專利名稱：碼分多址系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及碼分多址(CDMA)系統(tǒng)，包括一個發(fā)射機(jī)和接收機(jī)，例如用在數(shù)字無線通信系統(tǒng)中。特別本發(fā)明涉及映射和解映射CDMA信號的方法和裝置。
近來迭代譯碼算法已經(jīng)變成數(shù)字通信中的一個重要的研究領(lǐng)域。適合于迭代解碼的首先發(fā)現(xiàn)和仍然最流行的編碼方案是兩個遞歸的系統(tǒng)的卷積碼也稱為‘渦輪代碼(Turbo Code)’的并行鏈接，正如1997年9月在法國Brest的關(guān)于渦輪碼討論會J.Hagenauer的文章“TheTurbo PrincipleTutorial Introduction and State of the Art”中描述的。在過去幾年中已經(jīng)找到渦輪原理(Turbo Principle)的其它應(yīng)用，例如1997年10月在德國波恩的EPMCC′97論文集第307-312頁中G.Bauch，H.Khorram，J.Hagenauer的文章“Iterative Equalization andDecoding in Mobile Communications Systems”。
信道編碼用于使得傳送的數(shù)字信息信號更能抵抗噪聲。為此在發(fā)射機(jī)通過信道編碼來編碼信息比特序列和在接收機(jī)由信道解碼器解碼。在該編碼器中，冗余信息加到信息比特序列，以便便于在解碼器中差錯校正。例如，在系統(tǒng)的信道編碼方案中，冗余信息加到信息比特序列，正象另外插入‘編碼的’比特。在非系統(tǒng)的編碼方案中，輸出的比特是所有的編碼比特，和沒有“無保護(hù)的”(‘naked’)信息比特被剩余。在編碼器輸入的比特(信息比特)數(shù)量小于輸出的比特(信息比特加上插入編碼比特，或者所有的編碼比特)的數(shù)量。輸入/輸出比特的比值稱為‘碼率R’(典型地R＝1/2)。
鏈接編碼方案應(yīng)用于至少兩個并行或者串行鏈接的編碼器。迭代譯碼算法用于并行或者串行鏈接編碼系統(tǒng)，而傳統(tǒng)的‘渦輪’碼是并行鏈接碼。


圖1表示在一個方框一個方框基礎(chǔ)上執(zhí)行具有該傳輸?shù)恼嬲拇墟溄泳幋a方案。信號序列以串行方式在該發(fā)射機(jī)中被編碼兩次。來自數(shù)字源(例如利用來自麥克風(fēng)的模擬輸入信號的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器)的二進(jìn)制信號首先由外部的編碼器編碼。外部編碼器的輸出通過一個交錯器，它改變輸入比特符號的順序，使得信號更隨機(jī)的出現(xiàn)給下列處理級。在交錯器之后信號由“內(nèi)部編碼器”第二次編碼。相應(yīng)地，在接收機(jī)處該信號首先由內(nèi)部的解碼器解碼，去交錯和由該外部的解碼器解碼。來自外部的解碼器軟的值(soft value)被反饋作為另外的‘優(yōu)先’輸入給該內(nèi)部的解碼器。該軟的值是解碼信號的質(zhì)量的可靠性值。這些值的反饋有助于減少在外部的解碼器的輸出還是在迭代解碼步驟中的硬判定值0，1的誤碼率。特定傳送序列的迭代解碼利用一個任意的終止標(biāo)準(zhǔn)停止，例如在迭代的固定數(shù)目之后或者直到到達(dá)確定的誤碼率(終止標(biāo)準(zhǔn)對于本發(fā)明根本是不重要的)。應(yīng)該注意，對于傳送比特序列的最先解碼(‘第0次迭代’)，輸入給內(nèi)部解碼器的‘優(yōu)先’軟值置“0”。
內(nèi)部的和外部的二進(jìn)制碼可以是任何類型系統(tǒng)的或者非系統(tǒng)的塊碼或者卷積碼。
在該接收機(jī)兩個解碼器是軟入/軟出(soft-in/soft-out)解碼器(SISO解碼器)。軟值表示相應(yīng)的位符號(O或者1)的比特判斷的可靠性。軟入解碼器接收輸入比特符號的軟的可靠性值。軟出解碼器提供關(guān)于輸出的比特符號的軟的可靠性輸出值。軟出可靠性值通常比軟入可靠性值更精確，因為它們可以在譯碼過程期間基于冗余信息即在該發(fā)射機(jī)在每個編碼步驟加上而改進(jìn)。
迭代地解映射(demapping)信號的方法和裝置在1998年4月3日提交的歐洲專利申請?zhí)?8302653.5中描述，其內(nèi)容引用在這里供參考。
CDMA(碼分多址)系統(tǒng)具有由不同的碼分開的多個用戶。用戶k的每個傳送比特由稱為‘片’的短比特號碼Nc代替，它們是根據(jù)特定用戶k的信道化代碼選擇的。在‘替代’之后，因為占用帶寬擴(kuò)展Nc倍，這個過程稱為‘?dāng)U展’，和CDMA系統(tǒng)常常稱為‘?dāng)U頻系統(tǒng)’。在擴(kuò)展之后，用于每個用戶的信號占用全部可用帶寬B。在接收機(jī)通過與適當(dāng)?shù)男诺阑a的相關(guān)性檢測有用的用戶。
多碼CDMA是在CDMA系統(tǒng)中提供更高的數(shù)據(jù)率給單個用戶的一種方法。特定的用戶被分配N個信道化代碼，而在常規(guī)的CDMA系統(tǒng)中僅僅具有一個信道化代碼。因此多碼用戶可以在比‘單個碼’用戶N倍高的數(shù)據(jù)速率傳送。在多碼發(fā)射機(jī)N個二進(jìn)制對映(antipodal)碼相加形成一個N+1級調(diào)幅的信號，代替單碼情況的二進(jìn)制對映的信號。
圖2表示一個常規(guī)的多碼CDMA(M-CDMA)單用戶發(fā)送機(jī)/接收機(jī)。來自數(shù)字源(例如具有來自麥克風(fēng)的模擬輸入信號的模-數(shù)變換器)的二進(jìn)制信號首先由信道編碼器編碼。信道編碼器的輸出通過一個交錯器，該交錯器改變輸入比特符號的順序，使得該信號更隨機(jī)的出現(xiàn)在隨后的處理級。在該交錯器之后，編碼的比特流由一個多路分解器(demux)(串行并行轉(zhuǎn)換)分成N個并行比特流。每個比特流1，...，N由一個長度Nc片的二進(jìn)制對映信道化代碼(碼字1，…，N)擴(kuò)展(即相乘)。典型地，N信道化代碼是正交的。在擴(kuò)展之后N個二進(jìn)制對映片流在片速率上相加形成調(diào)幅的(N+1級)片符號。因此N個編碼比特符號產(chǎn)生Nc個片符號。每塊的Nc片符號被稱為一個合成的多碼CDMA符號。作為選擇，在該片速率加擾可以適用于更加使該信號隨機(jī)化。典型地加擾序列是一個二進(jìn)制對映的偽隨機(jī)序列。然后合成的信號被放在傳輸信道上。
為了清楚起見，圖2僅僅表示基波處理，而對射頻的上變頻等等被省略了。為了描述簡單，我們假定一個實際的信號處理。然而，實際的信道化代碼也可以是復(fù)雜的信道化代碼，或者可以是一個復(fù)雜加擾序列。
關(guān)于該信道，該信號被加性噪聲或者任何其它噪聲形式失真了。
相應(yīng)地，在該接收機(jī)，該信號被解擾(作為選擇)并與N個信道化代碼(碼字1，..，N)相關(guān)。該相關(guān)包括與相應(yīng)的信道化代碼相乘和在Nc片上累加。在多路復(fù)用(并行串行變換)和去交錯之后，N個相關(guān)結(jié)果放到信道解碼器。最后，信息比特分別在該解碼器的輸出或者硬判斷設(shè)備是可用的。
正如在上面描述的，常規(guī)的CDMA和M-CDMA系統(tǒng)例如雖然迭代解碼，但是并沒有減少誤碼率(BER)。這樣對于CDMA或者M(jìn)-CDMA系統(tǒng)有一個要求，其中可以實現(xiàn)改進(jìn)的BER。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面提供一個CDMA系統(tǒng)，包括一個發(fā)射機(jī)，它包括用于處理傳送的所述CDMA信號的一個編碼器和一個比特交錯器；用于傳送所述處理的CDMA信號的裝置；用于接收所述傳送的CDMA信號的裝置；一個接收機(jī)，它包括用于處理所述接收的CDMA信號的一個比特去交錯器和一個解碼器；和其特征在于該發(fā)射機(jī)包括與該編碼器以及比特交錯器串聯(lián)連接的一個映射器，和該接收機(jī)包括與比特去交錯器以及解碼器串聯(lián)連接的一個解映射器。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面提供一個CDMA發(fā)射機(jī)，包括用于處理傳送的所述CDMA信號的一個編碼器和一個比特交錯器；用于傳送所述處理的CDMA信號的裝置；其特征在于該發(fā)射機(jī)包括與該編碼器以及比特交錯器串聯(lián)連接的一個映射器。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面提供一個CDMA接收機(jī)，包括用于接收所述傳送的CDMA信號的裝置；用于處理所述接收的CDMA信號的一個比特去交錯器和一個解碼器；以及其特征在于該接收機(jī)包括與該比特去交錯器以及解碼器串聯(lián)連接的一個解映射器。
在該接收機(jī)中，通過將該解碼器的輸出傳送回到解映射器執(zhí)行迭代解映射。該系統(tǒng)可以是一個多用戶CDMA系統(tǒng)，其中N個并行信道化代碼被認(rèn)為是最多N個不同的用戶的信道化代碼。該系統(tǒng)可以是一個多代碼CDMA系統(tǒng)，其中N個信道化代碼屬于至少一個用戶。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面提供傳送CDMA信號的一種方法，包括步驟產(chǎn)生傳送的CDMA信號；編碼和比特交錯所述CDMA信號；傳送所述編碼和交錯的CDMA信號；和其特征在于在被傳送之前編碼和交錯的CDMA信號被映射。
而且提供正如在上面描述的接收所傳送的CDMA信號的一種方法，包括接收傳送的CDMA信號；比特去交錯和解碼接收的CDMA信號；和其特征在于在去交錯和解碼之前解映射接收的CDMA信號。
CDMA信號通過重復(fù)比特去交錯、解碼和解映射步驟迭代地解映射。
通過在常規(guī)的發(fā)射機(jī)的多路分解器和N個并行CDMA信道的正交的擴(kuò)展之間插入一個映射器，在該接收機(jī)可以實現(xiàn)通過迭代解碼減少誤碼率。為此，在解擴(kuò)展之后該接收機(jī)必須執(zhí)行解映射操作。解映射器可以使用通過信道譯碼器獲得的先驗知識，使能夠迭代的解映射和解碼。
‘修改的’映射可以是任意的和僅僅需要不同于該‘相同的’映射。然而，能實現(xiàn)的性能堅決取決于選擇的‘修改的’映射。映射器不加冗余給該信號并且可以翻譯為一個二進(jìn)制塊編碼器與正交的CDMA擴(kuò)展組合的速率。然而，該擴(kuò)展不必是正交的。
迭代解映射和解碼減少了使用普通的信道編碼的多碼CDMA的誤碼率。
迭代解映射和解碼用于CDMA工作，只要在編碼器和擴(kuò)展/映射之間至少有一個比特符號交錯器。
因為保持展開碼的正交性，這種方法例如適合于在無線通信鏈路(基站到移動終端，多用戶發(fā)射機(jī))中同步的多用戶下行鏈路通信，以及用于異步的上行鏈路通信(移動終端到基站，單個用戶發(fā)射機(jī))。
本發(fā)明的一個實施例在下面和參見下列附圖描述，其中圖1表示使用串行鏈接編碼方案的一個發(fā)射機(jī)和接收機(jī)；圖2表示常規(guī)的多碼CDMA(M-CDMA)單個用戶發(fā)射機(jī)和接收機(jī)；圖3表示根據(jù)本發(fā)明的多碼CDMA(M-CDMA)單個用戶發(fā)射機(jī)和接收機(jī)。
在圖3的發(fā)射機(jī)10，二進(jìn)制隨機(jī)信號卷積地編碼11和饋送給隨機(jī)比特交錯器12，該隨機(jī)比特交錯器12交錯比特符號(可以使用任何信道代碼和任何編碼率，不僅僅卷積碼)。在交錯器之后，編碼的比特流由一個多路分解器13分成N個并行比特流，該多路分解器13執(zhí)行串行并行轉(zhuǎn)換。
映射器14執(zhí)行N比特對N比特映射操作。在映射之后，由長度Nc片的二進(jìn)制對映信道化代碼(碼字1，...，N)擴(kuò)展(即乘以乘數(shù)151至15N)每個比特流1，...，N。典型地，N個信道化代碼是正交的。在擴(kuò)展之后，碼字由加法器16以片速率相加。作為選擇二進(jìn)制對映加擾序列可以應(yīng)用(17)于更加使信號隨機(jī)化。
關(guān)于該信道，該符號被加性噪聲(由加法器18示出)或者任何其它噪聲形式失真。
在接收機(jī)20，該信號被解擾21(可選擇的)并與N個信道化代碼(碼字1，...，N)相關(guān)。該相關(guān)包括由乘數(shù)221至22N與相應(yīng)的信道化代碼相乘和在累加器231至23N中在Nc片上累加。N個相關(guān)結(jié)果由解映射器24用于計算N個多碼CDMA信道的傳送的編碼比特x0，..，N-1的對數(shù)似然比(也稱為L值)。
對數(shù)似然比在多路復(fù)用器25多路復(fù)用，由比特去交錯器26去交錯和放到后驗概率計算器27(APP)，或者任何其它SISO解碼器。在解碼之后，關(guān)于發(fā)送信息比特的估計在硬判斷設(shè)備的輸出通過取該信息比特的APP軟輸出值是可用的。
在迭代解映射/解碼路徑中，‘非固有的信息’通過該比特交錯器28和在輸入29作為先驗知識反饋給該解映射設(shè)備24?！枪逃械摹畔⑹窃谠摻獯a器的軟輸入/軟輸出值的差和描述通過該譯碼過程獲得的新的、在統(tǒng)計上獨立的信息(至少用于第一迭代)。該解映射設(shè)備可以利用來自解碼器的先驗知識用于進(jìn)一步迭代解碼步驟凈化它的輸出。
注意，在比特速率而不是片速率執(zhí)行迭代解碼，因此復(fù)雜性低。
為了簡單起見，下列描述假定實際的信號處理，單個傳播路徑和附加噪聲。擴(kuò)充到復(fù)雜信號處理，多路徑傳播和其它噪聲形式是簡單的?？紤]一個特定的合成多碼CDMA符號Z(具有Nc單元的矢量)的信號處理。
注意黑體字表示矢量。
在該發(fā)射機(jī)
NN映射器執(zhí)行N編碼比特(矢量x)映射到映射的編碼比特矢量xM＝map(x)，x＝(x0，...，xN-1)，xM＝(xM.0，...，xM，N-1)；xi，xM，i％∈{-1，+1}比特矢量x，xM被看作為具有從0到2N-1范圍內(nèi)的值的整數(shù)和例如對于x根據(jù)
(分別對于xM)計算，則對于N＝3，任意的映射可以由以下定義輸入x 映射輸出xM0512273140566374在映射以后，以沃爾什(Walsh)碼矩陣W＝(w0，..，wN-1)正交擴(kuò)展和以序列s進(jìn)行加擾。該傳送信號是y＝(xM·W)οs其中行矢量wi表示利用長度Nc片的Walsh矢量，i＝0...N-1；通常，‘循環(huán)乘法’表示兩個矢量的逐個分量的方式乘法；s是加擾序列矢量；在信道輸出接收的噪聲影響的合成的多碼CDMA符號是z＝(xM·W)οs + n具有噪聲矢量n。
在該接收機(jī)對于以該合成的多碼CDMA符號z傳送的每個編碼比特x0，...，xN-1，解映射器計算關(guān)于z條件的相應(yīng)比特的對數(shù)似然比(L值)。L值的絕對值表示比特判斷的可靠性。例如對于比特xk，該解映射器軟輸出是L值L(xk|z)=La(xk)+lnΣi=02H-1-1p(z|xk=1,xj,j=0··N-1,j≠k≡bin(i))·expΣj=0,j≠kbtxt(1.J)=1N-1La(xj)Σi=02H-1-1p(z|xk=0,xj,j=0··N-1,j≠k≡bin(i))·expΣj=0,j≠kbtxt(1,J)=1N-1La(xj)]]>在此xj，j＝0..N-1，j≠k≡bin(i)表示根據(jù)i的二進(jìn)制分解，變量xj，j＝0..N-1，j≠k的聯(lián)合事件取值0，1。例如對于N＝4，k＝1，i＝5，我們得到x3＝1，x2＝0和x0＝1。如果在i的二進(jìn)制分解中設(shè)置比特號
函數(shù)
取值‘1’，否則它是‘0’，具有
對于實際加性白色高斯噪聲信道p~(z|x^)=exp[1σ2·x^M·corr]]]>因此corr=(zos)·WT=xM·W·WT+(nos)·WT=Nc·xM+n~]]>表示在接收機(jī)輸入到解映射器的矢量N相關(guān)結(jié)果。
注意
是考慮的多碼CDMA符號的假設(shè)的接收映射編碼比特矢量，并且xM＝map(x)，實際傳送的碼。
進(jìn)一步表示σ2是在信道上的加性噪聲的功率。
‘ln’表示自然對數(shù)，‘exp’表示指數(shù)函數(shù)。例如對于未映射的編碼比特xk，先驗的L值是La(xk)=lnP[xk=1]P[xk=0]]]>注意，在第一解碼通過之后，比特x＝(x0，...，xN-1)的‘先驗’L值由SISO解碼器提供作為軟解映射設(shè)備的輸入。對于第一解碼通過這些值置0。
在La(xk)減法之后(參見圖3)僅僅所謂的解映射器的‘非固有的信息’被傳送到去交錯器和信道SISO解碼器。
對復(fù)雜信號處理的擴(kuò)充(I-/Q-信道)是簡單的。信道化代碼不需要是正交的。
此外，在多路徑信道環(huán)境(典型的對于無線通信信道)中的應(yīng)用對于本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見。應(yīng)用一個瑞克接收機(jī)以便補(bǔ)償多路徑傳播。用于相干檢測的瑞克接收機(jī)包括許多指形相關(guān)器(finger-corelator)(理想地，每個多路徑分量一個指狀物)。然后指形相關(guān)器的輸出在一個‘最大比合并器’中合并。然后在最大比合并器對‘合并的’相關(guān)結(jié)果處理之后執(zhí)行解映射。
分別在多碼CDMA信號或者多用戶CDMA信號中N個并行CDMA信道數(shù)目不必等于執(zhí)行映射的比特數(shù)目。而且，映射比特數(shù)目可以比N小或者大。數(shù)學(xué)描述和圖的適當(dāng)?shù)母淖儗τ诒绢I(lǐng)域的技術(shù)人員是顯而易見的。
權(quán)利要求
1.一個碼分多址系統(tǒng)，包括一個發(fā)射機(jī)，它包括用于處理被傳送的所述碼分多址信號的一個編碼器和一個比特交錯器；用于傳送所述處理的碼分多址信號的裝置；用于接收所述傳送的碼分多址信號的裝置；一個接收機(jī)，它包括用于處理所述接收的碼分多址信號的一個比特去交錯器和一個解碼器；以及其特征在于該發(fā)射機(jī)包括與該編碼器和比特交錯器串聯(lián)連接的一個映射器，和該接收機(jī)包括與該比特去交錯器和解碼器串聯(lián)連接的一個解映射器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征在于該接收機(jī)通過傳送該解碼器的輸出回到該解映射器執(zhí)行迭代解映射。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2的系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)是一個多用戶碼分多址系統(tǒng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的系統(tǒng)，其特征在于該發(fā)射機(jī)包括與該映射器串聯(lián)的一個多路分解器。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的系統(tǒng)，其特征在于該接收機(jī)包括與該解映射器串聯(lián)的一個多路復(fù)用器。
6.根據(jù)前面的任何一個權(quán)利要求的系統(tǒng)，其特征在于它是一個多碼CDMA系統(tǒng)。
7.一個碼分多址發(fā)射機(jī)，包括用于處理被傳送的所述碼分多址信號的一個編碼器和一個比特交錯器；用于傳送所述處理的碼分多址信號的裝置；其特征在于該發(fā)射機(jī)包括與該編碼器和比特交錯器串聯(lián)連接的一個映射器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的發(fā)射機(jī)，其特征在于它是一個多用戶碼分多址發(fā)射機(jī)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的系統(tǒng)，其特征在于它包括與該映射器串聯(lián)的一個多路分解器。
10.一個碼分多址接收機(jī)，包括用于接收所述傳送的碼分多址信號的裝置；用于處理所述接收的碼分多址信號的一個比特去交錯器和一個解碼器；和其特征在于該接收機(jī)包括與該比特去交錯器和解碼器串聯(lián)連接的一個解映射器。
11.根據(jù)權(quán)利要求4的接收機(jī)，其特征在于它通過將該解碼器的輸出傳送回到該解映射器執(zhí)行迭代解映射。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的接收機(jī)，其特征在于它是一個多用戶碼分多址接收機(jī)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的接收機(jī)，其特征在于它包括與該解映射器串聯(lián)的一個多路復(fù)用器。
14.一種傳送碼分多址信號的方法，包括步驟產(chǎn)生要傳送的碼分多址信號；編碼和比特交錯所述CDMA信號；傳送所述編碼的和交錯的碼分多址信號；并且其特征在于該編碼的和交錯的碼分多址信號在被傳送之前被映射。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的接收傳送的碼分多址信號的方法，包括接收該傳送的碼分多址信號；比特去交錯和解碼該接收的碼分多址信號；和其特征在于該接收的碼分多址信號在去交錯和解碼之前被解映射。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其特征在于該碼分多址信號是通過重復(fù)該比特去交錯、解碼和解映射步驟迭代地解映射。
17.根據(jù)權(quán)利要求14至16的方法，其特征在于該碼分多址信號是一個多用戶碼分多址信號。
18.根據(jù)權(quán)利要求14至17的方法，其特征在于該碼分多址信號是一個多碼碼分多址系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一個CDMA系統(tǒng),包括一個發(fā)射機(jī)和接收機(jī),例如用于數(shù)字無線通信系統(tǒng)中,特別涉及用于映射和解映射CDMA信號的方法和裝置。CDMA系統(tǒng)包括一個發(fā)射機(jī)和一個接收機(jī)。該發(fā)射機(jī)包括用于處理被傳送的所述CDMA信號的一個編碼器和一個比特交錯器,與該編碼器和比特交錯器串聯(lián)連接的一個映射器,以及用于傳送所述處理的CDMA信號的裝置。該接收機(jī)包括用于接收所述傳送的CDMA信號的裝置,用于處理所述接收的CDMA信號的一個比特去交錯器和一個解碼器,以及與該比特去交錯器和解碼器串聯(lián)連接的一個解映射器。在該接收機(jī)中通過將該解碼器的輸出傳送回到該解映射器可以執(zhí)行迭代解映射。還公開了一種對應(yīng)的方法。
文檔編號H04B1/707GK1250284SQ9911792
公開日2000年4月12日 申請日期1999年8月18日 優(yōu)先權(quán)日1998年8月21日
發(fā)明者斯蒂芬·T·布林克 申請人:朗迅科技公司