第一個(gè)和第二個(gè)碼字進(jìn)行解碼，以此來估計(jì)所述信息字。
10.權(quán)利要求1的方法，其中在所述信息字組里信息字的個(gè)數(shù)等于所述碼字組里碼字的個(gè)數(shù)。
11.權(quán)利要求1的方法，還包括以下步驟利用第三個(gè)轉(zhuǎn)換函數(shù)將所述信息字轉(zhuǎn)換成第三個(gè)碼字，其中第三個(gè)碼字是從所述碼字組里選出的，定義了第一個(gè)、第二個(gè)和第三個(gè)轉(zhuǎn)換函數(shù)，從而使所述信息字組里的每個(gè)信息字被轉(zhuǎn)換成所述碼字組里三個(gè)不同的碼字，其中的發(fā)射步驟包括發(fā)射第一個(gè)、第二個(gè)和第三個(gè)碼字的步驟。
12.權(quán)利要求1的方法，其中第一個(gè)和第二個(gè)轉(zhuǎn)換函數(shù)包括線性轉(zhuǎn)換函數(shù)。
13.權(quán)利要求1的方法，其中第一個(gè)和第二個(gè)轉(zhuǎn)換函數(shù)包括非線性轉(zhuǎn)換函數(shù)。
14.用于發(fā)射信息的一種分集發(fā)射系統(tǒng)，這一分集發(fā)射系統(tǒng)包括第一個(gè)編碼器，它利用第一個(gè)轉(zhuǎn)換函數(shù)將一個(gè)信息字轉(zhuǎn)換成第一個(gè)碼字，其中的信息字是從一組信息字里選出的，第一個(gè)碼字是從一組碼字里選出的；第二個(gè)編碼器，它利用第二個(gè)轉(zhuǎn)換函數(shù)將所述信息字轉(zhuǎn)換成第二個(gè)碼字，其中第二個(gè)碼字是從所述碼字組里選出的，其中定義了所述第一個(gè)和第二個(gè)轉(zhuǎn)換函數(shù)，從而使所述信息字組里每個(gè)信息字被轉(zhuǎn)換成所述碼字組里兩個(gè)不同的碼字；和一個(gè)發(fā)射機(jī)，用來發(fā)射所述第一個(gè)和第二個(gè)碼字。
15.權(quán)利要求14的分集發(fā)射系統(tǒng)，其中信息字組里每個(gè)信息字都具有第一個(gè)預(yù)定長度，所述碼字組里每個(gè)所述碼字都具有第二個(gè)預(yù)定長度，第二個(gè)預(yù)定長度比第一個(gè)預(yù)定長度要長。
16.權(quán)利要求14的分集發(fā)射系統(tǒng)，還包括與所述發(fā)射機(jī)連接的第一和第二天線，其中第一個(gè)碼字是從第一天線上發(fā)射的，第二個(gè)碼字是從第二天線上發(fā)射的。
17.權(quán)利要求14的分集發(fā)射系統(tǒng)，其中第一個(gè)和第二個(gè)碼字是同時(shí)發(fā)射的。
18.權(quán)利要求17的分集發(fā)射系統(tǒng)，其中第一個(gè)和第二個(gè)碼字是在相同的頻率上發(fā)射的。
19.權(quán)利要求14的分集發(fā)射系統(tǒng)，其中第一個(gè)轉(zhuǎn)換函數(shù)包括第一個(gè)生成矩陣，從而使第一個(gè)碼字等于第一個(gè)生成矩陣乘以所述信息字，第二個(gè)轉(zhuǎn)換函數(shù)包括第二個(gè)生成矩陣，從而使第二個(gè)碼字等于第二個(gè)生成矩陣乘以所述信息字。
20.權(quán)利要求19的分集發(fā)射系統(tǒng)，其中第一個(gè)和第二個(gè)生成矩陣通過一個(gè)預(yù)編碼器聯(lián)系起來，從而使第一個(gè)生成矩陣等于這個(gè)預(yù)編碼器乘以第二個(gè)生成矩陣。
21.權(quán)利要求20的分集發(fā)射系統(tǒng)，其中預(yù)編碼器由一個(gè)線性m-序列生成器的輸出結(jié)果構(gòu)成。
22.權(quán)利要求14的分集發(fā)射系統(tǒng)，其中信息字組里信息字的個(gè)數(shù)等于所述碼字組里碼字的個(gè)數(shù)。
23.權(quán)利要求14的分集發(fā)射系統(tǒng)，還包括第三個(gè)編碼器，它利用第三個(gè)轉(zhuǎn)換函數(shù)將所述信息字轉(zhuǎn)換成第三個(gè)碼字，其中第三個(gè)碼字從所述碼字組里選出，還定義了第一個(gè)、第二個(gè)和第三個(gè)轉(zhuǎn)換函數(shù)，從而使所述信息字組里的每個(gè)所述信息字被轉(zhuǎn)換成所述碼字組里三個(gè)不同的碼字，其中所述發(fā)射機(jī)發(fā)射所述第一個(gè)、第二個(gè)和第三個(gè)碼字。
24.權(quán)利要求14的分集發(fā)射系統(tǒng)，其中第一個(gè)和第二個(gè)轉(zhuǎn)換函數(shù)包括線性轉(zhuǎn)換函數(shù)。
25.權(quán)利要求14的分集發(fā)射系統(tǒng)，其中第一個(gè)和第二個(gè)轉(zhuǎn)換函數(shù)包括非線性轉(zhuǎn)換函數(shù)。
26.接收信息的一種方法，從信息字組里選出一個(gè)信息字，這個(gè)信息字被轉(zhuǎn)換成從碼字組里選出的第一個(gè)和第二個(gè)碼字，并發(fā)射第一個(gè)和第二個(gè)碼字，該方法包括以下步驟接收第一個(gè)和第二個(gè)碼字；和對第一個(gè)和第二個(gè)碼字進(jìn)行解碼，以此來估計(jì)信息字。
27.權(quán)利要求26的方法，其中第一個(gè)和第二個(gè)碼字被同時(shí)解碼。
28.權(quán)利要求26的方法，其中，第一個(gè)同步序列跟第一個(gè)碼字同時(shí)發(fā)射，第二個(gè)同步序列跟第二個(gè)碼字同時(shí)發(fā)射，并且在第一條和第二條路徑上發(fā)射第一個(gè)和第二個(gè)碼字，該方法包括以下步驟接收第一個(gè)和第二個(gè)同步序列；和利用第一個(gè)和第二個(gè)同步序列解決第一條和第二條路徑上的衰落問題。
29.權(quán)利要求26的方法，其中，第一個(gè)和第二個(gè)碼字被同時(shí)發(fā)射，第一個(gè)和第二個(gè)碼字被同時(shí)接收。
30.權(quán)利要求29的方法，其中第一個(gè)和第二個(gè)碼字是在相同的頻率上發(fā)射的。
31.權(quán)利要求26的方法，其中，信息字被轉(zhuǎn)換成從碼字組里選出的第三個(gè)碼字，并發(fā)射第三個(gè)碼字，其中所述接收步驟包括接收第一個(gè)、第二個(gè)和第三個(gè)碼字的步驟；以及，所述解碼步驟包括對第一個(gè)、第二個(gè)和第三個(gè)碼字進(jìn)行解碼，以此來估計(jì)信息字。
32.權(quán)利要求26的方法，其中，信息字組里的每個(gè)信息字具有第一個(gè)預(yù)定長度，碼字組里的每個(gè)碼字具有第二個(gè)預(yù)定長度，第二個(gè)預(yù)定長度比第一個(gè)預(yù)定長度要長。
33.權(quán)利要求26的方法，其中信息字是用線性轉(zhuǎn)換函數(shù)轉(zhuǎn)換成第一個(gè)和第二個(gè)碼字的。
34.權(quán)利要求26的方法，其中信息字是用非線性轉(zhuǎn)換函數(shù)轉(zhuǎn)換成第一個(gè)和第二個(gè)碼字的。
35.用于接收信息的一種用戶終端，其中，信息字是從信息字組里選出的，這個(gè)信息字被轉(zhuǎn)換成從碼字組里選出的第一個(gè)和第二個(gè)碼字，并發(fā)射這第一個(gè)和第二個(gè)碼字，該方法包括以下步驟一個(gè)接收機(jī)，它接收第一個(gè)和第二個(gè)碼字；和與接收機(jī)連接的一個(gè)處理器，其中的處理器對第一個(gè)和第二個(gè)碼字進(jìn)行解碼，以此來估計(jì)信息字。
36.權(quán)利要求35的用戶終端，其中第一個(gè)和第二個(gè)碼字被同時(shí)解碼。
37.權(quán)利要求35的用戶終端，其中，第一個(gè)同步序列跟第一個(gè)碼字同時(shí)發(fā)射，第二個(gè)同步序列跟第二個(gè)碼字同時(shí)發(fā)射，并在第一條和第二條路徑上發(fā)射第一個(gè)和第二個(gè)碼字，其中所述接收機(jī)接收第一個(gè)和第二個(gè)同步序列；和所述處理器利用第一個(gè)和第二個(gè)同步序列解決第一條和第二條路徑上的衰落問題。
38.權(quán)利要求35的用戶終端，其中，第一個(gè)和第二個(gè)碼字被同時(shí)發(fā)射，并且所述接收機(jī)同時(shí)接收第一個(gè)和第二個(gè)碼字。
39.權(quán)利要求37的用戶終端，其中，第一個(gè)和第二個(gè)碼字是在相同的頻率上發(fā)射的，并且所述接收機(jī)用相同的頻率接收第一個(gè)和第二個(gè)碼字
40.權(quán)利要求35的用戶終端，其中，信息字組里的每個(gè)信息字具有第一個(gè)預(yù)定長度，碼字組里的每個(gè)碼字具有第二個(gè)預(yù)定長度，第二個(gè)預(yù)定長度比第一個(gè)預(yù)定長度要長。
41.權(quán)利要求35的用戶終端，其中信息字是用線性轉(zhuǎn)換函數(shù)轉(zhuǎn)換成第一個(gè)和第二個(gè)碼字的。
42.權(quán)利要求35的用戶終端，其中信息字是用非線性轉(zhuǎn)換函數(shù)轉(zhuǎn)換成第一個(gè)和第二個(gè)碼字的。
全文摘要
用于發(fā)射信息的一種方法,包括利用第一個(gè)和第二個(gè)轉(zhuǎn)換函數(shù),將信息字轉(zhuǎn)換成第一個(gè)和第二個(gè)碼字,并發(fā)射這第一個(gè)和第二個(gè)碼字的步驟。這個(gè)信息字是從一組信息字里選擇出來的,這組信息字中每一個(gè)信息字的長度都是第一個(gè)預(yù)定長度,第一個(gè)碼字是從一組碼字中選擇出來的,這組碼字中每一個(gè)碼字的長度都是第二個(gè)預(yù)定長度,這第二個(gè)預(yù)定長度比第一個(gè)預(yù)定長度長。第二個(gè)碼字是從一組碼字中選擇出來的,第一個(gè)和第二個(gè)轉(zhuǎn)換函數(shù)的定義使得所述信息字組中每一個(gè)信息字都被轉(zhuǎn)換成所述碼字組中兩個(gè)不同的碼字。還討論了相關(guān)的系統(tǒng)和終端。
文檔編號H04L1/06GK1307760SQ99808000
公開日2001年8月8日 申請日期1999年3月30日 優(yōu)先權(quán)日1998年4月28日
發(fā)明者A·S·哈伊拉拉, K·C·贊吉, R·拉梅斯 申請人:艾利森公司