在移动通信系统中，发射机在信息数据中加入相应的监督(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，和乘法器(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 数据相乘。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 监督帧数据流。
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[110]，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[101]，第二成份编码器104输出 [011]。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极。
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。
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(2□)元素，Ui。对应于3 比特的GF(2□)元素，Ui称为码元。表1图示说明了在GF(2□)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(repetit ion 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 来获得高的分极性能。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、编码器550至556，以 及去映射器560至566，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，Yi2 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极增益， 而与交织器的类型无关。
在这里通过参照实施例对本发明作了描述和介绍，这样本领域的技术人 员就能理解其中形式和细节上的变化，而这些变化并没有脱离所附权利要求 中的精神和形式。