專利名稱：結(jié)合透明二進制卷積碼的旋轉(zhuǎn)性不變格子編碼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于使用格子編碼調(diào)制的數(shù)字數(shù)據(jù)通信，并尤其是有關(guān)于將旋轉(zhuǎn)性不變格子編碼/解碼方法結(jié)合入正交相移鍵控的(QPSK)或正交調(diào)幅(QAM)傳輸系統(tǒng)的方法及裝置。本發(fā)明特別適合于應(yīng)用的各種用途之一就是傳送數(shù)字電視信號。
數(shù)字數(shù)據(jù)，例如，數(shù)字化，壓縮過的電視信號(NTSC)或高清析度電視(HDTV)信號，可以經(jīng)由地面甚高頻(VHF)，超高頻(UHF)，衡星信道或有線電視模擬信而傳送到終端用戶。為了經(jīng)由模擬信道傳輸數(shù)字信號，數(shù)據(jù)通過使用例如脈幅調(diào)制(PAM)被調(diào)制。典型地，正交調(diào)幅(QAM)或單邊頻帶(SSB)調(diào)制被選擇用來有效地使用可用信道的頻寬。QAM為兩個PAM信號的90°相移，或正交組合。如果將之視為一個平面的坐標的話，這些組合的PAM信號構(gòu)成一個信號空間或可能的傳輸電平的“星座圖”(constellation)。每一個被傳輸?shù)男亲鶊D上的點稱為一個符號。舉例而言，兩個獨立，正交四-級AM信號構(gòu)成一個編碼4位的16-QAM星座圖。一個32-點的星座圖可以由相依的6-級AM正交信號所構(gòu)成，每符號編碼5位。在一個載波噪聲比(CNR)低于QAM所能忍受程度的系統(tǒng)中，較低的調(diào)制級數(shù)是有用的，如具有四點星座圖的QPSK。
在脈幅調(diào)制中，每一個信號為一個其振幅電平從固定的一組電平中選出的脈沖。在16-QAM中，各正交PAM信號從均勻地間隔的自振幅電平為-3，-1，1，3被定標的雙極振幅中選出。數(shù)字通信系統(tǒng)中的光譜效率被確定為每單位頻寬每秒所傳輸?shù)男畔⑽粩?shù)，也就是說，數(shù)據(jù)率與頻寬的比例。在需要以低可用頻寬進行高數(shù)據(jù)輸出量的應(yīng)用中，就使用非常高頻寬效率的調(diào)制系統(tǒng)。QAM以及SSB提供頻寬效率調(diào)制，此調(diào)制與高效率向前錯誤更正碼，例如格子編碼調(diào)制(TCM)一起使用時，可以提供非常低的位錯誤率。
格子編碼調(diào)制已經(jīng)發(fā)展成用于經(jīng)帶寬有限的信道進行數(shù)字傳輸?shù)慕M合的編碼及調(diào)制的技術(shù)。不同于卷積碼在二級PAM的傳統(tǒng)應(yīng)用，此應(yīng)用提高了傳輸時所用的頻寬，TCM則提高星座圖的尺寸。在TCM的方法中，一序列“編碼過”的位被卷積地編碼入一序列群中，這些群將符號星座圖分隔。對一個QAM星座圖的各編碼群，許多“未編碼過”的位通過選擇此群中的唯一的星座圖元素而被傳輸。大多數(shù)的TCM方法將卷積碼格子的一步映射到包括二QAM成分(I，Q)的一傳輸符號。這種二維(2-D)碼實現(xiàn)了每2-D符號一整數(shù)信息位的輸出量。
在接收機這端，該序列被傳輸群通過一軟一判定(SOFT-DECISION)最大似然卷積碼解碼器被解碼。與在同一信息傳輸率下的未編碼調(diào)制比較起來，這種TCM方法能將數(shù)字傳輸對增加的噪聲的堅固性(ROBUSTNESS)提高3至6分貝或更多。一項被廣泛使用的用于卷積碼的有效最大似然解碼的技術(shù)是A.J.Viterbi及J.K.Omura所著的數(shù)字通訊及編碼原理(principles ofDigital Communications and Coding)，(New York，McGraw Hill 1979)一書中所公開的Viterbi算法。已知高傳輸率R卷積碼的解碼可通過使用“緊縮”碼來簡化，而“緊縮”碼可通過周期性的刪除低傳輸率碼中的一些輸出位而得到。一傳輸率1/n的碼可以被緊縮至傳輸率為m/k，并且可以通過對解碼率1/n的解碼器進行簡單的修改而很容易地被解碼。1993年5月5日申請的專利申請序號為08/054,642的“使用以緊縮卷積碼作格子編碼進行通信數(shù)字信息的裝置及方法(Apparatus andMethod for Communicating Digital Data Using Trellis Coding with Punctured Convolutional Codes)的專利申請案中提供了這種解碼器的一個例子。
對堅固調(diào)制解調(diào)器設(shè)計而言，從相位模糊狀態(tài)快速恢復(fù)過來是非常重要的。在一典型的接收器中的追蹤回路中，例如自動增益控制，自適應(yīng)均衡器以及載波定時回路，載波恢復(fù)回路通常是最脆弱的，并產(chǎn)生噪聲。相位模糊可能引起載波定時滑動，需要對向前錯誤更正(FEC)做主要的再同步化時，導(dǎo)致FEC的輸出出現(xiàn)大量錯誤。Viterbi算法(或所使用的其它序列估算器)必須檢測到這個事件，并且重新開始解碼。因此，最好提供一種能夠很快地從相位轉(zhuǎn)換中恢復(fù)，而不會引起FEC改變狀態(tài)的編碼方法。這種編碼方法對設(shè)計一種能消除在混合處理中引發(fā)的大量相位噪聲的接收器時特別有用。
要牢牢地追蹤相位抖動，載波定時回路頻寬典型地都是開路，引起回路中的信號噪聲比(SNR)降級。這會導(dǎo)致接收器曝露在相位倒轉(zhuǎn)下，限制了接收器處理相位噪聲的能力。迅速自載波定時回路恢復(fù)過來能夠達成一個更積極的待執(zhí)行的相位噪聲星座圖，而不會有在FEC的輸出端出現(xiàn)大量錯誤的危險。
在多級調(diào)制技術(shù)中，尤其是與格子編碼并用時，會碰到一個問題，那就是，自通信信道接收到的信號中可能發(fā)生90°相位模糊。這種相位模糊將使得難以決定所接收到的符號的絕對相位。當(dāng)對所接收到的信號是否是一群中的一點或是同一群中偏移90°的另一點的假設(shè)錯誤時，解碼的錯誤會發(fā)生。
對QPSK或QAM傳輸系統(tǒng)或其類似系統(tǒng)提供旋轉(zhuǎn)性不變格子編碼/解碼方法將會很有利。這樣一方法應(yīng)該會解決所有90°相位模糊。接收器應(yīng)該要能快速自相位倒轉(zhuǎn)中恢復(fù)。任何誤差的傳播應(yīng)該微不足道，而編碼增益不應(yīng)受到不利的影響。
本發(fā)明提供一擁有以上所述各項優(yōu)點的旋轉(zhuǎn)式不變格子編碼/解碼方案。
根據(jù)本發(fā)明，一旋轉(zhuǎn)性不變格子編碼器被提供以對使用二維符號調(diào)制的被傳輸至接收機的輸入數(shù)據(jù)進行編碼。一預(yù)編碼器(precoder)被提供來處理所述輸入數(shù)據(jù)。此預(yù)編碼器包括非線性邏輯，此邏輯為該接收機上對應(yīng)的后編碼器(postcoder)所提供的邏輯的相反。一編碼器使用透明二進制卷積碼對預(yù)編過碼的信息進行編碼，該透明二進制卷積碼可為一緊縮碼。許多裝置被提供來將編過碼的數(shù)據(jù)由編碼器映射到一有許多信號點的二維信號空間。這些信號點用唯一的二進制碼標示，其中由(I，Q)表示的兩最低有效位，在每次繞著信號空間作90°的相位旋轉(zhuǎn)時，都被置換并且被部分地求補成(Q，I)。每一點的剩余最高有效位，如果還有的話，對于這種旋轉(zhuǎn)維持不變。
在一示范性的具體實施例中，預(yù)編碼器按照下列的關(guān)系式，使用延時的數(shù)據(jù)Xj-1及Yj-1的反饋，將第一輸入數(shù)據(jù)流Wj及第二輸入數(shù)據(jù)流Zj分別轉(zhuǎn)換成相對應(yīng)預(yù)編碼的數(shù)據(jù)流Xj及YjXj＝WjXj-1Zj⊙(Xj-1Yj-1)及Yj＝ZjWjYj-1Zj⊙(Xj-1Yj-1)由預(yù)編碼器輸出的數(shù)據(jù)流Xj及Yj被卷積地編碼以提供符號的兩最低有效位，這些符號則被映射到信號空間內(nèi)的信號點。在一QAM的具體實施例中，與一QPSK的具體實施例恰恰相反，除了編過碼的位外，還提供了未經(jīng)編碼的位。裝置被提供用來分析來自輸入數(shù)據(jù)的未編碼位以為映射裝置所用。這些未編碼位代表這些符號的最高有效位，而這些符號則被映射到信號空間內(nèi)的信號點。
一解碼器被提供來用于將自格子編碼器輸出的符號進行解碼。至少有一序列估算器，諸如一Viterbi算法，被用來自接收到的數(shù)據(jù)流恢復(fù)預(yù)編碼的數(shù)據(jù)。一后編碼器則被提供用來接收并處理經(jīng)恢復(fù)的預(yù)編碼數(shù)據(jù)，以提供輸出數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)對于恢復(fù)的預(yù)編碼數(shù)據(jù)的90°轉(zhuǎn)動保持不變。
為了調(diào)節(jié)QAM數(shù)據(jù)，可以在解碼器中提供裝置用于修整所接收到的數(shù)據(jù)流，以恢復(fù)自其的編過碼以及未經(jīng)編碼的位。編過碼的位被輸入到序列估算器。裝置被提供用來選擇未編碼的同相(I)數(shù)據(jù)或未編碼的正交相位(Q)數(shù)據(jù)以與來自后編碼器的后編碼數(shù)據(jù)組合在一起。經(jīng)序列估算器恢復(fù)的預(yù)編碼數(shù)據(jù)再經(jīng)編碼，以用來啟動選擇裝置選擇未編碼的I數(shù)據(jù)或未編碼的Q數(shù)據(jù)。
預(yù)編碼器按前述方法將第一輸入數(shù)據(jù)流Wj及第二輸入數(shù)據(jù)流Zj分別轉(zhuǎn)換成相對應(yīng)的預(yù)編碼數(shù)據(jù)流Xj及Yj，而后編碼器則分別將自該數(shù)據(jù)流恢復(fù)的預(yù)編碼數(shù)據(jù)，即Xj’及Yj’，按照下列關(guān)系式轉(zhuǎn)換為第一輸出數(shù)據(jù)流Wj’，以及第二輸出數(shù)據(jù)流Zj’Wj′＝Xj′Yj-1′(Xj′Yj′)⊙(Xj-1′Yj-1′)及Zj′＝Y(jié)j′Xj′Yj-1′Xj-1′本發(fā)明亦提供一預(yù)編碼器用于旋轉(zhuǎn)性不變格子編碼器。預(yù)編碼器的第一路徑有多個“異”門，用來將第一輸入數(shù)據(jù)流Wj轉(zhuǎn)換成相對應(yīng)的經(jīng)預(yù)編碼的數(shù)據(jù)Xj。第二路徑有多個“異”門，將第二輸入數(shù)據(jù)流Zj轉(zhuǎn)換成相對應(yīng)的經(jīng)預(yù)編碼的數(shù)據(jù)Yj。一第一反饋路徑被耦合以取得來自第一路徑的經(jīng)預(yù)編碼的數(shù)據(jù)Xj。第一反饋路徑包括延遲裝置以提供先前的數(shù)據(jù)Xj-1。一第二反饋路徑被耦合以取得來自第二路徑的經(jīng)預(yù)編碼的數(shù)據(jù)Yj。第二反饋路徑包括延遲裝置以提供先前的數(shù)據(jù)Yj-1。第一及第二反饋路徑至少有一公共的“異”門及至少有一公共的“與”門。預(yù)編碼器按照下列的關(guān)系式將第一及第二輸入數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成預(yù)編碼數(shù)據(jù)Xj＝WjXj-1Zj⊙(Xj-1Yj-1)及Yj＝ZjWjYj-1Zj⊙(Xj-1Yj-1)
本發(fā)明亦提供一用于旋轉(zhuǎn)性不變格子解碼器的后編碼器。后編碼器包括具有多個“異”門的第一路徑，用來提供自使用序列估算算法，如Viterbi算法所恢復(fù)的接收到的預(yù)編碼數(shù)據(jù)流Xj’的輸出數(shù)據(jù)流Wj’。第二路徑包括具有多個“異”門，用來提供自使用序列估算算法恢復(fù)的接收到的預(yù)編碼數(shù)據(jù)流Yj’的輸出數(shù)據(jù)流Zj’。一“與”門有一被耦合的第一輸入端以接收分別來自第一及第二路徑的預(yù)編碼數(shù)據(jù)流Xj’及Xj’的“異”值?！芭c”門的第二輸入端被耦合來接收分別來自第一及第二路徑的延遲數(shù)據(jù)流Xj-1’及Yj-1’的“異”值。該“與”門有一輸出端被耦合至第一路徑中一個“異”門的輸入端。后編碼器按照下列關(guān)系式從預(yù)編碼數(shù)據(jù)流Xj’及Yj’產(chǎn)生輸出數(shù)據(jù)流Wj’及Zj’Wj′＝Xj′Yj-1′(Xj′Yj′)⊙(Xj-1′Yj-1′)及Zj′＝Y(jié)j′Xj′Yj-1′Xj-1′本發(fā)明提供一種方法用于編碼數(shù)字數(shù)據(jù)，使能進行旋轉(zhuǎn)性不變格子編碼調(diào)制。當(dāng)以一透明二進制卷積碼被編碼并順序地在接收機被解碼并經(jīng)后編碼時，一待被編碼的位流首先被預(yù)編碼成為旋轉(zhuǎn)式不變。預(yù)編碼的位使用透明二進制卷積碼被編碼以提供被編碼的信息。被編碼的信息被映射到擁有多個信號點的二維信號空間。這些信號點用唯一的二進制標示，其中表示為(I，Q)的兩最低有效位對每次繞著信號空間作90°的相位轉(zhuǎn)換時，都被置換并且被部分地求補成(Q，I)。各點的剩余的最高有效位，如果還有話，對于這種轉(zhuǎn)換維持不變。
本發(fā)明的方法所提供的被編碼的信息可以代表同相(I)及正交相(Q)數(shù)據(jù)。I及Q數(shù)據(jù)按照信號空間映射，經(jīng)由通信信道被傳輸。I及Q數(shù)據(jù)經(jīng)由通信信道被接收并被解調(diào)。被編碼的I及Q數(shù)據(jù)經(jīng)解碼以恢復(fù)經(jīng)預(yù)編碼的位。恢復(fù)的預(yù)編碼位經(jīng)后編碼以顛倒預(yù)編碼步驟的效果，為的是恢復(fù)位流。
當(dāng)本方法用于QAM傳輸時，數(shù)據(jù)在預(yù)編碼步驟之前先被分析成未編碼位流以及待編碼位流。未編碼位被映射到信號空間中信號點的最高有效位。得自待編碼位流的已編碼信息被映射到信號空間中信號點的最低有效位。未編碼位及已編碼信息能代表同相及正交相數(shù)據(jù)，I及Q數(shù)據(jù)按照信號空間映射，經(jīng)由通信信道傳輸。I及Q數(shù)據(jù)經(jīng)由通信信道接收并被解調(diào)。被解調(diào)的I數(shù)據(jù)經(jīng)修整以恢復(fù)相對應(yīng)的未編碼位以及被編碼的信息。被解調(diào)的Q數(shù)據(jù)也被修整以恢復(fù)相對應(yīng)的未編碼位以及被編碼的信息。對I及Q數(shù)據(jù)的經(jīng)修整過的編碼信息被解碼以恢復(fù)預(yù)編碼的位。被恢復(fù)的預(yù)編碼位經(jīng)后編碼以恢復(fù)在編碼器被編碼的位流。被恢復(fù)的預(yù)編碼位使用透明二進制卷積碼被再編碼以提供控制信號。自I數(shù)據(jù)或Q數(shù)據(jù)經(jīng)修整過的未編碼位響應(yīng)控制信號，被選擇用于組合通過后編碼步驟被恢復(fù)的位流，以重構(gòu)數(shù)字數(shù)據(jù)。


圖1為根據(jù)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)性不變編碼器的方框圖；圖2為能用于圖1的編碼器中的預(yù)編碼器的解說性實施例；圖3為后編碼器的解說性實施例，此后編碼器可用于一接收來自圖1的編碼器的信號的解碼器；
圖4為根據(jù)本發(fā)明的QPSK結(jié)構(gòu)的星座圖；圖5為根據(jù)本發(fā)明的16-QAM實施例的星座圖；圖6為根據(jù)本發(fā)明的64-QAM實施例的星座圖；圖7為根據(jù)本發(fā)明的解碼器的方框圖；以及圖8為根據(jù)本發(fā)明而可用的二進制卷積碼編碼器的方框圖。
本發(fā)明提供一方法及一裝置用于將旋轉(zhuǎn)性不變格子編碼方法并入受制于90°相位模糊的二維符號(如QPSM或QAM)傳輸系統(tǒng)。編碼的方法用到透明二進制卷積碼以及具有預(yù)編碼及后編碼功能的二維信號空間映射。此方法與任何透明二進制卷積碼兼容，包括緊縮碼。這種碼的一個例子是公開在J.a.Heller及I.M.Jacobs所著“用于衛(wèi)星及空間通訊的Viterbi解碼(Viterbi Decoding for Satellite and Space Communication)”IEEE Trans，Commun，Technol。，COM-19，pp.835-848，Oct-1971所載的64-狀態(tài)碼。
使用RI編碼器/解碼器的旋轉(zhuǎn)性不變格子碼被高度期待為用來解決傳輸系統(tǒng)，如QPSK及QAM的90°相位模糊的一種方法。本發(fā)明的編碼方法使用透明二進制卷積碼。如果任何碼字的補碼永遠為碼字，一二進制卷積碼(BCC)被稱為透明。由于BCC為線性碼，假如且僅僅假如“所有1的”序列為碼字的話，則此BCC為透明的。對一由產(chǎn)生器矩陣G(D)(N級的k×n多項式矩陣)及奇偶校驗矩陣H(D)(n-k級的n－(k×n)多項式矩陣G(D)H(D)t＝0)所描述的(n，k)BCC而言，假如且僅僅假如H(D)列的和可以被1-D整除的話，此碼就是透明的。
一旋轉(zhuǎn)性不變碼永遠有一旋轉(zhuǎn)性不變編碼器/解碼器(uncoder)。這樣的編碼器/解碼器有一種特性，那就是當(dāng)碼字還沒有送進解碼器之前先旋轉(zhuǎn)0°，90°，180°或270°時，此碼字在解碼器的輸出與未旋轉(zhuǎn)的一樣。換言之，碼字與它的旋轉(zhuǎn)版本在解碼器產(chǎn)生相同的輸出。這樣的解碼器被要求例如在有限脈沖響應(yīng)濾波器(FIR)中一樣為無反饋，以確保在接收機的有限錯誤傳播，而編碼器具有象例如無限脈沖響應(yīng)(IIR)濾波器中一樣的反饋。
透明二進制卷積碼被映射到被唯一標示的二維信號空間。尤其，連續(xù)符號群中相對應(yīng)的符號都用最低有效位(I，Q)標示，使得經(jīng)逆時針旋轉(zhuǎn)90°后，這些LSBs會被置換并且被部分地求補成(Q，I))。對一QPSK星座圖而言，假如標示四點的兩位被表示為(Ij，Qj)，則(Ij，Qj)→(Qj，Ij)→(Ij，Qj)→(Qj，Ij)→(Ij，Qj)此映射的關(guān)鍵是旋轉(zhuǎn)90°之后(Ij，Qj)→(Qj，Ij)圖1展示一根據(jù)本發(fā)明的編碼器。要編碼的串行數(shù)據(jù)經(jīng)由終端10輸入一分析器12，此分析器在調(diào)制電平高于QPSK(例如QAM)時，將數(shù)據(jù)分析成經(jīng)由路徑16輸出至映射器26的未編碼位uj以及輸入預(yù)編碼器的第一數(shù)據(jù)流(Wj)和第二數(shù)據(jù)流(Zj)。預(yù)編碼器14將數(shù)據(jù)流(Wj，Zj)預(yù)編碼使得經(jīng)此處理所表示的數(shù)據(jù)在接收機處為旋轉(zhuǎn)性不變而此時只要在編碼器適當(dāng)?shù)乇痪幋a及映射，并且在接收機被解碼及后編碼。自預(yù)編碼器14輸出的預(yù)編碼數(shù)據(jù)(Xj，Yj)被分別輸入可有可無的反饋矩陣18，20。預(yù)編碼器的兩二進制輸出被獨立地由分別的二進制卷積編碼器22，24編碼。BCC輸出連同線16上剩余未編碼的信息uj組合起來，以選擇待傳輸?shù)腝AM星座點。要了解的是，在QPSK執(zhí)行中，沒有未編碼位，而線16并不需要。
BCC輸出的映射使得它們獨立地選擇“I”及“Q”座標的最低有效位(LSB)。此外，未編碼或“平行邊緣”(PARALLEL EDGE)信息uj為旋轉(zhuǎn)性不變。
多項式產(chǎn)生器矩陣G(D)所描述的透明碼的編碼是通過可有可無反饋矩陣F-1(D)，及其后的前饋產(chǎn)生器G(D)而完成。這種結(jié)構(gòu)允許各種編碼器用于所選擇的碼。舉例而言，“系統(tǒng)性”的編碼器是可能的。對編碼器矩陣的唯一要求是“如果G(D)(或F-1(D))的輸入被求補以使0變成1，或者1變成0，然后輸出被求補。這對透明BCC永遠是可能的。
預(yù)編碼器14有一種結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)與透明BCC及前述信號集合的旋轉(zhuǎn)性不變標號相組合時，將導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)不變性(以下結(jié)合圖4-6進行詳細描述)。在較佳實施例中，預(yù)編碼器用延時數(shù)據(jù)Xj-1，Yj-1的反饋，按照下列的關(guān)系，分別將數(shù)據(jù)Wj及Zj轉(zhuǎn)換成相對應(yīng)的預(yù)編碼數(shù)據(jù)Xj及YjXj＝WjXj-1Zj⊙(Xj-1Yj-1)及Yj＝ZjWjYj-1Zj⊙(Xj-1Yj-1)其中符號代表異運算，而符號⊙代表”與“運算。
在解碼器中需要一對應(yīng)的后編碼器，其細節(jié)將結(jié)合圖7進行詳細描述。后編碼器按照下列關(guān)系將自通信信道恢復(fù)的預(yù)編碼數(shù)據(jù)Xj’及Yj’分別轉(zhuǎn)換為各自的Wj’及Zj’數(shù)據(jù)Wj′＝Xj′Yj-1′(Xj′Yj′)⊙(Xj-1′Yj-1′)及Zj′＝Y(jié)j′Xj′Yj-1′Xj-1′Xj，Yj，Wj及Zj諸項在后編碼器中被多加了一撇，只表示它們可能與在預(yù)編碼器中的相對應(yīng)的項不完全相同，原因是(1)通信信道所引入的錯誤，以及(2)傳送機與接收機絕對相位間的相差90°，180°或270°。理想狀況下，視相位差而定，這些項目在預(yù)編碼器及后編碼器都相同。
由以上關(guān)系可以看出(1)后編碼器對預(yù)編碼器進行翻轉(zhuǎn)，(2)在(Xj，Yj)→(Yj，Xj)(或此映射的整數(shù)次方)的映射下，后編碼器的輸出是相同的，以及(3)后編碼器功能為無反饋(即它代表輸入的”滑動視窗“(sliding window)功能)，因而限制了誤差的傳播。
所例示的預(yù)編碼器14的較佳結(jié)構(gòu)如圖2所示。信息Wj經(jīng)由終端30輸入至擁有多個“異”門34，36的第一路徑。信息Zj經(jīng)由輸入終端32輸入至擁有多個“異”門40，42，44的第二路徑。第一反饋路徑被耦合以從第一路徑得到預(yù)編碼數(shù)據(jù)Xj，并包括一延時器38(例如觸發(fā)器)以提供先前的數(shù)據(jù)Xj-1。第二反饋路徑被耦合以從第二路徑得到預(yù)編碼數(shù)據(jù)Yj。第二反饋路徑包括一延遲裝置46以提供先前的數(shù)據(jù)Yj-1。第一及第二反饋路徑包含至少一公共的“異”門48及一公共的“與”門50。熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員會了解到圖2所展示的結(jié)構(gòu)會按照前述的預(yù)編碼器關(guān)系式處理Wj及Zj信息，以提供Xj及Yj這些項目，這些項目與透明BCC及信號集合的旋轉(zhuǎn)不變標示組合后，導(dǎo)至旋轉(zhuǎn)不變性。
后編碼器130的較佳實施例在圖3中被說明。Xj’項經(jīng)由終端60輸入至擁有多個“異”門64，66的第一路徑，以提供Wj信息。Yj’項經(jīng)由終端62輸入至擁有多個“異”門70，76的第二路徑，以提供Zj’信息。一“與”門74的一第一輸出被耦合以經(jīng)由“異”門70接收分別來自第一及第二路徑的預(yù)編碼數(shù)據(jù)Xj’及Yj’的“異”值?！芭c”門74的一第二輸出被耦合以經(jīng)由延遲器(例如觸發(fā)器)68，78及“異”門72接收分別來自第一及第二路徑的延時信號Xj-1’及Yj-1’的“異”值?！芭c”門74的輸出端被耦合至第一路徑中“異”門64的一輸入端。圖3所展示的后編碼器130將因此按照前面所設(shè)定的后編碼器關(guān)系式處理自通信信道恢復(fù)的數(shù)據(jù)Xj’及Yj’。
圖4展示根據(jù)本發(fā)明的QPSK結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)性不變符號標法。與符號群X，+，*，及0鄰近的數(shù)字為八進制參考值。QPSK信號空間80包括四點，每一點為四信號群中的一個。本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)性不變標號法使得符號X，+，*，及0的最低有效位分別為(0，0)，(1，0)，(1，1)及(0，1)。因此，可以看出逆時針旋轉(zhuǎn)90°，180°，270°及360°后，標號改變?nèi)缦?0，0)→(1，0)→(1，1)→(0，1)→(0，0)X + * 0 X如果標示QPSK信號空間80中四點的兩個位表示為(Ij，Qj)，可以看出下列關(guān)系被滿足(Ij，Qj)→(Qj，Ij)→(Ij，Qj)→(Qj，Ij)→(Ij，Qj)要將此標號法延伸至QAM調(diào)制，點的標示要使得(1)轉(zhuǎn)90°后，兩個最小有效位(Ij，Qj)滿足(Ij，Qj)→(Qj，Ij)，以及(2)剩余的最高有效位在轉(zhuǎn)動90°后保持不變。這樣的標號法對所有90°對稱的QAM信號集(如方形(SQUARE)及交叉(CROSS)星座圖)都存在。
圖5展示用于16-QAM結(jié)構(gòu)的這樣一標號法。同樣地，符號以八進制標示，且符合前面所定的標號約定。在16-QAM結(jié)構(gòu)中，信號空間90包括四個調(diào)制電平91，93，95及97。調(diào)制電平93，舉例來說，包括四個點+(被標為八進制數(shù)06)，*(被標為八進制數(shù)07)，0(被標為八進制數(shù)05)及X(被標為八進制數(shù)04)。八進制數(shù)04以二進制表示為“0100”。八進制數(shù)06以二進制表示為“0110”。八進制數(shù)07為“0111”，而八進制數(shù)05為“0101”。信號空間90中調(diào)制電平93內(nèi)的任何90°逆時針旋轉(zhuǎn)都將置換兩最低有效位并且對其中的左位求補，而兩最高有效位則保持不變。此點可通過比較信號點+(八進制數(shù)06)及信號點*(八進制數(shù)07)看出，其中最低有效位由“10”變?yōu)椤?1”，符合(Ij，Qj)→(Qj，Ij)的關(guān)系式。同時，對調(diào)制電平93內(nèi)的點+及*而言，最高有效位“01”保持不變。如圖5所示，此標號約定對16-QAM星座內(nèi)的每一點都成立。
圖6示出一64-QAM的結(jié)構(gòu)。同樣地，此標號約定對信號空間94內(nèi)的每一點都成立。如圖4及圖5，圖6中的每一符號都以八進制表示法注明。
參考圖4-6的符號標法可以很容易明了本發(fā)明所提供的旋轉(zhuǎn)不變性。為簡單起見，參考圖5相當(dāng)有助益，可從圖中看出由X到+的逆時針級數(shù)永遠表示90°的相移，不管實際的點出現(xiàn)在信號空間的那一點。假如整個信號空間移動90°，180°，或270°，符號X與符號+之間的關(guān)系仍然為，同樣地，一*符號永遠代表自一+符號移動90°，一0符號永遠代表自一*符號移動90°，一X符號永遠代表自一0符號移動90°。旋轉(zhuǎn)不變性經(jīng)由編碼入相位改變而取得，并不依賴實際的相位值。
圖7展示可根據(jù)本發(fā)明被使用的解碼器。自傳輸信道接收的數(shù)據(jù)經(jīng)由終端100輸入一傳統(tǒng)的接收機及自適應(yīng)均衡器102。雖然圖上所展示的用于各同相數(shù)據(jù)(I)及正交相數(shù)據(jù)(Q)的分離處理硬件104，106，正如現(xiàn)有技術(shù)中眾所周知的，在一集成電路結(jié)構(gòu)中大部分的硬件都可共用。
以I表示的數(shù)據(jù)經(jīng)由修整器108修整為未編碼位，這些位在輸入選擇器118之前，通過緩中器(如觸發(fā)器)110被延遲。編碼位被輸入一能包含標準Viterbi解碼器的序列估算器112。Viterbi以外的演算法，如順序解碼算法，也可取代使用。序列估算器恢復(fù)預(yù)編碼位Sj’(在編碼器由預(yù)編碼器14預(yù)編碼)，這些位由BCC編碼器114進行再編碼。這些再編碼的預(yù)編碼位提供控制信號以起動選擇器118選出適當(dāng)?shù)奈淳幋a位Uj’，以將恢復(fù)的及后編碼過的編碼位流Wj’及Zj’在組合器132中組合。
選擇器118可以包括，例如，一多路復(fù)用器配置，其中來自BCC編碼器114，126的兩位被用來從延遲階段110，122輸出的未編碼數(shù)據(jù)位的四種可能組合中作選擇。未編碼位為符號的最高有效位且為旋轉(zhuǎn)性不變。一旦編碼位由序列估算器確認并經(jīng)BCC編碼器114，126再編碼，它們會按照所用的映射方法來辨識I數(shù)據(jù)路徑或Q數(shù)據(jù)路徑MSB中的哪一個為正確選擇。在另一種結(jié)構(gòu)中，選擇器118可為一查詢表，此表由自BCC編碼器114，126輸出的兩位來定址。
用于指定為數(shù)據(jù)I的數(shù)據(jù)的被恢復(fù)編碼位經(jīng)由可選擇的前饋矩陣116被處理，此矩陣為圖1中所示的可有可無的反饋矩陣18的倒置。這些位(Xj’)然后在后編碼器130中被后編碼，此后編碼器在前已于圖3被討論過。
被指定為Q數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)的處理與被指定為I數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)的處理相同。修整器120修整未編碼位，這些位在輸入選擇器118之前通過緩沖器122被延遲。序列估算器124，BCC編碼器126及可有可無的前饋矩陣128與元件112，114及116相當(dāng)。
注意的是與圖7中的解碼器相關(guān)的解碼數(shù)據(jù)應(yīng)不管輸入的數(shù)據(jù)經(jīng)過幾倍的90°旋轉(zhuǎn)都將永遠不變。后編碼器130，再編碼器114及126，以及可有可無的前饋矩陣116及128都無反饋，因而實際通過提供輸入滑動視窗功能的輸出來限制誤差傳播。此外，被解碼的位在通過解碼器時的誤差傳播通常由再解碼器(114，126)中的誤差傳播被典型地支配。
圖8展示BCC編碼器的一例(F(D)＝1)，此編碼器可用于圖1及7中的解碼器22，24，114及126。雖然根據(jù)本發(fā)明任何透明BCC都可被使用，下列緊縮率4/5及3/4的碼被提供作為范例緊縮1/2，16-狀態(tài)，Dfree＝3，NN＝2率4/5Go＝(1＋D2＋D4，1＋D＋D2＋D3＋D4)(Octal25，37) H＝(1＋D＋D2＋D3＋D4，1＋D2＋D4，D＋D3＋D4，D＋D4，D＋D2＋D4)緊縮1/2，16-狀態(tài)，Dfree＝4，NN＝8率3/4Go＝(1＋D2＋D4，1＋D＋D2＋D3＋D4)(Octal25，37) H＝(1＋D＋D2＋D3＋D4，1＋D2＋D4，D＋D2＋D4，D＋D3＋D4)現(xiàn)在我們可以了解到本發(fā)明所提供的旋轉(zhuǎn)性不變格子碼可用于象QPS K及QAM的傳輸系統(tǒng)。本編碼的方法牽涉到使用透明二進制卷積碼，一獨特二維信號空間映射，以及預(yù)編碼及后編碼功能，這些功能使后編碼器的輸出保證不變，不論輸入的相位如何。
雖然本發(fā)明皆以各種優(yōu)選實施例進行了說明，很明顯的，可在其中做各種調(diào)整及修改而不偏離由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的申請專利的精神及范圍。
權(quán)利要求
1.一種旋轉(zhuǎn)性不變格子編碼器，用來對經(jīng)由二維符號調(diào)制被傳輸?shù)揭唤邮諜C的輸入數(shù)據(jù)加以編碼，包括一用來處理所述輸入數(shù)據(jù)的預(yù)編碼器，所述預(yù)編碼器包括非線性邏輯，此邏輯為所述接收機上對口后編碼器所提供邏輯的相反；一使用透明二進制卷積碼來對所述預(yù)編碼數(shù)據(jù)進行編碼的編碼器；及映射裝置，用來來自所述編碼器編過碼的數(shù)據(jù)映射至擁有多個信號點的二維信號空間，所述信號點以獨特的二進制標示，其中被表示為(Ij，Qj)的兩最小有效位對于繞著信號空間每旋轉(zhuǎn)90°相位，就被置換并且被部分地求補成(Qj，Ij)，而用于各點的剩余的最高有效位，如果還有的話，對此旋轉(zhuǎn)保持不變。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的格子編碼器，其中所述預(yù)編碼器按照下列關(guān)系式，用延遲數(shù)據(jù)Xj-1及Yj-1的反饋，分別將第一輸入數(shù)據(jù)流Wj及第二輸入數(shù)據(jù)流Zj分別轉(zhuǎn)換為相對應(yīng)的預(yù)編碼數(shù)據(jù)流Xj及YjXj＝WjXj-1Zj⊙(Xj-1Yj-1)及Yj＝ZjwjYj-1Zj⊙(Xj-1Yj-1)
3.根據(jù)權(quán)利要求2的格子編碼器，其中輸出自所述預(yù)編碼器的數(shù)據(jù)流Xj及Yj被卷積地編碼以提供被映射至所述信號空間的信號點的符號中的兩最低有效位。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的格子編碼器，還包括分析裝置，用來分析來自所述映射裝置所用的所述輸入數(shù)據(jù)的未編碼位；其中所述未編碼位代表所述符號的最高有效位，而所述符號被映射到所述信號空間的信號點。
5.一種解碼器，用于將自權(quán)利要求1的格子編碼器輸出的符號進行解碼，包括；至少一序列估算器，用于自經(jīng)接收的數(shù)據(jù)流恢復(fù)所述預(yù)編碼數(shù)據(jù)；其中所述后編碼器接收并處理恢復(fù)的預(yù)編碼數(shù)據(jù)以提供對恢復(fù)的預(yù)編碼數(shù)據(jù)多次旋轉(zhuǎn)90°亦不變的輸出數(shù)據(jù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的一解碼器，還包括修整裝置，用來修整所述接收數(shù)據(jù)流，以恢復(fù)自此而來的編碼及未編碼位，所述編碼位被輸入至所述序列估算器；選擇裝置，用來選擇未編碼同相(I)數(shù)據(jù)或未編碼正交相(Q)數(shù)據(jù)，以與自所述編碼器來的輸出數(shù)據(jù)相組合；及再編碼裝置，用于對由所述序列估算器所恢復(fù)的預(yù)編碼數(shù)據(jù)進行再編碼以用來啟動所述選擇裝置選擇所述未編碼數(shù)據(jù)I或所述未編碼數(shù)據(jù)Q。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的解碼器，其中所述預(yù)編碼器按照下列關(guān)系式，用延遲數(shù)據(jù)Xj-1，及Yj-1的反饋，分別將第一輸入數(shù)據(jù)流Wj及第二輸入數(shù)據(jù)流Zj轉(zhuǎn)換為相對應(yīng)的預(yù)編碼數(shù)據(jù)流Xj及YjXj＝WjXj-1Zj⊙(Xj-1Yj-1)及Yj＝ZjWjYj-1Zj⊙(Xj-1Yj-1)所述后編碼器按照下列關(guān)系式，分別將包括數(shù)據(jù)流Xj’及Yj’的恢復(fù)的預(yù)編碼數(shù)據(jù)分別轉(zhuǎn)換為第一及第二輸出數(shù)據(jù)流Wj’及Zj’Wj′＝Xj′Yj-1′(Xj′Yj′)⊙(Xj-1′Yj-1′)及Zj′＝Y(jié)j′Xj′Yj-1′Xj-1′
8.根據(jù)權(quán)利要求1的編碼器，其中所述透明二進制卷積碼為一緊縮碼。
9.一種用于旋轉(zhuǎn)性不變格子編碼器的預(yù)編碼器，包括一第一路徑，擁有多個“異”門，以將第一輸入數(shù)據(jù)流Wj轉(zhuǎn)換成相對應(yīng)的預(yù)編碼數(shù)據(jù)流Xj；一第二路徑，擁有多個“異”門，以將第二輸入數(shù)據(jù)流Zj轉(zhuǎn)換成相對應(yīng)的預(yù)編碼數(shù)據(jù)流Yj；一耦合的第一反饋路徑，以自所述第一路徑得到所述預(yù)編碼數(shù)據(jù)流Xj，該第一反饋路徑包括延遲裝置以提供先前的數(shù)據(jù)Xj-1；一耦合的第二反饋路徑，以自所述第二路徑得到所述預(yù)編碼數(shù)據(jù)流Yj，該第二反饋路徑包括延遲裝置以提供先前的數(shù)據(jù)Yj-1；所述第一及第二反饋路徑至少有一公共“異”門及至少一公共“與”門；及所述預(yù)編碼器按照下列關(guān)系將所述第一及第二輸入數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成所述預(yù)編碼數(shù)據(jù)流Xj＝WjXj-1Zj⊙(Xj-1Yj-1)及Yj＝ZjWjYj-1Zj⊙(Xj-1Yj-1)
10.一種與權(quán)利要求9的預(yù)編碼器組合使用的后編碼器，包括一第三路徑，擁有多個“異”門，以自接收到的預(yù)編碼數(shù)據(jù)流Xj’產(chǎn)生一輸出數(shù)據(jù)流Wj’；一第四路徑，擁有多個“異”門，以自接收到的預(yù)編碼數(shù)據(jù)流Yj’產(chǎn)生一輸出數(shù)據(jù)流Zj’；一“與”門有一被耦合的第一輸入端，以接收分別來自該第三及第四路徑的預(yù)編碼數(shù)據(jù)流Xj’及Yj’的“異”值；及被耦合的第二輸入端，以接收分別來自該第三及第四路徑的延遲數(shù)據(jù)流Xj-1’及Yj-1’的“異”值，所述“與”門有一輸出耦合至該第三路徑的“異”門的一輸入端；所述后編碼器按照下列關(guān)系自所述預(yù)編碼的數(shù)據(jù)流Xj’及Yj’產(chǎn)生所述輸出數(shù)據(jù)流Wj’及Zj’Wj′＝Xj′Yj-1′(Xj′Yj′)⊙(Xj-1′Yj-1′)及Zj′＝Y(jié)j′Xj′Yj-1′Xj-1′
11.一種用于旋轉(zhuǎn)不變性格子解碼器的后編碼器，包括一第一路徑，擁有多個“異”門，以自使用序列估算算法被恢復(fù)的接收的數(shù)據(jù)流Xj’提供輸出數(shù)據(jù)流Wj’；一第二路徑，擁有多個“異”門，以自使用序列估算算法被恢復(fù)的接收的數(shù)據(jù)流Yj’提供輸出數(shù)據(jù)流Zj’；一“與”門有一被耦合的第一輸入端，以接收分別來自該第一及第二路徑的預(yù)編碼數(shù)據(jù)流Xj’，及Yj’的“異”值；及被耦合的一第二輸入端，以接收分別來自該第一及第二路徑的延遲數(shù)據(jù)流Xj-1’及Yj-1’的“異”值，該“與”門有一輸出端耦合至該第一路徑的“異”門的一輸入端；所述后編碼器按照下列關(guān)系自該預(yù)編碼的數(shù)據(jù)流Xj’及Yj’產(chǎn)生該輸出數(shù)據(jù)流Wj’及Zj’Wj′＝Xj′Yj-1′(Xj′Yj′)⊙(Xj-1′Yj-1′)及Zj′＝Y(jié)j′Xj′Yj-1′Xj-1′
12.一種用來將數(shù)字數(shù)據(jù)編碼以使能被旋轉(zhuǎn)性不變格子編碼調(diào)制的方法，包括的步驟有將一待被編碼的位流預(yù)編碼，使之在用透明二進制卷積碼被編碼并隨后在接收機上解碼并后編碼后為旋轉(zhuǎn)性不變；使用所述透明二進制卷積碼編碼該預(yù)編碼位以提供編碼的信息；及將編過碼的信息映射至擁有多個信號點的二維信號空間，所述信號點以獨特的二進制碼標示，其中表示為(Ij，Qj)的兩最低有效位對于每繞著信號空間旋轉(zhuǎn)90°相位被置換并且被部分地求補成(Qj，Ij)，而各點剩余的最高有效位，如果還有話，對此旋轉(zhuǎn)保持不變。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中所述編碼信息代表同相數(shù)據(jù)(I))及正交相數(shù)據(jù)(Q)，該方法還包括有步驟根據(jù)所述信號空間映射經(jīng)由一通信信道傳送I及Q數(shù)據(jù)；接收并解調(diào)來自所述通信信道的I及Q數(shù)據(jù)；將I及Q的編碼信息解碼以恢復(fù)預(yù)編碼位；以及后解碼恢復(fù)的預(yù)編碼位，以顛倒該預(yù)編碼步驟的作用并恢復(fù)所述位流。
14.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，還包括有步驟在所述預(yù)編碼步驟之前將所述數(shù)據(jù)分析為一未編碼位流及所述待被編碼位流；其中所述未編碼位被映射到所述信號空間中信號點上的最高有效位，而來自所述待被編碼的位流的編碼信息被映射到所述信號點的最有效位。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中所述未編碼位及編碼信息代表同相數(shù)據(jù)(I)及正交相數(shù)據(jù)(Q)，該方法還包括有步驟根據(jù)所述信號空間映射經(jīng)由一通信信道傳送I及Q數(shù)據(jù)；接收并解調(diào)來自所述通信信道的I及Q數(shù)據(jù)；修整經(jīng)解調(diào)的I數(shù)據(jù)以恢復(fù)相對應(yīng)的未編碼位及編碼信息；修整經(jīng)解調(diào)的Q數(shù)據(jù)以恢復(fù)相對應(yīng)的未編碼位及編碼信息；將修整過的I及Q數(shù)據(jù)的編碼信息解碼以恢復(fù)預(yù)編碼位；后編碼經(jīng)恢復(fù)的預(yù)編碼位以恢復(fù)經(jīng)編碼的位流；使用所述透明二進制卷積碼將恢復(fù)的預(yù)編碼位再編碼來提供控制信號；及響應(yīng)所述控制信號選擇自該I數(shù)據(jù)或該Q數(shù)據(jù)的被修整的未編碼位，與由該后編碼步驟恢復(fù)的位流組合，以重建所述數(shù)字數(shù)據(jù)。
全文摘要
一旋轉(zhuǎn)性不變格子編碼器使用二維符號調(diào)制對待傳輸數(shù)據(jù)進行編碼。一使用透明二進制卷積碼的編碼器將預(yù)編碼過的數(shù)據(jù)進行編碼。并映射到一有多個以唯一的二進制碼標明的信號點的二維信號空間。其中表示為(I
文檔編號H04L27/34GK1139319SQ9512047
公開日1997年1月1日 申請日期1995年12月8日 優(yōu)先權(quán)日1994年12月9日
發(fā)明者克里斯·赫加德 申請人:德來懷通用儀器公司