CN1271477A - 采用正交分组编码技术的通信系统和方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种正交分组编码通信系统和方法。通过重复发射相位或者符号按照为每一块选择的一个相位或符号改变序列改变的码元块来发射编码信号。不同的码元用正交序列发射。译码时使用不同的正交序列,将收到的编码信号分开到对应的信道里去。将发射的编码信号中的正交编码去掉,并在正交编码被去掉以后将连续收到的重复块中对应的重复码元加起来。发射机利用一个数字信源编码器将信息编码成码元,每一个码元重复预选次数,连续产生重复位组。根据跟发射机有关的所选正交码改变每一个重复位的相位或者符号。将一定数量的这种组中改变了符号的位进行交织,连续产生一定数量的块,每一个都包括预选数目重复组的不同的改变了符号或相位的位,还有一个集体的符号或者相位改变,对应于块中所有位共享的公共符号改变或相位改变。然后用交织块调制一个无线电信号并发射出去。

Description

采用正交分组编码技术的通信系统和方法

发明背景

总的来说本发明涉及对发射的信号进行编码的通信系统和方法，具体而言，涉及采用正交编码技术的一种正交通信方法。

人们采用冗余编码而有意识地扩展频带，因为这样做会给性能参数带来好处。但如果通信信道存在延迟了的回波、时间色散或者多径效应，那么这些好处就会丧失殆尽。

码分多址CDMA是用来人工扩展发射频带的一项众所周知的技术。CDMA是著名的冗余编码技术的一种扩展，例如它是重复发射并在接收机里采用多数表决从而合并重复信号这种冗余编码技术的一种扩展。在某些CDMA也叫做直接序列扩频应用里，采用简单重复的混合，或者“哑扩频(dumb spreading)”和纠错编码，或者“智能扩频”，来实现需要的扩频系数。

在本领域中大家都知道比较好的方法是采用较少的智能编码，换成哑扩频，使不同的信号互相正交，从而互不干扰。例如，如果一个信号经过适当次的智能纠错编码以后得到一个编码位流a₁、a₂、a₃、a₄……，第二个信号得到一个编码位流b₁、b₂、b₃、b₄……，然后将第一个信号采用额外的四次重复编码a₁、a₁、-a₁、-a₁、a₂、a₂、-a₂、-a₂、a₃、a₃、-a₃、-a₃、a₄、a₄、-a₄、-a₄……以后再发射，第二个信号采用四次重复编码b₁、-b₁、-b₁、b₁、b₂、-b₂、-b₂、b₂、b₃、-b₃、-b₃、b₃、b₄、-b₄、-b₄、b₄……以后再发射，那么，将第一个信号重复编码的符号模式++--++--++--++--……跟第二个信号重复编码的符号模式+--++--++--++--+……进行比较，就会发现这两个信号的重复编码刚好有一半位置的符号相同，另一半位置的符号不同。这样，在合并具有正确符号的重复信号以增强信号强度时，干扰信号的贡献将会完全抵消，反之亦然。这两个信号就叫做“互相正交的”。

美国数字蜂窝IS95系统规定从蜂窝基站向移动电话发射的信号互相之间应当具有正交性，用从一组64个互相正交的Walsh-Hadamard码中选择出的64个符号模式中的一个符号模式进行64重重复编码。这一IS95系统在移动电话到蜂窝基站的方向上采用非正交传输，用包括卷积编码和正交Walsh-Hadamard分组编码的智能纠错编码技术取而代之。在移动电话到基站这一方向上，利用不同Walsh-Hadamard码之间的正交性来区分同一移动电话发射的不同的6位码元，而在基站到移动电话方向上，Walsh-Hadamard码则用于区分发射给不同移动电话的码元。

IS95系统中移动电话到基站的方向上采用非正交传输方式的缺点是，如果移动发射机的功率不能严格地控制为到基站的距离的函数，使不同移动电话的信号到达接收机时功率基本相同，那么这些信号就会互相干扰。但如果采用1992年9月29日颁发给Dent，标题为CDMA减性解调的第5151919号美国专利所公开的技术，严格功率控制这一要求就可以得到放松。在1993年6月8日颁发给Dent，标题为CDMA减性解调的第5218619号美国专利里，已经译码的信号被减去一次以上以降低干扰电平。1994年10月4日颁发给Dent和Bottomley，标题为无线电通信的多重编码的第5353352号美国专利中描述了最优扩频存取码，在同一次发射的信号以内采用正交信令而在不是同一次发射的信号之间采用非正交信令时，就象IS95中移动电话到基站方向的上行链路所采用的一样，这些最优扩频存取码跟前面讨论过的符号模式等价。这里将前面引用过的专利全部引入作为参考。

IS95上行链路(移动电话到基站)和IS95下行链路(基站到移动电话)传输方案不同的原因是，采用现有技术通信方案时，在不是同一次发射的信号之间保持正交要求这些信号在时间上精确对齐。如果，在以上实例中，第一个和第二个信号除了有一个位置的偏移以外互相对齐，就象

++--++--++--++--

 +--++--++--++--++一样，那么这一实例中两个符号模式只在符号块的头尾不同，这样就会严重地破坏正交性。

在下行链路也就是基站到移动电话的方向上，所有信号都来自同一个基站，因此时间对齐可以得到保证。当上行链路也就是移动电话到基站方向上的信号来自跟基站的距离不同的不同移动电话时，要让基站接收到的信号保持在时间上对齐就要困难得多。

在叫做GSM(全球移动通信系统)的欧洲蜂窝系统里，移动电话发射信号时采用了动态时间对齐方式，其中基站让每一个移动电话提前或推迟它们的发射时间，从而使基站收到的信号在时间上相互对齐。然而，高精度地实现这种同步的能力，例如精确到零点几个微秒，受到了多径信号传播现象的制约，而这种多径传播现象正是陆基移动无线电环境的典型特征。

多径信号传播现象是由象山坡和高楼这种很大的物体反射发射的信号导致回波延迟而产生的。虽然可以让一个移动发射机发射的信号实现同步，使选定信号射线也就是回波在时间上对齐，从而跟另一个移动发射机发射的信号正交，但是，路径延迟跟选定信号射线不同的多径传播回波在时间上就无法对齐。

GSM系统采用时分多址(TDMA)方式，其中每一个移动信号都分配了一个时隙，这一时隙跟同一频率上其它移动信号的时隙互不重叠。时隙之间等于最长回波延迟的保护时间，加上受控制的时间提前和推迟，减少了由于多径传播引起的不同信号之间的干扰。利用均衡器将同一信号不同回波的能量相加降低了信号自己的回波带来的干扰。例如，1994年7月19日颁发给Dent，标题为自适应最大似然解调器的第5331666号美国专利和1994年8月2日颁发给Dent等，标题为数字调制信号双向解调的方法和装置的第5335250号美国专利，描述了这样一种均衡器，这里将这两项专利的内容引作参考。在时隙之间需要保护时间降低了系统的带宽容量，而采用均衡器并不能完全消除多径传播的影响。

因此仍然需要一种系统和一种方法，用于构造一种信号，并用这种信号进行通信，即使由于例如多经传播效应导致时间延迟不同，这种信号也能基本上维持互相正交。

发明简述

利用本发明的正交编码通信系统和方法，可以改善现有技术里的上述缺陷。本发明的通信系统和方法利用正交编码的重复码元块重复发射编码信号，重复块里的码元代表编码信息。还提供了对发射的编码信号的正交编码重复码元块的译码方法。

一方面，本发明描述了一种正交分组编码通信系统，它包括多个发射机，每一个发射机都有重复发射编码信号的装置，这些编码信号是互相正交编码的重复码元组，分别代表发射机处产生的信源信号的取样。还包括接收机用来接收发射的编码信号，它包括对所有多个发射机发射的编码信号的正交编码的重复码元块进行译码的装置。译码时，通过采用与多台发射机中不同的发射机相关的多个正交码中不同的码，将接收到的编码信号分开到对应的信道里去。

另一方面，本发明的通信系统中多个发射机中的每一个都可以重复数字信源编码器产生的每一位信息，重复次数为预先选定的第一个数目，以连续地产生重复位组。根据与发射机有关的正交码，每第二个数目个连续组重复位的重复位都有选择地改变一次符号。

然后对第二个数目的一组中改变符号的那些位进行交织，连续地产生数量等于第一个数目的许多块，每一块都包括第二个数目的码元，每一块都包括不同的编码信息位，它们共享共同的符号变化。按照产生的包括对应于正交码的符号改变的块发射调制信号。

通过阅读以下详细说明、后面的权利要求并参考附图，本发明的这些以及其它特征和优点将是显而易见的。

附图简述

在附图中：

图1是本发明中正交分组编码通信系统的一个简化功能框图；

图2是图1所示系统的接收机收到的两个正交分组编码信号，这两个信号有一定量的失步，而正交分组编码接收机对此毫不敏感；

图3跟图2类似，但其中的信号不是理想的正交；

图4跟图2类似，说明多径传播的效应；

图5是本发明中发射机的一个功能框图；

图6是本发明中另一个发射机方案的一个功能框图；

图7是本发明中接收机的一个功能框图；

图8(a)说明的是现有技术里的GSM TDMA脉冲串和数据位的格式；和

图8(b)跟图8(a)类似，但说明的是本发明中对延迟不敏感的正交CDMA数据位信号。

发明详述

参考图1，其中说明的是本发明的一个正交分组编码通信系统10，它包括多个发射机，例如一对基本相同的分组编码发射机11和12，它们用电磁波广播载有信息的信号S11和S12。虽然本发明可以用于调制到载波上去的模拟信号这种情形，但是这些信号S11和S12最好是数字信号。一个正交分组编码接收机14收到这两个信号S11和S12，将这两个正交分组编码信号译码，并分开到各自的输出信道里去。发射机11发射的正交分组编码信号S11的一部分，如图中的虚线所示，被地面上的反射体13反射，间接地到达接收机14。因为反射路径比信号S12的直接路径长，反射信号S11’比直接信号S12晚一些到达接收机14。因此，即使信号S12是跟S11同步的，它们同时到达接收机，但是S12却无法跟发射信号S11’同步。

参考图2，其中是一个正交分组编码通信系统10。第一个信号S11包括许多块，每一块都包括N个载有信息的取样b₁、b₂、b₃……b_N，将这些重复块许多次，翻转了的在方框上方用负号表示，没有翻转的用正号表示。这样，如图2所示，第一块、第三块和第四块S11-1、S11-3和S11-4没有翻转，而第二块S11-2则翻转了。因此图2的翻转/不翻转模式为+-++。

第二个信号S12包括一块信号取样a₁、a₂、a₃……a_N，也将它重复多次，有些重复块翻转，有些重复块不翻转。对于第二个信号S12，第一个、第二个和第三个重复块没有翻转，第四个重复块则翻转了，符号模式为：+++-。

可以证明，第一个和第二个信号模式+-++和+++-是正交的，这意味着它们相同的地方跟不相同的地方一样多。

当第一个信号S11和第二个信号S12同时发射出来时，在空中这两个信号线性叠加。然而，如图2所示，这两个信号S11和S12，也就是信号块S11-1和S12-1在时间上不一定能对齐。在图2所示的实例里，取样a_i和b_i没有对齐，因此它们不会叠加起来，而取样a_i和b_(i+1)则是对齐的，它们会叠加起来。

接收机14用于接收对应的信号取样，这些信号取样以时间T为周期重复多次。接收机14最好将信号取样转换成合适的形式，就象数字信号一样，储存在接收机的取样存储器15中。接收机14从存储器15中读出信号取样，对它们进行处理并将它们合并。在图2中的第四个取样点，信号S11和S12的取样和为：

a₁+b₃，a₁-b₃，a₁+b₃，-a₁+b₃。

为了合并取样，接收机14根据信号的符号模式进行加减运算。在图2中，用符号模式+-++来接收第一个信号S11。或者用符号模式+++-来接收第二个信号S12。

因此接收第一个信号S11时，接收机14进行以下运算：

+(a₁+b₃)-(a₁-b₃)+(a₁+b₃)+(-a₁+b₃)＝4b₃这说明，第二个信号S12的取样a₁和-a₁的干扰被抵消了。

或者接收机采用符号模式+++-组合收到的取样，以获得第二个接收信号S12：

+(a₁+b₃)+(a₁-b₃)+(a₁+b₃)-(-a₁+b₃)＝4a₁，这说明第一个信号S11的取样b₃和-b₃的干扰被抵消了。

这样，这两个信号S11和S12看起来是正交的，尽管它们在时间上错开了两个取样的距离。对于其它的时间偏差，只要它们跟N个取样间隔的块长度比起来相对较小，这样的信号同样会维持正交。对于某些重复位，本发明会偏离理想的正交，这些重复位的个数等于以取样间隔表示的时间偏差。因此，如图3所示，当块的长度比时间偏差大时，非理想的正交只影响少数位。接收机14合并接收到的取样，用符号模式+-++对取样译码，‘a’取样的干扰被抵消。但对b_N译码时，接收机14却得到：

4b_N-a₂+a₂’………………………………(1)

‘a’取样对b_N的干扰并没有完全抵消，因为a₂’是下一个重复位块的一个取样，它不一定等于a₂。但如果重复次数很多，比这一实例中的4要大很多时，b_N的值就会跟一个很大的因子相乘，而’a’取样的干扰就会几乎互相抵消。除此以外，采用纠错编码能够容忍少量的’b’值受到未完全抵消的’a’值的干扰，而不会导致信息出现传输差错。因此在实际中，利用很大的块，重复次数很多，例如在IS95中采用64次重复，并采用纠错编码，本发明可以保证正交性能够得到基本保持，即使不同的信号之间有几个取样间隔的时间偏移。

当一个信号，例如第二个信号S12的’a’分量，经过长度不同的多条传播路径从发射机到达接收机时，接收到的第一条路径的信号会乘上一个复数C₀，表示经过第一条路径后相位和幅度的变化，接收到的延迟路径上的信号会乘上一个复数C₁，表示这一延迟路径上相位和幅度的变化。图4说明相对路径延迟为一个取样间隔这种情况。这样对取样a₂译码时，除了第一条传播路径将幅度和相位变成C₀a₂以外，叠加上被第二条路径用因子C₁改变了幅度和相位的取样a₁会进一步破坏取样a₂。如图4所示，这时接收机14的输出是4(C₀a₂+C₁a₁)，它正好是没有重复的情况下接收机输出结果的4倍。于是接收机14的输出依次是：

4C₀a₁+C₁a_N-C₁a_N″……………………(2)

4C₀a₂+4C₁a₁

4C₀a₃+4C₁a₂

4C₀a₄+4C₁a₃

……

4C₀a_N+4C₁a_(N-1)其中a_N″表示前一个N码元块的第N个码元。除了第一个输出以外，所有的输出都与两次发射的取样有关。

可以用一个均衡器来处理输出序列，就象引用的参考文献里所描述的一样，该均衡器专门设计成用来处理一个或多个取样延迟的延迟路径。这样一个均衡器能够正确地处理所有的取样，但除了两个块的边界，例如上述公式(2)给出的第一个取样。用这样一个均衡器能够正确地处理块边缘的取样。当组合的重复次数’M’大于4时，接近的程度就更好，这样第一个输出就成为：

M·C₀a₁+(M-3)·C₁a_N-a_N″＝M·(C₀a₁+C₁a_N-C₁·(a_N″+3a_N)/M)…………(3)这里当M变大时，跟C₀a₁+C₁a_N相比，误差C₁·(a_N″+3a_N)/M趋于零。然而，在组合了三个取样a₁、a_N和a_N″以后，有可能在图4所示的实例中有效地为接收机的依赖性建立模型，从而利用这一模型构造一个均衡器对a₁译码，而在其它情况下则用一个只依赖于两个发射取样的模型。这样一个均衡器需要较大数量的译码状态也就是“维特比状态”，来解除信号对其它码元的依赖性。

这样，在CDMA系统里，本发明的接收机14在对多径传播进行传统的均衡以后还要进行解扩。根据本发明，接收机14可以有一个维特比最大似然序列估计器这种形式的均衡器或者一个判决反馈均衡器(DEF)，或者也可以在解扩过程中选择一个瑞克(RAKE)接收机来处理多径传播效应。1994年4月19日颁发给Dent，标题为量化相干RAKE接收机的第5305349号美国专利介绍了一种合适的RAKE接收机，这里将这一发明引入作为参考。

本发明的接收机16最好按照图5来构造，它包括一个块交织器18，在电路20最后完成正交扩频编码以后，块交织器对信号进行交织运算。电路20有一个位重复器22、一个直接序列正交码生成器24和一个模2加法器26。

信息源28提供信息，例如语音或者传真信号，交给数字信源编码器30，将信息转换成数字形式。数字信源编码器30的输出交给纠错编码器32，使信号更能承受噪声和干扰。编码器32的输出位流(b₁、b₂、b₃……)由位重复器22扩展，位重复器将每一位取样M次，这里的M是所需要的扩频系数。接着通过逐位方式相加，模2加法器26在扩展位流上逐位加上由直接序列正交码生成器24产生的分配给这一信号的一个特征正交码。块交织器18对输出的扩频编码信号进行MxN块交织运算，从而使重复位在时间上不相邻，而是错开N位的块尺寸发射。块交织器18不增加或者减少位，但是改变它们的发射顺序，例如通过转置NxM位的一个矩阵。块交织器18也可以是一个螺旋的、对角线的或者块对角线的交织器，而不是一个纯粹的块交织器。然后用一个调制器33将扩频编码的块信号调制到射频载波上去。

图5中发射机16是通过增加一个交织器18，将参数(M，N)精确地调整到适合于生成器24产生的扩频码构成的，这样就得到本发明的CDMA发射机。

图6说明本发明的另一个发射机35，其中包括信息源28、数字信源编码器30和纠错编码器32。

图5和图6的实施方案中还可以在交织器18完成交织以外进一步进行交织，进一步交织的目的是在接收机14中接连出现在纠错编码器里的同一取样块中避免出现差错。所有这种额外的块内交织器都被看成纠错编码过程的一部分。

将纠错编码器32的输出交给块重复器单元36，块重复器单元36将N个连续位组成的一块储存起来，然后重复这一块M次。块符号生成器37有选择地为每一个重复块提供符号。这样，块符号生成器37只需用块速率产生正交码，而不必用信号取样速率也就是“码片速率”来产生正交码。用一个异或或者模2加法器单元38，将块符号生成器37产生的符号跟信号取样合并，例如跟重复块单元36的位b₃合并。另外还采用一个模2加法器。一个存取码生成器(access code generator)40产生一个速率为码片速率的扰频码，用随机方式将块符号加法器38的输出位流打乱。对于所有正交的信号例如蜂窝电话系统同一个基站的信号来说存取码生成器40产生的码必须都相同。

存取码生成器40可以工作于多种不同的实施方案。在第一个实施方案里，存取码生成器40是可选的，在某些系统中可以省去。然后互相正交的信号从同一小区发射出去。如果一个小区里还有没有分配出去的备用正交码，就可以将它们交给相邻小区使用，从而消除相邻小区的一部分干扰。现有技术里CDMA系统无法在小区之间实现这种正交，因为小区发射的信号无法跟相邻小区发射的信号同步。但在本发明中，缺乏精确的同步并不是实现小区间信号正交的一个障碍。但如果一组相互正交的码被全部用于第一个小区，那么第二个小区就用第二组码，这第二组码中的码互相正交，但跟第一个小区的码不正交。这样一组额外的码跟任意其它码组的非正交性最好受控，就象采用块符号生成器37中实施的，前面引用过的第5353352号美国专利的技术所能获得的那样。

在第二个实施方案里，存储码生成器产生一个速率为码片速率，长度跟块长度一样的一个码，并为重复重复块这一码。然后为下一组重复块改变这一码，如此下去。这第二种技术使得延迟了几个码片的多径信号被图7中接收机的存取码生成器52和块符号生成器54产生的同样的符号模式解扩。这样多径传播导致了平均器58输出的解扩后的码元之间的加性码间干扰，这一问题可以通过示例性的最大似然均衡器60来解决。对于同一小区内的所有信号来说，存取码最好相同，不同小区的信号则采用不同的存取码。存取码最好根据第5353352号美国专利公开的技术选择，从而实现小区之间的受控非正交性。

在第三个实施方案里，选用存取码生成器40使多径延迟信号跟非延迟信号正交。这通过在一半重复块中对每一对相邻码片采用相同的符号变化，对另一半重复块采用不同的符号变化来实现。这样做的效果是相对于标称传播延迟+/-一个码片延迟会导致多径信号跟标称传播路径上的信号正交。于是多径信号不是正交的，而是跟另一个信号的码相同。这一选择最好用于只利用一半的码来区分小区中的信号，另一半的正交码则出现在+/-一个码片延迟的多径信号里，从而区分多径信号这种情况。

在第四个实施方案里，存储码生成器40是一个随机码生成器或者不是以上的任何一种生成器。于是多径信号跟未延迟信号既不是正交的也不是用相同的码编的码。如果需要解调多径信号，那么可以采用一种RAKE类型的均衡器，其中接收机用存取码生成器52产生的具有不同时间偏移的码对接收到的信号解扩，利用多个平均器58对每一个都进行不同的平均得到多个平均，每一个都对应具有不同传播延迟的信号射线。然后将不同的射线在RACK均衡器里合并，例如在采用象前面引用的第5305349号美国专利所介绍的粗糙量化系数的RACK接收机来这样做。在码的正交性受到相对传播延迟的不同或者同步差错的影响的场合，最好不要用这第四种实施方案。

不是正交的信号组，就象蜂窝无线电话系统中不同小区里的信号一样，最好用不同的码。

图2、3和4的接收机14最好按照图7所示的本发明的方案构造。从天线44收到包括所需信号、干扰信号、噪声和多径失真信号的信号，并将它们传递给下变频器46的输入端45。下变频器46将射频信号下变频到适合于处理的频率，最好是一个复基带信号。复基带信号可以是笛卡尔坐标形式(X，Y)的信号，有一个实部X或者“I”，和一个虚部Y或者“Q”，也可以是极坐标形式(R，θ)或者对数极坐标形式(log(R)，θ)的信号，就象1991年9月10日颁发给Dent，标题为对数极坐标信号处理的第5048059号美国专利所描述的那样，这里将这一专利的内容引入作为参考。然后将下变频器46的输出端47输出的下变频后的取样传递给跟存取码生成器52连接的符号转换器48。然后加法器48根据提供给存取码生成器52的一个存取码的符号模式改变下变频后的取样47的符号，去掉对应的发射机码生成器，例如图6中的存取码生成器40，加上的存取码。如果在图5中的发射机里将不同的码应用在I和Q取样上，在图7的接收机14里就分别为I和Q取样应用对应的码。

去交织器56对符号转换器48输出的取样的实部I和虚部Q去交织，去交织器将同一信号取样信息位重复的所有码片组合到一起。符号转换器50根据块符号生成器54提供的一组正交符号模式中的一个进行符号转换，使每一个重复的符号都相同。或者利用存取码生成器52完成块的去扰乱。显然，在符号转换器48和50里转换两次符号等价于用两种符号的乘积进行一次符号转换。因此，纯粹的符号转换是在去交织前还是在去交织后进行的都没有关系，只要存取码生成器52或者块符号生成器54或者它们的组合产生的符号序列合适。

在重复都组合到一起，所有重复的符号都相同以后，平均器58将这些重复组合到一起，最好是将M位大小的窗口中所有的重复都平均或者相加，这里M是重复数。或者平均器58是一个低通滤波器，其带宽跟一个块去除平均器的相似。然后将平均器58的输出从每位M个取样变成每位一个取样，得到位系列b₁、b₂、b₃……。由于多径传播效应的影响，这些取样中可能包括码间干扰(ISI)，因此将它们交给一个最大似然均衡器60。均衡器60的输出值最好是“软”形式的，其中的“1”和“0”分别用是“1”或者是“0”的程度来表示，而不是用硬的1/0判决来表示。颁发给Hammer的第5099499号美国专利介绍了获得软判决的方法，这里将这一发明的内容引入作为参考。使用软判决改善了纠错译码器64的性能，纠错译码器64接收均衡后的信号，并为信源译码器66产生硬判决和“坏帧”指示。信源译码器66将输出位流翻译成例如语音信号，并用纠错译码器64的坏帧指示来标出出错事件，并防止噪声脉冲串破坏语音质量。更进一步，如果在发射机16里采用了交织器，就在均衡器60和纠错译码器64之间采用去交织器62。去交织器62的去交织跟去交织器56没有关系，以便在时间对不齐或者多径情形下改善正交性。

Dent 1994年9月14日申请的，题为同时解调和译码的装置“Simultaneous Demodulation and Decoding Derice”的第08/305727号共同转让的美国专利申请公开了一种解调技术，它能完成均衡器60、去交织器62和纠错译码器64的所有功能，可以取代这些单个的单元。这里将这一专利申请的内容引入作为参考。

如果发射机不是精确同步的，那么发射的某些码元跟真正正交的小小偏离就跟公式(1)描述的一样。例如，两个信号的联合解调方法可以是这样：

如果信号b_N和a₂属于当前要解调码元的矢量V(i)，其中 $\underset{\‾}{V}\left(i\right)=\left[\begin{array}{c}{b}_N\\ a_2\end{array}\right]$ 以及 $\underset{\‾}{V}(i+1)=\left[\begin{array}{c}{b}_N^{\′}\\ a_2^{\′}\end{array}\right]$

而且V(i-1)同样由前面的N个发射码元组成的块里的b_N″和a₂″组成，然后首先将重复跟’b’码元的符号模式合并，接着跟’a’码元的符号模式合并，我们得到如下的和S_a和S_b：

S_b＝4b_N-a₂+a₂’

S_a＝4a₂-b_N+b_N’或者 $\underset{\‾}{S}=\left[\begin{array}{c}{S}_b\\ S_a\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}0& 0\\ 1& 0\end{array}\right]\·\underset{\‾}{V}(i-1)+\left[\begin{array}{cc}4& -1\\ -1& 4\end{array}\right]\·\underset{\‾}{\mathrm{Vi}}+\left[\begin{array}{cc}0& 1\\ 0& 0\end{array}\right]\·\underset{\‾}{V}(i+1)---\left(4\right)$

如果要解调所有的信号，就象蜂窝基站或者卫星地面站情形里一样，这种剩余的非正交性可以完全用联合解调、判决反馈或者前面引作参考的第5151919号美国专利的减性解调方法补偿掉。

因而，应该是4Vi的和矢量S_b、S_a被前一个矢量V(i-1)和后一个矢量V(i+1)的一部分所破坏，破坏的程度用“矢量间干扰”(IVI)系数描述，它们是以下等式中的矩阵M0、M1和M2：

S＝MO·V(i-1)+M1·Vi+M2·V(i+1)………………(5)

中间那一项的扰乱可以被去掉，只要在等式(4)上乘以矩阵M1的逆矩阵， ${\left[\begin{array}{cc}4& -1\\ -1& 4\end{array}\right]}^{-1}=\left[\begin{array}{cc}4/15& 1/15\\ 1/15& 4/15\end{array}\right]$ 得到 ${\underset{\‾}{S}}^{\′}\left(i\right)=\left[\begin{array}{cc}1/15& 0\\ 4/15& 0\end{array}\right]\·\underset{\‾}{V}(i-1)+\underset{\‾}{\mathrm{Vi}}+\left[\begin{array}{cc}0& 4/15\\ 0& 1/15\end{array}\right]\·\underset{\‾}{V}(i+1)---\left(6\right)$ 它等于等式(4)乘以M1^-1。

通过利用由等式(6)计算出来的S’(i-1)和S’(i+1)并从等式(6)中减去它们获得V(i)一个改进了的估计S’(i)，就可以近似地去掉前一个矢量V(i-1)和后一个矢量V(i+1)的影响。重复这一过程直到获得需要的精度。

但更一般地，对等式(5)表示的IVI的去扰利用的是下式描述的矩阵横向均衡器：

这里L的大小是选择好的，选择均衡矩阵H(j)的目的是获得需要的均衡精度。

如果每一块N个码元中只有少量的受到影响，特别是在还要用一个纠错译码器进一步处理的情况下，没有必要使残余非正交性的补偿过程过分复杂化。只要在将它们用于纠错译码之前，给受残余非正交性影响的那些码元一个软值，说明更大的码元不确定性就足够了。

本发明可以用于有任意多个重复块的场合，而不是只能用于重复块个数为2的幂的场合，其中的Walsh-Hadamard符号模式形成正交组。本发明能够这样广泛地应用，依赖于无线电信号的相位能够旋转任意角度而不是只能改变180度这一事实。可以加上任意的相移，例如120度，并表示成跟以下复数因子相乘：

S＝EXP(j2π/3)。

假设按照本发明将一块码元用三次重复发射，第一个发射机发射的码元块的相移分别为0、120和240度。利用这些码元，其中S₀、S₁和S₂分别表示0、120和240度。

S₀＝1，

S₁＝EXP(j2π/3)，和

S₂＝P(j4π/3)＝EXP(-j2π/3)，第一个发射机发射S₀·(b₁、b₂、b₃……b_N)；S₁·(b₁、b₂、b₃……b_N)；S₂·(b₁、b₂、b₃……b_N)；其中(b₁、b₂、b₃……b_N)表示没有相移的调制码元块。第二个发射机发射S₀·(a₁、a₂、a₃……a_N)；S₁·(a₁、a₂、a₃……a_N)；S₂·(a₁、a₂、a₃……a_N)；其中(a₁、a₂、a₃……a_N)表示它的调制码元块。第三个发射机发射S₀·(c₁、c₂、c₃……c_N)；S₁·(c₁、c₂、c₃……c_N)；S₂·(c₁、c₂、c₃……c_N)；其中(c₁、c₂、c₃……c_N)表示第三个发射机的调制码元块。

发射的这三个信号是正交的，因为序列

S₀，S₀，S₀，S₀，S₀，S₀……；

S₀，S₁，S₂，S₀，S₁，S₂……；和

S₀，S₂，S₁，S₀，S₂，S₁……；是互相正交的，即使在时间上发生了偏移。这种相互正交的复数序列可以叫做傅里叶序列，通过取EXP(j2π/L)的连续幂来得到这样的复数序列，其码元重复长度可以任意。

如果重复数L等于2的幂，就采用比较简单的实数Walsh-Hadamard码。

一方面，在本发明中还可以构造其它的正交序列，例如让连续重复的一组顺序乘数既不是复数，又不限于二进制值+/-1。特别是，当乘数是1和0时，就得到正交序列

1000000100000001000000……

0100000010000000100000……

0010000001000000010000……

0001000000100000001000……

0000100000010000000100……

0000010000001000000010……

0000001000000100000001……

0000000100000010000000……实际上它描述的是一个8时隙TDMA系统，在这一系统中每一个信号都是在时隙‘1’里发射，而不是在‘0’里发射。因此，TDMA是本发明中对延迟不敏感的正交码分多址系统的一个特殊情形。同样，如果复数权是从正交傅里叶序列中选择出来的，那么当(b₁、b₂、b₃……b_N)这样的码元块表示同一码元’b’的N次重复，而且每一个发射机的输出信号都用一个滤波器平滑时，这种特殊情形下从本发明得到的就是FDMA信令，其中通过占用不同的相互无关的频道使不同的发射信号都互相正交，而与相对延迟或者失步无关。

另一方面，TDMA和FDMA系统是本发明的特殊情形，通过修改它们的编码方法，可以将对时延不敏感的正交CDMA模式添加到FDMA或者TDMA系统中去。参考图8(a)，现有技术里的GSM TDMA信号脉冲串和帧格式包括8个时隙，其中每一个时隙都有一个信号脉冲串，包括一个同步字，周围是数据位。在标准GSM系统里，8个时隙中的每一个数据位都属于一条不同的通信链路或者电话呼叫。GSM演变成允许一条链路使用多个时隙提供了更高的用户比特率，此时，连续时隙里的数据位可以属于同一条通信链路或者呼叫。

另外，图8(b)说明根据本发明如何连续地重复图8(a)中的数据位，有或者没有相位翻转或者相位改变，形成一个对延迟不敏感的正交CDMA信号。在图8(b)里，每一个重复的位置最好跨越两个信号脉冲串，这样做避免了在两个时隙间采用保护时间，并防止了用一个同步字将一个块分开。这是在失去同步的情况下正交性带来的好处，还避免了针对同步字应用正交相位转换序列。当一块跨越两个时隙时，这一块被保护时间分开而不是被同步字分开，在这段时间里发射的是零能量。这样，在失去同步时对正交性的影响较小，因为当它们跟数据码元重叠时，保护时间里的零能量码元比同步字的全能量码元干扰小。

当然可以在脉冲串内采用其它的重复方案，而且不一定就是8次重复。例如，采用傅里叶序列，可以使用7个重复，而第8个时隙用于让移动终端接收信号，用于避免双工滤波器将发射机和接收机跟同一付天线同时相连。

了解了本发明公开的内容后，本领域里的技术人员会明白，本发明可以采取许多种形式，有许多的实施方案。这里给出了一些实施方案以帮助理解本发明。这些实施方案的目的是进行说明，而不是限制本发明。相反，本发明覆盖了所有的修正、等价和可选方案，就象下面的权利要求所规定的一样。

Claims (64)

1.采用正交分组编码技术的一种通信系统，包括：

重复发射编码信号的一个发射机，编码信号包括互相正交编码的重复码元块，重复块里的码元代表信息源信号的连续取样；和

对编码信号的正交编码重复码元块译码的一个接收机。

2.权利要求1的通信系统，其中的接收机采用不同的正交码，将编码信号分开到对应的信道里去。

3.权利要求1的通信系统，包括：

储存正交码的一个存储器；和

一个移相器，根据储存的正交码，改变重复块中至少一块的相位。

4.权利要求1的通信系统，其中的接收机包括：

从发射的编码信号中去掉正交编码的一个正交块码移去器(remover)；和

一个加法器，用于正交码移去器去掉了正交编码以后，将从发射机接收到的重复块中的码元里对应的码元加起来，从而为重复块中的每一个码元产生一个和信号。

5.权利要求4的通信系统，包括一个发射机，用于按照一个预先选定的速率发射重复块，并将重复块中连续块里的码元加起来。

6.权利要求4中的通信系统，其中的接收机包括一个均衡器，用于处理加法器的和信号，以补偿多径传播的影响。

7.权利要求1的通信系统，包括一个数字信源编码器，用于产生码元，作为信息的数字位。

8.权利要求7的通信系统，包括：

位重复器，用于重复数字信源编码器产生的每一位信号，重复次数为预先选定的次数，从而连续地产生重复位组；

符号转换器(sign imposer)，用于根据一个正交码，有选择地改变许多连续组重复位中每一组重复位的符号，组数等于预先选定的每一组里的位数；

交织器，用于交织预先选定组数里改变了符号的位，以连续地产生许多块，每一块都包括预先选定重复组数的不同的改变了符号的位，还有一个集体的符号改变对应于块中所有改变了符号的位共享的公共符号改变；和

一个信号调制器，用于发射按照产生的块调制了的，并按照上述正交码改变了符号的信号。

9.采用正交分组编码的一种通信系统，包括：

用于重复发射编码信号的多个发射机，这些编码信号包括互相正交编码的重复码元块，分别代表每一个发射机产生的信息信源信号的取样；和

一个接收机，用于接收发射的编码信号，并对多个发射机发射的编码信号的正交编码重复码元块译码，采用的是分别跟多个发射机中不同的一个有关的多个正交码中不同的码，将收到的编码信号分开到相应的信道里去。

10.权利要求9的通信系统，其中每一个发射机都包括：

储存正交码的一个存储器；和

一个响应器(responder)，根据储存的正交码，改变重复块的相位。

11.权利要求10的通信系统，其中的响应器根据储存的正交码，有选择地将重复块的相位改变180度。

12.权利要求11的通信系统，其中的存储器包括一个存储器，用来储存Walsh-Hadamard码，Walsh-Hadamard码的位数等于发射机重复发射重复块的次数。

13.权利要求9的通信系统，其中的接收机包括：

一个正交码移去器，用于从发射的编码信号中去掉正交编码；和

一个加法器，用于在正交码移去器去掉了正交编码以后，将从多个发射机中的一个连续接收到的重复块里的码元中的相应个加起来，形成重复块内每一个码元的和信号。

14.权利要求13的通信系统，其中

按照预先选定的块重复速率发射那些块，得到预先选定的重复周期；和

加法器包括另一个加法器，用于将连续重复块中相隔一个重复周期的相应码元加起来。

15.权利要求14的通信系统，其中每一个发射机都包括：

一个正交编码器，用于根据多个不同的正交码中有关的一个，有选择地给要发射的重复块施加相位偏移；和

所述接收机，包括一个块移去器，用于根据分别与发射机有关的正交码，在馈送到加法器之前的译码过程中，去掉从多个发射机中的每一个收到的重复块中的每一个。

16.权利要求13的通信系统，其中每一个发射机都包括：

一个正交编码器，用于根据多个不同的正交码中有关的一个，有选择地给要发射的重复块施加相位偏移；和

所述接收机，包括一个块移去器，用于根据多个不同的正交码中有关的一个，在馈送给加法器之前的译码过程中，去掉从多个发射机中的每一个接收到的重复块中的每一个。

17.权利要求13的通信系统，其中的接收机包括一个均衡器，用于处理加法器输出的和信号，以补偿多径传播效应。

18.权利要求9的通信系统，其中多个发射机中的每一个都包括一个数字信源编码器，用于产生所述码元，作为信息的数字位。

19.权利要求18的通信系统，其中多个发射机中的每一个都包括：

一个重复器，用于重复数字信源编码器产生的每一位信息，重复次数为预先选定的次数，从而连续地产生重复位组；

一个符号转换器，用于根据与发射机有关的一个正交码，有选择地改变许多连续组重复位中每一组重复位的符号，组数等于预先选定的每一组里的位数；

一个交织器，用于交织预先选定组数里改变了符号的位，以连续地产生许多块，每一块都包括预先选定重复组数的不同的改变了符号的位，还有一个集体的符号改变对应于块中所有改变了符号的位共享的公共符号改变；和

一个符号调制器，用于发射按照产生的块调制了的，并按照上述正交码改变了符号的信号。

20.权利要求19的通信系统，其中每一个发射机都包括一个纠错编码器，用于对数字信源编码器输出信息的每一个数字位进行纠错编码。

21.权利要求19的通信系统，其中每一个发射机都包括：

一个存取码生成器，用于以数字信源编码器产生信息数字位的速率，产生存取码序列；和

一个存取码调制器(imposer)，用于将存取码调制到正交编码块中每一块的每一个数字位上去。

22.权利要求21的通信系统，其中的接收机包括一个存取码译码器，用于对从接收机接收到的信息的每一个数字位进行译码。

23.权利要求19的通信系统，其中的译码器包括一个去交织器，用于将那些块分离成单个的数字位。

24.权利要求23的通信系统，包括一个最大似然均衡器，用于均衡去交织器输出的单个数字位。

25.权利要求23的通信系统，其中的接收机包括一个纠错译码器。

26.一种正交分组编码方法，包括以下步骤：

重复发射编码信号，这些编码信号包括互相正交编码的重复码元块，重复块中的码元代表连续的取样；和

对发射的编码信号的正交编码重复码元块译码。

27.权利要求26的方法，其中的译码步骤包括分别采用不同的正交码，将接收到的编码信号分开到对应的信道里去的步骤。

28.权利要求26的方法，包括以下步骤：

储存一个正交码；和

根据储存的正交码，改变这一重复块中码元的相位。

29.权利要求26的方法，包括以下步骤：

从发射的编码信号中去掉编码信号；和

去掉正交编码以后，将重复块中这些码元中对应的那些码元加起来。

30.权利要求29的方法，包括按照预先选定的速率发射这些块并将连续重复块中的码元加起来的步骤。

31.权利要求29的方法，其中去掉正交编码的步骤包括以下步骤：

为重复块中的每一个码元形成一个和信号；和

用均衡器处理和信号。

32.权利要求26的方法，包括对那些码元进行编码，作为信息的数字位的步骤。

33.权利要求32的方法，包括以下步骤：

重复数字信源编码器产生的信息的每一位，重复次数是预先选定的，从而连续地产生重复位形成的组；

根据一个正交码，改变连续组重复位中每一组的重复位的符号，组数等于每一组里预先选定的位数；

对选定组数中改变了符号的位进行交织，连续产生一定数量的重复组，有一个集体的符号改变对应于这一块中改变了符号的所有位共享的公共符号变化；和

发射按照产生的块调制了的一个信号，其中的符号改变对应于上述正交码。

34.有多个发射机和用来跟这些发射机通信的一个接收机的一个通信系统中的一种正交分组编码方法，包括以下步骤：

从多个发射机中的每一个重复发射编码信号，其中是互相正交编码的重复码元块，分别代表所述发射机产生的信息信源信号的连续取样；和

通过采用跟多个发射机中不同的发射机有关的多个正交码中不同的正交码，对接收机从所有多个发射机收到的发射的编码信号的正交编码重复块译码，将收到的编码信号分开到对应的信道里去。

35.权利要求34的方法，其中的发射步骤包括以下步骤：

在多个发射机中的每一个发射机里储存多个正交码中一个不同的正交码；和

根据储存的正交码，改变每一个重复块的相位。

36.权利要求35的方法，其中改变符号的步骤包括按照储存的正交码给重复块选择一个180度的相位偏移。

37.权利要求36的方法，其中的储存步骤包括以下步骤：

选择一个Walsh-Hadamard码，其位数等于发射机重复发射重复块的次数。

38.权利要求34的方法，其中的译码步骤包括以下步骤：

从发射的编码信号中去掉正交编码；和

在编码器去掉了正交编码以后，将从多个发射机中的一个连续收到的重复块里的对应码元加起来，形成重复块中每一个码元的和信号。

39.权利要求38的方法，包括以下步骤：

用预先选定的重复块速率发射那些块，得到一个预先选定的重复周期；和

将连续重复块中对应的码元加起来，从而使它们互相之间分开等于重复周期的一个距离。

40.权利要求39的方法，包括以下步骤：

根据多个不同正交码中有关的一个，在发射过程中用一个正交编码器有选择地让重复块发生相位偏移；和

在将码元中对应的一个加起来之前的译码过程中，根据分别与发射机有关的上述正交码去掉从多个发射机中每一个收到的重复块。

41.权利要求38的方法，包括以下步骤：

在发射过程中，根据多个不同的正交码中有关的一个，有选择地让重复块发生相移；和

在将码元中对应的一个加起来之前的译码过程中，根据分别与那些发射机有关的正交码，去掉从多个发射机的每一个收到的重复块中的每一块。

42.权利要求38的方法，包括处理和信号以补偿多径传播影响的步骤。

43.权利要求34的方法，包括产生码元作为信息的数字位的步骤。

44.权利要求43的方法，包括以下步骤：

重复数字信源编码器产生的信息的每一位，重复次数是预先选定的，从而连续地产生重复位形成的组；和

根据与发射机有关的一个正交码，有选择地改变连续组重复位中每一组的重复位的符号，组数等于每一组里预先选定的位数；

对选定组数中改变了符号的位进行交织，连续产生一定数量的块，每一块都包括所选重复组数的不同的改变了符号的位，有一个集体的符号改变对应于这一块中改变了符号的所有位共享的公共符号变化；和

发射按照产生的块调制了的一个信号，其中的符号改变对应于上述正交码。

45.权利要求44的方法，包括对数字信息位中的每一位进行纠错编码的步骤。

46.权利要求44的方法，包括以下步骤：

数字信源编码器用产生数字信息位的速率产生存取码序列；和

将存取码调制到每一个正交编码块的单个数字位上去。

47.权利要求46的方法，包括对接收机收到的单个数字信息位进行译码的步骤。

48.权利要求44的方法，包括将那些块分开成单个数字位的步骤。

49.权利要求48的方法，包括用一个最大似然均衡器均衡单个数字位的步骤。

50.权利要求49的方法，包括将纠错译码包括进接收机里的步骤。

51.一种方法，用于发射改善了对多径传播的承受能力的扩频编码信号，包括以下步骤：

对信息编码，产生包括预定第一个数目的码元的码元块；

重复发射每一个码元块，重复次数为预先选定的次数；和

按照预先选定的符号改变序列，改变每一个连续重复块的符号。

52.权利要求51的方法，其中的扩频编码信号在发射之前进一步跟一个扩频存取码合并。

53.权利要求52的方法，其中扩频存取码被不同的发射机所共用。

54.权利要求51的方法，其中的所选符号改变或相移序列对于不同的发射机来说不同。

55.权利要求54的方法，其中不同的序列互相正交。

56.对扩频编码信号进行译码的一种方法，包括以下步骤：

接收一个复合信号，该复合信号是包括所述编码信号的某一数目重叠扩频信号的和，并对这一复合信号取样，产生信号取样；

用从预定相位改变模式中选择的一个相位改变，组合用预定个数取样分开的选择的信号取样，产生解扩取样；这里的相位改变模式与某一个重叠扩频信号有关；和

用一个均衡器处理解扩后的取样，以补偿多径传播的影响。

57.用于采用正交分组编码技术的通信系统的一种发射机，该发射机包括：

信息信源信号的一个产生器；

重复发射编码信号的一个发射机电路，编码信号包括互相正交编码的重复码元块，分别代表信息信源信号的取样；

储存正交码的一个存储器；和

一个移相器，根据储存的正交码，将对应序列的相移应用到每一个重复块里去。

58.权利要求57的发射机，包括一个数字信源编码器，用于产生码元，作为信息的数字位。

59.权利要求58的发射机，包括：

一个重复器，重复数字信源编码器产生的每一个信息位，连续产生重复位组，重复次数为预定次数；

一个符号转换器，用于根据与发射机有关的正交码，有选择地改变连续组重复位中每一组重复位的符号，组数等于每一组中的预选位数；

一个交织器，用于对预选组数中改变了符号的位进行交织，连续产生某一数目的块，每一块都包括预选重复组中改变了符号的不同位，还有一个集体的符号改变，对应于这一块中所有改变了符号的位共享的公用符号改变；和

一个符号调制器，用于发射用产生的块调制了的信号，其中的符号改变对应于正交码。

60.权利要求59的发射机，包括一个纠错编码器，用于对数字信源编码器输出的每一个数字信息位进行纠错编码。

61.处理发射的有互相正交编码重复码元块的编码信号的一种接收机，该接收机包括一个接收机电路，用于接收发射的编码信号，并对从发射机收到的发射的编码信号的正交编码的重复码元块进行译码，通过采用跟发射机中不同发射机有关的多个正交码里不同的正交码有关的多个正交码中不同的正交码，从而将收到的编码信号分开到对应的信道里去。

62.权利要求61的接收机，包括：

一个正交码移去器，用于从发射的编码信号中去掉正交编码；和

一个加法器，用于在正交码移去器去掉正交编码以前，将连续收到的重复块里的相应码元加起来，形成重复块内每一个码元的一个和信号。

63.权利要求62的接收机，其中的块用一个预选块重复速率发射，从而得到一个预选重复周期；和

该加法器包括另一个加法器，用于将互相分开一个重复周期的连续重复块中的对应码元加起来。

64.权利要求63的接收机，其中的接收机包括一个块移去器，用来在应用到加法器之前，根据与发射机有关的正交码，去掉从发射机收到的每一个重复块。

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