用于映射比特序列的方法和系统的制作方法
【专利摘要】一种将多个不同比特序列(u)映射至星座中的多个不同信号点(x)的方法，其中比特序列(u)的数量大于信号点(x)的数量，对于电信网络中的装置，该方法包括：-为星座中的每个信号点(x)确定待映射至每个信号点(x)的比特序列(u)的数量，比特序列(u)的数量根据星座中的离散高斯分布来分布；-在多个比特序列(u)中为星座中的每个信号点(x)选择包括所确定数量的比特序列(u)的组，使得所选的组中的最大汉明间距最小化。
【专利说明】用于映射比特序列的方法和系统
【技术领域】
[0001] 本发明大体上涉及电信网络，更具体地，涉及在这样的电信网络中使用的数字信 号的处理。
【背景技术】
[0002] 在电/[目网络中，调制（modulation)是将消息/[目号（例如数字比特流或模拟首频 /[目 号）传输至可能在通信信道上进行物理传送的另一信号内的过程。
[0003] 在电信网络中的装置可使用不同类型的调制方案来在通信信道上发送数字比特 流。一些已知的调制方案，例如8-脉冲振幅调制（8-PAM)或16-正交振幅调制（16-QAM)， 包含首先使用包括多个不同二进制序列（称为比特序列）的字母来对数字比特流编码。因 此，当比特序列以η比特编码时，字母包括总数为2 n个不同的比特序列，其可被用于对数字 比特流进行编码。编码的消息信号的每个比特序列还被映射（即关联或分配）成离散值 (称为信号点），这些离散值与嵌入在通信信道上传输的信号中的标记相对应。因此，以η 比特编码的比特序列与信号点之间映射允许通过仅发送相对应的一个标记来发送η比特 的信息。在这样的映射中，2η个不同的比特序列被映射到Μ个不同的信号点，称为Μ进制星 座。例如，在8-ΡΑΜ中，2 η个比特序列被映射到8个信号点，在16-QAM中，2η个比特序列被 映射到16个信号点。
[0004] 当比特序列的数量（2η)与信号点的数量（Μ)相等时，每个比特序列被映射一个且 仅一个信号点。在这种情况下，映射被称为均一映射（uniform mapping)。当比特序列的数 量（2n)大于信号点的数量（M)时，一个或多个比特序列被映射到一个且仅一个信号点。换 言之，包括至少一个比特序列的一组比特序列映射到一个信号点，一组中的比特序列彼此 不同且与其他组的比特序列不同。在这种情况下，映射被称为非均一映射或量化映射。这 样的量化映射允许映射比具有相同信号点的均一映射更多的不同的比特序列，从而改进调 制方案的性能并优化通信信道容量的使用。
[0005] 在2〇〇4年的文献"On the application of LDPC codes to arbitrary discrete memoryless channels (将LDPC编码应用于任意离散无记忆信道）"中，A. Bennatan and D. Burshtein使用已知调制系统中的量化映射，被称为比特交错编码调制迭代解码 (Bit-Interleaved Coded Modulation Iterative Decoding，BICM-ID)系统。这样的映射 是专为改进成形增益而设计的，即降低通信信道上的传输的平均传输功率。如参照图1所 描述的，首先为每个信号点X确定待映射至所述每个信号点X的比特序列U的数量Nb，数 量Nb个比特序列u根据信号点X星座中的离散高斯分布而分布，其次所确定的数量Nb个 比特序列u以自然升序或降序映射至星座中的每个信号点X，所有映射的比特序列u均是 不同的。这样的映射被称为自然映射。在图1示出的使用10-PAM调制方案的映射中，以 4比特编码的16个比特序列u映射至Μ = 10信号点X = {-9, -7, -5, -3, -1，1，3, 5, 7, 9}: 0000 (Nb = 1)映射至 X = -9,0001 (Nb = 1)映射至 X = -7,0010 (Nb = 1)映射至 X = -5， 0011 和 0100 (Nb = 2)映射至 X =-3,0101，0110,0111 (Nb = 2)映射至 X = -1，1000,1001， 1010 (Nb = 3)映射至 X = 1，1011 和 1100 (Nb = 2)映射至 X = 3,1101 (Nb = 1)映射至 X =5,1110 (Nb = 1)映射至 x = 7,以及 1111 (Nb = 1)映射至 x = 9。
[0006] 然而，在该方案中，当比特序列以自然顺序映射至信号点时，成形增益并不是最优 的。
[0007] 目前，并没有将多个比特序列映射至多个信号点以使通信信道上的传输的成形增 益最优并因此改进上述电信系统的效率的有效解决方案。
[0008] 目前仍然需要可在现有的通信基础设施上容易实现的优化的解决方案。
【发明内容】
[0009] 本系统的目的是克服现有技术中的缺陷和/或对现有技术进行改进。
[0010] 由此，本发明涉及一种将多个不同比特序列映射至星座中的多个不同信号点的方 法，其中比特序列的数量大于信号点的数量，对于电信网络中的装置，该方法包括：
[0011]-为星座中的每个信号点确定待映射至每个信号点的比特序列的数量，比特序列 的数量根据星座中的离散高斯分布来分布；以及
[0012] -在多个比特序列中为星座中的每个信号点选择包括所确定数量的比特序列的 组，使得所选的组中的最大汉明间距最小化。
[0013] 因此，包括相应的所确定数量的不同比特序列的选出的组映射至每个信号点，t匕 特序列的字母的各个比特序列仅在映射中使用一次，并与星座中的一个且仅一个信号点映 射。
[0014] 两个比特序列之间的汉明间距与两个比特序列之间的不同比特的数量相对应。例 如，0000和0001之间的汉明间距为1，因为只有最后一位不同；0000和1111之间的汉明间 距为4,因为4位均不同。一组比特序列内或一组比特序列的最大汉明间距与该组内任意两 个比特序列之间的最大汉明间距相对应。通过将所选的组中的最大汉明间距最小化，意味 着获得一种映射，在该映射中每组比特序列的最大汉明间距在所有可能的组选择的组合中 是最小的。
[0015] 根据本发明的方法允许改进且优化成形增益，并且显著接近电信系统的最大信道 容量。
[0016] 在根据本发明的实施方式中，该方法还包括预步骤，在为第一信号点确定、选择第 一组比特序列的步骤之后，第一组比特序列的汉明间距小于或等于2。
[0017] 预步骤还可包括选择第一比特序列，然后选择多达所需的比特序列以达到第一组 中比特序列的确定数量，每个进一步选出的比特序列与第一比特序列仅有一位不同。这使 得所选的比特序列组中的最大汉明间距最小化。
[0018] 在根据本发明的实施方式中，选择组的步骤还包括为作为星座中第一信号点的相 邻信号点的第二信号点选择第二组中的第二比特序列，选出的第二比特序列使第二比特序 列与为第一信号点选择的第一组之间的平均汉明间距最小化，然后选择多达所需的比特序 列以达到第二组中比特序列的确定数量。
[0019] 在一系列连续的信号点构成的星座中相邻的信号点指的是紧邻信号点之前或之 后的信号点，在信号点的二维矩阵构成的星座中相邻的信号点指的是紧邻信号点左侧、右 侦I上侧或下侧的信号点。为第二信号点选择的组与为第一信号点选择的组中的比特序列 之间的平均汉明间距为第二组中的所述比特序列与第一组中每个比特序列之间的汉明间 距的平均值。
[0020] 在根据本发明的实施方式中，选择组的步骤还包括为作为星座中第一信号点或第 二信号点的相邻信号点的第三信号点选择第三组中的第三比特序列，使得第三比特序列与 选择用于第一信号点的第一组或选择用于第二信号点的第二组的平均汉明间距最小化，然 后选择多达所需的比特序列以达到第三组中比特序列的确定数量。
[0021] 在根据本发明的实施方式中，为星座中所有的信号点进行选择的步骤直至所有比 特序列被选择。
[0022] 在根据本发明的实施方式中，将星座中的每一个信号点作为第一信号点开始进行 选择的步骤，以得到所选组的多种选择。
[0023] 在根据本发明的实施方式中，选择的步骤还包括选择每个所选组中最大汉明间距 最小的选择。
[0024] 在根据本发明的实施方式中，选择的步骤还包括选择具有所选组中平均汉明间距 的最小平均值的选择。
[0025] 在根据本发明的实施方式中，选择的步骤还包括选择最小化每一组的平均汉明间 距的比特序列。
[0026] 离散高斯指的是接近离散值的高斯分布。
[0027] 在根据本发明的实施方式中，确定的步骤还包括将最靠近星座中心的信号点与待 映射至所述信号点的最大数量的比特序列关联，以及将距离星座中心最远的信号点与待映 射至所述信号点的最小数量的比特序列关联。例如，最靠近星座中心的每个信号点可与3 个比特序列关联。
[0028] 在根据本发明的实施方式中，确定的步骤还包括选择比特序列数量的分布，该分 布接近最接近用于相同星座的离散值的高斯分布。
[0029] 在根据本发明的实施方式中，确定的步骤还包括确定比特序列数量的所有可能的 离散高斯分布，为每个确定的分布计算加性高斯白噪声信道上的输入信号与输出信号之间 的交互信息，以及在确定的分布中选择具有最大计算出的交互信息的分布。
[0030] 本发明还涉及一种在电信网络中使用的、用于将多个不同比特序列映射至星座中 的多个不同信号点的装置，其中比特序列的数量大于信号点的数量，该装置包括：
[0031] -确定单元，配置用于为星座中的每个信号点确定待映射至每个信号点的比特序 列的数量，比特序列的数量根据星座中的离散高斯分布来分布；以及
[0032] -选择单元，配置用于在多个比特序列中为星座中的每个信号点选择包括所确定 数量的比特序列的组，使得所选的组中的最大汉明间距最小化。
[0033] 上述在电信网络中使用的装置可例如为基站、终端、服务器等。
[0034] 在根据本发明的实施方式中，选择单元还配置用于为第一信号点选择第一组比特 序列，所述第一组比特序列的汉明间距小于或等于2。
[0035] 在根据本发明的实施方式中，选择单元还配置用于选择第一比特序列，然后选择 多达所需的比特序列以达到第一组中比特序列的确定数量，每个进一步选出的比特序列与 第一比特序列仅有一位不同。
[0036] 在根据本发明的实施方式中，选择单元还配置用于为作为星座中第一信号点的相 邻信号点的第二信号点选择第二组中的第二比特序列，使得第二比特序列与为第一信号点 选择的第一组之间的平均汉明间距最小化，然后选择多达所需的比特序列以达到第二组中 比特序列的所确定数量。
[0037] 在根据本发明的实施方式中，选择单元还配置用于为作为星座中第一信号点或第 二信号点的相邻信号点的第三信号点选择第三组中的第三比特序列，使得第三比特序列与 选择用于第一信号点的第一组或与选择用于第二信号点的第二组的平均汉明间距最小化， 然后选择多达所需的比特序列以达到第三组中比特序列的所确定数量。
[0038] 在根据本发明的实施方式中，选择单元还配置用于选择每个所选组中最大汉明间 距最小的选择。
[0039] 在根据本发明的实施方式中，选择单元还配置用于选择具有所选组中平均汉明间 距的最小平均值的选择。
[0040] 在根据本发明的实施方式中，选择单元还配置用于选择最小化每一组的平均汉明 间距的比特序列。
[0041] 在根据本发明的实施方式中，确定单元还配置用于将最靠近星座中心的信号点与 待映射至所述信号点的最大数量的比特序列关联，以及将距离星座中心最远的信号点与待 映射至所述信号点的最小数量的比特序列关联。
[0042] 在根据本发明的实施方式中，确定单元还配置用于选择比特序列数量的分布，该 分布接近最接近用于相同星座的离散值的高斯分布。
[0043] 在根据本发明的实施方式中，确定单元还配置用于确定比特序列数量的所有可能 的离散高斯分布，为每个确定的分布计算加性高斯白噪声信道上的输入信号与输出信号之 间的交互信息，以及在确定的分布中选择具有最大计算出的交互信息的分布。
[0044] 本发明还涉及一种计算机可读介质，其具有能够使计算机系统执行上述根据本发 明的方法的计算机可执行指令。
【专利附图】
【附图说明】
[0045] 下面将参照附图仅以示例的方式对本发明的实施方式进行描述，相同的部件由相 应的参考标记来表示，在附图中：
[0046] 图1示意性地示出根据现有技术的16个比特序列与10个信号点之间的量化映 射，
[0047] 图2示意性地示出调制系统，
[0048] 图3示意性地示出根据本发明的装置，
[0049] 图4示出根据本发明的方法，
[0050] 图5示出根据本发明的实施方式的方法，
[0051] 图6示出近高斯离散确定的示例，
[0052] 图7示出现有技术的使用8-PAM调制的量化映射，
[0053] 图8示出根据本发明的使用8-PAM调制的量化映射，
[0054] 图9示出现有技术的使用16-QAM调制的量化映射，
[0055] 图10示出根据本发明的使用16-QAM调制的量化映射，
[0056] 图11为根据本发明的使用8-PAM调制的模拟结果。
【具体实施方式】
[0057] 在下文中结合附图对示例性实施方式进行描述，从而进一步说明上述特征和优点 并引入其他特征和优点。
[0058] 在下文描述中，出于解释而不是限制的目的，列出具体细节例如架构、接口、技术、 装置等进行说明。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，背离这些细节的其他实施方式 也可被理解为落入所附的权利要求的范围内。
[0059] 此外，出于清楚的目的，众所周知的装置、系统和方法的描述在此被忽略以使得本 系统的描述不模糊。此外，并没有对电信网络中的路由器、服务器、节点、网关或其他实体进 行详细描述，因为其实现超出了本系统和方法的范围。
[0060] 除非另有指明，在下文中将对示例性实施方式在电信装置的调制系统中的应用进 行描述。
[0061] 此外，应理解，包括的附图仅用于说明的目的而不是表示本系统的范围。
[0062] 图2示意性地示出调制系统20,其被配置用于使用量化映射运行比特交错编码调 制迭代解码（BICM-ID)方案。
[0063] 数据的数字比特流使用涡轮状编码器21来编码。编码的数据c由比特交错器22 进行比特交错，即被布置成以非邻近的方式改进通信信道上的性能，相应的u k比特序列被 发送至量化映射单元23。
[0064] 量化单元23允许比特序列映射至信号点。包括与信号点相对应的标记的信号X 然后在通信信道24上进行发送。
[0065] 进行编码、比特交错、映射在数字比特流上、然后在通信信道上发送相应的标记的 装置为发射器，而从通信信道接收标记、然后进行解码、解交错和解映射的装置为接收器。 一个装置可被设置成发射器和接收器。
[0066] 在接收器处，首先通过量化解映射单元25在接收自信道24的信号Y上以及由涡 轮状解码器27输出的交错外部信息La上进行解映射。由量化解映射单元25输出的信息 (被称为外部对数似然比（LLR)信息）由解比特交错器26解交错，并发送至涡轮状解码器 27作为输入信息。在由涡轮状解码器27解码之后，输出的外部对数似然比（LLR)信息为比 特交错的，并被发送至量化映射单元25。该迭代操作继续进行直至达到预定的迭代数。
[0067] 在以下描述中：
[0068] uk = (uk(l), uk(2). · · uk(T))表示解码后交错的比特序列，
[0069] X表示量化映射后的标记序列，其将被在信道24上发送，信道24可例如为离散无 记忆加性高斯白噪声（AWGN)信道。
[0070] 由量化解映射单元25接收的标记序列y = (y^ y2, . . . , yk,...)可由下式描述：
[0071] y = x+n,
[0072] 其中η为已知的加性高斯噪声向量，其中各个元素独立且同受CA/XftiVo)。
[0073] 量化解映射单元25对接收的标记yk和相应的来自解码器的先前的LLR进行处理
[0074]
【权利要求】
1. 一种将多个不同比特序列（U)映射至星座中的多个不同信号点（X)的方法，其中比 特序列（u)的数量（Nb)大于信号点（X)的数量（M)，对于电信网络中的装置，所述方法包 括： -为所述星座中的每个信号点（X)确定待映射至所述每个信号点（X)的比特序列（u) 的数量（Nb)，所述比特序列（u)的数量（Nb)根据所述星座中的离散高斯分布来分布；以及 -在多个比特序列（u)中为所述星座中的每个信号点（X)选择包括所确定数量（Nb)的 比特序列（u)的组，使得所选的组中的最大汉明间距最小化。
2. 如权利要求1所述的方法，在为第一信号点确定、选择第一组比特序列的步骤之后 还包括预步骤，其中所述第一组比特序列的汉明间距小于或等于2。
3. 如权利要求2所述的方法，其中，所述选择组的步骤还包括选择第一比特序列，然后 选择多达所需的比特序列以达到所述第一组中比特序列的所确定数量，每个进一步选出的 比特序列与所述第一比特序列仅有一位不同。
4. 如权利要求3所述的方法，其中，所述选择组的步骤还包括为作为所述星座中所述 第一信号点的相邻信号点的第二信号点选择第二组中的第二比特序列，使所述第二比特序 列与为所述第一信号点选择的第一组之间的平均汉明间距最小化，然后选择多达所需的比 特序列以达到所述第二组中比特序列的所确定数量。
5. 如权利要求4所述的方法，其中，所述选择组的步骤还包括为作为所述星座中所述 第一信号点或所述第二信号点的相邻信号点的第三信号点选择第三组中的第三比特序列， 使所述第三比特序列与选择用于所述第一信号点的第一组或选择用于所述第二信号点的 第二组的平均汉明间距最小化，然后选择多达所需的比特序列以达到所述第三组中比特序 列的所确定数量。
6. 如权利要求5所述的方法，其中，为所述星座中所有的信号点进行选择的步骤直至 所有比特序列被选择。
7. 如权利要求6所述的方法，其中，将所述星座中的每一个信号点作为第一信号点开 始进行选择的步骤，以得到所选组的多种选择。
8. 如权利要求7所述的方法，其中，所述选择的步骤还包括选择每个所选组中最大汉 明间距最小的选择。
9. 一种在电信网络中使用的、用于将多个不同比特序列（u)映射至星座中的多个不同 信号点（X)的装置，其中所述比特序列（u)的数量（Nb)大于所述信号点（X)的数量（M)，所 述装置包括： -确定单元（32)，配置用于为所述星座中的每个信号点（X)确定待映射至所述每个信 号点（X)的比特序列（u)的数量（Nb)，所述比特序列（u)的数量（Nb)根据所述星座中的离 散高斯分布来分布；以及 -选择单元（34)，配置用于在所述多个比特序列（u)中为所述星座中的每个信号点（X) 选择包括所确定数量（Nb)的比特序列（u)的组，使得所选的组中的最大汉明间距最小化。
10. 如权利要求9所述的装置，其中，所述选择单元（32)还配置用于为第一信号点选择 第一组比特序列，所述第一组比特序列的汉明间距小于或等于2。
11. 如权利要求9所述的装置，其中，所述选择单元（32)还配置用于选择第一比特序 列，然后选择多达所需的比特序列以达到所述第一组中比特序列的所确定数量，每个进一 步选出的比特序列与所述第一比特序列仅有一位不同。
12. 如权利要求11所述的装置，其中，所述选择单元（32)还配置用于为作为所述星座 中所述第一信号点的相邻信号点的第二信号点选择第二组中的第二比特序列，使得所述第 二比特序列与为所述第一信号点选择的第一组之间的平均汉明间距最小化，然后选择多达 所需的比特序列以达到所述第二组中比特序列的所确定数量。
13. 如权利要求12所述的装置，其中，所述选择单元（32)还配置用于为作为所述星座 中所述第一信号点或所述第二信号点的相邻信号点的第三信号点选择第三组中的第三比 特序列，使得所述第三比特序列与选择用于所述第一信号点的第一组或与选择用于所述第 二信号点的第二组的平均汉明间距最小化，然后选择多达所需的比特序列以达到所述第三 组中比特序列的所确定数量。
14. 如权利要求13所述的装置，其中，所述选择单元（32)还配置用于选择每个所选组 中最大汉明间距最小的选择。
15. -种计算机可读介质，其具有能够使计算机系统执行根据权利要求1-8中任一项 所述的方法的计算机可执行指令。
【文档编号】H04L27/34GK104094572SQ201280064552
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2012年12月14日 优先权日:2011年12月27日
【发明者】白宝明, 周林, 骆亚娟 申请人:奥林奇实验室