使用非均匀星座的编码和调制设备的制造方法
【技术领域】
[0001] 本公开涉及一种编码和调制设备和方法。进一步，本公开涉及一种传输设备和方 法。更进一步，本公开涉及一种计算机程序以及一种永久性计算机可读记录介质。
【背景技术】
[0002] 除了其他元素以外，现代通信系统通常使用编码和调制设备（作为传输设备的一 部分）和解码以及解调设备（作为接收设备的一部分）。编码和调制设备通常是所谓的 BICM(位交错编码调制）设备的一部分，该设备通常包括（在传输器侧上）FEC(前向纠错） 编码器、位交错器以及调制器的串行级联，通常使用光谱有效调制，例如，多级PAM(脉冲幅 度调制）、PSK(正交相移键控）或QAM(正交调幅）。应注意的是，在后文中，每当提及QAM， 就应理解为涵盖PAM、PSK以及QAM的一般术语。
[0003] 由于使用交错器和/或FEC编码器，所以BICM允许在非衰落信道和衰落信道上具 有良好的性能。具有合理的解码复杂性，与多级编码（MLC)编码方案相反，因此，频繁地用 于通信系统中，例如，用于所有DVB系统、电力线通信（例如，Horn印lugAV、DAB、LTE、WiFi 等）中。
[0004] 通常，编码和调制容量（例如，在使用BICM设备的系统中，BICM容量）被视为目 标函数，并且期望找出最佳星座点，以便这个容量尽可能增大，通常经受功率规范化，即，星 座点的平均功率应规范化为（例如）1。
[0005] 在本文中提供的"背景"描述用于总体上介绍本公开的背景的目的。不明示也不 暗示地承认在这个背景部分中描述的程度上目前称为发明人的工作以及在提交时没有资 格作为先有技术的描述的方面，作为本公开的先有技术。
【发明内容】
[0006] -个目标在于，提供一种编码和调制设备和方法，提供更大的或者甚至最大的容 量、更小的误码率以及通过更小的SNR(信噪比）接收。进一步目标在于，提供一种相应的 计算机程序以及一种永久性计算机可读记录介质，用于实现所述方法。
[0007] 根据一个方面，提供了一种一种编码和调制设备，包括：
[0008]-编码器，将输入数据编码成单元字；以及
[0009]-调制器，将所述单元字调制成非均匀星座的星座值，
[0010] 其中，所述调制器配置为根据星座的星座点的总数Μ和编码速率，使用
[0011] i)来自组Α或组Β星座的非均匀星座，包括由长度ν=sqrt(M)/2_l的星座位置 向量u限定的一个或多个以下星座，
[0012] 其中，在来自组B的星座的一个或多个星座位置矢量中，由于以前优化的初步星 座位置压缩，所以两个或多个星座位置相同，或者
[0013] ii)来自组C或组D星座的非均匀星座，包括一个或多个以下星座，
[0014] 其中，所述星座点由星座位置矢量w0…b-Ι限定，b=M/4,其中，
[0015] 第一象限的星座点xO…b_l限定为xO…b_l=w0···b_l;
[0016] 第二象限的星座点xb…2b_l限定为xb…2b_l=conj(w0. . .b_l);
[0017] 第三象限的星座点x2b…3b_l限定为x2b…3b_l=-conj(wO. . .b_l);并且
[0018] 第四象限的星座点x3b…4b_l限定为x3b…4b_l= _w0. . .b_l，
[0019] 其中，conj是复共辄，
[0020] 其中，在来自组D的星座的一个或多个星座位置矢量中，由于以前优化的初步星 座位置压缩，所以两个或多个星座位置相同，或者
[0021] iii)来自组E星座的非均匀星座，包括一个或多个以下星座，其中，所述星座点由 星座位置矢量w0…M-1限定，或者
[0022] iv)通过围绕原点旋转角度，通过倒转所有星座点的位标签，通过交换位位置，和 /或通过预失真（尤其用于所有）所述星座点，从来自任一组A、B、C、D或E的星座中获得 的非均匀星座，
[0023] 其中，如下限定所述组A、B、C、D以及E的星座的不同星座的星座位置矢量，其中， 所述编码速率的相应值R理解为编码速率的范围R± 1/30。
[0024] 根据进一步方面，提供了一种传输设备，包括：
[0025]-在本文中提出的编码和调制设备，将输入数据编码和调制成星座值；
[0026]-转换器，将所述星座值转换成要传输的一个或多个传输流，以及
[0027]-传输器，传输所述一个或多个传输流。
[0028] 根据更进一步方面，提供了 ：相应方法；一种计算机程序，包括程序代码装置，用 于在计算机上执行所述计算机程序时，促使计算机执行在本文中公开的编码和调制方法的 步骤；以及一种永久性计算机可读记录介质，在其内储存计算机程序产品，在由处理器执行 时，所述产品促使执行在本文中公开的编码和调制方法。
[0029] 在从属权利要求中限定优选的实施方式。应理解的是，所要求的方法、所要求的计 算机程序以及所要求的计算机可读记录介质具有与所要求的设备相似和/或相同的并且 在从属权利要求中限定的优选实施方式。
[0030] 本公开的一个方面在于，所使用的非均匀星座（在本文中也称为NUC)的星座点并 非位于具有等距符号的规则网格上，而是位于优化位置上，依赖于前向纠错编码器的编码 速率，例如，LDPC或涡轮码或任何其他已知的代码编码器（通常可另外提供另一个前向纠 错编码器，例如，BCH编码器），依赖于所使用的星座的星座点的期望总数（在一些实施方式 中，依赖于信道特征）
[0031] 在表格中，提供各种星座，用于Μ的不同值并且用于不同的编码速率。应注意的 是，在表格中表示的编码速率R不要理解为，特定的星座仅仅对正好这个编码速率有效，也 对略微不同的编码速率有效，即，编码速率的范围R± 1/30。例如，在所提出的表格中提供的 编码速率（即，R= 6/15)的指示6/15表示相应的星座对编码速率的范围6/15± 1/30有 效，即，从11/30到13/30的编码速率的范围。
[0032] 应注意的是，一个或多个以下"不变变换"不影响星座的性能：
[0033] 1、将所有符号旋转任意的角度
[0034] 2、将第m位y_m=be{〇, 1}倒转为y_m = -b，其中，横杆表示倒转，
[0035] 3、交换位位置y_kl和y_k2，
[0036] 4、在Re{xl}-和 / 或Im{xl}-轴上反射，
[0037] 5、预失真（尤其对于组E的星座）。
[0038] 因此，调制器还可使用通过围绕原点旋转角度，通过倒转所有星座点的位标签，通 过交换所有星座点的位位置和/或在实数部分和/或虚数部分轴上反射，从来自任一组A、 B、C、D或E的星座中获得的非均匀星座。例如，如果一个星座的具有用于16-QAM的位标签 0010,那么所有第一位标签都可以倒转，以便这个点变成1010。进一步，通过任何其他简单 操纵（例如，星座点位置凑整）所获得的星座通常由权利要求覆盖。通过这些操作中的一 个或多个，实现与在上面提及的四组中限定的星座的映射等效的映射。
[0039] 在卫星传输的情况下，调制器可能也传输由所提出的星座点的预失真获得的不同 星座点。这个预失真应可以用作在传输系统（具体而言，功率放大器）内的其他模块的非 线性的对策。然而，传输系统的输出应对应于所提出的星座的传输，以便接收器可能假设传 输了这些星座。
[0040] 应注意的是，对于每个M-QAM，还可以考虑底层的sqrt(M)_PAM。进一步，应注意 的是，在其他方面，在权利要求中限定的这组星座包括更少的星座，例如，仅仅用于非衰落 信道的星座、仅仅用于衰落信道的星座、仅仅用于所选择值Μ的星座、仅仅用于M-QAM或 Sqrt(M)-PAM的星座、和/或用于更少的SNR值的星座。换言之，在可用于供调制器选择并 且随后使用的这组星座内，可包含更少的星座，即，可用于供调制器使用的这组星座可包括 在权利要求内限定的一个或多个星座。因此，本公开还涉及一种编码和调制设备和方法，具 有可使用的更小一组星座（如上所述）和/或更少的星座可用于特定的值M。
[0041] 由Μ个星座点构成的QAM映射表示为M-QAM。在组A内概述这些星座。如果（均 匀或非均匀）QAM允许分别编码和解码器两个维度（在该文献中，"同相"和"正交相位"） 中的每个，那么这个QAM称为N2-QAM。这表示星座可以由两个N-PAM星座设计，每个维度具 有一个星座。由于在Μ=N2时，但是在这两个维度不能分开时（通常是N-PSK的情况，例 如，8-PSK，其中，8个点位于单位圆上），与N2个点用于M-QAM相比，仅仅需要调查N个星座 点，所以N2-QAM对于ML解码具有明显更低的解码复杂度。此外，完全由星座的星座值的象 限限定的QAM星座称为QQAM，从第一象限中获得星座值的其他三个象限。例如，由于具有对 称性，所以正常的均匀方形QAM星座（UC)也是QQAM星座。在组C中概述这些QQAM星座。
[0042] 然而，根据在本公开中考虑的实施方式的QAM星座的星座点不位于具有等距符号 的规则网格上，而是位于优化位置上，依赖于编码速率。
[0043] 根据本公开，考虑基于N-ΡΑΜ优化的N2_NUC优化，与星座点的数量的动态减少相 结合，相对于不减少星座点的数量的n2-nuc的性能，保证定义明确的性能。
[0044] 考虑高达1024-QAM的星座尺寸，其中，能够具有大成形增益，尤其在高SNR区域 中。通过动态减少（在下文中也称为压缩）彼此接近的星座点，星座点的数量以及因此所 需要的储存和解码容量可大幅减少。在组B合D中概述这些星座。例如，为编码速率6/15 优化的1024-Q-QAM星座可从1024减少为268星座点，而不明显影响性能。
[0045] 应注意的是，在涉及优选实施方式的权利要求中限定的星座位置向量w不需要必 须包含星座的星座点的第一象限的星座点，而是还可以包