专利名称：编码方法与装置和解码方法与装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线通信领域的正交频分复用超宽带系统，尤其涉及频率分集码的编码方法与装置和解码方法与装置。
背景技术：
由于频谱规划的限制，超宽带信号的发射功率谱必须小于某个门限值，目前有采用多带正交频分复用(MB-OFDM，Multiple Band-Orthogonal FrequencyDivision Multiplex)方案来扩展频谱，但是MB-OFDM方案要求快速而准确的频率同步，这给接收机前端提出了非常高的要求，而且该方案瞬时功率谱的波动较大，有可能超出规定的频谱限制。
为解决MB-OFDM方案存在的问题，提出了一种频率分集码正交频分复用超宽带系统，假设系统利用了M个子带，在每个子带里，每个符号周期传送K个子载波数据，经过频域分集编码之后生成M*K的码字，这个过程可看作是用M*K子载波合成一个大的OFDM信号，经快速反傅立叶变换(IFFT，Inverse Fast Fourier Transform)后再发送。在接收端，通过对接收信号做降速率采样、快速傅立叶变换(FFT，Fast Fourier Transform)后得到的频域接收信号为k＝0，1，...，K-1，其中，
为第i个子带的信道增益。从该式可以看出，第k个子载波上的接收信号是M个子带上对应的第k个子载波数据的混合叠加得到，由此可将频率分集码正交频分复用超宽带系统等效于具有M个发射天线和1根接收天线的多输入单输出系统，因此将空时编码技术应用到频率分集码正交频分复用超宽带系统可以获得分集增益。
现有技术在频率分集码正交频分复用超宽带系统的基础上提出一种基于空时网格编码(STTC，Space Time Trellis Coding)的频率分集码的构造方法，该现有技术是这样实现的假设超宽带系统有M个子带，调制方式为相移键控(PSK，Phase Shifk Keying)，编码器由v个寄存器组成，采用的调制阶数M＝2v，k时刻编码器的输入是一个比特CK，编码器的输出可以表示为i＝0，1,...，M-1，其中，gi，j∈{0，1,...，M-1}，可用矩阵描述gi，j系数，编码器的M个输出为PSK星座集合中的信号点，并分别调制到M个子带的子载波上。
其中，由gi，j系数得到的矩阵中各元素取值不同就会对应不同的映射方式，也即不同性能的编码器，所述现有技术可通过优化gi，j系数得到矩阵使系统在满足分集增益的前提下获得编码增益。
但是，上述现有技术中每个网格状态转换只包含一个比特的信息，从而使频率分集编码的速率较低，限制了系统的高速率数据传输，同时编码器的状态数至少要等于调制阶数，如果状态数增加势必会使编码器中的移位寄存器个数增加，从而使最大似然序列解码的复杂度也呈指数增加。因此，所述基于空时网格码的现有技术的缺陷是码率较低而且解码的复杂度比较大。
发明内容
本发明要解决的技术问题是在频率分集编码正交频分复用超宽带系统的基础上提供编码方法与装置和解码方法与装置，所述编码方法与装置在保证高速率数据传输的同时能够获得较高的分集增益。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种编码方法，该方法包括 对输入数据进行调制，并对调制生成的数据进行空时分组编码，再对编码生成的数据进行映射，将每个子带对应的编码数据映射到不同的正交频分复用符号内的对应子载波上，或者将每个子带对应的编码数据映射到同一正交频分复用符号内的对应子载波上。
根据上述编码方法，本发明还提供了一种编码装置，所述装置包括调制单元，除此之外，该装置还包括 空时编码单元，用于对调制单元生成的数据进行空时分组编码； 映射单元，用于对空时编码单元生成的数据进行映射，将每个子带对应的编码数据映射到不同的正交频分复用符号内的对应子载波上，或者将每个子带对应的编码数据映射到同一正交频分复用符号内的对应子载波上。
根据上述编码方法，本发明还提供了一种解码方法，该方法包括 对收到的不同正交频分复用符号内的同一子载波上的数据进行分组，或者对收到的同一正交频分复用符号内的子载波数据进行分组； 根据分组数据和信道的估计值计算得到判决信号，再对判决信号进行解码得到空时编码时输入数据的估计值。
可选地，计算得到判决信号包括 计算求出信道估计值的共轭转置矩阵，再将分组数据和信道估计值的共轭转置矩阵相乘计算得到判决信号。
可选地，采用并行干扰消除检测方式时，对判决信号进行解码得到空时编码时输入数据的估计值包括 对生成的判决信号进行硬判决，再根据硬判决生成的信号得到子载波之间的干扰信息； 将上述干扰信息和判决信号的干扰信息相互抵消得到在空时编码时输入数据的估计值。
可选地，采用串行干扰消除检测方式时，对判决信号进行解码得到空时编码时输入数据的估计值包括 比较判决信号的信噪比，对信噪比较大的数据进行硬判决，再根据硬判决生成的信号得到子载波之间的干扰信息； 从信噪比较小的判决信号中消除上述干扰信息，得到该判决信号在空时编码时输入数据的估计值； 对上述输入数据的估计值进行硬判决，再根据硬判决生成的信号得到子载波之间的干扰信息，从信噪比较大的判决信号中消除该干扰信息，得到该判决信号在空时编码时输入数据的估计值。
根据上述解码方法，本发明还提供了一种解码装置，所述装置包括信道估计单元，此外，该装置还包括 解映射单元，对收到的不同正交频分复用符号内的同一子载波上的数据进行分组，或者对收到的同一正交频分复用符号内的子载波数据进行分组； 信号生成单元，用于根据信道估计单元得到的信道估计值和解映射单元生成的分组数据计算得到判决信号； 解码单元，用于对判决信号进行解码得到空时编码时输入数据的估计值。
可选地，解码单元是并行干扰消除检测器或串行干扰消除检测器。
以上技术方案可以看出，本发明提供的编码方法与装置和解码方法与装置具有以下有益效果 首先，由于本发明的编码方法是通过空时分组编码(STBC，Space TimeBlock Coding)来构造频率分集码，再将编码生成的数据映射到不同的正交频分复用符号内的对应子载波上或者同一正交频分复用符号内的对应子载波上，与现有技术每个网格状态转换只包含一个比特的信息相比较，本发明编码方法能够使系统以较高的速率传输数据，同时由于空时分组编码生成的序列具有正交性，从而使系统能够得到较高的分集增益。
另外，由于本发明的解码方法对生成的判决信号进行干扰消除，再得到在空时编码时输入数据的估计值，这样减少了判决信号的干扰信息，从而提高了解码的准确度，进而改善了系统的性能，同时本发明的解码方法相对于现有技术来说，解码的复杂度也大为降低。
图1是本发明编码方法实施例一的流程图； 图2是本发明编码方法实施例二的流程图； 图3是本发明编码装置实施例的示意图； 图4是本发明解码方法实施例的流程图； 图5是本发明解码方法的并行干扰消除检测器示意图； 图6是本发明解码方法的串行干扰消除检测器示意图； 图7是本发明解码装置实施例的示意图； 图8是几种超宽带系统的误码率示意图。
具体实施例方式 本发明提供了一种编码方法，对输入数据进行调制，并对调制生成的数据进行空时分组编码，再对编码生成的数据进行映射，将每个子带对应的编码数据映射到不同的正交频分复用符号内的对应子载波上，或者将每个子带对应的编码数据映射到同一正交频分复用符号内的对应子载波上。
下面结合附图对本发明编码方法的具体技术方案进行描述。
编码方法实施例一 参照图1，图1是本发明编码方法实施例一的流程图，该实施例描述的是一种在频率分集码正交频分复用超宽带系统的基础上利用空时分组编码构造的频-时编码方法，具体包括以下步骤 步骤101、对输入数据进行调制，再对调制生成的数据进行分组。假设系统输入4K比特，经过四相相移键控(QPSK，Quadrature Phase Shift Keying)调制后生成2K个QPSK符号，然后按照空时编码生成的矩阵对QPSK符号进行分组，例如，子带数为2，将两个符号分为一组；子带数为3或4，将4个符号分为一组；子带数为5时将8个符号分为一组等等。
步骤102、对所有的分组数据进行空时分组编码，再将编码生成的数据按子带数分成多路数据，得到每个子带需要发送出去的数据，并且不同子带发送的数据之间具有正交性。其中，每个子带都包含多个子载波。
步骤103、对编码生成的数据进行映射，将每个子带对应的编码数据映射到不同的OFDM符号内的对应子载波上，从而得到每个子带在每个时刻需要发送的数据。
下面以两个子带为例对数据的映射过程进行说明，假设SK、-S*k+1是子带1对应的编码数据，Sk+1、S*k是子带2对应的编码数据，在第t个OFDM符号周期内，子带1的子载波k上发送SK，第t+1个OFDM符号周期子带1的子载波k上发送-S*k+1;对于子带2来说，在第t个OFDM符号周期内，子载波k发送Sk+1，第t+1个OFDM符号周期子载波k上发送是S*k，并且两个子带发送的数据之间具有正交性。
由上述可知，整个编码过程是在两个连续的OFDM符号之间进行，故需要对第一个符号周期的各个子载波上发送的数据进行缓存处理，然后在第二个符号周期将处理过的数据发送出去。
编码方法实施例二 参照图2，图2是本发明编码方法实施例二的流程图，该实施例描述的是一种在频率分集码正交频分复用超宽带系统的基础上利用空时分组编码构造的频-频编码方法，具体包括以下步骤 步骤201、对输入数据进行调制，再对调制生成的数据进行分组。假设系统输入4K比特，经过QPSK调制后生成2K个QPSK符号，然后按照空时编码生成的矩阵对QPSK符号进行分组，例如，子带数为2，将两个符号分为一组；子带数为3或4，将4个符号分为一组；子带数为5时将8个符号分为一组等等。
步骤202、对所有的分组数据进行空时分组编码，再将编码生成的数据按子带数分成多路数据，得到每个子带需要发送出去的数据，并且不同子带发送的数据之间具有正交性。
步骤203、对编码生成的数据进行映射，将每个子带对应的编码数据映射到同一正交频分复用符号内的对应子载波上，从而得到每个子带在每个符号内需要发送的数据。
下面以两个子带为例对上述映射过程进行说明，假设SK、-S*k+1是子带1对应的编码数据，Sk+1、S*k是子带2对应的编码数据，在第t个OFDM符号周期内，子带1上的第k个子载波发送SK，第k+1个子载波上发送-S*k+1；对于子带2来说，在第t个OFDM符号周期内，第k个子载波发送Sk+1，第k+1个子载波上发送S*k，并且两个子带发送的数据之间具有正交性。由上述可知，整个映射过程是在同一个OFDM符号周期间进行，故系统不需对数据做任何处理。
编码装置实施例 根据上述编码方法，本发明还提供了一种编码装置，参照图3，图3是本发明编码装置实施例的示意图，该装置包括调制单元301、空时编码单元302和映射单元303。
其中，调制单元301用于将输入的数据转换成适合信道传输的数据，再发送给空时编码单元302。
其中，空时编码单元302用于对调制单元301生成的数据进行分组，以及对分组的数据进行空时编码，再将编码生成的数据按子带数分成多路数据，得到每个子带需要发送出去的数据，并且不同子带发送的数据之间具有正交性。
其中，映射单元303用于对空时编码单元302生成的数据进行映射，将每个子带对应的编码数据映射到不同OFDM符号内的对应子载波上，或者将每个子带对应的编码数据映射到同一OFDM符号内的对应子载波上，从而得到每个子带在每个符号周期需要发送的数据。
针对前面所介绍的编码方法，本发明也提出了相应的解码方法，下面分别对频-时编码模式和频-频编码模式的解码技术进行描述。
解码方法实施例一 频-时编码模式的解码过程 在接收端，对频-时编码模式的解码是首先对收到的不同正交频分复用符号内的同一子载波上的数据进行分组，再根据分组数据和信道的估计值计算得到判决信号，然后对判决信号进行解码得到空时编码时输入数据的估计值。同时超宽带系统的信道是一个准静态的多径信道，这样就满足了编码在多个符号周期内信道不变的要求，因此频-时编码模式的解码与一般的多输入多输出-正交频分复用系统相类似，任何解码方式都可适用，通常采用最大似然算法对频-时编码模式进行解码。
解码方法实施例二 频-频编码模式的解码过程 在接收端，对频-频编码模式的解码是在同一个OFDM符号周期内进行，下面结合附图对频-频编码模式的解码进行描述。
本发明提供了一种解码方法，对接收到的同一正交频分复用符号内的子载波数据进行分组；根据分组数据和信道的估计值计算得到判决信号，再对判决信号进行解码得到空时编码时输入数据的估计值。
根据上述方法的思想，再结合附图对本发明解码方法的技术方案进行详细说明，图4是本发明解码方法实施例的流程图，具体包括以下步骤 步骤401、对接收信号做降速率采样、快速傅立叶变换(FFT，Fast FourierTransform)后得到的频域接收信号为，k＝0，1,...，K-1，其中，
为第i个子带的信道增益。
对接收到的同一正交频分复用符号内的子载波数据进行分组，并通过导频序列对信道的频率响应进行估计，假设信道在两个子带的第k，k+1个子载波上的频率响应分别为Hk0，Hk+10，Hk1，Hk+11,其中，可通过最大似然或最小二乘等信道估计方法对信道进行估计。
下面以两个子带为例，将接收到的正交频分复用符号的子载波两两分组，第k，k+1个子载波上的接收信号为 其中，式(1)中Nk代表第k个子载波频点的加性噪声，Hki，i∈{0，1}表示在第i个子带上第k个子载波频点的频域响应，Sk，Sk+1表示空时编码的输入数据。
接着，将式(1)写成矩阵的形式为 步骤402、根据得到的信道估计值和分组数据计算得到判决信号。按照式(3)计算求出信道估计值的共轭转置矩阵，具体如下 利用式(3)求出的信道估计值的共轭转置矩阵和分组数据r相乘得到判决信号y，具体如下 步骤403、对所述判决信号进行解码得到空时编码时输入数据的估计值。
本实施例的解码方法可以通过并行干扰消除(PIC，Parallel InterferenceCancellation)或串行干扰消除(SIC，Sequential Interference Cancellation)检测等方式来消除相邻子载波之间不正交引起的干扰，从而改善性能。
参照图5，图5是本发明解码方法的并行干扰消除检测器示意图，下面结合图5对并行干扰消除检测方法进行说明，该方法具体包括对判决信号Yk，Yk+1进行硬判决，再根据硬判决生成的信号
和
得到子载波之间的交叉干扰信息
再从判决信号中消除子载波之间不正交所引起的交叉干扰信息从而得到在空时编码时输入数据的估计值
下面以两个子载波为例对串行干扰消除进行说明，假设生成的判决信号为Y1＝c1s1+e1s2+n1，Y2＝c2s2+e2s1+n2，再按照发射端调制过程的映射方式对判决信号进行硬判决生成数据
，此时忽略了交叉干扰信息和噪声干扰信息。根据判决生成的信息得到两子载波之间不正交所引起的交叉干扰信息
其中e1，e2可通过式(3)计算得到。然后将交叉干扰信息
和判决信号Y1、Y2中的交叉干扰信息相互抵消得到在空时编码时输入数据的估计值，即
参照图6，图6是本发明解码方法的串行干扰消除检测示意图，下面结合图6对串行干扰消除检测方法进行说明，该方法具体包括从判决信号Yk，Yk+1中选择一个信噪比较大的数据，假设为Yk，接着按照发射端调制过程的映射方式对Yk进行硬判决，再根据硬判决生成的信号
得到子载波之间的交叉干扰信息，例如
然后从信噪比较小的判决信号Yk+1中消除子载波之间不正交所引起的交叉干扰信息从而得到该判决信号在空时编码时输入数据的估计值
对
进行硬判决得到
再根据
得到子载波之间的交叉干扰信息，例如
从判决信号Yk中消除子载波之间不正交所引起的交叉干扰信息，得到信噪比较大的判决信号在空时编码时输入数据的估计值
由上述可知，本实施方式是将分组数据和信道估计值的共轭转置矩阵相乘得到判决信号，然后再通过并行干扰消除或串行干扰消除检测方式来消除子载波不正交所引起的干扰信息得到空时编码的输入数据估计值。除此之外，还可以通过判决反馈解码或迫零解码方法对空时编码进行解码。
根据上述解码方法，本发明还提供了一种解码装置，请参阅图7，该装置包括解映射单元701、信道估计单元702、信号生成单元703和解码单元704。
解映射单元701用于对接收的同一正交频分复用符号内的子载波数据进行分组，信道估计单元702用于根据解映射单元701收到的数据对信道进行估计，信号生成单元703用于根据信道估计单元702得到的信道估计值和解映射单元701生成的分组数据计算得到判决信号，解码单元704用于对信号生成单元703输出的判决信号进行解码得到在空时编码时输入数据的估计值，其中，解码单元704可用并行干扰消除检测器或串行干扰消除检测器对判决信号进行解码处理。
下面结合图8对几种超宽带系统的误码率(BER，Bit Error Rate)性能进行比较，图8中给出了单带超宽带(SB-UWB，Single Band-Ultra Wide Band)系统、多带频-频块编码没有干扰检测的超宽带(MB-FF-UWB，Multiple BandFrequency-Frequency Ultra Wide Band)系统、多带频-频块编码并行干扰消除检测超宽带(MB-FF-PIC-UWB，Multiple Band Frequency-Frequency ParallelInterference Cancellation Ultra Wide Band)系统、多带频-频块编码串行干扰消除检测超宽带(MB-FF-SIC-UWB，Multiple Band Frequency-FrequencySequential Interference Cancellation Ultra Wide Band)系统和多带频-时块编码超宽带(MB-FT-UWB，Multiple Band Frequency-Time Ultra Wide Band)系统的误码率性能曲线图，其中MB-FT-UWB系统性能最好，在误码率要求为10-4时比SB-UWB有2dB的信噪比(SNR，Signal-to-Noise Ratio)增益，能满足频-时块编码的正交性要求；MB-FF-UWB系统子载波之间的频域衰落平坦性不如时域的好，正交性减弱，当信噪比较大的时候其性能更加恶化；MB-FF-PIC-UWB系统和MB-FF-SIC-UWB系统都采用了干扰消除检测技术，两者的性能比较接近，图8显示的是只采用两个子带的情形，串行干扰消除检测技术的优势没有充分发挥出来，如果采用两个以上的多带来增加分集增益，串行干扰消除检测技术的优势比并行干扰消除检测技术更加明显。
以上对本发明所提供的编码方法与装置和解码方法与装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式
及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
权利要求
1.一种编码方法，其特征在于，该方法包括
对输入数据进行调制，并对调制生成的数据进行空时分组编码，再对编码生成的数据进行映射，将每个子带对应的编码数据映射到不同正交频分复用符号内的对应子载波上，或者将每个子带对应的编码数据映射到同一正交频分复用符号内的对应子载波上。
2.一种应用权利要求1所述方法的编码装置，所述装置包括调制单元，其特征在于，该装置还包括
空时编码单元，用于对调制单元生成的数据进行空时分组编码；
映射单元，用于对空时编码单元生成的数据进行映射，将每个子带对应的编码数据映射到不同正交频分复用符号内的对应子载波上，或者将每个子带对应的编码数据映射到同一正交频分复用符号内的对应子载波上。
3.一种解码方法，其特征在于，该方法包括
对收到的不同正交频分复用符号内的同一子载波上的数据进行分组，或者对收到的同一正交频分复用符号内的子载波数据进行分组；
根据分组数据和信道的估计值计算得到判决信号，再对判决信号进行解码得到空时编码时输入数据的估计值。
4.如权利要求3所述的解码方法，其特征在于，计算得到判决信号包括
计算求出信道估计值的共轭转置矩阵，再将分组数据和信道估计值的共轭转置矩阵相乘计算得到判决信号。
5.如权利要求3或4所述的解码方法，其特征在于，采用并行干扰消除检测方式时，对判决信号进行解码得到空时编码时输入数据的估计值包括
对生成的判决信号进行硬判决，再根据硬判决生成的信号得到子载波之间的干扰信息；
将上述干扰信息和判决信号的干扰信息相互抵消得到在空时编码时输入数据的估计值。
6.如权利要求3或4所述的解码方法，其特征在于，采用串行干扰消除检测方式时，对判决信号进行解码得到空时编码时输入数据的估计值包括
比较判决信号的信噪比，对信噪比较大的数据进行硬判决，再根据硬判决生成的信号得到子载波之间的干扰信息；
从信噪比较小的判决信号中消除上述干扰信息，得到该判决信号在空时编码时输入数据的估计值
对上述输入数据的估计值进行硬判决，再根据硬判决生成的信号得到子载波之间的干扰信息，从信噪比较大的判决信号中消除该干扰信息，得到该判决信号在空时编码时输入数据的估计值。
7.一种应用权利要求3所述方法的解码装置，该装置包括信道估计单元，其特征在于，该装置还包括
解映射单元，对收到的不同正交频分复用符号内的同一子载波上的数据进行分组，或者对收到的同一正交频分复用符号内的子载波数据进行分组；
信号生成单元，用于根据信道估计单元得到的信道估计值和解映射单元生成的分组数据计算得到判决信号；
解码单元，用于对判决信号进行解码得到空时编码时输入数据的估计值。
8.如权利要求7所述的解码装置，其特征在于，解码单元是并行干扰消除检测器或串行干扰消除检测器。
全文摘要
本发明在频率分集编码正交频分复用超宽带系统的基础上公开了一种编码方法，所述方法包括对输入数据进行调制，并对调制生成的数据进行空时分组编码，再对编码生成的数据进行映射，将每个子带对应的编码数据映射到不同的正交频分复用符号内的对应子载波上，或者将每个子带对应的编码数据映射到同一正交频分复用符号内的对应子载波上。根据上述编码方法，本发明还提供了编码装置、解码方法和解码装置。利用本发明能够使系统以较高的速率传输数据，同时还可以保证系统能够得到较高的分集增益。另外，本发明的解码复杂度比较低，而且解码的准确度也比较高，从而改善了系统的性能。
文档编号H04L27/26GK101150555SQ20061013974
公开日2008年3月26日 申请日期2006年9月22日 优先权日2006年9月22日
发明者欧细华, 毕光国, 张在琛, 曹明伟, 朱学生, 李云岗 申请人:华为技术有限公司