CN1717891A - 在四相移键控调制的构象重组的分集通信系统中传送数据的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

一种将数据从分集(例如，ARQ或重复编码)通信系统的发送器传送到接收器的方法，包括以下步骤：对从信号源接收的数据进行编码，以生成伽罗瓦域(GF)码元(101)。该方法还包括以下步骤：通过算术运算(102)来修改冗余GF码元；使用QPSK作为调制方案来映射GF码元(104)；以及将QPSK调制码元和修改过的冗余码元(105)传送到接收器。此外，本发明涉及分集通信系统的相应发送器。

Description

在四相移键控调制的构象重组的分集通信系统中 传送数据的方法和设备
技术领域
本发明一般涉及信号构象重组(constellation rearrangement)方案。此技术可应用于提供ARQ机制的通信系统、或通过在同一数据单元内传送冗余码而提供分集(diversity)的系统。其具体适合于采用QPSK作为调制方案的系统。
还可将本发明应用于这种通信系统，其中，例如，通过多路分集分支(例如发射天线)、或在同一数据分组内同时传送冗余码。下面通常将其称为“分集”。
背景技术
在G.Benilli，“New mapping rules for combination of M-ary modulation anderror-detecting codes in ARQ systems”，IEE Proceedings，Vol.137，Pt.1，No.4，August 1990中，示出并证明了：增加信号构象点之间的欧几里得(euclidean)距离不仅仅会使性能提高。这在通过使用多个分组传送、或通过在具有不同构象的同一分组内重复相同数据而重复相同数据时特别有效。
为此，存在将码元(symbol)映射到构象点的不同方法。这些方法因而取决于例如分组的传送编号。如图3A至图3C所示，可看到该状态。在这些状态中，在第一、第二、以及第三传送中，分别将相同的输入码元(“0”、“1”、“2”、“3”)映射到不同的信号构象点。
对于二进制通信系统来说，所涉及的二进制数学运算遵循具有二元的有限域的规则，所述有限域还被称为二次伽罗瓦(Galois)域、或简称为GF(2)。
然而，存在用于二次以外的其它次的伽罗瓦域的操作和规则。例如，与此有关的细节可在S.Lin D.J Costello Jr，“Error Control Coding：Fundamentals and Applications(误差控制编码：基础和应用)”，Prentice-Hall1983，pages 29-33中获得。这里，注意到以直接方式定义加法和乘法就足够了。
发明内容
在本发明中，GF(4)元素的乘法是特别感兴趣的。因此，这里不经证明而给出两个重要的特性：
·对于GF(4)的两个元素a和b，如果对于任意的a，a·b＝b成立，则b是所谓的空元素(null-element)，                             (1)
·对于GF(4)的两个元素a和b，如果对于任意的a，a·b＝a成立，则b是所谓的单位元素(identity-element)，                       (2)
如上所述，迄今为止，现有技术是通过对码元映射实体的参数化的输入码元而实现的。本发明针对于有效的实现理由，以提供使用非参数化标准映射实体的方法和发送器。
根据本发明，提供了一种用于如独立权利要求所阐述的那样传送数据的方法和发送器。支持本发明的一般概念在于：通过算术运算而在发送器中修改冗余的传送数据码元，以具有增加的欧几里得距离的有益效果。
根据本发明的优选实施例，由对伽罗瓦域GF(4)操作的乘法器修改输入码元序列，该伽罗瓦域GF(4)取决于在将码元输入到映射实体105之前的分集编号参数。因而，所得到的输出序列与通过多个映射方案而操作的映射实体的输出不可区分。
附图说明
下面将通过参照附图来更详细地描述本发明，其中：
图1图解了根据本发明的发送器的实现的原理结构；
图2图解了GF(4)运算中的加法和乘法运算；
图3A至3C示出了3个示例码元映射规则；
图4示出了发送器的替换实施例；
图5图解了根据本发明的分组传送方法的示例。
具体实施方式
本发明对于给定的输入码元而计算重组的QPSK码元。由于在QPSK中有四个可区分的调制码元，所以，我们可通过四个不同的GF(4)元素(为了方便而将其标记为“0”、“1”、“2”、“3”)而识别出这些码元。参照等式(1)和(2)，“0”是空元素，而“1”是单位元素。并且，为了简单起见，我们假定输入码元由使用相同标记的GF(4)元素组成。
根据图1，示出了用于图解本发明的发送器的必要部件。更详细地，该发送器包括输入部分101，其从信号源(未示出)接收数据码元。例如，可通过数据编码单元实现输入部分，以生成伽罗瓦域码元。
乘法器102计算输入码元与自身被定义为GF(4)的元素的分集参数m103的相乘。这样，得到了具有与先前生成的码元相同信息的修改过的冗余数据码元。
在相乘之后，将输入码元施加到采用QPSK作为调制方案的码元映射单元104。最后，由输出部分105所表示的传送单元将QPSK调制的GF码元以及修改过的冗余GF码元在有线或无线信道上传送到通信系统的接收器。
通常由本原多项式来定义GF(4)内的算术运算。为了对此描述进行概括，我们假定此多项式为：
g(α)＝1+α+α2                                        (3)
如果涉及由重发(retransmission)组成的ARQ系统，则可从传送编号导出m。令t表示从1开始的分组传送编号。那么，可如下计算m。
m＝(t mod 3)+1                                         (4)
乘法器102的优选实施例包括类似于图2的右边部分的二维查找表。
对于本领域的技术人员来说，通过这些假定而容易地证明出：输出部分105实现与应用不同映射规则的概念相同的距离特性。因此，码元映射单元104可一致、且与分集参数无关地遵循图3A至3C的映射中的一个。
作为查找表实现的替换，如在S.Lin，D.J.Costello Jr，“Error ControlCoding：Fundamentals and Applications(误差控制编码：基础和应用)”，Prentice-Hall，1983，pages 29-33中所概述的，另一种形式基于多项式计算。
简而言之，由多项式来表示GF(4)的每个元素。因此，将GF(4)元素的相乘变换为多项式相乘。那么，可使用与GF(4)的加法特性相结合的本原多项式(见等式(3))来简化所得到的多项式，使得最终可将所得到的多项式变换回对应的GF(4)元素。
类似地，可将GF(4)元素和对应的QPSK码元的完整表示改变为多项式表示或幂表示(对于GF(16)的示例，参见S.Lin，D.J Costello Jr.，“Error ControlCoding：Fundamentals and Applications(误差控制编码：基础和应用)”，Prentice-Hall，1983 on page 33，Table 2.8)。同样，该表示可为任意可区分的一组字符/数字/等，由于这些仅为数学理论的抽象，所以不会改变根本操作和特性。
作为示例，除了“0”、“1”、“2”、“3”之外，该表示还可为“7”、“a”、“□”、“*”。
如果采用二进制通信系统，则典型地，将这些二进制码元(“位”)表示为“0”或“1”，即GF(2)。在这种情况中，在图4中示出了发送器部分的修改的方框图。
在GF(4)乘法之前，两个GF(2)码元到一个GF(4)码元的转换器106是必要的。通常，此映射是任意的。在表1中给出了对此的优选实施例。应当强调，其它映射是可能的，只要它们是非二义性的、并被一致使用。
   GF(2)输入码元    GF(4)输出码元
       00         0
       01         1
       10         2
       11         3
                 表1
同样，可对于具有二的幂的基数的任意输入字母而定义类似的转换规则，有可能需要将一个输入码元分离为多个输出码元(即，可将两个输入GF(8)码元映射为三个输出GF(4)码元)。
应当再次说明：GF(4)码元的表示是示例性的。
上面等式(4)中给出的示例是优选实现。然而，可设计其它算法而达到同样的结果。
用于得到适当的分集参数m的标准为：
·m不应当是空元素
·m应当在非第一次传送数据元素时改变
·GF(4)的一个元素不应当在除了空元素之外的GF(4)的任意其它元素未被较不频繁地使用时用于m。
作为后面的规则的示例，在任意其它元素未被使用2次时，迄今已被使用2次的元素不应当被再次使用。
通常，m应当仅在之前已经发送了要传送的数据时改变。作为示例，图5示出了由在位置p1至p9处的9个GF(4)码元si(i＝1至3)组成的非常简单的数据分组。对于在位置p1、p2、p3处的码元，可将m的值设为1。在位置p4、p5、p6处是已经被传送的码元，因此，现在应当将m的值改变为例如2。类似地，在位置p7、p8、p9处，应当再次改变m的值，现在改变为GF(4)码元3。如果之后再次传送码元s1、s2、s3中的任一个，则可再次从GF(4)的三个非空元素中随意选择m。
重要的是注意到，m的改变应当仅在要传送的数据携带相同的信息的情况下(换句话说，在数据重复的情况下)发生。其不意味着只要传送例如GF(4)码元2便应当改变m。上面概述的过程仅在码元的根本信息相同的情况下有意义。
本发明的应用示例采用速率1/2的重复码，其中，将每个信息码元传送两次，以便改善误差弹性。对于分集传送(例如ARQ)领域的技术人员来说，其它示例应当是显而易见的。

Claims (13)

1、一种将数据从分集通信系统的发送器传送到接收器的方法，包括以下步骤：
对从信号源接收的数据进行编码，以生成伽罗瓦域(GF)码元；
通过算术运算而修改冗余GF码元；
使用QPSK作为调制方案，映射GF码元和修改的冗余GF码元；以及
将QPSK调制码元和修改的冗余QPSK码元传送到接收器。
2、如权利要求1所述的方法，其中，修改冗余GF码元的步骤包括：将输入数据码元序列与乘数相乘。
3、如权利要求2所述的方法，其中，该乘数取决于分集参数。
4、如权利要求1至3中的一个所述的方法，其中，通过对具有四个元素的GF(4)域的操作而得到GF码元。
5、如权利要求4所述的方法，其中，在应用算术运算之前，将输入GF码元转换为GF(4)码元。
6、如权利要求1至5所述的方法，其中，由本原多项式定义算术运算。
7、如权利要求3所述的方法，其中，在要传送的数据携带已经被发送到接收器的相同信息时，改变分集参数。
8、如权利要求1至7所述的方法，其中，在具有QPSK调制码元的相同数据分组内传送冗余修改的QPSK码元。
9、如权利要求1至8所述的方法，其中，在多路分集分支上传送冗余修改的QPSK码元。
10、一种分集通信系统的发送器，包括：
数据编码单元(101)，用于生成GF码元，
修改单元(102)，用于使用算术运算而生成修改的冗余GF码元；
映射单元(104)，用于使用QPSK作为调制方案，映射GF码元和修改的冗余GF码元；以及
传送单元(105)，用于传送QPSK调制的GF码元和修改的冗余QPSK码元。
11、如权利要求10所述的发送器，其中，修改单元(102)是用于将GF码元与乘数相乘的乘法器(102)。
12、如权利要求10或11所述的发送器，其中，该乘法器是查找表，根据该查找表，使用分集参数来修改输入GF码元。
13、如权利要求10至12中的一个所述的发送器，其中，该发送器是用于发送具有相同信息的、已经发送的数据码元的冗余版本的ARQ发送器。
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