編碼信息分集傳輸的方法和裝置的製作方法
2023-09-22 16:54:00 2
專利名稱：編碼信息分集傳輸的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明有關一種用於產生發射信號的方法和裝置，該發射信號中包含有多個天線數據信號，每個天線數據信號都必須經過一個發射天線進行發射，有如權利要求1和9的前序部分所申明形式。
在以下文中，將要討論天線分集。之所以使用天線分集，是因為移動無線電信道對於多個移動臺和基站的不同位置而言，其狀態存在差異。在天線分集中，利用多個接收天線的場合(接收天線分集)與利用多個發射天線的場合(發射天線分集)，以及二者組合使用之間存在區別。但是，接收天線分集從理論角度上已經有較深入理解，並在實踐中廣泛採用，而對發射天線分集概念的研究至今仍不是那麼透徹。
為發射天線分集所設計的特殊的turbo碼已經被提出。在這些編碼中，用於發射天線的傳輸數據流的數目在編碼過程中已經產生。這個過程可稱為天線分集編碼。
在這一思想中不利的因素是，所需要的發射天線的數目依賴於碼率RC＝k/n。碼率RC是輸入數據符號數目k與編碼器輸出數據符號(源於k個輸入數據符號)數目n的商。比如，在碼率為RC＝1/2時，必須要採用兩個發射天線；如果碼率RC＝1/3，則需要3個發射天線。如果有可能實現並提供與服務相關的變化的碼率，比如在UMTS(Universal Mobile Telecommunications System，通用移動電信系統)標準中，則天線分集編碼的方法並不可行，因為每個服務(比如語音、視頻等)需要不同的發射天線數目。
本發明的基本目標可通過以獨立的權利要求條款所述特性的方式得以實現。
因為在信道編碼和發射天線之間信號傳輸路徑中採用數據率匹配，所以可實現將量N(發射天線的數目)與RC(信道編碼器的碼率)相分離。這使得有可能將經過編碼的有用 數據信號中的數據符號發送到任意的但為一固定數目的發射天線中去，而與所採用的碼率RC無關。從產品的角度來看，這也有好處，甚至是對於固定碼率RC，因為發射天線的數目不需要由一個軟體所確定的量(碼率RC)加以強制規定，該量在發射器發送信號過程中大多情況下是不可知的(比如，在行動電話中)。從這個觀點來看，現代的移動無線電系統必須要適合於在信道編碼中採用不同的命令來發送多個服務，其好處是，即使在變化的碼率RC下，發射天線的數目仍可為一常數。
對編碼過的有用數據信號的數據符號的數據率匹配、收縮和/或重複編碼可以以一種較佳的方式提供。
本發明更具優勢的實施例的特徵是，編碼過的有用數據信號在信道編碼和天線數據信號發射(經過發射天線)之間的傳輸路徑中被解復用，並且/或者被交織。如果有必要，這些措施使得有可能以一種合適的方式來控制，以將編碼有用數據信號分配到N個待發射的傳輸數據流中，並改善待發射信號的傳輸特性。
一種尤其有效的編碼形式(也可用來處理可變碼率)可由turbo編碼來實現。在這種情形下，本發明實施例的一個適當的變化具有以下特徵，在turbo編碼中，可產生一個系統數據信號、一個冗餘數據信號和一個交織的冗餘數據信號；通過在相互之間分配數據符號，從這三個數據信號中產生具有未改變數據率的三個混合數據信號；並且如果N＜3，預先確定的數目為N的天線數據信號可由收縮所有這三個混合數據信號，然後復用來產生，如果N＞3，則預先確定的數目為N的天線數據信號可通過重複這些混合數據信號，然後解復用來產生。
本發明的其他優勢裝置在各附屬權利要求中有詳細敘述。
在本發明中，有用數據信號X也可由一個信道編碼器COD編碼，如圖2所示。該信道編碼器COD可產生一個編碼過的有用數據信號，該信號比如可以以多個數據流C1(X)、C2(X)和C3(X)的形式或者復用作為單個有用數據符號C(X)，參見圖3。相比在輸入端所提供的有用數據信號X，編碼的有用數據信號C1(X)、C2(X)和C3(X)，或者C(X)的數據率分別以碼率RC＝k/n為因子得到增加。
根據本發明，編碼的有用數據信號被提供給一個數據率匹配級RM。該數據率匹配級將編碼過的有用數據信號(或者，分別指單獨編碼的數據流C1(X)、C2(X)和C3(X))轉換為一個適合於通過預先確定的數目為N的(在圖2中，顯示了N＝2個天線)發射天線發射的發射信號。數目N可預先隨機確定。通過匹配率RA＝n/N可完成數據率匹配，式中n是到達RM的數據符號數目，N是由RM輸出的數據符號數目。
經過數據率匹配級RM的發射信號輸出也有如圖2所示，其中已經含有N個天線數據信號A1(X)、...、AN(X)，或者在以後的復用或解復用步驟中劃分為數目恰當的天線數據信號。該發射信號在擴頻編碼器SC中被擴頻編碼，並在調製器MOD中被適當調製到載波並經過N個發射天線發射出去。擴頻編碼，比如可以是DS CDMA(直接序列碼分多址)，在其中以用戶特定形式存在的鍵碼(key)在每個數據符號中被壓縮。
根據本發明，可將編碼過的有用數據信號進行數據率匹配，以從結構上預先確定所需求的條件(在發射器的N個發射天線)，這使得有可能利用發射天線分集來傳送不同的服務。不同的服務種類通常要以不同的碼率RC來傳輸，目的是實現儘可能「經濟」的編碼，其要恰好滿足與服務相關的在接收端位誤差率的需求。對發射信號的數據率進行設置(該信號與碼率RC關於預先確定的天線數目N相匹配)使得有可能通過利用發射天線分集經由固定數目的N個發射天線來發射任何種類的服務。
相反，根據現有技術(
圖1)，必須為每個待傳送的服務提供一個獨立的分集信道編碼，並且，發射天線的數目必須根據各個分集信道編碼的碼率進行調節。
根據本發明，一種turbo編碼器可較好地用於信道編碼。圖3中以方框圖的形式顯示了turbo編碼器TCOD的可能結構。
turbo編碼器TCOD具有兩個相同的、二進位的遞歸系統卷積編碼器RSC1和RSC2，即編碼技術中為人所知的RSC。第一個RSC卷積編碼器RSC1的輸入之前，有一個turbo碼交織器IL，它將有用數據信號X逐塊交織起來。兩個卷積編碼器RSC1和RSC2的輸出每個都分別連接到一個可選的收縮設備PKT1和PKT2。就TCOD而言，在圖2中所顯示的編碼器COD的3個編碼過的數據流C1(X)、C2(X)和C3(X)可由收縮設備PKT1和PKT2的兩個輸出和有用數據信號X實現。
在它們的輸出端，第一卷積編碼器RSC1提供一個第一交織冗餘數據序列Y1＝(y11，y12，...)，而第二卷積編碼器RSC2提供第二冗餘數據序列Y2＝(y21，y22，...)。對每個有用數據信號xi，分別在每個卷積編碼器中產生冗餘數據符號y1i和y2i，其中i是所考慮的間隔，即i＝1，2，...。
執行turbo編碼的第一種可能性在於省略在圖3中所畫的收縮設備PKT1和PKT2。在這種情況下，C1(X)＝Y1，C2(X)＝Y2且C3(X)＝X。TCOD的碼率是RC＝1/3。
編碼過的有用數據信號不需要由turbo編碼器TCOD以3個獨立的信號形式C1(X)、C2(X)和C3(X)輸出，而是可通過利用這些數據信號，被轉換成單個編碼過的有用數據信號C(X)，如前所述。通過在圖3中所顯示的復用器MUX進行復用，復用的規則，比如可以如下C＝(x1，y21，y11，x2，y22，y12，x3，y23，y13，...)收縮設備PKT1和PKT2用來可變地調節turbo編碼器TCOD的碼率。如果turbo編碼器TCOD具有碼率RC＝1/2，則每個冗餘的部分序列y1和y2就被收縮，比如，首先在復用器MUX中被交替復用。所得結果冗餘數據序列Y＝(y11，y22，y13，y24，...)然後與系統數據序列X交替復用——也仍然是在復用器MUX中實現。經過誤差保護編碼過的有用數據信號以這種(特殊的)turbo編碼形式產生，即C＝(x1，y11，x2，y22，x3，y13，x4，y24...)。
如果編碼器COD具有一個可變的碼率RC(這可以通過添加或者繞過在圖3中顯示示例中的收縮設備PKT1和PKT2來實現)，數據率匹配級RM得知當前碼率RC，從而該數據率能夠被相應地被匹配，以產生一個適合於固定數目N的發射信號。
除了數據率匹配之外，編碼過的有用數據信號能夠被交織並且/或者被復用/解復用，以為了在信道編碼器COD和調製器MOD之間的信號路徑中將數據符號分配到N個天線信號A1(X)、...、AN(X)。圖4中顯示了用於交織的合適的裝置，在兩個例子中，N＝2和N＝4，對編碼過的有用數據信號解復用/復用以及碼率匹配。
兩個示例都基於在圖3中所顯示的burbo編碼器TCOD，其碼率RC＝1/3。兩個收縮設備PKT1和PKT2沒有啟用。
在turbo編碼器TCOD後面的信號傳輸路徑中所執行的信號處理步驟可通過圖4中的圖示S1到S5(對於N＝2)以及S1』到S5』(對於N＝4)來說明。在圖中的S1，三種數據符號分別是turbo編碼器TCOD的輸出，並且在時間上依次出現，如圖所示。為了區分不同輸出的數據符號，分別採用了方形、圓形和三角形。在這些圖示單元中的數字代表間隔i＝1，2，3。在turbo編碼器TCOD的輸出端的數據率為3/Ts，其中Ts是符號周期。
交織器IL1位於信號傳輸路徑中，在turbo編碼器TCOD後面。交織器IL1對所經過的每一個數據流中的數據符號進行排列。結果是，一方面，以前在時間上相鄰的數據符號被錯開。在另一方面，適當選擇排列規則，其關於C1(X)、C2(X)和C3(X)不同，使得有可能對來自不同時間間隔的數據符號現在出現在三個數據流中的相同時間間隔中，參見圖中的S2。
在此之後，這三個數據流中的數據符號在相互之間被分配。該數據處理步驟可通過組合的解復用器/復用器裝置D/MUX來進行。在組合的解復用器/復用器裝置D/MUX之後，在turbo編碼器TCOD輸出中以特定時間間隔出現的數據符號被排列在各個數據流中，參見圖中S3。
第一數據率匹配級RM1的作用有如收縮設備。在每個時間間隔中，精確地將三個並行數據流中的一個數據符號收縮，並且該收縮關於數據流循環進行。因此，在每個數據流中的三個數據符號中有一個數據符號被收縮。被收縮數據符號被捨棄，顯示如圖中S4中的交叉標記。在第一數據率匹配級RM1的輸出端，數據率為2/Ts。
在第一數據率匹配級RM1之後的信號傳輸路徑中，設置有復用器MUX1用來提供正確數目的天線數據信號。在當前的示例中，發射信號中包括有兩個天線數據信號A1(X)和A2(X)。該兩個天線數據信號A1(X)和A2(X)以這樣一種方式產生，即復用器MUX1交替地將其中間輸入數據符號分配給第一天線數據信號A1(X)和第二天線數據信號A2(X)，參見圖中S5。
在第二個示例中(圖4的下面部分)，考慮N＝4的情況。其中turbo編碼器TCOD、交織器IL1和組合解復用器/復用器裝置D/MUX的功能與第一個示例中相應的組件分別相同。同樣，在圖中的S1和S1』、S2和S2』、S3和S3』也分別相同。
通過第二數據率匹配級RM2可增加數據率。利用重複編碼來增加數據率。在這種方法中，對每個數據流的一個相同的特定時間間隔中的數據符號被重複。待覆制的數據符號用箭頭標記，如圖中的S3』。對各個數據流重複編碼的結果顯示在圖中S4』。在第二數據率匹配級RM2輸出端的數據率為4/Ts。
在第二數據率匹配級RM2之後的信號傳輸路徑中，設置了一個解復用器DMUX。該解復用器DMUX接收由第二數據率匹配級RM2輸出的三個數據流的數據信號，並在其輸出端提供4個天線數據信號A1(X)、A2(X)、A3(X)和A4(X)。第一個天線數據信號A1(X)從解復用器的輸入數據流中的對所有數據流相同的特定時間間隔數據符號中形成。相應的數據符號以箭頭標記，如圖中S4』。通過比較，天線數據信號A2(X)到A4(X)分別從三種輸入數據流的在時間上相鄰的數據符號中形成。這可以從圖中S5』中看出，A2(X)與在圖4中底部所繪製的數據流相鄰，A3(X)來自中間數據流，而A4(X)形成自顯示在頂部的數據流。
對兩個或者圖4中的4個天線數據信號的處理，與圖2中的類似，也就是說，數據信號經過擴頻編碼，調製到載波中並通過兩個天線(第一示例)或者，相應的4個天線(第二示例)發射出去。
在接收器中可接收所發射的數據信號，該信號是採用1個或多個發射天線發射的。可採用MAP(最大後驗)解碼器或者其他的SOVA(軟輸出維特比算法)解碼器。
權利要求
1.一種用於產生發射信號的方法，該信號中包含有多個天線數據信號(A1(X)，...，AN(X))，每個待發射信號可通過發射天線發射出去，天線數據信號來自有用數據信號(X)，在這種方法中可將有用數據信號進行信道編碼，其特徵是在信道編碼和天線數據信號(A1(X)，...，AN(X))經由發射天線發射之間的信號傳輸路徑中，進行數據率匹配，使得發射天線的數目能夠獨立於碼率(RC)而被預先確定。
2.如權利要求1中所述方法，其特徵是可利用可變速率(RA)來進行數據率匹配。
3.如權利要求1或2中所述方法，其特徵是數據率匹配包括對編碼過的數據信號(C(X)；C1(X)，C2(X)，C3(X))的數據符號收縮並且/或者重複。
4.如前述權利要求之一所述方法，其特徵是在信道編碼和天線數據信號(A1(X)，...，AN(X))經由發射天線發射之間的信號傳輸路徑中，編碼過的數據信號(C(X)；C1(X)，C2(X)，C3(X))被解復用。
5.如前述權利要求之一所述方法，其特徵是在信道編碼和經由發射天線發射之間的信號傳輸路徑中，編碼過的數據信號(C(X)；C1(X)，C2(X)，C3(X))被交織。
6.如前述權利要求之一所述方法，其特徵是採用turbo編碼對有用數據信號(X)進行編碼。
7.如權利要求6中所述方法，其特徵是在turbo編碼的過程中，產生一個系統數據信號(C3(X))、一個冗餘數據信號(C2(X))和一個交織的冗餘數據信號(C1(X))；通過在相互之間分配數據符號，從這三個數據信號(C1(X)，C2(X)，C3(X))中產生具有不變數據率的三個混合數據信號；並且如果N＜3，預先確定的數目為N的天線數據信號可由收縮所有這三個混合數據信號，然後復用來產生，如果N＞3，則預先確定的數目為N的天線數據信號可通過重複這些混合數據信號的數據符號，然後解復用來產生。
8.如前述權利要求之一所述方法，其特徵是發射信號可採用CDMA擴頻編碼。
9.一種用於產生發射信號的裝置，該信號中包含有多個天線數據信號(A1(X)，...，AN(X))，每個待發射信號可通過一個發射天線發射出去，天線數據信號來自有用數據信號(X)，在這種裝置中可將有用數據信號進行信道編碼，其特徵是在信道編碼器(COD，TCOD)和發射天線發射之間的信號傳輸路徑中，具有一個數據匹配級(RM；RM1，RM2)，其使得有可能發射天線的數目能夠獨立於碼率(RC)而被預先確定。
10.如權利要求9中所述裝置，其特徵是可利用可變速率(RA)，在數據率匹配級(RM；RM1，RM2)中進行數據率匹配。
11.如權利要求9或10中所述裝置，其特徵是數據率匹配級(RM；RM1，RM2)中包括一個收縮裝置並且/或者一個用於對編碼過的數據信號(C(X)；C1(X)，C2(X)，C3(X))的數據符號重複的裝置。
12.如權利要求11中所述裝置，其特徵是在數據率匹配級(RM；RM1，RM2)和發射天線發射之間的信號傳輸路徑中，具有一個復用器(MUX1)以及/或者一個解復用器(DMUX)。
13.如權利要求9至12中之一所述裝置，其特徵是信道編碼器是turbo編碼器(TCOD)。
14.如權利要求13中所述裝置，其特徵是在turbo編碼器(TCOD)中，產生一個系統數據信號(C3(X))、一個冗餘數據信號(C2(X))和一個交織的冗餘數據信號(C1(X))；該裝置中具有一個數據符號分配裝置(D/MUX)，其通過在相互之間分配數據符號，從這三個數據信號中產生具有不變數據率的三個混合數據信號；並且數據率匹配級(RM1，RM2)可產生預先確定的數目為N的天線數據信號，如果N＜3，預先確定的數目為N的天線數據信號可由收縮所有這三個混合數據信號，然後復用來產生，如果N＞3，則預先確定的數目為N的天線數據信號可通過重複這些混合數據信號的數據符號，然後解復用來產生。
15.如前述權利要求之一所述方法，其特徵是具有一個CDMA擴頻編碼器(SC)，其可使發射信號採用CDMA擴頻編碼。
全文摘要
一種用於產生發射信號的方法，該信號中包含有N個天線數據信號(A1(X)，...，AN(X))，它們可通過N個發射天線發射出去，在其中可對有用數據信號(X)進行信道編碼。在信道編碼和經由發射天線發射之間的信號傳輸路徑中，通過數據率匹配級(RM；RM1，RM2)可進行數據率匹配，使得發射天線的數目能夠獨立於碼率(R
文檔編號H04L1/06GK1443406SQ01812921
公開日2003年9月17日 申請日期2001年6月29日 優先權日2000年7月17日
發明者M·多伊奇, P·榮格, T·凱拉, J·普萊欽格, P·施米特, M·施奈德 申請人:因芬尼昂技術股份公司