專利名稱：傳輸系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于通過多個子信道從發(fā)射機發(fā)送信息信號到接收機的傳輸系統(tǒng)。
本發(fā)明還涉及一種用于通過多個子信道發(fā)送信息信號到接收機的發(fā)射機，一種用于通過多個子信道從發(fā)射機接收編碼的信息子信號的接收機，一種通過多個子信道發(fā)送信息信號到接收機的方法以及一種通過多個子信道從發(fā)射機接收編碼的信息子信號的方法。
從歐洲專利申請EP 0951 091 A2知道這種傳輸系統(tǒng)。在這個已知的傳輸系統(tǒng)中，多個發(fā)送天線被用于發(fā)送源于相同的數(shù)據(jù)源(即所述信息信號)的編碼的符號(即所述編碼的信息子信號)流。在接收機，這些多個流通過多個接收天線被接收，并且通過去除在較早階段已經(jīng)被解碼的數(shù)據(jù)流和通過抵銷剩余的數(shù)據(jù)流被連續(xù)地解碼，這是由于所述多個接收天線通過空間(空間-時間或空間-頻率)干擾抵銷而實現(xiàn)的。這種方案通常被稱為有序的連續(xù)干擾抵銷(OSIC)方案。
已知的傳輸系統(tǒng)的容量(吞吐量)是有限的。
本發(fā)明的一個目的是提供一種根據(jù)序言的具有比已知的傳輸系統(tǒng)更高的傳輸容量的傳輸系統(tǒng)。在根據(jù)本發(fā)明的傳輸系統(tǒng)中這個目的被達到，所述傳輸系統(tǒng)特征在于所述發(fā)射機包括-一個根據(jù)被所述接收機排序的子信道的吞吐量將所述信息信號多路分解成多個信息子信號的多路分解器；-一個編碼器，用于將所述信息子信號的輸入符號編碼成輸出符號，這樣，第k個信息子信號的k個輸入符號利用k×m個代碼被編碼成m個輸出符號，l≤k≤m，所述代碼具有下列性質(zhì)-所有k個輸入符號和所有m-k個其它輸出符號根據(jù)任何k個輸出符號可確定，并且-沒有m-l個其它輸入符號可根據(jù)任何l個輸出符號確定，l＜k；-一個用于將所述輸出符號多路復(fù)用成輸出信息子信號的多路復(fù)用器；-一個用于將所述輸出信息子信號信道編碼成編碼的信息子信號的信道編碼器；
-以及用于通過所述子信道之一發(fā)送每個編碼的信息子信號到所述接收機的裝置；所述接收機包括-用于接收所述編碼的信息子信號的裝置；-一個信道解碼器，用于通過并入已經(jīng)信道解碼的信息子信號的解碼信息來將所述被接收的編碼的信息子信號連續(xù)地信道解碼成信道解碼的信息子信號；-一個用于將所述信道解碼的信息子信號多路分解成信道解碼的符號的多路分解器；-一個解碼器，用于將所述信道解碼的符號解碼成解碼的輸出符號，并且用于將關(guān)于所述解碼的輸出符號的解碼信息提供給所述信道解碼器；-另一個多路復(fù)用器，用于將所述解碼的輸出符號多路復(fù)用成輸出信息信號。如稍后所示，通過使用這樣一種代碼，所述傳輸系統(tǒng)能夠達到最大的吞吐量。
在根據(jù)本發(fā)明的傳輸系統(tǒng)的一個實施方案中，所述代碼是最大距離可分(MDS)代碼。MDS代碼是眾所周知的，并且形成允許根據(jù)本發(fā)明的編碼原理的想要的性質(zhì)。
在根據(jù)本發(fā)明的傳輸系統(tǒng)的另一個實施方案中，所述發(fā)射機還包括一個被耦合在所述多路復(fù)用器和所述信道編碼器之間的數(shù)字復(fù)用器，所述數(shù)字復(fù)用器被安排來用于交錯所述輸出信息子信號，其中所述信道編碼器被安排來用于將所述交錯的輸出信息子信號編碼成編碼的信息子信號。這個數(shù)字復(fù)用器用于在所述輸出信息單元流內(nèi)均勻地展開所述信息單元，以便有效地使用根據(jù)以前解碼的流所知道的信息單元來解碼當前的流。
在根據(jù)本發(fā)明的傳輸系統(tǒng)的另一個實施方案中，所述信道解碼器被安排通過引入最近信道解碼的信息子信號的解碼信息來解碼被接收的編碼信息。在這樣一個實例中，關(guān)于一個信息子信號的信息單元的最近更新，可以引入關(guān)于被以前解碼的子流共享的信息單元的全部可用的估計(可靠性測量)，從而提供這些信息單元的最高可靠性。
根據(jù)下列參考附圖的優(yōu)選實施方案的描述，本發(fā)明的上述目的和特征將更顯而易見，其中


圖1顯示根據(jù)本發(fā)明的一個傳輸系統(tǒng)10的框圖，圖2顯示根據(jù)本發(fā)明的一個接收機16的框圖，圖3顯示根據(jù)本發(fā)明的一個用于在發(fā)射機12中使用的包括MPC編碼器30的編碼器結(jié)構(gòu)的框圖，圖4顯示根據(jù)本發(fā)明的一個用于在接收機16中使用的包括MPC解碼器80的解碼器結(jié)構(gòu)的框圖，圖5顯示一個現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)射機12的框圖，圖6顯示一個現(xiàn)有技術(shù)無線接收機16的框圖，圖7顯示根據(jù)本發(fā)明的一個發(fā)射機12的一個實施方案的框圖，圖8顯示根據(jù)本發(fā)明的一個接收機16的一個實施方案的框圖，圖9到14是顯示一些表示根據(jù)本發(fā)明的傳輸系統(tǒng)10的性能的圖，圖15和16顯示一個在(3，2，1)MDS代碼的硬判決解碼中使用的查找表，圖17顯示在(3，2，1)MDS代碼的MAP解碼中使用的計算規(guī)則，圖18顯示在(3，2，1)MDS代碼的軟ML(Max-Log-MAP)解碼中使用的計算規(guī)則。
在附圖中，相同的部分被提供了相同的參考數(shù)字。
本發(fā)明涉及如在圖1中所示的傳輸系統(tǒng)10，傳輸系統(tǒng)10利用多個子信道從發(fā)射機12傳送信息到接收機16。在接收機16中，來自不同子信道的信號被解碼器18連續(xù)地解碼。解碼順序在接收機16上被規(guī)定并且不被發(fā)射機12知道。假定發(fā)射機12知道排序原理和被排列的子信道序列的一些性質(zhì)，諸如被排序的子信道容量(最大吞吐量)的統(tǒng)計資料(例如，瑞利衰落)?？商娲兀l(fā)射機12可以知道被排序的子信道的信噪(和干擾)比(SNR/SINR)。然而，如被發(fā)射機12看到的，用于子信道的每個實現(xiàn)的解碼順序是隨機的。本發(fā)明涉及一種信道編碼策略，它利用已知的子信道的性質(zhì)來增強這樣一種多信道傳輸系統(tǒng)10的性能。這種信道編碼策略包括一個編碼器和一個解碼器結(jié)構(gòu)。所述通用編碼策略還被用于增強無線傳輸系統(tǒng)的性能，所述傳輸系統(tǒng)利用多個發(fā)送天線來發(fā)送多個并行數(shù)據(jù)流，以及在所述接收機上利用多個接收天線來有序地提取被發(fā)送的流，這被稱為有序的連續(xù)干擾抵銷(OSIC)。
首先，我們解釋被提議的信道編碼策略的基本思想，它允許利用有序的連續(xù)解碼而達到多個信道的最大可達到的吞吐量(香農(nóng)容量)。為此目的，這種信道的等價方案將被定義并且關(guān)于這種方案的吞吐量基本限制將被顯示。下一步，一種接近所述基本吞吐量界限的前向糾錯(FEC)結(jié)構(gòu)將被描述。
在圖1中的框圖表示具有任意數(shù)m個子信道的系統(tǒng)的通用實例，其中以一個已知的有序容量的序列在接收機16上對相應(yīng)的數(shù)據(jù)流進行有序的連續(xù)解碼。根據(jù)這個示意圖，在發(fā)射機12中，一組用戶比特被編碼器8編碼成m個并行流，它們通過m輸入m輸出信道14被發(fā)送。這個信道14由m個被發(fā)送的流的置換π(permutation)表示，其后面是具有各自的容量(或者吞吐量)C1...Cm的m個并行子信道。精確地，π[n]規(guī)定被置換到第n個子信道的被發(fā)送流的指數(shù)。所述容量組在接收機16上已知并且對于發(fā)射機12是已知的，然而置換π只有在接收機16上是已知的。發(fā)射機12把π作為一個隨機置換對待(特別地，π被假定均勻地在m個可能的置換的該組上分布)。在接收機16上，所述m個流被連續(xù)地解碼，所以第n個解碼器18利用被以前的(n-1)個解碼器18恢復(fù)的用戶(輸入)比特的知識，l＜n≤m。
這種系統(tǒng)的全部吞吐量(信道容量)被各個單獨的子信道的吞吐量的和所限制，即C∑≤C1+...+Cm. (1)只有當在置換π的第n個輸出上的比率(rate)匹配各自的容量Cn，l＜n≤m時，這個容量才可以被達到。后一個條件連同π在發(fā)射機12上是未知的這一事實一起暗示具有多種實現(xiàn)方案以用于最佳編碼規(guī)則。首先，每個被發(fā)送的數(shù)據(jù)流應(yīng)該以速率R1＝C1傳送數(shù)據(jù)。如果第k個流的速率不同于C1，則它將不適合在π[1]＝k事件中相應(yīng)的吞吐量/容量。因此，對于一組N信道使用(復(fù)信號維數(shù))，在每個流內(nèi)的比特總數(shù)應(yīng)該是NC1。用相同的方式，能夠看到根據(jù)任何其它流的解碼的任何流的有條件的速率應(yīng)該是R2|1＝C2。實際上，在第二級被解碼的流將受益于被第一個流提供的比特的部分知識。為了匹配第二個子信道的吞吐量，該部分知識應(yīng)該導(dǎo)致速率從C1降低到C2。因此，在根據(jù)任何其它流的解碼的任何流中剩余的未知比特數(shù)量應(yīng)該等于N C2。這意味著，第一個(最先的)子信道的解碼器應(yīng)該傳送N(C1-C2)個比特的知識到第二個子信道。通過重復(fù)相同的理論(argument)，容易顯示第n個子信道的解碼器應(yīng)該傳送N(Cn-Cn+1)個額外比特到后面的子信道的解碼器。既然這樣，在第(n+1)個子信道上的剩余未知比特數(shù)量等于被在第(n+1)個子信道上的流傳送的NC1比特的總數(shù)和通過以前解碼級被傳送的比特總數(shù)之間的差值NC1-N(C1-C2)-...-N(Cn-Cn+1)＝NCn+1(2)這個數(shù)匹配第(n+1)個子信道的吞吐量NCn+1。
被描述的解碼級的流程在圖2中被用示意圖表示。這個框圖顯示在每個解碼級18多個最近被解碼的用戶比特數(shù)量以及被傳送到隨后的級18的比特數(shù)量。顯然，被從前面的解碼級18傳送到以任何子信道的解碼器18的全部比特應(yīng)該與在被供給這個子信道的數(shù)據(jù)流中被編碼的比特一起被共享/包括。而且，因為在發(fā)射機12上π是未知的，所以相對于任何重新排序的這些流而言，所述流之間的關(guān)系應(yīng)該完全對稱的。
能夠注意到在圖2中的框圖意味著在相鄰級之間的一個非負的差值，并且因此C1≥C2≥...≥Cm(3)這個條件對達到在圖1中通用系統(tǒng)的(1)中的相等很重要。在這個系統(tǒng)中，在第n個子信道上的數(shù)據(jù)率是給予在前面級被解碼的任何其它(n-1)個流的知識的情況下，任何被發(fā)送的流的有條件速率Rn|1...n-1。一方面，有條件速率的序列是非遞增的。另一方面，只有當這些速率匹配各自的子信道吞吐量時，即Rn|1...n-1＝Cn，l≤n≤m時，最大的吞吐量才被達到。因此，條件(3)是必須遵循的以達到所述最大吞吐量。無論何時這個條件不成立，則在圖1中系統(tǒng)的最大吞吐量將被C∑＝C1+...+Cm，其中Cm＝min{C1，...，Cm}，l≤n≤m(4)所限制。注意，序列{C1，...，Cm}在約束(3)下從(4)最大化C∑。
下一步，我們描述一種新的編碼方案，它考慮到在(4)中被規(guī)定的總吞吐量。這個方案涉及一類代碼，通稱最大距離可分(MDS)代碼。一個MDS代碼可以被一個三元組(n，k，2q)規(guī)定，其中k是輸入(信息)符號的數(shù)量，n是輸出(編碼)符號的數(shù)量，q規(guī)定字母表GF(2q)。這意味著，輸出和輸入符號屬于字母表A＝{0，1，...，2q-1}。MDS代碼是一種線性代碼，因此，可以通過具有來自A的條目的k×n生成矩陣G被描述。來自字母表A的k個輸入符號a＝[a1，...，an]的一個向量通過c＝aG (5)被編碼成來自相同字母表的n個輸出符號c＝[c1，...，cn]，其中，乘法/加法在GF(2q)中出現(xiàn)，即標準運算(乘法和加法)的結(jié)果被采用模數(shù)2q。上面給予的定義包括線性塊代碼的全部種類。MDS代碼的子類被表征為這種生成矩陣G它使得來自c的n個輸出符號組的k個符號子的任意子組產(chǎn)生輸入符號組a并且因此產(chǎn)生剩余的(n-k)個輸出符號。上述MDS代碼的定義的一個重要結(jié)果是小于c的k個輸出符號的任何組的知識沒有給出關(guān)于剩余的輸出符號的信息。
MDS代碼的最后兩種性質(zhì)是設(shè)計所述編碼方案必需的，它匹配在圖2中指示的解碼流程，并且因此允許達到(4)給予的最大總吞吐量。這種代碼的結(jié)構(gòu)是以MDS代碼為基礎(chǔ)的并且將在后面的段落中被解釋。然而，具有和已知的MDS代碼相同的兩種基本性質(zhì)的任何其它代碼在本發(fā)明中可以同樣被使用。
關(guān)于MDS代碼相對于代碼結(jié)構(gòu)的更多的事實首先，我們注意到如果(并且只有如果)一個線性代碼的k×n生成矩陣G使得G的全部k×k個塊是滿秩(full rank)，則該線性代碼是MDS。如果n≤2q+1，則這樣一個矩陣可以被建立。值得提及，只有n≤3時，二進制MDS代碼(即用比特操作的代碼，q＝1)才存在。n＞3，則必須利用q＞1。然而，q＞1的(n，k，q)MDS可能適合于編碼一個比特流。一種可能的解決方法包括下列步驟-將輸入比特流分組成比特的q-元組流；-將這些q-元組映射到來自字母表A的符號；-根據(jù)(5)編碼k個符號塊；-將來自A的結(jié)果輸出符號去映射(de-mapping)到比特的q-元組。
顯然，這樣一個編碼器的輸入/輸出比特總數(shù)應(yīng)該是q的倍數(shù)。下一步，我們將看到所描述的四個編碼過程步驟允許我們匹配在圖2中的解碼流程并且因此隨著任何q≥1而達到最大吞吐量。
讓我們看幾個MDS代碼的簡單實例。稍后在這個文件中的代碼結(jié)構(gòu)的例子中，我們利用這些代碼。
(2，1，1)MDS代碼G＝[1 1]，(3，1，1)MDS代碼G＝[1 1 1]，(3，2，1)MDS代碼G=101011---(6)]]>最后，我們注意到一種MDS代碼的系統(tǒng)設(shè)計可以被完成。一種可能性是使用擴展里德-所羅門碼。
下一步，我們描述允許全部吞吐量(4)的前向糾錯(FEC)結(jié)構(gòu)的操作。這個結(jié)構(gòu)的核心工具(core engine)是一種所謂的信息分區(qū)碼(MPC)，它以級聯(lián)MDS代碼為基礎(chǔ)。完整的編碼器和解碼器的框圖分別在圖3和圖4中被給出。為簡單起見，假定(3)被滿足(另外{C1，...，Cm}應(yīng)該被{C1，...，Cm}代替)。信息信號21包括一組N(C1+...+Cm)用戶比特21，對應(yīng)于(C1+...+Cm)的最大吞吐量，被供給編碼器30的輸入。這個組還被多路分解器20劃分/多路分解成大小為N(C1-C2)，N2(C2-C3)，...N(m-1)(Cm-1-Cm)和NmCm的m個子組33(或信息子信號33)。第一個子組33充當?shù)骄哂袇?shù)(m，1，*)的MDS編碼器32的輸入。最后的參數(shù)(字母大小)對于我們的結(jié)構(gòu)是不重要的并且可以根據(jù)具有適當大小的MDS代碼的方便性(可用性)被選擇。注意，(m，1，*)MDS代碼的每個輸入符號生成m個輸出符號。N(C1-C2)比特的全部塊將導(dǎo)致N(C1-C2)個輸出比特的m個并行流35。在圖3中，這些流35被供給m個多路復(fù)用器34。以同樣的方式，包括Nk(Ck-Ck+1)個用戶比特的第k個子組33被供給具有參數(shù)(m，k，*)的MDS編碼器32，l≤k＜m。這樣一個代碼將k個用戶符號群編碼成相應(yīng)的m個輸出符號群。再者，Nk(Ck-Ck+1)個用戶比特的全部塊導(dǎo)致N(Ck-Ck+1)個輸出比特的m個并行流35。類似于第一個MDS編碼器32的輸出，這些流35被供給m個多路復(fù)用器34。最后，NmCm的最后子組33被簡單地劃分成NCm比特的m個并行流35，如在圖3中指示的，這些流被供給m個多路復(fù)用器34。多路復(fù)用器34的輸出31(或者輸出信息子信號31)代表MPC編碼器30的m個輸出。容易看到，每個輸出31傳送NC1個比特。注意，這個數(shù)量匹配所要求的每個被發(fā)送的數(shù)據(jù)流的速率。
輸出信息子信號31應(yīng)該經(jīng)歷FEC編碼的常規(guī)步驟(在圖3中用信道編碼器塊24示意地表示)并且在傳輸之前調(diào)制。這里，我們在發(fā)射機12上假定一種理想的編碼，這樣編碼本被最佳地匹配所述傳輸信道的統(tǒng)計特性以及隨后在接收機16上的最佳處理。輸出信息子信號31被信道編碼器24編碼成編碼的信息子信號25。
根據(jù)圖1中的框圖，第π[1]個被發(fā)送流45(即被接收的編碼的信息子信號45)首先要在接收機16上被處理。因為任何被發(fā)送的流都傳送NC1個比特，所以相應(yīng)的速率匹配如在圖1中指示的第一個子信道的吞吐量C1。因此，在圖4中一個最佳信道解碼器46恢復(fù)所述第一個數(shù)據(jù)流的NC1個比特47(即所述信道解碼的信息子信號47)。這些比特47被供給MPC解碼器80的輸入“輸入#1”。這組比特47被最高多路分解器82劃分成大小分別為N(C1-C2)，N(C2-C3)，...N(Cm-1-Cm)，NCm的m個流95，97，99，101，相反地到圖3中的MPC編碼器30的相應(yīng)的多路復(fù)用器34。第一個流95包括相應(yīng)于(m，1，*)MDS代碼的第π[1]個輸出的N(C1-C2)個比特。這些比特95被發(fā)送到(m，1，*)MDS代碼的解碼器84。根據(jù)(m，1，*)MDS代碼的定義，任何它的輸出符號產(chǎn)生相應(yīng)的輸入以及其它(m-1)個輸出的知識。因此，最高I-MDS解碼器84恢復(fù)(m，1，*)MDS代碼的N(C1-C2)個輸入比特117(即解碼的輸出比特117)的子組，以及大小為N(C1-C2)的剩余的(m-1)個輸出流83(即解碼信息83)。在輸入比特117的子組被用戶比特緩沖器/多路復(fù)用器86收集的同時，N(C1-C2)個輸出比特的(m-1)個流83通過被標記為“鏈路#1”的輸出被發(fā)送到后面的解碼級。注意，被發(fā)送到后面級的比特數(shù)量匹配圖2中的解碼流程圖。下一步，第π[2]個被發(fā)送流59被處理。這個流59也傳送NC1個比特，它的N(C1-C2)個比特83通過前面的解碼級被提供。注意，被第π[2]個流傳送的比特的剩余數(shù)量等于(NC1-N(C1-C2))＝NC2。這個數(shù)量匹配如在圖1中被指示的第二個子信道的吞吐量C2，所以在圖4中一個最佳解碼器52恢復(fù)第二個數(shù)據(jù)流59的全部NC1個比特47。這些比特47通過“輸入2”被供給MPC解碼器80，其中它們被第二個多路分解器82劃分/多路分解成m個信道解碼符號流，所述流大小為N(C1-C2)，N(C2-C3)，...N(Cm-1-Cm)，NCm。注意，包括N(C1-C2)個比特的所述流與從以前解碼級被傳送的比特組一致；這個組是無用的。包括N(C2-C3)個比特的流103連同被第一個解碼級的多路分解器82提供的N(C2-C3)個比特的一組97一起被發(fā)送到(m，2，*)MDS代碼的I-MDS解碼器84。這兩個流97、103為(m，2，*)MDS代碼的N(C2-C3)個輸入塊中的每一個提供一對輸出。根據(jù)(m，2，*)MDS代碼的定義，任何一對它的輸出產(chǎn)生對應(yīng)于兩個輸入以及另外(m-1)個輸出的知識。因此，相應(yīng)的I-MDS解碼器84恢復(fù)N2(C2-C3)個輸入比特的子組119以及大小為N(C2-C3)的剩余(m-1)個輸出流87。N2(C2-C3)個輸入比特的子組119在多路復(fù)用器86中被收集。剩余(m-1)個輸出流之一被與在以前級被恢復(fù)的第π[1]個流共享。這個流沒有進一步的用途。另外的(m-2)個輸出流87通過輸出“鏈路#2”被傳送到后面的解碼級。再一次，被傳送到后面級的比特數(shù)量匹配圖2中的解碼流程圖。剩余的解碼級以一種類似的方式進行。
在第m個解碼級，第π[m]個被發(fā)送流73被處理。這個流傳送NC1個比特。來自這個流的N(C1-C2)，N(C2-C3)，...N(Cm-1-Cm)個比特的子組83，87，91分別通過輸出“鏈路1”到“鏈路m”而被解碼級1到(m-1)提供。因此，剩余的未知比特數(shù)量是NC1-N(C1-C2)-...-N(Cm-1-Cm)＝NCm這個數(shù)量匹配如圖1中指示的第m個子信道的吞吐量Cm。因此，在圖4中一個最佳解碼器76恢復(fù)這個流。產(chǎn)生的NC1個比特通過“輸入m”被發(fā)送到MPC解碼器80。后面的多路分解器82選擇在這個級被恢復(fù)的NCm個比特109(因為NC1中的其它N(C1-Cm)個比特通過以前的解碼級被提供)。注意，這些比特是在MPC編碼器30中的NmCm個用戶比特的第m個子組的一部分(見圖3)。在MPC編碼器中構(gòu)成NmCm比特的第m個子組的NCm個用戶的剩余的(m-1)塊來自以前解碼級，這是由于它們對以前解碼的被發(fā)送流產(chǎn)生影響。這些m個塊被分成解碼的NmCm個用戶比特的子組并且被供給多路復(fù)用器86。在第m個解碼級之后檢驗被多路復(fù)用器86收集的用戶比特總數(shù)等于N(C1-C2)+N2(C2-C3)+...+NmCm＝N(C1+C2+...+Cm)即被發(fā)送的用戶比特總數(shù)。所述解碼現(xiàn)在被完成。
首先，一種具有加性高斯噪聲的MIMO衰落信道的傳輸系統(tǒng)10將被討論。在上下文中，假定在每個子信道的輸出上的信號通過在全部子信道中被發(fā)送的符號和一個加性高斯噪聲的線性組合被給出。在這種情況中，用一種在接收機16上的適當?shù)奶幚?，每個子信道可以被認為是一種被剩余的子信道之間的干擾和加性高斯噪聲破壞的標量信道。通常被使用的編碼策略包括比特空間編碼(FEC編碼器)、將編碼的比特映射到信道符號中以及將這些符號放到信道中(調(diào)制)。最后的步驟取決于所述信道的性質(zhì)。通常，調(diào)制在時域(單載波系統(tǒng))或者頻域(多載波系統(tǒng))中被完成。在這兩種情況中，擴展可以被應(yīng)用，使得在時域或者頻域中幾個信道符號共享幾個信道的使用(分別導(dǎo)致直接序列或者多載波擴展頻譜傳輸)。信道符號字母表(信令)的選擇取決于想要的頻譜效率和FEC速率。通常被使用的信令方案是BPSK、QPSK、8-PSK以及2k-QAM，k≥2。注意，被提議的編碼策略可以被用于這種MIMO衰落信道。為此目的，必須規(guī)定容量組C1...Cm，其被表征為在相應(yīng)的子信道內(nèi)的信號相對干擾加噪聲的比率(SINR)。在衰落信道的情況中，SINR可能不被發(fā)射機知道。標準方法是使用SINR的中斷值，該值根據(jù)預(yù)期的衰落的統(tǒng)計性質(zhì)而被選擇作為用于除中斷信道的少量子組之外的全都實際未知的SINR的下限。注意，SINR/容量/等等的中斷值是SINR/容量/等等的值，當所述系統(tǒng)的實際SINR/容量/等等比所述中斷值更壞時，所述SINR/容量/等等的中斷率等于實例/時間的某一百分比。
通常被用于具有高斯噪聲的信道的FEC編碼策略是標準卷積碼以及最近以來的并行和串行級聯(lián)的交錯(渦輪(turbo))碼和低密度奇偶檢驗(LDPC)碼。盡管所有這些代碼可以在圖3中的編碼器24中被引入，但是我們的方法的效率可以取決于被選擇的FEC代碼的性質(zhì)。實際上，在FEC編碼器24的輸入上的已知用戶比特的糾錯能力取決于涉及所述已知比特的典型誤差模式的跨度。在諸如LDPC和渦輪碼的類似隨機的代碼的情況中，典型的誤差模式涵蓋所述編碼比特的重要部分。因此，在編碼器24的輸入上的每個已知比特被預(yù)期在全部代碼上有全局糾錯作用(和在卷積碼的情況中的局部作用不同)。因此，預(yù)期渦輪碼、LDPC或類似的編碼FEC碼的使用對于在此被公開的通用MIMO編碼方案將是特別有益的。對于這些FEC代碼，不同MDS代碼的貢獻應(yīng)該被均勻地混合。這樣一種混合可以通過被耦合在多路復(fù)用器34和信道編碼器24之間的數(shù)字復(fù)用器(未顯示)被完成，并且所述數(shù)字復(fù)用器在FEC編碼之前執(zhí)行MPC編碼器30的每個輸出31的偽-隨機(均勻)交錯(例如通過渦輪碼或LDPC碼)，見圖3。一個數(shù)字復(fù)用器還可以被最優(yōu)化來服從被選擇的FEC碼。
通用解碼方案已經(jīng)在上面被描述并且通過圖4被描述。在第n個解碼級，F(xiàn)EC解碼器46，52，76，128被啟動，它利用相應(yīng)的編碼器32的輸入的部分知識。這個知識被前面的(n-1)個解碼級提供。每個解碼器的實際的實現(xiàn)取決于代碼類型和相應(yīng)的解碼過程。這里我們區(qū)分軟和硬判決解碼器。在硬判決解碼中，F(xiàn)EC解碼器產(chǎn)生關(guān)于所述輸入用戶比特的雙擇判決。關(guān)于前面的解碼比特(信息單元)的這些判決在后面的解碼級被用來限制可能的代碼字的選擇。
例如，對于卷積碼，關(guān)于所述輸入比特的雙擇判決通常通過維特比算法由ML序列檢測產(chǎn)生。關(guān)于前面解碼比特的判決隨后被合并到連續(xù)解碼級的維特比算法中，所以，在每個與前面解碼比特有關(guān)的格式結(jié)構(gòu)部分上，只有那些狀態(tài)轉(zhuǎn)移被認為符合于所述解碼的二進制值(因此，如果傳統(tǒng)的維特比算法被應(yīng)用，則可能的轉(zhuǎn)移總數(shù)減少2)。
在軟判決解碼中，F(xiàn)EC解碼器產(chǎn)生代表輸入比特的可靠性測量的(軟)實際估價度量標準。通常，給出被觀察信號的情況下，每個軟度量標準是(一個近似的)對數(shù)似然比率，即輸入比特是0的后驗概率相對這個比特是1的后驗概率的比率的對數(shù)。軟度量標準經(jīng)常在鏈接碼的解碼過程和迭代解碼算法中被涉及。關(guān)于輸入比特的最后判決根據(jù)這種軟度量標準的符號被采用。每當關(guān)于輸入比特的軟判決可用時，關(guān)于由前面的解碼級提供的比特的軟度量標準的使用將替代雙擇判決(或者等同地，很大的軟值)通常確保較好的性能。
例如軟判決解碼通常被用于迭代解碼渦輪碼和LDPC碼。在渦輪碼的情況中，輸入比特的軟度量標準由部件碼的所謂的軟輸入軟輸出(SISO)解碼器產(chǎn)生。對于LDPC碼，所述軟度量標準由所謂的信念傳播算法產(chǎn)生。每當這種FEC碼在這里被公開的MIMO編碼方案內(nèi)被使用時，在當前級的最后迭代上獲得的適當?shù)谋忍氐能浂攘繕藴示捅粋魉偷胶竺娴慕獯a級。在后面的解碼級，所獲得的軟度量標準應(yīng)該被用作關(guān)于適當?shù)谋忍氐南闰灦攘繕藴剩蛘呷绻谶@些解碼級上后者是可用的，則被添加到現(xiàn)有的先驗度量標準。
迭代解碼可以被用于改進被提議的MIMO方案的性能。在圖1中方案的迭代解碼意味著重復(fù)包括如上面描述的m個子信道的連續(xù)解碼的全部解碼循環(huán)的全部或者任何部分。在這種情況中，在前面的迭代期間，早期解碼級能夠利用關(guān)于在后面的級被獲得的共享比特的硬/軟信息。在軟判決解碼的情況中，在其它級要被使用的可靠性值應(yīng)該根據(jù)用于非本征信息的標準規(guī)則被計算，這類似于渦輪解碼，以便避免相同信息的重復(fù)計算。
下面來解釋MDS解碼器84的操作。這里我們將再次區(qū)分硬和軟判決解碼。在以前的例子中，所述解碼器被關(guān)于相應(yīng)的MDS碼的輸出比特子組的雙擇判決驅(qū)動，以便發(fā)現(xiàn)相應(yīng)的輸入比特以及剩余的輸出比特。大量代數(shù)解碼方法可以被使用。因為在感興趣的情況中，并行信道數(shù)量通常是小的，所以有關(guān)的解碼復(fù)雜性不重要?？梢允褂靡环N簡單的并發(fā)式(syndrome)解碼或者一種在MDS碼的全部可能的碼字上的窮舉搜索。在軟判決解碼的情況中，解碼器接收輸出比特子組的實際估價度量標準。如上面解釋的，這些度量標準影響相應(yīng)的比特的可靠性。根據(jù)這些度量標準，解碼器計算相應(yīng)的輸入比特的度量標準和剩余的輸出比特的度量標準。計算規(guī)則和在渦輪碼的SISO解碼中的相同代表相應(yīng)的比特的后驗可靠性的被計算的度量標準以被供給所述解碼器的輸出比特子組的先驗可靠性為基礎(chǔ)。先驗和后驗可靠性之間的關(guān)系取決于相應(yīng)的比特之間的關(guān)系。后者的關(guān)系由MDS碼的生成矩陣定義。當它是m時，軟判決解碼的復(fù)雜性相對較小。
相同信道編碼原理可以被用于二進制MIMO傳輸信道。一種可能的方案是在網(wǎng)絡(luò)中二進制消息(數(shù)據(jù)分組)借助于多個路由(子信道)從發(fā)射機到接收機的傳輸。假定所述發(fā)射機不知道不同路徑的確切可靠性(相等的二進制對稱信道的交叉概率)，但是例如根據(jù)模擬結(jié)果，統(tǒng)計性質(zhì)(所述交叉概率的一種分布定律)是已知的。一種處理每個子信道可靠性的不定性的方法是按照一種有序子信道的可靠性構(gòu)成非遞增的序列的次序來解碼這些流。事實上，隨著序列長度趨向無窮大，獨立而同一地分布的隨機值的一個有序的序列的每個單元的變化趨向零。因此，如果有序子信道的數(shù)量足夠大，則能夠使傳輸速率精確地適應(yīng)于所述有序子信道的(準-確定性)吞吐量。盡管所述有序子信道的吞吐量可以被假定在發(fā)射機上精確地知道，但是被發(fā)送流的提取次序是未知的(除非在發(fā)射機和接收機之間一個反饋信道被用于傳遞信道信息)。在這種情況中，全部MIMO信道歸入圖1中的通用方案的范圍。而且，另外的實現(xiàn)方案可以根據(jù)用于二進制對稱信道的可用的FEC方案(即用里德-所羅門碼和其它BCH碼)被完成。然而，根據(jù)被提議的信道編碼策略，希望適配現(xiàn)有的編碼方案以便強調(diào)輸入比特的部分知識的好處。
上面描述的信道編碼策略可以被用于增加采用多個發(fā)送和接收天線的無線通信系統(tǒng)的吞吐量。在這樣的系統(tǒng)中，多個發(fā)送天線28被用于發(fā)送源于相同數(shù)據(jù)源的編碼符號流。在接收機端，這些多個流被同時或者連續(xù)地恢復(fù)和解碼。不同流的同時解碼造成很大的計算負荷。在被全部天線28發(fā)送的每個信道使用的比特總數(shù)中，這個負荷按指數(shù)規(guī)律增長。因此，同時解碼只對于與理論吞吐量相比較小的數(shù)據(jù)速率是可行的。這里，我們集中注意連續(xù)解碼方案，其中由于多個接收天線40通過空間(時間-空間或空間-頻率)干擾抵銷來移除已經(jīng)在較早級被恢復(fù)的數(shù)據(jù)流并且抵銷剩余的數(shù)據(jù)流，從而恢復(fù)每個數(shù)據(jù)流。特別地，我們考慮具有有序連續(xù)干擾抵銷(OSIC)的方案。
一種使用OSIC原理的基本系統(tǒng)在歐洲專利申請EP 0951 091 A2中被公開。根據(jù)這個已知的系統(tǒng)，用戶比特21的總數(shù)被分配到m個對稱流23中。每個流23經(jīng)歷同樣的編碼(通過編碼器24)、調(diào)制(通過調(diào)制器26)并且通過m個發(fā)送天線28之一被發(fā)送。這樣的發(fā)射機12的框圖在圖5中被顯示。接收機16采用產(chǎn)生M個信號輸出的M個天線40。接收機16應(yīng)用在圖6中被示意地顯示的OSIC原理。假定MIMO信道的傳送功能在接收機16上已知或者被精確地估計(例如由于以被發(fā)射機12發(fā)送的參考信號為基礎(chǔ)的標準訓(xùn)練過程)。這種MIMO傳送功能通過其條目Hq，p代表在第p個發(fā)送天線28和第q個接收天線40之間的傳送功能的M×m矩陣H被示意地描述。在頻率選擇的衰落中，H的條目是代表信道的時域或頻域特征的函數(shù)。在非選擇的(平坦)衰落中，H的條目具有復(fù)值。
被接收的編碼的信息子信號在解調(diào)器42中被解調(diào)。根據(jù)已知的H，接收機16接連提取m個流(信息子信號)。在第一(最左邊的)層或級(包括MMSE抵銷器44、解碼器46、編碼器/調(diào)制器48、乘法器56和減法器60)，通過抵銷來自其它(m-1)個流41的影響，流41之一被提取。在不失一般性的情況下，假定在第一層被提取的流的指數(shù)是π[1]。在已知的系統(tǒng)中，由于把與這個流有關(guān)的信道轉(zhuǎn)移函數(shù)的矢量Hπ[1]＝[H1，π[1]，...，HM，π[1]]T(上標(T)代表一個矩陣轉(zhuǎn)置)投射到與代表其它流的轉(zhuǎn)移函數(shù)的M×(m-1)矩陣[H1；M，π[2]，...，H1；M，π[m]]的列正交的的M維信號空間的一部分上，這些流的精確抵銷被完成。第π[1]個流是來自M個天線40的信號和被投射矢量的條目所定義的加權(quán)值的線性組合的結(jié)果。稱作零強制的這種類型的干擾抵銷，在有噪聲的情況下保持次最佳。用最小平均方差(MMSE)抵銷(在MMSE抵銷器44中)可以達到更好的性能。這個方法最大化輸出SINR。為了將MMSE提取應(yīng)用到第π[1]個流，我們計算m×M矢量Wπ[1](1)=(Hπ[1]*(σs2HH*+σπ2IM)-1Hπ[1])-1Hπ[1]*(σs2HH*+σn2IM)-1---(7)]]>這里的上標(*)代表一個矩陣共軛轉(zhuǎn)置，IM是M×M單位矩陣，σs2是每個被發(fā)送信號的(平均)功率，σn2是周圍噪聲功率。第π[1]個流是來自M個天線40的信號和被Wπ[1](1)的相應(yīng)的條目定義的加權(quán)值的線性組合的結(jié)果。每當在不同天線上的周圍噪聲是非相關(guān)的時，MMSE抵銷導(dǎo)致最大可能的SINRSINRπ[1](1)=[(Hπ[1]*(σsπ2HH*+σn2IM)-1Hπ[1])-1-1]-1---(8)]]>被提取的第π[1]個流45被MMSE抵銷器44轉(zhuǎn)發(fā)到恢復(fù)用戶比特47的相應(yīng)流的解碼器46。這些用戶比特47被編碼器/調(diào)制器48再次編碼和調(diào)制到信道符號49的序列。符號49的序列通過轉(zhuǎn)移函數(shù)Hπ[1]的相應(yīng)的條目被換算(通過乘法器56)以便產(chǎn)生到全部M個接收機分支的第π[1]個流的影響。這些影響從通過如在圖6中指示的減法器60被接收的相應(yīng)信號中被提取。作為結(jié)果的M個信號55不受第π[1]個流45的影響。所描述的過程被遞歸應(yīng)用，所以在第n層/級，在借助于濾波器Wπ[n](n)的剩余的(n-1)干擾流的MMSE抵銷之后，在某個SINRπ[n](n)的情況下，第π[n]個流被提取，它的影響從被接收的信號中被重建和移除，l≤n≤m(除其中所述移除是不必要的最后的層/級外)。在圖6中也顯示了第二層/級以及第m個層/級。第二級包括MMSE抵銷器50、解碼器52、編碼器/調(diào)制器54、乘法器64和減法器68。第m個級只包括MMSE抵銷器74(因為在這個級不存在干擾，所以它包括最大比率組合器(MRC)濾波器)和解碼器76。接收機16還包括一個多路復(fù)用器72，它將m層/級的被解碼的信息子信號47多路復(fù)用成包括用戶比特的信息信號77。
這個MIMO傳輸系統(tǒng)的吞吐量取決于SINR值集合SINRπ[1](1)，...，SINRπ[m]m)]。因此，m個流的處理順序π＝{π[n]，l≤n≤m}是關(guān)鍵的。為了在所述系統(tǒng)吞吐量上突出所述處理順序的影響，注意在所述發(fā)射機上不同子信道的對稱性和信道知識的缺乏會產(chǎn)生要被用于全部子信道的相等的傳輸速率(吞吐量)。這樣的系統(tǒng)的全部吞吐量等于m乘一個子信道的吞吐量。最后，每個子信道的吞吐量被由min{SINRπ[1](1)，...，SINRπ[m](m)}規(guī)定的它們各自的吞吐量的最小值所限制。因此，最大吞吐量符合于min{SINRπ[1](1)，...，SINRπ[m](m)}的最大值，而最佳處理順序被最大化min{SINRπ[1](1)，...，SINRπ[m](m)}的π規(guī)定。如在上面提及的歐洲專利申請中所示，在每個級當使得本地SINR最大化的子信道被選擇時，獲得所述最佳處理順序ππ[n]=argmaxk{SINRk(n):1≤k≤m,k≠π[p]:1≤p<n}1≤n≤m---(9)]]>如在這個部分中較早被描述的，一個具有如分別在圖5和圖6中的發(fā)射機和接收機、由(7)規(guī)定的MMSE抵銷濾波器、由(8)定義的判決統(tǒng)計量和在(9)中被定義的處理順序的MIMO發(fā)射機系統(tǒng)，被認為是基本系統(tǒng)。讓我們分析這種系統(tǒng)理論上可達到的吞吐量。我們假定一種具有完全不相關(guān)的發(fā)送/接收天線的窄帶(非選擇的)瑞利衰落信道。這意味著所述信道矩陣的條目是統(tǒng)計學(xué)上獨立的、具有每個復(fù)數(shù)維的零平均和方差(1/2)的復(fù)數(shù)高斯變數(shù)。我們首先考慮一種具有兩個發(fā)送/接收天線的系統(tǒng)M＝m＝2。對于這種設(shè)置，兩層的中斷比率SINRπ[1](1)和SINRπ[2](2)]已經(jīng)根據(jù)用于每個接收天線的全部SNR的廣闊范圍的100000個獨立的蒙特卡羅試驗被估計(即來自全部發(fā)射天線的平均總信號功率與在任何天線上的噪聲功率的比率)。10％和1％的中斷率的經(jīng)驗SINR值在圖9中被繪制(顯示在中斷率10％(左框)和1％(右框)、兩個發(fā)送天線、兩個接收天線的情況下，每層/級的中斷SINR與每個接收天線的全部SNR的關(guān)系曲線)。根據(jù)標準關(guān)系C＝log2(1+SINR)[比特/信道使用] (10)而被計算出來的容量(最大吞吐量)的相應(yīng)中斷值被繪制在圖10中(顯示在中斷率10％(左框)和1％(右框)、兩個發(fā)送天線、兩個接收天線的情況下，每層/級的中斷吞吐量與每個接收天線的全部SNR的關(guān)系曲線)。能夠看到，在小的和適度的SNR上，第一(上面的)層具有較大的吞吐量。第一層超過第二(下面的)層的優(yōu)點也取決于被設(shè)計的中斷率。注意，在實際感興趣的一些實例中，第一層的最大吞吐量接近第二層吞吐量的兩倍。即，大約6-8分貝、中斷率10％和更小的SNR區(qū)域可能適合于在例如CDMA的干擾被限制的環(huán)境中的蜂窩通信。
如較早解釋的，在所述基本系統(tǒng)內(nèi)的每個子信道的吞吐量可能未超過在不同層被觀測的吞吐量的最大值。因此，所述基本系統(tǒng)的最大的總吞吐量是這些吞吐量的最小值的兩倍。圖11中的虛線顯示在中斷率分別為10％(左框)和1％(右框)的情況下，所述基本(標準)系統(tǒng)的全部吞吐量與全部SNR的比值的關(guān)系曲線。
這里，我們注意所述全部吞吐量可以被增加到等于在SNR和中斷率范圍中的兩層的吞吐量C1和C2的和，其中C1≥C2。實際上，可以注意到具有如在圖5中的發(fā)射機12和如在圖6中的接收機16的傳輸系統(tǒng)是一個在圖1中的通用傳輸方案的特殊的例子，其中容量C1...Cm代表在層1到m分別可達到的中斷吞吐量，而置換π定義被發(fā)送流的處理順序。所述中斷吞吐量集合C1...Cm被被假定的傳播環(huán)境(在我們的例子中，不相關(guān)的瑞利衰落)的統(tǒng)計描述所定義。通常，這些吞吐量被脫機測量，并且可以假定發(fā)射機12和接收機16知道這些吞吐量。置換π取決于信道實現(xiàn)。這個置換在接收機16上被定義，服從被估計的信道矩陣，并且因此不被發(fā)射機12知道。因此，所述基本傳輸系統(tǒng)屬于如圖1描述的通用方案，并且因此上面描述的通用信道編碼原理在這個實例中適用。讓我們設(shè)計必須在8分貝SNR和10％中斷率的不相關(guān)瑞利衰落存在的情況下操作的編碼器。在這個實例中，在層1和2可達到的吞吐量分別是每個信道使用C1≈1.27和C2≈0.81用戶比特，見圖10。因此這個層實際可達到的吞吐量由C1和C2來定上限。這些上限實際上從未達到，因為頻譜效率的一個(小)分數(shù)部分必須被犧牲，以便在誤碼率方面滿足QoS需求。這個分數(shù)值取決于想要的FEC和QoS需求的特征。實際吞吐量的定義涉及在本文中未特別針對的FEC設(shè)計。因此，我們將在這個例子中假定一種理想的FEC以便最大吞吐量是可達到的。假定要被發(fā)送的數(shù)據(jù)塊利用N＝100個信道使用。這可以對應(yīng)于例如連續(xù)地在所述信道上被發(fā)送的某些字母表的100符號的塊。根據(jù)MPC編碼器的框圖(圖3)，我們必須將N(C1+C2)＝127+81＝208個用戶比特劃分成大小為N(C1-C2)＝127-81＝46和N2C2＝2·81＝162的兩個子組。第一個子組利用(2，1，*)MDS碼來編碼。二進制MDS碼(2，1，1)的生成矩陣在(6)中被給出。根據(jù)所述生成矩陣，MDS碼是一種比率(1/2)重復(fù)碼。因此，第一個子組的46個用戶比特被簡單地復(fù)制并且產(chǎn)生的復(fù)制品通過在圖3中的多路復(fù)用器34被供給輸出流。162個比特的第二個子組被劃分成81個比特的兩塊。這些塊通過相同的多路復(fù)用器34提供給兩個輸出流。每個輸出流包括127個比特。如在圖7中所示，這些流通過信道編碼器24被編碼、被調(diào)制器26調(diào)制并且通過不同的天線28被傳輸。這里，用于傳輸被編碼的信息子信號25的裝置由調(diào)制器26和天線28構(gòu)成。如上面描述的，在接收機16上，所述數(shù)據(jù)流的標準OSIC提取被執(zhí)行。根據(jù)通過(9)在接收機16上被確定的處理順序π，流π[1]在第一(上面的)層被提取。因為這個層的中斷吞吐量是C1，所以相應(yīng)的NC1≈127個用戶比特在解碼器46中被成功地解碼。根據(jù)圖8中的框圖，這些比特的值47(通過比特值，我們理解二元/硬判決或者實際估價/軟判決)被提供給MPC解碼器80的“輸入1”。在MPC解碼器80中(見圖4)，這些值47被劃分成對應(yīng)于(2，1，1)MDS碼的第π[1]個輸出的一組46比特值和剩余的81比特值。對(2，1，1)MDS碼的解碼的檢驗包括將第π[1]個輸出的46比特值復(fù)制到所述解碼器的兩個輸出。在第一個復(fù)制品117被多路復(fù)用器86收集時，第二個復(fù)制品83被發(fā)送到MPC解碼器80的輸出“鏈路1”。在所述第二層，流π[2]被提取。這個流59的FEC解碼器52受益于來自通過MPC解碼器80的“鏈路1”被供給的全部127比特的46比特值的知識，見圖8。因為第二層的吞吐量是C2≈0.81，所以剩余的NC2＝81個用戶比特可以被成功地恢復(fù)。第二個流的127比特值的全部流47被發(fā)送到MPC解碼器80的“輸入2”。根據(jù)圖4，在這個級的81比特值子組被與來自前面的解碼級的81比特值子組合并，并且被發(fā)送到多路復(fù)用器86。在多路復(fù)用器86中被收集的比特值的總數(shù)46+81+81＝208等于被傳輸?shù)挠脩舯忍乜倲?shù)。在軟判決解碼的實例中，軟比特值被轉(zhuǎn)換成關(guān)于所述用戶比特的硬判決。
注意，被提議的信道編碼方案導(dǎo)致每個信道使用(C1+C2)≈2.08比特的全部吞吐量。與具有每個信道使用的2C2≈1.62比特的全部吞吐量的基本系統(tǒng)相比，這產(chǎn)生28％的提高。在圖11中繪制了各種SNR和10％及1％的中斷率情況下的基本系統(tǒng)的吞吐量和被提議的后者的修改。在低的和中等的SNR的情況下，所述被修改的傳輸系統(tǒng)基本系統(tǒng)比所述基本系統(tǒng)提高10％到100％甚至更高。
在M和m的一般的實例中，被修改的基本系統(tǒng)的發(fā)射機12在圖7中被顯示。這個發(fā)射機12利用在圖3中被顯示的MPC解碼器30。被修改的基本系統(tǒng)的接收機16在圖8中被表示。被修改的接收機16與基本系統(tǒng)的接收機16(在圖6中被顯示的)的不同之處在于MPC解碼器80以及與不同層的FEC解碼器46、52、76、128相關(guān)的鏈路。值得提及FEC結(jié)構(gòu)應(yīng)該適合于利用已知比特的知識。盡管特定的FEC碼的設(shè)計超出本發(fā)明的范圍，但是用于FEC選擇的一些有希望的選項已經(jīng)在上面給出。
在剩余部分中，我們給出一種稍微復(fù)雜的MPC編碼的例子，用于M＝m＝3的MIMO傳輸系統(tǒng)。在不相關(guān)的瑞利衰落的假設(shè)下，我們已經(jīng)計算了在大范圍SNR和中斷率10％和1％的情況下，在不同層可達到的中斷SINR，每層的相應(yīng)的中斷吞吐量以及所述基本(標準)和被修改的系統(tǒng)的中斷總吞吐量，見圖12-14。和前面一樣，我們選擇8分貝的SNR，10％中斷率以及每塊的N＝100信道使用。圖12顯示在中斷率10％(左框)和1％(右框)，3個發(fā)送天線，3個接收天線的情況下，每層/級的中斷SINR與每個接收天線的總SNR的關(guān)系曲線。圖13顯示在中斷率10％(左框)和1％(右框)、3個發(fā)送天線、3個接收天線的情況下，每層/級的中斷吞吐量與每個接收天線的總SNR的關(guān)系曲線。圖14顯示在中斷率10％(左框)和1％(右框)、3個發(fā)送天線、3個接收天線的情況下，所述標準和所述被修改的系統(tǒng)的總中斷吞吐量與每個接收天線的總SNR的關(guān)系曲線。
首先，我們必須找到最大吞吐量組C1，C2，C3，它借助約束(4)傳遞最大總吞吐量C∑。根據(jù)圖13，我們具有C1≈1.51，C2≈1.33，C3≈0.95。注意，(4)滿足C1＝C1，C2＝C2和C3＝C3。發(fā)射機12根據(jù)圖5利用在圖3中被描述的編碼器30操作。用戶比特的總數(shù)是N(C1+C2+C3)＝151+133+95＝379。這些379個用戶比特被劃分成大小為N(C1-C2)＝18、N2(C2-C3)＝2.38＝76和N3C3＝33.95＝285的m＝3個子組。如在圖3中被描述的，輸出塊的各自的大小為，N(C1-C2)＝18，N(C2-C3)＝38和NC3＝95。最后，在MPC編碼器30中被使用的MDS碼通過具有在(6)中規(guī)定的相應(yīng)的生成矩陣的(3，1，1)和(3，2，1)碼被給出。
接收機16如在圖8中被描述的那樣操作。與圖6中基本系統(tǒng)的接收機16的區(qū)別在于MPC解碼器塊80及其到不同解碼級的鏈路。這個MPC解碼器80類似于在前面的例子中的MPC解碼器80操作。它保持規(guī)定MDS碼的解碼。首先，我們注意，在(6)中定義的(3，1，1)MDS碼是比率(1/3)重復(fù)碼。因此，所述解碼過程包括將所述解碼器的輸入復(fù)制到它的輸出。讓我們考慮用于(3，2，1)碼的解碼過程。首先，我們針對硬判決解碼。如上面提及的，一種窮舉搜索能夠被使用。為了描述所述搜索算法，我們用b1，b2表示(3，2，1)MDS碼的一對輸入，用c1c2，c3表示(3，2，1)MDS碼相應(yīng)的輸出。根據(jù)圖4的描述，所述解碼器的任務(wù)是發(fā)現(xiàn)輸入比特b1，b2和提供一對輸出cπ[1]，cπ[2]的情況下的輸出比特cπ[3]。對于在(6)中被定義的(3，2，1)MDS碼，所述搜索根據(jù)在圖15和圖16中顯示的查找表被執(zhí)行。
最后，我們考慮軟判決解碼。讓我們定義與所述輸入比特對b1，b2相聯(lián)系的一對實際估價度量標準I1，I2，以及與輸出比特c1c2，c3相聯(lián)系的三個輸出度量標準O1，O2，O3。所述解碼器的任務(wù)是計算輸入度量標準I1，I2和給定一對輸出度量標準Oπ[1]，Oπ[2]的輸出度量標準Oπ[3]。按照慣例，比特度量標準被定義為對數(shù)似然比率(LLR)。LLR值通常通過最大的后驗概率(MAP)算法或者通過眾所周知的它的簡化的版本Max-Log-MAP被計算。適用于在(6)中的(3，2，1)MDS碼的相應(yīng)的計算規(guī)則在圖17和圖18中分別被規(guī)定。
值得注意，計算LLR的精確的表達式取決于所述代碼結(jié)構(gòu)并且應(yīng)該被從用于每個特殊的代碼的MAP或Max-Log-MAP計算的一般規(guī)則導(dǎo)出。
本發(fā)明的范圍未被限于被明確揭示的實施方案。本發(fā)明體現(xiàn)在每個新特征和特征的每個組合中。任何參考符號不限制權(quán)利要求書的范圍。詞“包括”不排除存在權(quán)利要求書中列出的以外的其它元件或步驟。在一個元件前使用的詞“a(一個)”或“an(一個)”不排除存在多個這樣的元件。
權(quán)利要求
1.一種用于通過多個子信道將信息信號從發(fā)射機發(fā)送到接收機的傳輸系統(tǒng)，所述發(fā)射機包括-一個根據(jù)被所述接收機排序的子信道的吞吐量將所述信息信號多路分解成多個信息子信號的多路分解器；-一個編碼器，用于將所述信息子信號的輸入符號編碼成輸出符號，這樣，第k個信息子信號的k個輸入符號利用k×m代碼被編碼成m個輸出符號，1≤k≤m，所述代碼具有下列性質(zhì)-所有k個輸入符號和所有m-k個其它輸出符號根據(jù)任何k個輸出符號可確定，并且-沒有m-l個其它輸入符號可根據(jù)任何l個輸出符號確定，l＜k；-一個用于將所述輸出符號多路復(fù)用成輸出信息子信號的多路復(fù)用器；-一個用于將所述輸出信息子信號信道編碼成編碼的信息子信號的信道編碼器；-以及用于通過所述子信道之一發(fā)送每個編碼的信息子信號到所述接收機的裝置；所述接收機包括-用于接收所述編碼的信息子信號的裝置；-一個信道解碼器，用于通過并入已經(jīng)信道解碼的信息子信號的解碼信息而將所述被接收的編碼的信息子信號連續(xù)地信道解碼成信道解碼的信息子信號；-一個用于將所述信道解碼的信息子信號多路分解成信道解碼的符號的多路分解器；-一個解碼器，用于將所述信道解碼的符號解碼成解碼的輸出符號，并且用于將關(guān)于所述解碼的輸出符號的解碼信息提供給所述信道解碼器；-一個另外的多路復(fù)用器，用于將所述解碼的輸出符號多路復(fù)用成輸出信息信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的傳輸系統(tǒng)，其中，所述代碼是一種最大距離可分(MDS)碼。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2中所述的傳輸系統(tǒng)，其中，所述發(fā)射機還包括一個被耦合在所述多路復(fù)用器和所述信道編碼器之間的數(shù)字復(fù)用器，所述數(shù)字復(fù)用器被安排用來交錯所述輸出信息子信號，其中所述信道編碼器被安排用來將所述交錯的輸出信息子信號編碼成編碼的信息子信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3任何之一中所述的傳輸系統(tǒng)，其中，所述信道解碼器被安排通過并入最近信道解碼的信息子信號的解碼信息來解碼被接收的編碼的信息子信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4任何之一中所述的傳輸系統(tǒng)，其中，所述傳輸系統(tǒng)是一種二進制傳輸系統(tǒng)，并且其中所述信息子信號包括不同路由選擇的二進制信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到4任何之一中所述的傳輸系統(tǒng)，其中，所述傳輸系統(tǒng)是一種無線傳輸系統(tǒng)，并且其中所述發(fā)射機包括多個發(fā)送天線，其中每個信道編碼的信息子信號通過所述發(fā)送天線之一被傳輸?shù)浇邮諜C，并且其中所述接收機包括多個用于接收編碼的信息子信號的接收天線。
7.一種用于通過多個子信道將信息信號發(fā)送到接收機的發(fā)射機，所述發(fā)射機包括-一個根據(jù)被所述接收機排序的子信道的吞吐量將所述信息信號多路分解成多個信息子信號的多路分解器；-一個編碼器，用于將所述信息子信號的輸入符號編碼成輸出符號，使得第k個信息子信號的k個輸入符號被用k×m代碼被編碼成m個輸出符號，1≤k≤m，所述代碼具有下列性質(zhì)-所有k輸入符號和所有m-k個其它輸出符號根據(jù)任何k個輸出符號可確定，并且-沒有m-l個其它輸入符號可根據(jù)任何l個輸出符號確定，l＜k；-一個用于將所述輸出符號多路復(fù)用成輸出信息子信號的多路復(fù)用器；-一個用于將所述輸出信息子信號信道編碼成編碼的信息子信號的信道編碼器；以及-用于通過所述子信道之一發(fā)送每個編碼的信息子信號到所述接收機的裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7中所述的發(fā)射機，其中，所述代碼是一種最大距離可分(MDS)碼。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8中所述的傳輸系統(tǒng)，其中，所述發(fā)射機還包括一個被耦合在所述多路復(fù)用器和所述信道編碼器之間的數(shù)字復(fù)用器，所述數(shù)字復(fù)用器被安排用于交錯所述輸出信息子信號，其中所述信道編碼器被安排用于將所述交錯的輸出信息子信號編碼成編碼的信息子信號。
10.根據(jù)權(quán)利要求7到9任何之一中所述的傳輸系統(tǒng)，其中，所述發(fā)射機包括多個發(fā)送天線，并且其中每個信道編碼的信息子信號通過所述發(fā)送天線之一被發(fā)送到接收機。
11.一種用于通過多個子信道從發(fā)射機接收編碼的信息子信號的接收機，所述編碼的信息子信號利用k×m代碼被編碼，所述代碼具有下列性質(zhì)-k個輸入符號被編碼成m個輸出符號，1≤k≤m，-所有k個輸入符號和所有m-k個其它輸出符號根據(jù)任何k個輸出符號可確定，并且-沒有m-l個其它輸入符號可根據(jù)任何l個輸出符號確定，l＜k；所述接收機包括-用于接收所述編碼的信息子信號的裝置；-一個信道解碼器，用于通過并入已經(jīng)信道解碼的信息子信號的解碼信息將所述被接收的編碼的信息子信號連續(xù)地信道解碼成信道解碼的信息子信號；-一個用于將所述信道解碼的信息子信號多路分解成信道解碼的符號的多路分解器；-一個解碼器，用于將所述信道解碼的符號解碼成解碼的輸出符號，并且用于將關(guān)于所述解碼的輸出符號的解碼信息提供給所述信道解碼器；-一個用于將所述解碼的輸出符號多路復(fù)用成輸出信息信號的多路復(fù)用器。
12.根據(jù)權(quán)利要求11中所述的接收機，其中，所述代碼是一種最大距離可分(MDS)碼。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12中所述的接收機，其中，所述信道解碼器被安排通過并入最近信道解碼的信息子信號的解碼信息來解碼被接收的編碼的信息子信號。
14.根據(jù)權(quán)利要求11到13任何之一中所述的接收機，其中，所述接收機包括多個用于接收編碼的信息子信號的接收天線。
15.一種通過多個子信道將信息信號發(fā)送到接收機的方法，所述方法包括-根據(jù)被所述接收機排序的子信道的吞吐量，將所述信息信號多路分解成多個信息子信號；-將所述信息子信號的輸入符號編碼成輸出符號，使得第k個信息子信號的k個輸入符號利用k×m代碼被編碼成m個輸出符號，1≤k≤m，所述代碼具有下列性質(zhì)-所有k個輸入符號和所有m-k個其它輸出符號根據(jù)任何k個輸出符號可確定，并且-沒有m-l個其它輸入符號可根據(jù)任何l個輸出符號確定，l＜k；-將所述輸出符號多路復(fù)用成輸出信息子信號；-將所述輸出信息子信號信道編碼成編碼的信息子信號；-通過所述子信道之一發(fā)送每個編碼的信息子信號到所述接收機。
16.根據(jù)權(quán)利要求15中所述的傳輸方法，其中，所述代碼是一種最大距離可分(MDS)碼。
17.一種用于通過多個子信道從發(fā)射機接收編碼的信息子信號的方法，所述編碼的信息子信號利用k×m代碼被編碼，所述代碼具有下列性質(zhì)-k個輸入符號被編碼成m個輸出符號，1≤k≤m，-所有k個輸入符號和所有m-k個其它輸出符號根據(jù)任何k個輸出符號可確定，并且-沒有m-l個其它輸入符號可根據(jù)任何l個輸出符號確定，l＜k；所述方法包括-接收所述編碼的信息子信號；-通過并入已經(jīng)信道解碼的信息子信號的解碼信息而將所述被接收的編碼的信息子信號連續(xù)地信道解碼成信道解碼的信息子信號；-將所述信道解碼的信息子信號多路分解成信道解碼的符號；-將所述信道解碼的符號解碼成解碼的輸出符號，并且將關(guān)于所述解碼的輸出符號的解碼信息提供給所述信道解碼器；-將所述解碼的輸出符號多路復(fù)用成輸出信息信號。
全文摘要
被描述的是一種用于通過多個子信道將信息信號(21)從發(fā)射機(12)傳輸?shù)浇邮諜C(16)的傳輸系統(tǒng)(10)。發(fā)射機(12)首先將所述信息信號(21)多路分解成多個信息子信號(33)。下一步，根據(jù)具有某些性質(zhì)的代碼，例如，最大距離可分(MDS)碼，所述信息子信號(33)被編碼，并且被多路復(fù)用。最后，產(chǎn)生的子信號(31)被信道編碼并且被傳輸?shù)浇邮諜C(16)。接收機(16)包括信道解碼器(46，52，76，128)，用于通過引入已經(jīng)信道解碼的信息子信號的解碼信息(83，87，91)連續(xù)地信道解碼所述被接收的子信號。下一步，產(chǎn)生的子信號根據(jù)所述代碼被多路分解、解碼，并且被多路復(fù)用成輸出信號。所述代碼使輸入符號能夠被編碼成輸出符號，這樣第k個信息子信號的k個輸入符號根據(jù)k×m碼被編碼成m個輸出符號，1≤k≤m，所述代碼具有下列性質(zhì)全部k個輸入符號和全部m－k個其它輸出符號根據(jù)任何k個輸出符號是可確定的，并且沒有m－1個其它輸出符號根據(jù)任何l個輸出符號是可確定的，l＜k。
文檔編號H04L1/06GK1685650SQ03823284
公開日2005年10月19日 申請日期2003年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月30日
發(fā)明者A·戈洛克霍夫, F·M·J·威廉斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司