CN102356558B - 以混洗哈达玛函数对信号进行编码 - Google Patents

Abstract

一种方法可以包括：在电子发射机设备处接收与多个预定数据值中的一个相对应的第一数据值，以通信到电子接收机设备；从具有其行已被随机或伪随机混洗的2^N×2^N哈达玛矩阵的形式的数据位矩阵，识别与第一数据值相关联的数据位列；以及替代第一数据值，将所识别的数据位列传输给电子接收机设备。该方法可以进一步包括：在电子接收机处接收数据；将所接收到的数据与所识别的数据位列相互关联；以及提供第一数据值以由电子接收机进一步处理。

Description

以混洗哈达玛函数对信号进行编码

对相关申请的交叉引用

本申请要求于2009年1月21日提交的美国申请序列号12/356,791的优先权，所述美国申请序列号12/356,791是于2004年9月16日提交的美国申请序列号10/943,677的部分继续申请，所述美国申请序列号10/943,677是于2000年12月5日提交的继续美国申请序列号09/730,697，现美国专利6,829,289；以及于2003年3月28日提交的美国申请序列号10/402,878的部分继续申请。

技术领域

本文档总体上涉及通信系统和方法，更特别地，涉及无线通信系统和方法。

背景技术

一些无线通信系统利用码分多址(CDMA)协议。CDMA系统可以在一个步骤中接收数字数据、对数据进行编码，以及在第二个步骤中扩展经编码的数据的频率。在这样的系统中的编码和扩展步骤可能消耗有限量的时间和处理能力，以及藉以其作为结果的编码和扩展信号可以通过介质通信所接收到的数字数据的能力可以取决于各种因素，诸如介质的物理特性、可获得的处理能力以及在编码和扩展步骤中应用的过程增益。

发明内容

本文档描述了用于通过介质将数据有效地从发射机通信到接收机的系统、装置和方法。特别地，发射机能够以短单元来接收数据，所述短单元对应于预定数量的数据值中的一个，所述预定数量的数据值中的每一个与对应数量的代码(例如，唯一地)相关联。发射机可以发送与所接收到的数据单元相关联的代码，替代所接收到的数据单元本身。在一些实施方式中，代码从2^N×2^N哈达玛(Hadamard)矩阵的列得到，所述2^N×2^N哈达玛矩阵的行已被随机混洗(shuffle)。混洗矩阵的仅仅某些列可以被存储在发射机处，诸如具有2的幂的索引(power-of-two indices)的列；以及待被传输的列可以在发射机处通过将逻辑函数应用(例如，异或函数的按位应用)于已存储的列的一个或多个来动态生成。接收机可以利用多个相关器，其计算在所接收到的数据和发射机所利用的每一个可能代码之间的相关性。基于最强的计算出的相关性，接收机可以确定发射机传输了预定数量的数据值中的哪个。可以设置过程增益，使得数据可以在发射机和接收机之间以非常低的信噪比通信。

在一些实施方式中，方法包括：在电子发射机设备处接收与多个预定数据值中的一个相对应的第一数据值，以通信到电子接收机设备；从以其行已被随机或伪随机混洗的2^N×2^N哈达玛矩阵的形式的数据位矩阵，识别与第一数据值相关联的数据位列；以及替代第一数据值，将所识别的数据位列传输给电子接收机设备。

该方法可以进一步包括：在电子接收机处接收数据；将所接收到的数据与所识别的数据位列相互关联；以及提供第一数据值以由电子接收机进一步处理。在一些实施方式中，将所接收到的数据与所识别的数据位列相互关联可以包括计算在所接收到的数据和数据位矩阵中的每一列之间的相关性，其中所述数据位矩阵中的所述每一列与预定数据值中的一个相关联；以及确定所接收到的数据与所识别的数据位列是最强相关的。计算可以包括计算相关性的记号，以及确定包括基于所计算的记号来确定。将所接收到的数据与所识别的数据位列相互关联可以包括计算哈达玛变换或快速哈达玛变换。

该方法可以进一步包括以下述方式将第一数据值与数据位列相关联：区别于电子发射机设备传输的其它数据，第一数据值可以由电子接收机从所传输的数据位列确定。识别数据位列可以包括将逻辑函数应用于来自数据位矩阵的两个或多个位列。两个或多个列中的每一个列可以具有2的幂的列索引。应用逻辑函数可以包括按位将异或函数应用于两个或多个列。

在一些实施方式中，识别数据位列可以包括识别第m列，以及应用逻辑函数包括按位将异或函数应用于位矩阵中的每一个2的幂的列，其第m行具有等于第一预定值的值。该方法可以进一步包括将与具有2的幂的索引的数据位矩阵的列相对应的2^N×N矩阵存储在包括在电子发射机设备和电子接收机设备中的每一个中的存储器设备中。

传输所识别的数据位列可以包括按顺序并且一次一位来传输包含在所识别的列中的每一位。预定数据值中的每一个可以具有固定数量的一个或多个数据位。

在一些实施方式中，方法可以包括在电子发射机设备处接收与多个预定数据值中的一个相对应的第一数据值，以通信到电子接收机设备；从以其行已被随机或伪随机混洗的2^N×2^N哈达玛矩阵的形式的数据位矩阵，识别与第一数据值相关联的第m数据位列；生成第m位列，包括按位将异或函数应用于来自位矩阵的一个或多个2的幂的列，其第m行具有等于第一预定值的值；以及替代第一数据值，将动态生成的第m数据位列传输给电子接收机设备。

该方法可以进一步包括以压缩的2^N×N矩阵形式存储2^N×2^N哈达玛数据位矩阵，其中只有数据位矩阵的具有2的幂的列索引的列被存储在电子发射机设备中。生成第m位列可以包括确定压缩的2^N×N矩阵中的其第m行具有等于第一值的值的一个或多个列，以及按位将异或函数应用于该一个或多个列。

在一些实施方式中，系统可以包括电子接收机；以及电子发射机，其接收与多个预定数据值中的一个相对应的第一数据值，以通信到电子接收机。电子发射机可以从以其行已被随机或伪随机混洗的2^N×2^N哈达玛矩阵的形式的数据位矩阵，识别与第一数据值相关联的数据位列，以及替代第一数据值，将所识别的数据位列传输给电子接收机设备。电子接收机可以接收数据、将所接收到的数据与所识别的数据位列相互关联，以及将第一数据值提供给电子接收机内的电路以进一步处理。

电子发射机可以包括存储器设备，其以压缩的2^N×N矩阵形式存储2^N×2^N哈达玛数据位矩阵，其中只有数据位矩阵的具有2的幂的列索引的列才被存储。在一些实施方式中，所识别的数据位列是数据位矩阵的第m列；以及电子发射机包括用于下述的电路：通过按位将异或函数应用于压缩的2^N×N矩阵中的其第m行具有第一值的一个或多个列，来从压缩的2^N×N矩阵生成第m列。

电子接收机可以包括多个相关器，其计算在所接收到的数据和数据位矩阵的对应的多个列中的每一个之间的相关性，其中多个预定数据值中的数据值与数据位矩阵的对应的多个列中的每一个相关联。电子接收机可以进一步包括下述电路：(a)确定来自数据位矩阵的对应列中的哪个具有与所接收到的数据的最强的计算出的相关性，以及(b)输出来自多个预定数据值的与所确定的对应列相关联的数据值。

在一些实施方式中，系统可以包括电子接收机；以及电子发射机，其接收与多个预定数据值中的一个相对应的第一数据值，以通信到电子接收机；以及用于以下的装置：替代第一数据值，从发射机传输来自具有其行已被随机或伪随机混洗的2^N×2^N哈达玛矩阵形式的矩阵的数据位。系统可以进一步包括用于以下的装置：在电子接收机处接收数据，以及确定所接收到的数据与第一数据值相互关联。

在一些实施方式中，系统包括电子接收机；以及电子发射机，其接收与多个预定数据值中的一个相对应的第一数据值，以通信到电子接收机。发射机可以从具有其行已被随机或伪随机混洗的2^N×2^N哈达玛矩阵的形式的数据位矩阵，识别与多个预定数据值中的一个相关联的数据位列；以及替代和基于第一数据值，将所识别的数据位列或所识别的数据位列的补码(complement)传输给电子接收机设备。电子接收机可以接收数据、将所接收到的数据与所识别的数据位列或补码相互关联，以及将第一数据值提供给电子接收机内的电路以进一步处理。

在下面的附图和描述中阐述了一个或多个实施方式的细节。其它特征、目的以及优势从描述和附图以及从权利要求将是显而易见的。

附图说明

图1示出了利用独立信道和PN代码的示例现有技术无线发射机。

图2是能够具有较高过程增益的示例系统的框图。

图3A和3B图示了示例哈达玛矩阵和其某些特性。

图4图示了在图2中所示的示例系统的另外细节。

图5图示了将所接收到的数据块与可以对应于数据的符号相互关联的示例方法。

各附图中相同的参考符号指示相同的元素。

具体实施方式

本文档描述了用于通过介质将数据有效地从发射机通信到接收机的系统、装置和方法。特别地，发射机能够以短单元来接收数据，所述短单元对应于预定数量的数据值中的一个，所述预定数量的数据值中的每一个与对应数量的代码(例如，唯一地)相关联。替代所接收到的数据单元本身，发射机可以发送与所接收到的数据单元相关联的代码。在一些实施方式中，代码从2^N×2^N哈达玛矩阵的列得到，所述2^N×2^N哈达玛矩阵的行已被随机混洗。混洗矩阵的仅仅某些列可以被存储在发射机处，诸如具有2的幂的索引的列；以及待被传输的列可以在发射机处通过将逻辑函数应用(例如，异或函数的按位应用)于已存储的列的一个或多个来动态生成。接收机可以利用多个相关器，其计算在所接收到的数据和发射机所利用的每一个可能代码之间的相关性。基于最强的计算出的相关性，接收机可以确定发射机传输了预定数量的数据值中的哪个。可以设置过程增益，使得数据可以在发射机和接收机之间以非常低的信噪比通信。

对于上下文，图1示出了利用独立信道和伪噪声(PN)代码的示例现有技术无线发射机101。示出了用户数据信号103A和103B(例如，话音信号)，在一些实施方式中，其可以由声码器106数字化，以及由卷积编码器109编码。声码器106可以以各种方式对语音信号103A进行数字化和压缩两者，以及卷积编码器109可以添加能够随后被利用来纠错的信息。

在一些实施方式中，输入到卷积编码器109中的每n位声码数据被转换成m个符号。例如，每两位可以被编码为四位符号；作为另一个示例，每四位可以被编码为八位符号；等等。从卷积编码器109输出的符号可以由信道编码器112进一步处理。在一些实施方式中，每一个数据流103A和103B可以由信道编码器(例如，信道编码器112，在一些实施方式中，其是哈达玛-沃尔什编码器)以不同的信道代码编码。以不同的信道代码对每一个数据流进行信道编码可以便于同时、在同一频率上容纳许多用户的系统。在许多实施方式中，每一个信道的数据被分配正交码，其可以使信道之间的干扰最小化。一旦信道编码，每一个数据流的频率含量可以例如由PN(伪噪声)扩展器118进一步扩展。

多个信道的信息可以在组合器121处组合，以及组合器121的输出可以用于调制载波信号124，其可以用于通过物理介质对信息进行通信。在其它实施方式中(未示出)，可以传输单信道的数据，以及可以省略组合器121。

在图1中描绘了天线和空中接口，但是跨其它介质的通信是可能的。例如，载波光信号可以由组合信号调制，以及通过光纤接口驱动。其它载波和介质是可能的。

在一些实施方式中，传入的用户数据103A可以是已经数字化的数据。(即，传入的数据可以以数字形式，而不是以模拟或预采样的音频形式。)在这样的实施方式中，声码器106和/或卷积编码器109可以被旁路，以及数字化的数据可以(例如，沿着路径115)被直接路由到信道编码器112。

在上述示例过程中，每一个步骤可以将另外数据或过程增益添加到原始信号。例如，9600位/秒(bps)的数据可以由声码器106输出，但是来自声码器106的每两位可以由经由卷积编码器109的四位符号表示，使得卷积编码器109以19200bps的速率输出符号数据。类似地，可以将符号数据的每一个位与64位沃尔什码相组合，使得作为结果的信道编码的符号为1,228,800bps(1.2Mbps)数据流的一部分。

在一些实施方式中，将信道编码的数据与具有同一数据速率的扩展码相组合。例如，可以在逐位的基础上(例如，用异或函数)将1.2Mbps的信道编码的数据流与1.2Mbps PN扩展码相组合。在利用扩展码的其它实施方式中，扩展码可以将另外数据或过程增益添加到输出数据流。即，在这样的实施方式中，可以将信道编码的数据流中的每一个位与多个PN位(例如，2位、4位、5位、64位等)相组合。

总体过程增益可以被表示为扩展比率(例如，最终处理的信号(例如，扩展、编码的信号)的带宽与未处理的输入信号的带宽的比率)的对数，以及可以以分贝来表达。因此，在上面的示例中的一个中，过程增益可以被表达为1,228,800/9,600＝128，或10log₁₀(128)＝21dB。

在一些情况下，过程增益可以提供下述有用指示：输出信号通过介质运送基础信息的有效程度。换句话说，过程增益可以提供下述指示：输出信号抵抗噪声和干扰的程度。通常，过程增益越高，信号随着其通过介质传播能够容忍的、介质中的噪声越多。另外，更高过程增益还可以指示信号在光谱上比带有更低过程增益的信号更近类似于噪声。

如将从上面的示例理解的，过程增益和数据载送带宽在单个信道级通常逆相关。因此，对噪声或干扰有极大免疫力的输出信号可以具有比对噪声或干扰有更少免疫力的信号更少的数据载送带宽。为了使这更具体，具有两倍数据载送带宽和一半扩展比率(例如，64而不是128-或10log₁₀(64)＝18dB，而不是10log₁₀(128)＝21dB的扩展比率)的输出信号可以对噪声和干扰有更少免疫力。通过用数据载送带宽参数平衡过程增益，系统设计者可以将通信系统设计为实现特定可靠性、噪声或吞吐量规格。

图2是能够具有较高过程增益的示例系统的框图。较高过程增益可以使能通过非常嘈杂的介质进行可靠通信。另外，较高过程增益可以通过使所传输的信息在光谱上看起来更接近于介质中的环境噪声来向通信添加安全性。

如在一个示例中描绘的，系统201包括：发射机202，其接收用户数据203、对用户数据进行处理以及通过介质206(例如，空中接口、水接口、光纤接口等)对代表性数据进行通信；以及接收机208，其接收代表性数据，以及对该代表性数据进行处理以恢复用户数据。

在图2的示例中，多个不同符号(210A-210N)中的一个在任何给定时间(例如，在每一个符号时间)通过介质206通信，以及在每一个给定时间通信的特定符号由对用户数据203进行处理的编码功能213选择。例如，用户数据203可以由编码功能213进行处理，以控制经由传输电路219、通过介质206对特定、未修改的符号210A-210N进行通信的多路复用器216。

在一些实施方式中，为用户数据流203中的每一个数据位传输两个符号中的一个。即，在符号时间期间，符号中的每一个位在码片(chip)时间被时钟输出到传输电路219。被时钟输出的特定符号可以基于该数据位的对应值来选择。(整个本描述，为示例提供二进制数据值(即，值“0”或“1”)，但是阅读者将理解的是，数据的每一个位可以具有多于两个可能的值。例如，多状态电路或设备可以将三、四或一些其它数量的可能值用于每一个数据位。)例如，可以为用户数据203中的具有值“0”的位时钟输出第一符号210A，以及可以为用户数据203中的具有值“1”的位时钟输出第二符号210B。在其它实施方式中，为用户数据流203中的每四个数据位时钟输出十六个不同符号中的一个；被时钟输出的特定符号可以基于对应的四个数据位的值来选择。即，每一个四个数据位集可以取多个不同的预定或预期值中的一个，以及每一个数据值可以与不同代码或符号唯一相关联。例如，用户数据203中的“0000”可以导致第一符号210A被选择并且时钟输出；“0001”可以导致第二符号210B被选择并且时钟输出；“1001”可以导致第十符号被选择并且时钟输出；等等。各种实施方式可以利用不同数量的符号，以及不同的符号可以以各种方式来选择。

符号时间可以取决于向编码功能213供应用户数据203的速率，以及码片时间可以取决于符号时间和符号中的位的数量两者。例如，对于以19,200bps向编码功能供应位的用户数据流203，符号时段可以是1/19,200秒或大约52微秒。如果每一个符号具有16位(对应于16的过程增益)，则可以以307.2KHz的频率，每1/(19,200*16)秒或每3.26微秒时钟输出单个位。如果用户数据流203以19,200bps向编码功能供应位，但是每一个符号为8192位长，则符号时段可以再次是52微秒，但是可以以157MHz的频率，以1/(19,200*8192)秒或每6.4纳秒的码片速率，时钟输出单个符号位。

各种符号速率、码片速率和过程增益是可能的。如在上面所指出的，过程增益和宽带—其可以是符号速率和在符号和其编码的基础数据之间的关系的函数—可以被改变以实现特定系统设计目标。在一些实施方式中，可以是有利的是，具有30MHz或低于30MHz的码片速率。在一些地点，该频率可以是阈值频率，低于该阈值频率政府实体行使更少限制性控制和/或以该阈值频率存在对带宽的更少竞争。由于以该频率的信号可以比以高得多的频率的信号对干扰更敏感，所以非常大的过程增益也可能是期望的。

在下面的表图示了具有相对较低码片速率和相对较高过程增益的各种示例数据速率。

表1.示例数据/符号/码片速率

在一些实施方式中，可以以二进制形式，而不必需要载波信号传输数据。例如，二进制数据可以被转变成模拟信号(例如，一伏特信号)，以及该模拟信号可以用于直接驱动天线，如在于2001年1月26日提交的、美国申请序列号09/772,110，现美国专利No.6,982,945中更详细描述的。可以以其它方式传输数据，例如包括以在共同未决美国申请序列号10/943,677和共同未决美国申请序列号10/402,878中描述的方式，在此通过引用合并所述美国申请两者。

在接收机208处，可以在接收电路222处接收符号数据，以及对应的相关器225A-225N可以将符号数据针对每一个可能的符号(即，可能已由发射机202传输的符号210A-210N)相互关联。被确定为与所接收到的符号数据最密切相关的符号可以被认为表示基础用户数据。该用户数据然后可以由电路直接提供，为了说明的目的，所述电路被表示为符号选择器226和多路复用器227。在下面参考图5提供了示例相互关联过程的另外细节。

在利用共同符号集的发射机202和接收机208的情景下提供了在上面的描述。在发射机和接收机之间选择和协调符号的各种方法是可能的，以及可以利用任何适当的方法。通过将不同的代码集用于不同的发射机-接收机对，在对之间的同时通信可以是可能的。此外，通过在第一设备内复制多个发射机202(每一个利用不同的代码集)以及在第二设备内复制多个对应的接收机208，在第一设备和第二设备之间的并行通信可以被有效地增加(例如，聚集)，而不用过程增益减少。例如，更具体地，每一个发射机/接收机设备对可以包括多个传输/接收电路，每一个电路利用不同的代码集和/或不同的天线来形成多个通信信道。如上所述，每一个信道可以利用相对较高的过程增益，但是不同的数据(例如，单个输入流的不同部分)可以通过多个信道中的每一个来发送，使得跨所有(聚集的)多个信道的数据载送带宽被增加，即使每一个信道的过程增益是固定的(例如，在相对较高的值)。

若干优势可以从图2中所示的系统得出。作为一个示例，可以容易地调整过程增益。更特别地，通过改变每一个符号的长度，或用于选择符号的、用户数据中的位的数量和符号自身中的位的数量的比率，可以容易地调整过程增益，如在上面的表1中所例示的。在符号从哈达玛矩阵得出的实施方式中(例如，如在下面更详细描述的)，增加过程增益可以包括利用更大的哈达玛矩阵或哈达玛矩阵的一部分。

作为另一个示例，可以删去调制步骤。即，如上所述，可以以二进制方式使用符号数据来直接驱动天线，而不需要载波信号和在传输端上对载波信号进行调制以及在接收端上对载波信号进行解调的相关联的过程及电路。

作为另一个示例，可以同时对多个用户数据进行有效编码和扩展。即，用于任何给定信道的特定符号组可以不同于在其它信道中利用的符号组，使得所述组自身为对给定的信道进行编码服务。此外，如果谨慎地选择每一个信道的长度和光谱含量，则符号自身可以提供对基础用户数据的足够扩展，以至于可能不会期望另外的扩展。例如，如在下面更详细描述的，8k位长(例如，具有被随机或伪随机分布的位)的符号可以为有效扩展基础数据信号的光谱含量服务。(注意到，为了清晰目的，整个文档中，位被描述为被“随机”混洗。除非另外明确指出，随机混洗的位可以包括已通过伪随机过程被混洗的位。)

在一些实施方式中，沃尔什或哈达玛代码提供有用的初始符号。哈达玛代码中的位可以被随机或伪随机混洗，其可以提高像如上所述用于对数据编码的符号那样的功能的有用性。

可以使用构建哈达玛矩阵的迭代过程来生成哈达玛代码。以H₁＝[0]开始，哈达玛矩阵可以以下述构造：

$H_{2n}=\left(\begin{array}{cc}{H}_n& H_n\\ H_n& \stackrel{\‾}{H_n}\end{array}\right)$

例如，长度2和4的哈达玛代码被分别示出为：

$H_2=\left(\begin{array}{cc}0& 0\\ 0& 1\end{array}\right)|$

$H_4=\left(\begin{array}{cccc}0& 0& 0& 0\\ 0& 1& 0& 1\\ 0& 0& 1& 1\\ 0& 1& 1& 0\end{array}\right)$

从上面所示的对应矩阵，哈达玛代码由列(或行，假设未混洗的哈达玛矩阵是关于其主对角线对称的)给出。假设这些哈达玛代码相互正交，这些哈达玛代码可以是有用的。如此，不同的信号可以由不同的正交哈达玛代码进行编码，然后通过同一频率信道传输，以及可以使用同一正交哈达玛代码，在接收端处使不同的信号恢复。

现将描述哈达玛代码和矩阵的两个另外特性。第一，哈达玛矩阵具有使其能够以压缩形式存储的特性。特别地，如在下面更详细描述的，只有2的幂的列才需要被存储；其余列可以从2的幂的列动态地确定。第二，尽管短哈达玛代码典型地未被用作扩展码，但是更长哈达玛代码可以被这样利用，尤其在位被混洗之后，如将在下面更详细描述的。

现将描述以压缩方式存储哈达玛矩阵。如在图3A和3B中描绘的，哈达玛矩阵的任何列可以从哈达玛矩阵的2的幂的列动态地生成。为了在本描述中参考特定列的目的，在图3A中示出了8×8哈达玛矩阵，以及该矩阵可以以上述迭代方式或以任何其它适当方式生成。从0至7对每一列和行编制索引，以及2的幂的列(即，具有是2的幂的索引的列)被如此指示。

为了从2的幂的列生成具有特定索引的列，可以将异或函数应用于2的幂的列，所述2的幂的列在与期望的列的特定索引相对应的行中的值为“1”。因此，参考图3B，为了生成列[5]，可以检查在2的幂的列的每一个中的与行索引5相对应的行，以及可以将异或函数应用于在行[5]中具有“1”的那些2的幂的列。在该示例中，“2⁰”和“2²”列在行[5]中具有“1”，因此可以将异或函数应用于(例如，在每一行中，逐单元(cell-by-cell))这些列来动态生成列[5]，如所示。可以应用该相同过程来生成矩阵的任何其它列。

在前面的示例中，哈达玛矩阵是较小的，以及相对于较小大小，可以有效的是，存储矩阵的所有列，而不是动态生成不是2的幂的列的列。然而，对于更大的哈达玛矩阵，以压缩形式存储哈达玛矩阵可以显著减少需要来存储矩阵的存储器的大小。例如，具有维数2^N×2^N的哈达玛矩阵可以被存储为2^N×N矩阵。对于N＝13，如上所述压缩哈达玛矩阵导致下述矩阵：具有8192×13个条目(例如，正好少于128K个条目)，而不是矩阵以未压缩形式的8192×8129个条目(～56M条目)。对于N＝13，以这种方式的压缩导致比其未压缩相应物小大约630倍的矩阵。

现将描述以提高上述哈达玛矩阵的执行扩展功能的能力的方式对上述哈达玛矩阵进行修改。如在上面所指示的，通常，不利用哈达玛代码(例如，哈达玛矩阵的列)来扩展数据信号的光谱含量。在某种程度上，这可能是由于许多标准哈达玛代码的光谱密度集中于少数离散频率—如分别从在上面和图3A中的示例4×4和8×8哈达玛矩阵的检查—以及更特别地，从对若干列具有规律位模式(导致在频域内的离散对应点处集中能量)的那些矩阵的观察，可以是显而易见的。然而，通过随机或伪随机混洗哈达玛矩阵的行，可以维持哈达玛矩阵的理想特性(例如，如在下面更详细描述的，列相对于彼此的正交性质)，以及可以提高矩阵的扩展能力—导致能够用于编码和扩展两者的经混洗的哈达玛矩阵。

现将简略论述其行已被随机混洗的哈达玛矩阵的特性。第一，参考在上面描述的可压缩性，因为可以在逐行的基础上，通过将异或函数应用于某些2的幂的列来动态生成哈达玛矩阵的任何列，以及由于对行进行混洗影响行中的每一列，所以混洗对在任何给定行内的列值，相对于彼此，没有影响。因此，无论行是否被混洗，可以如上所述的对哈达玛矩阵进行压缩。

第二，参考哈达玛矩阵中的列相对于彼此的正交性(其可以使列能够被用作信道代码)，对行进行混洗影响每一列，使得每一列代码被修改，但是以维持列相对于彼此的正交性的方式。

第三，对行进行随机混洗具有与在常规系统中以PN对信道编码的信号进行调制相似的影响—也就是随机混洗可以将相当多的光谱多样性引入代码，以及该多样性可以随着代码的长度增加(即，随着哈达玛矩阵中的行的数量的增加)而增加。因此，通过使用从具有随机混洗的行的对应维数的哈达玛矩阵得到的、足够长的代码(例如，大约8k、4k、1k、512位、256位、128位等)，可以同时对数据信号进行有效信道编码和扩展。

图4图示了在图2中所示的系统的另外细节，所示系统可以用于接收、处理和通过介质通信用户数据。特别地，图4描绘了经编码器213处理来选择特定符号以传输的用户数据流的具体示例，所述特定符号自身可以从诸如图3A中所示的哈达玛矩阵的哈达玛矩阵得到。

如在图4的示例中所描绘的，向编码器213提供用户数据流203，以及特别地，向编码器提供位序列“11”、“01”、“01”和“00”(分别地，元素411、412、413和414)。(为了说明的目的，对位进行分组，但是阅读者将理解的是，该编码器可以接收以连续数据流形式的位(例如，“11101000”)。)在所示的示例实施方式中，可以使用每两个位来直接控制符号多路复用器206。更特别地，例如，编码器213对数据流203的处理可以导致符号₁₁(“00111100”)被首先选择，在下一符号时段期间后跟符号₀₁(“00001111”)，在随后符号时段再次后跟符号₀₁和符号₀₀(“00110011”)。在其它实施方式中，可以利用不同的编码方案213。

在诸如所描述的一个实施方式的、使用数据位来直接控制多路复用器206的实施方式中，编码器213可以包括诸如移位寄存器(未示出)的用于下述的电路：接收串行数据流203，以及保留串行数据流203的适当数量的位(例如，二个)达足够时间段(例如，符号时间)，以允许适当的符号被时钟输出。可以使编码器213与实际时钟输出符号数据的码片时钟(未示出)同步。在这种情景下，时钟输出符号数据可以包括按顺序并且一次一位地传输符号中的每一位(例如，诸如来自具有随机混洗的行的哈达玛矩阵的列的、位矩阵的列中的每一位)。

以码片速率时钟输出的符号数据可以由传输电路219通过介质206传输。为了说明的目的，通过介质206传输的数据被表示为数据块421、422、423和424(分别对应于符号₁₁、符号₀₁、经修改的符号₀₁和符号₀₀)。

如所描述的，可以从位矩阵的列(例如，从哈达玛矩阵(未示出)的列，所述哈达玛矩阵可以使其行被随机混洗(在图4中未示出随机混洗))得到符号。在一些实施方式中，可以将较大哈达玛矩阵(例如，以压缩形式)存储在发射机202和接收机208中的存储器设备中，以及可以在每一端利用电路(未示出)来选择列子集以由特定发射机-接收机对作为符号使用。符号集(例如，列)可以被动态确定，以及可以被周期性及动态地改变。如在上面所指示的，可以在成对的发射机和接收机之间以各种方式协调适当的符号集。

当通过介质206传输数据时，对干扰可能是敏感的。在数据块423中描绘了一种类型的干扰的示例，其促使单个数据位被翻转。特别地，闪电图形指示在数据块423中、相对于原始传输的符号被翻转的两个位(即，数据在介质206中被示出为“11001111”，而不是原始传输的“00001111”)。由于用于恢复基础用户数据的相互关联过程，以及在相互关联过程中有利利用的过程增益，接口可以使接收机208仍然能够恢复来自用户数据流203的基础数据。其它系统可以容忍比在图4中所描绘的甚至更多的干扰。

在接收机208处，接收电路222接收各种信号，包括数据块421、422、423和424。在一些实施方式中，使接收电路222与传输电路219同步，使得接收电路可以识别数据块421、422、423和424中的每一个的开始和结束。使接收机208和发射机202同步的各种方法是可能的，以及在此不详细描述这些方法；相反，为了本描述的目的，假设已建立了同步，使得相关器225A-225D可以随后将每一个接收到的数据块421、422、423和424与可能已由发射机202传输的每一个符号进行比较。

为了对诸如数据块421、422、423和424的接收到的信号进行解码，一些实施方式将相关器用于所接收到的数据可能与之相对应的每一个可能的符号。在图4的示例中，四个可能的符号—符号₀₀、符号₀₁、符号₁₀和符号₁₁-中的任何一个由发射机202传输并且由接收机208(可能以破坏形式)接收；因此，接收机可以利用四个相关器225A-D-四个可能的符号中的每一个一个。

在一些实施方式中，每一个相关器与其它相关器平行操作。即，一旦数据块被完全接收，就可以同时(或几乎同时)将数据块与可能的符号中的每一个进行比较。基于比较(例如，基于每一个相关器的输出，如在参考图5的一个实施方式中所描述的)，符号选择器226可以基于每一个所接收到的符号促使适当的经解码的数据被提供。在图4的示例中，符号选择器226可以控制多路复用器227，所述多路复用器227基于经解码的符号来选择适当的数据，并且将所选择的数据输出到输出流235中。例如，当接收数据块423时，接收机208可以确定符号₀₁被传输以及可以相应地输出“01”。

图5提供将所接收到的数据块与可能对应于所接收到的数据块的可能符号相互关联的一个示例方法的图示。阅读者将理解的是，本描述表示用于图形地说明使两个不同信号相互关联的许多可能的数学和算法方法中的一个的概念简化。可以利用任何适当的相互关联方法。例如，一些实施方式可以利用哈达玛变换、快速哈达玛变换或其它适当的算法来使所接收到的数据与对应的符号相互关联。

如在图5的示例中所描绘的，传入的数据(例如，数据块423(“11001111”)，其在上面被描述为遭受干扰)由接收电路222接收。如所示，传入的数据可以被提供给每一个相关器，以及每一个相关器可以将传入的数据与不同的符号进行比较。如在该示例中所示，相关器225A将传入的数据与符号₀₀(“00110011”)进行比较；相关器225B将传入的数据与符号₀₁(“11001111”)进行比较；等等。在一个实施方式中，每一个相关器225A-D可以确定传入的数据有多少位匹配可能的符号中的对应位(例如，相关器可以确定相关性的量值)；在其它实施方式中，执行更加复杂的相互关联过程。为了说明的目的，描述了简单的匹配位数量比较(例如，量值)。在本说明中，传入的数据中的六个位匹配符号₀₁中的对应位，而传入的数据的仅仅四个或两个位匹配任何其它符号。

在一些实施方式中，还可以利用相关性的记号来对数据进行编码和解码。为了说明的目的，记号由邻近每一个相关器的输出的(+)和(-)指示符描绘。一些发射机可以发送单个符号或其补码；在接收机端，接收机可以利用一个或多个相关器，以及基于输出的记号对数据进行解码—与特定符号呈正相关可以指示一个数据值，以及与同一符号呈负相关可以指示第二数据值；量值可以如上所述用来区分多个可能的符号，或用作确定是否存在与一个特定符号的足够匹配的方法。

在接收机处利用多个相关器的实施方式中，基于记号对信息进行编码可以增加通信带宽。例如，图5描绘了可以有效通信两个信息位的系统(即，有效地，两个位对四个符号—符号₀₀、符号₀₁、符号₁₀和符号₁₁-中的一个进行解码)。通过利用记号，可以对另外的信息位进行编码(即，三个位对八个“符号”-(+)符号₀₀、(-)符号₀₀、(+)符号₀₁、(-)符号₀₁、(+)符号₁₀、(-)符号₁₀、(+)符号₁₁、(-)符号₁₁中的一个进行有效解码，其中(+)表示符号自身，以及(-)表示符号的补码(例如，反码))。

在利用相关性记号的系统中，可以相应地配置发射机。即，符号的补码(例如，反码)还可以与特定数据值相关联，以及在接收该数据值时被传输。为了说明的目的，描绘了所接收到的数据423的反码510，以及对符号₁₀来说相似绝对量值但是相反记号的相关性值513。

与匹配位的数量相对应的输出(或基于利用更复杂相关器的系统中的一些其它值)可以被提供给符号选择器227(参见图2和4)，以及基于对每一个相关器的输出的比较，可以确定最强匹配(例如，作为在数据可能在介质206中被破坏之前，在发射机202处，预测哪个符号与传入的数据相互关联的手段)。

如在上面的示例所说明，将过程增益添加到数据流203可以有助于恢复数据，即使在数据通过嘈杂介质206传输之后。通过(例如，使用经混洗的哈达玛函数)将数据203编码为四个可能的符号中的一个、通过介质206发送符号以及将在接收机208处接收到的数据与可能的符号中的每一个相互关联，可以准确恢复数据—即使所传输的符号的单个位在介质中被破坏。因此，在上面的示例中，数据块423与符号₀₁准确地相互关联，即使两个位(符号中25％的位)在通过介质传输期间被翻转。阅读者将理解的是，可以容易地将该示例的思想扩展到长得多的符号。例如，具有128位的符号可以通过更嘈杂的介质准确运送数据，其中多于25％的位被破坏；具有甚至更多位(例如，1k、2k、8k位等)的符号可以通过甚至更嘈杂的介质运送数据。

已描述了多个实施方式。然而，将理解的是，可以进行各种修改。例如，可以使用在上面示出的各种形式的流程，其中步骤被重新排序、添加或移除。因此，其它实施例在权利要求的范围内。

Claims (21)

1.一种对信号进行编码的方法，包括：

在电子发射机设备处接收与多个预定数据值中的一个相对应的第一数据值，以通信到电子接收机设备；

从以其行已被随机或伪随机混洗的2^N×2^N哈达玛矩阵的形式的数据位矩阵，识别与所述第一数据值相关联的数据位列；

基于所述数据位矩阵的各列的真子集生成所识别的数据位列，所述真子集中的每一个列在所述数据位矩阵中具有2的幂的列索引，所述真子集包括所述数据位矩阵中的两个或更多个数据位列，所述真子集不包括所识别的数据位列；以及

替代所述第一数据值，将所述识别的数据位列传输给所述电子接收机设备。

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

在所述电子接收机处接收数据；

将所述接收到的数据与所述识别的数据位列相互关联；以及

提供所述第一数据值以由所述电子接收机进一步处理。

3.根据权利要求2所述的方法，其中将所述接收到的数据与所述识别的数据位列相互关联包括：

计算在所述接收到的数据和所述数据位矩阵中的每一列之间的相关性，其中所述数据位矩阵中的所述每一列与所述预定数据值中的一个相关联；以及

确定所述接收到的数据与所述识别的数据位列是最强相关的。

4.根据权利要求3所述的方法，其中计算包括计算所述相关性的记号，以及确定包括基于所述计算的记号来确定。

5.根据权利要求2所述的方法，其中将所述接收到的数据与所述识别的数据位列相互关联包括计算哈达玛变换或快速哈达玛变换。

6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括以下述方式将所述第一数据值与所述数据位例相关联：区别于所述电子发射机设备传输的其它数据，所述第一数据值能够由所述电子接收机从所述传输的数据位列确定。

7.根据权利要求1所述的方法，其中生成所识别的数据位列包括将逻辑函数应用于来自所述数据位矩阵的所述两个或更多个数据位列。

8.根据权利要求7所述的方法，其中应用所述逻辑函数包括按位将异或函数应用于所述两个或更多个列。

9.根据权利要求7所述的方法，其中生成所识别的数据位列包括生成所述数据位矩阵的第m列，以及应用所述逻辑函数包括按位将异或函数应用于所述位矩阵中的每一个2的幂的列，其第m行具有等于第一预定值的值。

10.根据权利要求7所述的方法，进一步包括：将与具有2的幂的索引的所述数据位矩阵的列相对应的2^N×N矩阵存储在包括在所述电子发射机设备和所述电子接收机设备中的每一个中的存储器设备中，其中所有被存储在所述存储器设备中的所述数据位矩阵的列是在所述数据位矩阵中具有2的幂的列索引的列。

11.根据权利要求1所述的方法，其中传输所述识别的数据位列包括按顺序并且一次一位地传输包含在所述识别的列中的每一位。

12.根据权利要求1所述的方法，其中所述预定数据值中的每一个具有固定数量的一个或多个数据位。

13.一种对信号进行编码的方法，包括：

在电子发射机设备处接收与多个预定数据值中的一个相对应的第一数据值，以通信到电子接收机设备；

从以其行已被随机或伪随机混洗的2^N×2^N哈达玛矩阵的形式的数据位矩阵，识别与所述第一数据值相关联的第m数据位列；

生成所述第m位列，包括按位将异或函数应用于两个或更多个运算元的集合，所述两个或更多个运算元的集合仅包括来自所述位矩阵的2的幂的列，其中这些2的幂的列的第m行具有等于第一预定值的值；以及

替代所述第一数据值，将动态生成的所述第m数据位列传输给所述电子接收机设备。

14.根据权利要求13所述的方法，进一步包括：以压缩的2^N×N矩阵存储所述2^N×2^N哈达玛数据位矩阵，其中只有所述数据位矩阵的具有2的幂的列索引的列被存储在所述电子发射机设备中。

15.根据权利要求14所述的方法，其中生成所述第m位列包括确定所述压缩的2^N×N矩阵中的其第m行具有等于所述第一预定值的值的一个或多个列，以及按位将异或函数应用于所述一个或多个列。

16.一种对信号进行编码的系统，包括：

电子接收机；以及

电子发射机，所述电子发射机接收与多个预定数据值中的一个相对应的第一数据值，以通信到所述电子接收机；

其中所述电子发射机从以其行已被随机或伪随机混洗的2^N×2^N哈达玛矩阵的形式的数据位矩阵，识别与所述第一数据值相关联的数据位列，

基于所述数据位矩阵的各列的真子集生成所识别的数据位列，所述真子集中的每一个列在所述数据位矩阵中具有2的幂的列索引，所述真子集包括所述数据位矩阵中的两个或更多个数据位列，所述真子集不包括所识别的数据位列；以及

替代所述第一数据值，将所述识别的数据位列传输给所述电子接收机设备；以及

其中所述电子接收机接收数据、将所述接收到的数据与所述识别的数据位列相互关联，以及将所述第一数据值提供给所述电子接收机内的电路以进一步处理。

17.根据权利要求16所述的系统，其中所述电子发射机包括存储器设备，所述存储器设备以压缩的2^N×N矩阵存储所述2^N×2^N哈达玛数据位矩阵，其中只有所述数据位矩阵的具有2的幂的列索引的列被存储。

18.根据权利要求17所述的系统，其中：

所述识别的数据位列包括所述数据位矩阵的第m列；以及

所述电子发射机进一步包括用于下述的电路：通过按位将异或函数应用于所述压缩的2^N×N矩阵中的其第m行具有第一预定值的一个或多个列，来从所述压缩的2^N×N矩阵生成所述第m列。

19.根据权利要求16所述的系统，其中所述电子接收机包括多个相关器，其计算在所述接收到的数据和所述数据位矩阵的对应的多个列中的每一个之间的相关性，其中所述多个预定数据值中的数据值与所述数据位矩阵的对应的多个列中的每一个相关联。

20.根据权利要求19所述的系统，其中所述电子接收机进一步包括下述电路：(a)确定来自所述数据位矩阵的所述对应列中的哪个具有与所述接收到的数据的最强的计算出的相关性，以及(b)输出来自所述多个预定数据值的与所述确定的对应列相关联的数据值。

21.一种对信号进行编码的系统，包括：

电子接收机；以及

电子发射机，所述电子发射机接收与多个预定数据值中的一个相对应的第一数据值，以通信到所述电子接收机；

其中所述发射机从具有其行已被随机或伪随机混洗的2^N×2^N哈达玛矩阵的形式的数据位矩阵，识别与所述多个预定数据值中的一个相关联的数据位列，所识别的数据位列是所述2^N×2^N哈达玛矩阵的第m个列；

其中所述发射机通过以下步骤来生成所述第m个列：按位将异或函数应用于来自所述数据位矩阵的两个或更多个输入列，所述两个或更多个输入列中的每一个在所述数据位矩阵中具有2的幂的列索引，并且在第m行具有等于第一预定值的值；以及

其中所述发射机替代并且基于所述第一数据值，将所述识别的数据位列或所述识别的数据位列的补码传输给所述电子接收机设备；以及

其中所述电子接收机接收数据、将所述接收到的数据与所述识别的数据位列或所述补码相互关联，以及将所述第一数据值提供给所述电子接收机内的电路以进一步处理。