CN101573906A - 具有网格编码调制、多级编码调制(mlcm)和比特交织mlcm(bimlcm)的单载波块传输 - Google Patents

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Abstract

本发明的系统(900)、发射机(700)、接收机(800.a，800.b)和方法提供一种技术，在符号被安排在SCBT块之前使用TCM、MLCM或BIMLCM将数据比特编码成符号。一般而言，TCM、MLCM和BIMLCM在频率选择性信道上没有好的性能。然而，由于SCBT的频域均衡将使信道平坦，因此使用TCM、MLCM和BIMLCM可以提供明显的增益。此外，由于留下某些比特未编码，因此放松了对于编码器和解码器的速度要求。这种特征对于非常高数据率系统尤其重要。

Description

具有网格编码调制、多级编码调制(MLCM)和比特交织MLCM(BIMLCM)的单载波块传输
技术领域
本发明涉及在将符号安排到SCBT块之前对数据进行TCM、MLCM或BIMLCM编码为符号，从而留下一个或多个未编码比特，并且由此改进性能。
背景技术
在单载波块传输(SCBT)系统中，具有长度N的符号块(例如QAM或PSK)前面是保护间隔(GI)(即循环前缀(CP)或零填充(ZP))，之后发送所述符号。如果将NxN傅立叶(Fourier)矩阵用作扩频(码)矩阵，则这种系统等同于具有完全扩频的OFDM系统。SCBT的GI和块格式的使用使得接收机能够避免任何块间干扰并且使用低复杂度频域均衡。因此，与OFDM系统相似，也可以通过更低的计算复杂度来实现SCBT系统。
SCBT系统在解决多径方面具有OFDM系统的优点，但没有OFDM系统的一些缺点，例如高的峰均功率比(PAPR)。就性能而言，如果使用弱的和/或高速率信道码(或没有编码)，则具有GI的单载波系统优于OFDM系统。
在网格编码调制(TCM)中，比特的编码以及已编码比特到星座图的映射并不是独立进行的。相反，基于每一比特享有的来自编码处理的保护级别来将比特映射到星座图。例如，如图1所示，一般使用卷积码来将k个比特编码为n个已编码比特。将这些比特连同m个未编码比特一起映射到2n+m点星座图。对比特进行这样的映射：使得未编码比特的0值和1值被放置在彼此相距较长距离的星座点上。另一方面，对已编码比特进行这样的映射；使得将它们的0值和1值定位在彼此较靠近的星座点上。结果，整体来说，增加了每一比特接收到的保护(距离)。
在多级编码调制中，使用不同码对不同数据比特集合进行编码，或者将其保留为未编码。其后关于已编码比特从每种码接收到的冗余量将已编码比特映射到星座点，如图2所示。还有可能的是，在将某些已编码比特映射到符号之前，对它们进行交织(比特交织MLCM或BIMLCM)。
如果TCM和MLCM经历AWGN信道，则它们可以提供比常规卷积码更好的性能。当存在信道衰落时，TCM和MLCM的性能明显降级。结果，在每一符号经历不同信道增益的OFDM系统中不使用这些方法。在SCBT中，在均衡之后，符号经历等同的AWGN信道。因此，使用TCM和MLCM(或BIMLCM)可以改进性能。需要一种方式，当与交织后的卷积码相比时，使用TCM和MLCM码获得它们的明显更优的性能。
发明内容
本发明所提供的方法、装置和系统提供一种方式，其用于在SCBT系统中采用TCM、MLCM或BIMLCM对少于所有的数据比特进行编码并且将所有编码和未编码数据比特映射到符号，之后将符号安排到SCBT块。与在SCBT系统中惯常使用的交织卷积码相比，本发明可以实现明显更优的性能。
来自TCM、MLCM或BIMLCM的使用的这种性能改善的一个要素在于，与卷积编码SCBT所需的编码器和解码器的速度相比，其放松了编码器和解码器的速度要求。这是由于这样的事实：在本发明中，数据比特中的一个或多个被留下未编码，参见图4和图5。因此，给定期望数据率，仅要求编码器和解码器以传统编码SCBT所需的比特率的一部分而运行。
当采用较大星座图时，本发明适合于任何SCBT系统。本发明对于高带宽效率和高速率系统(例如多吉比特60GHz WPAN系统)尤其有吸引力。
附图说明
图1示出网格编码调制(TCM)；
图2示出多级编码调制(MLCM)；
图3示出传统SCBT系统和根据本发明的系统的性能比较；
图4a)-d)示出根据本发明的8点星座图和BIMLCM的速度减少因素；
图5部分1a)-c)和部分2d)示出根据本发明的16QAM和BIMLCM的速度减少因素；
图6示出具有比特交织卷积码(BICM)的SCBT与具有BIMLCM的SCBT之间的性能比较；
图7示出根据本发明的发射机修改方式；
图8示出根据本发明的接收机修改方式；
图9示出根据本发明修改的通信系统；
图10示出本发明优选实施例的方法的流程图。
具体实施方式
本领域技术人员应理解，为了说明而非限制的目的而提供以下描述。本领域技术人员应理解，存在落入本发明的精神以及所附权利要求的范围内的许多变化。可以从当前描述中省略已知功能和结构的不必要的描述，以免使得本发明模糊。
第一优选实施例采用TCM、MLCM或BIMLCM来将数据比特编码为符号，之后将符号安排在SCBT块中。通常，TCM、MLCM和BIMLCM在频率选择性信道中没有良好的性能。然而，由于SCBT的频域均衡将使得信道平坦(即在均衡之后，可以用AWGN信道来对信道进行建模)，因此使用TCM、MLCM或BIMLCM可以提供明显的增益。此外，由于留下某些比特未编码，因此放松了对于编码器和解码器的速度要求。这种特征对于非常高数据率系统尤其重要。仅作为一个示例，假设具有8PSK调制的SCBT系统，并且对用比特交织卷积编码(也称为比特交织编码调制或BICM)的传统SCBT系统与其中使用2/3或5/6的码速率(即，使用具有相似等效速率的BIMLCM和TCM)的根据本发明的系统的性能进行比较。
为了提供这些等效速率，使用具有速率1/2和3/4的卷积码，其中，每符号一个未编码比特。因此，所得到的总速率是(1+1)/(2+1)＝2/3以及(3+2)/(4+2)＝5/6。在传统和BIMLCM的情况下，在将已编码比特映射到8PSK符号之前，对它们进行交织。将未编码比特映射到8PSK符号，从而用两个相反的星座点来表示它们的0值和1值。
基于所述码，可以使用不同映射方式来将已编码比特和未编码比特映射到符号。在所有情况下，未编码比特的0和1位于彼此远离的星座点。已编码比特的映射将取决于具体码和是使用TCM、MLCM还是BIMLCM。例如，在TCM的情况下，可以使用Ungerboeck分割(UP)。在若干应用中出现对于分割格栅点集合的需要。最公知的示例是格栅码的设计。在此，2n个格栅点的集合(称为信号星座图)被分割为2m个分区，目的在于使得每一分区中的点之间的最小距离最大化。最小分区内距离的最大化对于减少错误解码的概率是重要的。Ungerboeck提出了一种简单的启发式方案，用于对点的初始集合进行连续分割，其中，在每一级，分区数量加倍，并且最小分区内距离对于格栅Z2增长
Figure A20078004094400121
倍。对于BIMLCM的情况，映射操作可以与用于“实用”TCM码的映射操作相似，其中，将已编码比特格雷映射在星座点上。
图3描述以上详细描述的一个示例系统比较的误包率(PER)性能。我们可以观察到，在该特定示例中，TCM和BIMLCM二者比传统系统性能大致好1.5-2dB。此外，本发明优选实施例的方法具有的优点在于，放松了编码器和解码器的速度要求。在传统情况下，编码器和编码器必须以等于比特率的速度操作。另一方面，对于速率2/3和5/6的情况，本发明优选实施例的方法将这种要求分别放松到比特率的1/2和3/5。这是因为在2/3速率的情况下，仅对每2比特中的1个比特进行编码，而在5/6速率的情况下，对每5比特中的3个比特进行编码。
通常，通过正确地设计码和星座图，也可以获得明显的性能增益。
本发明其它实施例包括以下方面，但不限于此：
●进行比特交织或不进行比特交织的MLCM(MLCM或BIMLCM)；
●在映射之后并且在SCBT之前进行符号交织；
●不同的码和/或星座图；以及
●具有自适应GI或没有自适应GI的SCBT。
具体码和星座图的选取确定了系统的数据率和性能(操作范围)。通常存在折衷：速率较高，则范围较短，反之亦然。实际上，如果接收到信号(例如接收到功率)，则通常系统基于其质量(从预定集合)选取码和星座图。因此，当条件良好(短距离)时，系统可以按高速率操作，但当条件不太好时，也能够按减少的速率来操作。
在优选实施例中，对于比特交织MLCM，本发明使用与用于小型星座图的相同的卷积码和穿孔。未编码比特被映射到较远星座点。图4a)-d)示出8点星座图的所得解码速度减少，图5部分1a)-c)和部分2d)示出16QAM星座图的所得解码速度减少。
图4和图5描述了进行BIMLCM的SCBT的某些示例性实施例。使用不同的码速率和未编码比特数来实现不同的总速率。图4和图5分别描述了8点星座图和16点星座图的实施例。相似的方案也可以用于TCM、MLCM以及其它星座图大小。
图6示出对于不同星座图(8PSK、OCT8QAM、SQ8QAM、NS8QAM、REC8QAM、16QAM)以及码速率的传统SCBT系统(BICM)和进行BIMLCM的SCBT的性能。就用于实现0.01PER的所需Es/N0而言示出性能，作为带宽效率(每符号的数据比特数量)的函数。可见，通常，与BICM相比，BIMLCM具有相似或更好的性能。
图7示出根据本发明的发射机的一个实施例。首先，数据比特被划分为两个或更多比特流(示出两个)。以具有k/n的速率的码对一个子流(k)上的比特进行编码(701)。可选地对这些已编码比特进行交织(在BIMLCM中)(702)。其后，将这些比特以及m个未编码比特映射到2m+n点星座图，以形成符号(703)。其后，在将符号安排在SCBT块中之前，可选地对符号进行交织(704)，并且其后添加保护间隔(GI)(705)。
图8示出根据本发明的接收机的一个实施例。在TCM或MLCM的情况下(没有比特交织)(800.a)，首先，移除GI(801.a)并且对块进行均衡(802.a)。其后，计算符号或比特度量(803.a)，并且将其发送到维特比(Viterbi)解码器(804.a)。维特比解码器对已编码比特进行解码，并且同时检测未编码比特。
在BIMLCM的情况下(800.b)，在移除GI(801.b)并且进行均衡(802.b)之后，计算比特度量(803.b)。在对这些比特度量进行解交织(804.b)之后，维特比解码器对已编码比特进行解码(805.b)。其后对已解码比特进行重新编码(806.b)，并且进行交织(807.b)，之后将它们用于检测未编码比特(808.b)。
图9示出通信系统，其包括根据本发明所修改的至少一个发射机700.i以及根据本发明所修改的至少一个接收机800.j。
图10示出本发明优选实施例的方法的流程图，用于增强连续符号s[1]的单载波块传输(SCBT)通信流的性能，其中，1＞1，所述方法包括以下步骤：
指定编码方案和用于所述通信流的星座图(1001)；
根据指定的码和星座图，对于所述SCBT系统的给定速率确定等效码速率(1002)；
对于所确定的速率，指定对应数量的已编码比特，并且因此确定其余数量的m≥1的每符号s[1]未编码比特(1003)；
对于每一连续符号s[1]，执行以下步骤：
-对k个比特进行编码，以形成n个已编码比特(1004)，
-可选地对已编码比特进行交织(1005)，
-将每一符号s[1]的n个已编码比特和m个未编码比特映射到指定的2m+n点星座图的点(1006)，
-可选地对映射符号进行交织(1007)，以及
-将映射符号安排在SCBT块中(1008)。
虽然已经示出并且描述了本发明的优选实施例，但本领域技术人员应理解，在此所描述的系统、装置和方法是说明性的，并且在不脱离本发明真实范围的情况下可以进行各种改变和修改，并且可以将其元件替换为等同物。此外，在不脱离本发明中心范围的情况下，可以进行很多修改，以使得本发明的教导适用于特定情形。因此，本发明不限于作为预期执行本发明的最佳模式的所公开的特定实施例，而是本发明包括落入所附权利要求范围以及实现技术内的所有实施例，而不仅是面向对象的方法，以用作示例的实现方式。

Claims (25)

1.一种用于增强连续符号s[l]的单载波块传输(SCBT)通信流的性能的方法(1000)，其中l＞1，所述方法包括以下步骤：
指定用于所述通信流的编码方案和星座图(1001)；
根据指定的码和星座图，对于所述SCBT系统的给定速率确定等效码速率(1002)；
对于所确定的速率，指定已编码比特的对应数量k，并且因此确定其余数量m≥1的每符号s[l]未编码比特(1003)；
对于每一连续符号s[l]，执行以下步骤：
-对k个比特进行编码，以形成n个已编码比特(1004)，
-将每一符号s[l]的已编码比特和未编码比特映射到指定星座图的点(1006)，以及
-将映射符号安排在SCBT块中(1008)。
2.权利要求1的方法，还包括以下步骤：包括自适应保护间隔。
3.权利要求1的方法，还包括以下步骤：在所述编码步骤(1004)之后并且在所述映射步骤(1006)之前，对比特进行交织(1005)。
4.权利要求1的方法，还包括以下步骤：在所述映射步骤(1006)之前并且在所述安排步骤(1008)之前，对符号进行交织(1007)。
5.权利要求4的方法，还包括以下步骤：在所述编码步骤(1004)之后并且在所述映射步骤(1006)之前，对比特进行交织(1005)。
6.权利要求1的方法，其中，所述编码步骤还包括以下步骤：从包括以下编码方案的组中选择所述编码方案：网格编码调制(TCM)、进行比特交织的卷积码、未进行交织的卷积码、进行比特交织的多级编码调制(MLCM)、以及未进行比特交织的MLCM。
7.权利要求6的方法，还包括以下步骤：包括自适应保护间隔。
8.权利要求6的方法，还包括以下步骤：
对于比特交织的MLCM(BIMLCM)，采用对于小型星座图所使用的卷积码和穿孔作为所述指定的码；并且
其中，所述映射步骤(1006)还包括以下步骤：将未编码比特映射到指定星座图的较远点。
9.权利要求8的方法，还包括以下步骤：在所述映射步骤(1006)之后并且在所述安排步骤(1008)之前，对符号进行交织(1007)。
10.权利要求9的方法，还包括以下步骤：在所述编码步骤(1004)之后并且在所述映射步骤(1006)之前，对比特进行交织(1005)。
11.权利要求10的方法，还包括以下步骤：包括自适应保护间隔。
12.权利要求8的方法，还包括以下步骤：在所述编码步骤(1004)之后并且在所述映射步骤(1006)之前，对比特进行交织(1005)。
13.权利要求12的方法，还包括以下步骤：包括自适应保护间隔。
14.权利要求7的方法，还包括以下步骤：
对于比特交织的MLCM(BIMLCM)，采用对于小型星座图所使用的卷积码和穿孔作为所述指定的码；并且
其中，所述映射步骤(1006)还包括以下步骤：将未编码比特映射到指定星座图的远点。
15.权利要求14的方法，还包括以下步骤：在所述映射步骤(1006)之后并且在所述安排步骤(1008)之前，对符号进行交织(1007)。
16.权利要求15的方法，还包括以下步骤：在所述编码步骤(1004)之后并且在所述映射步骤(1006)之前，对比特进行交织(1005)。
17.权利要求14的方法，还包括以下步骤：在所述编码步骤(1004)之后并且在所述映射步骤(1006)之前，对比特进行交织(1005)。
18.一种用于m+k个数据比特的流的SCBT发射机(700)，包括：
编码器/穿孔器(701)，其通过用具有k/n速率的码对所述m+k个数据比特的流中的k个比特的第一流进行编码，并且输出n个已编码比特的流作为对于符号映射器(703)的输入，由此留下总共m比特的至少一个第二流未编码；
符号映射器(703)，其将由所述编码器/穿孔器(701)输出的所述n个已编码比特与所述至少一个第二流的m比特的组合流的m+n比特映射到预定星座图，并且输出符号流作为对于SCBT模块(705)的输入；
SCBT模块(705)，其将所述符号映射器(703)的输出符号流安排在SCBT块，并且将保护间隔添加至所述SCBT块。
19.权利要求18的发射机，还包括：比特交织器(702)，布置在所述编码器/穿孔器(701)与所述符号映射器(703)之间，以对由所述编码器/穿孔器(701)输出的n个已编码比特的流的比特进行交织，并且输出交织后的n个已编码比特的流作为对于所述符号映射器(703)的输入，替代由所述编码器/穿孔器(701)输出的n个已编码比特的流作为对于所述符号映射器(703)的输入。
20.权利要求18的发射机，还包括；符号交织器(704)，布置在所述符号映射器(704)与所述SCBT模块(705)之间，以对由所述符号映射器(704)输出的符号流进行交织，并且输出交织后的符号流作为对于所述SCBT模块(704)的输入，替代由所述符号映射器(703)输出的符号流作为对于SCBT模块(705)的输入。
21.权利要求20的发射机，还包括：比特交织器(702)，布置在所述编码器/穿孔器(701)与所述符号映射器(703)之间，以对由所述编码器/穿孔器(701)输出的n个已编码比特的流的比特进行交织，并且输出交织后的n个已编码比特的流作为对于所述符号映射器(703)的输入，替代由所述编码器/穿孔器(701)输出的n个已编码比特的流作为对于所述符号映射器(703)的输入。
22.一种接收机(800.a)，用于接收符号的至少一个连续TCM或MLCM SCBT块的流，每一符号具有k个已编码比特和m个未编码比特，所述接收机包括：
从所述流的SCBT块移除保护间隔(GI)(801.a)并且输出没有GI的SCBT块的模块；
均衡器(802.a)，其接收由所述模块输出的没有GI的SCBT块，对接收到的SCBT块进行均衡，并且输出由此均衡的SCBT块；
度量计算器(803.a)，其接收由所述均衡器(802.a)输出的均衡后的SCBT块，计算接收到的SCBT块的比特度量，并且输出因此而计算出的比特度量；
维特比解码器(804.a)，其接收所述比特度量，对所述已编码比特进行解码，并且检测所述SCBT块的未编码比特，并且对于其每一符号，输出m+k个比特的比特流。
23.一种接收机(800.b)，用于接收符号的至少一个连续BIMLCMSCBT块的原始流，每一符号具有k个已编码比特和m个未编码比特，所述接收机包括：
从所述原始流的SCBT块移除保护间隔(GI)(801.b)并且输出没有GI的SCBT块的模块；
均衡器(802.b)，其接收由所述模块输出的没有GI的SCBT块，对接收到的SCBT块进行均衡，并且输出由此均衡的SCBT块；
度量计算器(803.b)，其接收由所述均衡器(802.a)输出的均衡后的SCBT块，计算接收到的SCBT块的比特度量，并且输出由此计算出的比特度量；
比特解交织器(804.b)，其接收所述比特度量，对所述比特度量进行解交织，并且输出解交织的比特度量；
维特比解码器(805.b)，其接收所述解交织比特度量，对所述已编码比特进行解码，并且输出所述已解码比特作为k个已解码比特的流；
编码器/穿孔器(806.b)，其接收并且用具有k/n速率的码对k个比特数据比特流进行重新编码，并且输出n个已编码比特的流；
比特交织器(807.b)，其接收重新编码的n个比特的流，并且对其进行交织，并且输出n个交织比特的流；以及
检测器(808.b)，其接收由所述度量计算器(803.b)输出的计算出的比特度量、由维特比解码器(805.b)输出的k个已解码比特的流、以及由所述比特交织器(807.b)输出的n个交织比特的流，并且检测并输出所述原始流的m个未编码比特。
24.一种用于SCBT TCM和MLCM块的通信系统，包括：
至少一个SCBT发射机(700.i)，用于发送符号的至少一个连续TCM或MLCM SCBT块的流，每一符号具有m+k个数据比特，其中，k个是编码的，而m个是未编码的，所述至少一个SCBT发射机(700.i)包括：
编码器/穿孔器(701)，其用具有k/n速率的码对所述m+k个数据比特的流中的k个比特的第一流进行编码，并且输出n个已编码比特的流作为对于符号映射器(703)的输入，由此留下总共m比特的至少一个第二流未编码，
符号映射器(703)，其将由所述编码器/穿孔器(701)输出的所述n个已编码比特与所述至少一个第二流的m个未编码比特的组合流的m+n比特映射到预定星座图，并且输出符号流作为对于SCBT模块(705)的输入；以及
SCBT模块(705)，其将所述符号映射器(703)的输出符号流安排在SCBT块中，并且将保护间隔添加至所述SCBT块；以及
至少一个接收机(800.a.j)，用于接收所述SCBT发射机(700.i)的发送流，所述至少一个接收机(800.a.j)包括：
接收机(800.a)，用于接收所述发送流，其包括：
从所述流的SCBT块移除保护间隔(GI)(801.a)并且输出没有GI的SCBT块的模块；
均衡器(802.a)，其接收由所述模块输出的没有GI的SCBT块，对接收到的SCBT块进行均衡，并且输出由此均衡的SCBT块；
度量计算器(803.a)，其接收由所述均衡器(802.a)输出的均衡后的SCBT块，计算接收到的SCBT块的比特度量，并且输出由此计算出的比特度量；和
维特比解码器(804.a)，其接收所述比特度量，对所述已编码比特进行解码，并且检测所述SCBT块的未编码比特，并且对于其每一符号，输出m+k个比特的比特流。
25.一种用于BIMLCM块的通信系统，包括：
至少一个SCBT发射机(700.i)，用于发送符号的至少一个连续BIMLCM SCBT块的流，每一符号具有m+k个数据比特，其中，k个是编码的，而m-n个是未编码的，所述至少一个SCBT发射机(700.i)包括：
编码器/穿孔器(701)，其通过具有k/n速率的码对所述流中的m+k个数据比特的k个比特的第一流进行编码，并且输出n个已编码比特的流，由此留下总共m比特的至少一个第二流未编码，
比特交织器(702)，其接收由所述编码器/穿孔器(701)输出的n个已编码比特的流的比特并且对其进行交织，并且输出交织的n个已编码比特的流，
符号映射器(703)，其将由所述编码器/穿孔器(701)输出的所述n个已编码比特与所述至少一个第二流的m比特的组合流的m+n比特映射到预定星座图，并且输出符号流，
符号交织器(704)，用于接收由所述符号映射器(704)输出的符号流并且对其进行交织，并且输出交织的符号流，以及
SCBT模块(705)，用于接收由所述符号交织器(703)输出的交织符号流并且将其安排在SCBT块中，并且对其添加保护间隔；
至少一个接收机(800.b.j)，用于接收所述SCBT发射机(700.i)的发送流，所述至少一个接收机(800.a.j)包括：
从所述接收到的流的SCBT块移除保护间隔(GI)(801.b)并且输出没有GI的SCBT块的模块；
均衡器(802.b)，其接收由所述模块输出的没有GI的SCBT块，对接收到的SCBT块进行均衡，并且输出由此均衡的SCBT块；
度量计算器(803.b)，其接收由所述均衡器(802.a)输出的均衡后的SCBT块，计算接收到的SCBT块的比特度量，并且输出由此计算出的比特度量；
比特解交织器(804.b)，其接收所述比特度量，对所述比特度量进行解交织，并且输出解交织的比特度量；
维特比解码器(805.b)，其接收所述解交织比特度量，对所述已编码比特进行解码，并且输出所述已解码比特作为k个已解码比特的流；
编码器/穿孔器(806.b)，其接收并用k/n速率的码对k个比特数据的流重新编码，并且输出n个已编码比特的流；
比特交织器(807.b)，其接收重新编码的n个比特的流，并且对其进行交织，并且输出n个交织比特的流；以及
检测器(808.b)，其接收由所述度量计算器(803.b)输出的计算出的比特度量、由维特比解码器(805.b)输出的k个已解码比特的流、以及由所述比特交织器(807.b)输出的n个交织比特的流，并且检测和输出所述接收到的流的m个未编码比特。
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