CN101088225A - 红外脉冲位置调制系统的错误检测和纠正 - Google Patents

红外脉冲位置调制系统的错误检测和纠正 Download PDF

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CN101088225A CNA2005800394125A CN200580039412A CN101088225A CN 101088225 A CN101088225 A CN 101088225A CN A2005800394125 A CNA2005800394125 A CN A2005800394125A CN 200580039412 A CN200580039412 A CN 200580039412A CN 101088225 A CN101088225 A CN 101088225A
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Abstract

一种对无线媒体上的数据进行编码、发射和解码的基带方法，包括：选择表示码元的比特数目N，创建至少2的N次幂个相等大小的码字的集合，其具有大于N的比特数目，表示N比特码元的2的N次幂个可能的组合；接收数据流；将来自数据流的每个N比特码元替换为来自所创建集合的其代表码字；使用较快的传输比特速率来发射所述码字，由此给每个码字分配的传输时间基本上与所需用于发射其所替换的初始比特的持续时间相同。

Description

红外脉冲位置调制系统的错误检测和纠正
相关申请
本申请要求2005年1月6日提交的美国临时申请No.60/641,887的优先权。
发明领域
本发明通常涉及一种对无线传输编码和解码的鲁棒(robust)的方法。
背景技术
在设备的不同部分之间和/或不同设备之间使用无线通信具有许多优点。无线通信简化了安装。其消除了在设备之间布缆或布线的需要，并且消除了识别和安装特定连接插口的需要。其允许安置设备时的较大的自由度，并且允许使用移动或手持设备。该设备的某些示例是用于TV(或其他设备)的遥控、计算机及其输入和/或输出外围设备(例如，鼠标、键盘、屏幕、打印机)、以及音频源设备及其各自的环绕扬声器。
通常，无线设备使用RF(射频)或IR(红外)技术。在某些特性上，RF具有优于IR的优点，而在某些特性上，IR具有优于RF的优点。典型地，RF能够支持较长范围的传输以及穿过墙壁和其他不透明物体的传输。这对于诸如无线(无绳)电话的设备是有用的，其可以在房屋中各处使用，或者对于无线计算机网络是有用的。相反地，IR通常限于单一的房间或封闭空间。多种物体和表面使IR传输反射和散射。IR传输穿透玻璃，但是不穿透墙壁。典型地，由于IR使用光学载体用于在无线媒体上传输，因此IR受到比RF少的干扰的困扰。特别地，其中IR进行操作的房间或封闭空间外部的设备对其的干扰几乎为零。由于较不易于自封闭空间外部窃听IR，因此IR是更加安全的。这些特性使其对于在单一房间/封闭空间中发挥作用的设备是理想的，例如遥控、计算机的输入和输出外围设备、用于家庭影院系统的无线扬声器以及无线视频系统(如数字TV)。
在应用IR无线通信时，存在数种类型的实现方案。存在如下的实现方案，其中收发信机(发射机和接收机)需要相互瞄准(被称为直接IR)，并且还存在如下的实现方案，其中收发信机不需要相互瞄准(被称为非直接IR)。存在如下的实现方案，其需要保持通信中的收发信机之间的无阻隔的直线对传(line of site)(LOS)，还存在如下的实现方案，其不需要通信中的收发信机之间的无阻隔的直线对传(LOS)(尽管它们可能需要指向其他的收发信机)。同时非直接和非LOS的连接被称为散射连接(diffused connection)。散射连接是最灵活的，这是因为其允许收发信机在房间或封闭空间周围的相对宽松的部署。其他方面，由于散射红外信号受到比直接和视线中的无线光学通信系统更大的损耗的困扰，因此散射连接典型地需要来自收发信机发射机部分的较大功率发射。
应当注意到，尽管IR传输通常不会受到公知的RF干扰，但是其仍可能受到自然和人工环境光源的影响，诸如日光、等离子体TV发射和电子镇流荧光灯的影响。在基带无线光学通信系统中，通常通过在无线媒体上发送短的脉冲(其模拟ON(‘1’)和OFF(‘0’)‘比特’值)，来管理通信。典型地，该环境光源，通过光学和电子噪声干扰机制，可以使‘1’(ON)比特值移位一个全比特位置，移位到相邻的比特位置(左侧或右侧)，使得‘1’(ON)比特值被检测为‘0’(OFF)比特值，并且相邻的‘0’(OFF)比特值被检测为‘1’(ON)比特值(例如，两个错误)。这可被称为全比特位置抖动。相似的现象可以发生在多路径传播红外系统中，特别是在散射连接或信道中，其受到多个散射反射的困扰。该现象通常被称为码元间干扰，或者ISI。此外，收发信机的接收机部分中的检测器平面上的IR信号强度取决于通信中的收发信机之间(例如，直接的、反射的)光学路径的距离和几何特征。光学信号在发射机和接收机之间需要穿越的距离和/或反弹的数目越大，该链路就越易于出错，这是因为信号强度典型地随着距离的平方而劣化。作为示例，到达接收机处的‘1’(ON)比特值可能非常弱，以致于接收机的检测电路错误地将其检测为‘0’(OFF)比特值。这被称为脉冲删除(pulse erasure)。相似地，‘0’(OFF)比特值可能受到以下影响，即，额外的噪声和干扰使其错误地被检测为‘1’(ON)比特值。这被称为外来脉冲。
典型地，作为二进制比特(脉冲)的原始通信数据的直接传输，如简单的开关键控(OOK)基带调制，是有问题的，这是因为多种接收电路(例如，接收机设备中使用的用于滤除低频噪声的高通滤波器)趋向于在处理长的连续的‘1’(ON)或‘0’(OFF)比特值的序列时具有困难。为了克服该问题，实际上通常使用多种更复杂的基带调制技术对原始二进制数据编码，所述基带调制技术例如：Manchester调制、L-Ary脉冲位置调制(LPPM)或差分PPM(DPPM)、以及游程长度受限(RLL)调制技术。在这些技术中，对于任何传入的原始通信数据，连续的‘1’(ON)和‘0’(OFF)比特值的长度具有特定的预定值。
多种类型的PPM以及相关的或相似的方法，被称为基带调制技术，这是因为，原始数据比特被转换为或直接映射到其他调制信号，且ON脉冲表示‘1’比特值，并且缺失ON脉冲表示‘0’比特值。在基带调制技术中，原始数据比特未在基于高频的载波上调制，如RF无线系统中典型执行的。PPM是正交基带调制技术，其以增加的带宽要求为代价，相比于OOK提供了下降的平均功率要求。在PPM中，通过以下方式对被称为码元的固定数目N个比特进行编码，其具有2N(2的N次幂)个可能的值，所述方式是，将N比特码元的持续时间分为2N个时间位置，其被称为码片，并且在表示初始N比特码元信号的时间位置(码片)之一中发射脉冲(例如，‘1’值码片)。作为示例，具有4个可能值(例如，‘00’、‘01’、‘10’和‘11’)的2比特码元由4个半比特时间位置(码片)表示，其中每个位置直接表示4个可能码元值中的一个。相似地，具有24＝16个可能值(例如，‘0000’、‘0001’、‘0010’、...、 ‘1111’)的4比特码元由16个四分之一比特时间位置(码片)表示，其中每个位置直接表示16个可能的码元值中的一个。
PPM调制的使用导致了N比特码元任何可能值的总持续时间中的单一的短脉冲(‘1’码片值)。例如，4比特码元‘0000’由16个可能码片位置的串的第一位置处的单一短脉冲表示，并且‘1111’由16个可能码片位置的串的最末位置处的单一短脉冲表示。从原始数据码元到基带调制码片的转换表示，通常被称为表示初始比特(或码元)集合的码字。
PPM调制码字具有与初始原始数据码元相同的持续时间，然而所需用于在无线媒体上传输的能量典型地减少，这是因为，所有可能的码元值由单一的短脉冲(码片)表示，例如，‘1111’由短脉冲(‘1’)表示，其是初始原始数据码元(‘1111’)的(时间和能量)大小的十六分之一。此外，在映射到PPM码字之后，每个码元包括单一的脉冲(码片)，相比于初始比特表示，其更易于由接收机设备处理，其根据原始数据比特值可以不具有脉冲(‘0000’)或者具有长度变化的脉冲(例如‘1100’)。
在将这些传输发射到多个接收机的系统、和/或需要对这些传输采取即时动作的系统中，如实时流媒体设备(例如，向该途径中的下一设备馈送流类型的通信)，如果错误地接收了传输，则通常不能实现用于请求重新传输的简单系统。典型地，可以使用错误检测方法来识别传输具有错误，例如通过发射CRC或者校验和字段，其用于对传输数据进行鉴权，并且如果检测到相异之处，则证明了存在错误。在被称为前向纠错(FEC)方法的更先进的技术中，方式额外的冗余数据(例如，典型地是奇偶比特集合)，以允许检测某些错误并且纠正这些错误中的一部分。典型地，FEC技术中使用的冗余内容取决于无线传输信道的特性、所使用的特定调制技术、以及无线媒体上的可接受指明无线系统比特错误率(BER)。
通常，当发射基带(例如，脉动)红外无线传输信息时，通信中的收发信机之间的距离越大、或者环境噪声越大(例如，直接日光、人工光源)，则初始发送的无线信号中出现的错误数目就越多。在出现错误时，典型地，克服传输错误(达到特定的程度)需要重新传输数据，或者需要传输额外的冗余比特，以协助前向纠错方案。从发射机的数据重新传输使无线链路的有效带宽严重劣化，并且限制了无线红外系统的实现可行性，特别是对于流类型的系统，如无线音频和视频系统。
发明内容
本发明的实施例的一个方面涉及一种对用于在无线光学链路上传输的数据编码的系统和方法，其允许在接收机处使用解码器检测和纠正发射数据中的错误，因此提供了更加鲁棒的无线光学通信系统。可选地，该编码方法能够扩展光学无线通信系统的操作范围，和/或扩展其在噪声较大的环境中的使用。
在本发明的示例性实施例中，该编码方法将来自原始数据比特流的选定数目的比特替换为较大数目的较短比特(称为码片)，因此形成了码字。该编码方法调制该码字，用于在无线媒体上传输，由此每个码字的传输持续时间耗用了与其所替换的初始原始数据比特相同的时间。
在本发明的示例性实施例中，码字使得接收的解码器能够检测和纠正码字中的错误，并且随后将码字解调为初始发送的码元，其中错误是码字中的单一的反转码片。在本发明的某些实施例中，可以纠正多于一个反转码片的错误。
在本发明的示例性实施例中，可由接收机的解码器纠正码字中的任何全码片位置抖动，其中该抖动的特征在于这样的单一‘1’值码片，该‘1’值码片将位置移位至其左侧或右侧的码片位置。
在本发明的示例性实施例中，所使用的该系统和方法是在收发信机的发射机中实现的、产生用于传输的码字的集成调制和错误纠正编码技术，以及是在收发信机的接收机中实现的、产生纠正的初始码元或者在不可实现错误检测和纠正时产生错误指示的集成解调和错误纠正解码技术。
在本发明的某些实施例中，N比特码元被替换为相关联的码字，其中N是2比特、3比特、4比特或者多于4比特。在本发明的示例性实施例中，创建2的N次幂个码字的集合，用于将N比特码元的所有可能的组合映射到码字。在本发明的某些实施例中，使用额外的专用的非数据码字传送控制信息。
在本发明的示例性实施例中，从整数个元素(其在此处被称为超比特)构建每个码字，其包括具有‘000’或‘010’形式的三个码片。形式‘000’被称为零(‘0’)值超比特，并且形式‘010’被称为一(‘1’)值超比特。
在本发明的示例性实施例中，每个码字包括至少一个‘1’值超比特。可选地，各码字均不具有两个连续的‘1’值超比特。
在本发明的示例性实施例中，所有码字具有相同数目的‘1’值超比特。
在本发明的示例性实施例中，所有码字具有相同数目的超比特。可选地，与2N个N比特初始码元相关联的码字的总体集合中的选定数目的‘1’值超比特是可以满足下列限制的最小数目：
1.每个码字包括至少一个‘1’值超比特。
2.各码字均不具有两个连续的‘1’值超比特。
3.码字集合中的每个码字不同于其他的码字，由此对于一个码字转变为其他码字，需要至少三个码片反转(其被称为，Hamming距离为3)。
因此，根据本发明的示例性实施例，提供了一种对无线媒体上的数据进行编码、发射和解码的基带方法，包括：
选择表示码元的比特数目N；
创建至少2的N次幂个相等大小的码字的集合，其具有大于N的比特数目，表示N比特码元的至少2的N次幂个可能的组合；
接收数据流；
将来自数据流的每个N比特码元替换为来自所创建的集合的其代表码字；
使用较快的传输比特速率发射该码字，由此对每个码字分配的传输时间基本上与所需用于传输其所替换的初始比特的持续时间相同；
其中每个码字被选择为，由接收机实现码字中的至少一个反转比特错误的解调、解码、检测和纠正，以获得初始发射的码元；并且
其中每个码字被选择为，由接收机实现码字中的任何全比特抖动错误的解调、解码、检测和纠正，以获得初始发射的码元。
在本发明的某些实施例中，由整数个元素构建每个码字，其被称为超比特，每个元素包括具有‘000’或‘010’形式的三个比特。可选地，每个码字包括具有值‘010’的至少一个超比特。
在本发明的某些实施例中，各码字均不具有两个连续带有值‘010’的超比特。可选地，码字中的ON(‘1’)比特的最大数目不大于最密集比特填充的码字中的码字总比特的16.66％。
在本发明的某些实施例中，集合中的每个码字不同于集合中的所有其他码字，由此对于一个码字转变为其他码字，需要至少三个比特值反转。可选地，码字中的超比特数目是满足下列限制的最小数目：
a.每个码字包括具有值‘010’的至少一个超比特；
b.各码字均不具有带有值‘010’的两个连续的超比特；
c.集合中的每个码字不同于集合中的所有其他码字，由此，对于一个码字转变为其他码字，需要至少三个超比特值反转。
在本发明的某些实施例中，接收机同时地检测和纠正所接收传输中的一个反转超比特错误，并且额外地检测和纠正任何全比特位置抖动错误。可选地，无线媒体是光学红外媒体。
在本发明的某些实施例中，码字集合包括2的N次幂个码字。可选地，码字集合包括多于2的N次幂个码字。
在本发明的某些实施例中，码字集合中的某些码字用于控制目的。可选地，N等于2。可替换地，N大于2。
在本发明的某些实施例中，通过减少用于传输ON(‘1’)比特值的持续时间，实现了较快的传输比特速率。可选地，解码过程使用查找表用于检测和纠正错误。
在本发明的某些实施例中，解码过程使用Boolean逻辑用于检测和纠正错误。可选地，如果码字中的错误是不可纠正的，则解码过程产生缺省码元。
在本发明的某些实施例中，解调和解码过程是同时执行的。
因此，此外，根据本发明的示例性实施例，提供了一种无线光学通信系统，包括：
无线发射机；
一个或多个无线接收机；
其中无线发射机接收数据流，并且对其编码和调制，用于传输到一个或多个无线接收机；并且
其中所述编码包括：
选择包括码元的比特数目N；
创建至少2的N次幂个相等大小的码字的集合，其具有大于N的比特数目，表示N比特码元的2的N次幂个可能的组合；
接收数据流；
将来自数据流的每个N比特码元替换为来自所创建集合的其代表码字；
使用较快的传输比特速率来发射码字，由此给每个码字分配的传输时间基本上与所需用于发射其所替换的初始比特的持续时间相同；
其中每个码字被选择为，由接收机实现码字中的至少一个反转比特错误的解调、解码、检测和纠正，以获得初始发射的码元；并且
其中每个码字被选择为，由接收机实现码字中的任何全比特抖动错误的解调、解码、检测和纠正，以获得初始发射的码元。
在本发明的某些实施例中，光学无线通信系统使用红外波长。可选地，解调和解码是同时执行的。
附图简述
通过下面的详细描述，结合附图，将更加全面地理解和认识本发明。在多于一个图中中出现的相同的结构、元件或部件，通常在其出现的所有的图中标有相同或相似的数字，其中：
图1是根据本发明的示例性实施例的无线通信系统的示意性说明；
图2是根据本发明的示例性实施例的发射和接收数据的过程的流程图；
图3是根据本发明示例性实施例的2比特码元的示例性码字编码；
图4是表，该表是根据本发明的示例性实施例，超比特级别上的接收编码无线信号的可能值、及其基于针对所有可能初始码字的比较结果的所表示的最可能的初始码元，以及根据接收的错误的最小数目的判定结果；并且
图5是根据本发明的示例性实施例的4个码字的20个集合的族列表，其与特定的限制一致。
具体实施方式
图1是根据本发明的示例性实施例的无线光学通信系统100的示意性说明。在本发明的示例性实施例中，系统100包括IR无线发射机80和IR无线接收机90。可选地，IR无线发射机80接收来自数据源10的数据，并且向IR无线接收机90发射无线数据信号40。在本发明的示例性实施例中，无线数据信号40可能受到物理现象的影响，例如周围自然光或者房间或封闭空间中的人工光、或者受到发射机和接收机之间的距离的影响，引起了无线数据信号40的衰减并且因此引起了IR无线接收机90接收的信号中的错误。在本发明的示例性实施例中，使用鲁棒调制和编码方法对无线数据信号40编码，其包括替换初始数据中特定数目的比特(例如，码元)的码字。该鲁棒的编码方法使得IR无线接收机90能够解调接并且检测接收信号中的错误的存在，并且纠正某些错误，例如码元间干扰(ISI)和/或每个码字的一个或多个比特的反转。在本发明的示例性实施例中，IR无线接收机90解调并且检测和纠正接收的无线数据信号40，并且将其传递到其所嵌入的设备的数据宿70。
在本发明的示例性实施例中，IR无线发射机80包括数据处理单元20和光学前端30。可选地，数据处理单元20接受来自数据源10的数据，处理该数据(例如，提供进一步的数字信号处理、数据组帧、附加多种控制比特等)，并且然后调制和编码该数据，并将该数据提供给光学前端30，以将该数据作为无线数据信号40发射到IR无线接收机90。在本发明的示例性实施例中，光学前端30包括用于发射红外光信号的元件，如本领域中公知的，例如激光器、激光二极管或光发射二极管(LED)。
在本发明的示例性实施例中，IR无线接收机90包括光学前端50，用于接收无线数据信号40。可选地，光学前端50包括用于接收红外光信号的元件，如本领域中公知的，例如光敏光电二极管传感器。光学前端50接收无线信号40并且将该信号提供给数据处理单元60，用于解码和解调，并且随后可选地用于进一步的处理(例如，除去控制比特并据此执行动作、解帧、和额外的数字信号处理)，以便于全面地重新构建自数据源10接收的初始数据。
图2是根据本发明的示例性实施例的发射和接收数据的过程的流程图200。在本发明的示例性实施例中，数据源10向IR无线发射机80提供数据流210。可选地，数据处理单元20将数据流分为(220)有限个块，例如4、8、16或128个或更多比特，以实现数据的调制和编码。在现有技术的系统中，将例如使用FEC编码方法(例如，典型地使用冗余奇偶比特)对这些块编码，并且随后例如使用PPM对其调制用于传输。典型地，在如无线数据信号40的传输中，在有噪声的无线媒体上，噪声和干扰将损坏某些数据比特，可能导致无意义的码字(例如，全是零)。在该情况中，由于最初解调是不可行的，因此该类型的FEC技术不能工作，并且需要可能比PPM更加鲁棒的解决方案(例如，传输额外的码字用于执行码字之间的奇偶检查)。
在本发明的示例性实施例中，并入了提供同时调制和编码的码，以实现鲁棒的基带通信(230)。在本发明的示例性实施例中，块中的每N个比特(被称为码元)被转换为码字，其具有较大数目L个码片(其中码片表示具有较短传输脉冲持续时间的比特值)，以实现无线媒体上的无线数据信号40的调制。此外，码字编码实现了IR无线接收机90处的解调、错误检测和错误纠正。实现该码的方法并入了较高速率和带宽处的L个码片的传输，由此在与初始N个比特相同的时间帧持续时间中发射映射的码字，例如，2比特被编码为18个码片的码字，其中每个码片在N/L＝2/18＝1/9的比特持续时间处发射(即比比特的速率快9倍)。相似地，用于‘1’值码片传输的能量同样与用于方式比特的能量成比例(例如，能量的1/9)。
在本发明的示例性实施例中，码字被传送到光学前端30并且作为无线数据信号40发射(240)。可选地，由IR无线接收机90的光学前端50接收(250)该传输，并且将其提供给IR无线接收机90的数据处理单元60。
在本发明的示例性实施例中，数据处理单元60将传入的无线数据信号40接合(260)为码字，并且随后将该码字解调和解码(270)为码元。可选地，解码包括：检测和纠正码元间干扰、和/或全码片位置抖动、以及码片反转错误(例如，由外来脉冲或脉冲删除导致的码片反转)。
在本发明的示例性实施例中，在同时将码字解调和解码为初始码元和纠正码字错误之后，重新构建(280)初始数据块，以重现与数据流210相同的数据流290。
在本发明的示例性实施例中，使用上文的方法以及下文描述的编码和解码方案，将使系统100能够克服第一级别的错误，例如每个码字中的一个单一码片反转以及‘1’值码片的所有全码片位置抖动。可选地，可以将出于错误纠正目的的额外数据添加到每个块或者每数个块，以便于允许对除了这些错误以外的错误的纠正。在本发明的示例性实施例中，使用上文的方法以及编码和解码方案，实现了系统100的使用范围的扩展，并且/或者使得系统100能够用于不太理想的条件，例如在其沉浸在周围强光中时。
在下面的描述中，更加详细地描述了调制和编码方法。图3是根据本发明的示例性实施例的包括2个比特的初始码元的示例性18码片码字编码。在本发明的示例性实施例中，四个可能的码元值的每一个由六比特值序列表示。可选地，六比特值序列中的每个值被称为超比特，其中零(‘0’)值由‘000’码片序列替换，并且一(‘1’)值由‘010’码片序列替换，因此形成了18码片码字，用于表示包括2个初始数据比特的码元。
在本发明的示例性实施例中，每个码字的特征为：
1.每个码字包括至少一个‘1’值超比特，以防止长的零分布。
2.将所有4个码字的总体中的‘1’值超比特的平均数目限制为2，对于所有码字给出了总共八个‘1’值超比特。这使所需用于使用码字发射基带无线数据信号的能量最小，产生了略大于11％的‘1’值码片平均占空比，这是因为8/72码片值＝1/9，其中72＝4×18。该占空比被定义为所有码字中‘1’值码片的和与所有码字中码片总数目之间的比。
3.将每个码字中的‘1’码片的最大数目限制为3，以便于保持所需用于发射码字的能量的预定最大限制，如无线通信系统典型需要的。码字中的每个‘1’值码片具有‘1’ON比特值的能量的1/9。上文的限制导致了用于数据传输的低占空比，产生了数据中的16.66％的最大占空比，其完全由最密集码片填充的码字组成。
4.每个码字与所有其他码字之间相互区分，由此对于码字转变为其他码字，需要至少3个码片值反转，(这被称为，Hamming距离为3)。结果，可以对具有一个码片反转的任何码字进行解调、检测和纠正，这是因为通过要求至少两个更多的反转，该码字将区别于其他的码字。
5.每个‘1’值码片之前和之后有‘0’值码片，因此构建了‘1’超比特，以允许解码器识别‘1’值码片，甚至是在其完全抖动到左边或右边的码片位置的情况中，也使得能够纠正该类型的错误。可选地，抖动纠正是对比特反转(诸如脉冲删除或出现外来脉冲)产生的额外单一错误纠正之外的额外纠正。
6.各码字均不具有两个连续的‘1’值超比特。该限制降低了在无线信道上出现错误的概率，这是因为在码字中‘1’值码片之间存在最小距离(例如，5个‘0’值码片)，并且使ISI的影响最小。当在无线媒体上发射时，‘1’值码片恢复模拟域表述。在模拟域中，这些码片是这样的脉冲，该脉冲具有在码片持续时间之后保持活动的模拟“尾部”。当‘1’值码片过于接近在一起时，‘1’值码片的尾部可能不利地影响下一‘1’值码片，并且使其失真，引起了ISI和/或其他错误。在图3中示出的码字的情况中，仅在表示码元‘11’或码元‘10’的码字跟随在表示码元‘01’的码字之后的情况中，才出现连续的‘1’值超比特。该组合的概率在统计上低于连续的‘1’值超比特的出现概率(如果允许它们存在于码字中)。
应当注意到，图3中呈现的码是满足上面条件的许多个可能组合中的一个；因此与上面的要求一致的其他4个码字的集合也是可行的。
图5是根据本发明的示例性实施例、与上面的限制一致的N＝2的4个码字的20个集合的族列表。
在本发明的示例性实施例中，上面的编码概念适用于3比特码元、4比特码元、或者每码元的任何其他比特数目。在一般情况中，要求具有下列形式的码：
1.由表示N比特码元的2N个可能组合的2N(2的N次幂)个码字组成。
2.每个码字包括J个超比特，其中J是预先选定的超比特的数目，可以找到其的满足下列要求的2N个码字的集合：
a.每个码字包括至少一个‘1’值超比特。
b.每个码字不同于所有其他的码字，由此，为了使一个码字转变为其他码字，需要3个超比特中的至少三个码片反转(例如，码字具有为3的Hamming距离)。
c.任何码字中不存在连续的‘1’值超比特。
在本发明的某些实施例中，J被选择为满足上面的要求的最小数目，以便于使带宽要求最小。可选地，J的值越大，则‘1’值码片的宽度越短，并且其能量越低。较短的‘1’值码片需要较高的带宽以及收发信机使用的较快和较昂贵的通信元件。
在本发明的某些实施例中，将一个或多个码字添加到2N个码字的码字集合，以允许传送控制信息。
在本发明的示例性实施例中，通过确定接收码字所表示的N比特码元，对该接收码字进行解码。图4是表，该表是根据本发明的示例性实施例，使用图3的码在无线媒体上接收的编码无线数据信号的可能值(以具有6个超比特值的超比特形式表示)，以及其所表示的最可能的2比特码元。可选地，通过查找图4中的表对接收信号解码。
在本发明的某些实施例中，解码是基于将编码的接收码字(具有超比特形式)同所有可能初始码字的超比特表述进行比较，并且通过选择需要最小的错误量用于转化为接收码字的码字，例如将接收码字转变为每个初始码字所需的最小比特反转数目，来判定哪个码字是预期的码字。一旦确定了预期码字，则可以容易地将其转换为来自数据流的初始码元。在本发明的某些实施例中，形成了Boolean方程集合，如本领域中公知的，用于简化判定过程。可选地，作为将接收码字同表进行比较的替换(例如，如图4中示出的)，将码字的码片值提供给Boolean方程，并且该方程的结果是初始码元，应响应于码字来选择该初始码元。
在本发明的示例性实施例中，在有噪声的无线媒体上发射的如上文所述编码的无线数据信号40可能受到全码片位置抖动和/或比特反转的困扰。可选地，由于可以容易地纠正无效超比特值(例如，‘1’码片值向右或向左移位一个码片位置)的接收，因此超比特的使用允许全码片位置抖动的完整的检测和纠正。可选地，通过比较接收编码信号(如图4中所示)和所有初始合法码字之间的差异，或者使用Boolean方程，按照如上文所述的方式处理合法超比特值的反转(例如，从‘000’至‘010’或者‘010’至‘000’)。假设同所有其他初始码字相比，错误码字具有最小的超比特错误量的(例如1)，由此可以纠正许多该编码错误的码字。
在本发明的示例性实施例中，某些接收编码信号与所有码字的不同之处在于多于一个超比特反转错误。可选地，可以通过选择最接近的码字或者最接近的码字之一，来纠正该错误。可替换地，系统100可以将该情况视为错误，其被丢弃或者需要重新传输。可替换地，在不能选择有意义的解码码元的情况中，系统100可以选择待解码的恒量码元(选自2N个可能码元)。对于2比特码元，这将产生25％的平均成功率。应当注意，某些类型的数据和信息内容可以容忍偶然的错误值(例如，音频或视频数据)。相反地，某些系统不能容忍错误，并且将需要纠正错误(例如，通过重新传输)，或者将向用户给出指出系统不能工作的指示，例如IR无线接收机90将接通指出接收失败的LED。
在本发明的某些实施例中，通过移除这样的一个或多个码片，该码片在所有码字中的相同码片位置中具有‘0’值，来将最优的鲁棒码字集合替换为次最优的鲁棒码字集合。可选地，这以码的鲁棒性为代价，减少了每个码字发射的码片值数目，并且因此减少了所需的带宽。通过使用图3中的6超比特码，产生了该码的示例，每个码字中18个码片替换为16个码片，其中通过移除紧邻最末一个超比特的‘0’值码片，将该码扩展为16个码片而非18个码片。可选地，紧邻最末一个的超比特将共享其近邻的周围‘0’值码片，用于错误检测和纠正。相对于18码片的码，作为移除的‘0’码片值的结果，16码片的码在纠正错误时受到更多的限制，所述错误诸如全码片位置抖动或码片反转错误。
应当认识到，可以通过许多方式改变上文描述的方法和装置，包括省略或添加步骤、改变步骤的顺序和所使用的设备的类型。应当认识到，可以通过不同的方式组合不同的特征。特别地，在本发明的每个实施例中，并非上文具体实施例中示出的所有特征均是必要的。上文特征的其他组合也应被视为在本发明的某些实施例的范围内。
出于协助浏览的目的提供了章节的标题，并且其不应被视为对章节内容的必需限制。
本领域的技术人员应当认识到，本发明不限于上文具体示出和描述的内容。相反地，本发明的范围仅由所附权利要求限定。

Claims (22)

1.一种对无线媒体上的数据进行编码、发射和解码的基带方法，包括：
选择表示码元的比特数目N；
创建至少2的N次幂个相等大小的码字的集合，其具有大于N的比特数目，表示N比特码元的2的N次幂个可能的组合；
接收数据流；
将来自所述数据流的每个N比特码元替换为来自所述创建集合的其代表码字；
使用较快的传输比特速率来发射所述码字，由此给每个码字分配的传输时间基本上与所需用于发射其替换的初始比特的持续时间相同；
其中每个码字被选择为，由接收机实现所述码字中的至少一个反转比特错误的解调、解码、检测和纠正，以获得初始发射的码元；并且
其中每个码字被选择为，由接收机实现所述码字中的任何全比特抖动错误的解调、解码、检测和纠正，以获得初始发射的码元。
2.如权利要求1所述的方法，其中每个码字由整数个被称为超比特的元素构建，每个元素包括具有‘000’或‘010’形式的三个比特。
3.如权利要求2所述的方法，其中每个码字包括至少一个具有值‘010’的超比特。
4.如权利要求2所述的方法，其中各码字均不具有带有值‘010’的两个连续的超比特。
5.如权利要求2所述的方法，其中码字中的ON(‘1’)比特的最大数目不大于最密集比特填充的码字中的码字的总比特的16.66％。
6.如任何一项前述权利要求所述的方法，其中所述集合中的每个码字不同于所述集合中的所有其他码字，由此对于一个码字转变为其他码字，需要至少三个比特值反转。
7.如权利要求2所述的方法，其中码字中的超比特的数目是满足下列限制的最小数目：
a.每个码字包括至少一个具有值‘010’的超比特；
b.各码字均不具有带有值‘010’的两个连续的超比特；
c.所述集合中的每个码字不同于所述集合中的所有其他码字，由此对于一个码字转变为其他码字，需要至少三个超比特值反转。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述接收机同时地检测和纠正所接收传输中的一个反转超比特错误，并且额外地检测和纠正任何全比特位置抖动错误。
9.如权利要求1所述的方法，其中无线媒体是光学红外媒体。
10.如权利要求1所述的方法，其中所述码字集合包括2的N次幂个码字。
11.如权利要求1所述的方法，其中所述码字集合包括多于2的N次幂个码字。
12.如权利要求11所述的方法，其中所述码字集合中的某些码字用于控制目的。
13.如权利要求1所述的方法，其中N等于2。
14.如权利要求1所述的方法，其中N大于2。
15.如权利要求1所述的方法，其中通过减少用于发射ON(‘1’)比特值的持续时间，实现了所述较快的传输比特速率。
16.如权利要求1所述的方法，其中所述解码过程使用查找表用于检测和纠正错误。
17.如权利要求1所述的方法，其中所述解码过程使用Boolean逻辑用于检测和纠正错误。
18.如权利要求1所述的方法，其中如果码字中的错误是不可纠正的，则所述解码过程产生缺省码元。
19.如权利要求1所述的方法，其中所述解调和解码过程是同时执行的。
20.一种无线光学通信系统，包括：
无线发射机；
一个或多个无线接收机；
其中所述无线发射机接收数据流，并且对其编码和调制，用于传输到所述一个或多个无线接收机；并且
其中所述编码包括：
选择包括码元的比特数目N；
创建至少2的N次幂个相等大小的码字的集合，其具有大于N的比特数目，表示N比特码元的2的N次幂个可能的组合；
接收数据流；
将来自所述数据流的每个N比特码元替换为来自所述所创建集合的其代表码字；
使用较快的传输比特速率来发射所述码字，由此为每个码字分配的传输时间基本上与所需用于发射其所替换的初始比特的持续时间相同；
其中每个码字被选择为，由接收机实现所述码字中的至少一个反转比特错误的解调、解码、检测和纠正，以获得初始发射的码元；并且
其中每个码字被选择为，由接收机实现所述码字中的任何全比特抖动错误的解调、解码、检测和纠正，以获得初始发射的码元。
21.如权利要求20所述的系统，其中所述光学无线通信系统使用红外波长。
22.如权利要求20所述的系统，其中所述解调和解码是同时执行的。
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