使用非均勻星座的編碼和調(diào)制設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開(kāi)涉及一種編碼和調(diào)制設(shè)備和方法。進(jìn)一步，本公開(kāi)涉及一種傳輸設(shè)備和方 法。更進(jìn)一步，本公開(kāi)涉及一種計(jì)算機(jī)程序以及一種永久性計(jì)算機(jī)可讀記錄介質(zhì)。
【背景技術(shù)】
[0002] 除了其他元素以外，現(xiàn)代通信系統(tǒng)通常使用編碼和調(diào)制設(shè)備（作為傳輸設(shè)備的一 部分）和解碼以及解調(diào)設(shè)備（作為接收設(shè)備的一部分）。編碼和調(diào)制設(shè)備通常是所謂的 BICM(位交錯(cuò)編碼調(diào)制）設(shè)備的一部分，該設(shè)備通常包括（在傳輸器側(cè)上）FEC(前向糾錯(cuò)） 編碼器、位交錯(cuò)器以及調(diào)制器的串行級(jí)聯(lián)，通常使用光譜有效調(diào)制，例如，多級(jí)PAM(脈沖幅 度調(diào)制）、PSK(正交相移鍵控）或QAM(正交調(diào)幅）。應(yīng)注意的是，在后文中，每當(dāng)提及QAM， 就應(yīng)理解為涵蓋PAM、PSK以及QAM的一般術(shù)語(yǔ)。
[0003] 由于使用交錯(cuò)器和/或FEC編碼器，所以BICM允許在非衰落信道和衰落信道上具 有良好的性能。具有合理的解碼復(fù)雜性，與多級(jí)編碼（MLC)編碼方案相反，因此，頻繁地用 于通信系統(tǒng)中，例如，用于所有DVB系統(tǒng)、電力線(xiàn)通信（例如，Horn印lugAV、DAB、LTE、WiFi 等）中。
[0004] 通常，編碼和調(diào)制容量（例如，在使用BICM設(shè)備的系統(tǒng)中，BICM容量）被視為目 標(biāo)函數(shù)，并且期望找出最佳星座點(diǎn)，以便這個(gè)容量盡可能增大，通常經(jīng)受功率規(guī)范化，即，星 座點(diǎn)的平均功率應(yīng)規(guī)范化為（例如）1。
[0005] 在本文中提供的"背景"描述用于總體上介紹本公開(kāi)的背景的目的。不明示也不 暗示地承認(rèn)在這個(gè)背景部分中描述的程度上目前稱(chēng)為發(fā)明人的工作以及在提交時(shí)沒(méi)有資 格作為先有技術(shù)的描述的方面，作為本公開(kāi)的先有技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] -個(gè)目標(biāo)在于，提供一種編碼和調(diào)制設(shè)備和方法，提供更大的或者甚至最大的容 量、更小的誤碼率以及通過(guò)更小的SNR(信噪比）接收。進(jìn)一步目標(biāo)在于，提供一種相應(yīng)的 計(jì)算機(jī)程序以及一種永久性計(jì)算機(jī)可讀記錄介質(zhì)，用于實(shí)現(xiàn)所述方法。
[0007] 根據(jù)一個(gè)方面，提供了一種一種編碼和調(diào)制設(shè)備，包括：
[0008]-編碼器，將輸入數(shù)據(jù)編碼成單元字；以及
[0009]-調(diào)制器，將所述單元字調(diào)制成非均勻星座的星座值，
[0010] 其中，所述調(diào)制器配置為根據(jù)星座的星座點(diǎn)的總數(shù)Μ和編碼速率，使用
[0011] i)來(lái)自組Α或組Β星座的非均勻星座，包括由長(zhǎng)度ν=sqrt(M)/2_l的星座位置 向量u限定的一個(gè)或多個(gè)以下星座，
[0012] 其中，在來(lái)自組B的星座的一個(gè)或多個(gè)星座位置矢量中，由于以前優(yōu)化的初步星 座位置壓縮，所以?xún)蓚€(gè)或多個(gè)星座位置相同，或者
[0013] ii)來(lái)自組C或組D星座的非均勻星座，包括一個(gè)或多個(gè)以下星座，
[0014] 其中，所述星座點(diǎn)由星座位置矢量w0…b-Ι限定，b=M/4,其中，
[0015] 第一象限的星座點(diǎn)xO…b_l限定為xO…b_l=w0···b_l;
[0016] 第二象限的星座點(diǎn)xb…2b_l限定為xb…2b_l=conj(w0. . .b_l);
[0017] 第三象限的星座點(diǎn)x2b…3b_l限定為x2b…3b_l=-conj(wO. . .b_l);并且
[0018] 第四象限的星座點(diǎn)x3b…4b_l限定為x3b…4b_l= _w0. . .b_l，
[0019] 其中，conj是復(fù)共輒，
[0020] 其中，在來(lái)自組D的星座的一個(gè)或多個(gè)星座位置矢量中，由于以前優(yōu)化的初步星 座位置壓縮，所以?xún)蓚€(gè)或多個(gè)星座位置相同，或者
[0021] iii)來(lái)自組E星座的非均勻星座，包括一個(gè)或多個(gè)以下星座，其中，所述星座點(diǎn)由 星座位置矢量w0…M-1限定，或者
[0022] iv)通過(guò)圍繞原點(diǎn)旋轉(zhuǎn)角度，通過(guò)倒轉(zhuǎn)所有星座點(diǎn)的位標(biāo)簽，通過(guò)交換位位置，和 /或通過(guò)預(yù)失真（尤其用于所有）所述星座點(diǎn)，從來(lái)自任一組A、B、C、D或E的星座中獲得 的非均勻星座，
[0023] 其中，如下限定所述組A、B、C、D以及E的星座的不同星座的星座位置矢量，其中， 所述編碼速率的相應(yīng)值R理解為編碼速率的范圍R± 1/30。
[0024] 根據(jù)進(jìn)一步方面，提供了一種傳輸設(shè)備，包括：
[0025]-在本文中提出的編碼和調(diào)制設(shè)備，將輸入數(shù)據(jù)編碼和調(diào)制成星座值；
[0026]-轉(zhuǎn)換器，將所述星座值轉(zhuǎn)換成要傳輸?shù)囊粋€(gè)或多個(gè)傳輸流，以及
[0027]-傳輸器，傳輸所述一個(gè)或多個(gè)傳輸流。
[0028] 根據(jù)更進(jìn)一步方面，提供了 ：相應(yīng)方法；一種計(jì)算機(jī)程序，包括程序代碼裝置，用 于在計(jì)算機(jī)上執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)，促使計(jì)算機(jī)執(zhí)行在本文中公開(kāi)的編碼和調(diào)制方法的 步驟；以及一種永久性計(jì)算機(jī)可讀記錄介質(zhì)，在其內(nèi)儲(chǔ)存計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，在由處理器執(zhí)行 時(shí)，所述產(chǎn)品促使執(zhí)行在本文中公開(kāi)的編碼和調(diào)制方法。
[0029] 在從屬權(quán)利要求中限定優(yōu)選的實(shí)施方式。應(yīng)理解的是，所要求的方法、所要求的計(jì) 算機(jī)程序以及所要求的計(jì)算機(jī)可讀記錄介質(zhì)具有與所要求的設(shè)備相似和/或相同的并且 在從屬權(quán)利要求中限定的優(yōu)選實(shí)施方式。
[0030] 本公開(kāi)的一個(gè)方面在于，所使用的非均勻星座（在本文中也稱(chēng)為NUC)的星座點(diǎn)并 非位于具有等距符號(hào)的規(guī)則網(wǎng)格上，而是位于優(yōu)化位置上，依賴(lài)于前向糾錯(cuò)編碼器的編碼 速率，例如，LDPC或渦輪碼或任何其他已知的代碼編碼器（通常可另外提供另一個(gè)前向糾 錯(cuò)編碼器，例如，BCH編碼器），依賴(lài)于所使用的星座的星座點(diǎn)的期望總數(shù)（在一些實(shí)施方式 中，依賴(lài)于信道特征）
[0031] 在表格中，提供各種星座，用于Μ的不同值并且用于不同的編碼速率。應(yīng)注意的 是，在表格中表示的編碼速率R不要理解為，特定的星座僅僅對(duì)正好這個(gè)編碼速率有效，也 對(duì)略微不同的編碼速率有效，即，編碼速率的范圍R± 1/30。例如，在所提出的表格中提供的 編碼速率（即，R= 6/15)的指示6/15表示相應(yīng)的星座對(duì)編碼速率的范圍6/15± 1/30有 效，即，從11/30到13/30的編碼速率的范圍。
[0032] 應(yīng)注意的是，一個(gè)或多個(gè)以下"不變變換"不影響星座的性能：
[0033] 1、將所有符號(hào)旋轉(zhuǎn)任意的角度
[0034] 2、將第m位y_m=be{〇, 1}倒轉(zhuǎn)為y_m = -b，其中，橫桿表示倒轉(zhuǎn)，
[0035] 3、交換位位置y_kl和y_k2，
[0036] 4、在Re{xl}-和 / 或Im{xl}-軸上反射，
[0037] 5、預(yù)失真（尤其對(duì)于組E的星座）。
[0038] 因此，調(diào)制器還可使用通過(guò)圍繞原點(diǎn)旋轉(zhuǎn)角度，通過(guò)倒轉(zhuǎn)所有星座點(diǎn)的位標(biāo)簽，通 過(guò)交換所有星座點(diǎn)的位位置和/或在實(shí)數(shù)部分和/或虛數(shù)部分軸上反射，從來(lái)自任一組A、 B、C、D或E的星座中獲得的非均勻星座。例如，如果一個(gè)星座的具有用于16-QAM的位標(biāo)簽 0010,那么所有第一位標(biāo)簽都可以倒轉(zhuǎn)，以便這個(gè)點(diǎn)變成1010。進(jìn)一步，通過(guò)任何其他簡(jiǎn)單 操縱（例如，星座點(diǎn)位置湊整）所獲得的星座通常由權(quán)利要求覆蓋。通過(guò)這些操作中的一 個(gè)或多個(gè)，實(shí)現(xiàn)與在上面提及的四組中限定的星座的映射等效的映射。
[0039] 在衛(wèi)星傳輸?shù)那闆r下，調(diào)制器可能也傳輸由所提出的星座點(diǎn)的預(yù)失真獲得的不同 星座點(diǎn)。這個(gè)預(yù)失真應(yīng)可以用作在傳輸系統(tǒng)（具體而言，功率放大器）內(nèi)的其他模塊的非 線(xiàn)性的對(duì)策。然而，傳輸系統(tǒng)的輸出應(yīng)對(duì)應(yīng)于所提出的星座的傳輸，以便接收器可能假設(shè)傳 輸了這些星座。
[0040] 應(yīng)注意的是，對(duì)于每個(gè)M-QAM，還可以考慮底層的sqrt(M)_PAM。進(jìn)一步，應(yīng)注意 的是，在其他方面，在權(quán)利要求中限定的這組星座包括更少的星座，例如，僅僅用于非衰落 信道的星座、僅僅用于衰落信道的星座、僅僅用于所選擇值Μ的星座、僅僅用于M-QAM或 Sqrt(M)-PAM的星座、和/或用于更少的SNR值的星座。換言之，在可用于供調(diào)制器選擇并 且隨后使用的這組星座內(nèi)，可包含更少的星座，即，可用于供調(diào)制器使用的這組星座可包括 在權(quán)利要求內(nèi)限定的一個(gè)或多個(gè)星座。因此，本公開(kāi)還涉及一種編碼和調(diào)制設(shè)備和方法，具 有可使用的更小一組星座（如上所述）和/或更少的星座可用于特定的值M。
[0041] 由Μ個(gè)星座點(diǎn)構(gòu)成的QAM映射表示為M-QAM。在組A內(nèi)概述這些星座。如果（均 勻或非均勻）QAM允許分別編碼和解碼器兩個(gè)維度（在該文獻(xiàn)中，"同相"和"正交相位"） 中的每個(gè)，那么這個(gè)QAM稱(chēng)為N2-QAM。這表示星座可以由兩個(gè)N-PAM星座設(shè)計(jì)，每個(gè)維度具 有一個(gè)星座。由于在Μ=N2時(shí)，但是在這兩個(gè)維度不能分開(kāi)時(shí)（通常是N-PSK的情況，例 如，8-PSK，其中，8個(gè)點(diǎn)位于單位圓上），與N2個(gè)點(diǎn)用于M-QAM相比，僅僅需要調(diào)查N個(gè)星座 點(diǎn)，所以N2-QAM對(duì)于ML解碼具有明顯更低的解碼復(fù)雜度。此外，完全由星座的星座值的象 限限定的QAM星座稱(chēng)為QQAM，從第一象限中獲得星座值的其他三個(gè)象限。例如，由于具有對(duì) 稱(chēng)性，所以正常的均勻方形QAM星座（UC)也是QQAM星座。在組C中概述這些QQAM星座。
[0042] 然而，根據(jù)在本公開(kāi)中考慮的實(shí)施方式的QAM星座的星座點(diǎn)不位于具有等距符號(hào) 的規(guī)則網(wǎng)格上，而是位于優(yōu)化位置上，依賴(lài)于編碼速率。
[0043] 根據(jù)本公開(kāi)，考慮基于N-ΡΑΜ優(yōu)化的N2_NUC優(yōu)化，與星座點(diǎn)的數(shù)量的動(dòng)態(tài)減少相 結(jié)合，相對(duì)于不減少星座點(diǎn)的數(shù)量的n2-nuc的性能，保證定義明確的性能。
[0044] 考慮高達(dá)1024-QAM的星座尺寸，其中，能夠具有大成形增益，尤其在高SNR區(qū)域 中。通過(guò)動(dòng)態(tài)減少（在下文中也稱(chēng)為壓縮）彼此接近的星座點(diǎn)，星座點(diǎn)的數(shù)量以及因此所 需要的儲(chǔ)存和解碼容量可大幅減少。在組B合D中概述這些星座。例如，為編碼速率6/15 優(yōu)化的1024-Q-QAM星座可從1024減少為268星座點(diǎn)，而不明顯影響性能。
[0045] 應(yīng)注意的是，在涉及優(yōu)選實(shí)施方式的權(quán)利要求中限定的星座位置向量w不需要必 須包含星座的星座點(diǎn)的第一象限的星座點(diǎn)，而是還可以包