CN100376114C - 基于根据星座确定的穿孔型式的信号编码方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种基于根据星座确定的穿孔型式使用卷积编码器和turbo编码器的信号编码方法。所述信号编码方法根据星座为穿孔值X和Y设置有效输出和无效输出，并且基于所设置的X和Y的穿孔型式输出所编码的信号。这里，X和Y的穿孔值指示是否输出编码信号。并公开了一种使用turbo编码器的信号编码方法，根据星座为穿孔值X、Y和Z设置有效输出和无效输出、并且基于所设置的X、Y和Z的穿孔型式输出所编码的信号。信号编码和硬件能够得到简化，并且制造成本减少。

Description

基于根据星座确定的穿孔型式的信号编码方法
技术领域
本发明一般地涉及在数字广播系统中的一种误差校正编码的装置和方法，并且尤其涉及在数字广播系统中的一种误差校正编码装置，它为在动态和静态接收环境两者中的接收器处的稳定接收、在广播数据上执行误差校正编码。
背景技术
一般地，能够将高清晰度电视(HDTV)的广播系统粗略地分为图像编码单元和图像调制单元。所述图像编码单元将从高清晰度图像源输入的大约1吉比特/秒(Gbps)的数字数据压缩到15至18兆比特/秒(Mbps)的数据。所述图像调制单元通过大约6至8兆赫兹(MHz)的有限带宽信道发射几十兆比特/秒的数字数据到接收端。DTV使用了一种利用为电视广播目的分配的甚高频/超高频(VHF/UHF)的地面广播方法。
在欧洲已经采纳了作为数字调制方法之一的正交频分复用(OFDM)方法，作为能够获得像增加每带宽的传输速度和抗干扰的好处的数字电视地面广播系统。在美国采用残留边带(VSB)调制用于所述数字电视地面广播系统。
一般地，误差校正编码(ECC)校正在数字通信中的数据传输期间产生的误差。ECC被大概的分类为块码和卷积码。
所述块码以块为单位编码数据。所述卷积码经由一定容量的存储器对先前和当前数据执行编码。reed-solomon(里德所罗门)(RS)编码是块编码的代表例子。RS编码对突发误差具有稳健性(robust)。RS编码由要发射的消息和用于误差校正的奇偶校验字组成。
通常使用Viterbi(维特比)算法来解码卷积编码。在Viterbi算法中，复杂性随约束长度K呈指数增加。K＝7或K＝9是目前最广泛使用的。
一般地，在地面数字多媒体电视广播系统中使用的内码取决于星座被构建成不同的结构。即，对于QPSK(四相相移键控)星座符号，使用了带有1/2速率码的卷积编码器和卷积turbo(快速)编码器。对于16QAM(正交幅度调制)星座符号，使用了带有2/3速率码的格形编码器和格形turbo编码器。
图1示出一种四相相移键控(QPSK)卷积编码器的一例子。参见图1，卷积QPSK卷积编码器(例如，约束长度是7)是由6个移位寄存器和两个XOR(异或门)(XOR1和XOR2)组成。对于1/2码率的发生器多项式是G1＝1+x+x2+x3+x6＝171oct(八进制)，G2＝1+x2+x3+x5+x6＝133oct。当输入1比特到该卷积编码器中时，会经由具有1/2码率的卷积编码器输出两个比特，即I和Q，分别被用作QPSK符号的I和Q。
图2是示出由两TCM(格形编码调制)编码器和一交织器组成的一种QPSK卷积turbo编码器的例子的图。每个所述TCM编码器由多个移位寄存器和多个XOR(异或门)组成。参见图2，当输入一比特到所述卷积turbo编码器中时，会经由所述具有1/2码率的卷积turbo编码器输出两个比特。具体地，对应于输入数据U的Q0和Q1交替地与其它输出比特11一起输出。其中，11＝U。
在图2中，An、Bn、Cn以及Dn(n＝0、1、2、…6)是该编码器的系数，并且被定义如下：
A0＝0，A1＝1，A2＝1，A3＝1，A4＝0，A5＝1，A6＝0，
B0＝1，B1＝0，B2＝0，B3＝1，B4＝0，B5＝0，
C0＝0，C1＝1，C2＝1，C3＝1，C4＝0，C5＝1，C6＝0，
D0＝1，D1＝0，D2＝0，D3＝1，D4＝0，D5＝0。
一个输入比特U产生分别被用作QPSK符号的I和Q的两个比特。交替地选择Q0和Q1作为输出比特Q。随机交织器是块交织器，并且该块在尺寸上是1248比特。
图3是示出一种16正交幅度调制(QAM)格形编码器的例子的图。参见图3，当分别输入一比特I和Q到该格形编码器时，分别从具有1/2码率的两个格形编码器中输出两个比特。这里，能够认为该16QAM格形编码器是由两个QPSK卷积编码器以及两个编码器的输出比特组成的。因此，会输出组成一符号的总共四(4)比特。
如图3所示，An、Bn、Cn以及Dn(n＝0、1、2、3、4)是该编码器的系数，并且被定义如下：
A0＝0，A1＝1，A2＝1，A3＝1，A4＝0，
B0＝1，B1＝0，B2＝0，B3＝1，
C0＝0，C1＝1，C2＝1，C3＝1，C4＝0，
D0＝1，D1＝0，D2＝0，D3＝1。
如表1所示，从2比特矢量到4电平符号的输出符号映射应用了自然映射。这样的符号映射方案适于16QAM的I和Q信道。
表1  16QAM符号映射
    符号电平     0     1     1     3
    比特矢量     00     01     10     11
图4是示出作为用于平行级联格形码(PCTC)的turbo编码器的一种16QAM格形turbo编码器的例子的图。参见图4，当输入两个比特到该格形turbo编码器时，会经由具有1/2速率码的格形turbo编码器输出4个比特。
图4所示的方框图与图3的方框图相当类似。这两种格形编码器共享相同的输入流转换和输出符号映射。
对于PCTC Turbo编码器。在两个平行编码器之间配置有一比特交织器。该比特交织器重新安排给定数据块的比特，并且该数据块应该在一信号帧内。
在图4，An、Bn、Cn以及Dn(n＝0、1、2、3、4)是该PCTC Turbo编码器的系数，其中An和Cn是2比特矢量。所述系数被定义如下：
A01＝0，A11＝1，A21＝0，A31＝1，
A00＝0，A10＝1，A20＝0，A30＝0，
B0＝1，B1＝0，B2＝0，
C01＝1，C11＝1，C21＝0，C31＝1，
C00＝0，C10＝1，C20＝0，C30＝0，
D0＝1，D1＝0，D2＝1。
对于16QAM的PCTC编码器，符号映射方案与表1所示的是相同的。随机交织器是两个块交织器，并且该块在尺寸上是1248比特。
图5是示出64QAM格形编码器的一例子的图。参见图5，当输入I和Q两个比特到该格形编码器时，从所述具有2/3速率码的两个格形编码器中分别输出三个比特。相应地，总共会输出六(6)个比特。
更具体地，首先从最低有效位(LSB)开始将一输入字节转换为两个4比特矢量，接着将一4比特矢量编码为用于64QAM符号映射的两个3比特矢量，即，3比特I和Q矢量。如在该编码器的方框图中所示，输出比特I2I1是输入比特U1U0的直接映射，并且输出比特Q2Q1是输入比特U3U2的直接映射。
在图5中，An、Bn、Cn以及Dn(n＝0、1、2、3、4)是该编码器的系数，并且被定义如下：
A01＝1，A11＝1，A21＝0，A31＝0，
A00＝0，A10＝1，A20＝0，A30＝0，
B0＝1，B1＝0，B2＝1，
C01＝0，C11＝1，C21＝1，C31＝0，
C00＝0，C10＝1，C20＝0，C31＝0，
D0＝1，D1＝0，D2＝0。
从3比特矢量到8电平符号的输出符号映射应用了如表2所示的自然映射。16QAM的I和Q信道应用了相同的映射方案。
表2 64QAM符号映射
    符号     0     1     2     3     4     5     6     7
    比特     000     001     010     011     100     101     110     111
图6是一种64QAM格形turbo编码器的图。图6所示的方框图与图5的方框图相当类似。这两种格形编码器共享相同的输入流转换和输出符号映射。
与在16QAM的情形中相同，在64QAM的PCTC Turbo编码器的两个平行结构之间配置了一交织器。
图7中的编码器的系数被定义如下：
A00＝0，A10＝1，A20＝0，A30＝0，
A01＝0，A11＝1，A21＝1，A31＝0，
A02＝1，A12＝1，A22＝0，A32＝1，
A03＝0，A13＝1，A23＝1，A33＝1，
B0＝1，B1＝0，B2＝1，
C00＝0，C10＝1，C20＝0，C30＝1，
C01＝0，C11＝1，C21＝1，C31＝0，
C02＝1，C12＝0，C22＝0，C32＝1，
C03＝0，C13＝1，C23＝1，C33＝1，
D0＝1，D1＝0，D2＝1 。
对于64QAM的PCTC编码器，符号映射方案与表2所示的是相同的。所述随机交织器是四个块交织器，并且所述块在尺寸上是1248比特。在表中定义了该地址映射。
如上所述，所述内代码是根据每个星座符号映射以不同方式构成的，并且必须为各自星座符号映射单独提供编码器和解码器。因而，用于根据所述星座符号映射编码和解码的发射器的编码器和接收器的解码器的硬件变得复杂，并且制造成本增加。
发明内容
因而，本发明的目的是提供一种使用用于信号编码的地面数字多媒体电视广播系统的卷积编码器和turbo编码器的一种编码方法，它能够简化所述卷积编码器和turbo编码器的硬件并且减少制造成本。
上述目的是由一种根据星座符号映射使用执行信号编码的卷积编码器的信号编码方法实现的，所述信号编码方法包括步骤：根据星座为穿孔值X和Y设置一有效输出和一无效输出；以及基于所设置的X和Y的穿孔型式输出编码信号，其中所述X和Y的穿孔型式指示是否输出了所述编码信号。
根据本发明的另一方面，提供了根据星座符号映射执行卷积编码的一种信号编码装置。所述信号编码装置包括：卷积编码器，用于对输入数据执行卷积编码；以及穿孔器，用于根据对应于由代表有效或无效输出的穿孔值X和Y组成的星座的穿孔型式对从所述卷积编码器输出的所述编码数据执行穿孔操作，并且输出所述编码数据，其中所述代表有效或无效输出的穿孔值X和Y指示是否输出编码数据。
根据本发明的又一方面，提供了一种使用根据星座符号映射执行信号编码的turbo编码器的信号编码方法，所述编码方法包括步骤：根据星座为穿孔值X、Y和Z设置一有效输出和一无效输出；以及基于所设置的X、Y和Z的穿孔型式输出编码信号，其中所述穿孔值X、Y和Z用于指示是否输出了所述编码信号。
根据本发明的又一方面，提供了一种用于根据星座符号映射执行卷积编码的信号编码装置，包括：卷积编码器，用于对输入数据执行卷积编码；以及穿孔器，用于根据对应于由代表有效或无效输出的穿孔值X、Y和Z组成的星座的穿孔型式对从所述卷积编码器输出的编码数据执行穿孔操作，并且输出所述编码数据，其中所述代表有效或无效输出的穿孔值X、Y和Z指示是否输出所述编码数据。
附图说明
通过参考附图描述本发明的优选实例，本发明的上述目的和特点将会变得更加清楚，其中：
图1是一种四相相移键控(QPSK)卷积编码器的图；
图2是一种QPSK卷积turbo编码器的图；
图3是一种16正交幅度调制(QAM)格形编码器的图；
图4是一种16QAM格形turbo编码器的图；
图5是一种64QAM格形编码器的图；
图6是一种64QAM格形turb0编码器的图；
图7是一种根据本发明的优选实例基于由相应星座确定的穿孔型式执行编码的卷积编码器的图；
图8是示出用于根据图7的卷积编码的一种优选穿孔型式的图；
图9是示出一种根据本发明的优选实例基于由相应星座确定的穿孔型式执行编码的turbo编码器的图；
图10是示出用于根据图9的turbo编码的一种优选穿孔型式的图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细描述本发明的优选实例。
图7是一种根据本发明的优选实例基于由相应星座确定的穿孔型式执行编码的卷积编码器的图，并且图8是示出用于根据图7的卷积编码的一种优选穿孔型式的图。
如图7所示，本发明的该卷积编码器由具有如图1所示的编码器相同的结构和操作的一传统卷积编码器和存储穿孔型式并且根据所存储穿孔型式执行穿孔操作的一穿孔器组成。
作为例子，用于本实例中的卷积编码的星座是四相相移键控(QPSK)、16正交幅度调制(QAM)和64QAM。根据各星座，输入不同的比特。即，对于QPSK会输入一比特U0；对于16QAM会输入两个比特U0、U1；对于64QAM会输入四个比特U0、U1、U2和U3。
在用于卷积编码的穿孔型式中，X和Y代表用于编码信号的输出的穿孔值。所述穿孔值X和Y为1代表有效输出，同时所述穿孔值X和Y为0代表一无效输出。即，对应于0值的X或Y的比特将不输出。对于用于卷积编码的QPSK星座，所述穿孔值X和Y是一(1)。相应地，为对应于一比特输入U0的QPSK星座所编码和输出的有效输出值是作为QPSK符号的[XlY1]。更具体地，穿孔器对从卷积编码器输出的两个比特X1和Y1执行穿孔操作，并且输出得到的与I和Q相同的比特X1和Y1。即，QPSK符号是[X1Y1]。由此实现了一种1/2码率的编码器。
对于用于卷积编码的16QAM星座，X的穿孔值是(1，1)和Y的穿孔值是(1，1)。相应地，对于输入的两个比特U0和U1，通过由穿孔器执行穿孔操作，对16QAM星座所编码和输出的有效输出值是作为16QAM符号的[X1，Y1，X2，Y2]。这里，所述输出比特X1和Y1对应于U0，并且所述输出比特X2和Y2对应于U1。由此实现了一种1/2码率的编码器。
对于用于卷积编码的64QAM星座，X的穿孔值是(1，0，1，0)和Y的穿孔值是(1，1，1，1)。相应地，对于输入的四个比特U0、U1、U2以及U3，通过由穿孔器对所述传统卷积编码器的输出执行穿孔操作，对64QAM星座所编码和输出的有效输出值是作为64QAM符号的[X1，Y1，Y2，X3，Y3，Y4]。这里，将注意到对应于0值穿孔值X的X2和X4根据穿孔型式不会输出。由此总共输出6个比特。由此实现了一种2/3码率的编码器。
由于根据各星座通过利用具有与图1所示的传统编码器的相同的结构和操作的一卷积编码器应用不同的穿孔型式，因此，根据本发明，能够进行三种卷积编码模式。由此能够简化信号编码和硬件，并且减少制造成本。而且，对于接收端，通过一具有反穿孔器的一卷积编码器能够接收和处理多种模式的信号。
图9是示出一种根据本发明的优选实例基于由相应星座确定的穿孔型式执行编码的turbo编码器的图；以及图10是示出用于根据图9的turbo编码的一种优选穿孔型式的图。
如图9所示，所述本发明的turbo编码器由具有与图2所示的turbo编码器相同的结构和操作的一传统turbo编码器和存储穿孔型式并且根据所存储穿孔型式执行穿孔操作的一穿孔器组成。
作为例子，用于本实例中的卷积编码的星座是QPSK，16QAM和64QAM。根据各星座，输入不同的比特。即，对于QPSK会输入两个比特U0、U1；对于16QAM会输入两个比特U0、U1；对于64QAM会输入四个比特U0、U1、U2和U3。
在用于卷积编码的穿孔型式中，X、Y和Z代表用于编码信号的输出的穿孔值。所述穿孔值X、Y和Z为1代表有效输出，同时所述穿孔值X、Y和Z为零(0)代表一无效输出。即，类似于图7的情形，对应于0值的X、Y和Z的比特将不输出。
对于用于卷积编码的QPSK星座，所述穿孔值X是(1，1)、Y是(1，0)以及Z是(0，1)。相应地，对QPSK星座编码和输出的有效输出值是作为QPSK符号的[X1 Y1]和[X2 Z2]。更具体地，穿孔器对从传统turbo编码器输出的I和Q0或Q1执行穿孔操作(Q0或Q1交替地随I一起输出，这里省略了关于该传统turbo编码器的操作的详细描述，因为它与图2的相同)，并且输出得到的符号[X1 X2]和[X2 Z2]。
对于用于卷积编码的16QAM星座，所述穿孔值X是(1，1)、Y是(1，0)以及Z是(0，1)。相应地，为16QAM星座所编码和输出的有效输出值是[X1，Y1，X2，Z2]。这此情形中，所述传统turbo编码器的操作与在QPSK turbo编码器的情形中的操作相同。并且得到的16QAM符号是[X1，Y1，X2，Z2]。
对于用于卷积编码的64QAM星座，所述穿孔值X是(1，1，1，1)、Y是(0，1，0，0)以及Z是(0，0，1，0)。相应地，对64QAM星座所编码和输出的有效输出值是[X1，X2，Y2，X3，Z3，X4]。这此情形中，所述传统turbo编码器的操作与在QPSK turbo编码器的情形中的操作相同。并且得到的64QAM符号是[X1 X2 Y2 X3 Z3 X4]。
由于根据各星座通过利用一卷积编码器应用不同的穿孔型式，因此，根据本发明，能够进行三种卷积编码模式。由此能够简化信号编码和硬件，并且减少制造成本。而且，对于接收端，通过一具有反穿孔器的一turbo编码器能够接收和处理多种模式的信号。
根据本发明，通过根据各星座利用一卷积编码器和一turbo编码器应用不同的穿孔型式，能够简化信号编码和硬件，并且减少制造成本。
虽然已经描述了本发明的优选实例，然而本领域的一般技术人员将应该理解，本发明不限于所描述的优选实例，而且在如由所附权利要求定义的本发明的实质和范围内能够进行各种变化和修改。

Claims (4)

1.一种根据星座符号映射使用执行信号编码的卷积编码器的信号编码方法，所述信号编码方法包括步骤：
根据星座为穿孔值X和Y设置一有效输出和一无效输出；以及
基于所设置的X和Y的穿孔型式输出编码信号，
其中所述X和Y的穿孔型式指示是否输出了所述编码信号，
其中根据所述X和Y的穿孔值，所述有效输出由‘1’表示，并且所述无效输出由‘0’表示，
其中所述星座包括QPSK、16QAM和64QAM之一，
其中，当所述星座是QPSK时，所述穿孔型式是利用一比特输入信号、穿孔值X‘1’、以及穿孔值Y‘1’设置的，以及
为QPSK所编码和输出的所述有效输出是[X1，Y1]；
其中，当所述星座是16QAM时，所述穿孔型式是利用两比特输入信号、所述穿孔值X(1，1)、以及穿孔值Y(1，1)设置的，以及
为16QAM所编码和输出的所述有效输出是[X1，Y1，X2，Y2]；
其中，当所述星座是64QAM时，所述穿孔型式是利用四比特输入信号、穿孔值X(1，0，1，0)、以及穿孔值Y(1，1，1，1)设置的，以及
为64QAM所编码和输出的所述有效输出是[X1，Y1，Y2，X3，Y3，Y4]。
2.一种用于根据星座符号映射执行卷积编码的信号编码装置，包括：
卷积编码器，用于对输入数据执行卷积编码；以及
穿孔器，用于根据对应于由代表有效或无效输出的穿孔值X和Y组成的星座的穿孔型式对从所述卷积编码器输出的所述编码数据执行穿孔操作，并且输出所述编码数据，
其中所述代表有效或无效输出的穿孔值X和Y指示是否输出编码数据
其中根据所述X和Y的穿孔值，所述有效输出由‘1’表示，并且所述无效输出由‘0’表示，
其中所述星座包括QPSK、16QAM和64QAM之一，
其中，当所述星座是QPSK时，所述穿孔型式是利用一比特输入信号、穿孔值X‘1’、以及穿孔值Y‘1’设置的，以及
为QPSK所编码和输出的所述有效输出是[X1，Y1]；
其中，当所述星座是16QAM时，所述穿孔型式是利用两比特输入信号、穿孔值X(1，1)、以及穿孔值Y(1，1)设置的，以及
为16QAM所编码和输出的所述有效输出是[X1，Y1，X2，Y2]；
其中，当所述星座是64QAM时，所述穿孔型式是利用四比特输入信号、穿孔值X(1，0，1，0)、以及穿孔值Y(1，1，1，1)设置的，以及
为64QAM所编码和输出的所述有效输出是[X1，Y1，Y2，X3，Y3，Y4]。
3.一种使用根据星座符号映射执行信号编码的turbo编码器的信号编码方法，所述编码方法包括步骤：
根据星座为穿孔值X、Y和Z设置一有效输出和一无效输出；以及
基于所设置的X、Y和Z的穿孔型式输出编码信号，
其中所述穿孔值X、Y和Z用于指示是否输出所述编码信号，
其中，根据所述X、Y和Z的穿孔值，所述有效输出由‘1’表示，并且所述无效输出由‘0’表示，
其中所述星座包括QPSK、16QAM和64QAM之一，
其中，当所述星座是QPSK时，所述穿孔型式是利用两比特输入信号、穿孔值X(1，1)、穿孔值Y(1，0)、以及穿孔值Z(0，1)设置的，以及
为QPSK所编码和输出的所述有效输出是[X1，Y1]和[X2，Z2]；
其中，当所述星座是16QAM时，所述穿孔型式是利用两比特输入信号、穿孔值X(1，1)、穿孔值Y(1，0)、以及穿孔值Z(0，1)设置的，以及
为16QAM所编码和输出的所述有效输出是[X1，Y1，X2，Z2]；
其中，当所述星座是64QAM时，所述穿孔型式是利用四比特输入信号、穿孔值X(1，1，1，1)、穿孔值Y(0，1，0，0)、以及穿孔值Z(0，0，1，0)设置的，以及
为64QAM所编码和输出的所述有效输出是[X1，X2，Y2，X3，Z3，X4]。
4.一种用于根据星座符号映射执行卷积编码的信号编码装置，包括：
卷积编码器，用于对输入数据执行卷积编码；以及
穿孔器，用于根据对应于由代表有效或无效输出的穿孔值X、Y和Z组成的星座的穿孔型式对从所述卷积编码器输出的编码数据执行穿孔操作，并且输出所述编码数据，
其中所述代表有效或无效输出的穿孔值X、Y和Z指示是否输出所述编码数据，
其中，根据所述X、Y和Z的穿孔值，所述有效输出由‘1’表示，并且所述无效输出由‘0’表示，
其中所述星座包括QPSK、16QAM和64QAM之一，
其中，当所述星座是QPSK时，所述穿孔型式是利用两比特输入信号、穿孔值X(1，1)、穿孔值Y(1，0)、以及穿孔值Z(0，1)设置的，以及
为QPSK所编码和输出的所述有效输出是[X1，Y1]和[X2，Z2]；
其中，当所述星座是16QAM时，所述穿孔型式是利用两比特输入信号、穿孔值X(1，1)、穿孔值Y(1，0)、以及穿孔值Z(0，1)设置的，以及
为16QAM所编码和输出的所述有效输出是[X1，Y1，X2，Z2]；
其中，当所述星座是64QAM时，所述穿孔型式是利用四比特输入信号、穿孔值X(1，1，1，1)、穿孔值Y(0，1，0，0)、以及穿孔值Z(0，0，1，0)设置的，以及
为64QAM所编码和输出的所述有效输出是[X1，X2，Y2，X3，Z3，X4]。
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