CN1329784A - 用于建立和发送二进制准正交矢量的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种发送方法是具有正交码矢量的一种通信系统,用于发送消息信号。使用具有特征多项式的系列的第一系列循环移位来形成第一矢量矩阵,其中系列的特征多项式是具有幂r的原函数多项式。根据r是奇数或偶数使用第二系列循环移位来形成第二矢量矩阵。置换第一矢量矩阵以提供正交码。确定置换操作。把所确定的置换操作施加到第二矩阵以提供二进制准正交码矢量。把二进制准正交码矢量施加到消息信号以提供在通信系统中发送的经编码的消息信号。发送方法还包括使用具有特征多项式的系列的一系列循环移位来形成矢量矩阵。系列的特征多项式是具有幂r的原函数多项式。所述方法进一步包括置换矢量矩阵以形成正交码,从而提供置换矩阵。把置换矩阵施加到消息信号以提供经编码的消息信号,并在通信系统中发送经编码的消息信号。

Description

用于建立和发送二进制准正交矢量的方法和装置

发明背景

发明领域

本发明涉及通信系统领域，尤其，涉及在通信系统中的扩展编码消息信号发送的领域。

现有技术的描述

在通信技术中众知把待发送的消息信号与扩展码矢量混合。扩展码矢量的使用允许在发送后对消息信号进行组合、发送和彼此分离。一组适合于这种目的的码矢量的最有用的特征是扩展码矢量是相互正交的。这允许在消息信号之间的理论干扰为零。为该目的而普遍使用的大多数码矢量是沃尔什码矢量。

具有长度n的二进制码矢量的总数是2ⁿ。然而，在其总的矢量空间中，只有n个是相互正交的。例如，当n＝8时有256个不同的二进制矢量。256个矢量中只有8个是相互正交的。因此，在n＝8的系统中，通常只可以如此地组合和分离8个消息信号，同时只可以支持8个用户。同样，如果n＝128，则同时可以支持128个用户。某些矢量可以空闲一段时间，从而允许对n个以上的用户服务。然而，码矢量的大小仍限制了通信系统的大小。

可以把理论干扰为零的符合正交要求的码矢量w的组W表示如下：

     w₁＝[w_1，1w_1，2…w_1，n]

     w₂＝[w_2，1w_2，2…w_2，n]

           ·

           ·

           ·

     w_n＝[w_n，1w_n，2…w_n，n]

其中，每个矢量w_i是使用0/1字母，或等效地，使用-1/+1字母的列矢量。下面，把使用0/1字母的一组矢量表示为W_b，n，而使用-1/+1字母的组表示为W_n。

由于在组W中的所有矢量是彼此正交的，在该组中任何两个矢量的点积必须为零。这可以表示为：

      (w_x，w_y)＝0

其中，x和y可以具有1和n之间的任何值，x≠y以及(w_x，w_y)等于： $\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{wx},i,\mathrm{wy},i$ 等效地，可以把上式表示为下面的矩阵积：

           w^T _xw_y＝0

还有：

           w^T _xw_x＝n

在使用扩展码矢量发送消息信号的无线电电话通信系统中，把待发送的第i个数据码元表示为d_i，并把发送信号的总数表示为k，基站发送到移动站的总发送信号S为： $S=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{d}_i{w}_i$

移动站接收总发送信号S，并尝试消除除了它自己的消息信号之外的所有消息信号。

为了消除其它消息，移动站可以把信号S乘以它自己的沃尔什码矢量的交叉。i＝1的一个例子如下： $w_1^{T}S=w_1^T\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{d}_i{w}_i$ $=w_1^T[d_1\underset{-1}{w}+\underset{i=2}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{d}_i\underset{-i}{w}$

其中，在右侧的第一项表示所要求的信号。在右侧的第二项表示来自与它们个别的沃尔什码混合的所有余留消息信号的干扰。解该方程式产生：

               w₁ ^TS＝nd₁＋0

因此，在接收机处所发送的消息信号的分离与所要求的信号和所有其它消息信号的零相关有关。

为了尽可能有效地利用通信系统，可要求同时发送和分离尽可能多的消息信号。然而，因为如上所述只可得到n个正交矢量，所以只可能混合n个消息信号并用零干扰来分离它们。为了克服这个限制，已知使用准正交函数。准正交矢量是附加到n个正交矢量上的矢量。已经从在总的二进制2ⁿ矢量空间中的余留码矢量选择准正交矢量，为了提供尽可能小的干扰电平。特别，选择准正交矢量来提供在可接受极限内的干扰电平，即使干扰电平不是零。

为了选择准正交矢量，可以在二进制(+1/-1字母)屏蔽(mask)的总的2ⁿ矢量空间中执行计算机搜索。可以把屏蔽施加到正交矢量以形成准正交矢量的新的矢量组。对沃尔什码矢量w_n的组施加总数为M的屏蔽，所产生的准正交函数的数目是：(M＋1)n。施加屏蔽m到码矢量w∈Wn包括屏蔽m和正交码矢量w的分量对分量的乘法，以给出新码矢量：

      w_m＝w·m

可以测试从使用新码矢量产生的干扰，并可以选择提供最低相关的码矢量来提供一组准正交矢量。为了从单个正交矢量组提供多个准正交矢量组，可以找到多个这样的屏蔽函数。为了允许消息信号与通过计算机找到的待相互分离的准正交矢量混合，准正交矢量必须相对于彼此相互正交。在正交组中的至少一个码矢量和在准正交矢量组中的一个矢量之间的相关是非零相关。

以v表示准正交矢量，可以示出： $(1/n)\underset{j+1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\left[{(v,w_j)}^2\right]=1/n$

取得准正交矢量的目的是取得矢量，致使最大1≤i≤n{|( v， w _i)|}尽可能地小。

由于它们的相关是矢量之间的分离量的有用的量度，可以把两个码矢量x和y之间的归一化的相关定义为： $(\underset{-}{x},\underset{-}{y})=(1/n)\underset{i=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{x}_1,y_1$

在两个正交矢量之间的相关是零。相关的绝对值较低使与正交矢量混合的消息信号和与准正交矢量混合的消息信号之间产生较佳的分离。在解码时间处，信号之间的干扰较低时产生较佳的信号分离。

正交矢量和它们相应的准正交矢量之间的均方相关是1/n，其中，n是2的幂。可以表示在相关的绝对值上的下界具有值

该量称为Holtzman下界。已经发现屏蔽满足n为2的偶次幂时的下界。然而，n为2的奇次幂时，该下界不满足等式。后者情况找到的最小相关是

因此，在使用计算机搜索技术的2的奇数幂的情况中找到的最佳准正交矢量的干扰是

乘上理论极限值。此外，相对于任何两组准正交矢量函数，在一对码矢量之间有一些非零相关。把在一对准正交矢量函数组之间的相关定义为属于两个组的两个如此的码矢量之间的最大绝对相关。

因此，为了扩展通信系统的容量而维持可接受的较低干扰量，要求寻找另外的准正交矢量，所述准正交矢量在n是2的奇数幂的情况中与正交矢量具有较低相关。

发明概要

在通信系统中的一种发送方法具有用于发送消息信号的正交码矢量。使用具有特征多项式的序列的第一系列循环移位来形成第一矢量矩阵，其中序列的特征多项式是具有幂r的原函数多项式。根据r是奇数或偶数，使用第二系列循环移位来形成第二矢量矩阵。置换第一矢量矩阵以提供正交码。确定置换操作。把所确定的置换操作施加到第二矩阵以提供二进制准正交码矢量。把二进制准正交码矢量施加到消息信号，以提供在通信系统中发送的经编码的消息信号。把二进制准正交码矢量施加到接收机，以对所发送的消息信号进行解码。

发送方法还包括使用具有特征多项式的序列的一系列循环移位来形成矢量矩阵。序列的特征多项式是具有幂r的原函数多项式。所述方法进一步包括置换矢量矩阵以形成正交码，从而提供置换矩阵。把置换矩阵施加到消息信号，以提供经编码的消息信号，并在通信系统中发送经编码的消息信号。在接收机处施加相反的过程以对所发送的消息信号进行解码。

附图简述

从下面结合附图对本发明的实施例的详细描述中，对本发明的特性、目的和优点将更为明了，在所有的附图中，用相同的标记标记相应的构件，其中：

图1示出方框图，表示适合于在本发明的方法中使用的置换矩阵算法；

图2示出方框图，表示本发明的准正交矢量屏蔽产生算法；

图3示出方框图，表示映射适合在本发明的方法中使用的矢量的一种方法；

图4示出方框图，表示适合于在二进制情况下使用的一种形式中的本发明的准正交屏蔽产生算法；

图5是图4的屏蔽产生算法的一个实施例的矩阵产生步骤的更详细的表示；

图6是图4的屏蔽产生算法的另一个实施例中的矩阵产生步骤的更详细的表示；

图7是用于实施本发明的消息编码系统的示例CDMA移动站的元件方框图；

图8是用于实施本发明的消息编码系统的示例CDMA基站的元件方框图。

本发明的详述

在本发明的信号发送方法中，为了提供准正交码矢量，建立屏蔽m并把它施加到正交码矢量，其中，屏蔽是四相或四元相移键控(QPSK)屏蔽。因此，屏蔽m有四个元{±1，±j}而不是两个元的字母，其中 $j=\sqrt{-1}$ 是单位虚根。将会理解，当发送消息信号时，本发明的信号发送方法可以要求两个屏蔽m。可以把两个屏蔽中的一个屏蔽用于同相(I)信道，而一个用于不同相(Q)信道。

为了实施本发明的发送方法，可以使用线性反馈移位寄存器(LFSR)产生新屏蔽m。2^k—阵列LFSR序列s[t]是具有码元{0，1，…，2^k－1}的序列，其中k在二进制情况下限于值1，而在四元情况下限于2。序列满足线性递归关系的形式： $\underset{i=0}{\overset{r}{\mathrm{\Σ}}}{c}_{i}s(t+1)=0\left(\mathrm{mod}{2}^k\right),\∀t>0$

其中，r≥1是递归的幂。系数c_i属于组{0，1，…，2^k－1}而且c_r0。这类序列S[t]具有特征多项式：     $c\left(x\right)=\underset{i=1}{\overset{r}{\mathrm{\Σ}}}{c}_i{x}^i$

当k＝1时，序列s[t]是周期性的，具有小于或等于2^r－1的周期。如果序列s[t]的周期达到最大值2^r－1，则定义s[t]的特征多项式为原函数多项式，而且序列s[t]是一个m—序列。在S.W.Golomb的“移位寄存器序列”(Holden Day，San Franciso，CA，1967)中教导这个类型的序列。

码矩阵C’包括m—序列的一个周期和它的每一个循环移位的一个周期。因此，码矩阵C’的大小是2^r－1。通过把零位补充到矩阵C’中的每个码字可以扩展码矩阵C’。在每个码字的相同位位置处补充0。以这种方式包括所有零矢量从码矩阵C’形成码矩阵C。码矩阵C具有2^r的长度和2^r的大小。在一个实施例中，码矩阵C可以置换为列方向和行方向，以建立大小2^r的沃尔什码

。然而，这足以得到置换矩阵P，致使矩阵积CP的行矢量组与

的行矢量组相同。

现在参考图1，在图中示出适合在本发明中使用的置换矩阵算法10。在置换矩阵算法10中，形成矩阵

的子矩阵W，如在块12中所示。子矩阵W包括具有指数1，2，4，…，2^r-1的r行。注意，指数

是基于0的，并且它的范围是从0到2^r－1。因此，矩阵W具有r行和2^r列。矩阵W的每个列可以和所有其它列区分。

然后如置换矩阵算法10的块14所示形成码矩阵C的子矩阵M。子矩阵M具有r行和2r列。为了形成子矩阵M，形成具有r行和2^r－1列的中间子矩阵M’。通过把一个包括全零的列加到子矩阵M而形成子矩阵M’。子矩阵M’的第一行可以是在建立码C中使用的m—序列的任何循环移位。在每种以第一行开始的情况下，接着第一行的子矩阵M’的r－1行是一个时间单元的连续偏移。子矩阵M的每个列是可区分的。

然后确定置换矩阵P，致使MP＝W，如在置换矩阵算法10的块16中示出。置换矩阵P是算法10要求的输出。因为子矩阵M和W具有相同的区分列的组，在这种状态中的P的确定是直截了当的。在本发明的另一个实施例中，可以使用矩阵计算技术来确定置换矩阵P。熟悉本技术领域的人员会理解，矩阵CP的行和

的行是相同的。

当k＝2时，序列因此而具有四元字母，可以确定众知为族A序列。例如，在S.Boztas，P.V.Kumar，R.Hammons的“具有接近最佳相关特性的4—相序列”(IEEE信息理论学报，IT—38，第3期，(1992年5月)1101—1113页)教导族A序列。为了得到族A序列，让c(y)为幂r的二进制原函数多项式。可以从多项式c(x)升级具有在组{0，1，2，3}中的系数的多项式g(x)如下：

        g(x²)＝(-1)^rc(x)c(-x)(mod4)

二进制多项式c(x)到四元多项式g(x)的这种升级是多项式的Hensel升级的特殊情况。例如，见B.R.MacDonald的“带识别符的有限环”(MarcelDekker，Inc.，New York，1974)。定义带有特征多项式g(x)的LFSR序列为族A序列。序列具有周期2^r－1。

现在参考图2，在图中示出准正交屏蔽产生算法50。可以使用准正交屏蔽产生算法50来建立用于形成长度2^r的准正交矢量的4—相屏蔽。在屏蔽产生算法50中，提供幂r的二进制原函数多项式c(x)，如在块52中所示。使用原函数多项式c(x)作为它的特征多项式，如在块56中所示，建立m—序列的周期。

如在块58中所示，建立具有尺寸为(2^r－1)×(2^r－1)的矩阵M’。每个矩阵M’的行包括与所有它的循环移位一起的块56的m—序列的周期。然后扩展矩阵M’以形成矩阵M，如在块62中所示。通过把全零列和全零行加到矩阵M’而执行矩阵M’的扩展。因此矩阵M的尺寸为2^r×2^r。为了方便起见，矩阵M的第一列可以是全零列。如在块66中所示，发现置换P，它的列置换矩阵M，以包括与包括在

中的行矢量相同的行矢量。可以使用这里上面教导的置换矩阵方法或本技术领域中众知的任何其它方法来执行块66的操作。

然后在屏蔽产生算法50的块52中得到的原函数多项式c(x)上执行Hensel升级以提供这里上面所述的多项式g(x)。在块72中示出Hensel升级操作。如在块78中所示，产生带有多项式g(x)作为它的特征多项式的族A序列的一个周期。选择族A序列的一个序列。所选择的序列可以是族A序列中具有至少一个等于1或3的码元的任何一个序列。

建立长度(2^r－1)的矢量N’。矢量N’包括根据块78选择的族A序列的一个周期。通过在第一位位置处把零位补充到矢量N’而在步骤82中形成长度2^r的矢量N。然后使用在块66中发现的置换P进行矢量N的列置换。可以使用所产生的置换码字(步骤84)作为用于根据本发明的方法产生准正交矢量的屏蔽函数。在该方式中产生的准正交矢量可以与映射到(+1，-1，+j，-j)的码元一起使用。在该方式中，对于128个沃尔什码的长度可以产生总数为127个的屏蔽。在下面表I中示出根据准正交屏蔽产生算法50产生的屏蔽中的两个屏蔽。

[1jj1j1j1j1j1j1j1j1j1j1j-1-j-1-j-1-j-1-j1j1j-1-j-1-j1j1j-1-j-1-j1j1j-1-j-1-j-1-j-1-j1j1j1j-1-j1j-1-j1j-1-j1j-1-j1j-1-j1j-1-j-1-j1j-1-j1j1j-1-j-1-j1j1j-1-j-1-j1j1j-1-j-1-j1j-1-j1j1j-1-j]
	[1j1j1j1j-1-j-1-j1j1j1j-1-j1j-1-j1j-1-j-1-j1j1-j1-j-1j-1j-1j-1j-1j-1j1-j-1j-1j1-j1-j-1j1-j-1j-j1j-1-j1j-1j-1-j1-j1j-1-j1-j1-j1-j1-j1-j1j-1j-1j1-j-1-j-1j1-j-1j1-j-1j1j1j1-j-1-j-1j1j1j1j1]

       表I

现在参考图3，在图中示出矢量映射函数100。如在矢量映射函数100中所示，准正交矢量屏蔽可以用来自{0，1，2，3，}字母的码元或来自表I的{-1，-1，+j，-j}字母的码元等并利用下面的映射来效地表示准正交矢量屏蔽：

0→1

1→j

2→-1

3→-j

如分别在块102、104中所示，可以使用模块4加法器106使(0/1)沃尔什码矢量(乘以2)和在{0，1，2，3，}字母中的屏蔽相加。把加法结果映射到{+1，-1，+j，-j}字母，如在映射块108中所示。可以把映射块108的输出通过混合器110施加到经编码的QPSK码元以提供用于发送的经编码的消息信号输出。

在沃尔什码中的任何码矢量和通过把表I的屏蔽施加到沃尔什码矢量而得到的任何码矢量之间的相关是：

     {±1/16±j/16}。

因此，最大绝对相关是(1/8) $\sqrt{2}=1/\sqrt{n},$ 而且在上面所述的相关上的理论下界符合等式。此外，可以把准正交屏蔽产生算法50的方法统一到所有的2的幂，以产生对每个2的幂的最佳准正交矢量。表II示出根据本发明的方法对于数个2的幂提供的相关和屏蔽数目。

长度	与沃尔什码的最大绝对相关	相关谱	可得到的屏蔽数目
				32	0.177	{±(1/8)±(j/8)}	31
64	0.125	{±(1/8)±(j/8)}	63
				128	0.0833	{±(1/16)±(j/16)}	127
256	0.0625	{±(1/16)±(j/16)}	255
				512	0.0442	{±(1/16)±(j/16)}	511

                       表II

除了这里描述的4相情况外，本发明还提供使用屏蔽函数(使用本发明而得到的)建立和发送二进制准正交码矢量。当在二进制情况下的屏蔽函数的长度是2的偶数幂时，本发明的方法提供在每对准正交组之间具有最佳相关的准正交函数。当屏蔽函数的长度是2的奇数幂时，任何一对组之间的相关至少如同使用二进制字母的已知结果一样优良。

回忆2^k—阵列线性反馈移位寄存器s[t]是具有码元{0，1，…，2^k-1}的序列，该序列满足这里上述的关系式。这种序列s[t]具有也是这里上述定义的特征多项式c(x)。形成二进制准正交矢量的方法受到相应于k＝1的情况的限制。

当k＝1时，序列s[t]是周期性的，其周期小于或等于2^r－1。如果序列s[t]的周期到达最大值2^r－1，则可以定义s[t]的特征多项式为二进制原函数多项式。在这种情况中，把序列s[t]定义为m—序列。

可以定义码矩阵C’包括带有特征多项式c(x)的m—序列m1的一个周期，以及所有m—序列m1的循环移位的一个周期。因此，码矩阵C’的大小是2^r－1。可以通过在每个码字的相同位位置处把零位补充到码矩阵C’中的每个码字而扩展码矩阵C’。在较佳实施例中，可以把所补充的零位放置在码矩阵C中的每个码字的第一位位置处。

当以这个方式把所有零矢量施加到码矩阵C’时，形成了码矩阵C。码矩阵C的大小是2^r×2^r。可以以列方向和行方向置换码矩阵C以形成沃尔什码，并且可以进行要求形成 的置换操作的记录。然而，在本发明的方法中，可以施加置换矩阵P以形成点积CP和得到与

的行矢量组相同的矢量。

现在参考图4，图中示出二进制准正交屏蔽产生算法120。可以使用二进制准正交屏蔽产生算法120来建立2相屏蔽，用于形成长度2^r的准正交矢量。如在块122中所示，在屏蔽产生算法120中提供幂r的二进制原函数多项式c(x)。使用原函数多项式c(x)作为它的特征多项式，如在块126中所示，建立m—序列的一个周期。

建立具有尺寸(2^r－1)×(2^r－1)的矩阵M’。如在块128中所示。每个矩阵M’的行包括块126的m—序列的一个周期和m—序列的所有循环移位。然后扩展矩阵M’以形成矩阵M，如在块132中所示。通过把全零列和全零行加到矩阵M’而执行矩阵M’的扩展。因此矩阵M的大小是2^r×2^r。在一个实施例中，矩阵M的第一列可以是全零列。如在块136中所示，发现置换P，列置换了矩阵M，以包括与包括在 中的行矢量相同的行矢量，并且可以进行所要求置换操作的记录。

可以使用这里上面教导的置换矩阵方法，或任何其它熟悉本技术领域的人员众知的方法来执行块136的操作。然后形成码矩阵C_G或码矩阵C_K，如在二进制准正交屏蔽产生算法120的块142中所示。在原函数多项式的幂r是奇数的情况中形成码矩阵C_G，当r是偶数时形成码矩阵C_K。

现在参考图5，图中示出在r是奇数的情况下块142的更详细的表示。如在图5的块160中所示，得到较佳m—序列m1。然后得到用m—序列m1形成较佳对的序列m2。序列m2可以具有周期2^r－1，并可以通过扩展序列m1而得到。在块164中示出序列m1的扩展。

然后从序列m2形成码矩阵C’_G，如在块168中所示。这个矩阵具有每个m—序列m2的一个周期和所有它的各别的循环移位。在矩阵C’_G中的行数是2^r－1和列数是2^r－1。如在块172中所示，通过扩展矩阵C’_G从码矩阵C’_G形成矩阵C_G。可以通过在矩阵C’_G每个码字的相同位位置处补充零位而扩展码矩阵C’_G。用于补充零的位位置可以是第一位位置。码矩阵C’_G中的行数是2^r－1，而列数是2^r。

现在参考图6，图中示出在原多项式的幂r是偶数的情况下二进制准正交屏蔽产生算法120的块142的更详细的表示。在图6的块180中，如上所述得到码矩阵C。然后通过1－2^r/2的因子在码矩阵C中十中抽一。通过因子1＋2^r/2在序列m1中十中抽一而从m—序列m1得到作为序列m3的m—序列。

在块184的十中抽一过程中选择C的预定列，并且不选择余留的列如下。如果C_i是码矩阵C的第i列，而C_K，i是通过对码矩阵C的十中抽一而形成的码矩阵C的第i列，则：

C_K，1＝C₁ $C_{K,2}=C_{1+2^{r/2}}$ $C_{K,3}=C_{2(1+2^{r/2})}$ $C_{K,i}=C_{(i-1)(1+2^{r/2})}$

如在块188中所示，形成码矩阵C_K’。在步骤192中通过插入每个m3序列的2^r/2－1周期和所有它的各别的循环移位而开始矩阵C_K’的形成。这形成了码矩阵C_K’的第一2^r/2－1列。然后对第一2^r/2＋1列重复2^r/2－1次，如在块196中所示。然后可以通过在码矩阵C_K’的每个码字的第一位置处补充零位而得到码矩阵C_K，如在块200中所示。码矩阵C_K的大小可以是2^r/2－1。

因此，使用本发明的方法，可能对在二进制情况下的所有2的幂建立准正交函数，其中k＝1。此外，由于矩阵的大小，所以本发明的方法可以比在现有技术中可得到的屏蔽函数提供更多的屏蔽函数。在表III中示出用于长度n的某些示例值的，使用二进制准正交屏蔽产生算法120得到的屏蔽函数的数目，以及与沃尔什码的最大绝对相关和相关谱。

长度	与沃尔什码的最大绝对相关	相关谱	可得到的屏蔽数目
				32	0.25	{0，±(1/4)}	31
64	0.125	{±(1/8)}	7
				128	0.125	{0，±(1/8)}	127
256	0.0625	{±(1/16)}	15
				512	0.0625	{0，±(1/16)}	511

               表III

现在回到图4，从块142进行二进制屏蔽产生算法120的执行，在图5和6中进行更详细的描述。在屏蔽产生算法120的块148中，选择码矩阵C_G或码矩阵C_K的行矢量f。然后把这里确定的置换P施加到行矢量f，如在块140中所示。如在块154中所示，和这里以前所述，可以根据置换提供屏蔽。可以把屏蔽施加到正交矢量以提供准正交矢量，可以如上所述地使用准正交矢量以提供用于发送的经编码消息信号输出。

现在参考图7，在图中是方框图，示出示例码分多址(CDMA)移动站300的构件，用于实施本发明的消息编码和解码系统。移动站包括天线系统330，它通过双工器332耦合到模拟接收机334和发射功率放大器336。天线系统330和双工器332是标准设计，并允许通过一个或多个天线同时接收和发送。天线系统330任意地包括一个用于话音话务的天线和一个用于接收GPS信号的分立的天线。天线系统330收集从一个或多个基站和GPS系统发送到移动站的信号，并通过双工器332把信号提供给模拟接收机334。接收机334还配备有模数转换器(未示出)。接收机334从双工器332接收RF信号，对信号进行放大和下变频，并把数字输出信号提供给数字数据接收机340、342和搜索接收机344。将会理解，虽然在图7的实施例中只示出两台数字数据接收机，但是低性能移动站可能只有单个数字数据接收机，而较高性能单元将有两台或多台数字数据接收机以允许分集接收。把接收机340和342的输出提供给分集和组合电路348，它对从接收机340和342接收到的两个数据流进行时间调节，把流加在一起并对结果进行解码。在题为“在CDMA蜂窝电话系统中的通信中提供软越区切换的方法和装置”的美国专利第5,101,501号中描述有关数字数据接收机340、342和搜索接收机344和分集组合器和解码器电路348的操作的详细说明，该专利已转让给本发明的受让人，并在此引用作为参考。

从解码器348把输出信号提供给控制处理器346。控制处理器346包括软件，它根据本发明产生的准正交矢量对解码器348的输出进行解码。尤其，控制处理器348对曾经使用本发明的准正交矢量编码的消息进行解码，并通过诸如下面描述的基站400之类的发射现场发送到移动站300。控制处理器348进一步包括软件，用于使用这种准正交矢量对消息进行编码，并把这种经编码的消息通过天线330发送到又一个站。在一个实施例中，在发送和接收消息信号期间，移动站300可以把用于编码和解码的准正交矢量存储在存储器中以降低处理的要求。另一方面，在移动站300中可以按实时(即，在消息编码和解码处理期间)产生准正交矢量，例如，为了节省可用的存储器空间。

现在参考图8，在图中示出用于实施本发明的消息编码系统的示例CDMA基站800的构件。在基站处，利用两个接收机系统，每个接收机系统有分立的天线和用于分集接收的模拟接收机。在每个接收机系统中，相同地处理信号直到信号经历分集组合过程。在虚线内的构件相应于一些构件，这些构件相当于在基站和一个移动站之间进行通信的构件。仍参考图8，第一接收机系统包括天线460、模拟接收机462、搜索接收机464和数字数据接收机466和468。第二接收机系统包括天线470、模拟接收机472、搜索接收机474和数字数据接收机476。小区现场控制处理器478用于信号处理和控制。

把两个接收机系统耦合到分集组合器和解码器电路480。在控制处理器478的控制下使用数字链路482从和到基站控制器或数据路由器传递信号。当在等同于联系移动站模拟接收机所描述的过程中对信号进行放大、频率变换和数字化时，把在天线460上接收到的信号提供给模拟接收机462。把从模拟接收机462的输出提供给数字数据接收机466和468和搜索接收机464。第二接收机系统(即，模拟接收机472、搜索接收机474和数字数据接收机476)按相似于第一接收机系统的方式处理接收到的信号。把数字数据接收机466、476的输出提供给分集组合器和解码器电路480，它根据解码算法对信号进行处理。在上面引用的题为“在CDMA蜂窝电话系统中的通信中提供软越区切换的方法和装置”的美国专利第5,101,501号中描述有关第一和第二接收机系统和分集组合器和解码器电路480的操作的详细说明。在处理器478的控制下把发送到移动单元的信号提供给发射调制器484。最好在小区现场控制处理器478中的软件中实施诸如联系图1—6示出的消息编码系统。如与图1—6相关显示的消息编码系统最好以软件构成在小区现场控制处理器478中。发射调制器484调制用于发送到指定接收移动站的数据。控制处理器478还包括软件，它根据根据本发明产生的准正交矢量对解码器480的输出进行解码。尤其，控制处理器478对曾经使用本发明的准正交矢量编码的消息进行解码，并通过诸如上面描述的移动站300之类的发射机现场发送到基站400。在一个实施例中，在发送和接收消息信号期间，基站400可以把用于编码和解码的准正交矢量存储在存储器中以降低处理的要求。另一方面，在基站400中可以按实时(即，在消息编码和解码处理期间)产生准正交矢量，例如，为了节省可用的存储器空间。

提供较佳实施例的上述描述，以使熟悉本领域技术的人员可以制造或使用本发明。熟悉本领域技术的人员将不费力地明了这些实施例的各种修改，可以把这里所定义的一般原理应用到其它的实施例而不需要用发明创造。因此，不打算把本发明限于这里所示出的实施例，而是和这里所揭示的原理和新颍特征符合的最宽广的范围相一致。例如，将会理解，这里示出的置换方法并不限于在形成两相和四相准正交矢量中使用。而是，可以使用它作为在通信系统内对任何种类的信号形成任何类型的经编码的消息信号的部分。

Claims (70)

1.在通信系统中的一种发送方法，所述通信系统具有至少一个用于发送消息信号的正交码矢量，所述方法包括下列步骤：

(a)使用具有特征多项式的序列的第一系列循环移位形成第一矢量矩阵，其中序列的特征多项式是具有幂r的原函数多项式；

(b)根据r是奇数还是偶数使用第二系列循环移位形成第二矢量矩阵；

(c)置换第一矢量矩阵以提供正交码；

(d)确定步骤(c)的置换操作；

(e)把确定的置换操作施加到第二矩阵以提供二进制准正交码矢量；以及

(f)把二进制准正交码矢量施加到消息信号以提供经编码的消息信号，用于在通信系统内发送经编码的消息信号。

2.如权利要求1所述的发送方法，其特征在于，其中，r是奇数和序列是m-序列，包括得到较佳m-序列m1的步骤。

3.如权利要求2所述的发送方法，其特征在于，包括得到与m-序列m1形成较佳对的序列m2的步骤。

4.如权利要求3所述的发送方法，其特征在于，其中，序列m2具有2^r-1的周期。

5.如权利要求3所述的发送方法，其特征在于，其中，得到序列m2的步骤包括扩展序列m1的步骤。

6.如权利要求3所述的发送方法，其特征在于，其中，得到序列m2的步骤包括扩展所述序列m1的步骤。

7.如权利要求1所述的发送方法，其特征在于，其中，r是奇数并得到矩阵C_G。

8.如权利要求7所述的发送方法，其特征在于，包括对矩阵C_G十中抽一以形成序列m2的步骤。

9.如权利要求8所述的发送方法，其特征在于，其中，矩阵C_G具有多个列，以及十中抽一包括选择所述多个列的预定列和不选择在所选择的列之间的其它预定列，同时从矩阵C_G的一端进行和移向另一端。

10.如权利要求9所述的发送方法，其特征在于，包括当选择从矩阵C_G的一端进行到另一端时不选择在所选列之间的逐渐增多的列的步骤。

11.如权利要求10所述的发送方法，其特征在于，其中，在所选列之间不选择逐渐增多列的步骤是按照十中抽一因子进行的。

12.如权利要求11所述的发送方法，其特征在于，其中，十中抽一具有十中抽一因子1＋2^r/2。

13.如权利要求12所述的发送方法，其特征在于，其中，序列m2具有周期2^r/2－1。

14.如权利要求4所述的发送方法，其特征在于，其中，r是偶数包括形成矩阵C’_K的步骤，所述矩阵C’_K包括序列m2。

15.如权利要求14所述的发送方法，其特征在于，包括在矩阵C’_K中包含多个重复序列m2的步骤。

16.如权利要求15所述的发送方法，其特征在于，包括扩展矩阵C’_K以形成第二矢量矩阵的步骤。

17.如权利要求2所述的发送方法，其特征在于，其中，正交码矢量的长度n等于2^r而步骤(a)包括n－1循环移位。

18.如权利要求17所述的发送方法，其特征在于，包括在置换第一矩阵之前扩展第一矩阵的步骤。

19.如权利要求1所述的发送方法，其特征在于，包括下列步骤：

(a)置换第二矢量矩阵以提供屏蔽；以及

(b)把该屏蔽施加到正交码矢量以提供二进制准正交矢量。

20.如权利要求19所述的发送方法，其特征在于，包括把屏蔽施加到多个正交矢量以提供多个二进制准正交矢量的步骤。

21.如权利要求1所述的发送方法，其特征在于，其中，正交码矢量具有长度n，以及对于任何2的幂，在正交矢量和准正交矢量之间相关的绝对值是

22.如权利要求1所述的发送方法，其特征在于，进一步包括下列步骤：

(a)置换二进制准正交屏蔽函数以提供又一个准正交屏蔽函数；

(b)把该又一个二进制准正交屏蔽函数施加到正交矢量以提供又一个二进制准正交矢量；

(c)把该又一个准正交矢量施加到消息信号以提供经编码的信号。

23.如权利要求22所述的发送方法，其特征在于，其中步骤(a)包括反射二进制准正交屏蔽函数。

24.如权利要求23所述的发送方法，其特征在于，包括确定在二进制准正交屏蔽函数中的第一和第二块的步骤。

25.如权利要求24所述的发送方法，其特征在于，包括交换在准正交屏蔽函数中的第一和第二块的位置的步骤。

26.如权利要求所述24的发送方法，其特征在于，其中，第一和第二块具有初始大小，包括下列步骤：

(a)确定与又一个准正交屏蔽函数一起得到二进制准正交矢量的正交矢量的相关性；

(b)根据该相关性确定具有长度大于初始长度的另外的块；以及

(c)交换在准正交屏蔽函数中的所述另外的块的位置。

27.如权利要求24所述的发送方法，其特征在于，包括根据第一和第二块在二进制准正交屏蔽函数中相对于预定点的位置确定该第一和第二块的步骤。

28.如权利要求27所述的发送方法，其特征在于，其中，准正交屏蔽函数的长度是n，并且所述预定位置位于n/2处。

29.一种具有至少一个正交码矢量的通信系统，用于发送消息信号，所述系统包括：

(a)使用具有特征多项式的序列的第一系列循环移位形成的第一矢量矩阵，其中序列的特征多项式是具有幂r的原函数多项式；

(b)根据r是奇数还是偶数使用第二系列循环移位形成的第二矢量矩阵；

(c)通过置换第一矢量矩阵形成的正交码；

(d)通过确定置换操作形成的记录；

(e)通过把确定的置换操作施加到第二矩阵而形成的二进制准正交码矢量；以及

(f)经编码的消息信号，用于发送通过把二进制准正交码矢量施加到消息信号而形成的经编码的消息信号。

30.一种具有至少一个正交码矢量的通信系统，用于发送消息信号，所述系统包括：

(a)一种使用具有特征多项式的序列的第一系列循环移位来形成第一矢量矩阵的装置，其中序列的特征多项式是具有幂r的原函数多项式；

(b)一种用于根据r是奇数还是偶数，使用第二系列循环移位来形成第二矢量矩阵的；

(c)一种用于置换第一矢量矩阵以提供正交码的装置；

(d)一种用于确定置换操作的装置；

(e)一种用于把所确定的第一矢量矩阵的置换操作施加到第二矩阵以提供二进制准正交码矢量的装置；以及

(f)一种用于把二进制准正交码矢量施加到消息信号以提供经编码的消息信号用于在通信系统中发送经编码的消息信号的装置。

31.在通信系统中用于发送消息信号的一种发送方法，所述方法包括下列步骤：

(a)使用序列的一系列循环移位形成矢量矩阵，其中序列具有原函数多项式的特征多项式；

(b)置换该矢量矩阵以形成正交码，从而提供置换矩阵；

(c)把该置换矩阵施加到消息信号以提供经编码的消息信号；以及

(d)在通信系统中发送经编码的消息信号。

32.如权利要求31所述的发送方法，其特征在于，包括使用另外序列的循环移位形成又一个矢量矩阵的步骤。

33.如权利要求32所述的发送方法，其特征在于，包括步骤(b)的确定置换操作的步骤。

34.如权利要求33所述的发送方法，其特征在于，包括把确定的置换操作施加到该又一个矩阵以提供准正交码矢量的步骤。

35.如权利要求34所述的发送方法，其特征在于，其中，准正交码矢量是二进制矢量。

36.如权利要求34所述的发送方法，其特征在于，其中，准正交码矢量是四相矢量。

37.如权利要求31所述的发送方法，其特征在于，其中，序列是一个m-序列，包括从m-序列的一个周期形成子矩阵C的步骤。

38.如权利要求37所述的发送方法，其特征在于，包括形成子矩阵C的步骤，所述子矩阵C是从m-序列的各个循环移位的周期形成的。

39.如权利要求38所述的发送方法，其特征在于，包括扩展中间矩阵的步骤，所述中间矩阵包含m-序列的周期和m-序列的循环移位的周期。

40.如权利要求37所述的发送方法，其特征在于，其中原函数多项式具有幂r，包括置换子矩阵C以提供扩展码矩阵

的步骤。

41.如权利要求40所述的发送方法，其特征在于，包括得到置换矩阵P的步骤，其中，矩阵积CP的一组行矢量和矩阵

的一组行矢量相同。

42.如权利要求41所述的发送方法，其特征在于，包括形成矩阵

的子矩阵W的步骤。

43.如权利要求41所述的发送方法，其特征在于，其中子矩阵W的每个列与子矩阵W的每个其它列不同。

44.如权利要求43所述的发送方法，其特征在于，包括从m—序列的循环移位形成子矩阵M的步骤。

45.如权利要求44所述的发送方法，其特征在于，包括从在形成矩阵C中使用的m—序列的至少一个循环移位形成子矩阵M的步骤。

46.如权利要求45所述的发送方法，其特征在于，包括由从m—序列得到的单个行形成子矩阵M的行的步骤。

47.如权利要求46所述的发送方法，其特征在于，包括确定置换矩阵P致使MP＝W的步骤。

48.如权利要求40所述的发送方法，其特征在于，其中，r是奇数并且序列是m—序列，包括得到较佳m—序列m1的步骤。

49.如权利要求48所述的发送方法，其特征在于，包括通过扩展序列m1得到序列m2的步骤，所述序列m2与m—序列m1形成较佳对。

50.如权利要求31所述的发送方法，其特征在于，包括得到矩阵C并对矩阵C十中抽一以形成序列m2的步骤。

51.如权利要求50所述的发送方法，其特征在于，其中，十中抽一具有十中抽一因子1＋2^r/2。

52.如权利要求50所述的发送方法，其特征在于，包括形成矩阵C’_K的步骤，所述矩阵C’_K包括多个序列m2的重复。

53.如权利要求50所述的发送方法，其特征在于，进一步包括下列步骤：

(e)置换第二矢量矩阵以提供屏蔽函数；以及

(f)把屏蔽函数施加到多个正交矢量以提供多个二进制准正交矢量。

54.如权利要求53所述的发送方法，其特征在于，其中，原函数多项式具有幂r，n＝2^r等于正交码矢量的长度，而步骤(a)包括n－1个循环移位。

55.如权利要求31所述的发送方法，其特征在于，包括把二进制多项式升级到四元多项式的步骤。

56.如权利要求55所述的发送方法，其特征在于，包括形成一个序列的步骤，所述序列具有四元多项式作为它的特征多项式，从而如此形成的序列是族A序列。

57.如权利要求56所述的发送方法，其特征在于，包括根据族A序列形成第二矩阵的步骤。

58.如权利要求57所述的发送方法，其特征在于，包括在置换第二矩阵之前扩展第二矩阵的步骤。

59.如权利要求31所述的发送方法，其特征在于，进一步包括下列步骤：

(e)置换准正交屏蔽函数以提供又一个准正交屏蔽函数；

(f)把该又一个准正交屏蔽函数施加到正交矢量以提供又一个准正交矢量；以及

(g)把该又一个二进制准正交矢量施加到消息信号以提供经编码的消息信号。

60.如权利要求59所述的发送方法，其特征在于，步骤(e)包括反射二进制准正交屏蔽函数。

61.如权利要求60所述的发送方法，其特征在于，包括确定在二进制准正交屏蔽函数中的第一和第二块的步骤。

62.如权利要求61所述的发送方法，其特征在于，包括交换在二进制准正交屏蔽函数中的第一和第二块的位置的步骤。

63.如权利要求61所述的发送方法，其特征在于，其中，第一和第二块具有初始大小，还包括下列步骤：确定与所述又一个准正交屏蔽函数一起得到的二进制准正交矢量的正交矢量的相关性；根据该相关性确定具有长度大于初始长度的另外的块；以及交换在准正交屏蔽函数中的所述另外的块的位置。

64.如权利要求61所述的发送方法，其特征在于，包括根据第一和第二块在二进制准正交屏蔽函数中相对于预定点的位置确定第一和第二块的步骤。

65.如权利要求64所述的发送方法，其特征在于，其中，准正交屏蔽函数的长度是n，并且所述预定位置位于n/2处。

66.一种用于发送消息信号的通信系统，所述系统包括：

(a)使用序列的一系列循环移位形成矢量矩阵，其中序列具有是原函数多项式的特征多项式；

(b)通过置换矢量矩阵以形成正交码而形成置换矩阵；以及

(c)通过把置换矩阵施加到用于在通信系统中反射的消息信号而形成经编码的消息信号。

67.一种用于发送消息信号的通信系统，所述系统包括：

(a)一种使用序列的一系列循环移位来形成矢量矩阵的装置，其中序列具有是原函数多项式的特征多项式；

(b)一种用于置换矢量矩阵以形成正交码从而提供置换矩阵的装置；

(c)一种用于把置换矩阵施加到消息信号以提供经编码的消息信号的装置，以及

(d)一种用于发送经编码的消息信号的装置；

68.在通信系统中的一种方法，用于对使用至少一个正交码矢量编码的消息信号进行解码，所述方法包括下列步骤：

(a)使用具有特征多项式的序列的第一系列循环移位形成第一矢量矩阵，所述序列的特征多项式是具有幂r的原函数多项式；

(b)根据r是奇数还是偶数使用第二系列的循环移位形成第二矢量矩阵；

(c)置换第一矢量矩阵以形成正交码；

(d)确定步骤(c)的置换操作；

(e)把所确定的置换操作施加到第二矩阵以提供二进制准正交码矢量；以及

(f)把二进制准正交码矢量施加到经编码的消息信号以提供经解码的消息信号。

69.一种具有至少一个正交码矢量的通信系统，用于对消息信号进行解码，所述系统包括：

(a)使用具有特征多项式的序列的第一系列循环移位形成的第一矢量矩阵，其中序列的特征多项式是具有幂r的原函数多项式；

(b)根据r是奇数还是偶数使用第二系列循环移位形成的第二矢量矩阵；

(c)通过置换第一矢量矩阵形成的正交码；

(d)通过确定置换操作而形成的记录；

(e)通过把确定的置换操作施加到第二矩阵而形成的二进制准正交码矢量；以及

(f)经解码的消息信号，所述经解码的消息信号是通过把二进制准正交码矢量施加到经编码的消息信号而形成的。

70.一种具有至少一个正交码矢量的通信系统，用于对消息信号进行解码，所述系统包括：

(a)一种使用具有特征多项式的序列的第一系列循环移位来形成第一矢量矩阵的装置，其中序列的特征多项式是具有幂r的原函数多项式；

(b)一种根据r是奇数还是偶数使用第二系列循环移位来形成第二矢量矩阵的装置；

(c)一种用于置换第一矢量矩阵以提供正交码的装置；

(d)一种用于确定置换操作的装置；

(e)一种用于把所确定的第一矢量矩阵的置换操作施加到第二矩阵以提供二进制准正交码矢量的装置；以及

(f)一种用于把二进制准正交码矢量施加到经编码的消息信号以形成经解码的消息信号的装置。

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