CN101945080B - 用于在一分层调制系统中解码数据的方法和装置 - Google Patents

Abstract

用于分层调制系统的一种解码机可被配置成独立且并发地解码基层和增强层中的每一个。基层解码器和增强层解码器可基本平行地配置，并可各自对相同的接收分层调制码元并发地进行操作。基层解码器和增强层解码器中的每一个可配置有一比特度量模块，该模块被配置成基于该接收码元来确定信号质量度量。在具有经turbo编码数据的系统中，该比特度量模块可被配置成确定对数似然比。该比值部分地基于信道估计以及在该分层调制星座中使用的能量比。

Description

用于在一分层调制系统中解码数据的方法和装置

本申请是申请号为200680004722.8、PCT国际申请号为PCT/US2006/000996、国际申请日为2006年1月10日、题为“用于在一分层调制系统中解码数据的方法和装置”的申请的分案申请。

相关申请的交叉参照

本申请要求2005年1月11日提交的题为“LAYERED MODULATION(分层调制)”的美国临时申请No.60/643,263的优先权，其全部内容援引包含于此。

发明背景

无线通信系统不断力求增大数据带宽以使信息能在耦合到该通信系统的设备之间迅速交换。限制了各设备可用数据带宽的参数中的一部分包括分配给这些设备的频谱带宽、以及链接这些设备的信道的质量。

无线通信系统使用各种技术来补偿对于数据带宽的各种约束。有一种无线通信系统可纳入多种编码技术，并可基于信道所支持的数据率来选择一种编码技术。在这一系统中，各通信设备可基于信道的能力来协商数据率。这一通信系统对于多点对点链路可能是有利的，但是在单个发射机向多个接收机提供基本相同数据的分布式广播系统中就可能不那么理想了。

无线通信系统可纳入分级调制，也称为分层调制，其中多个数据流跨数据层分级结构被同时发送。这多个数据流可包括一基层，它是在几乎所有接收机工作状况下均能成功接收的稳健通信链路。这多个数据流还可包括一增强层，它在低于、等于、或高于基层数据率的数据率下广播。与基层相比，在增强层上的通信可能要求在接收机处有较高的信号质量。因此，增强层可能对信道质量中的变动更加敏感。

接收机通常被确保具有在基层通信的能力，并且通常可解调基层上的数据。在足以支持增强层的信道状况下，接收机还能解调在增强层上调制的附加数据以提供更高质量的服务或提供附加的数据带宽。

分层调制信号的使用相当程度地使得接收机操作复杂化。但是接收机可能是具有受限功率容量或受限处理能力的便携式接收机。因分层调制的纳入导致的接收机的复杂化与减小接收机的尺寸、功耗及成本的努力背道而驰。

发明概述

用于分层调制系统的一种解码器可被配置成独立且并发地解码基层和增强层中的每一个。基层解码器和增强层解码器可基本平行地配置，并可各自对相同的接收分层调制星座点并发地进行操作。基层解码器和增强层解码器中的每一个可配置有一比特度量模块，该模块被配置成基于该接收星座点来确定信号质量度量。在具有turbo编码数据的系统中，该比特度量模块可被配置成确定对数似然比。该比值部分地基于信道估计以及在该分层调制星座中使用的能量比。

本发明的各方面包括一种被配置成解码具有分层调制信号的接收信号的接收机。该接收机包括：RF处理器，它被配置成接收该分层调制数据，并被配置成将该分层调制数据变频成基本是基带频率；基层解码器，耦合到该RF处理器并被配置成解码来自该分层调制数据的基层数据；以及增强层解码器，耦合到该RF处理器并被配置成解码来自该分层调制数据的增强层数据，该增强层解码器基本上独立于基层解码器工作。

本发明的各方面包括一种被配置成解码具有分层调制数据的接收信号的接收机。该接收机包括：RF处理器，它被配置成接收一OFDM码元，其中该OFDM码元中的至少一个副载波携带分层调制数据；FFT模块，耦合到该RF处理器并被配置成将该OFDM码元变换成多个副载波；基层解码器，耦合到该FFT模块并被配置成解码来自该携带分层调制数据的至少一个副载波的基层数据；以及增强层解码器，耦合到该FFT模块并被配置成解码来自该携带分层调制数据的至少一个副载波的增强层数据，该增强层解码器基本独立于基层解码器工作。

本发明的各方面包括一种被配置成解码具有分层调制数据的接收信号的接收机。该接收机包括：RF处理器，它被配置成接收该分层调制数据；基层解码器，耦合到该RF处理器并被配置成解码来自该分层调制数据的基层数据，该基层解码器包括被配置成确定来自该分层调制数据的基层数据的对数似然比的基比特度量模块；以及增强层解码器，耦合到该RF处理器并被配置成解码来自该分层调制数据的增强层数据，该增强层解码器包括被配置成确定来自该分层调制数据的增强层数据的对数似然比的增强比特度量模块。

本发明的各方面包括一种解码分层调制信号的方法。该方法包括：接收该分层调制信号，解码来自该分层调制信号的基层数据；以及与解码该基层数据基本并发地解码来自该分层调制信号的增强层数据。

本发明的各方面包括一种被配置成存储一条或多条处理器可使用指令的机器可读存储装置。这些指令包括：接收一包括分层调制信道中的数据的OFDM码元；部分地基于该OFDM码元生成一信道估计；解码来自该分层调制信道的基层数据；以及与解码基层数据并发地、并且基本上独立于该基层解码地解码来自该分层调制信道的增强层数据。

本发明的各方面包括一种被配置成编码具有分层调制数据的信号的发射机。该发射机包括：基层编码器，它被配置成将基层数据编码成基层码元；增强层编码器，它被配置成将增强层数据编码成增强层码元；信号映射器，耦合到该基层编码器和增强层编码器，并被配置成将至少一个基层码元与至少一个增强层码元相组合地映射到一分层调制星座点；以及副载波分配模块，它被配置成基于从多个能量比中选择的一个能量比以该分层调制星座点来调制来自一逻辑信道的至少一个音调。

本发明的各方面包括一种发送具有分层调制数据的信号的方法。该方法包括将基层信号编码成基层码元，将增强层信号编码成增强层码元，并将一基层码元与一增强层码元一起映射到具有从多个能量比中选择的一个能量比的分层调制星座中的一个星座点。

本发明的各方面包括一种被配置成解码具有分层调制数据的接收信号的接收机。该接收机包括：用于接收分层调制信号的装置；用于解码来自该分层调制信号的基层数据的装置；以及用于与解码该基层数据基本上并发地解码来自该分层调制数据的增强层数据的装置。

本发明的各方面包括一种被配置成编码具有分层调制数据的信号的发射机。该发射机包括：用于将基层信号编码成基层码元的装置；用于将增强层信号编码成增强层码元的装置；以及用于将一基层码元与一增强层码元一起映射到层中的一个星座点的装置。

附图简要说明

通过结合附图领会以下阐述的详细说明，本公开的各实施例的特征、目的和优点将变得更加显而易见，在附图中相似的要素标有相同的参考标号。

图1是纳入分层调制的无线通信系统的一个实施例的功能框图。

图2A到2B是分层调制的一个实施例的星座图。

图3是一分层编码调制系统中的发射机的一个实施例的功能框图。

图4是被配置用于在一分层调制系统中工作的接收机的一个实施例的功能框图。

图5是对应于增强层数据的一个实施例的LLR与接收信号的相关部分的关系的标绘图。

图6是对应于基层的LLR与接收信号的相关部分的关系的标绘图。

图7A到7B是接收和发送分层调制信号的实施例的简化流程图。

图8是一分层编码调制系统中的发射机的一个实施例的简化功能框图。

图9是被配置用于在一分层调制系统中工作的接收机的一个实施例的简化功能框图。

发明具体说明

一种接收机以及接收机中的多个解码器可被配置成解码分级或分层调制数据。该接收机的操作和处理负荷被简化，因为一基层解码器可被配置成与一增强层解码器基本并行地工作。该基层解码器和增强层解码器可被配置成在一分层调制星座中的相同接收星座点上并发地工作。该增强层解码器可基本上独立于该基层解码器工作，并且在解码增强层时不依赖于来自基层解码器的结果。

该接收机可被配置成解码已被turbo编码的分层调制数据。在这一实施例中，接收机可包括被基本上并行地配置的基层解码器和增强层解码器。基层解码器和增强层解码器各自可包括一比特度量模块，该比特度量模块可被配置成确定信号质量度量，诸如对数似然比等。

对数似然比值至少部分地基于接收信号以及信道估计。这些比特度量模块可被配置成对照预定阈值比较信道估计，以确定在确定LLR值时是要使用该实际信道估计还是一预定值。通过对基层和增强层LLR确定均使用相同的信道估计阈值可简化接收机操作。基于不同的分层调制能量比，可使用不同的信道估计阈值。

图1是纳入了分级调制——或称为分层调制——的无线通信系统100的一个实施例的功能框图。该系统包括可与用户终端110通信的一个或多个固定的元件。用户终端110可以是例如被配置成根据一种或多种使用分层调制的通信标准操作的无线电话。例如，用户终端110可被配置成接收来自第一通信网络的无线电话信号，并可被配置成接收来自第二通信网络的数据和信息。在一些实施例中，这两个通信网络均可实现分层调制，而在其它实施例中，其中一个通信网络可实现分层编码调制。

用户终端110可以是便携式单元、移动单元、或固定单元。用户终端110也可被称为移动单元、移动终端、移动台、用户设备、手提、电话，诸如此类。尽管图1中仅示出了单个用户终端110，但是可以理解，典型的无线通信系统100具有与多个用户终端110通信的能力。

用户终端110通常与在此被描绘为分扇区蜂窝塔的一个或多个基站120a或120b通信。用户终端110通常将与在用户终端110内的接收机处提供最强信号强度的那个基站——例如120b——通信。

基站120a和120b各自可被耦合到基站控制器(BSC)140，该BSC 140路由往返于适当基站120a和120b的通信信号。BSC 140被耦合到移动交换中心(MSC)150，该MSC 150可被配置成作为用户终端110与公共交换电话网(PSTN)150之间的接口来工作。MSC还可被配置成作为用户终端110与一网络160之间的接口来工作。网络160可以是例如局域网(LAN)或广域网(WAN)。在一个实施例中，网络160包括因特网。因此，MSC 150被耦合到PSTN 150和网络160。MSC150还可被耦合到一个或多个媒体源170。媒体源170可以是例如由系统供应商提供的可供用户终端110访问的媒体库。例如，系统供应商可提供可供用户终端110点播访问的视频或某种其它形式的媒体。MSC 150还可被配置成协调与其它通信系统(未示出)的系统间换手。

在一个实施例中，基站120a和120b可被配置成向用户终端110发送分层调制信号。例如，基站120a和120b可被配置成发送可被导向用户终端110以及其它接收机(未示出)的多播信号。分层调制信号可包括稳健配置的基层信号、以及在较低链路裕量下工作并因而对信道中的变化更为敏感的增强层信号。增强层可被配置成向在基层上提供的数据提供补充数据，或提供具有较低服务质量要求的独立数据。

无线通信系统100还可包括被配置成向用户终端110发送分层调制信号的广播发射机180。在一个实施例中，广播发射机180可与基站120a和120b相关联。在另一实施例中，广播发射机180可以不同于并且独立于包含基站120a和120b的无线电话系统。广播发射机180可以是但不限于是音频发射机、视频发射机、无线电发射机、电视发射机，诸如此类，或者这些发射机的某种组合。尽管在无线通信系统100中仅示出了一个广播发射机180，但是无线通信系统100可被配置成支持多个广播发射机180。多个广播发射机180可在重叠的覆盖区域中发送信号。用户终端110可并发地接收来自多个广播发射机180的信号。这多个广播发射机180可被配置成广播相同的、不同的或是相似的广播信号。例如，覆盖区域与第一广播发射机的覆盖区域重叠的第二广播发射机也可广播第一广播发射机所广播的部分信息。

广播发射机180可被配置成接收来自广播媒体源182的数据，并可被配置成分级地编码该数据，基于该分级编码数据调制一信号，并将该已调制分级编码数据广播到该数据可被用户终端110接收到的服务区域。广播发射机180可从接收自广播媒体源182的数据生成例如基层数据和增强层数据。

如果增强层不携带对基层上所携带的数据而言冗余的数据，则该分层调制数据配置将可是有利的。另外，接收机不能解码增强层不会导致服务丢失。例如，基层可被配置成放送标准视频分辨率下的视频，而增强层可提供提高接收视频信号的分辨率或SNR的附加数据。在另一个实施例中，基层可被配置成提供具有预定质量的信号，诸如15帧每秒下的视频信号，而增强层可被配置成补充基层上所携带的信息。例如，增强层可被配置成携带用于支持30帧每秒下的视频信号的信息。在这一配置中，不能解码增强层数据导致较低分辨率的信号、较低的信号质量或SNR，但不会导致信号的完全丢失。

用户终端110可被配置成解调接收信号并解码基层。用户终端110中的接收机作为基层解码器的一标准部分可实现差错控制机制。用户终端110中的接收机可使用基层解码器的差错控制机制来确定成功解码增强层的概率。用户终端110中的接收机然后可基于基层解码中使用的差错控制机制中生成的统计数据或度量来确定是否要解码增强层。

在另一个实施例中，用户终端110可被配置成基本并发地解码基层和增强层，而在解码增强层时不依赖于基层信息。例如，用户终端110可被配置成确定单一解码器阈值，并在解码基层和增强层两者时使用该单一解码器阈值。该解码器阈值可部分地基于分层调制数据的特性。例如，该解码器阈值可基于增强层与基层的功率或能量比。该解码器阈值还可部分地基于期望差错率，诸如码元差错率、比特差错率、分组差错率、或帧差错率等。该解码器阈值可以是固定的，或可基于例如变化的期望服务质量或是变化的分层调制数据特性而改变。

图2A是分层调制实现的一个实施例的星座图200。作为一示例，图1的无线通信系统100可按图2A中所示的方式实现分层调制。该分层调制实现可被称为正交相移键控(QPSK)叠QPSK。该实现包括一QPSK调制基层。尽管图2A中示出了一种QPSK叠QPSK分层调制实现，但是本文中所公开的解码器装置和方法并不限定于任何特定类型的分层调制。例如，其它分层调制实施例可使用16-QAM叠QPSK、或其它某种形式的分层调制。

QPSK基层由4点202a-202d定义。但是，如稍后所述，这些点无须对应于分层调制中的实际星座点。增强层也被QPSK调制。经QPSK调制的增强层在QPSK基层星座之上出现。对应于增强层的QPSK星座包括4个位置，但是该星座可将基层的4个星座点202a-202d中任何一个作为中心。

作为一个示例，一基层点202b出现在第二象限，在此同相(I)信号分量为负而正交(Q)信号分量为正。在基层点202b之上是增强层的4个星座点210a-210d。类似地，对应于基层的点202a-202d的每一象限有增强层的4个星座点。

基层和增强层数据可基于预定映射或算法被映射到一星座点。例如，基层数据和增强层数据各自可包括每码元2比特，从而基层与增强层数据的组合是4比特。映射操作可取这4比特并将它们映射到来自诸如16-QAM星座或QPSK叠QPSK星座等预定星座的一星座点。

图2B是一特定分层调制实现的一个实施例的星座图260。图2B的星座图260基本上是一16-QAM星座，其中基层数据映射到该星座的一特定象限，而增强层数据映射到该星座内的该特定位置。16-QAM星座260无须一致地间隔，但可被修改为在每一象限内具有一致的间隔，而在不同象限内最近点之间有不同的间隔。此外，该星座中的一些点可关于该象限的中点镜像反射。

信号映射块的输入包括来自基层的2比特(b₁ b₀)和来自增强层的2比特(e₁ e₀)。基层流以与增强层流相比较高的功率电平发射，并且能量比r满足以下关系：

$r=\frac{{\mathrm{\α}}^2}{{\mathrm{\β}}^2}$

通过将平均星座点能量(＝2α²+2β²)归一化到1，α和β可用能量比r的形式表达为

$\mathrm{\α}=\sqrt{\frac{r}{2(1+r)}}$

$\mathrm{\β}=\sqrt{\frac{1}{2(1+r)}}$

一OFDM系统的同一逻辑信道中的多个音调可使用相同的能量比，其中一个逻辑信道可包括来自该OFDM音调组的一个或多个音调。但是，能量比在逻辑信道之间可以改变。因此，信号映射块可根据能量比将相同数据映射到不同星座，其中星座由能量比决定。由此，一OFDM码元可包括多个逻辑信道。一特定逻辑信道的音调相对于与同一OFDM码元中的另一逻辑信道相对应的音调可具有不同的能量比。

例如，一信号映射块可被配置成将基层和增强层数据映射到两个星座之一，在此这两个星座对应于能量比4和9。注意，该分层调制信号星座遵循Gray映射，并且用于分层调制的信号星座在能量比r等于4时等效于16-QAM的信号星座。

在其它实施例中，用于分层调制的信号星座是两个定标QPSK信号星座的简单相加。QPSK星座的这一简单相加并不像图2B中所示的星座那样遵循Gray映射规则。不遵循Gray映射的信号星座与遵从Gray映射的星座相比可能会提供降低的性能。

定义基层和增强层的各个象限的基础数据可使用一个或多个编码过程来编码。所使用的编码过程可以是任何编码过程，并且编码的类型不对本文中所公开的解码装置和方法构成限定，除非是该解码器专用于一特定编码器。该编码器可包括例如卷积编码器、turbo编码器、块编码器、交织器、CRC编码器、这些编码器的组合，诸如此类，或是其它某种用于编码数据的过程或装置。

图3是被配置成用于一分层调制系统的发射机300的一个实施例的功能框图。在一个实施例中，发射机300可用图1系统的广播发射机实现。图3的发射机300可被配置用于使用图2B星座的正交频分多址(OFDMA)或正交频分复用(OFDM)系统中的分层调制。但是，图3中所示的发射机300代表了一个实施例，而不对所公开的解码器装置和方法构成限定。例如，一单载波系统可用分层调制数据调制，并且接收机中相应的解码器可被配置成对具有分层调制的单载波进行操作。

发射机300可分别包括基本相似的基层和增强层处理块310和320。基层处理块310可被配置成将基层数据处理成所需的调制格式，例如QPSK。增强层处理块320可被类似地配置成将增强层数据处理成所需的调制格式，例如QPSK。

基层处理块310和增强层处理块320从源编码器(未示出)接收相应的数据，该源编码器可以是图1的广播媒体源。在一个实施例中，基层数据和增强层数据可包括视频信号、音频信号、或视频与音频信号的某种组合。基层中的视频/音频信号对应于在接收机处再现基本服务质量所需的数据。增强层中的视频/音频信号对应于在接收机处生成更高服务质量所需的附加数据。因此，能够解码两个层(基层和增强层)的用户可充分享受增强质量的视频/音频信号，而能够解码基层的用户可获得最小质量的视频/音频信号。

在基层处理块310和增强层处理块320各自内部，数据被耦合到Reed Solomon编码器301或311以进行块编码。Reed Solomon编码器301和311的输出被耦合到相应的turbo编码器303和313。turbo编码器303和313可被配置成根据预定编码率来对数据进行turbo编码。该编码率可以是固定的，或可从多个编码器速率中选择。例如，turbo编码器303和313可被独立配置成提供1/3、1/2或2/3的编码率。

turbo编码器303和313的输出被耦合到相应的比特交织器305和315以提高抗猝发差错能力。比特交织器305和315的输出被耦合到相应的时隙分配模块307和317。时隙分配模块307和317可被配置成使已编码码元与预定时隙——诸如在时分复用系统中是交织时隙——时间对齐。时隙分配模块307和317的输出被耦合到相应的扰码器309和319。扰码器309和319的输出代表了已编码的基层和增强层码元。

来自这两个层的码元在信号映射块330处被组合。信号映射块330可被配置成将基层和增强层码元映射到星座中一特定点以进行分层调制。例如，信号映射块330可被配置成将一个或多个基层码元连同一个或多个增强层码元映射到分层调制星座中的单个点。信号映射块330可被配置成将每个逻辑信道映射到一具有预定能量比的星座。但是，不同的逻辑信道可被映射到具有不同能量比的星座。

信号映射块330的输出被耦合到时间交织器340，该时间交织器340被配置成将所映射的星座点交织到一特定逻辑信道。如前所述，该系统可实现时分复用配置，在此单个逻辑信道与多个其它逻辑信道时间复用。逻辑信道的集合可被时间交织，或使用诸如循环(round robin)分配等预定时间复用算法被时间复用。

时间交织器340的输出被耦合到副载波分配模块350。该副载波分配模块可被配置成将来自一OFDM音调集的一个或多个音调、频率、或副载波分配给每组时间交织逻辑信道。分配给一组时间交织逻辑信道的副载波子集的范围可从一个信道到多个信道直至所有可用副载波。副载波分配模块350可根据一预定算法将串行时间交织的一组逻辑信道映射到一副载波子集。该预定算法可被配置成以持久化方式分配这些逻辑信道，或可被配置成根据跳频算法来分配副载波。

副载波分配模块350的输出被耦合到OFDM码元模块360，该OFDM码元模块360被配置成基于所分配的分层调制码元来调制副载波。来自OFDM码元模块360的已调制OFDM副载波被耦合到IFFT模块370，该IFFT模块370可被配置成生成一OFDM码元并在后部或前部附加预定长度的循环前缀。

来自IFFT模块370的OFDM码元被耦合到整形块380，在此OFDM码元可被整形、削波、开窗，或进行其它处理。整形块380的输出被耦合到发射RF处理器390以转换到期望工作频带来发射。例如，发射RF处理器390的输出可包括或被耦合到一天线(未示出)以进行无线发射。

图4是被配置成解码由图3的发射机生成的分层调制数据的接收机400的功能框图。在一个实施例中，接收机400可在图1系统的用户终端中实现。

接收机400包括接收RF处理器，该接收RF处理器被配置成接收这些发射RF的OFDM码元，对它们进行处理并将它们变频成基带OFDM码元、或变频成基本为基带信号。如果从基带信号的频率偏移是信号带宽的一个零头，或者如果信号在足够低的中频处以允许直接处理该信号而无须进一步变频，则信号可被称为基本为基带信号。来自接收RF处理器410的OFDM码元被耦合到FFT模块420，该FFT模块420被配置成将这些OFDM码元变换到这些分层调制频域副载波。

FFT模块420可被配置成将诸如预定的导频副载波等一个或多个副载波耦合到信道估计器430。这些导频副载波可以是例如等间隔的一组或多组OFDM副载波。信道估计器430被配置成利用这些导频副载波来估计对接收OFDM码元有影响的各个信道。在一个实施例中，信道估计器430可被配置成确定与每一副载波相对应的信道估计。一特定副载波处的信道估计可被用作例如在导频副载波的预定相干带宽内的那些副载波等邻近副载波的信道估计。

来自FFT模块420的副载波以及这些信道估计被耦合到副载波码元解交织器440。码元解交织器440可被配置成反转由图3的副载波分配模块执行的码元映射。

接收机400被配置成对每个OFDM副载波或音调执行基层解码和增强层解码。为清楚和简明起见，图4示出了一种单基层解码器和增强层解码器。

该基层解码器和增强层解码器可基本并行地操作。每一解码器模块可被配置成在相同的接收星座点上并发地操作。增强层解码器由此可基本上独立于基层解码器操作，并且在解码增强层数据时不依赖于基层解码器的结果。只要增强层解码器不依赖于从基层解码器获得的解码结果，基层解码器和增强层解码器就可被视为基本独立地操作，即便这些解码器共用某些子模块。由此，基层解码器和增强层解码器可共用信道估计，并且甚至可共用单个比特度量模块，例如450。然而，如果增强层解码器在解码增强层数据时不依赖于基层解码器的结果，则这两个解码器可被视为是基本独立的。

图4的接收机400的实施例中所示的这些解码器被配置成对经turbo编码的分层调制数据进行解码。当然，如果发射机被配置成生成其它某种类型的编码，则接收机400中的解码器将与该解码器类型相匹配。例如，发射机可被配置成使用turbo编码、卷积编码、低密度奇偶校验(LDPC)编码、或其它某种编码类型来编码数据。在这一实施例中，接收机400配置有互补的解码器。由此，接收机400中的基层解码器和增强层解码器各自可被配置成提供turbo解码、诸如使用维特比解码的卷积解码、LDPC解码、或其它某种解码器或这些解码器的组合。

每一分层调制音调被耦合到基层比特度量模块450和增强层比特度量模块460。比特度量模块450和460可对分层调制音调操作，以确定指示接收星座点的质量的度量。

在星座点中表示的码元被turbo编码的一个实施例中，比特度量模块450和460可被配置成确定由星座点表示的接收码元的对数似然比(LLR)。LLR是似然比的对数。该比值可被定义为原始比特为1的概率比上原始比特等于0的概率。或者，该比值可用相反方式定义，其中LLR是原始比特为0的概率比上原始比特等于1的概率。这两种定义之间没有本质差异。比特度量模块450和460可利用例如星座点幅值和信道估计来确定这些LLR值。

每个比特度量模块450和460利用信道估计和接收信号来确定LLR值。也可利用噪声估计。但是，如果使用了无论噪声估计为何均提供相同结果的turbo解码方法，则噪声估计项可被基本忽略。在这一实施例中，比特度量模块450和460的硬件在计算LLR值时可使用预定值作为噪声估计。

基比特度量模块450的输出被耦合到基层处理器470。增强层比特度量模块460的输出被耦合到在功能上基本与基层处理器470相似地工作的增强层处理器480。例如，LLR值从比特度量模块450和460被耦合到相应的基层或增强层处理器470和480。

基层处理器470包括解扰码器472，该解扰码器472被配置成对接收LLR值进行操作以反转在编码器中执行的码元扰码。码元解扰码器472的输出被耦合到配置成将先前交织的码元解交织的比特交织器474。比特解交织器474的输出被耦合到turbo解码器476，该turbo解码器476被配置成根据turbo编码器所使用的编码率来将经turbo编码的码元解码。例如，turbo解码器476可被配置成对经1/3、1/2或2/3速率turbo编码的数据执行解码。turbo编码器476对LLR值进行操作。来自turbo解码器476的解码输出被耦合到Reed Solomon解码器478，该Reed Solomon解码器478可被配置成部分地基于Reed Solomon编码比特来恢复基层比特。结果所得的基层比特被传送到源解码器(未示出)。

增强层处理器480与基层处理器470类似地操作。解扰码器482从增强比特度量模块460接收LLR值。其输出被耦合到比特解交织器484和turbo解码器486。turbo解码器486的输出被耦合到Reed Solomon解码器488。结果所得的增强层比特被传送到源解码器(未示出)。

LLR的确切表达式由下式给出：

${\mathrm{LLR}}_i=\log \frac{\underset{x:x_i=0}{\mathrm{\Σ}}\exp (-{|y-\mathrm{hx}|}^2/N_0)}{\underset{x:x_i=1}{\mathrm{\Σ}}\exp (-{|y-\mathrm{hx}|}^2/N_0)}.$

在此式中，LLR_i是由该调制码元编码的第i比特的LLR，而x_i表示星座点x的第i比特。值y表示接收码元，h表示信道估计，而N₀表示噪声估计。计算精确解通常太复杂或是处理太密集以至于在实践中难以实现。

一种近似可被确定为变量的最大值。对于QPSK，此近似实际上对应于精确的LLR表达式。如果我们使用此近似，则以下结果成立：

${\mathrm{LLR}}_i=\frac{2\mathrm{Re}\left|h(b-a)y^{*}\right\}}{N_0}+\frac{{\mathrm{hh}}^{*}}{N_0}({\mathrm{aa}}^{*}-{\mathrm{bb}}^{*}).$

在此，b是星座中最近的0比特点，而a是星座中最近的1比特点。一旦确定了具体的调制方案，该式可被进一步简化。

图5和6提供了当使用图2B中所示的星座进行调制时基层和增强层数据的LLR的标绘图。图5示出的是增强层的e₀比特的LLR。但是，增强层的e₁比特的LLR的标绘图是基本相同的，只是横轴改为指示接收信号的实部。类似地，图6示出的是基层的b₀比特的LLR。但是，基层的b₁比特的LLR的标绘图是基本相同的，只是横轴改为指示接收信号的虚部。

在LLR计算块中，LLR值取决于来自信道估计块的信道估计。每一层的性能取决于正在信道估计块中使用的阈值。该信道估计阈值表示在此值以上则使用信道估计。亦即，如果信道估计超过该阈值，则使用实际的信道估计。反之，如果信道估计小于该阈值，则信道估计被赋予一预定值，该预定值可以是例如0或其它某个足够小的值。如果信道估计等于该阈值，则接收机可被配置成使用实际信道估计或使用该预定值。只要决策被一致地贯彻，任一选项均是实用的。

接收机中的信道估计模块为诸如OFDM系统等多信道系统中的每个音调估计信道。由此，信道估计模块或每个比特度量模块可将信道估计与阈值相比较。在信道估计模块处执行信道估计与阈值的比较可能是有利的。

在一个实施例中，信道估计模块可被配置成从FFT模块的输出分离在信道估计中使用的导频音。信道估计模块然后可使用例如傅立叶逆变换(IFFT)将这些导频样本变换成时域信道估计。每一时域抽头表示信道估计的一个分量。信道估计模块然后可基于信道估计阈值对各个时域样本或抽头进行滤波。信道估计模块可将每一实际时域抽头的幅值与信道估计阈值相比较。信道估计模块可基于此比较来选择实际时域抽头或预定值当中的一个。一旦信道估计模块基于信道估计阈值处理了时域抽头，信道估计模块就可将经处理的时域样本或抽头变换回频域信道估计。例如，信道估计模块可对经处理的时域抽头进行傅立叶变换以生成频域信道估计。

信道估计阈值是使用以下两个信道模型的模拟来最优化的；120千米/小时的反复的国际电信同盟(ITU)行人B(PEDB)模型，以及20千米/小时的反复的高级电视制式委员会(ATSC)模型。

表1示出了基层的最优阈值的示例，而表2示出了增强层的最优阈值。当turbo码率为2/3时，由于RF固有噪声电平和源于多普勒(Doppler)速度的码片间干扰(ICI)，增强层不能实现0.01的分组差错率(PER)。这些表中示出的标量阈值是指作用于归一化信道估计值以达到信道估计阈值的标量乘数。例如，该归一化信道估计值可以是从导频音得到的时域抽头的均值。

表1基层的最优阈值

表2增强层的最优阈值

这两张表示出，最优阈值在各信道模型上几乎是恒定的，但取决于层、码率、以及两层之间的能量比而改变。从实现的角度来看，通过对两层使用相同的阈值可简化接收机结构。使用相同阈值与使用单独优化的阈值相比可能导致一定程度的信号降级。一个实施例以低于0.5dB的损失(降级)为目标以消除要有两个单独阈值的必要。表3示出了这种单阈值的结果。

表3两层共用的阈值，允许0.5dB的损失

此表示出，对于能量比4，如果我们允许两层容忍0.5dB的性能损失，则两层可以用相同的阈值。但是，对于能量比9是不可行的。对于频率选择性低于PEDB信道的ATSC信道，可能在0.5dB的损失内具有相同的阈值。但是，对于PEDB信道，具有相同的阈值是不可能的。如果我们允许1dB的性能损失，则对于能量比9也可能使用相同阈值。

图7A是接收分层调制信号的方法700的一个实施例的简化流程图。方法700可由例如图4的接收机执行。

方法700从框710开始，在此接收机接收一分层调制信号。该接收机前行至框720并基于接收的分层调制信号生成信道估计。

信道估计可使用一个或多个导频音来生成，并可包括对信道估计进行筛选。接收机可通过将每一信道估计分量与一阈值相比较来对信道估计进行筛选。接收机可基于该比较来对每一信道估计分量选择实际信道估计分量或一预定值。在一个实施例中，该预定值为0或基本可忽略的信号值。基本可忽略的值是对信道估计实质上没有贡献任何显著信号的值。

在生成信道估计之后，接收机前行至两条基本上独立的路径。在第一条路径中，接收机前行至框732并确定基层比特度量。该比特度量可以是例如如上所述的对数似然比(LLR)。接收机从框732前行至框734并解码基层。接收机可部分地基于基层LLR和该信道估计来解码基层。

第二路径从框742开始，在此接收机确定增强层比特度量。接收机可确定例如增强层信号的LLR。接收机前行至框744并部分地基于增强层LLR和该信道估计来解码增强层。

图7B是发送分层调制信号的方法702的简化框图。方法702可例如由图3的发射机执行。

方法702从框750开始，在此发射机编码基层信号。发射机可被配置成使用块码、turbo码、交织器、扰码器、以及其它编码要素来编码基层信号。发射机前行至框760并编码增强层信号。尽管框750和760被串行示出，但是这两个框的次序并不关键，并且发射机可并发地执行这两个框。

在编码了基层和增强层之后，发射机前行至框770并将分层调制信号映射到一分层调制信号星座。在一个实施例中，发射机可选择一个基层码元和一个增强层码元，并可将这些码元映射到一星座点。在一个实施例中，发射机可将基层和增强层信号映射到一具有预定能量比的星座点。在另一个实施例中，发射机可将基层与增强层信号相组合地映射到具有从多个能量比中选择的一个能量比的星座中的一星座点。

发射机前行至框780并将该星座点分配给对应于一特定物理信道的逻辑信道。该物理信道可包括OFDM码元的至少一个副载波。在一些实施例中，发射机可在分配物理信道以及调制对应于该物理信道的一个或多个副载波时选择或者配置信号的能量比。

在将分层调制信号调制到一副载波上之后，发射机前行至框790并发射该分层调制信号。在一个实施例中，发射机可将经层调制的副载波与对应于一个或多个附加物理信道相对应的一个或多个副载波组合。其它这些副载波可用相同能量比或不同能量比调制。这些副载波中的一部分可用单层信号调制，而其它用分层调制信号调制。

发射机可被配置成从经层调制的副载波生成一信号，并发射所生成的分层调制信号。在一个实施例中，发射机可将已调制的副载波与来自一OFDM码元的其它副载波组合，将这些副载波变换成该OFDM码元，并发射该OFDM码元。

图8是一分层编码调制系统中的发射机800的一个实施例的简化功能框图。发射机800可以是图1系统中的发射机。

发射机800包括用于编码基层的装置810以及用于编码增强层的独立装置820。用于编码基层的装置810和用于编码增强层的装置820可各自包括各种用于编码信号的装置，包括但不限于用于块编码的装置、用于turbo编码的装置、用于交织的装置、用于扰码的装置、以及其它用于编码的装置。

用于编码基层的装置810和用于编码增强层的装置820被耦合到用于调制和映射已编码码元的装置830。也称为用于映射信号的装置的用于调制信号映射的装置830被配置成将已编码码元映射到一分层调制星座点。用于映射信号的装置830可被配置成将已编码码元映射到具有从多个能量比中选择的一个能量比的星座。

发射机将所映射的信号耦合到用于交织的装置840，该用于交织的装置840被配置成将映射的星座点与分配给同一逻辑信道的其它信号交织进行交织。用于交织的装置840的输出被耦合到用于副载波分配的装置850，该用于副载波分配的装置850被配置成将这些逻辑信道映射到物理信道。这些物理信道可包括一个或多个副载波，并且用于副载波分配的装置850可被配置成使用一用于调制副载波的装置来以一合适的星座点调制该副载波。

用于副载波分配的装置850还可被配置成交织分配给多个逻辑信道的这些物理信道。这些物理信道中的每一个可用具有不同能量比的星座来调制。

用于副载波分配的装置850的输出被耦合到用于码元定则(formulation)的装置860，该用于码元定则的装置860可被配置成从副载波的组合生成一OFDM码元。用于码元定则的装置860的输出被耦合到用于发射处理的装置890，以转换到工作频率进行无线发射。

图9是被配置成在分层调制系统中工作的接收机900的一个实施例的简化功能框图。接收机900可例如在图1系统的用户终端中实现。

接收机900包括被配置成接收并处理诸如经层调制的RF信号等无线信号的用于接收处理的装置910。用于接收处理的装置910的输出被耦合到用于频率变换的装置920，该用于频率变换的装置920被配置成将诸如经层调制的OFDM码元等接收信号变换成频域信号。例如，一OFDM码元可被变换成多个副载波，其中每一个副载波可用一分层调制信号调制。

用于频率变换的装置920的输出被耦合到用于频道估计的装置930和用于副载波码元解交织的装置940。用于信道估计的装置930可被配置成生成信道估计，可被配置成对该OFDM码元的多个副载波生成信道估计。用于信道估计的装置930可包括用于筛选这多个信道估计的装置。该用于筛选多个信道估计的装置可包括用于将实际信道估计分量与信道估计阈值相比较的装置。该用于筛选多个信道估计的装置还可包括用于基于该比较来选择该实际信道估计分量或预定值当中的一个作为信道估计分量的装置。

用于副载波码元解交织的装置940可被配置成从接收信号分离基层和增强层码元，并可将这些码元路由到相应的解码器路径。基层解码器路径和增强层解码器路径可基本独立，并且增强层解码器可与基层解码器并发地操作。

基层解码器路径包括耦合到用于副载波码元解交织的装置940的用于确定基层比特度量的装置950。用于确定基层比特度量的装置950被配置成确定信号度量，诸如确定经turbo编码信号的LLR。用于确定基层比特度量950的装置的输出被耦合到用于解码基层的装置970。

增强层解码器路径与基层解码路径相类似。用于确定增强层比特度量的装置960被耦合到用于副载波码元解交织的装置940。用于确定增强层比特度量的装置960的输出被耦合到用于解码增强层的装置980。

本文中已对被配置成基本并发地且基本并行地解码基层和增强层数据的接收机的方法和装置进行了说明。该接收机可被配置成对诸如通过使用turbo编码器等来编码基础的基层和增强层数据的分层调制数据进行解码。接收信号可以是单信道信号或可以是多信道信号，其中这多个信道中的每一个携带分层调制，并且每一分层调制可具有不同的能量比。接收机可基本独立地解码每一信道。

基层和增强层解码器各自可包括一配置成基于接收信号质量提供度量的比特度量模块。当信号被turbo编码时，该度量可以是对数似然比(LLR)。对数似然比可以是精确的LLR值或可以是估计的LLR值。估计的LLR值可以是部分地基于与分层调制星座中的星座点之一相对应的最大比值来确定的估计。

LLR值可取决于接收信号幅值以及该信道估计。这些比特度量模块可被进一步配置成利用一可用来确定使用实际信道估计还是一预定值来作为信道估计的信道估计阈值。基层和增强层解码器以及相应的比特度量模块可利用针对特定的数据层最优化的信道阈值。或者，基层和增强层解码器可使用相同的信道估计阈值，从而以牺牲一些信号质量来换取简化的实现。

结合本文中公开的这些实施例描述的各种说明性逻辑块、模块及电路可用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、精简指令集计算机(RISC)处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件、分立门或晶体管逻辑、分立硬件组件、或其设计成执行本文所述功能的任意组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但替换地，该处理器可以是任意处理器、控制器、微控制器、或状态机。处理器还可被实现为计算设备的组合，例如DSP与微处理器的组合、多个微处理器、与DSP核心协作的一个或多个微处理器、或任何其它此类配置。

结合本文中公开的这些实施例描述的方法、过程或算法的步骤可直接用硬件、由处理器执行的软件模块、或这两者的组合实施。方法或过程中的各种步骤或动作可按所示的次序执行，或可按另一次序执行。另外，可省略一个或多个过程或方法步骤，或可向这些方法和过程添加一个或多个过程或方法步骤。另加的步骤、框或动作可添加在这些方法和过程的开头、结尾、或是居于现有要素之间。

提供所公开的实施例的以上说明是为了使本领域任何普通技术人员皆可制作或使用所公开的发明。对这些实施例的各种修改易于为本领域普通技术人员显而易见，并且本文中所定义的一般化原理可被应用于其它实施例而不会偏离所公开发明的精神或范围。由此，所公开的发明并不旨在被限定于本文中所示出的这些实施例，而是应符合与本文中公开的原理和新颖特征一致的最广义的范围。

Claims (11)

1.一种被配置成编码具有分层调制数据的信号的发射机，所述发射机包括：

基层编码器，它被配置成将基层数据编码成若干基层码元；

增强层编码器，它被配置成将增强层数据编码成若干增强层码元；

信号映射器，耦合到所述基层编码器和增强层编码器，并被配置成将至少一个基层码元与至少一个增强层码元相组合地映射到一分层调制星座点，其中所述分层调制数据包括所述分层调制星座点内来自所述基层数据和所述增强层数据的交替比特，且所述信号映射器被配置成映射遵循Gray映射的分层调制星座；以及

副载波分配模块，它被配置成基于从多个能量比中选择的一个能量比以所述分层调制星座点来调制来自一逻辑信道的至少一个音调以产生分层调制副载波。

2.如权利要求1所述的发射机，其特征在于，所述多个能量比包括约为4的能量比和约为9的能量比。

3.如权利要求1所述的发射机，其特征在于，所述副载波分配模块进一步被配置成将所述逻辑信道分配给OFDM副载波的一个子集，其中所述OFDM副载波子集包括所述至少一个音调。

4.如权利要求1所述的发射机，其特征在于，所述副载波分配模块进一步被配置成将所述来自逻辑信道的至少一个音调与以具有独特能量比的一独特星座点调制的独特副载波相组合。

5.一种发送具有分层调制数据的信号的方法，所述方法包括：

将一基层信号编码成若干基层码元；

将一增强层信号编码成若干增强层码元；以及

将一基层码元与一增强层码元一起映射到遵循Gray映射并具有从多个能量比中选择的一个能量比的分层调制星座中的一个分层调制星座点，其中所述分层调制数据包括所述分层调制星座点内来自所述基层信号和所述增强层信号的交替比特。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，进一步包括以所述分层调制星座点来调制一副载波。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述副载波是从一OFDM码元的多个副载波中选择的。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，进一步包括发送包括所述副载波的OFDM码元。

9.一种被配置成编码具有分层调制数据的信号的发射机，所述发射机包括：

用于将一基层信号编码成若干基层码元的装置；

用于将一增强层信号编码成若干增强层码元的装置；以及

用于将一基层码元与一增强层码元一起映射到遵循Gray映射并具有从多个能量比中选择的一个能量比的分层调制星座中的一个分层调制星座点的装置，其中所述分层调制数据包括所述分层调制星座点内来自所述基层信号和所述增强层信号的交替比特。

10.如权利要求9所述的发射机，其特征在于，进一步包括用于以所述星座点来调制来自多个OFDM副载波的一个副载波的装置。

11.如权利要求10所述的发射机，其特征在于，进一步包括用于发送包含所述多个副载波的OFDM码元的装置。

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