在移动通信系统中，发射机在信息数据中加入相应的奇偶校验(parity)数 据流这样接收机能正确的接收数据信息。这种编码技术可以在发射机的不同 编码器中实现，比如：RS编码器，卷积编码器，turbo编码器，以及RS和卷 积联合编码器。该联合编码器包括两部分的编码器，并由一个交织器把它们 连接在一起。
图1是一个典型的turbo编码器的框图。根据图1，turbo编码器包括：第 一成份编码器100，turbo交织器102，第二成份编码器104，和多路复用器器 (MUX)106。在操作中，输入的帧数据流直接输出给MUX 106以及成份编 码器100和turbo编码交织器102。第一成份编码器100对帧数据流进行编码， turbo交织器102则对该数据进行交织。第二成份编码器104对交织后的数据 进行编码。MUX 106将输入数据流和来自第一编码器100和第二编码器104 的输出数据多路复用。这里，turbo交织器102对帧数据流的信息比特序列进 行排序，并根据交织器的大小产生交织器地址。该turbo交织器102能最大的 体现turbo编码性能。
如图1所示，输入1个帧数据流，以1/3编码率工作的turbo编码器就会 输出3个帧数据流，它们是1个输入数据流和两个用来纠正输入数据流的奇 偶校验帧数据流。
如果接收的帧数据流是满秩的，那么在接收端就能获得理想的纠错性能。 下面首先介绍秩的定义。
假设输入帧数据流是[1 1 0]，turbo编码器的输出是：
$\left(\begin{array}{ccc}1& 1& 0\\ 1& 0& 1\\ 0& 1& 1\end{array}\right)$
也就是说，第一成份编码器100输出[1 0 1]，第二成份编码器104输出[0 1 1]。秩是利用矩阵中某列之外的其它列的和或差来决定的。上面矩阵的第三 列可以看成是第一和第二列的和。除去第三列，仍然还剩有两列。因此输出 帧数据流的秩为2。满秩定义为矩阵的任何1列都不可能通过对其它列进行 加法或减法来表示。下面就是一个满秩矩阵的例子。
输出帧数据流： $\left(\begin{array}{ccc}1& 1& 1\\ 1& 0& 1\\ 0& 1& 1\end{array}\right)$
当编码使用二进制码时，输出帧数据流就是满秩的。然而，如果是非二 进制的那么就不是满秩的。也就是说，非二进制编码器将一个输入数据流重 复预定的次数，那么输出的数据流矩阵中的某一列就能被其它列之和或差来 表示。这样，就很难在接收端利用接收的帧数据来恢复本原的帧数据流。因 此，对于非二进制码必须使用满秩的纠错码。

因此，本发明的目的就是提供满秩的非二进制重复累加(RA)编码器及 其编码算法。
本发明的另外目的是提供一个利用满秩非二进制RA (Repeat-Accumulate)编码器的纠错编码器和纠错编码算法，它能通过使接 收机在无线通信环境中正确恢复接收数据流来提供高的可靠性。
本发明还有的目的就是提供一种空时编码及其算法，这样能在无线通信 环境中获得一致的数据和最大的天线分集。
为了实现上面的和其它的目的，被发送的数据被分为多个的帧单元，每 个帧包括了mN个比特，每个帧进一步被分成N个块，每个块包括m个比特。 将该N个块转换为N个非二进制GF(2m)元素。这些N个非二进制码元依 照重复因子r被重复。将rN个码元和加权系数相乘，该加权系数是GF(2m) 元素而非0。再对这rN个加权后的码元进行交织和累加。得到的rN个累加 后的码元被发送到接收机，或者这rN个累加后的码元中的每一个码元在发送 前都被去映射为m个比特。这样，信息就能在无线通信系统中得到可靠的传 输。
根据本发明的一个方面，提供一种利用多天线的移动通信系统，包括： 重复器，用来接收非二进制码元，并重复该非二进制码元；加权器，用来通 过将重复的非二进制码元与相应的加权系数相乘来对重复的码元进行加权； 交织器，用来将加权后的非二进制码元进行交织；以及编码器，用来对交织 后的码元进行编码，其中多个二进制比特由非二进制码元来表示。
根据本发明的另一方面，提供一种在利用多天线的移动通信系统中使用 的编码方法，该方法包括如下步骤：接收非二进制码元，并重复该非二进制 码元；通过将重复的非二进制码元与相应的加权系数相乘来对重复的码元进 行加权；将加权后的非二进制码元进行交织；以及对交织后的码元进行编码， 其中多个二进制比特由非二进制码元来表示。
附图说明
上述目的，以及本发明的特点和优点将在下面结合图示详细描述：
图1是典型turbo编码器的框图；
图2是根据本发明的RA编码器的框图；
图3是根据本发明的时空编码器的实施例框图；
图4是根据本发明的空时编码器的另一种实施例框图；和
图5是根据本发明的空时编码器的第三种实施例框图。

本发明的优选实施例将在下面结合附图作详细的描述。在下面的描述中， 一些众所周知的功能和结构将不再作具体的描述。
高斯近似在估计编码器的特性时是很有用的，这些编码器利用的是诸如 RA码或低密度奇偶校验(LDPC)码(见S.Y.Chuang，T.J.Richardson，and L. Urbanke，Analysis of Sum-Product Decoding of Low-Density Parity-Check Codes Using a Gaussian Approximation，IEEE Trans.Inform.Theory，vol.47，pp. 657-670，Feb.2001)的联合解码算法。对于高斯近似，非二进制码用二进制 来表示。非二进制码元可以是有限域的元素，即Galios域GF(2m)的元素， 并且二进制码元和非二进制码元间的相关性也是基于该有限域理论。这将在 本发明的实施例中得以体现。当非二进制码元代替二进制码元通过利用联合 解码算法来提高RA码的性能，其中重复的码元是有规律的，并且联合解码 算法的奇偶校验矩阵的重复码元是相互独立的。因此，对于非二进制RA码， 简单的重复会使联合解码算法的性能下降。奇偶校验矩阵的二进制码元的独 立性能通过重复码元的不同表示来消除。简单地说，最有效的方法是运用加 权器。加权器能够通过随机的加权输出来增加重复码元间的相关性。这样当 联合解码算法应用在解码器中时，解码性能可以得到提高。
图2是根据本发明实现的非二进制RA编码器的框图。参考图2，非二进 制RA编码器包括映射器200，重复器202，加权器204，交织器206，编码 器208，和去映射器214。映射器200接收这N个块(block)，每个单元包括 m个比特，也就是说总共输入的比特数是mN个比特。该帧是发送数据的二 进制表示。映射器200将这些输入的二进制数据流转化为非二进制比特流。 映射器200可以通过很多种方法实现，在本发明中它是利用伽罗瓦域(GF) 实现的。然而很显然二进制-非二进制映射的算法并不限制在基于GF域的 方法。
如果m等于3，输入的帧可以表示为二进制比特流u0，u1，u2，...，u3N-1。映射 器200将这3N个比特映射成N个码元，也就是说，将第i(i＝0，...，(3N-1)/3) 个包含3个比特的块(u3i，u3i+1，u3i+2)，映射为GF(23)元素，Ui。对应于3 比特的GF(23)元素，Ui称为码元。表1图示说明了在GF(23)域中从二进 制到非二进制的映射关系。
(表1)   u3i，u3i+1，u3i+2   加   乘   000   0   0   100   1   1＝a7   010   a   a   110   1+a   a3   001   a2   a2   101   1+a2   a6   011   a+a2   a4   111   1+a+a2   a5
如表1所示，尽管映射器200通过GF加(向量表示)或GF乘将输入数 据块映射为非二进制码元，本发明仍将在GF加法域中进行描述。
下面将介绍二进制的GF加法表示，GF加法类同于GF乘法表示。在移 动通信系统的GF(23)域中非二进制码的生成多项式可以定义为：
f(x)＝x3+x+1                (1)
其中，f(x)是GF(23)域上的本原(primitive)多项式，并且如果a是 GF(23)域上的本原(primitive)元素(element)，并满足式(2)，
f(a)＝0                     (2)
那么，生成多项式就是a3+a+1＝0(例如，a3＝a+1)。这样任何一个码 元都可由1，a，和a2线性组合表示。比如对于a4(011)，
a4＝aa3＝a(a+1)＝a2+a
在这种方式下，二进制比特的GF加法表示来源于它们的GF乘法表示， 如表1所示。如前所述，将一个3比特数据块(u3i，u3i+1，u3i+2)转换成GF(23) 中的非二进制码元Ui。这样对于N个3比特的二进制数据块来说，经过映射 器200后输出的就是码元U0，U1，U2，..，UN-1。这些输出码元称为码元序列。
将该N个码元提供给重复器202。根据数据率确定一个循环因子(repetition factor)。如果循环因子是r，那么数据率就是r/m(其中m为每一输出码元U 所包含的二进制比特数目，也等于发送天线的个数)。为了获得最大数据率， r一般设为m。比如，如果m等于3，那么r就设定为3。
这样，重复器202就将输入的非二进制码元U0，U1，U2，...，UN-1重复3次， 并输出非二进制码元X0，X1，X2，...，XN-1，它们分别表示，
X3i＝X3i+1＝X3i+2＝Ui，i＝0，1，2，...，N-1            (3)
当输入非二进制码元时，重复器202输出3个相同的非二进制码元，如 式(3)所示，它们不是满秩的。为了实现满秩，X0，X1，X2，...，XN-1被送往加 权器204。
加权器204将输入的第i个非二进制码元与作为GF(23)域中元素的加 权系数βi相乘。在本发明的实施例中，在加权器204中所采用的加权因子的 个数等于重复因子r，并且加权系数不等于0。特别的是，加权器204将接收 自重复器202的3个相同的非二进制码元分别乘以3个不同的加权因子。在 这里使用GF，仅仅是举例。这样，只要能让加权后的非二进制码元是满秩的， 那么这种加权系数就可以使用。如果加权后的非二进制码元是 Y0，Y1，Y2，...，Y3N-1，
Yi＝βiXi    i＝0，1，2，...，3N-1        (4)
交织器206基于码元将Y0，Y1，Y2，...，Y3N-1交织，并输出交织后的码元 Z0，Z1，Z2，...，Z3N-1给编码器208。交织器206的功能是接收的码元序列进行排 序。
编码器208是个累加器，包括：加法器210和寄存器212，但是它们都可 以用1抽头(one-tap)和2抽头(two-tap)RSC(递归系统卷积)编码器来替代。 根据所输入的交织器的输出Z0，Z1，Z2，...，Z3N-1，编码器208输出 C0，C1，C2，...，C3N-1。
$C_i=\underset{j=0}{\overset{i}{\Sigma }}{Z}_j---i=\mathrm{0,1,2},...,3N-1---------\left(5\right)$
去映射器214将接收自编码器208的每个非二进制码元C0，C1，C2，...，C3N-1 映射为多个二进制比特。因为去映射器214的操作与映射器200的映射顺序 是相反的，因此去映射器将每一个GF(23)中的非二进制码元变换为3个二 进制比特。如果映射器200的映射方式改变，那么去映射器214的操作也作 相应的变化。去映射器214将GF(23)的元素Ci映射为二进制码元(ci1，ci2，ci3)。 去映射器的输出可通过多天线发送到接收机。
图3，4和5说明了一种高可靠性的时空编码器的实施例结构，它是通过 将多个发/收天线和纠错技术结合一起来实现的，这种纠错技术是采用本发明 如图2所示的非二进制RA编码器。
图3是根据本发明实现的利用BPSK(二进制相移键控)编码实现的空时 编码器的实施例框图。该空时编码器是在图2介绍的RA编码器结构基础上 再增加了信号映射器(或比特分配器)312，多个天线314，316和318。从 映射器300到去映射器310功能块的操作与图2中从映射器200到去映射器 214的操作是一样的。因此，这些操作就不再介绍了。
去映射器310输出3比特二进制码元(ci1，ci2，ci3)至信号映射器312。信 号映射器(或比特分配器)312将输入比特(ci1，ci2，ci3)映射成BPSK信号 (si1，si2，si3)。BPSK是一种利用已知幅度和相位的载波的相位进行映射的方 式。BPSK映射信号(si1，si2，si3)通过天线314，316和318发送至接收机。 天线314，316和318的个数和去映射器310输出的映射到非二进制码元上的 比特数有关。在本发明中，因为一个比特码元包含3个比特，所以这里使用 3个天线来获得高的分集性能。如前所述，数据率r/m被抬高到1。在第i个 时段，信号si1，si2，si3分别通过天线314，316和318发送出去。
图4是根据本发明的空时编码器的另外一个实施例的框图。参考图4，发 送机将发送信号分为很多的帧，每个帧包括了mnN个比特。每个mnN比特 帧进一步被分成nN个块，每个块包括m个比特，其中n是子帧的个数。映 射器400将这nN个块映射成非二进制码元，该映射操作与图2说明的映射 器200的操作是一样的。
串并转换器(SPC)300将nN个非二进制码元块转换为n个子帧，每个 子帧包括N个块。如果这n个子帧表示为U(1)，U(2)，...，U(n)，那么第k个子帧 包括有N个块，U0 (k)，U1 (k)，...，UN-1 (k)。这第k个子帧U(k)就是通过SPC 410输入的 第k个STC(空时编码)块。
对于输入的第k个子帧U(k)，第k个STC(空时编码)块通过重复因子为 r(≤m)的重复器，加权器，交织器和编码器，输出非二进制码元C(k)。为了获 得最大数据率，就应该使得r＝m。重复器420至424，加权器430至434， 交织器440至444，，编码器450至453，以及去映射器460至464，分别与 图2所示的对应器件进行相同的操作，并且这n个STC(空时编码)块包含 相同的元件。C(k)包括rN个非二进制码元C0 (k)，C1 (k)，...，CrN-1 (k)。因此，一个子帧 就包含rN个非二进制码元。去映射器将这rN个非二进制码元中的每一个码 元转换为相应的m个比特。也就是说，去映射器将第k个STC(空时编码) 块中的第i个非二进制码元(GF(2m)域的元素Ci (k))转换为m个比特， ci1 (k)，ci2 (k)，...，cim (k)。
将从去映射器460到464输出的比特码元提供给信号映射器470。信号映 射器470利用接收自n个去映射器，cij (1)，cij (2)，...，cij (n)，的n个比特的信号星座， 决定信号sij在第i个时间通过第j个天线发送出去。信号码星座是根据n来确 定的。如果n等于2，那么码星座映射就是QPSK(四相频移键控)。如果n 等于3，那么码星座映射就是8QAM(四相幅度映射)。通过第j个天线发送 的信号是s0j，s1j，...，srj，其中0到r表示发送时间。发射天线480到484的数目 等于重复因子。
图5是根据本发明的利用m个天线实现的空时编码的另外一个实施例框 图。参考图5，发送机将发送信号分为很多的帧，每个帧包括了2mnN个比 特。每个2mnN比特帧进一步被分成2nN个块，每个块包括m个比特。映射 器500将这2nN个块映射成非二进制码元，该映射操作与图2说明的映射器 200的操作是一样的。
串并转换器510将2nN个非二进制码元块转换为2n个子帧，每个子帧包 括N个块。如果这2n个子帧表示为U(1)，U(2)，...，U(2n)，那么第k个子帧包括有 N个块，U0 (k)，U1 (k)，...，UN-1 (k)。这第k个子帧U(k)就是SPC510输入的第k个STC (空时编码)块。
对于输入的第k个子帧U(k)，第k个STC(空时编码)块通过重复因子为 r(≤m)的重复器，加权器，交织器和编码器，输出非二进制码元Z(k)。为了获 得最大数据率，就应该使得r＝m。包括2n个STC(空时编码)块的重复器 520至526、加权器530至536、交织器540至546、以及去映射器550至556， 分别与图2所示的对应器件进行相同的操作，并且这2n个STC(空时编码) 块包含相同的元件。Z(k)包括rN个非二进制码元Z0 (k)，Z1 (k)，...，ZrN-1 (k)。去映射器 将这rN个非二进制码元中的每一个码元转换为具有m个比特的二进制码元。 也就是说，去映射器将在第k个STC(空时编码)块中的第i个非二进制码 元(zi (k))转换为m个比特，Zi1 (k)，Zi2 (k)，...，Zim (k)。
将输出自去映射器550到552的比特码元Z(1)，Z(2)，...，Z(n)提供给第一转换 器560，并且将输出自去映射器554至556的比特码元Z(n+1)，Z(n+2)，...，Z(2n)提供 给第二转换器562。第一转换器560通过对所输入的整数进行模2n运算，将 所接收的比特码元转换为实部码元Y0 R，Y1 R，...，YrN-1 R。第二转换器562通过对所输 入的整数进行模2n运算，将所接收的比特码元转换为虚部码元Y0 I，Y1 I，...，YrN-1 I。 这样，转换器560和562的功能是将所输入的n比特转换为一个信号。从转 换器560和562输出的第i个Yi R和Yi I就可以表示为(Yi1 R，Ti2 R，...，Yim R)和 (Yi1 I，Yi2 I，...，Yim I)，其中，
$Y_{\mathrm{ij}}^R=z_{\mathrm{ij}}^{\left(1\right)}+2z_{\mathrm{ij}}^{\left(2\right)}+···+2^{n-1}{z}_{\mathrm{ij}}^{\left(n\right)}---\left(6\right)$
$Y_{\mathrm{ij}}^I=z_{\mathrm{ij}}^{(n+1)}+2z_{\mathrm{ij}}^{(n+2)}+···+2^{n-1}{z}_{\mathrm{ij}}^{\left(2n\right)}---\left(7\right)$
第一累加器570将实部码元Y0 R，Y1 R，...，YrN-1 R累加，并输出实部序列 C0 R，C1 R，...，CrN-1 R，并且第二累加器572将虚部码元Y0 I，Y1 I，...，YrN-1 I进行累加，并输 出虚部序列C0 I，C1 I，...，CrN-1 I。1抽头或2抽头RSC编码器也能代替累加器570 和572来使用。
累加后的码元输入到信号映射器580。信号映射器580通过将累加后的码 元(Ci R，Ci I)映射到码星座上，来确定信号sij，该信号sij将在第i个时间段通 过第j个天线发送出去。通过第j个天线发送的信号是s0j，s1j，...，s(rN-1)j，并且 发送天线590到594的个数是与重复因子相同的。如果重复因子是m，那么 就需要使用m个天线。
接收机接收发送自这m个天线的信号。如果所接收的信号表示为 R0，R1，...，RN-1，那么利用对数似然计算出Ri中(Ci R，Ci I)的每一个分量的对数 似然值，并使用该对数似然值计算出相应码元Zi (k)的初始LLR(对数似然比)。 利用初始LLR，利用对组合器，加权器，解交织器和累加器的链接码进行迭 代解码，将Zi (k)解码为U0 (k)，U1 (k)，...，UN-1 (k)。
根据本发明，非二进制码元和二进制码元一样是满秩的，这样接收机就 能无误的接收发送的数据。N个码元通过重复因子r被重复。这rN个重复的 码元利用非0的加权系数进行加权并重新排序，由此被随机化。因此，信道 编码的性能得到提高。
rN个加权码元中的每一个都被转换为m个比特。这m个比特分别被分 配到m个天线。为了获得最大数据率，r设定为m。这样就能获得最大分集 增益，而与交织器的类型无关。
尽管在这里通过参照实施例对本发明作了描述和介绍，但是应当理解：本 发明的以上描述容许各种修改、改变和改编，并且意图是在所附权利要求的 等同物的含义和范围内对其进行理解。