專利名稱：用于傳輸依據(jù)被稱為金碼技術的空時分組碼的卷積編碼的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于傳輸根據(jù)被稱為金碼技術的空時分組碼的卷積編碼的方法。它也涉及執(zhí)行該方法的系統(tǒng)。
一般而言，本發(fā)明適用于數(shù)字數(shù)據(jù)或采樣模擬數(shù)據(jù)的傳輸或無線廣播領域，特別地是在和移動端傳輸?shù)那闆r下(或者甚至以更一般的方式)是在本地無線網(wǎng)絡或非本地無線網(wǎng)絡情況下。本發(fā)明特別地(如果希望的話)可以適用于高數(shù)據(jù)速率無線傳輸。第一應用種類涉及具有移動端的蜂窩通信，例如，諸如UMTS。第二應用種類涉及本地無線網(wǎng)絡。第三種類是未來的自組織網(wǎng)(ad hoc network)。
以更準確的而言，本發(fā)明可應用于執(zhí)行金碼類型的空時分組碼的多天線MIMO(“多輸入多輸出”)系統(tǒng)。
空時分組碼(STBC)是具有M行和T列的復矩陣(碼字)的有限集合Γ，并且在該有限集合中的每個元素Γit是將在時刻t(1≤t≤T)通過天線i(1≤i≤M)上被傳送的符號。如果M＝T則STBC是正方的。
特別地如在V.Tarokh，N.Seshadri和A.R.Calderbank的文件“Space TimeCodes for High Data Rates Wireless CommunicationPerformance Criterion and CodeConstruction”(高速數(shù)據(jù)率無線通信的空時分碼性能標準和碼構架)，IEEETransactions on Information Theory，vol.44，no.2，March 1998中所描述的STBC的結構標準，如下 —STBC的標記為d的(傳輸?shù)?分集秩被如下定義 如果分集秩最大，例如d＝Min(M，T)，則STBC是全分集。
T≥M的全分集的STBC的編碼增益被標記為g，如下定義為 可證明地，在高信噪比的情況下，在瑞利(Rayleigh)衰減信道，碼字的平均錯誤率與1/(gSNR)dN成比例。為了使在這種類型的信道上STBC的性能最大化，因此需要最大化編碼增益。
如之前所述，本發(fā)明更特別地涉及金碼類型的時空分組碼。
金碼，如在J.-C.Belfiore，G.Rekaya和E.Viterbo的文件“The Golden CodeA 2×2Full-Rate Space Time Code with Non-Vanishing Determinants”(金碼具有非零行列式的2×2全速空時分碼)，IEEE Transactions on Information Theory，vol.44，no.2，2005年4月中所定義的是具有2個傳輸天線(M＝2和T＝2)的正方STBC。該編碼是全分集(d＝2)。它提供迄今為止最好的編碼增益。這是能夠執(zhí)行其劃分的金碼代數(shù)構架。
為了定義金碼，需要介紹以下列方式構造于主體Q[i，θ]之上的分塊循環(huán)代數(shù)(division cyclic algebra)(非交換主體)AQ 其中i2＝-1，以及 當在高斯(Gauss)整數(shù)Z[i]的環(huán)中限定a，b，c和d時，標記為AZ的環(huán)在該代數(shù)之上定義 標記為?！薜臒o限金碼是環(huán)AZ的主理想(principal ideal)，該主理想是通過該環(huán)的元素α產生的。應當注意的是，如果選定矢量代替矩陣表示，則AZ和金碼是實8維點陣。選擇元素α以使該理想(ideal)形成和

相應的點陣。這是金碼包含1/

的標準的原因。從而 其中 其示出了無限金碼編碼增益為1/

如果使用了有限碼，則滿足將a，b，c和d限定在屬于包含在Z[i](例如QAM星座)中的有限子集合中。當在碼字間保證良好的歐幾里德(Euclidean)距離時，無限金碼與Z8相對應的現(xiàn)實使二元標簽和“修整”(提取星座的現(xiàn)實)十分容易。
本發(fā)明的目的是用于提高金碼類空時分組碼編碼的增益的新方法。
本發(fā)明的另一個目的是在衰減信道的情況下特別有效的信息編碼系統(tǒng)。
上述目標中至少一個是在包含至少多個發(fā)送天線的無線通信網(wǎng)中用于傳輸根據(jù)被稱為金碼技術的空時分組碼的卷積編碼方法執(zhí)行的。根據(jù)本發(fā)明，金碼編碼和網(wǎng)格編碼調制TCM相關聯(lián)。而且，對所述網(wǎng)格的必要劃分這樣被執(zhí)行，對劃分的每一步，集合?！藓蛠碜訟Z元素集合Bk(k＞1)中的至少一個元素β相乘 Bk＝{X∈Azand|Det(X)|2＝2k} 被稱為“無限金碼”的集合?！奘峭ㄟ^金碼技術所定義的環(huán)AZ的主理想。
通過本發(fā)明，有利地使用了用金碼編碼的調制技術，并且使用了劃分金碼技術以獲得編碼增益。
一般而言，STBC碼字序列的編碼增益可以用以下的方式定義。
來自碼STBC Γ(M＝2和T＞1)的n個字的序列(Xk)1≤k≤n被一個接一個地發(fā)送。也可能一直認為該序列為來自由n個矩陣Xk串聯(lián)組成的STBC碼(M＝2和nT)的單個碼字。在這種情況下，針對長度為n的序列，標注為gn的編碼增益為 通過使Zk＝(Xk-Yk)和通過更改Zk的指數(shù)使得第一n0個Zk的指數(shù)都為非零而其余的都為零，可以獲得下面的 如果假設STBCΓ是最大的分集并且為正方(如金碼這種情況)，如果Zk非零，那么Zk是可逆的，并且可以定義于是簡單地示出 其中‖X‖2指出了矩陣X的費羅比舍(Frobenius)標準(或標準2)。
如果所考慮的STBC碼具有附加群結構(如和無限金碼一樣)，則編碼增益可以用以下方式改寫 編碼調制的思想是為了增加編碼增益在序列持續(xù)期間在被發(fā)送的不同STBC碼字間產生暫時的鏈接；這對應于當n0＞2的情況。在該情況下，我們特別的興趣是在相交項中很可能相當增加增益。對于n0＝1的情況，可以確定的是碼字序列只有單個非零碼字，讓我們這樣假定Zk，Det(ZkZkH)非常高而沒有使全部的編碼增益惡化。
為了達到該目的，最好采用網(wǎng)格編碼調制技術TCM。正如在標記為AWGN的高斯(Gaussian)信道中一樣，需要有基于被發(fā)送的星座的劃分的二元標簽。
在TCM的上下文中，劃分由來自子群的附加開始群E0減少序列(Ei)的判定組成，使得在每一個劃分步驟，集商Ei/Ei+1具有是2的冪的基數(shù)(使用的項是序)，以允許二元標簽。
TCM的意義上良好的劃分必須允許在適當?shù)臅r刻在所有子集中的間距標準。在高斯信道上的TCM情況中，是具有最小矩形的歐幾里德間距標準，即使對于STBC，是編碼增益 例如，仍然是在根據(jù)現(xiàn)有技術的TCM的上下文中，

圖1描述了在高斯信道(AWGN)的情況下與QAM星座對應的Z[i]的塊鏈。
只要是為了使用位c0，c1等標記QAM星座的點所必須的，劃分鏈可以繼續(xù)下去。應當重要地注意到，在每個塊平面，每個子集中的歐幾里德間距的平方是前面平面的兩倍。而且，應當注意，可能由于當n為2的冪時集合被分成n個子集(順序)，才構成二元標簽。
本發(fā)明尤其適用于金碼的理想集合，這些集合被如下定義 如果β是A2的非零元，并且使|Det(β)|2＞1，在由β產生的?！薜淖筮叄粯擞洖棣??！薜闹骼硐耄约霸谟搔庐a生的?！薜挠疫?，被標記為Γ∞.β的主理想，被如下定義為 β?！蓿絳βX|X∈?！迃 Γ∞β＝{Xβ|X∈?！迃 由于代數(shù)的非交換性所以在左邊或在右邊的主理想是截然不同的。
容易證明，這兩個主理想是?！薜母郊幼尤?或子網(wǎng)格)，具有以下兩個特性 一每個理想的編碼增益等于 一這些理想與?！尴啾容^而具有階|Det(β)|4，即 Card(Γ∞/β?！?＝Card(?！??！蕈?＝|Det(β)|4 有利地，在本發(fā)明中，執(zhí)行金碼的劃分以適用于編碼調制。
如前面所提到的，為了使用TCM，需要產生劃分，在該劃分的每一步，步驟被進一步分成2個子集合的冪。
由于β是A2的元，所以β的行列式是在Z[i]中。由此可以推導出，沒有β使得由β生成的主理想為與?！尴啾容^的階2(或是為2的奇指數(shù)的階)。
本發(fā)明特別地值得注意的事實是，β’s被定義為階為4的指數(shù)。然后有利地引入A2的元的集合Bk(≥1)，使得它們的行列式由平方模2獲得 Bk＝{X∈Azand|Det(X)|2＝2k} 當屬于Bk時，沒有一個Bk不為空。也應當注意到，所有的Bk集合都是無限的。
如果βk是Bk的任意元，則理想βkΓ∞(或理想?！蕈耴)組成?！薜?k階的子網(wǎng)格以及編碼增益
這樣，集合Γ∞/βk?！薜拿總€元可以通過2k比特被指標化。使用該方法，執(zhí)行第一劃分步驟，并為了獲得和所需一樣多的劃分有效地反復執(zhí)行。
根據(jù)本發(fā)明，β可以從左邊或從右邊乘以?！?。
根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選特性，認為 β是B1的元。
根據(jù)本發(fā)明的另外的特性，也可能將集合Γ∞和元β′相乘，使 β′是B1的元。
根據(jù)本發(fā)明的有利實施方式，k＝1，劃分以四個步驟執(zhí)行，使用8個比特c0到c7以制造卷積碼，并且這8個卷積碼比特是由4個信息比特b0到b3如下編碼得到 c0＝c1＝c2＝0 c3＝xb0+x2b1+x3b2+x4b3 c4，c5，c6和c7分別等于比特b0到b3之一。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提出了用于在包含至少多個傳輸天線的無線通信網(wǎng)中傳輸依據(jù)被稱為金碼技術的空時分組碼的卷積編碼系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明，該系統(tǒng)包括用于接收有待傳輸?shù)男畔⒈忍夭⑸梢丫幋a比特集合的卷積編碼器和金碼類型的空時分組編碼器，把這兩個編碼器實施為使得執(zhí)行金碼類型的空時分組編碼器傳輸符合下列條件的序列 由網(wǎng)格編碼調制TCM的卷積編碼，以及對所述網(wǎng)格如下進行所必需的劃分，對于每個劃分步驟，集合?！藓蛠碜訟Z的元的集合Bk(k＞1)中至少一個元β相乘，從而 Bk＝{X∈Azand|Det(X)|2＝2k}， 被稱為“無限金碼”的集合?！?，作為金碼技術所定義的環(huán)AZ的主理想。
本發(fā)明的其他優(yōu)點和特性通過對非限定的實施方式和附圖的詳細描述的研究將變得明顯，附圖中 —圖1描述了根據(jù)現(xiàn)有技術的劃分； —圖2描述了根據(jù)本發(fā)明以兩步進行的劃分； —圖3是圖2的劃分的全部表示； —圖4是根據(jù)本發(fā)明的以四個步驟進行劃分的例子的簡潔表示； —圖5示出用于根據(jù)本發(fā)明方法實施的網(wǎng)格例子； —圖6是在非編碼的金碼和通過調制編碼的金碼之間的比較圖形的表示； —圖7是依據(jù)本發(fā)明的發(fā)射機系統(tǒng)的概略視圖。
現(xiàn)在說明按照本發(fā)明方法的實施例。為了通過使用以兩個傳輸天線空時分組編碼的編碼調制技術獲得編碼增益，。
圖2示出了依據(jù)本發(fā)明的劃分。通過參考來自B1的任意兩個元β1和β’1，可能以兩個劃分步驟可以產生?！薜?6的劃分。B1＝{X∈Azand|Det(X)|2＝2} 通過將集合?！?β1?！?resp.?！?β1?！?0、γ1、γ2、γ3(resp.0、γ′1、γ′2、γ′3可以通過比特對(c0，c1)(resp.(c2，C3)進行指標化)的4個元進行標注來將劃分以圖2所示的方式進行表示。?！奘情_始點。第一劃分部分可以通過將β1左乘Γ∞生成4個元。于是獲得β1Γ∞，β1Γ∞+γ1，β1Γ∞+γ2和β1?！?γ3。這4個元用兩個卷積編碼比特c0和c1編碼。
第二劃分部分由將β’1放在Γ∞的左邊組成，并且生成下列16個元 [β1β1′Γ∞，β1β1′?！?β1γ2′，β1β1′?！?β1γ1′，β1β1′Γ∞+β1γ3′]； [β1β1′?！?γ2，β1β1′Γ∞+β1γ2′+γ2，β1β1′?！?β1γ1′+γ2，β1β1′?！?β1γ3′+γ2]； [β1β1′?！?γ1，β1β1′?！?β1γ2′+γ1，β1β1′Γ∞+β1γ1′+γ1，β1β1′Γ∞+β1γ3′+γ1] [β1β1′?！?γ3，β1β1′?！?β1γ2′+γ3，β1β1′?！?β1γ1′+γ3，β1β1′Γ∞+β1γ3′+γ3]. 這16個元用兩個卷積編碼比特c2和c3結合比特c0和c1而編碼。
該劃分可以以圖3所示的更簡潔的方式表示。編碼增益表示到每個劃分部分的右邊。通過金碼原理，增益是?！薜?/

第一劃分部分示出了/

的編碼增益。第三劃分部分示出了2/

的編碼增益。該增益于是以有限復雜度乘以2。
因此，通過使用B1中的生成元，保證每2個劃分比特的編碼增益和(1.5dB)的因素相乘。
使用的B1的元的選擇和將理想放在左邊或右邊的選擇不能影響依據(jù)劃分的編碼增益。相反，如果n0＞1和歐幾里德距離標準(在碼在高斯信道上使用的情況下)，這些選擇以相互協(xié)商的方式影響增益。適用于金碼的網(wǎng)格編碼調制結構的完整例子現(xiàn)在被描述。
通過選擇和(β和β’是B1的元)，則金碼的4步劃分如圖4所示的組成。
如果任意非零序列(Zk)符合以下條件 —n0＝l，于是僅發(fā)送的非零碼字屬于2.?！?。
—n0＞1，于是被標注為Z1的碼字中的至少一個屬于β.?！薏⑶移渌麡俗閆2的碼字屬于β.Γ∞.β′。
關于金碼的編碼增益證明為4(6dB)。
為了構造符合之前所提及條件的序列，使用比特編碼c0，c1……c7，和通過網(wǎng)格(其他比特，其數(shù)量依據(jù)沒有編碼的所選的QAM星座)所描述的卷積碼。有許多的網(wǎng)格可以構造符合這些條件的序列。特別地，每個網(wǎng)格狀態(tài)的轉換數(shù)量確定編碼效率，相當影響網(wǎng)格的復雜度。
這里描述了一種稍微較小復雜度的網(wǎng)格的解決方法，有16個狀態(tài)以及每個狀態(tài)16次轉換。給出了的收益效率。圖5示出了這樣的網(wǎng)格。對于每個狀態(tài)，對應于以從0到255的整數(shù)形式表示的比特c0，c1……c7(c0至少為重要比特)序列的轉變，完全被列出。
事實上，比特c0，c1和c2被設為0。通過標注4個信息比特b0…b3，卷積編碼器的系統(tǒng)版本以下列形式給出 c0＝c1＝c2＝0 c3＝xb0+x2b1+x3b2+x4b3 c4＝b0 c5＝b1 c6＝b2 c7＝b3 這里給出了由卷積編碼引出的4個冗余比特，如果根據(jù)圖6以相同譜效率執(zhí)行比較，則在非編碼金碼和通過調制編碼的金碼間的性能增益是3dB。
依據(jù)本發(fā)明的發(fā)射器的實施例現(xiàn)參考圖7描述?？紤]具有64QAM符號的金碼。因為STBC碼字由4個64-QAM符號組成，它通過24個比特，c0，c1……c23標記。比特c0……c7是根據(jù)本發(fā)明由來自4個信息比特b0…b3的卷積碼所編碼的比特。比特c8……c23是直接的自身信息比特。根據(jù)本發(fā)明，系列平行轉換器1將信息比特b0…b3傳輸?shù)骄矸e編碼器2，以及信息比特b4…b19直接到STBC金碼編碼器3。
STBC編碼器3向2個調制器4和5提供來自涉及碼劃分所定義的二元標簽的比特c0，c1……c23的金碼64QAM碼字。應當注意到，因為可以使用16QAM上的常規(guī)標簽，所以劃分不是必須從c8擴展到c23。
當然，本發(fā)明沒有僅僅局限于所述的實施例，在沒有超出本發(fā)明范圍的條件下可以對這些實施例作出的修改。
權利要求
1.在包含至少多個傳輸天線的無線通信網(wǎng)絡中為了傳輸依據(jù)被稱為金碼技術的空時分組碼的卷積編碼方法，
其特征在于，所述金碼編碼和網(wǎng)格編碼調制TCM相關聯(lián)，以及產生所述網(wǎng)格的必需劃分使得對于每個劃分步驟，集合Γ∞與來自Az的元集合BK(k＞1)中的至少一個元β相乘使得
Bk＝{X∈Azand|Det(X)|2＝2k}
被稱為“無限金碼”的集合?！奘怯伤鼋鸫a技術所定義的環(huán)Az的主理想。
2.根據(jù)權利要求1的方法，其特征在于，β乘以到Γ∞的左邊。
3.根據(jù)權利要求1的方法，其特征在于，β乘以到Γ∞的右邊。
4.根據(jù)任一前述權利要求的方法，其特征在于，如此產生的劃分中的每個分量通過卷積編碼的2k比特進行指標化。
5.根據(jù)權利要求1到4中任一的方法，其特征在于，當
考慮到時，β是B1的元。
6.根據(jù)權利要求1到4中任一的方法，其特征在于，所述集合?！夼c元β′相乘，使得
其中β′是B1的元。
7.根據(jù)任一前述權利要求的方法，k＝1，其特征在于，當劃分以4個步驟執(zhí)行時，8個比特c0到c7被使用以執(zhí)行卷積編碼，并且這些卷積編碼比特由4個信息比特b0到b3如下編碼
c0＝c1::c2＝0
c3＝xb0+x2b1+x3b2+x4b3
c4，c5，c6和c7分別等于比特b0到b3之一。
8.在包含至少多個傳輸天線的無線通信網(wǎng)絡中為了傳輸依據(jù)被稱為金碼技術的空時分組碼來執(zhí)行根據(jù)任一前述權利要求所述方法的卷積編碼系統(tǒng)，
其特征在于，所述系統(tǒng)包括用于接收有待傳輸?shù)男畔⒈忍夭⑸梢丫幋a比特集合的卷積編碼器、金碼類型的空時分組編碼器；這兩個編碼器被實施為使得金碼類型的空時分組編碼器傳輸符合下列條件的序列由網(wǎng)格編碼調制TCM的卷積編碼，以及對所述網(wǎng)格如下進行所必需的劃分，對于每個劃分步驟，集合?！夼c來自Az的元集合BK(k＞1)中至少一個元β相乘使得
Bk＝{X∈Azand|Det(X)|2＝2k}，
被稱為“無限金碼”的所述集合?！奘撬鼋鸫a技術所定義的環(huán)Az的主理想。
全文摘要
本發(fā)明涉及在包含至少多個傳輸天線的無線通信網(wǎng)絡中為了傳輸依據(jù)被稱為金碼技術的空時分組碼的卷積編碼方法。本發(fā)明的特征在于，所述金碼編碼和網(wǎng)格編碼調制TCM相關聯(lián)，以及產生所述網(wǎng)格的必需劃分使得對于每個劃分步驟，集合Γ∞與來自Az的元集合Bκ(k＞1)中的至少一個元β相乘使得Bk＝{X∈Azand|Det(X)|2＝2k}被稱為“無限金碼”的集合?！奘怯伤鼋鸫a技術所定義的環(huán)Az的主理想。
文檔編號H04L1/06GK101238673SQ200680019489
公開日2008年8月6日 申請日期2006年6月2日 優(yōu)先權日2005年6月3日
發(fā)明者D·錢皮恩 申請人:計算機科學及資訊系統(tǒng)公司