在通信系統內對附加碼元進行編碼/解碼的製作方法
2023-05-28 15:26:11
專利名稱：在通信系統內對附加碼元進行編碼/解碼的製作方法
技術領域：
本發明涉及數字通信系統和方法，並且特別涉及對編碼數字比特流的發送和接收。
背景技術：
許多數字通信系統中都可以發送和接收數字比特流，這些系統包括數據存儲系統以及無線和有線數據通信系統，但是並不僅僅局限於此。隨著系統的容量和利用率的不斷增加，一般都期望能夠以更高的數據速率傳輸比特流。可以通過使系統更快地運行，從而獲得較高的數據速率。然而我們也希望把更多的信息編碼到比特流中，從而提高數據速率。
下面我們針對無線通信系統來解釋為何需要更高的數據速率，該系統中可以包括無線電話通信系統和方法，但並不局限於此。隨著更多的無線頻譜資源可用於商用以及蜂窩無線電話的普及，無線通信的應用也隨之得到擴展。此外，目前還存在把模擬通信轉化到數字通信的問題。語音可以由一系列比特來表示，然後經過調製，從基站發送到無線電話。無線電話對接收到的波形進行解調，恢復數據比特，然後將這些比特恢復形成語音。對於數據業務(例如電子郵件和網際網路接入)的需要也在不斷地增長，其中一般都採用數字通信方式。
目前存在有多種類型的無線數字通信系統和方法。通常，頻分多址(FDMA)被用於把頻譜分割成為多個分別對應不同載波頻率的無線信道。這些載波頻率又可以被進一步分割為時隙(被稱為時分多址(TDMA))，例如D-AMPS、PDC和GSM數字蜂窩無線電話系統。或者，多個用戶可以利用例如碼分多址(CDMA)的擴頻技術來使用相同的頻段。IS-95和J-STD-008是CDMA標準的實例。
無論採用何種調製和多址接入方法，系統設計都應該有效地利用有限的可用無線頻譜資源。這樣在確保質量的前提下，仍然需要通過無線信道，有效地發送儘可能多的信息比特。
可以採用多種方法來實現更高的數據速率，它們可以用於FDMA、TDMA和CDMA系統。一種方法是通過犧牲傳輸的準確性來換取數據速率的提高。例如通過降低前向糾錯編碼速率或者擴頻因子，以增加比特錯誤概率和幀錯誤概率為代價來換取較高的數據速率。此外，還以採用較高階的調製方法。
第二種方法是通過降低系統用戶容量來換取數據速率的提高。該方法給用戶分配更多的「信道」，即更多的FDMA載波、更多的TDMA時隙、或者更多的CDMA碼。這樣可以增加一個用戶的數據速率，但是可供其它用戶使用的信道數量就會相應減少。
上述的兩種方法中都需要採用折衷方案。因此，我們希望不需要增加碼元傳輸速率的前提下，能夠允許提高數據速率。
發明概述因此，本發明的一個目的在於提供改進的數字通信系統和方法。
本發明的另外一個目的在於提供數字通信系統和方法，其中可以提高比特流中編碼的信息量，而不需要增加碼元的傳輸速率。
通過組合分組編碼和差分和/或幅值調製，可以實現本發明的這些以及其它目的。在常規分組編碼系統和方法中，通過發送N個碼字中的一個，以便去傳輸m＝log2(N)個比特。根據本發明，在每一個碼字周期內，通過對碼字採用差分調製和/或幅值調製，可以傳輸一個或多個附加比特。在差分調製中，可以通過改變或者不改變碼字的符號來發送附加信息。在幅值調製中，可以通過改變逐個碼字的幅值來發送附加信息。也可以聯合採用差分和幅值編碼方式。這樣就可以提高數據速率，而沒有增加碼元的傳輸速率。
更加特別的是，本發明中的發射機和傳輸方法，通過對第一比特流進行分組編碼以生成碼字，從而發送第一比特流和第二比特流。由第二編碼器對第二比特流進行差分和/或幅值編碼以生成輔助碼元，其中該第二編碼器至少採用差分和幅值編碼方式中的一種。輔助碼元被調製到碼字上以生成修正碼字。然後再根據修正碼字對載波進行調製。這樣，每一個碼字中可以包括由第二比特流的差分和/或幅值編碼所生成的補充信息。
可以利用正交碼、Nordstrom-Robinson碼、Reed-Muller或Kerdock碼對第一比特流進行分組編碼。通過對輔助碼元和碼字執行至少一次異或操作來提供差分編碼。還可以採用多種形式的調製方式，包括直接序列擴頻和偏移QPSK調製。
根據本發明，傳播信號內包括容於載波之中的第一比特流和第二比特流。通過把多個碼字調製到載波波形中，在載波波形中體現出第一比特流和第二比特流。碼字內包括分組編碼的第一比特流，以及在調製於其上的差分和/或幅值編碼的第二比特流。
根據本發明的接收機和接收方法對一個比特流與一組碼字進行相關操作以生成相關值。檢測最大相關值，由此可以檢測到與該比特流對應的碼字。在相關運算中，還要檢測對應於被檢測碼字的符號和/或幅值變化，由此檢測比特流中的差分和/或編碼的輔助碼元。
可以採用軟判決分組碼檢測器或者硬判決分組碼檢測器來檢測最大相關值。還可以採用軟判決差分和/或幅值檢測器或者硬判決差分和/或幅值檢測器來檢測符號和/或幅值的變化。可以通過對相關值的模進行平方來檢測最大相關值。通過使對應於被檢測碼字的相關值經過時延、然後使該時延的相關值與當前相關值相乘來檢測相關值的符號和/或幅值變化，從而檢測比特流中的差分編碼的輔助碼元。
上述的發射機和接收機可以聯合構成數字通信系統。上述的發射方法和接收方法也可以聯合構成數字通信方法。相應地，在每一個碼字期間內，可以發射並且接收附加比特，從而允許提高數據速率，而不需要增加碼元傳輸速率。
附圖簡述
圖1是常規數字通信系統的框圖。
圖2是圖1內系統所使用的常規調製器框圖。
圖3是圖1內系統所使用的常規解調器框圖。
圖4是根據本發明的發射機和發射方法的框圖。
圖5是根據本發明的接收機和接收方法的框圖。
圖6是根據本發明的軟生成器接收機和接收方法的框圖。
圖7是根據本發明的第二軟生成器接收機和接收方法的第一實施例的框圖。
圖8是根據本發明的第二軟生成器接收機和接收方法的第二實施例的框圖。
優選實施例詳述隨後參考附圖更加完整地描述本發明，其中給出本發明的優選實施例。然而，本發明可以呈現出各種形式，不應該被限制於此處所提出的實施例；相反，在此所提出的實施例可以使得對本發明的闡述變得完整全面，並且完全可以把本發明的覆蓋範圍傳達給本領域內的技術人員。圖中相同的數字用於表示相同的單元。
對於無線通信來說，發射機從天線發送電磁波，傳播媒介可以是無線傳播環境，而且接收機採用一個或多個天線去恢復被發送的信號。儘管隨後的實施例是在無線通信環境中加以描的，但是本發明不只局限於這種系統和方法。它還可以適用於其它的數字通信環境，其中包括有線通信和磁存儲系統。在這種應用中，射頻處理器可以被推廣到那些從傳輸或者存儲設備中提取數據的設備中。
可以在擴頻、線性調製信號環境中(例如IS-95CDMA上行連結)描述本發明。然而本發明不只局限於這種系統和方法，它還可以應用於其它類型的調製方式，其中包括直接序列擴頻。
圖1中給出常規的數字通信系統100。數字碼元被提供給發射機102，其中把碼元映射成適於傳輸媒介104(例如無線信道)的表示形式。被發送的信號通過媒介104，由接收機105接收。該接收機105中包括射頻處理器106、基帶信號處理器110以及後置處理單元112。
射頻處理器106調諧到期望頻段和期望載波頻率，並且把信號經過放大、混頻和濾波，降頻轉換到基帶上。然後信號被採樣和量化，最終可以提供一系列基帶接收樣值。由於原始射頻信號內包括同相(I)和正交(Q)分量，所以基帶樣值中也包括I和Q分量，從而產生復基帶樣值。
基帶處理器110被用於去檢測被發送的數字碼元。它同時也可以產生軟信息，後者提供有關被檢測碼元值似然率的信息。
後置處理單元112所能完成的功能要很大程度上取決於特定的通信應用。例如可以採用軟檢測值去執行前向糾錯解碼或者檢錯解碼。它還可以使用語音解碼器來把數字碼元轉換成為語音信號。
發射機102內，在比特傳輸之前要經過編碼和調製。圖2中給出常規調製器200，它可以是發射機102(圖1)的一個組成部分。比特信息被提供給分組編碼器202，它利用m個輸入比特生成N個編碼比特或者「碼片」，從而共同組成一個碼字。例如比特可以呈現布爾形式(0或1)，而碼字碼片可以以帶符號形式(+1或-1)出現。然後這些碼片被提供給調製器204，後者採用必要的脈衝成型以及頻率轉換，準備好信號以便從天線發射出去。例如IS-95上行連結調製包括四倍擴頻、復擴頻序列的擾碼以及偏置QPSK調製。
在接收機105的基帶處理器110中(圖1所示)，完成解調步驟。圖3中給出常規解調器300，它可以是接收機105(圖1)的一個組成部分。解調器300接收對應於同相(I)和正交(Q)信號分量的復樣值信號。出於說明的目的，我們假設採用BPSK調製，而且採樣速率是每碼片一個樣值。在相關器組302內對L個復樣本值與N個不同的碼字模式進行相關運算，產生出N個復相關值。這些相關值被提供給模平方單元304，其中計算每個複數值模的平方(即實部平方值加虛部平方值)。該模平方值被提供給碼字判決單元306，在其中判斷對應於模平方值最大的碼字。碼字判決單元306把這樣檢測到的碼字索引號提供給轉換單元308，在其中生成與該碼字對應的比特值。這樣，模平方單元304和碼字判決單元306提供分組碼檢測器的實施例，在其中檢測最大相關值，從而檢測與比特流對應的碼字。
如上所述，我們採用相關值模的平方。這樣發射機內的相位旋轉就不會對系統性能造成影響。在本發明中，利用本特點還可以去提供相位調製以及分組編碼，以實現傳輸第二信息流。類似地，儘管碼字內的幅值波動會改變該碼字周期內的信噪比，但在該碼字周期內它是恆定的，不會對比特的恢復造成影響。
當根據本發明採用相位調製時，對第二信息流採用差分編碼方式。這樣允許檢測過程中不必需要相干參考信號。存在有一種雙正交編碼方法，其中採用正交分組編碼發送某些比特，通過發送碼字或者其負數值來發送附加比特。然而在接收機內，這種方法要求相干參考信號。
本發明還採用幅值調製(可以使用或者不使用差分編碼)。然後由於在接收機內要檢測幅值變化，所以需要半相干接收機。而且也不需要相位參考碼元。我們還可以採用幅值和差分相位調製。而且如果採用幅值調製，也可以同時採用相干相位調製，但此時需要全相干接收機。
圖4中給出本發明的發射機400。第一比特流被提供給分組編碼器402，生成碼字或碼片。第二比特流被提供給輔助編碼器404，在每個分組編碼器402的碼周期內生成一個輔助碼元。該輔助編碼器404可以是差分編碼器(例如DPSK、DQPSK)，或者幅值編碼器(如ASK)，或者差分幅值編碼器。這樣，可以生成實或復的輔助碼元。在諸如乘法器406的調製器中，分組碼字的每一個碼片與同一個輔助碼元相乘，生成修正碼片或者修正碼字。這些修正碼片通過第二調製器408被調製到載波上。載波可以是無線載波，也可以是有線載波。
在一個實例中，輔助編碼器404建立在DPSK的基礎上。根據第二比特流中的連續比特是相同的還是不同的，它可以生成+1或者-1。對於該實例來說，根據輔助編碼器404的輸出，乘法器406有效地改變碼字碼片的符號。該輔助編碼可以用於IS-95上行連結，在每個碼字周期內發送附加比特。第二調製器408可以基於IS-95上行連結調製(擴頻、擾碼以及O-QPSK調製)。
特定的實施一般都取決於其所採用的調製方式。例如上述，分組編碼器402和輔助編碼器404可以被設計成去生成布爾邏輯值(0和1)，而不是+1和-1值。然後乘法器406可以通過異或設備來實施。調製器408可以接收布爾邏輯值，並且把它們轉化成為+1或-1值。
對基於DQPSK的輔助編碼器404來說，編碼器可以生成復輔助碼元，這些碼元可以由二進位序號值來表示。例如，可以利用00表示1+j，01表示-1+j，11表示-1-j，以及10表示1-j。在這種情況中，乘法器406可以從分組編碼器402和輔助編碼器404中取得布爾邏輯值。然後使用邏輯或者查表的方法，生成由兩個布爾邏輯值表示的修正碼片。根據碼片值，這兩個布爾值可以是輔助碼元值本身或者其相反值。這樣，如果分組編碼器輸出碼片值是1，輔助碼元值是00，則修正碼片值就是11，這就意味著調製器應該發送-1-j QPSK或者偏移QPSK碼元。
對第二比特流採用差分相位調製的情況，圖5給出根據本發明的接收機500。接收機500可以包括圖3中已經描述過的常規相關器組302、模平方單元304、碼字判決單元306以及轉換單元308，用於對分組編碼的第一比特流進行解調。此外，來自相關器組302的復相關值被提供給選擇單元502，後者在對應於由碼字判決單元306所提供被檢測碼字索引號的N個復值當中選擇一個。被選中的相關值在延時單元504內經過一個碼字周期的時延，生成延時的選擇相關值。來自選擇單元502的被選中的相關值以及來自延時單元504的延時的選擇相關值被提供給乘法器506，生成被選中的相關值與延時的選擇的相關值的復共厄的乘積。如果輔助編碼器是基於DPSK的，則只生成乘積的實部。然後該乘積被提供給檢測器508，它根據此乘積判斷第二比特流的值。例如對基於DPSK的映射來說，檢測器508提取乘積的符號。對基於π/4-DQPSK的映射來說，乘積實部和虛部的符號生成在一個碼字周期內要發送的兩個比特。這樣，選擇單元502、乘法單元506、延時單元504以及檢測單元508共同提供差分檢測器的實施例，在其中可以判斷對應於被檢測碼字的相關值的符號變化，由此檢測比特流中的差分編碼輔助碼元。
接收機500生成「硬」比特值。在解調之後通常都跟隨著去交織和解碼。對這種情況來說，最好是能生成「軟」值，其幅值表示被檢測比特值正確的可信程度。圖6中給出根據本發明的軟接收機600。復樣本值被提供給相關器組302以生成復相關值。這些相關值被提供給第一軟生成器602，它產生對應於分組編碼的第一比特流的軟判決值。該相關值還被提供給第二軟生成器604，在其中產生對應於第二比特流的軟判決值。
對第一軟生成器602來說，可以採用常規方法，例如A.J.Viterbi在題為」An Intuitive Justification and a SimplifiedImplementation of the MAP Decoder for Convolutional Codes(卷積碼MAP解碼器的直覺正確性和簡化實施)」(IEEE JournalSelected Area on Communications，Vol.16，pp.260-264，1998年2月)一文中闡述的技術，在此引入做為參考。例如對於每個比特來說，可以利用與比特等於+1的碼字對應的最大相關值以及與比特等於-1的碼字對應的最大相關值之間的差別。或者對於該碼字中所表示的所有比特來說，可以利用最大相關值的模或模平方相關值做為軟值的幅度。
圖7中給出第二軟生成器604的實施例。復相關值被提供給模平方單元304，在其中計算每個復值的模平方。模平方值被提供給碼字判決單元306，在其中判斷哪一個碼字的對應模平方值最大。碼字判決單元306生成碼字的索引號，然後在選擇單元502內進行檢測。選擇單元502利用碼字索引號去選擇一個復相關值，生成被選擇的相關值。該被選擇的相關值在延時單元504內經過一個碼字周期的延時，生成延時的被選擇的相關值。來自選擇單元502的被選擇的相關值以及來自延時單元504的延時的被選擇的相關值被提供給乘法單元506，在其中可以生成被選中的相關值與延時的被選擇的相關值的復共厄的乘積。如果輔助編碼器是基於DPSK的，則只需要生成乘積的實部。該乘積的實部和可能的虛部可以提供輔助比特流的軟判決信息。
最佳檢測和/或者軟信息的生成可以建立在第二比特流的最大後驗概率(MAP)檢測的基礎上。特別是對於特定比特，在給定接收的樣值的情況下，可以比較比特是+1的似然率或對數似然率與比特是-1的似然率或對數似然率。對於檢測來說，誰的似然率或對數似然率大，就提供被檢測的比特。對於軟信息生成來說，似然率(或者更好地是對數似然率差值)可以為軟解碼器提供軟信息。
這樣，優選軟信息生成器(它也可用於檢測)能夠計算與比特是+1的對數似然率相關的量值(由A+表示)、以及與比特是-1的對數似然率相關的量值(由A-表示)。對於檢測來說，該量值可以正比於似然率或者對數似然率。對於第一和第二比特流來說，假設這些比特是獨立的，而且+1或-1的出現是等概率的。
第二比特流是特定值的似然率能夠以似然率總和的形式來表示，對所有可能的當前周期碼字以及所有可能的前一周期碼字的所有可能組合進行求和。儘管不知道對差分碼元進行差分檢測所使用的真正似然率，但是可以由下式給出一個近似形式P{d=Dp}=exp[Re{zDp*}2PN];]]>其中d表示差分碼元(表示一個或者多個比特)，Dp是第p個可能的差分碼元，exp表示指數函數，Re{a}表示取a的實部，z是差分檢測輸出(即上述的乘積)，PN是用於組成乘積的值所經歷的噪聲功率值，以及上標「*」表示復共厄。
對於基於DPSK的差分映射來說，差分碼元d對應於輔助比特。對於所有可能的組合來說，可以通過構成z(即碼字相關值與前一周期碼字相關值的復共厄的乘積)來獲得對數似然率。這對N個可能的碼字來說，可以存在有N2種組合方式。對每一種組合，可以估計其似然率。把對應於+的似然率進行求和，然後再取對數結果。類似地，把對應於-的似然率求和，取對數結果。兩個對數值的差值可以為差分比特提供軟值。構成似然率函數要求模、模平方、求冪次、取對數以及Bessel函數操作等，這些都是本領域所公知的。
應該可以理解到，似然率方程要求知道有關噪聲功率的知識(或者兩倍的噪聲功率)。其中一種解決方法是把該值設定為工作點值或者最壞值，使得設計參數是固定的。另外一個方法是自適應地估計噪聲功率。例如在已知同步碼元的系統中，可以採用信道估計，從接收到的樣本值中減去信號分量，允許通過剩餘值的模平方來估計噪聲功率。
對於DQPSK，由於一個差分碼元中要發送兩個差分比特，所以存在四種可能的碼元值。對於每一個差分比特來說，有兩個與+相關的DQPSK碼元，有兩個與-相關的碼元。這樣在構成A+的過程中，要進行N2/2次加法，N2/4次與其中一個差分碼元相關，以及N2/4次與另一碼元相關。對於A-來說也是相同的。
圖8基於剛才描述的次最佳方案，給出第二軟生成器604』的其它實施例。復相關值可以被提供給延時組504』，後者把這些相關值經過一個碼字周期的延時，生成出延時的相關值。相關值以及延時的復相關值被提供給乘法器組506』，在其中，對所有可能的相關值以及延時的相關值，計算相關值與延時的相關值復共厄的乘積。這些乘積被提供給組合單元802，其中利用該乘積來為每個差分比特判斷軟信息。如果只需要檢測，則組合單元802可以只生成硬比特值。
可以通過省略和式中比較小的項而得到次優的方法。例如如果只保留每個和式中的主要項，可以導致圖7的結構。
總之，模平方單元304、碼字判決單元306以及轉換單元308能夠提供一個基於硬判決相關值的分組編碼檢測器。第一軟生成器602就是這種軟判決相關分組編碼檢測器的實例。
類似地，延時單元504以及乘法單元506共同組成一個基於軟判決相關值的差分檢測器。通過添加檢測器508，可以構成基於硬判決相關值的差分檢測器。而且，第二軟生成器604是基於軟判決相關值的差分檢測器的實例。也可以採用其它類型的差分檢測，例如考慮相位差值。儘管是針對兩種比特流採用硬判決解碼或者針對兩種比特流採用軟判決解碼給出的實例，但是也可能構成軟判決解碼和硬判決解碼的組合。
隨後的實例說明發送和接收常規比特流和根據本發明的比特流。這些實例僅僅是處於說明的目的，不應該被看做是限制本發明。
實例1現在描述採用分組編碼的第一比特流的發送和接收實例。作為實例的目的，採用Walsh-Hadamard(4，2)碼。為了提供簡化實例，假設只發送兩個信息比特，這兩個信息比特經過編碼形成四個碼字(CW)當中的一個。表1說明了信息比特、碼字序號以及在傳輸媒介中傳輸的真正碼字。為了表答簡單，我們利用「+」表示+1，「-」表示-1。
表1
假設信息比特00和01被發送。根據表1中描述的Walsh-Hadamard(4，2)碼，將要發送隨後的比特流+++++-+-根據接收到的比特流，可以進行相關運算。在執行相關運算的過程中，接收到的比特流與每個可能的碼字進行相乘。判斷模平方，其中對應最大模平方值的碼字被判定為被檢測的碼字。相關過程見表2。
表2
在每個相關值後的括號內給出模平方值。這樣如表2所示，依次檢測出對應於信息比特00和01的碼字0和1。
實例2實例2說明根據本發明的第一比特流和第二比特流的發送和接收，其中使用與實例1相同的參數。在實例2中，發送相同的第一比特流00和01(見實例1)。然而輔助碼元-1也被發送。通過翻轉第二個碼字的符號來傳輸碼元-1。這樣，為了發送對應於碼字++++和+-+-的第一比特流00和01，以及調製於其上的第二比特流-1，則第二個碼字的符號被翻轉，從而使得修正碼字++++和-+-+被發送。
表3說明接收的比特流、相關結果、以及得到的模平方結果。如表中所示，對於第一個修正碼字來說，相關值與模平方值等同於表2中的情況。然而對第二修正碼字來說，CW1的相關值是-4。而對模取平方，得到16(等同於表2中的結果)。這樣就可以採用表2中相同的方式來檢測CW1。
表3
為了檢測第二比特流，需要檢測碼元變化以及對應於被檢測的碼字的相關值，由此去判斷比特流中的差分編碼的輔助碼元。例如在表3中，利用如下關係可以檢測到新比特。
Sign{-4，+4}＝-1這樣就檢測到了輔助碼元-1。
實例3現在描述對輔助碼元進行幅值編碼的實例。為了對輔助碼元進行幅值編碼，每一個碼字都要採用兩個幅值中的一個幅值來發送。假設幅度值被任意指定為1和2。為了發送輔助比特流01，第一碼字採用幅值1被發送，第二碼字採用幅值2被發送。表4說明接收到的比特流、相關值以及模平方操作。
表4
如表4所示，相關結果和模平方操作會檢測到CW0和CW1。為了檢測輔助比特流，要把被檢測碼字的模平方值與門限值進行比較。例如實例3中可以使用門限值32。對於第一碼字來說，模平方值16小於32，則可以檢測到輔助比特流中的值是0。對於第二個碼字來說，模平方值64大於門限值32，所以可檢測到輔助比特流的值1。這樣就可以檢測到輔助比特流01。
在根據本發明的實例2和實例3中，發送和接收比特數量是相同的，但是除了第一比特流之外還檢測到了第二比特流。因而，獲得了較高的比特速率，而不要求附加比特。而且，現有的碼字調製方案也可以被用於加於其上的輔助比特流。實例2和實例3中的差分和幅值編碼也可以被聯合起來使用。
實例4在IS-95的上行連結中，採用帶非相干檢測的正交調製。使用六個比特在64個正交Walsh碼字中選擇要被發送的一個。在接收機內，對所有可能的64個碼字進行相關。選擇模值最大的相關值。根據本發明為了擴展數據速率，在正交調製信號中添加差分和/或幅值調製。例如使要發送的碼字的符號經過差分調製，從而提供附加信息信號。輔助碼元的比特流速率等於碼分組的傳輸速率。由於採用非相干接收，所以這種附加調製不會影響分組編碼比特的調製性能。
假設原始正交調製系統發送一序列碼字W1W33W6...。如果還希望發送附加比特流10，則經過差分編碼，該比特流形成+1-1-1，其中「1」被映射為「改變符號」，「0」被映射為「不改變符號」。該差分比特流可以被附加到該序列碼字中，從而生成W1-W33-W6...。或者使附加比特流通過幅值編碼而成為+2+1，其中「1」映射到「+2」，「0」映射到「+1」。這種差分比特流可以被附加到該序列碼字之上，形成+2W1+1W33。也可以使用差分和幅值編碼的組合。
本發明可以適用於任何採用非相干檢測的分組編碼，即，它們的碼字組不包括、或由於受到限制因而不包括碼字和碼字的旋轉。例如可以利用Walsh-Hadamard碼的正交分組編碼。對這種分組編碼來說，可以採用快速Walsh變換電路有效地實現相關器組302。總之這樣，相關器組可以是用於計算接收樣值與碼字的相關性的相關設備。該設備中也可以採用其它分組碼，例如Nordstrom-Robinsosn、二階Reed Muller和kerdock碼。也可以採用沒有正反對的分量的碼字，例如可以對經過差分編碼的一組比特採用卷積編碼。
本發明還可以與Rake接收一起使用。在每個碼字周期內，相關器組302可以為每個碼字生成不只一個相關值。模平方單元304可以計算每一個相關值的模平方，然後對特定碼字周期內對應於特定碼字的輻射(ray)或反射(echo)的模平方值進行求和。這樣，在碼字判決單元406內，可以在模平方值總和的基礎上判斷被檢測碼字。選擇單元502使得在特定碼字周期內對應於被檢測碼字的所有相關值順利通過。利用乘法單元506和延時單元504對每個信號的映射(image)或輻射進行差分檢測。在圖5和圖7中的乘法器506的輸出端，把得到的乘積結果進行相加。
如果碼字周期內的幹擾很厲害，或者多用戶之間的幹擾很厲害，則必須要採用幹擾消除技術。例如從接收到的樣值中減去或者消除與被檢測碼字相關的能量，可以參見授予Dent的美國專利5151919中的討論，該專利文獻在此引入供參考。
如果也採用幅值調製，則在接收機可以採用附加處理方法去檢測幅值的變化。例如可以把對應於被檢測碼字的模平方值與其前一周期內的值進行比較。如果比值或者差值超過門限，則可以檢測到幅值的變化。
在附圖和詳述中，給出了本發明的典型優選實施例，而且儘管描述中採用了特定術語，但是它們僅僅是出於通用和說明的目的，而不是對本發明做出限制，在隨後的權利要求中給出了本發明的覆蓋範圍。
權利要求
1.發送第一比特流和第二比特流的發射機，該發射機包括對第一比特流進行編碼以生成基於第一比特流的碼字的分組編碼器；生成基於第二比特流的輔助碼元的差分和/或幅值編碼器；根據輔助碼元對碼字進行調製以生成修正碼字的第一調製器；根據修正碼元對載波進行調製的第二調製器。
2.根據權利要求1的發射機，其中分組編碼器中包括利用正交碼對第一比特流進行編碼的分組編碼器。
3.根據權利要求1的發射機，其中分組編碼器中包括至少利用Nordstrom-Robinson、Reed Muller以及Kerdock碼之一來對第一比特流進行編碼的分組編碼器。
4.根據權利要求1的發射機，其中差分和/或幅值編碼器是差分編碼器。
5.根據權利要求1的發射機，其中第二調製器至少利用直接序列擴頻和偏置QPSK調製之一來根據修正碼字對載波波形進行調製。
6.發送第一比特流和第二比特流的發射機，該發射機包括用於對第一比特流進行編碼以生成碼字的裝置；用於對第二比特流進行差分和/或幅值編碼以生成輔助碼元的裝置；用於根據輔助碼元對碼字進行調製以生成修正碼字的裝置；以及用於根據修正碼字對載波波形進行調製的裝置。
7.根據權利要求6的發射機，其中分組編碼裝置中包括利用正交碼對第一比特流進行分組編碼的裝置。
8.根據權利要求6的發射機，其中分組編碼裝置中包括至少利用Nordstrom-Robinson、Reed Muller以及Kerdock碼之一來對第一比特流進行分組編碼的裝置。
9.根據權利要求6中的發射機，其中用於差分和/或幅值編碼的裝置是差分編碼器。
10.根據權利要求6的發射機，其中用於調製載波的裝置包括至少利用直接序列擴頻和偏置QPSK調製之一來根據修正碼字對載波進行調製的裝置。
11.發送第一比特流和第二比特流的方法，包括如下步驟對第一比特流進行分組編碼以生成碼字；對第二比特流進行差分和/或幅值編碼，生成輔助碼元；根據輔助碼元對碼字進行調製以生成修正碼字；以及根據修正碼字對載波波形進行調製。
12.根據權利要求11的方法，其中分組編碼步驟包括利用正交碼對第一比特流進行分組編碼的步驟。
13.根據權利要求11的方法，其中分組編碼步驟包括至少利用Nordstrom-Robinson、Reed Muller以及Kerdock碼之一來對第一比特流進行分組編碼的步驟。
14.根據權利要求11的方法，其中差分和/或幅值編碼步驟包括差分編碼的步驟。
15.根據權利要求11的方法，其中載波波形調製步驟包括至少利用直接序列擴頻和偏置QPSK調製之一來根據修正碼字調製載波的步驟。
16.一種嵌入載波的數據信號，包括調製載波中的多個碼字，該碼字包括第一比特流的分組編碼以及調製於其上的第二比特流的差分和/或幅值編碼。
17.根據權利要求16中嵌入載波的數據信號，其中分組編碼包括正交分組編碼。
18.根據權利要求16中嵌入載波的數據信號，其中分組編碼包括至少採用Nordstrom-Robinson、Reed Muller以及Kerdock編碼之一進行編碼。
19.根據權利要求16中嵌入載波的數據信號，其中至少利用直接序列擴頻和偏移QPSK調製之一來把碼字調製到載波波形上。
20.接收數據流的接收機，該接收機包括相關器，用於對數據流與一組碼字進行相關以生成相關值；分組碼檢測器，用於檢測對應於數據流的碼字；以及差分和/或幅值檢測器，用於檢測相關值內符號和/或幅值的變化，由此檢測數據流內差分和/或幅值編碼的輔助碼元。
21.根據權利要求20的接收機，其中分組碼檢測器包括一個軟判決分組碼檢測器或者一個硬判決分組碼檢測器，而且其中差分和/或幅值檢測器包括軟判決差分和/或幅值檢測器、或者硬判決差分和/或幅值檢測器。
22.根據權利要求20的接收機，其中分組碼檢測器檢測最大相關值，並且由此判斷對應於數據流的碼字。
23.根據權利要求20的接收機，其中差分和/或幅值檢測器包括延時單元，用於把對應於被檢測碼字的相關值進行延時；以及乘法器，用於使延時的相關值的復共厄與當前相關值相乘，以檢測數據流中差分編碼輔助碼元。
24.接收數據流的接收機，該接收機包括用於對數據流與一組碼字進行相關以生成相關值的裝置；用於檢測對應於數據流的碼字的第一裝置；以及用於檢測相關值的符號和/或幅值變化從而檢測數據流中的差分和/或幅值編碼的輔助碼元的第二裝置。
25.根據權利要求24的接收機，其中用於第一檢測裝置中包括軟判決分組碼檢測器或者硬判決分組碼檢測器，其中第二檢測裝置中包括軟判決差分和/或幅值檢測器或者硬判決差分和/或幅值檢測器。
26.根據權利要求24的接收機，其中第一檢測裝置包括用於檢測最大相關值從而檢測對應於數據流的碼字的裝置。
27.根據權利要求24的接收機，其中第二檢測裝置包括用於對對應於被檢測碼字的相關值進行延時的裝置；以及用於使延時相關值的復共厄與當前相關值相乘以便去檢測數據流中的差分編碼的輔助碼元的裝置。
28.接收數據流的方法，包括如下步驟對數據流與一組碼字進行相關，以生成相關值；檢測對應於數據流的碼字；以及檢測相關值的符號和/或幅值的變化，由此檢測數據流中的差分和/或幅值編碼的輔助碼元。
29.根據權利要求28中的方法，其中檢測碼字的步驟中包括軟判決或硬判決檢測碼字的步驟，其中檢測碼元和/或幅值變化的步驟包括軟檢測或硬檢測符號和/或幅值變化的步驟。
30.根據權利要求28的方法，其中檢測碼字的步驟包括檢測最大相關值從而檢測對應數據流的碼字的步驟。
31.根據權利要求28的方法，其中檢測符號和/或幅值變化的步驟包括如下步驟對對應於被檢測碼字的相關值進行延時；以及使延時相關值的復共厄與當前相關值相乘以便檢測數據流中差分編碼的輔助碼元。
32.數字通信系統包括分組編碼器，用於對第一比特流進行編碼，以生成基於第一比特流的碼字；差分和/或幅值編碼器，用於生成基於第二比特流的輔助碼元；第一調製器，用於把輔助碼元調製到碼字上，以生成修正碼字；第二調製器，根據修正碼字來調製載波；處理器，接收調製載波，並且生成數據流；相關器，對數據流和一組碼字進行相關，以生成相關值；分組碼檢測器，從一組碼字中檢測碼字；以及差分和/或幅值檢測器，用於判斷對應於被檢測碼字的相關值的符號和/或幅值變化，由此檢測數據流中的輔助碼元。
33.根據權利要求32中的系統，其中分組碼檢測器是軟判決分組碼檢測器或者硬判決分組碼檢測器，其中差分和/或幅值檢測器是軟判決差分和/或幅值檢測器、或者硬判決差分和/或幅值檢測器。
34.權利要求32的系統，其中分組碼檢測器檢測最大相關值，由此從一組碼字中檢測碼字。
35.根據權利要求32的系統，其中差分和/或幅值檢測器包括延時單元，用於把對應被檢測碼字的相關值進行延時；以及乘法器，用於使延時的相關值分量與當前相關值相乘，從而檢測數據流中的差分編碼的輔助碼元。
36.根據權利要求32的系統，其中該分組編碼器包括利用正交碼對第一比特流進行編碼的分組編碼器。
37.根據權利要求32的系統，其中分組編碼器包括至少採用Nordstrom-Robinson、Reed Muller以及Kerdock碼之一來對第一比特流進行編碼的分組編碼器。
38.根據權利要求32的系統，其中差分和/或幅值編碼器是差分編碼器。
39.根據權利要求32的系統，其中第二調製器利用至少直接序列擴頻和偏移QPSK調製之一來根據修正碼字對載波進行調製。
40.數字通信系統包括用於對第一比特流進行編碼以生成碼字的裝置；用於對第二比特流進行差分和/或幅值編碼以生成輔助碼元的裝置；用於根據輔助碼元對碼字進行調製以生成修正碼字的裝置；用於根據修正碼字對載波進行調製的裝置；用於接收調製載波波形，並且用於生成數據流的裝置；用於對數據流與一組碼字進行相關以生成相關值的裝置；用於檢測對應於第一比特流的碼字的第一裝置；以及用於檢測對應於第二比特流的差分和/或幅值編碼的輔助碼元的第二裝置。
41.根據權利要求40的系統，其中分組編碼裝置中包括利用正交碼對第一比特流進行分組編碼的裝置。
42.根據權利要求40的系統，其中分組編碼裝置中包括至少採用Nordstrom-Robinson、Reed Muller以及Kerdock碼之一來對第一比特流進行分組編碼的裝置。
43.根據權利要求40的系統，其中用於差分和/或幅值編碼的裝置是差分編碼器。
44.根據權利要求40的系統，其中用於調製載波的裝置包括利用至少直接序列擴頻和偏移QPSK調製之一來根據修正碼字對載波進行調製的裝置。
45.根據權利要求40的系統，其中第一檢測裝置包括軟判決分組碼檢測器或者硬判決分組碼檢測器，其中第二檢測裝置包括軟判決差分和/或幅值檢測器、或硬判決差分和/或幅值檢測器。
46.根據權利要求40的系統，其中第一檢測裝置包括檢測最大相關值從而檢測對應於第一比特流的碼字的裝置。
47.根據權利要求40的系統，其中第二檢測裝置包括對對應於被檢測碼字的相關值進行時延的裝置；以及使延時的相關值分量和當前相關值相乘以便去檢測數據流中的差分編碼輔助碼元的裝置。
48.數字通信方法，包括如下步驟對第一比特流進行分組編碼以生成碼字；對第二比特流進行差分和/或幅值編碼以生成輔助碼元；根據輔助碼元對碼字進行調製以生成修正碼字；根據修正碼字對載波進行調製；接收調製載波；從接收到的載波中生成數據流；對數據流與一組碼字進行相關以生成相關值；檢測對應比特流的碼字；以及檢測對應於被檢測碼字的相關值內的符號變化和/或幅值變化，並且由此檢測比特流內的差分和/或幅值編碼的輔助碼元。
49.根據權利要求47的方法，其中分組編碼步驟包括利用正交碼對第一比特流進行分組編碼的步驟。
50.根據權利要求47的方法，其中分組編碼步驟包括至少採用Nordstrom-Robinson、Reed Muller以及Kerdock碼之一來對第一比特流進行分組編碼的步驟。
51.根據權利要求47的方法，其中差分和/或幅值編碼步驟包括差分編碼的步驟。
52.根據權利要求47的方法，其中對載波進行調製的步驟包括利用至少直接序列擴頻和偏移QPSK調製之一來根據修正碼字對載波進行調製的步驟。
53.根據權利要求47的方法，其中對碼字進行檢測的步驟包括軟判決或硬判決檢測碼字的步驟，而且其中檢測符號和/或幅值變化的步驟包括軟檢測或硬檢測符號和/或幅值變化的步驟。
54.根據權利要求51的方法，其中檢測碼字的步驟包括檢測最大相關值、並且由此檢測對應於第一比特流的碼字的步驟。
55.根據權利要求51的方法，其中檢測符號和/或幅值變化的步驟包括如下步驟把對應於被檢測碼字的相關值進行延時；以及使延時的相關值分量和當前相關值相乘以便去檢測比特流中的差分編碼的輔助碼元的裝置。
全文摘要
本發明描述了聯合使用分組編碼和差分和/或幅值編碼的數字通信系統。在每個碼字周期內,通過對碼字採用差分調製和/或幅值調製來傳輸一個或者多個附加比特。在差分調製中,可以通過改變或者不改變碼字符號來發送附加比特。在幅值調製中,可以通過改變連續碼字的幅值來發送附加信息。也可以聯合使用差分和幅值編碼的組合。這樣可以提高數據速率而沒有增加碼元的傳輸速率。
文檔編號H04L27/20GK1321383SQ99811684
公開日2001年11月7日 申請日期1999年8月13日 優先權日1998年10月1日
發明者G·E·博頓利, R·拉梅斯 申請人:艾利森公司