CN1106102C - 结合透明二进制卷积码的旋转性不变格子编码 - Google Patents

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Abstract

一旋转性不变格子编码器使用二维符号调制对待传输数据进行编码。一使用透明二进制卷积码的编码器将预编码过的数据进行编码，并映射到一有多个以唯一的二进制码标明的信号点的二维信号空间，其中表示为(Ij，Qi)的两最低有效位每次在围绕着信号空间作90°相位旋转之后，互相置换且被部分地求补成(Qj，Ij)。各点的其余最高有效位对于这种旋转保持不变。接收机的后编码器将预编码器反转并且为无反馈，因而限至了误差的传播。

Description

结合透明二进制卷积码的旋转性不变格子编码
技术领域
本发明是有关于使用格子编码调制的数字数据通信，并尤其是有关于将旋转性不变格子编码/解码方法结合入正交相移键控的(QPSK)或正交调幅(QAM)传输系统的方法及装置。本发明特别适合于应用的各种用途之一就是传送数字电视信号。
背景技术
数字数据，例如，数字化，压缩过的电视信号(NTSC)或高清析度电视(HDTV)信号，可以经由地面甚高频(VHF)，超高频(UHF)，卫星信道或有线电视模拟信而传送到终端用户。为了经由模拟信道传输数字信号，数据通过使用例如脉幅调制(PAM)被调制。典型地，正交调幅(QAM)或单边频带(SSB)调制被选择用来有效地使用可用信道的频宽。QAM为两个PAM信号的90°相移，或正交组合。如果将之视为一个平面的坐标的话，这些组合的PAM信号构成一个信号空间或可能的传输电平的“星座图”(constellation)。每一个被传输的星座图上的点称为一个符号。举例而言，两个独立，正交四-级AM信号构成一个编码4位的16-QAM星座图。一个32-点的星座图可以由相依的6-级AM正交信号所构成，每符号编码5位。在一个载波噪声比(CNR)低于QAM所能忍受程度的系统中，较低的调制级数是有用的，如具有四点星座图的QPSK。
在脉幅调制中，每一个信号为一个其振幅电平从固定的一组电平中选出的脉冲。在16-QAM中，各正交PAM信号从均匀地间隔的自振幅电平为-3，-1，1，3被定标的双极振幅中选出。数字通信系统中的光谱效率被确定为每单位频宽每秒所传输的信息位数，也就是说，数据率与频宽的比例。在需要以低可用频宽进行高数据输出量的应用中，就使用非常高频宽效率的调制系统。QAM以及SSB提供频宽效率调制，此调制与高效率向前错误更正码，例如格子编码调制(TCM)，一起使用时，可以提供非常低的位错误率。
格子编码调制已经发展成用于经带宽有限的信道进行数字传输的组合的编码及调制的技术。不同于卷积码在二级PAM的传统应用，此应用提高了传输时所用的频宽，TCM则提高星座图的尺寸。在TCM的方法中，一序列“编码过”的位被卷积地编码入一序列群中，这些群将符号星座图分隔。对一个QAM星座图的各编码群，许多“未编码过”的位通过选择此群中的唯一的星座图元素而被传输。大多数的TCM方法将卷积码格子的一步映射到包括二QAM成分(I，Q)的一传输符号。这种二维(2-D)码实现了每2-D符号一整数信息位的输出量。
在接收机这端，该序列被传输群通过一软一判定(SOFT-DECISION)最大似然卷积码解码器被解码。与在同一信息传输率下的未编码调制比较起来，这种TCM方法能将数字传输对增加的噪声的坚固性(ROBUSTNESS)提高3至6分贝或更多。一项被广泛使用的用于卷积码的有效最大似然解码的技术是A.J.Viterbi及J.K.Omura所著的数字通讯及编码原理(principles of Digital Communications and Coding)，(New York，McGraw Hill 1979)一书中所公开的Viterbi算法。已知高传输率R卷积码的解码可通过使用“紧缩”码来简化，而“紧缩”码可通过周期性的删除低传输率码中的一些输出位而得到。一传输率1/n的码可以被紧缩至传输率为m/k，并且可以通过对解码率1/n的解码器进行简单的修改而很容易地被解码。1993年5月5日申请的专利申请序号为08/054,642的“使用以紧缩卷积码作格子编码进行通信数字信息的装置及方法(Apparatus and Method for Communicating Digital Data Using TrellisCoding with Punctured Convolutional Codes)的专利申请案中提供了这种解码器的一个例子。
对坚固调制解调器设计而言，从相位模糊状态快速恢复过来是非常重要的。在一典型的接收器中的追踪回路中，例如自动增益控制，自适应均衡器以及载波定时回路，载波恢复回路通常是最脆弱的，并产生噪声。相位模糊可能引起载波定时滑动，需要对向前错误更正(FEC)做主要的再同步化时，导致FEC的输出出现大量错误。Viterbi算法(或所使用的其它序列估算器)必须检测到这个事件，并且重新开始解码。因此，最好提供一种能够很快地从相位转换中恢复，而不会引起FEC改变状态的编码方法。这种编码方法对设计一种能消除在混合处理中引发的大量相位噪声的接收器时特别有用。
要牢牢地追踪相位抖动，载波定时回路频宽典型地都是开路，引起回路中的信号噪声比(SNR)降级。这会导致接收器曝露在相位倒转下，限制了接收器处理相位噪声的能力。迅速自载波定时回路恢复过来能够达成一个更积极的待执行的相位噪声星座图，而不会有在FEC的输出端出现大量错误的危险。
在多级调制技术中，尤其是与格子编码并用时，会碰到一个问题，那就是，自通信信道接收到的信号中可能发生90°相位模糊。这种相位模糊将使得难以决定所接收到的符号的绝对相位。当对所接收到的信号是否是一群中的一点或是同一群中偏移90°的另一点的假设错误时，解码的错误会发生。
对QPSK或QAM传输系统或其类似系统提供旋转性不变格子编码/解码方法将会很有利。这样一方法应该会解决所有90°相位模糊。接收器应该要能快速自相位倒转中恢复。任何误差的传播应该微不足道，而编码增益不应受到不利的影响。
发明内容
本发明提供一拥有以上所述各项优点的旋转式不变格子编码/解码方案。
根据本发明，一旋转性不变格子编码器被提供以对使用二维符号调制的被传输至接收机的输入数据进行编码。一预编码器(precoder)被提供来处理所述输入数据。此预编码器包括非线性逻辑，此逻辑为该接收机上对应的后编码器(postcoder)所提供的逻辑的相反。一编码器使用透明二进制卷积码对预编过码的信息进行编码，该透明二进制卷积码可为一紧缩码。许多装置被提供来将编过码的数据由编码器映射到一有许多信号点的二维信号空间。这些信号点用唯一的二进制码标示，其中由(I，Q)表示的两最低有效位，在每次绕着信号空间作90°的相位旋转时，都被置换并且被部分地求补成(Q，I)。每一点的剩余最高有效位，如果还有的话，对于这种旋转维持不变。
其中预编码器按照下列的关系式，使用延时的数据Xj-1及Yj-1的反馈，将第一输入数据流Wj及第二输入数据流Zj分别转换成相对应预编码的数据流Xj及Yj：
Xj＝WjXj-1Zj⊙(Xj-1Yj-1)及
Yj＝ZjWjYj-1Zj⊙(Xj-1Yj-1)由预编码器输出的数据流Xj及Yj被卷积地编码以提供符号的两最低有效位，这些符号则被映射到信号空间内的信号点。在一QAM的具体实施例中，与一QPSK的具体实施例恰恰相反，除了编过码的位外，还提供了未经编码的位。装置被提供用来分析来自输入数据的未编码位以为映射装置所用。这些未编码位代表这些符号的最高有效位，而这些符号则被映射到信号空间内的信号点。
一解码器被提供来用于将自格子编码器输出的符号进行解码。至少有一序列估算器，诸如一Viterbi算法，被用来自接收到的数据流恢复预编码的数据。一后编码器则被提供用来接收并处理经恢复的预编码数据，以提供输出数据，该数据对于恢复的预编码数据的90°转动保持不变。
为了调节QAM数据，可以在解码器中提供装置用于删除所接收到的数据流，以恢复自其的编过码以及未经编码的位。编过码的位被输入到序列估算器。装置被提供用来选择未编码的同相(I)数据或未编码的正交相位(Q)数据以与来自后编码器的后编码数据组合在一起。经序列估算器恢复的预编码数据再经编码，以用来启动选择装置选择未编码的I数据或未编码的Q数据。
预编码器按前述方法将第一输入数据流Wj及第二输入数据流Zj分别转换成相对应的预编码数据流Xj及Yj，而后编码器则分别将自该数据流恢复的预编码数据，即Xj’及Yj’，按照下列关系式转换为第一输出数据流Wj’，以及第二输出数据流Zj’：
Wj’＝Xj’Yj-1’(Xj’Yj’)⊙(Xj-1’Yj-1’)及
Zj’＝Yj’Xj’Yj-1’Xj-1’
本发明亦提供一预编码器用于旋转性不变格子编码器。预编码器的第一路径有多个“异”门，用来将第一输入数据流Wj转换成相对应的经预编码的数据Xj。第二路径有多个“异”门，将第二输入数据流Zj转换成相对应的经预编码的数据Yj。一第一反馈路径被耦合以取得来自第一路径的经预编码的数据Xj。第一反馈路径包括延时装置以提供先前的数据Xj-1。一第二反馈路径被耦合以取得来自第二路径的经预编码的数据Yj。第二反馈路径包括延时装置以提供先前的数据Yj-1。第一及第二反馈路径至少有一公共的“异”门及至少有一公共的“与”门。预编码器按照下列的关系式将第一及第二输入数据流转换成预编码数据：
Xj＝WjXj-1Zj⊙(Xj-1Yj-1)及
Yj＝ZjWjYj-1⊙Zj(Xj-1Yj-1)
本发明亦提供一用于旋转性不变格子解码器的后编码器。后编码器包括具有多个“异”门的第一路径，用来提供自使用序列估算算法，如Viterbi算法所恢复的接收到的预编码数据流Xj’的输出数据流Wj’。第二路径包括具有多个“异”门，用来提供自使用序列估算算法恢复的接收到的预编码数据流Yj’的输出数据流Zj’。一“与”门有一被耦合的第一输入端以接收分别来自第一及第二路径的预编码数据流Xj’及Xj’的“异”值。“与”门的第二输入端被耦合来接收分别来自第一及第二路径的延时数据流Xj-1’及Yj-1’的“异”值。该“与”门有一输出端被耦合至第一路径中一个“异”门的输入端。后编码器按照下列关系式从预编码数据流Xj’及Yj’产生输出数据流Wj’及Zj’：
Wj’＝Xj’Yj-1’(Xj’Yj’)⊙(j-1’Yj-1’)及
Zj’＝Yj’Xj’Yj-1’Xj-1’
本发明提供一种方法用于编码数字数据，使能进行旋转性不变格子编码调制。当以一透明二进制卷积码被编码并顺序地在接收机被解码并经后编码时，一待被编码的位流首先被预编码成为旋转式不变。预编码的位使用透明二进制卷积码被编码以提供被编码的信息。被编码的信息被映射到拥有多个信号点的二维信号空间。这些信号点用唯一的二进制标示，其中表示为(I，Q)的两最低有效位对每次绕着信号空间作90°的相位转换时，都被置换并且被部分地求补成(Q，I)。各点的剩余的最高有效位，如果还有话，对于这种转换维持不变。其中所述预编码步骤包括有步骤：按照下列的关系式，使用延时的数据Xj-1及Yj-1的反馈，将第一输入数据流Wj及第二输入数据流Zj分别转换成相对应预编码的数据流Xj及Yj：
Xj＝WjXj-1Zj⊙(Xj-1Yj-1)及
Yj＝ZjWjYj-1Zj⊙(Xj-1Yj-1)。
本发明的方法所提供的被编码的信息可以代表同相(I)及正交相(Q)数据。I及Q数据按照信号空间映射，经由通信信道被传输。I及Q数据经由通信信道被接收并被解调。被编码的I及Q数据经解码以恢复经预编码的位。恢复的预编码位经后编码以颠倒预编码步骤的效果，为的是恢复位流。
当本方法用于QAM传输时，数据在预编码步骤之前先被分析成未编码位流以及待编码位流。未编码位被映射到信号空间中信号点的最高有效位。得自待编码位流的已编码信息被映射到信号空间中信号点的最低有效位。未编码位及已编码信息能代表同相及正交相数据，I及Q数据按照信号空间映射，经由通信信道传输。I及Q数据经由通信信道接收并被解调。被解调的I数据经修整以恢复相对应的未编码位以及被编码的信息。被解调的Q数据也被修整以恢复相对应的未编码位以及被编码的信息。对I及Q数据的经修整过的编码信息被解码以恢复预编码的位。被恢复的预编码位经后编码以恢复在编码器被编码的位流。被恢复的预编码位使用透明二进制卷积码被再编码以提供控制信号。自I数据或Q数据经修整过的未编码位响应控制信号，被选择用于组合通过后编码步骤被恢复的位流，以重构数字数据。
附图简述
图1为根据本发明的旋转性不变编码器的方框图；
图2为能用于图1的编码器中的预编码器的解说性实施例；
图3为后编码器的解说性实施例，此后编码器可用于一接收来自图1的编码器的信号的解码器；
图4为根据本发明的QPSK结构的星座图；
图5为根据本发明的16-QAM实施例的星座图；
图6为根据本发明的64-QAM实施例的星座图；
图7为根据本发明的解码器的方框图；以及
图8为根据本发明而可用的二进制卷积码编码器的方框图。
具体实施方式
本发明提供一方法及一装置用于将旋转性不变格子编码方法并入受制于90°相位模糊的二维符号(如QPSM或QAM)传输系统。编码的方法用到透明二进制卷积码以及具有预编码及后编码功能的二维信号空间映射。此方法与任何透明二进制卷积码兼容，包括紧缩码。这种码的一个例子是公开在J.a.Heller及I.M.Jacobs所著“用于卫星及空间通讯的Viterbi解码(Viterbi Decoding for Satellite andSpace Communication)”IEEE Trans，Commun，Technol。，COM-19，pp.835-848，Oct.1971所载的64-状态码。
使用RI编码器/解码器的旋转性不变格子码被高度期待为用来解决传输系统，如QPSK及QAM的90°相位模糊的一种方法。本发明的编码方法使用透明二进制卷积码。如果任何码字的补码永远为码字，一二进制卷积码(BCC)被称为透明。由于BCC为线性码，假如且仅仅假如“所有1的”序列为码字的话，则此BCC为透明的。对一由产生器矩阵G(D)(N级的k×n多项式矩阵)及奇偶校验矩阵H(D)(n-k级的n-(k×n)多项式矩阵G(D)H(D)t＝0)所描述的(n，k)BCC而言，假如且仅仅假如H(D)列的和可以被1-D整除的话，此码就是透明的。
一旋转性不变码永远有一旋转性不变编码器/解码器(uncoder)。这样的编码器/解码器有一种特性，那就是当码字还没有送进解码器之前先旋转0°，90°，180°或270°时，此码字在解码器的输出与未旋转的一样。换言之，码字与它的旋转版本在解码器产生相同的输出。这样的解码器被要求例如在有限脉冲响应滤波器(FIR)中一样为无反馈，以确保在接收机的有限错误传播，而编码器具有象例如无限脉冲响应(IIR)滤波器中一样的反馈。
透明二进制卷积码被映射到被唯一标示的二维信号空间。尤其，连续符号群中相对应的符号都用最低有效位(I，Q)标示，使得经逆时针旋转90°后，这些LSBs会被置换并且被部分地求补成( Q，I))。对一QPSK星座图而言，假如标示四点的两位被表示为(Ij，Qj)，则
(Ij，Qj)→( Qj，Ij)→( Ij， Qj)→(Qj， Ij)→(Ij，Qj)此映射的关键是旋转90°之后：(Ij，Qj)→( Qj，Ij)
图1展示一根据本发明的编码器。要编码的串行数据经由终端10输入一分析器12，此分析器在调制电平高于QPSK(例如QAM)时，将数据分析成经由路径16输出至映射器26的未编码位uj以及输入预编码器的第一数据流(Wj)和第二数据流(Zj)。预编码器14将数据流(Wj，Zj)预编码使得经此处理所表示的数据在接收机处为旋转性不变而此时只要在编码器适当地被编码及映射，并且在接收机被解码及后编码。自预编码器14输出的预编码数据(Xj，Yj)被分别输入可有可无的反馈矩阵18，20。预编码器的两二进制输出被独立地由分别的二进制卷积编码器22，24编码。BCC输出连同线16上剩余未编码的信息uj组合起来，以选择待传输的QAM星座点。要了解的是，在QPSK执行中，没有未编码位，而线16并不需要。
BCC输出的映射使得它们独立地选择“I”及“Q”座标的最低有效位(LSB)。此外，未编码或“平行边缘”(PARALLEL EDGE)信息uj为旋转性不变。
多项式产生器矩阵G(D)所描述的透明码的编码是通过可有可无反馈矩阵F-1(D)，及其后的前馈产生器G(D)而完成。这种结构允许各种编码器用于所选择的码。举例而言，“系统性”的编码器是可能的。对编码器矩阵的唯一要求是“如果G(D)(或F-1(D))的输入被求补以使0变成1，或者1变成0，然后输出被求补。这对透明BCC永远是可能的。
预编码器14有一种结构，此结构与透明BCC及前述信号集合的旋转性不变标号相组合时，将导致旋转不变性(以下结合图4-6进行详细描述)。在较佳实施例中，预编码器用延时数据Xj-1，Yj-1的反馈，按照下列的关系，分别将数据Wj及Zj转换成相对应的预编码数据Xj及Yj：
Xj＝WjXj-1Zj⊙(Xj-1Yj-1)及
Yj＝ZjWjYj-1Zj⊙(Xj-1Yj-1)其中符号代表异运算，而符号代表”与“运算。
在解码器中需要一对应的后编码器，其细节将结合图7进行详细描述。后编码器按照下列关系将自通信信道恢复的预编码数据Xj’及Yj’分别转换为各自的Wj’及Zj’数据：
Wj’＝Xj’Yj-1’(Xj’Yj’)⊙(Xj-1’Yj-1’)及
Zj’＝Yj’Xj’Yj-1’Xj-1’Xj，Yj，Wj及Zj诸项在后编码器中被多加了一撇，只表示它们可能与在预编码器中的相对应的项不完全相同，原因是：(1)通信信道所引入的错误，以及(2)传送机与接收机绝对相位间的相差90°，180°或270°。理想状况下，视相位差而定，这些项目在预编码器及后编码器都相同。
由以上关系可以看出：(1)后编码器对预编码器进行翻转，(2)在(Xj，Yj)→(Yj，Xj)(或此映射的整数次方)的映射下，后编码器的输出是相同的，以及(3)后编码器功能为无反馈(即它代表输入的”滑动视窗“(sliding window)功能)，因而限制了误差的传播。
所例示的预编码器14的较佳结构如图2所示。信息Wj经由终端30输入至拥有多个“异”门34，36的第一路径。信息Zj经由输入终端32输入至拥有多个“异”门40，42，44的第二路径。第一反馈路径被耦合以从第一路径得到预编码数据Xj，并包括一延时器38(例如：触发器)以提供先前的数据Xj-1。第二反馈路径被耦合以从第二路径得到预编码数据Yj。第二反馈路径包括一延时装置46以提供先前的数据Yj-1。第一及第二反馈路径包含至少一公共的“异”门48及一公共的“与”门50。熟悉本领域的技术人员会了解到：图2所展示的结构会按照前述的预编码器关系式处理Wj及Zj信息，以提供Xj及Yj这些项目，这些项目与透明BCC及信号集合的旋转不变标示组合后，导至旋转不变性。
后编码器130的较佳实施例在图3中被说明。Xj’项经由终端60输入至拥有多个“异”门64，6 的第一路径，以提供Wj信息。Yj’项经由终端62输入至拥有多个“异”门70，76的第二路径，以提供Zj’信息。一“与”门74的一第一输出被耦合以经由“异”门70接收分别来自第一及第二路径的预编码数据Xj’及Yj’的“异”值。“与”门74的一第二输出被耦合以经由延时器(例如：触发器)68，78及“异”门72接收分别来自第一及第二路径的延时信号Xj-1’及Yj-1’的“异”值。“与”门74的输出端被耦合至第一路径中“异”门64的一输入端。图3所展示的后编码器130将因此按照前面所设定的后编码器关系式处理自通信信道恢复的数据Xj’及Yj’。
图4展示根据本发明的QPSK结构的旋转性不变符号标法。与符号群X，+，*，及0邻近的数字为八进制参考值。QPSK信号空间80包括四点，每一点为四信号群中的一个。本发明的旋转性不变标号法使得符号X，+，*，及0的最低有效位分别为(0，0)，(1，0)，(1，1)及(0，1)。因此，可以看出逆时针旋转90°，180°，270°及360°后，标号改变如下：
(0，0)→(1，0)→(1，1)→(0，1)→(0，0)
  X       +       *       0       X如果标示QPSK信号空间80中四点的两个位表示为(Ij，Qj)，可以看出下列关系被满足：
(Ij，Qj)→( Qj，Ij)→( Ij， Qj)→(Qj， Ij)→(Ij，Qj)
要将此标号法延伸至QAM调制，点的标示要使得(1)转90°后，两个最小有效位(Ij，Qj)满足(Ij，Qj)→( Qj，Ij)，以及(2)剩余的最高有效位在转动90°后保持不变。这样的标号法对所有90°对称的QAM信号集(如方形(SQUARE)及交叉(CROSS)星座图)都存在。
图5展示用于16-QAM结构的这样一标号法。同样地，符号以八进制标示，且符合前面所定的标号约定。在16-QAM结构中，信号空间90包括四个调制电平91，93，95及97。调制电平93，举例来说，包括四个点+(被标为八进制数06)，*(被标为八进制数07)，0(被标为八进制数05)及X(被标为八进制数04)。八进制数04以二进制表示为“0100”。八进制数06以二进制表示为“0110”。八进制数07为“0111”，而八进制数05为“0101”。信号空间90中调制电平93内的任何90°逆时针旋转都将置换两最低有效位并且对其中的左位求补，而两最高有效位则保持不变。此点可通过比较信号点+(八进制数06)及信号点*(八进制数07)看出，其中最低有效位由“10”变为“11”，符合(Ij，Qj)→( Qj，Ij)的关系式。同时，对调制电平93内的点+及*而言，最高有效位“01”保持不变。如图5所示，此标号约定对16-QAM星座内的每一点都成立。
图6示出一64-QAM的结构。同样地，此标号约定对信号空间94内的每一点都成立。如图4及图5，图6中的每一符号都以八进制表示法注明。
参考图4-6的符号标法可以很容易明了本发明所提供的旋转不变性。为简单起见，参考图5相当有助益，可从图中看出由X到+的逆时针级数永远表示90°的相移，不管实际的点出现在信号空间的那一点。假如整个信号空间移动90°，180°，或270°，符号X与符号+之间的关系仍然为，同样地，一*符号永远代表自一+符号移动90°，一0符号永远代表自一*符号移动90°，一X符号永远代表自一0符号移动90°。旋转不变性经由编码入相位改变而取得，并不依赖实际的相位值。
图7展示可根据本发明被使用的解码器。自传输信道接收的数据经由终端100输入一传统的接收机及自适应均衡器102。虽然图上所展示的用于各同相数据(I)及正交相数据(Q)的分离处理硬件104，106，正如现有技术中众所周知的，在一集成电路结构中大部分的硬件都可共用。
以I表示的数据经由修整器108修整为未编码位，这些位在输入选择器118之前，通过缓冲器(如触发器)110被延迟。编码位被输入一能包含标准Viterbi解码器的序列估算器112。Viterbi以外的演算法，如顺序解码算法，也可取代使用。序列估算器恢复预编码位Sj’(在编码器由预编码器14预编码)，这些位由BCC编码器114进行再编码。这些再编码的预编码位提供控制信号以起动选择器118选出适当的未编码位Uj’，以将恢复的及后编码过的编码位流Wj’及Zj’在组合器132中组合。
选择器118可以包括，例如，一多路复用器配置，其中来自BCC编码器114，126的两位被用来从延迟阶段110，122输出的未编码数据位的四种可能组合中作选择。未编码位为符号的最高有效位且为旋转性不变。一旦编码位由序列估算器确认并经BCC编码器114，126再编码，它们会按照所用的映射方法来辨识I数据路径或Q数据路径MSB中的哪一个为正确选择。在另一种结构中，选择器118可为一查询表，此表由自BCC编码器114，126输出的两位来定址。
用于指定为数据I的数据的被恢复编码位经由可选择的前馈矩阵116被处理，此矩阵为图1中所示的可有可无的反馈矩阵18的倒置。这些位(Xj’)然后在后编码器130中被后编码，此后编码器在前已于图3被讨论过。
被指定为Q数据的数据的处理与被指定为I数据的数据的处理相同。修整器120修整未编码位，这些位在输入选择器118之前通过缓冲器122被延迟。序列估算器124，BCC编码器126及可有可无的前馈矩阵128与元件112，114及116相当。
注意的是与图7中的解码器相关的解码数据应不管输入的数据经过几倍的90°旋转都将永远不变。后编码器130，再编码器114及126，以及可有可无的前馈矩阵116及128都无反馈，因而实际通过提供输入滑动视窗功能的输出来限制误差传播。此外，被解码的位在通过解码器时的误差传播通常由再解码器(114，126)中的误差传播被典型地支配。
图8展示BCC编码器的一例(F(D)＝1)，此编码器可用于图1及7中的解码器22，24，114及126。虽然根据本发明任何透明BCC都可被使用，下列紧缩率4/5及3/4的码被提供作为范例：
紧缩1/2，16-状态，Dfree＝3，NN＝2
          率4/5
G0＝(1+D2+D4，1+D+D2+D3+D4)(Octal：25，37) P = 1000 1111 G = 1 + D 1 + D 1 1 1 0 D 1 + D 1 1 0 D D 1 + D 1 0 D D D 1 + D
H＝(1+D+D2+D3+D4，1+D2+D4，D+D3+D4，D+D4，D+D2+D4)
紧缩1/2，16-状态，Dfree＝4，NN＝8
              率3/4
G0＝(1+D2+D4，1+D+D2+D3+D4)(Octal：25，37) P = 100 111 G = 1 1 + D 1 + D 1 0 D 1 + D 1 + D D 2 D + D 2 D 1 + D
H＝(1+D+D2+D3+D4，1+D2+D4，D+D2+D4，D+D3+D4)
现在我们可以了解到本发明所提供的旋转性不变格子码可用于象QPSK及QAM的传输系统。本编码的方法牵涉到使用透明二进制卷积码，一独特二维信号空间映射，以及预编码及后编码功能，这些功能使后编码器的输出保证不变，不论输入的相位如何。
虽然本发明皆以各种优选实施例进行了说明，很明显的，可在其中做各种调整及修改而不偏离由所附权利要求限定的本发明的申请专利的精神及范围。

Claims (11)

1、一种旋转性不变格子编码器，用来对经由二维符号调制被传输到一接收机的输入数据加以编码，其特征在于所述编码器包括：
一用来处理所述输入数据的预编码器，所述预编码器包括非线性逻辑，此逻辑为所述接收机上对口后编码器所提供逻辑的相反；
一使用透明二进制卷积码来对所述预编码数据进行编码的编码器；及映射装置，用来来自所述编码器编过码的数据映射至拥有多个信号点的二维信号空间，所述信号点以独特的二进制标示，其中被表示为(Ij，Qj)的两最小有效位对于绕着信号空间每旋转90°相位，就被置换并且被部分地求补成(Qj，Ij)，而用于各点的剩余的最高有效位，如果还有的话，对此旋转保持不变；
其中所述预编码器按照下列关系式，用延迟数据Xj-1及Yj-1的反馈，分别将第一输入数据流Wj及第二输入数据流Zj分别转换为相对应的预编码数据流Xj及Yj：
Xj＝WjXj-1Zj⊙(Xj-1Yj-1)及
Yj＝ZjWjYj-1Zj⊙(Xj-1Yj-1)。
2、根据权利要求1的格子编码器，其特征在于输出自所述预编码器的数据流Xj及Yj被卷积地编码以提供被映射至所述信号空间的信号点的符号中的两最低有效位。
3、根据权利要求2的格子编码器，其特征在于还包括：分析装置，用来分析来自所述映射装置所用的所述输入数据的未编码位；
其中所述未编码位代表所述符号的最高有效位，而所述符号被映射到所述信号空间的信号点。
4、一种解码器，与权利要求1的格子编码器组合使用，用于对由该格子编码器编码的符号进行解码，其特征在于所述解码器包括；
至少一序列估算器，用于自经接收的数据流恢复所述预编码数据；
修整装置，用来修整所述接收数据流，以恢复自此而来的编码及未编码位，所述编码位被输入至所述序列估算器；
选择装置，用来选择未编码同相(I)数据或未编码正交相(Q)数据，以与自所述编码器来的输出数据相组合；及
再编码装置，用于对由所述序列估算器所恢复的预编码数据进行再编码以用来启动所述选择装置选择所述未编码数据I或所述未编码数据Q；
后编码器接收并处理恢复的预编码数据以提供对恢复的预编码数据多次旋转90°亦不变的输出数据；且
所述后编码器按照下列关系式，分别将包括数据流Xj’及Yj’的恢复的预编码数据分别转换为第一及第二输出数据流Wj’及Zj’：
Wj’＝Xj’Yj-1’(Xj’Yj’)⊙(Xj-1’Yj-1’)及
Zj’＝Yj’Xj’Yj-1’Xj-1’。
5、根据权利要求4的编码器，其特征在于所述透明二进制卷积码为一紧缩码。
6、一种用于旋转性不变格子编码器的预编码器，其特征在于包括：
一第一路径，拥有多个“异”门，以将第一输入数据流Wj转换成相对应的预编码数据流Xj；
一第二路径，拥有多个“异”门，以将第二输入数据流Zj转换成相对应的预编码数据流Yj；
一耦合的第一反馈路径，以自所述第一路径得到所述预编码数据流Xj，该第一反馈路径包括延迟装置以提供先前的数据Xj-1；
一耦合的第二反馈路径，以自所述第二路径得到所述预编码数据流Yj，该第二反馈路径包括延迟装置以提供先前的数据Yj-1；
所述第一及第二反馈路径至少有一公共“异”门及至少一公共“与”门；及
所述预编码器按照下列关系将所述第一及第二输入数据流转换成所述预编码数据流：
Xj＝WjXj-1Zj⊙(Xj-1Yj-1)及
Yj＝ZjWjYj-1Zj⊙(Xj-1Yj-1)。
7、一种用于旋转不变性格子解码器的后编码器，其特征在于包括：
一第一路径，拥有多个“异”门，以自使用序列估算算法被恢复的接收的数据流Xj’提供输出数据流Wj’；
一第二路径，拥有多个“异”门，以自使用序列估算算法被恢复的接收的数据流Yj’提供输出数据流Zj’；
一“与”门有一被耦合的第一输入端，以接收分别来自该第一及第二路径的预编码数据流Xj’，及Yj’的“异”值；及被耦合的一第二输入端，以接收分别来自该第一及第二路径的延迟数据流Xj-1’及Yj-1’的“异”值，该“与”门有一输出端耦合至该第一路径的“异”门的一输入端；
所述后编码器按照下列关系自该预编码的数据流Xj’及Yj’产生该输出数据流Wj’及Zj’：
Wj’＝Xj’Yj-1’(Xj’Yj’)⊙(Xj-1’Yj-1’)及
Zj’＝Yj’Xj’Yj-1’Xj-1’。
8、一种用来将数字数据编码以使能被旋转性不变格子编码调制的方法，其特征在于包括的步骤有：
将一待被编码的位流预编码，使之在用透明二进制卷积码被编码并随后在接收机上解码并后编码后为旋转性不变；
使用所述透明二进制卷积码编码该预编码位以提供编码的信息；及
将编过码的信息映射至拥有多个信号点的二维信号空间，所述信号点以独特的二进制码标示，其中表示为(Ij，Qj)的两最低有效位对于每绕着信号空间旋转90°相位被置换并且被部分地求补成( Qj，Ij)，而各点剩余的最高有效位，如果还有话，对此旋转保持不变；
其中所述预编码步骤包括有步骤：按照下列关系式，用延迟数据Xj-1及Yj-1的反馈，分别将第一输入数据流Wj及第二输入数据流Zj分别转换为相对应的预编码数据流Xj及Yj：
Xj＝WjXj-1Zj⊙(Xj-1Yj-1)及
Yj＝ZjWjYj-1Zj⊙(Xj-1Yj-1)。
9、根据权利要求8的方法，其特征在于所述编码信息代表同相数据(I))及正交相数据(Q)，该方法还包括有步骤：
根据所述信号空间映射经由一通信信道传送I及Q数据；
接收并解调来自所述通信信道的I及Q数据；
将I及Q的编码信息解码以恢复预编码位；以及
后解码恢复的预编码位，以颠倒该预编码步骤的作用并恢复所述位流。
10、根据权利要求8的方法，其特征在于还包括有步骤：
在所述预编码步骤之前将所述数据分析为一未编码位流及所述待被编码位流；
其中所述未编码位被映射到所述信号空间中信号点上的最高有效位，而来自所述待被编码的位流的编码信息被映射到所述信号点的最有效位。
11、根据权利要求10的方法，其特征在于所述未编码位及编码信息代表同相数据(I)及正交相数据(Q)，该方法还包括有步骤：
根据所述信号空间映射经由一通信信道传送I及Q数据；
接收并解调来自所述通信信道的I及Q数据；
修整经解调的I数据以恢复相对应的未编码位及编码信息；
修整经解调的Q数据以恢复相对应的未编码位及编码信息；
将修整过的I及Q数据的编码信息解码以恢复预编码位；
后编码经恢复的预编码位以恢复经编码的位流；
使用所述透明二进制卷积码将恢复的预编码位再编码来提供控制信号；及
响应所述控制信号选择自该I数据或该Q数据的被修整的未编码位，与由该后编码步骤恢复的位流组合，以重建所述数字数据。
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