专利名称：：用于生成网格编码调制码的方法和装置的制作方法
技术领域：
：本原理一般:地涉及^码的编码和调制，更具体地涉及新的网格编码(trellis-coded)调制码以及用于生成经过编码的序列的方法和装置。
背景技术：
：网格编码调制(TCM)是用于在有限带宽的信道上进行数字传输的非常有前途的组合编码和调制的技术。网格编码调制已经被诸如例如高级电视系统委员会(ATSC)数字电视标准之类的多个国际标准所采用。网格编码调制包括这一优点超过传统的未编码的多级(multilevel)调制的显著的编码增益(gain)的潜力而不损害带宽效率。网格编码调制的构思是共同地设计编码和信号映射功能以便直接地使经过编码的信号序列之间的"自由距离，，(最小欧几里得距离)最大化。该设计准则(criteria)保证使在两个任意的被不同地编码的序列之间的错误概率最小化。然而，在经过编码的序列中存在许多比特，并且该准则没有考虑如何使两个经过编码的序列之间的错误比特的数目最小化。因此，如果考虑到错误比特的数目可以进一步改进网格编码调制码的性能。然而，没有现有的网格编码调制码设计准则考虑到错误比特的数目。
发明内容本原理针对现有技术的这些和其它的缺陷和缺点，其专注于新的网格编码调制码以及用于生成经过编码的序列的方法和装置。根据本原理的一个方面，提供了新的网格编码调制码，其满足以下准则即，使经过编码的序列之间的欧几里得距离最大化，并且对于具有相同欧几里得距离的经过编码的序列使经过编码的序列之间的错误比特的数目最小化。根据本原理的另一方面，提供了一种装置。该装置包括用于使用以下准则从经过编码的序列中生成网格编码调制码的编码器该准则考虑使经过编码的序列之间的欧几里得距离最大化，并且在经过编码的序列之间欧几里得距离是相等的值时使经过编码的序列之间的错误比特的数目最小化。根据本原理的另一方面，提供了一种方法。该方法包括使用以下准则从经过编码的序列中生成网格编码调制码该准则考虑使经过编码的序列之间的欧几里得距离最大化，并且在经过编码的序列之间欧几里得距离是相等的值时使经过编码的序列之间的错误比特的数目最小化。根据结合附图阅读的以下示范性实施例的详细描述，本原理的这些和其它方面、特性和优点将变得更显而易见。根据以下的示例图可以更好地理解本原理，其中图1是根据本原理的一个实施例的可以应用本原理的示范性网格编码调制码编码器的框图2是根据本原理的一个实施例的用于生成网格编码调制码的示范性方法的流程图3A是根据本原理的一个实施例的示范性2-状态8-移相键控网格编码调制码的格图(trellisdiagram);图3B是根据本原理的一个实施例的用于图3A的2-状态8-移相键控网格编码调制码的示范性信号集的具有8移相键控标记的多维星座(constellation);图3C是根据现有技术的示范性2-状态8-移相键控网格编码调制码的格图3D是根据现有技术的用于图3C的2-状态8-移相键控网格编码调制码的示范性信号集的具有8移相4建控标记的多维星座；图4A是根据本原理的一个实施例的示范性4-状态8-移相键控网格编码调制码的格图4B是根据本原理的一个实施例的图4A的示范性4-状态8-移相键控网格编码调制码的示范性信号集的具有8移相^:控标记的多维星座；图5是在加性高斯白噪声(AWGN)信道下，关于图3A-B所示出和描述的所提出的2-状态8-移相4定控网格编码调制码、关于图4A-B所示出和描述的所提出的4-状态8-移相键控网格编码调制码、以及传统的性能最好2态与4-状态8-移相键控网格编码调制码之间的性能比较的图6A是根据本原理的一个实施例的示范性4-状态16-正交调幅(quadratureamplitudemodulation)网格编码调制石马的格图6B是根据本原理的一个实施例的图6A的4-状态16-正交调幅网格编码调制码的示范性信号集的具有16-正交调幅标记的多维星座；图7是在加性高斯白噪声(AWGN)信道下、关于图6A-B所示出和描述的所提出的4-状态16-正交调幅网格编码调制码与传统的性能最好的4-状态16-正交调幅网格编码调制码之间的性能比较的图。具体实施例方式本原理针对用于生成网格编码调制码的方法和装置。本描述例示本原理。因此应了解本领域技术人员将能够设计出虽然未在这里明确描述或示出、但是体现本原理并且包括在本原理的精神和范围内的各种布置。这里所述的所有示例和条件语句意在教学目的，以帮助读者理解由一个或多个发明人贡献以促进本领域技术的本原理和构思，并被解释为不限制为这样具体叙述的示例和条件。此外，这里4又述本原理的原理、方面、以及实施例的所有陈述、以及本原理的具体例子意在包含本原理的结构的和功能的等价物。另外，意在这样的等价物包括当前已知的等价物以及将来发展的等价物，即，无论结构如何、执行相同功能的所开发的任何元件。因此，例如，本领域技术人员将了解这里呈现的框图代表实现本原理的示例电路的构思;現图。类似地，将了解任何流程图、流程图示、状态转换图、伪代码等等代表各种处理，所述各种处理可基本上在计算机可读介质中表现，并因此被计算机或处理器执行，无论这样的计算机或处理器是否被明确示出。附图中所示的各种元件的功能可通过使用专用硬件以及能够与适合的软件相结合而执行软件的硬件来提供。当由处理器提供时，所述功能可由单个专用处理器、单个共享处理器、或其中一些可被共享的多个独立处理器提供。此外，术语"处理器，，或"控制器"的明确使用不应被解释为排外性地只代表能够执行软件的硬件，其也可以隐含地、不受限制地包括数字信号处理器("DSP")硬件、用于存储软件的只读存储器("ROM")、随机存取存储器("RAM")、以及非易失性存储。也可以包括其它的传统的和/或定制的硬件。类似地，附图中示出的任何开关仅为概念性的。它们的功能可通过程序逻辑的操作、通过专用逻辑、通过程序控制和专用逻辑间的交互作用、或甚至手动地实现，具体技术可由实施者选择，其可从上下文中被更具体地理解。在其权利要求书中，被表示为执行特定功能的部件的任何元件意在包含执行以下功能的任何手段，所述功能包括例如，a)执行该功能的电路元件的组合或者b)任何形式的软件，因此包括与用于执行该软件的适合的电路结合以执行该功能的固件、微代码等等。由这样的权利要求书限定的本原理归于这样的事实由各种所述部件提供的功能以权利要求书要求的方式组合并集合。因此认为可提供那些功能的任何部件等价于这里所示的那些部件。说明书中对于本原理的"一实施例"或者"一个实施例"的引用意味着连同实施例描述的具体的特性、结构、特征等等被包括在本原理的至少一个实施例中。因此，在遍及说明书的各个位置中出现的"在一实施例中，，或"在一个实施例中"的短语的出现不是必须都指代同一实施例。转到图1，通过参考标号100来一般地表示根据本原理的一个实施例的可以应用本原理的示范性网格编码调制码编码器。系统100包括二进制巻积编码器110和2m+1移相键控/正交调幅(PSK/QAM)映射器(mapper)120。具有编码率等于m/m+l的二进制巻积编码器110接收用于编码的m比特信号(x7，…,Xn1)。二进制巻积编码器110对m比特信号(xr,…,x力进行编码以输出m+l比特信号(y/，…,y丄yn°}。将m+l比特信号(y二...,y丄y力输入用于映射的2m+1PSK/QAM映射器120。2m+1PSK7QAM映射器120将m+l比特信号(y二…,y丄y。映射为2m+1PSK/QAM星座中的码元(symbol)an。二进制巻积编码器110和2m+1PSK/QAM映射器120使用的准则包含使经过编码的序列之间的欧几里得距离最大化并且在相同的欧几里得距离下使经过编码的序列之间的错误比特的数目最小化，如以下在此更详细的描述的。转到图2,通过参考标号200来一般地表示根据本原理的一个实施例的用于生成网格编码调制码的示范性方法。方法200包括开始块205,其将控制传递给功能块210。功能块210接收m比特信号(x二...,x力，使用包含使欧几里得距离最大化并且对于具有相同的欧几里得距离的经过编码的序列使错误比特的数目最小化的准则，来执行关于m比特信号(x二...,x人的二进制巻积编码，输出m+l比特信号(yr,…,y,y力，并且将控制传递给功能块215。功能块215接收m+l比特信号《yr,…,yn1，ynQ}，使用以上关于功能块210指定的准则(包含使欧几里得距离最大化并且对于具有相同的欧几里得距离的经过编码的序列使错误比特的数目最小化)来关于m+l比特信号(yr，…,y丄y。执行2m+1PSK/QAM映射，输出2m+1PSK/QAM星座中的码元an,并且将控制传递给结束块299。根据本原理的各个实施例，在此描述示范性的网格编码调制码。通过例如在二进制巻积编码器110中使用的格图和在映射模块120中使用的信号集来描述这些所提出的网格编码调制码。和调制的任何系统中。与对于传统的网格编码调制码所利用的设计准则相比，对网格编码调制码使用新的不同的设计准则来设计每一个根据本原理的所提出的网格编码调大化并且使具有相同欧几里得距离的经过编码的序列之间的错误比特的数目最小化。通过使用新的准则，根据本原理设计三种新的网格编码调制码，其中每个以相同的资源和复杂度在加性高斯白噪声(AWGN)信道下性能好于传统的性能最好的网格编码调制码。仿真结果示出所提出的网格编码调制码在io-3比特错误率(BER)时达到超过传统的性能最好的TCM码0.3~0.4dB的性能增益(gain)。首先，将描述根据本原理的一个实施例的示范性2-状态8-移相键控网格编码调制码和根据本原理的一个实施例的示范性4-状态8-移相键控网格编码调制码。转到图3A,通过参考标号300来一般地表示根据本原理的一个实施例的示范性2-状态8-移相键控网格编码调制码的格图。转到图3B,通过参考标号310来一般地表示根据本原理的一个实施例的图3A的2-状态8-移相键控网格编码调制码的示范性信号集。关于图3A,如本领域的技术人员已知的，例如，短语"通过路径2将状态0转移到状态1"指以下当巻积编码器110的当前状态是0时，如果输入信号是《x/,Xn1—(0,1},则巻积编码器110的下一状态是1,并且输出信号是《y,y"y力-(o，i，OH2。图3A中的其他路径可以以同样的方式确定。然后根据图3B对信号进行映射。这里，短语"信号集2"指以下当输出信号是(yn2，y,y力-(0，l,0)-2时，则输出网格编码调制码是an=exp(-j.5丌/8)。根据图3B,我们可以计算出两个编码序列之间的平方(square)欧几里得距离。例如，对于编码序列{0，0}和{2,1}，我们可以计算出在{0}和{2}之间的平方欧几里得距离是2，而在{0}和{1}之间的平方欧几里得距离是0.586,因此编码序列之间的平方欧几里得距离是2.586。与图3A相比，转到图3C,通过参考标号350来一般地表示根据现有技术的示范性2-状态8-移相键控网格编码调制码的格图。与图3B相比，转到图3D，通过参考标号360来一般地表示根据现有技术的图3C的2-状态8-移相键控网格编码调制码的示范性的信号集。类似于图3B,关于图D,我们可以计算出在编码序列(O,0}和{2,1}之间的平方欧几里得距离是2.586。根据现有技术，这是在编码序列间最小的欧几里得距离。而且，根据现有技术，通过计算机搜索，使得在所有的这样的2-状态8-移相键控网格编码调制码中此最小欧几里得距离最大化。这是有意义的，因为在网格编码调制码中，最小欧几里得距离越大，错误事件的概率越小。这是关于图3C-D描绘的代码是传统的性能最好的网格编码调制码的原因。然而，从以上分析中我们可以看出关于图3A-B示出和描述的网格编码调制码具有与关于图3C-D示出和描述的现有技术的传统的性能最好的网格编码调制码相同的最小欧几里得距离。因此，所提出的网格编码调制码也是性能最好的代码。然而，关于图3A-B示出和描述的所提出的网格编码调制码与关于图3C-D示出和描述的现有技术的传统的性能最好的网格编码调制码相比，在相同的欧几里得距离下有利地具有较少的错误比特。这可以在表格l中看出。表格1示出了在关于图3A-B示出和描述的所提出的示范性2-状态8-移相键控网格编码调制码与关于图3C-D示出和描述的现有技术的传统的性能最好的2-状态8-移相键控网格编码调制码之间的欧几里得距离和错误比特数目的比较。为了说明的目的，我们考虑平方欧几里得距离2.586作为例子。在该例子中，我们假设被发送的代码序列是(O,0}。对于关于图3C-D示出和描述的现有技术的传统的代码，错误序列{2，1}和{6,1}对应于平方欧几里得距离2.586,错误序列{2，1}具有1个错误比特。这可以从以下看出。被发送的序列{0,0}以比特表示是{'000，，'000，}，而错误序列(2，1}以比特表示是{'010，，'001，}然而，在3个比特中只有前2个比特是信息比特。因此，为计算错误比特数目，我们仅仅需要比较前2个比特，其是{'oo，，'oo，}和{'or,'oo，}。因此，在{0,0}和错误序列{2,1}之间存在1个错误比特。类似地，错误序列{6,1}具有2个错误比特，并且从而，总共存在3个错误比特。然而，对于关于图3A-B示出和描述的所提出的代码，错误序列{2,1}和{4,1}对应于平方欧几里得距离2.586，并且错误比特总共是2个比特，其比传统的代码少1个4普误比特。类似地，我们可以得到其他欧几里得距离值下的其他错误比特数目，其在表格1中示出。从而，根据表格1，我们可以看出在相同的欧几里得距离下，除了在平方欧几里得距离是4的单个情形下之外，所提出的代码的错误比特都比传统的代码的错误比特少。因此，关于图3A-B示出和描述的所提出的代码获得了比现有技术的代码(关于3C-D示出和描述的)更好的比特错误率性能。表格l<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table><formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>与关于图3C-D示出和描述的现有技术的传统的性能最好的网格编码调制码相比较，可以观察到关于图3A-B示出和描述的所提出的网格编码调制码具有同样数目的状态、路径数目，以及星座。因此，与关于图3C-D示出和描述的现有技术的传统的性能最好的网格编码调制码相比较，关于图3A-B示出和描述的网格编码调制码具有同样的资源和复杂度，但可以达到更好的比特错误率(BER)性能。转到图4A,通过参考标号400来一般地表示根据本原理的实施例的示范性4_状态8-移相键控网格编码调制码的格图。转到图4B，通过参考标号450来一般地表示用于根据本原理的实施例的图4A的4-状态8-移相键控网格编码调制码的示范性信号集。与现有技术的传统的性能最好的网格编码调制码相比较，可以观察到关于图4A-B示出和描述的网格编码调制码具有相同的最小欧几里得距离和同样的资源和复杂度，但在相同的欧几里得距离下具有更少的错误比特。表格2示出了在关于图4A-B示出和描述的所提出的示范性4-状态8-移相键控网格编码调制码与现有技术的传统的性能最好的4-状态8-移相键控网格编码调制码之间的欧几里得距离和错误比特数目的比较。在表格2中，我们可以看出在相同的欧几里得距离下，除了在平方欧几里得距离是4的单个情形之外，所提出的代码的错误比特都比传统的代码的错误比特少。因此，关于图4A-B示出和描述的所提出的代码获得了比现有技术的代码更好的比特错误率性能。表格2平方欧几里得距离传统的性能最好的2状态8PSK-TCM代码所提出的2状态8PSK-TCM代码错误序列错误比特数目错误序列错误比特数目4{。}-{4}1W-{6}24.586{0，0，0}—{2,1,2}{0,0,0}—{2,1,6}12{0,0,0}—{2,1,2}{0,0，0}—{2,1，4}811{0,0,0}—{6,1,2}{0,0,0}—{6，1,6}{0,0，0}—{4，1，2}{0,0，0}—{4,1，4}5.172{0,0,0,0}—{2，7,7,2}{0,0，0，0}—{2,7，7，6}{0,0,0,0}—{6，7，7,2}{0，0，0，0}—{6，7，7，6}{0,0,0,0，0}—{2,1,0，1,2}{0，0,0,0,0}—{2,1，0，1,6}{0,0,0,0，0}—{6,1,0,1,2}{0，0,0,0,0}—{6，1，0，1,6}40{0，0,0,0}-{2,3,3,2}{0,0，0,0}—{2，3，3，4}{0，0,0,0}—{4,3,3,2}{0,0，0,0}—{4,3，3，4}{0,0,0,0,0}—{2,1,0,1,2}{0,0,0,0,0}—{2,1,0,1,4}{0,0,0,0,0}—{4,1,0,1,2}{0,0,0，0,0}—{4,1,0,1,4}24转到图5，通过参考标号500来一般地表示在加性高斯白噪声(AWGN)信道下关于图3A-B所示出和描述的所提出的2-状态8-移相键控网格编码调制码、关于图4A-B所示出和描述的所提出的4-状态8-移相键控网格编码调制码、以及传统的性能最好的2-状态与4-状态8-移相键控网格编码调制码之间的性能比较。性能比较500是以用分贝(dB)表示的比特错误率(BER)相对于信噪比(SNR)的图来描绘的。性能比较500证实了所提出的网格编码调制码在l(T3的BER下达到超过传统的性能-最好的网格编码调制码0.3dB0.4dB的性能增益。现在将描述#4居本原理的实施例的示范性4-状态16-正交调幅网格编码调制码和根据本原理的实施例的示范性8-状态16-正交调幅网格编码调制码。转到图6A，通过参考标号600来一般地表示根据本原理的实施例的示范性4-状态16-正交调幅网格编码调制码的格图。转到图6B,通过参考标号650来一般地表示用于根据本原理的实施例的图6A的4-状态16-正交调幅网格编码调制码的示范性信号集。与现有技术的传统的性能最好的网格编码调制码相比较，可以观察到关于图6A-B示出和描述的网格编码调制码具有相同的最小欧几里得距离和相同的资源和复杂度，但在相同的欧几里得距离下具有更少的错误比特。表格3示出了在关于图6A-B示出和描述的所提出的示范性4_状态16-正交调幅网格编码调制码与现有技术的传统的性能最好的4-状态16-正交调幅网格编码调制码之间的欧几里得距离和错误比特数目的比较。在表格3中，我们可以看出在相同的欧几里得距离下，所提出的代码的错误比特都比传统代码的错误比特少。因此，关于图6A-B示出和描述的所提出的代码获得比现有技术的代码更好的比特错误率性能。表格3<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>转到图7，通过参考标号800来一般地表示在加性高斯白噪声(AWGN)信道下关于图6A-B示出和描述的所提出的4-状态16-正交调幅网格编码调制码与传统的性能最好的4-状态16-正交调幅网格编码调制码之间的性能比较。性能比较800是以用分贝(dB)表示的比特错误率(BER)相对于信噪比(SNR)的图来描绘的。性能比较800证实了所提出的网格编码调制码在l(T3的BER下达到超过传统的性能最好的网格编码调制码0.3dB的性能增益。本原理的这些和其他的特性和优点可以由相关领域的普通技术人员基于在此的教导容易地理解。应当理解的是本原理的教导可以以各种形式的硬件、软件、固件、专用处理器、或者它们的组合来实现。最优选地，将本原理的教导实现为硬件和软件的组合。而且，该软件可以实现为在程序存储单元上确实体现的应用程序。该应用程序可以上载到，并且通过包含任何合适的架构的机器来执行。优选地，该机器在具有诸如一个或多个中央处理单元("CPU")，随机存取存储器("RAM"),以及输入/输出("I/O")接口之类的硬件的计算机平台上实现。该计算机平台还可以包括操作系统和微指令代码。在此描述的各种处理和功能可以是微指令代码的一部分，或者是应用程序的一部分，或者是它们的组合，其可以由CPU执行。连接到该计算机平台。还应理解的是，因为在附图中描绘的一些组成系统组件和方法优选地以软件实现，因此取决于本原理被编程的方式，在系统组件或者处理功能块之间的实际连接可以有所不同。给出这里的教导，相关领域的普通技术人员将能够想到本原理的这些和类似的实现方式或配置。虽然参照附图在此描述了说明性的实施例，但应当理解的是本原理不限于这些确切的实施例，并且相关领域的普通技术人员可以在其中实施各种改变和修改，而不脱离本原理的范围或精神。所有这样的改变和修改意在被包括在所附的权利要求书中所阐述的本原理的范围内。权利要求1.一种装置，包含编码器(100)，用于生成经过编码的序列，其特征在于当在经过编码的序列之间的欧几里得距离相同时，存在在经过编码的序列之间的错误比特的数目的最小值。2.如权利要求l的装置，其特征在于所述编码器包含用于编码的部件(110),其中编码率等于m/m+l，其使用使错误比特的数目最小化的准则来为m比特信号(xr,…,x力进行编码以输出m+l比特信号(yr，…，y,yn。〉；以及用于映射的部件(120),使用使错误比特的数目最小化的准则，将m+l比特信号(y二…，yn1,y^映射为2m+1PSK/QAM星座中的码元an。3.如权利要求1的装置，其特征在于网格编码调制码包括2-状态8-移相键控网格编码调制码。4.如权利要求1的装置，其特征在于网格编码调制码包括4-状态8-移相键控网格编码调制码。5.如权利要求1的装置交调幅网格编码调制码。6.如权利要求1的装置过编码的序列。7.如权利要求1的装置过编码的序列。8.如权利要求1的装置过编码的序列。9.一种方法，其特征在于生成(200)经过编码的序列，使得当在经过编码的序列之间的欧几里得距离相同时，存在在经过编码的序列之间的错误比特的数目的最小值。10.如权利要求9的方法，其特征在于所述生成步骤包含使用等于m/m+l的编码率，并且还使用使错误比特的数目最小化的准贝'J,对m比特信号(xr，…，x厶执行二进制巻积编码(210),以输出m+l比特信号(y二."y丄y。;以及,其特征在于网格编码调制码包括4-状态16-正,其特征在于所述编码器生成^4居图3的图的经，其特征在于所述编码器生成根据图4的图的经,其特征在于所述编码器生成根据图6的图的经执行211^1PSK/QAM映射(215),用于使用使错误比特的数目最小化的准则将m+l比特信号(yrT,…,y丄y。映射为2m+1PSK/QAM星座中的码元an。11.如权利要求9的方法，其特征在于网格编码调制码包括2-状态8-移相键控网格编码调制码(300、310)。12.如权利要求9的方法，其特征在于网格编码调制码包括4-状态8-移相键控网格编码调制码(400、450)。13.如权利要求9的方法，其特征在于网格编码调制码包括4-状态16-正交调幅网格编码调制码(600、650)。14.如权利要求9的方法，其特征在于所述生成步骤包含生成根据图3的图的经过编码的序列。15.如权利要求9的方法，其特征在于所述生成步骤包含生成根据图4的图的经过编码的序列。16.如权利要求9的方法，其特征在于所述生成步骤包含生成根据图6的图的经过编码的序列。全文摘要提供了用于生成网格编码调制码的方法和装置。装置包括用于使用以下准则从经过编码的序列生成网格编码调制码的编码器(100)该准则考虑使经过编码的序列之间的欧几里得距离最大化并且在经过编码的序列之间的欧几里得距离是相等的值时使经过编码的序列之间的错误比特的数目最小化。文档编号H03M13/25GK101521513SQ200910004640公开日2009年9月2日申请日期2009年3月2日优先权日2008年2月28日发明者张晓欣,赵玉萍,莉邹申请人:汤姆森特许公司