用於16正交幅度調製方案的信號空間擴展的製作方法

2023-10-09 01:04:09

專利名稱：用於16正交幅度調製方案的信號空間擴展的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於使用16-QAM星座(constellation)在通信系統中發送和 接收數據比特流的方法。另外，提供執行該方法的裝置。
背景技術：
信號空間擴展可將不相關的瑞利(Rayleigh )信道視為數字無線電通信的最壞情況的信 道。對於在此信道上的檢測性能至關重要的是移動通信系統的分集階數(diversity order ),其應該儘可能大。對於具有碼元交織(symbol-interleaving ) 的格子編碼調製(TCM),分集階數是伴隨任何錯誤事件的區別信道碼元的最 小數目。可通過在將編碼的數據比特映射到調製碼元之前對編碼器輸出進行 按比特方式的交織來進一步增加分集階數(例如參見Ungerboeck的 "Trellis-coded modulation with redundant signal sets Part I: Introduction" 禾口 "Trellis-coded modulation with redundant signal sets Part II: State of the art"' IEEE Communications Magazine, 1987 2月，Vol. 25， No. 2 )。信號空間擴展概括了該比特交織的概念，使得可以使用較低比率的巻積 編碼(較大的漢明(Hamming)間距)來給出甚至更高的分集階數。通過擴展調 制碼元星座來維持相同的譜效率。此概念一般也被稱為信道碼元擴展分集(CSED)。仿真結果指示此方法導致編碼調製方案在瑞利衰落信道上相比對等複雜 度的碼元或比特交織的TCM系統具有明顯更好的性能。因此，信號空間(或信號集合)擴展允許避免所發送的數據的譜擴展。 例如在編碼系統中，在發送之前將k個信息比特編碼為n個編碼的比特。如 果要在固定的時間間隔T內發送此數據， 一種方法是相比於僅發送信息比特、 將發送帶寬(或鐠)擴展係數n/k。可替換地，根據CSED所採用的方法，發送帶寬保持不變，但是將映射 到調製碼元的數據比特的數量擴展係數n/k。作為示例，代替使用BPSK發送k比特的未編碼的序列，可使用1/2比率的編碼序列來使用QPSK發送n二2k 個比特。明顯地，對於相等的數據率，每個時間周期兩種方案需要發送相同 量的碼元。對於本領域技術人員顯而易見的是可同樣發生擴展以更進一步增加編 碼系統的冗餘量。例如，代替利用8-PSK發送2/3比率系統，可使用具有 16-QAM的2/4比率的信號空間擴展。16-QAM16-QAM (正交幅度調製)是在例如諸如UMTS或CDMA 2000之類的基 於IMT 2000的移動通信系統中慣用的數字調製方案。在通常在其中圖示 16-QAM星座的覆信號空間(complex signal space )中，通過特殊點(distinct point)來限定16個調製碼元。這些點中的每一個點表示一個16-QAM碼元。對於二進位信息發送系統，可以使用四個不同的比特來確定現有的 16-QAM碼元中的一個碼元。因此， 一個16-QAM碼元由4比特組成(或者 可以由一個字表示)，並且由複平面中的一個複數值表示。通常，調製碼元的 複數值可以由其相對於複平面中的相應I軸和Q軸的笛卡兒同相和正交分量 (I和Q分量)來表示。這些軸也將複平面劃分為四個象限。調製碼元在復 平面中通過其實部和虛部的表示等效於其極坐標分量(polar components ),即 半徑和角度的表示。為了更好地理解本發明，這裡假設一特定的16-QAM碼元星座，其中， 排列複平面的一個象限內的信號點，使得它們在信號空間的兩個正交方向中 形成四點的正方形。因此，這樣的映射公知為方形(square) 16-QAM或格形 (lattice) 16-QAM。在圖1和圖2中給出了兩個示例。本發明,I設使用方形16-QAM映射來排列16-QAM碼元。對於本領域技 術人員而言，顯然對於如例如圖2中所示的每個經過旋轉的16-QAM星座， 可以選擇複平面的軸使得經過旋轉的16-QAM星座可以如圖1所示。通常，所謂的格雷(Gray)映射被用來將16-QAM星座中的16個調製碼 元與被映射到相應碼元的四元比特相關聯。根據該Gray映射方案，水平或垂 直方向中的相鄰調製碼元僅在一個比特中不同。集合劃分/格子編碼調製-格子編碼調製(TCM)在過去十年作為在有限帶寬的移動通信信道上的 數字發送的組合的編碼和調製技術已得到發展。TCM允許在傳統未編碼調製 上的相當大的編碼增益，而不犧牲帶寬效率(例如參見Hansson等的"Channel Symbol Expansion Diversity - Improved Coded Modulation for the Rayleigh Fading Channel", IEEE International Conference on Communications, 1996 (ICC 96 ) , Conference Record, Converging Technologies for Tomorrow's Applications, 1996， 891-895頁，vol.2 )。格子編碼調製(TCM)方案採用冗餘非二進位調製結合有限狀態編碼器， 該有限狀態編碼器管理調製信號的選擇以生成編碼的信號序列。在圖4中給 出了框圖結構。TCM的基本概念是使用信號集合擴展以便為編碼提供冗餘， 以及共同地設計編碼和信號映射功能，從而直接使編碼的信號序列之間的最 小歐幾裡德(Euclidian )距離最大化。集合劃分的概念對於TCM方案具有核心重要意義。集合劃分將信號集合 連續地分為更小的子集，並最大程度地增大最小的集合內的距離。TCM使用傳統的巻積編碼作為編碼方案。被稱為Turbo格子編碼調製 (TTCM)的改進的概念4吏用turbo碼作為編碼方案。性能評價^口在Ungeberboeck的"Trellis-coded modulation with redundant signal sets Parti: Introduction"中所示的，與使用較低階調製方案的信號的未編碼發送相 比，根據TCM方案的所產生的編碼的和調製的信號的比特誤差率得到了改 進。然而， 一般不將TCM用於諸如UMTS之類的移動通信系統，這是因為 TCM需要的編碼器、特別是解碼器複雜程度非常高。TCM的編碼器和解碼 器的複雜結構需要不可忽視的處理能力數量，其轉而需要在終端中存在足夠 的電池電力。由於在移動終端中這兩種資源一般都是缺乏的資源，因此在移 動通信中TCM的使用沒有取得成功。例如，在UMTS中沒有使用TCM (信號空間擴展)。作為替代， 一般使 用具有Gray映射的16-QAM或QPSK對信號進行調製(參見3GPP TS 25,213: "Spreading and modulation (FDD) (Release 6)，，, V6.0.0, section 5.1, Table 3A,可 在http:〃www.3gpp.or.g獲4尋)。發明內容因此，本發明的主要目標是提供使用信號空間擴展和16-QAM的調製和 編碼方案，與QPSK調製信號相比，該16-QAM改進了比特誤差率。另一目 標是就移動通信系統考慮，提供實現具有低複雜度的編碼器和解碼器的可能。通過獨立權利要求的主題來解決主要目標。優選實施例為從屬權利要求 的主題。本發明的一個關鍵的方面是使用具有預定的映射規則的16-QAM星座、 以及對於要發送的數據流的重複編碼(信號空間擴展)和交織。映射規則定 義將16個四元比特(也稱為數據字)中的哪些映射到16-QAM星座中的哪些 調製碼元(也成為數據碼元)。例如可將16個調製碼元表示為復坐標平面中 臺勺曰4亍禾口曰歹1)。例如，可將映射規則規範如下a) 表示調製碼元的四個數據比特中的第一數據比特基於其邏輯值選擇 16-QAM星座的兩個相連碼元區域中的一個，這兩個相連碼元區域中的每一 個由#1此相鄰的兩4亍形成，b) 表示各個調製碼元的四個數據比特中的第二數據比特基於其邏輯值選 擇16-QAM星座的兩個相連碼元區域中的一個，這兩個相連碼元區域中的每 一個由4皮此相鄰的兩列形成，c) 表示各個調製碼元的四個數據比特中的第三數據比特基於其邏輯值選 擇16-QAM星座的兩個不相連碼元區域中的一個，這兩個不相連碼元區域中 的每一個由彼此不相鄰的兩行形成，d) 表示相應調製碼元的四個數據比特中的第四數據比特基於其邏輯值選 擇16-QAM星座的兩個不相連碼元區域中的一個，這兩個不相連碼元區域中 的每一個由彼此不相鄰的兩列形成。注意到下面的說明是重要的這些映射規則不要求例如表示調製碼元的 四元比特的最高有效位根據其邏輯值選擇在上面的規則中定義的區域中的一 個特定區域。四元比特中的哪一個比特選擇在四個上述映射規則中規定的四 個碼元區域中的哪一個碼元區域對本發明提出的調製和編碼方案的性能不產 生影響，只要也保證也滿足下面概述的標準。等效於上面的規則a)、 b)、 c)和d)的映射規則的替換定義可以闡述如 下。，支設如圖1所示地選#^在其中可以表示方形16-QAM星座的複平面的軸。 該軸將覆信號空間劃分為四個象限。假設16-QAM星座的該表示、QAM星 座的映射規則滿足下列準則a，) 一個象限內的、彼此之間具有最小歐幾裡得距離的調製碼元之間的漢明3巨離(Hamming distance )為1, b，)相鄰象限的、彼此之間具有最小歐幾裡得距離的調製碼元之間的漢 明距離為2，以及c，)關於復坐標平面的原點彼此相對的(antipodal)調製碼元具有漢明距 離4。此外，可考慮以下額外的^L則d') —個象限內的、在該象限內彼此之間具有大於最小歐幾裡得距離或 者等於最小歐幾裡得距離的兩倍的平方根的歐幾裡得距離的調製碼 元具有漢明距離2， e，)位於相鄰象限中的、彼此之間具有大於最小歐幾裡得距離或者等於 最小歐幾裡得距離的兩倍的平方根的歐幾裡得距離的調製碼元之間的漢明距 離為3。除了這些可替換的、但等效的映射規則外，本發明的另一方面在於在重 復編碼之後、在它們映射到用於發送的調製碼元之前執行數據的交織。在將 數據映射到調製碼元時，進一步保證要發送的數據的單個比特選擇相連的碼 元區域，並且通過重複編碼獲得的其重複的版本選擇不相連的碼元區域，反 之亦然。才艮據本發明的一個示例實施例，提供了使用16-QAM星座在通信系統中 發送數據比特流的方法，該16-QAM星座具有可以以復坐標平面中的四行和 四列表示的16個調製碼元。16-QAM星座的每個調製碼元可由四個數據比特 的組合來表示。根據此實施例的16-QAM星座遵守上文概述的映射規則a )、 b )、 c )和d )。 在第一步驟中，通過重複數據比特流的數據比特來擴展數據比特流的數 據比特的數量。從而，形成了重複的數據比特流，對於數據比特流的每個數 據比特，該重複的數據比特流包括與數據比特流的各個數據比特相關聯的重 復的數據比特。接著，對數據比特流和重複的數據比特流之一或兩者進行交織。另外， 從數據比特流和重複的數據比特流形成數據字的序列，以及將每個數據字映射到16-QAM星座的調製碼元。根據此實施例，每個數據字具有四個比特。 各個數據字的兩個比特由數據比特流的數據比特形成，各個數據字的兩個比 特由重複的數據比特流的數據比特形成。對於數據比特流的數據比特，選擇 相連的碼元區域，對於其相關聯的重複的數據比特流的重複的數據比特，選 擇不相連的碼元區域，反之亦然。將調製碼元調製到載波頻率，並進行發送。根據該實施例的變形，數據字內來自數據比特流的兩個數據比特形成各 個數據字的最高有效位，各個數據字內來自重複的數據比特流的兩個數據比 特形成各個數據字的最低有效位，反之亦然。數據字的最高有效位可分別選擇相連的碼元區域之一，數據字的最低有 效位分別選擇不相連的碼元區域之一，反之亦然。根據本發明的另 一的實施例，將數據比特流分段為數據比特組的序列。 在此實施例中，在數據比特組的級別上處理數據。因此，通過重複每個數據 比特組擴展數據比特流的數據比特的數量，重複的數據流形成重複的數據比 特組的序列。而且，為每個數據比特組執行交織，即，在數據比特組的級別 上4丸行交織。在此另 一實施例的變形中，數據比特組中的相應的一個和重複的數據比 特組中的相應的一個由數據比特流的兩個數據比特和重複的數據比特流的兩 個數據比特組成。可在形成數據字的序列之前，改變數據比特組或重複的數 據比特組中的至少 一個的翁:據比特的順序。通常地，應注意在上文中本發明的實施例中，數據比特流的數據比特 以及其在重複的數據比特流中的重複的數據比特可被映射到同 一調製碼元， 或被映射到不同的調製碼元。此外，在上文的實施例中，在擴展比特的數量之前可以使用前向糾錯編 碼器(諸如巻積編碼器、turbo編碼器或分塊(block)編碼器)對l欠據比特流 進行編碼。本發明的另 一實施例提供用於在通信系統中接收數據比特流的方法。在 此實施例中，假定已經使用具有16個調製碼元的16-QAM星座由發射機對數 據比特流進行調製，該16個調製碼元可以以復坐標平面中的四行和四列來表在發射機處用於調製的16-QAM星座遵守上文所定義的映射規則a)、 b)、 c)
和d)。
首先，接收包括數據比特流的傳送信號，並且通過使用16-QAM星座檢 測由四個數據比特的數據字表示的調製碼元來解調該傳送信號。從而，將所 接收的調製碼元的每個數據比特與指示所接收的調製碼元的各個比特的邏輯 值的概率或指示所接收的調製碼元的各個比特的邏輯值的度量相關聯。另夕卜， 該度量可以指示所接收的調製碼元的各個比特的邏輯值的概率，並且指示所 接收的調製碼元的各個比特的邏輯值。
另外，接收機知道一起形成所謂的相關聯的比特對的所發送的數據比特 和所發送的數據比特的重複的版本之間的關係。具體地，接收機知道發送 相關聯的比特對的比特之一選擇相連的碼元區域之一，同時發送相關聯的比 特對的另一比特選擇不相連的碼元區域之一。因此，接收機可通過利用所發 送的數據比特之間的所述關係來得到數據比特的度量。因此，已經選擇了 16-QAM星座的相連的(或不相連的)碼元區域之一的、所接收的調製碼元 的每個數據比特可以與與調製碼元的數據比特中表示其重複的重複的數據比 特相關聯。如上文所說明的，該重複的數據比特已經選擇了 16-QAM星座的 不相連的(或相連的)碼元區域之一。已經選擇了 16-QAM星座的相連的(或 不相連的)碼元區域之一的每個數據比特可以基於各個數據比特的度量和重 復的數據比特的度量來與其相關聯的重複的數據比特進行組合，以重構數據 比特流。
將已經選擇了相連的(或不相連的)碼元區域之一的每個數據比特進行 組合的步驟可包括基於各個數據比特的度量和重複的數據比特的度量，為 已經選擇了相連的(或不相連的)碼元區域之一的每個數據比特形成組合的 度量，以及使用該組合的度量對數據比特流的組合的數據比特進行解碼，重 構數據比特流。
本發明的另一實施例提供一種用於使用具有16個調製碼元的16-QAM星 座、經由通信系統的無線電信道發送數據比特流的裝置，該16個調製碼元可 以以復坐標平面中的四行和四列表示。此外，16-QAM星座的每個調製碼元 可以以四個數據比特的組合來表示。另外，該16-QAM星座遵守上文提供的 映射規則a)、 b)、 c)和d)。發送裝置可包括信號空間擴展部件，用於通過重複從而形成重複的數 據比特流來擴展數據比特流的數據比特的數量，對於數據比特流的每個數據 比特，該重複的數據比特流包括與數據比特流的各個數據比特相關聯的重複
的數據比特；交織器，用於交織數據比特流或重複的lt據比特流的至少一個； 以及處理部件，例如處理器、DSP等等，用於從數據比特流和重複的數據比 特流形成數據字的序列。
該處理部件可被適配為將每個數據字映射到16-QAM星座的調製碼元。 每個數據字具有四個比特，各個數據字的兩個比特由數據比特流的數據比特 形成，並且各個數據字的兩個比特由重複的數據比特流的數據比特形成。此 外，數據比特流的數據比特選擇相連的碼元區域，而其相關聯的重複的數據 比特流的重複的數據比特選擇不相連的碼元區域，反之亦然。
發送裝置還可包括用於將碼元調製到載波頻率的調製器、以及用於發送 經過調製的碼元的發射機。
在本發明的另 一實施例中，發送裝置還包括被適配為執行用於根據上文 概述的各種實施例以及它們的變形之一 以在通信系統中發送數據比特流的方 法的步驟的部件。
本發明的一個實施例涉及用於經由通信系統的無線電信道接收數據比特 流的裝置。此外，已經使用具有16個調製碼元的16-QAM星座由發送裝置對 數據比特流進行了調製，該16個調製碼元可以以復坐標平面中的四行和四列
16-QAM星座遵守根據上文中的a)、 b)、 c)和d)中的定義的映射規則。
接收裝置可包括接收機，用於接收包括數據比特流的傳送信號；以及 解調器，用於通過使用16-QAM星座檢測由四個數據比特的數據字表示的調 制碼元來解調該傳送信號，從而將所接收的調製碼元的每個數據比特與指示 所接收的調製碼元的各個比特的邏輯值的概率和/或指示所接收的調製碼元 的各個比特的邏輯值的度量相關聯。
另外，該裝置可包括處理部件，用於將已經選擇了 16-QAM星座的相連 的(或不相連的)碼元區域之一的所接收的調製碼元的每個數據比特與調製 碼元的數據比特中表示其重複的重複的數據比特相關聯，其中該重複的數據 比特已經選擇了 16-QAM星座的不相連的(或相連的)碼元區域之一。此外， 該裝置還可以包括重構部件，用於基於各個數據比特的度量和重複的數據比特的度量，將已經選擇了 16-QAM星座的相連的碼元區域(或不相連的碼 元區域)之一的每個數據比特與其相關聯的重複的數據比特進行組合，以重 構數據比特流。
在本發明的另一實施例中，該重構部件被適配以基於各個數據比特的度 量和重複的數據比特的度量，為已經選擇了相連的(或不相連的)碼元區域 之一的每個數據比特形成組合的度量，並且該接收裝置還包括解碼器，用於 使用該組合的度量對數據比特流的組合的數據比特進行解碼，以重構數據比 特流。
本發明的另一實施例涉及存儲指令的計算機可讀介質，當由發送裝置的 處理器執行該指令時，使得該發送裝置使用具有16個調製碼元的16-QAM星 座經由通信系統的無線電信道發送萄:據比特流，該16個調製碼元可以以復坐 標平面中的四行和四列來表示，該16-QAM星座的每個調製碼元可由四個數 據比特的組合來表示，16-QAM星座遵守如上文中的a)、 b)、 c)和d)中概 述的映射規則。
計算機可讀介質還存儲指令，當發送裝置的處理器執行該指令時導致通 過以下步驟發送數據比特流通過重複從而形成重複的數據比特流來擴展數 據比特流的數據比特的數量，對於數據比特流的每個數據比特，該重複的數 據比特流包括與數據比特流的各個數據比特相關聯的重複的數據比特；交織 數據比特流或重複的數據比特流的至少一個；由數據比特流和重複的教:據比 特流形成數據字的序列；以及將每個數據字映射到16-QAM星座的調製碼元。 每個數據字具有四個比特，各個數據字的兩個比特由數據比特流的數據比特 形成，並且各個數據字的兩個比特由重複的數據比特流的數據比特形成。此 外，數據比特流的數據比特選擇相連的碼元區域，而其相關聯的重複的數據 比特流的重複的數據比特選擇不相連的碼元區域，反之亦然。還可通過將碼 元調製到載波頻率並且發送經過調製的碼元，使得該發送裝置發送數據比特
、、六
此外，在本發明的另一實施例中，計算機可讀介質還存儲指令，當發送 裝置的處理器執行該指令時，使得發送裝置執行根據本發明的上述各種實施 例以及它們的變形之 一 的發送數據比特流的方法的步驟。
本發明的另 一 實施例提供存儲指令的計算機可讀介質，當接收裝置的處 理器執行該指令時，使得接收裝置經由通信系統的無線電信道接收數據比特流。已經由發射機使用具有16個調製碼元的16-QAM星座對數據比特流進行 調製，該16個調製碼元可以以復坐標平面中的四4亍和四列來表示，可由四個 數據比特的組合來表示16-QAM星座的每個調製碼元。此外，16-QAM星座 遵守如上文中的a)、 b)、 c)和d)所概述的映射規則。
通過以下步驟使得接收裝置接收數據比特流接收包括數據比特流的傳 送信號；通過使用16-QAM星座檢測由四個數據比特的數據字表示的調製碼 元來解調該傳送信號，從而將所接收的調製碼元的每個數據比特與指示所接 收的調製碼元的各個比特的邏輯值的概率和/或指示所接收的調製碼元的各 個比特的邏輯值的度量相關聯；將已經選擇了 16-QAM星座的相連的(或不 相連的)碼元區域之一的所接收的調製碼元的每個數據比特與表示其在調製 碼元的數據比特內的重複的重複的數據比特相關聯。該重複的數據比特已經 選擇了 16-QAM星座的不相連的(或相連的)碼元區域之一。基於各個數據 比特的度量和重複的數據比特的度量，將已經選擇了 16-QAM星座的相連的 (或不相連的)碼元區域之一的每個數據比特與其相關聯的重複的數據比特 進行組合，以重構數據比特流。
在另一實施例中，計算機可讀介質還可存儲指令，其在將已經選了相連 的(或不相連的)碼元區域之一的每個數據比特進行組合的步驟中，使得接 收裝置的處理器基於各個數據比特的度量和重複的數據比特的度量為已經選 擇了相連的(或不相連的)碼元區域之一的每個數據比特形成組合的度量， 並且使用該組合的度量對數據比特流的組合的數據比特進行解碼，以重構數 據比特流。


下文中，參考附圖更詳細地描述本發明。圖中的相似或對應的細節標有 相同的附圖標記。
圖1和圖2示出了方形星座中的16QAM的兩個示例，
圖3示出了根據本發明的實施例的、使用重複編碼和交織從兩比特到四 比特的一般的信號空間擴展的示例，
圖4示出了 TCM的現有技術的編碼器/調製器的結構，
圖5示出了現有技術的CSED系統的發射機框圖，
圖6示出了根據本發明的實施例的、使用字交織器的示例性的發射機框圖，
圖7示出了才艮據本發明的實施例的、使用部分獨立的比特交織的示例性 的發射機框圖，
圖8示出了根據本發明的實施例的、從具有偶數和奇數漢明權重的數據
字到16QAM星座的星座點的示例性的映射，
圖9和圖IO示出了根據本發明的不同的實施例的、從數據字到16QAM 星座的調製碼元的兩個示例性的映射(AICO映射)，
圖11到圖14示出了根據本發明的實施例的、分別通過數據字的第一、 第二、第三和第四比特使用AICO映射的16 QAM星座的碼元區域的示例性 的選擇，
圖15到圖18示出了通過數據字的第一、第二、第三和第四比特使用Gray 映射的16 QAM星座的碼元區域的示例性的選擇，
圖19示出了在AWGN信道中傳統的QPSK映射、Gray 16 QAM映射、 以及才艮據本發明的實施例的AICO 16 QAM映射的比特誤差性能的仿真結果，
圖20示出了在瑞利衰落信道中傳統的QPSK映射、Gray 16 QAM映射、 以及4艮據本發明的實施例的AICO 16 QAM映射的比特誤差性能的仿真結果，
圖21示出了從在圖20所示的瑞利衰落信道中Gray 16 QAM映射和根據 本發明的實施例的AICO 16 QAM映射的比特誤差性能的仿真結果截取的一 部分，
圖22示出了根據本發明的實施例的示例性發射機和接收機框圖，以及 圖23示出了根據本發明的實施例的示例性解調和數據流重構過程。
具體實施例方式
下面的段落將描述本發明的各種實施例。僅為示例性的目的，對於大多 數實施例，獨立於其在移動環境中的實現而概述。然而，應注意本發明特別 適用於無線或行動網路，諸如UTMS通信系統、WLAN等，其中行動裝置具 有有限的電池電力和處理資源。
而且，在上面背景技術部分中給出的詳細闡述僅僅意圖更好地理解在下 面描述的示例實施例，而不應該被理解為將本發明限制到所描述的移動通信 網絡中的處理和功能的特定實現。
本發明的一個主要方面是採用特別選擇的16-QAM映射結構結合簡單的字重複(信號空間擴展)以及交織。該信號空間擴展和交織以及從要發送的 數據到調製碼元的特別適配的映射的結合在整個發射機和接收機鏈的簡單程 度方面具有有益的效果，並且與現有技術系統相比可以顯著提高發送性能。本發明提出了與採用具有信號集合擴展和/或TCM的Gray映射的現有技 術解決方案相比具有提高的性能的、允許將信號空間擴展用於16-QAM映射 的策略。為了對於接收機和發射機實施筒單的編碼和解碼方案，將重複編碼 用於信號空間擴展，而不是TCM中使用的更精細的、但是也更複雜的編碼和 解碼方案。研究和仿真顯示對於這樣的簡單的系統給出最佳性能的映射需 要使用非標準的非Gray映射方案。在進一步詳細描述本發明的不同方面之前，下面提供根據本發明的一個 實施例的編碼和解碼方案的筒短概述。圖22示出根據本發明的一個實施例的發送裝置2201和接收裝置2210。 在發送裝置2201中，從較高層提供輸入數據流。該輸入數據流可以例如是來 自正在進行的語音通信或任何類型的數據通信的語音。可選擇地，可以在採 用前向糾錯的編碼器2202中對輸入數據流進行編碼。例如，編碼器2202可 以是巻積編碼器、turbo編碼器、或分塊編碼器。接著，將輸入數據流輸入到 重複編碼器2203,其重複輸入數據流的比特並輸出該輸入數據流和包括數據 比特流的數據比特的複本的第二數據流。將兩個數據比特流，即輸入數據比特流和重複的數據比特流進一步提供 給交織器2204，其交織兩個數據比特流兩者或其中之一。交織器B(H將兩 個數據比特流輸出到16-QAM映射部件2205,其中將兩個數據比特流的數據 比特以四比特為單位(四元(quadruple))映射到l6個調製碼元之一。接下 來，將進一步更詳細地描述從輸入數據比特流和重複的數據比特流到調製碼 元的映射。在已經被映射到調製碼元之後，數據在調製器2206中被調製到一個載波 頻率(或在考慮OFDM類型的通信系統時的多個載波頻率)，並經由一個無 線電信道(或若千無線電信道)通過發射機2207發送。在更詳細地描述接收裝置2210的接收機側結構之前，下面將提供發送裝 置2201的操作和結構的細節。本發明的一方面是16-QAM星座的映射規則的定義。為了更好地理解對 於新的映射的屬性的進一步的詳細描述，提供下文中經常使用的若干術語的定義由二進位元素0和1 (替換表示為-1和1 )組成的碼元的漢明權重是由二進位元素組成的字內的非零(即l)元素的數目。因此，對於映射到16-QAM碼元的任何4-比特字而言,漢明權重可以為整數值0 (即，對於字 "0000")、整數值1 (即對於字"0010")、整數值2(即，對於字"1010")、整數 值3 (即對於字"1110")、或整數值4(即，對於字"llll")。偶數漢明權重值 也被表示為"偶數漢明奇偶校驗(parity)，，，奇數漢明權重值被表示為"奇數漢 明奇偶校驗"。圖8示出了根據本發明的一個實施例的、偶數和奇數漢明權重字到星座 碼元的映射。在圖8所示的星座中，結合重複編碼和交織使用的特殊的 16-QAM映射應至少滿足以下屬性a，，)具有第一漢明權重奇偶校驗的所有字被明確地映射到圖8中的虛線 的或白色的調製碼元。b，，)具有第二漢明權重奇偶校驗的所有字被明確地映射到圖8中的虛線 的或白色的調製碼元。c，，)上面兩個屬性是互補的，即，如果偶數漢明權重字被映射到虛線的 調製碼元，則奇數漢明權重字被映射到白色的調製碼元。d")第一星座碼元旋轉180度將產生第二星座碼元，其傳送作為由第一 星座碼元傳遞的第一個字的二進位補碼的第二個字。如在圖8中可看到的，16-QAM星座中的每個虛線的碼元具有兩個或四 個最接近的相鄰碼元，而每個白色的碼元具有三個最接近的相鄰碼元。因此， 上面的前兩個屬性可重新M^範如下a，，，)具有第一漢明權重奇偶校驗的所有字被明確地映射到具有兩個最接 近的相鄰碼元或者具有四個最接近的相鄰碼元的調製碼元。b，，，)具有第二漢明權重奇偶校驗的所有字被明確地映射到具有三個最接 近的相鄰碼元的調製碼元。這些屬性的值得注意的結果在於在一些情況下會違反最接近的相鄰碼元 的Gray原則。因此這被稱為非Gray映射。最後一個屬性意味著相對的 (antipodal)星座碼元攜帶二進位倒轉(binary inverted)的字。因此，該映 射^皮稱為相對倒轉的星座映射(Antipodal Inverted Constellation Mapping )或 者AICO映射。非Gray特性的結果是特定比特選擇的碼元區域的不同。圖11到圖14示出了根據本發明的實施例的、各個比特與它們基於其邏輯值選擇的碼元區域的示例性對應關係。圖11到圖14由此顯現如何將被映 射到相應的調製比特的數據比特的四元數據比特中的各個比特基於其邏輯值 選擇不同的碼元區域之一 。在圖11到圖14中，S/表示碼元區域，其中j是表示要被映射的四元數據比特的數據比特編號1、 2、 3或4的上標，i表示邏輯比特值b或其逆 (inverse)b，本領域技術人員將懂得在該通用表示中，實際邏輯比特值(O或1， 或者替換地-1和1 )或字內的比特位置是無關的。在圖11中，示出了四元比特中的第一數據比特到兩個垂直相連 (contiguous)的碼元區域S 和S 之一的示例對應。基於數據比特的邏輯值b 或L選4奪兩個碼元區域之一。應當注意，對於兩個比特的每一個存在兩個相 連碼元區域S 和S 。相應地，圖12圖示了四元比特中的第二數據比特是如 何被映射到兩個水平相連碼元區域S 和Sj之一的。因此，四元比特(數據 字)中的兩比特選擇複平面中的16-QAM星座表示中的相連碼元區域。此外， 圖13示出四元比特中的第三數據比特對兩個垂直不相連(non-contiguous)的碼 元區域S 和S 之一的示例選擇，圖14示出四元比特中的第四個數據比特 對兩個水平不相連碼元區域Sj和S/之一的示例選擇。應當注意，在圖11到圖14中，不要求選擇圖11中的兩個相連碼元區域 S 和S^之一的"第一數據比特"等效於數據字的最高有效比特。同樣，"第二、 第三和第四數據比特，，並非必須分別對應於數據字的第二、第三或第四比特。 類似地，圖11到圖14中的碼元區域的示例選擇也不應該被解釋為局限於數 據字的兩個最高有效比特選擇圖11和圖12中所圖示的相連碼元區域中的各 自的一個，而數據字的兩個最低有效比特選擇圖13和圖14中示出的兩個不 相連碼元區域中的相應的 一個碼元區域，儘管這種實現是確定可能的。為了理解所提出的新的映射方案相對於傳統的Gray映射方案的區另'h在 圖15到圖18中給出了 Gray方法的等效的對應碼元區域。從圖15到圖18中 可以認識到對於參:據字的四比特中的兩比特而言，在Gray映射和AICO映 射之間在碼元區域方面沒有區別。然而，對於剩餘的兩比特而言，碼元區域 是不同的。取決於邏輯比特值，在Gray映射中，使用來自相連區域的調製碼 元或來自不相連區域的調製碼元；而在AICO映射中，總是使用來自兩個不 相連區域的調製碼元。如可從圖11到圖14中看到的，當考慮調製碼元的垂直分離時，將調製碼元排列成四列，每列四個調製碼元，而當考慮調製碼元的水平分離時，將 調製碼元排列成四行，每行四個調製碼元。基於在圖11到圖14中示出的16-QAM星座的該示例說明，在上面的a，，)到d")中概述的映射可替換地規範 如下a) 表示調製碼元的四個數據比特中的第 一數據比特基於其邏輯值選擇 16-QAM星座的兩個相連碼元區域之一，這兩個相連碼元區域中的每一個由 4皮此相鄰的兩行形成；b) 表示各個調製碼元的四個數據比特中的第二數據比特基於其邏輯值選 擇16-QAM星座的兩個相連碼元區域之一，這兩個相連碼元區域中的每一個 由彼此相鄰的兩列形成；c) 表示各個調製碼元的四個數據比特中的第三數據比特基於其邏輯值選 擇16-QAM星座的兩個不相連碼元區域之一，這兩個不相連碼元區域中的每 一個由彼此不相鄰的兩行形成；d) 表示各個調製碼元的四個數據比特中的第四個數據比特基於其邏輯值 選擇16-QAM星座的兩個不相連碼元區域之一，這兩個不相連碼元區域中的 每一個由彼此不相鄰的兩列形成。接著，更詳細地討論本發明的另一方面。圖3示出了根據本發明的一個 實施例的發送裝置內的信號空間擴展方案的非常概括的結構。此示例性的信 號空間擴展方案關於組成塊的特定操作留出了的很大的自由度。在第一塊中，假定信號源3001 (例如，使用前向糾錯的編碼器或提供要 發送的數據比特流的較高層的實例)於瞬時時刻k提供兩個比特ak和bk。為 求簡便，將這些比特概括為符號s(k)。後面的重複編碼器3002為一個輸入字 s(k)生成兩個輸出字s,(k)和s2(k),使得s(k)=Sl(k)=s2(k)。在交織器3003中， 通常將序列(ak, ak，bk,bk)明確地交織為新的序列(a化ak,2, bk>3， bk，4 )。本領 域技術人員將認識到這裡，比特的順序是沒有相關性的，這是因為關於比 特到碼元的映射，這些比特的解釋也取決於映射單元。接著，將這樣的四元 比特中的每一個映射到一個16-QAM碼元(塊3004),調製到載波頻率(塊 3005 )並且發送(塊3006 )。下面是根據本發明的示例實施例、關於圖3中示出的這兩個功能塊3002、 3003的操作的一些要求 比特及其重複的版本可以(但最好不要)映射到同一碼元(即，在若千碼元的翁:據塊內，應存在將那些比特映射到不同碼元的至少一個實例)， 映射比特及其重複的版本，使得其中一個選擇兩個相連的碼元區域之 一，而另一個選4奪兩個不相連的碼元區域之一，*字到調製碼元的映射使用AICO映射方案，如上文所概括的。本發明的另一實施例提供另一發送裝置的結構，其為圖3所示的方案的 特殊情況，並且如上文所討論。根據本發明的此實施例，另外將比特及其重 復的版本映射到同一維度(dimension),即覆信號的I或Q分量。這可以通 過如圖6和圖7所示的示例性發送裝置結構來獲得。更具體地，圖6示出了發送裝置結構，其中根據例如在圖9或圖10中提 供的16-QAM星座來執行碼元映射6004。圖9和圖10分別示出了根據本發 明的實施例的AICO映射方案的不同示例。在第一邏輯塊中，信號源3001於瞬時時刻k提供兩個比特ak和bk。為 求筒便，將這些比特概括為符號s(k)。後面的重複編碼器3002為一個輸入字 S(k)生成兩個輸出字(或比特組)Si(k)和S2(k),使得s(k)=Sl(k)=s2(k)。隨後在 交織塊6003中對第二重複的版本S2(k)進行交織。應注意根據此示例實施例， 在比特組級別執行交織，即，交織器6003明確地使序列S2(k)改變順序，成為 新的序列S2(k",和/或使序列S2(k)、 s2(k+l)、 s2(k+2)、…的數據塊改變順序， 成為新的序列s2(k*)、 s2(k*+l)、 s2(k*+2)、…的數據塊。接著將比特ak和a^ 映射到實部維度，而將(數據塊中的一序列或若干序列)的比特bk和tv映射 到虛部維度。應注意(在示例2中)可任意選擇數據比特組的大小。I分量的兩個比特也可^皮表示為i,和i2，同樣地，Q分量可^皮表示為q！ 和q2。以此表示方法，可將ak和ap分別映射到i!和i2,而將bk和l^分別映 射到化和q2。因此，圖9和圖10中的映射示出了比特順序的表示(ii、 i2、 qi、 q2)。在圖6所示的發送裝置結構中，對與其各個"原始"數據比特ak相關聯 的重複的數據比特a^進行交織。可替換地，可對"原始"數據比特ak或對 "原始，，數據比特ak及重複的數據比特a^兩者 進行交織。圖7示出了根據本發明的另一實施例的示例性發送裝置結構，其中交織 是"基於比特的"。通常，使用與圖6相同的表示方法。然而，現在以碼元方 式執行交織，即，對整個碼元進行交織，而並非碼元內的比特。書面上也將 此稱為"碼元間(Inter-Symbol)交織"。此外，將比特ak和ak*映射到實部維度，將比特bk和b^映射到虛部維度，例如在再次假定比特順序為(h、 i2、 q,、 q2)的圖9和圖10中所示的。通過利用圖6和圖7所示的所提出的發送裝置結構獲得的改進已通過數 值蒙特卡洛仿真進行了驗證。圖19給出了對於AWGN信道的情況的結果， 圖20和圖21給出了對於一條路徑不相關瑞利衰落信道的情況的結果。特別地，從圖19可以看到所提出的發送裝置結構在整個仿真的Es/No 範圍上相對於Gray映射方法可獲得提高的性能。對於較低的Es/No，根據上 文中不同的實施例的發送裝置結構可獲得與不具有重複和擴展的QPSK系統 相同的性能，甚至對於中等大小的Es/No，所提出的方案的損失也很小。然而在圖20、特別是在圖21中，可以看到與使用具有信號空間擴展 方法的Gray映射方案的發送裝置和採用不具有信號空間擴展的QPSK方案的 發送裝置相比，所提出的結構都在比特誤差率方面具有更好的性能。應該看到對於根據上文中的各種實施例的發送裝置的操作，可任意選 擇所使用的交織方案，只要保證輸入數據流的數據比特選擇相連的碼元區域 (參見圖11和圖12),而由重複編碼器生成的、形成重複的數據比特流的重 復的數據比特選擇不相連的碼元區域(參見圖13和圖14)。可替換地，可任意選擇所使用的交織方案，只要保證輸入數據流的數據 比特選擇不相連的碼元區域(參見圖13和圖14)，而由重複編碼器生成的、 形成重複的數據比特流的重複的數據比特選擇相連的碼元區域(參見圖11和 圖12)。在本發明的另一替換實施例中，可任意選擇交織，只要保證輸入數 據流的數據比特及其各個重複的數據比特選擇一個相連的碼元區域以及一個 不相連的碼元區域。通常，應注意僅接收裝置識別屬於在一起的數據比特對是相關的。調 制碼元的比特是否與如由發送裝置所提供的正確的數據比特流相關聯不具有 特定的相關性，只要可以保證在接收裝置處數據比特及其重複可以彼此相關 聯。現在回到圖22，現在將進一步詳細描述接收裝置結構。根據本發明的一 個實施例，接收裝置2210的接收機2211接收由發送裝置2201發送的信號。 將所接收的信號輸出到解調器2212，其檢測信號中的各個調製碼元。換言之， 解調器使固定持續期間的信號部分與根據由發送裝置2201所使用的16-QAM 星座的四元比特相關聯。明顯地，接收裝置2210需要被告知或知道由發送裝置所使用的碼元映射，以便能夠將調製比特的映射反轉(reverse)為數據字 (四元比淨寺)解碼器2212也使數據字的每個比特與允許重構所接收的數據字的各個 數據比特的邏輯值的度量相關聯。數據字中的每個數據比特的該度量的內容 取決於所使用的解碼策略，其將在下面詳細描述。解調器還可以得知或可被 告知在發送裝置2201處由交織器2204所使用的交織方案(例如，通過預定 義交織方式或通過控制信號的方式)。基於在發送裝置2201處使用的交織方 案的了解，解調器2212還可使對應於發送側的輸入數據流的數據比特的各個 比特與其在發送側重複的數據比特流的各自的重複的版本(即，重複的數據 比特)相關聯。將數據字、其中各個數據比特的度量、以及有關相關聯的數 據比特對的信息提供給數據比特流重構部件2213,該部件基於所述度量組合 數據比特對，以反轉通過重複編碼器2203的信號空間擴展。如果已經在發送側對輸入悽t據比特流進行了編碼，則接收裝置2210還包 括解碼器2214，以對由數據比特流重構部件2213 44供的數據流進行解碼。應注意接收裝置2210的各個組件的結構將取決於在各個接收裝置2210 處採用的解調/解碼方案。對於正確重構由發送裝置發送的原始的輸入數據比 特流重要的是接收裝置2210能夠提供調製碼元到數據字的反向映射，以使 每個數據比特或每個數據字與度量相關聯並檢測數據比特對，每個所述數據 比特對由在數據字內的輸入數據流的數據比特及其在重複的數據比特流中的 重複的版本形成。因此，取代解調器2212，數據比特重構部件2213可提供 對應於發送側的輸入數據流的數據比特的各個比特與其在發送側的重複的數 據比特流的各個重複的版本(即，重複的數據比特)之間的上述關聯。可替 換地，取代解調器2212，可在解調器和數據比特重構部件之間為接收裝置 2210提供去交織器，其將數據字分隔為數據比特流和重複的數據比特流，並 確定關於兩個凝:據比特流中屬於 一起的數據比特對的信息。上文還提及取決於接收器機策略，與數據字中的各比特相關聯的度量 可能具有不同的度量內容。例如，如果使用軟值(soft-values)執行解碼，則 度量可以指示一個或多個概率值，所述概率值指示單獨的數據比特是具有邏 輯值-l還是l的概率。為此目的，該度量可以是例如對數似然率(LLR),其 如下定義其中p(X,l)是比特Xi等於邏輯值1的概率，而戶(《=0)是比特&等於邏輯值-1的概率。因此，LLR的符號直接指示比特Xi的邏輯值，LLR的絕對值 指示判斷的確定性。當在接收裝置處利用LLR運行時，可從數據比特對(數 據比特及其重複)重構該重構的數據比特，例如通過僅僅添加數據比特對的 數據比特的LLR，並且所重構的數據比特的邏輯值可以基於LLR的和的符號 來確定。圖23例示了從由為碼元(Ij， Qi)所測量的其同相和正交分量I,和Q,表示 的所接收的信號的數據比特流r,、 r2、 r3、 r4、...的重構。使用16-QAM星座 將每個碼元(I;, Q,)映射到指示每個碼元(Ii, Qi)的對應的四元比特的四元 比特x入x 、 x3j、 x 。基於碼元分量(Ii,Qi)的實際值和在16-QAM星座中 到調製碼元的作為結果的(歐幾裡德)距離，可將比特x 、 x2j、 x3j、 x 中的 每一個與LLR (LLR(x,)、 LLR(x力、LLR(x3i)、 LLR(x4j))相關聯，該LLR指示各個比特等於邏輯值-1或1的確定性。接著，由連續的四元比特X！1、 X2i、 X3、 X4i形成的比特流可被去交織為數據比特流和重複的數據比特流，並且檢 測在所述流中屬於在一起的數據比特，即原始數據比特及其關聯的重複。接 著，可通過組合相關聯的數據比特(比特對)的LLR來建立重構的數據比特流r" r2、 r3、 r4。當在接收裝置2210處利用硬判定工作時，度量可以直接指示相應數據比 特的邏輯值。而且，在該情況下，用於重構(所發送的)數據比特流的悽丈據 比特對的組合可以簡單地將該比特對的數據比特的度量相加。使用軟判定的 組合也是可能的，即，在對該數據比特對的數據比特的邏輯值求和之前，可 以使用指示檢測各個邏輯值的確定性的概率值來加權。在上述本發明的實施例中，已將發送裝置結構限制為非常簡單的重複編 碼方案，如涉及基本FEC (前向糾錯)部分。然而，對於本領域技術人員應 該顯而易見的是，可以額外採用其它的編碼方案，例如巻積碼、turbo碼、塊 碼。這樣的編碼器可以例如在發射機側的重複編碼之前以串聯方式連接，對 應的解碼器可在接收裝置側的數據比特重構部件或重複碼的解碼器之後連 接。因此，不應將上述實施例理解為將本發明的適用性限制為如上所述的非 常精細的FEC編碼方案。可選擇地，例如參照圖6或圖7，可將每個比特及其交織的版本在重複 後分別地邏輯倒轉、或者通過在其重複之前倒轉(invert)比特而隱含地邏輯 倒轉。另外，可將整個信號s"k)或S2(k)邏輯倒轉。因此，需要將在發送裝置 結構的邏輯塊中的任何倒轉在適配的接收裝置結構中的對應的邏輯塊中進行 反轉。對於本領域技術人員應該顯而易見的是涉及實部和虛部維度的上面的 描述^又對於如圖1的示例中的16-QAM的情況有意義。在如圖2所示的 16-QAM星座的旋轉後的版本中，這些正交維度需要被同樣地旋轉。 應注意與圖4所示的TCM系統相比本發明的概念的以下區別 TCM使用巻積(即，非平凡(non-trivial))編碼器對原始m比特的部 分進行編碼；本發明僅僅重複原始m比特中的每一個，即，允許需要 較少的計算複雜程度的、編碼器的較簡單的實現， 將巻積編碼器的編碼率限制為」L 。可將本發明的實施例中所使用的 重複編碼器視為等價於關於原始輸入數據流的1/2率編碼，或者可被解 集合劃分方法將產生不滿足上述的屬性a)、 b)、 c)和d)的16-QAM映射，此外，本發明與傳統的信道碼元擴展分集(CSED)的不同在於例如其集 合劃分方案。由傳統現有技術系統(例如參見圖5)使用的集合劃分方法指 對於最接近的相鄰碼元符合Gray原理("Gray映射")的調製方案。如例如 可在圖9和圖IO中看到的，根據本發明的集合劃分方法使用另一映射概念。才艮據主要目的，目前為止所描述的本發明及本發明的實施例可被用於任 何類型的通信系統。應注意具體地，移動實體的特徵對於可被實現的技術 的複雜程度施以限制。在將本發明的原理施加到移動通信系統時，除了與 QPSK調製信號相比改進了調製的比特誤差率和編碼方案，還可以實施具有 較低複雜度的編碼器和解碼器。本發明的另 一 實施例涉及使用硬體和軟體來實現上面描述的各實施例。 認識到可以使用例如通用處理器、數位訊號處理器(DSP)、專用集成電路 (ASIC)、現場可編程門陣列(FPGA)或其他可編程邏輯器件等的計算器件些器件的組合來執行或實現本發明的各實施例。此外，還可以利用由處理器執行的軟體模塊或直接以硬體來實現本發明 的各實施例。軟體模塊和硬體實現的組合也是可能的。軟體模塊可以存儲在任何類型的計算機可讀存儲介質上，例如RAM、 EPROM、 EEPROM、快閃記憶體、 寄存器、硬碟、CD-ROM、 DVD等。
權利要求
1.一種使用16-QAM星座在通信系統中發送數據比特流的方法，該16-QAM星座具有可以以復坐標平面中的四行和四列來表示的16個調製碼元，該16-QAM星座的每個調製碼元可由四個數據比特的組合來表示，該16-QAM星座遵守以下的映射規則表示調製碼元的四個數據比特中的第一數據比特基於其邏輯值選擇16-QAM星座的兩個相連碼元區域中的一個，這兩個相連碼元區域中的每一個由彼此相鄰的兩行形成，表示各個調製碼元的四個數據比特中的第二數據比特基於其邏輯值選擇16-QAM星座的兩個相連碼元區域中的一個，這兩個相連碼元區域中的每一個由彼此相鄰的兩列形成，表示各個調製碼元的四個數據比特中的第三數據比特基於其邏輯值選擇16-QAM星座的兩個不相連碼元區域中的一個，這兩個不相連碼元區域中的每一個由彼此不相鄰的兩行形成，表示相應調製碼元的四個數據比特中的第四數據比特基於其邏輯值選擇16-QAM星座的兩個不相連碼元區域中的一個，這兩個不相連碼元區域中的每一個由彼此不相鄰的兩列形成，該方法包括以下步驟通過重複數據比特流的數據比特從而形成重複的數據比特流來擴展數據比特流的數據比特的數量，對於數據比特流的每個數據比特，所述重複的數據比特流包括與數據比特流的各個數據比特相關聯的重複的數據比特，交織數據比特流或重複的數據比特流的至少一個，從數據比特流和重複的數據比特流形成數據字的序列，以及將每個數據字映射到16-QAM星座的調製碼元，其中每個數據字具有四個比特，各個數據字的兩個比特由數據比特流的數據比特形成，並且各個數據字的兩個比特由重複的數據比特流的數據比特形成，以及其中數據比特流的數據比特選擇相連的碼元區域，而其相關聯的、重複的數據比特流的重複的數據比特選擇不相連的碼元區域，反之亦然，將調製碼元調製到載波頻率，以及發送經過調製的碼元。
2. 根據權利要求1所述的方法，其中數據字內來自數據比特流的兩個數 據比特形成各個數據字的最高有效位，各個數據字內來自重複的數據比特流 的兩個數據比特形成各個數據字的最低有效位，反之亦然。
3. 根據權利要求1或2中的一項所述的方法，其中數據字的最高有效位 分別選擇相連的碼元區域之一 ，數據字的最低有效位分別選擇不相連的碼元 區域之一，反之亦然。
4. 根據權利要求1或2所述的方法，其中來自數據比特流的兩個比特中的每一個選擇不相連的碼元區域之一，並且其中來自重複的數據比特流的兩 個比特中的每一個選擇相連的碼元區域之一 。
5. 根據權利要求1到4中的一項所述的方法，還包括將數據比特流分段 為數據比特組的序列的步驟，其中擴展數據比特流的數據比特的數量的步驟通過重複每個數據比特組 來擴展數據比特的數量，其中重複的數據流是重複的數據比特組的序列，並且 其中在數據比特組的級別上對每個數據比特組執行交織。
6. 根據權利要求5所述的方法，其中數據比特組中的相應的一個和重複 的數據比特組中相應的一個分別由數據比特流中的兩個數據比特和重複的數 據比特流中的兩個數據比特組成。
7. 根據權利要求5或6所述的方法，還包括以下步驟在形成數據字的 序列之前，改變數據比特組或重複的數據比特組中的至少一個的數據比特的 順序。
8. 根據權利要求1到7中的一項所述的方法，其中將數據比特流的數據 比特以及其在重複的數據比特流中的重複的版本映射到同一調製碼元上。
9. 根據權利要求1到8中的一項所述的方法，其中將數據比特流的數據 比特及其在重複的lt據比特流中的重複的數據比特映射到不同的調製碼元。
10. 根據權利要求1到9中的一項所述的方法，其中複平面包括四個象 限，並且其中16-QAM調製星座所遵守的映射規則滿足以下標準一個象限內的、彼此之間具有最小平方歐幾裡德距離的調製碼元之間的 漢明距離為1，相鄰象限的、彼此之間具有最小平方歐幾裡德距離的調製碼元之間的漢明3巨離為2，以及其中，關於所述復坐標平面的原點彼此相對的調製碼元具有漢明距離4。
11. 如權利要求IO所述的方法，其中， 一個象限內的、在該象限內彼此 之間具有大於最小平方歐幾裡德距離或者等於最小平方歐幾裡德距離的兩倍
12. 如權利要求10或11所述的方法，其中，位於相鄰象限內且彼此之 間具有大於最小平方歐幾裡德距離或者等於最小平方歐幾裡德距離的兩倍的平方根的平方歐幾裡德距離的調製碼元之間的漢明距離為3 。
13. 根據權利要求1到12中的一項所述的方法，還包括在擴展比特的數 量前使用前向糾錯編碼器對數據比特流進行編碼的步驟。
14. 一種用於在通信系統中接收數據比特流的方法，已經使用具有16個 調製碼元的16-QAM星座由發射機對該數據比特流進行調製，該16個調製碼 元可以以復坐標平面中的四行和四列來表示，該16-QAM星座的每個調製碼 元可以由四個數據比特的組合來表示，並且16-QAM星座遵守以下的映射規 則表示調製碼元的四個數據比特中的第 一數據比特基於其邏輯值選擇 16-QAM星座的兩個相連碼元區域中的一個，所述相連碼元區域中的每一個 由4皮此相鄰的兩4亍形成，表示各個調製碼元的四個數據比特中的第二數據比特基於其邏輯值 選擇16-QAM星座的兩個相連碼元區域中的一個，這兩個相連碼元區域中的 每一個由;f皮此相鄰的兩列形成，表示各個調製碼元的四個數據比特中的第三數據比特基於其邏輯值 選擇16-QAM星座的兩個不相連碼元區域中的一個，這兩個不相連碼元區域 中的每一個由彼此不相鄰的兩行形成，表示各個調製碼元的四個數據比特中的第四數據比特基於其邏輯值 選擇16-QAM星座的兩個不相連碼元區域中的一個，這兩個不相連碼元區域 中的每一個由彼此不相鄰的兩列形成， 該方法表示以下步驟 接收包括數據比特流的傳送信號，通過使用16-QAM星座檢測由四個數據比特的數據字表示的調製碼元， 來解調該傳送信號，從而將所接收的調製碼元的每個數據比特與指示所接收的調製碼元的各個比特的邏輯值的概率或指示所接收的調製碼元的各個比特 的邏輯值的度量相關聯，將已經選擇了 16-QAM星座的相連的碼元區域之一或不相連的碼元區域 之一的、所接收的調製碼元的每個數據比特與調製碼元的數據比特中表示其 重複的重複的數據比特相關聯，其中該重複的數據比特已經分別選擇了 16-QAM星座的不相連的碼元區域之一或相連的碼元區域之一 ，基於各個數據比特的度量和重複的數據比特的度量，將已經選擇了 16-QAM星座的相連的碼元區域之一的每個數據比特與其相關聯的重複的數 據比特進行組合，以重構數據比特流。
15. 根據權利要求14所述的方法，其中將已經選擇了相連的碼元區域之 一的每個數據比特進行組合包括基於各個數據比特的度量和重複的數據比特的度量，為已經選擇了相連 的碼元區域之一的每個數據比特形成組合的度量，以及使用該組合的度量對數據比特流的組合的數據比特進行解碼，以重構數 據比特流。
16. —種用於使用具有16個調製碼元的16-QAM星座、經由通信系統的 無線電信道發送數據比特流的裝置，該16個調製碼元可以以復坐標平面中的 四行和四列表示，該16-QAM星座的每個調製碼元可以以四個數據比特的組 合來表示，並且該16-QAM星座遵守以下的映射規則表示調製碼元的四個數據比特中的第 一數據比特基於其邏輯值選擇 16-QAM星座的兩個相連碼元區域中的一個，這兩個相連碼元區域中的每一 個由彼此相鄰的兩行形成，表示各個調製碼元的四個數據比特中的第二數據比特基於其邏輯值 選擇16-QAM星座的兩個相連碼元區域中的 一個，這兩個相連碼元區域中的 每一個由;f皮此相鄰的兩列形成，表示各個調製碼元的四個數據比特中的第三數據比特基於其邏輯值選擇16-QAM星座的兩個不相連碼元區域中的一個，這兩個不相連碼元區域 中的每一個由彼此不相鄰的兩行形成，表示各個調製碼元的四個數據比特中的第四數據比特基於其邏輯值 選擇16-QAM星座的兩個不相連碼元區域中的一個，這兩個不相連碼元區域 中的每 一 個由彼此不相鄰的兩列形成，該發送裝置包括信號空間擴展部件，用於通過重複數據比特流的數據比特從而形成重複 的數據比特流來擴展數據比特流的數據比特的數量，對於數據比特流的每個 數據比特，該重複的數據比特流包括與數據比特流的各個數據比特相關聯的 重複的數據比特，交織器，用於交織數據比特流或重複的數據比特流中的至少一個， 處理部件，用於從數據比特流和重複的數據比特流形成數據字的序列，處理部件，用於將每個數據字映射到16-QAM星座的調製碼元，其中每個數據字具有四個比特，各個數據字的兩個比特由數據比特流的數據比特形成，並且各個數據字的兩個比特由重複的數據比特流的數據比特形成，並且其中數據比特流的數據比特選擇相連的碼元區域，並且其相關聯的、重 復的數據比特流的重複的數據比特選擇不相連的碼元區域，反之亦然， 調製器，用於將調製碼元調製到載波頻率以及 發射機，用於發送經過調製的碼元。
17. 根據權利要求16所述的發送裝置，還包括被適配為執行根據權利要 求2到13中的一項的方法的步驟的部件。
18. —種用於經由通信系統的無線電信道接收數據比特流的裝置，已經 使用具有16個調製碼元的16-QAM星座由發射機裝置對該數據比特流進行了 調製，該16個調製碼元可以以復坐標平面中的四行和四列來表示，該16-QAM座遵守以下的映射規則表示調製碼元的四個數據比特中的第 一數據比特基於其邏輯值選擇 16-QAM星座的兩個相連碼元區域中的一個，所述相連碼元區域中的每一個 由彼此相鄰的兩行形成，表示各個調製碼元的四個數據比特中的第二數據比特基於其邏輯值 選擇16-QAM星座的兩個相連碼元區域中的一個，這兩個相連碼元區域中的 每一個由^f皮此相鄰的兩列形成，表示各個調製碼元的四個數據比特中的第三數據比特基於其邏輯值 選擇16-QAM星座的兩個不相連碼元區域中的一個，這兩個不相連碼元區域 中的每一個由彼此不相鄰的兩行形成，表示各個調製碼元的四個數據比特中的第四數據比特基於其邏輯值選擇16-QAM星座的兩個不相連碼元區域中的一個，這兩個不相連碼元區域 中的每一個由彼此不相鄰的兩列形成， 該接收裝置包括接收機，用於接收包括數據比特流的傳送信號，解調器，用於通過使用16-QAM星座檢測由四個數據比特的數據字表示 的調製碼元來解調該傳送信號，從而將所接收的調製碼元的每個數據比特與 指示所接收的調製碼元的各個比特的邏輯值的概率或指示所接收的調製碼元 的各個比特的邏輯值的度量相關聯，處理部件，用於將已經選擇了 16-QAM星座的相連的碼元區域之一或不 相連的碼元區域之一 的所接收的調製碼元的每個數據比特與調製碼元的數據 比特中表示其重複的重複的數據比特相關聯，其中該重複的數據比特已經分 別選擇了 16-QAM星座的不相連的碼元區域之一或相連的碼元區域之一，重構部件，用於基於各個數據比特的度量和重複的數據比特的度量，將 已經選擇了 16-QAM星座的相連的碼元區域之一的每個數據比特與其相關聯 的重複的數據比特進行組合，以重構數據比特流。
19. 根據權利要求18所述的接收裝置，其中該重構部件被適配為基於各 個數據比特的度量和重複的數據比特的度量，為已經選擇了相連的碼元區域 之一的每個數據比特形成組合的度量，並且該接收裝置還包括解碼器，用於使用該組合的度量對數據比特流的組合 的數據比特進行解碼，以重構數據比特流。
20. —種存儲指令的計算機可讀介質，當由發送裝置的處理器執行該指 令時，使得該發送裝置^f吏用具有16個調製碼元的16-QAM星座經由通信系統 的無線電信道發送^:據比特流，該16個調製碼元可以以復坐標平面中的四行 和四列來表示，該16-QAM星座的每個調製碼元可由四個數據比特的組合來 表示，該16-QAM星座遵守以下的映射規則表示調製碼元的四個數據比特中的第 一數據比特基於其邏輯值選擇 16-QAM星座的兩個相連碼元區域中的一個，這兩個相連碼元區域中的每一 個由》皮此相鄰的兩^f亍形成，表示各個調製碼元的四個數據比特中的第二數據比特基於其邏輯值 選擇16-QAM星座的兩個相連碼元區域中的一個，這兩個相連碼元區域中的每一個由彼此相鄰的兩列形成，表示各個調製碼元的四個數據比特中的第三數據比特基於其邏輯值選擇16-QAM星座的兩個不相連碼元區域中的一個，這兩個不相連碼元區域中的每一個由彼此不相鄰的兩行形成，表示各個調製碼元的四個數據比特中的第四數據比特基於其邏輯值選擇16-QAM星座的兩個不相連碼元區域中的一個，這兩個不相連碼元區域 中的每一個由彼此不相鄰的兩列形成，所述指令使得發送裝置通過以下步驟發送數據比特流通過重複數據比特流的數據比特從而形成重複的數據比特流，來擴展數 據比特流的數據比特的數量，對於數據比特流的每個數據比特，該重複的數 據比特流包括與數據比特流的各個數據比特相關聯的重複的數據比特，交織數據比特流或重複的凝:據比特流中的至少 一 個，從數據比特流和重複的數據比特流形成數據字的序列，以及將每個數據 字映射到16-QAM星座的調製碼元，其中每個數據字具有四個比特，各個數據字的兩個比特由數據比特流的 數據比特形成，並且各個數據字的兩個比特由重複的數據比特流的數據比特 形成，以及其中數據比特流的數據比特選擇相連的碼元區域，而其相關聯的、重複 的數據比特流的重複的數據比特選擇不相連的碼元區域，反之亦然， 將調製碼元調製到載波頻率，以及 發送經過調製的碼元。
21. 根據權利要求20所述的計算機可讀介質，其還存儲指令，當發送裝 置的處理器執行該指令時，使得發送裝置執行根據權利要求2到13中的任一 項的方法的步驟。
22. —種存儲指令的計算機可讀介質，當接收裝置的處理器執行該指令 時，使得接收裝置經由通信系統的無線電信道接收數據比特流，所述數據比 特流已經由發射機使用具有16個調製碼元的16-QAM星座進行調製，該16 個調製碼元可以以復坐標平面中的四行和四列來表示，可由四個數據比特的 組合來表示16-QAM星座的每個調製碼元，並且16-QAM星座遵守以下的映 射規則表示調製碼元的四個數據比特中的第 一數據比特基於其邏輯值選拷，16-QAM星座的兩個相連碼元區域中的一個，這兩個相連碼元區域中的每一 個由《皮此相鄰的兩行形成，表示各個調製碼元的四個數據比特中的第二數據比特基於其邏輯值選擇16-QAM星座的兩個相連碼元區域中的一個，這兩個相連碼元區域中的 每一 個由彼此相鄰的兩列形成，表示各個調製碼元的四個數據比特中的第三數據比特基於其邏輯值 選擇16-QAM星座的兩個不相連碼元區域中的一個，這兩個不相連碼元區域 中的每一個由彼此不相鄰的兩行形成，表示各個調製碼元的四個數據比特中的第四數據比特基於其邏輯值 選擇16-QAM星座的兩個不相連碼元區域中的一個，這兩個不相連碼元區域 中的每一個由彼此不相鄰的兩列形成，所述指令使得接收裝置通過以下步驟接收數據比特流接收包括數據比特流的傳送信號，通過使用16-QAM星座檢測由四個數據比特的數據字表示的調製碼元來 解調該傳送信號，從而將所接收的調製碼元的每個數據比特與指示所接收的 調製碼元的各個比特的邏輯值的概率或指示所接收的調製碼元的各個比特的 邏輯值的度量相關聯，將選擇16-QAM星座的相連的碼元區域之一或不相連的碼元區域之一的 已經被接收的所接收的調製碼元的每個數據比特與表示其在調製碼元的數據 比特中的重複的數據比特相關聯，其中已經被接收的該重複的數據比特分別 選擇16-QAM星座的不相連的碼元區域之一或相連的碼元區域之一，基於各個數據比特的度量和重複的數據比特的度量，將已經選擇了 16-QAM星座的相連的碼元區域之一的每個數據比特與其相關聯的重複的數 據比特進行組合，以重構數據比特流。
23.根據權利要求22所述的計算機可讀介質，進一步存儲指令，其在將 已經選了相連的碼元區域之一的每個數據比特進行組合的步驟中， -使得接收 裝置的處理器基於各個數據比特的度量和重複的數據比特的度量為已經選擇了相連的 碼元區域之一的每個數據比特形成組合的度量，並且使用該組合的度量對數據比特流的組合的數據比特進行解碼，以重構數 據比特流。
全文摘要
本發明涉及使用16-QAM星座在通信系統中發送和接收數據比特流的方法。另外，提供了執行該方法的裝置。為了提供使用信號空間擴展和與QPSK調製信號相比改進了比特誤差率的16-QAM調製和編碼方案，並且仍然提供實現具有低複雜度的編碼器和解碼器的可能性，本發明提出使用具有特別選擇的映射規則的16-QAM星座、以及對於要發送的數據流的重複編碼(信號空間擴展)和交織。
文檔編號H04L1/00GK101218773SQ200580050980
公開日2008年7月9日 申請日期2005年5月4日 優先權日2005年5月4日
發明者亞歷山大·戈利奇克·埃德勒馮埃爾布沃特, 克裡斯琴·溫格特, 吉井勇 申請人:松下電器產業株式會社