CN103188046B - 分层调制和解调设备及方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种分层调制和解调设备及方法。所述分层调制设备可基于预定层级映射将信息比特映射到多个层级，可基于映射到层级的信息比特来产生每个层级的差错验证码，可产生每个层级的编码的信息比特，并可按照层级的顺序将编码的信息比特中处于预定位置的比特映射到脉冲位置调制(PPM)符号。

Description

分层调制和解调设备及方法
本申请要求于2012年1月2日提交到韩国知识产权局的第10-2012-0000144号韩国专利申请的权益，该申请的全部公开内容通过引用合并于此以用于所有目的。
技术领域
以下描述涉及一种用于在无线通信网络中进行分层调制(hierarchicalmodulation)和解调的设备和方法。
背景技术
目前，由于无线网络技术的快速发展和商业化，传感器网络正快速得以普及。可在各种领域中使用无线传感器装置，例如，家庭安保、医疗应用、移动保健、化学/生物特征的监控、机械故障诊断、环境监控、对关于灾难的信息的感测、智能物理分布管理、实时安保、远程监控等。
在各种无线传感器网络(WSN)和个域网(PAN)中，希望传感器不占空间，并且诸如低功率和低复杂度的条件对于在较长的时间段操作大量传感器而言通常是必需的。
具体说来，在无线体域网(WBAN，Wireless Body Area Network)中，感测人体信号的传感器会更加迫切地需要低功率和低复杂度，其中，所述无线体域网使得传感器能够与传感器周围的移动装置或者人体周围的另一传感器执行无线通信。
发明内容
在一个总体方面，提供一种分层调制设备，包括：层级映射(level mapping)单元，被配置为用于基于预定层级映射将信息比特映射到多个层级；差错控制单元，被配置为用于基于映射的信息比特来产生每个层级的差错验证码(error verification code)；编码单元，被配置为用于基于产生的差错验证码和映射的信息比特来产生每个层级的编码的信息比特；符号映射单元，被配置为用于按照层级的顺序将编码的信息比特中处于预定位置的比特映射到脉冲位置调制(PPM)符号。
层级映射单元可被配置为用于将信息比特映射到从层级1到层级N的“N”个层级，差错控制单元可被配置为用于通过累积向层级1到层级N映射的信息比特中的每个信息比特来产生层级N的差错验证码。
编码单元可被配置为用于基于层级N的差错验证码和向层级1到层级N映射的信息比特来产生层级N的奇偶校验，并通过将层级N的奇偶校验、映射到层级N的信息比特和层级N的差错验证码相连来产生层级N的编码的信息比特。
符号映射单元可被进一步配置为用于从“N”个层级中的每个层级的编码的信息比特中选择单个比特，按照所述“N”个层级的顺序将选择的比特相连，并将相连的比特映射到PPM符号。
不管层级的数量为何，PPM符号可包括恒定的周期。
不管层级的数量为何，PPM符号可包括相同的脉冲持续时间。
符号映射单元可被进一步配置为用于从“N”个层级中的每个层级的编码的信息比特中选择单个比特，按照所述“N”个层级的顺序将选择的比特相连，并执行格雷映射以将相连的比特映射到PPM符号。
分层调制设备可还包括：发送单元，被配置为用于发送包括关于层级的调制的信息的控制信号；接收单元，被配置为用于接收包括差错出现信息和关于解调阶数(demodulation order)的信息的响应信号。
分层调制设备可还包括：控制单元，被配置为用于响应于信息比特被请求重传，基于与解调阶数相同的调制阶数，并基于由接收单元接收的差错出现信息和关于解调阶数的信息，将信息比特映射到PPM符号。
分层调制设备可被包括在无线传感器网络(WSN)中的传感器中。
在另一方面，提供一种分层解调设备，包括：解调和解码单元，被配置为用于基于解调阶数对接收的信号进行解调，并对编码的信息比特进行解码；差错检测单元，被配置为用于基于包括在编码的信息比特中的差错验证码。从接收的信号检测差错。
解调和解码单元可被配置为用于使用基于解调阶数的脉冲位置调制(PPM)符号对接收的信号进行解调，从解调的信号估计从层级1到与解调阶数相应的层级的比特值。
差错检测单元可被配置为用于基于包括在估计的比特值中的循环冗余校验(CRC)码，从接收的信号检测差错。
分层解调设备可还包括：噪声估计和消除单元，被配置为用于估计由于发送机的调制阶数与接收机的解调阶数之间的差而产生的噪声，并消除估计的噪声。
分层解调设备可还包括：重传请求确定单元，被配置为用于响应于在接收的信号中检测到差错，确定是否请求发送机重传比检测到差错的层级更高的层级的信息比特。
分层解调设备可还包括：接收单元，被配置为用于接收PPM符号；发送单元，被配置为用于发送响应信号，其中，所述响应信号包括关于检测到差错的层级的信息和关于解调阶数的信息。
解调阶数可被设置为“K”，解调和解码单元可包括“K”个分支解调和解码单元，并且所述“K”个分支解调和解码单元中的每个分支解调和解码单元可被配置为用于使用迭代解码方案来分别估计层级1到层级K的比特，其中，迭代解码方案使得“K”个分支解调和解码单元能够彼此交换外信息(extrinsic information)。
差错检测单元可包括“K”个分支差错检测单元，其中，所述“K”个分支差错检测单元被分别连接到“K”个分支解调和解码单元，并且，所述“K”个分支差错检测单元中的每个分支差错检测单元可被配置为用于基于包括在每个层级的估计的比特中的CRC码来分别从每个层级的估计的比特检测差错。
差错检测单元可包括“K”个分支差错检测单元，其中，所述“K”个分支差错检测单元被分别连接到“K”个分支解调和解码单元，第“K”分支差错检测单元可被配置为用于在其余分支差错检测单元执行检测之前，基于包括在第1层级到第K层级的估计的比特中的CRC码，从第1层级到第K层级的估计的比特检测差错。
响应于第K分支差错检测单元没有检测到差错，其余分支差错检测单元可被控制为不进行操作。
分层解调设备被包括在无线传感器网络(WSN)中的传感器中。
在另一方面，提供一种分层调制方法，包括：基于预定层级映射将信息比特映射到多个层级；基于映射的信息比特来产生每个层级的差错验证码；基于产生的差错验证码和映射的信息比特来产生每个层级的编码的信息比特；按照层级的顺序将编码的信息比特中处于预定位置的比特映射到脉冲位置调制(PPM)符号。
信息比特可被映射到从层级1到层级N的“N”个层级，产生差错验证码的步骤可包括：通过累积向层级1到层级N映射的信息比特中的每个信息比特，产生层级N的差错验证码。
产生编码的信息比特的步骤可包括：基于层级N的差错验证码和向层级1到层级N映射的信息比特来产生层级N的奇偶校验，并通过将层级N的奇偶校验、映射到层级N的信息比特和层级N的差错验证码相连来产生层级N的编码的信息比特。
对比特进行映射的步骤可包括：从“N”个层级中的每个层级的编码的信息比特中选择单个比特，按照所述“N”个层级的顺序将选择的比特相连，并将相连的比特映射到PPM符号。
在另一方面，提供一种分层解调方法，包括：基于解调阶数对接收的信号进行解调；对编码的信息比特进行解码；基于包括在编码的信息比特中的差错验证码，从接收的信号检测差错。
解调的步骤可包括：使用基于解调阶数的脉冲位置调制(PPM)符号对接收的信号进行解调；解码的步骤可包括：从解调的信号估计从层级1到与解调阶数相应的层级的比特值。
其它特征和方面将通过下面的详细描述、附图和权利要求是清楚的。
附图说明
图1是示出分层调制设备的示例的示图。
图2是示出分层调制设备的另一示例的示图。
图3是示出编码操作的示例的示图。
图4是示出分层调制操作的示例的示图。
图5是示出分层解调设备的示例的示图。
图6是示出分层解调设备的另一示例的示图。
图7到图10是示出具有恒定的周期的脉冲位置调制(PPM)符号的波形的示例的示图。
图11到图14是示出具有相同的脉冲持续时间的PPM符号的波形的示例的示图。
图15是示出在分层调制/解调系统中可进行信息比特的重传的示例中，发送机和接收机的操作的示例的示图。
图16是示出在分层调制/解调系统中不可能进行信息比特的重传的示例中，由具有各种解调阶数的接收机执行的解调和解码的结果的示例的示图。
在附图和详细描述中，除非另作说明，否则相同的附图标号将被理解为指示相同的部件、特征和结构。为了清楚、例证和方便，这些部件的相对尺寸和描述可被夸大。
具体实施方式
提供以下详细描述，以帮助读者全面理解这里描述的方法、设备和/或系统。因此，这里描述的方法、设备和/或系统的各种改变、改进和等同物将被建议给本领域的普通技术人员。此外，为了增加清楚性和简明性，可省略对公知功能和构造的描述。
在数字广播标准(例如，地面数字视频广播(DVB-T))中使用的分层调制/解调技术可基于采用调制方案(例如，相移键控(PSK)方案、正交幅度调制(QAM)方案等)的相干收发器。
然而，因为希望在无线体域网(WBAN)和无线传感器网络(WSN)中降低收发器的单位成本、功耗和复杂度，所以可能不希望使用相干方案。相反，会使用复杂度低于相干方案的非相干调制/解调技术。例如，非相干调制/解调技术可包括脉冲位置调制(PPM)方案。
如这里的各个示例中所述，可在使用PPM的采用具有简单结构的收发器的无线通信系统中使用分层调制/解调系统。与WBAN和WSN类似，更简单的结构可提供更加令人满意的系统，该系统在封装(form factor)、单位成本等方面有所降低。
如这里的各个示例中所述，分层调制/解调系统可使得采用PPM的系统能够基于每个接收机的解调阶数和带宽来选择解调阶数，以实现分层调制和解调。例如，具有不同解调阶数的接收机可使用由发送机以单个调制阶数进行脉冲位置调制的信号。
如这里所述，发送机和/或接收机可相应于终端，例如，传感器、移动节点、接入点、计算机等。
图1示出分层调制设备的示例。
参照图1，分层调制设备包括：层级映射单元110、差错控制单元120、编码单元130和符号映射单元140。此外，作为附加部件，所述分层调制设备可还包括控制单元150、发送单元160和接收单元170。图1的分层调制设备可相应于分层调制/解调系统的发送机。这里描述的发送机和接收机可以是可在无线网络环境中使用的终端或可被包括在所述终端中，其中，作为示例，所述终端为智能电话、膝上型计算机、平板计算机、传感器、基站等。
层级映射单元110可基于预定层级映射将信息比特映射到多个层级。信息比特可被存储在例如队列的存储空间中。作为示例，信息比特可以指包括关于图像、声音、数据等的信息的媒体的比特。例如，信息比特可表示图像的色彩。此外，可在每个队列中存储关于相同源的信息或关于不同源的信息。
层级映射单元110可基于预定层级映射向每个层级映射存储在每个队列中的信息比特。例如，层级映射单元110可将存储在队列1中的信息比特映射到层级4，并可将存储在队列2中的信息比特映射到层级5。可基于调制阶数来确定层级。
差错控制单元120可基于被层级映射单元110映射到层级的信息比特来产生每个层级的差错验证码。例如，差错验证码可包括循环冗余校验(CRC)码。在该示例中，随着层级上升，差错控制单元120可通过累积映射到较低层级的信息比特来产生差错验证码。
编码单元130可基于映射的信息比特和产生的差错验证码来产生每个层级的编码的信息比特。编码的信息比特可包括奇偶校验。例如，可针对单个层级来产生编码的信息比特。在该示例中，编码单元130可基于映射到比所述单个层级更低的层级的信息比特和包括在所述单个层级中的差错验证码，产生奇偶校验。
符号映射单元140可按照层级的顺序将编码的信息比特中处于预定位置的比特映射到PPM符号。例如，符号映射单元140可针对每个层级，将处于第一位置的信息比特映射到第一PPM符号，并可针对每个层级，将处于第二位置的信息比特映射到第二PPM符号。
作为示例，层级映射单元110可将信息比特映射到诸如层级1到层级N的“N”个层级。在该示例中，差错控制单元120可通过累积向层级1到层级N映射的所有信息比特来产生层级N的差错验证码。在该示例中，编码单元130可基于层级N的差错验证码和映射到层级1到层级N的信息比特，产生层级N的奇偶校验。此外，编码单元130可通过将层级N的奇偶校验、映射到层级N的信息比特和层级N的差错验证码相连，来产生层级N的编码的信息比特。符号映射单元140可从“N”个层级中的每个层级的编码的信息比特中选择比特，可按照“N”个层级的顺序将选择的比特相连，并可将相连的比特映射到PPM符号。
例如，符号映射单元140可从“N”个层级中的每个层级的编码的信息比特中选择单个比特，可按照“N”个层级的顺序将选择的比特相连，并可执行格雷映射，以将相连的比特映射到PPM符号。格雷映射可在邻近符号的符号比特之间产生1比特的差。
不管层级的数量为何，PPM符号可具有恒定的周期。例如，尽管调制阶数改变，但是所有PPM符号的总周期可保持不变，上述情况的示例在图7到图10中示出。不管层级的数量为何，PPM符号可具有相同的脉冲持续时间。例如，每个PPM符号的脉冲区间可具有恒定的持续时间，上述情况的示例在图11到图14中示出。
发送单元160可发送包括关于调制阶数的信息的控制信号。调制阶数可相应于层级的数量。例如，发送单元160可将关于发送机的调制阶数的信息发送到分层调制/解调系统的接收机。
接收单元170可从接收机接收响应信号。响应信号可包括差错出现信息和关于接收机的解调阶数的信息。例如，接收单元170可接收关于出现差错的差错验证码的信息以及关于接收机的解调阶数的信息。
控制单元150可基于由接收单元170接收的差错出现信息和关于解调阶数的信息，将由接收机请求重传的信息比特映射到PPM符号。控制单元可基于与解调阶数相同的调制阶数将信息比特映射到PPM符号。例如，响应于接收机接收到“110”而不是“111”，通知第三层级中出现差错的信息可被发送。在该示例中，控制单元150可将第三层级的信息比特“1”映射到PPM符号。因此，发送单元160可将映射到PPM符号的信息比特“1”发送到接收机。
控制单元150可控制图1的分层调制设备的整体操作，并可执行以下单元中的一个或多个单元的一个或多个功能：层级映射单元110、差错控制单元120、编码单元130、符号映射单元140、发送单元160和接收单元170。为了示例目的，层级映射单元110、差错控制单元120、编码单元130、符号映射单元140、控制单元150、发送单元160和接收单元170在图1中被分开地示出。然而，应理解：控制单元150可被配置为用于执行所述功能中的一个或多个功能，或执行所述功能中的一个或多个功能中的一部分。
图2示出分层调制设备的另一示例。
参照图2，例如，分层调制设备可以是分层调制/解调系统的发送机。
基于层级映射220，存储在分层调制设备的队列211、213和215中的原始信息比特(raw information bit)可被映射到“N”个层级。作为示例，可由分层调制/解调系统来预先设置层级映射220。存储在队列211、213和215中的原始信息比特可包括关于单个源的信息或关于多个源的信息。
分层调制设备可基于映射的原始信息比特231、233和235来产生“N”个层级中的每个层级的差错验证码比特241、243和245。CRC码可用作差错验证码。例如，分层调制设备可基于层级1的原始信息比特231来产生层级1的CRC1比特241，并可通过累积映射到层级1到层级n的原始信息比特231到233来产生层级n的CRCn比特243。作为另一示例，分层调制设备可通过累积映射到层级1到层级N的原始信息比特231到235来产生层级N的CRCN比特245。
CRC1比特241可被添加到层级1的原始信息比特231。此外，CRCn比特243可被添加到层级n的原始信息比特233，CRCN比特245可被添加到层级N的原始信息比特235。
如251、253和255中所表示的，分层调制设备可针对“N”个层级中的每个层级执行信道编码。在260，通过所述信道编码被编码的信息比特可被映射到2N元(2N-ary)PPM符号。例如，N可相应于调制阶数。作为示例，如果调制阶数被设置为“3”，则可针对三个层级中的每个层级来对原始信息比特进行编码，并且，所述三个层级的原始信息比特可被映射到8元PPM符号。
图3示出编码操作的示例。
在该示例中，通过编码操作来产生层级n的差错验证码和层级n的奇偶校验。
参照图3，CRC码可用作差错验证码。层级n的差错验证码可以是CRCn310。CRCn 310是指被添加到层级n的CRC比特，parity(奇偶校验)n 320是指通过编码操作被添加到层级n的奇偶校验比特。编码操作可指示信道编码。
在该示例中，可通过累积层级1到层级n的所有原始信息比特来计算CRCn 310。可通过累积CRCn 310和层级1到层级n的原始信息比特来计算parityn 320。
可通过将CRCn310和parityn320与层级n的原始信息比特相连来产生层级n的编码的信息比特。例如，可针对每个层级执行添加CRC比特并对CRC比特进行编码的操作，可产生每个层级的编码的信息比特。
基于层级，每个层级的原始信息比特可能往往对于噪声和同步差错是强健的。例如，可仅基于层级1的原始信息比特来计算CRC1和parity1。作为另一示例，可基于层级1到层级N的所有原始信息比特来计算CRCN和parityN。在该示例中，层级1的原始信息比特可具有较低的编码率，因此，层级1的原始信息比特对于噪声会高度强健。层级距离层级1越近，所述层级的原始信息比特距离PPM符号的最高有效位(MSB)越近。在该示例中，可由接收机以低解调阶数对原始信息比特进行解调。因此，原始信息比特对于不精确的时间同步会高度强健。
图4示出分层调制操作的示例。
在该示例中，编码的信息比特被映射到PPM符号。
参照图4，分层调制设备可从层级1到层级N中的每个层级的编码的信息比特中选择单个比特，可按照层级1到层级N的顺序将选择的比特相连，并可将相连的比特映射到2N元PPM符号。
例如，在映射到2N元PPM符号的比特中，从层级1的信息比特选择的比特可位于相应PPM符号的MSB中，从层级N的信息比特选择的比特可位于PPM符号的最低有效位(LSB)中。
在该示例中，来自层级1的编码的信息比特的第一比特411、来自层级2的编码的信息比特的第一比特413和来自层级N的编码的信息比特的第一比特415可按照层级1到层级N的顺序相连，并可被映射到第一PPM符号410。
此外，来自层级1的编码的信息比特的第二比特421、来自层级2的编码的信息比特的第二比特423和来自层级N的编码的信息比特的第二比特425可按照层级1到层级N的顺序相连，并可被映射到第二PPM符号420。
此外，来自层级1的编码的信息比特的最后比特431、来自层级2的编码的信息比特的最后比特433和来自层级N的编码的信息比特的最后比特435可按照层级1到层级N的顺序相连，并可被映射到最后PPM符号430。
图5示出分层解调设备的示例。
参照图5，分层解调设备包括解调和解码单元530和差错检测单元540。作为附加部件，所述分层解调设备可还包括：接收单元510、噪声估计和消除单元520、重传请求确定单元550、发送单元560和控制单元570。例如，图5的分层解调设备可相应于分层调制/解调系统中的接收机。
解调和解码单元530可基于解调阶数对接收的信号进行解调，并可对编码的信息比特进行解码。例如，解调和解码单元530可基于根据接收机的性能所确定的解调阶数对接收的信号进行解调。在该示例中，PPM信号可被接收，解调和解码单元530可执行PPM解调方案。例如，解调和解码单元530可估计包括在接收的信号中的PPM符号的位置。解调和解码单元530可从编码的信息比特估计奇偶校验。从解调和解码单元530输出的信号可包括由分层调制/解调系统的发送机针对每个层级进行相连的差错验证码和信息比特。
差错检测单元540可从接收的信号检测差错。例如，可基于包括在编码的信息比特中的差错验证码来检测差错。例如，差错验证码可包括CRC码。差错检测单元540可通过校验CRC比特从编码的信息比特中确定出现差错的信息比特。
解调和解码单元530可使用基于解调阶数的PPM符号对接收的信号进行解调，并可从解调的信号估计从层级1到与解调阶数相应的层级的比特值。
差错检测单元540可基于包括在估计的比特值中的CRC码，从接收的信号检测差错。例如，解调阶数可被设置为“K”，解调和解码单元530可包括“K”个分支解调和解码单元。所述“K”个分支解调和解码单元中的每个分支解调和解码单元可使用迭代解码方案来估计层级1到层级K的比特。在该示例中，迭代解码方案可使得“K”个分支解调和解码单元能够彼此交换外信息。
例如，第K分支解调和解码单元可估计层级1到层级K的比特，第(K-1)分支解调和解码单元可估计层级1到层级(K-1)的比特。在该示例中，第(K-1)分支解调和解码单元可使用先验概率，例如，由第K分支解调和解码单元计算的每个比特的后验概率。第一分支解调和解码单元可估计层级1的比特。在该示例中，指示解调阶数的K可被设置为小于或等于指示调制阶数的N。
差错检测单元540可包括“K”个分支差错检测单元，其中，所述“K”个分支差错检测单元被分别连接到“K”个分支解调和解码单元。每个分支差错检测单元可基于包括在每个层级的估计的比特中的CRC码，从每个层级的估计的比特检测差错。例如，被连接到第K分支解调和解码单元的第K分支差错检测单元可基于CRC码来确定在层级1的到层级K的估计的比特中是否出现差错。
噪声估计和消除单元520可估计可能由于发送机的调制阶数与接收机的解调阶数之间的差而产生的噪声，并可消除估计的噪声或减小估计的噪声。
响应于从接收的信号检测到差错，重传请求确定单元550可确定是否请求发送机重传比检测到差错的层级更高的层级的信息比特。例如，如果发送机能够向接收机提供关于相同源的信息，则重传请求确定单元550可请求重传信息比特。如果实时广播被用作源，则因为关于源的信息随着时间而变化，所以会难以请求信息比特的重传。作为另一示例，如果发送机以广播方式发送信号，则也会难以请求发送机重传信息比特。在另一示例中，尽管时间改变，但是存储的图像的色彩信息可保持不变，因此，对重传信息比特的请求是可行的。
接收单元510可接收PPM符号。接收单元510可从发送机接收包括PPM符号的接收的信号。
发送单元560可发送响应信号。响应信号可包括关于检测到差错的层级的信息以及关于解调阶数的信息。例如，发送单元560可将出现差错的差错验证码和接收机的解调阶数发送到发送机。
为了示例的目的，解调阶数可被设置为“3”，发送单元560可验证三个分支解调和解码单元的操作结果。如果仅在第三分支解调和解码单元的输出值中出现差错，则发送单元560可确定仅在三个估计的信息比特中的第三比特中出现差错。此外，发送单元560可发送响应信号，其中，所述响应信号包括通知在第三比特中出现差错的信息。
在各个示例中，发送机可基于解调阶数来调整调制阶数，并可重传出现差错的信息比特。
作为另一示例，解调阶数可被设置为“K”。如果没有从第K分支解调和解码单元的输出值检测到差错，则控制单元570可确定最终的估计的信息比特，并可控制其它分支解调和解码单元不进行操作。在该示例中，控制单元570可在K个分支解调和解码单元中首先确定在第K分支解调和解码单元的输出值中是否出现差错。因此，用于解码的时间和能量会减少。
控制单元570可控制图5的分层解调设备的整体操作，并可执行以下单元中的一个或多个单元的一个或多个功能：接收单元510、噪声估计和消除单元520、解调和解码单元530、差错检测单元540、重传请求确定单元550和发送单元560。在该示例中，接收单元510、噪声估计和消除单元520、解调和解码单元530、差错检测单元540、重传请求确定单元550、发送单元560和控制单元570在图5中被分开地示出。然而，应理解：控制单元570可被配置为用于执行所述功能中的一个或多个功能，或仅执行所述功能中的一部分。
图6示出分层解调设备的另一示例。
参照图6，分层解调设备可相应于分层调制/解调系统中的接收机。
分层解调设备可对接收的信号进行解调和解码，其中，所述接收的信号包括K个层级的信息比特。例如，可基于每个接收机的性能和状况来确定K个层级。K可以等于或小于N(K≤N)。
被配置为用于发送以单个调制阶数(例如，N阶调制)调制的PPM信号的发送机可将信息发送到各个接收机。
噪声层级估计/噪声消除单元610可估计接收的信号的噪声电平，并可消除估计的噪声电平的噪声或减小估计的噪声电平的噪声，从而防止出现由调制阶数与解调阶数之间的差导致的噪声增强现象。
例如，从中消除了噪声的信号可被输入到K个分支。第k分支可包括：用于parityk的解码器、CRCk校验器和解调阶数k的解调器。在该示例中，k可以等于或大于“1”，并等于或小于“K”(1≤k≤K)。接收的信号可被输入到“K”个解调器/解码器(例如，第一解调器/解码器621、第二解调器/解码器623、第K解调器/解码器625)，并可被输入到“K”个CRC校验器(例如，CRC1校验器631、CRC2校验器633、CRCk校验器635)。
为了提高性能，第一解调器/解码器621到第K解调器/解码器625可使用迭代解码方案来与邻近分支交换外信息。
第k分支的解码器可计算后验概率，并可估计层级1的比特值b1到层级k的比特值bk。计算出的后验概率可作为外信息被输入到邻近分支的解码器，并可用作先验概率。外信息可在分支之间被重复交换预定次数，每个分支的解码器可将最终的估计的值发送到CRC校验器。
接收机可对第K分支执行解调、解码和CRC校验。如果没有从第K分支检测到差错，则可以不对其它分支执行解码和CRC校验。换言之，如果首先执行第K分支的解调、解码和CRC校验，则可减少不必要的复杂度。
如果从CRCk检测到差错，则接收机可请求发送机重传比层级k更高的层级的信息比特。例如，如果难以进行或不可能进行信息比特的重传(如广播信号)，或者，如果接收机希望仅完成对层级1到层级(k-1)的信息比特的接收，则可以不请求重传。
在没有检测到差错的示例中，重传请求单元640可将最终的估计的信息比特发送到接收机的缓冲器653。如果不可能进行或难以进行信息比特的重传，或者，信息比特的重传相对不重要，则即使检测到差错，重传请求单元640也可将估计的信息比特发送到缓冲器653，而不请求重传。如果由于检测到差错而请求了信息比特的重传，则重传请求单元640可将重传请求信号发送到发送器651。例如，重传请求信号可包括自动重发请求(ARQ，automatic repeat request)。
图7到图10示出具有恒定的周期的PPM符号的波形的示例。
例如，图7示出具有恒定的周期的2元(2-ary)PPM符号的波形。例如，如果存在单个层级，则可使用2元PPM符号。在图7的示例中，d1指示脉冲持续时间，P指示脉冲功率。此外，在脉冲上标记映射到所述脉冲的编码的信息比特。
图8示出具有恒定的周期的4元PPM符号的波形。例如，如果存在两个层级，则可使用4元PPM符号。在图8的示例中，d2指示脉冲持续时间，并满足“d2＝0.5×d1”。此外，在脉冲上标记映射到所述脉冲的编码的信息比特，所述编码的信息比特是指从左到右按顺序针对层级1和层级2编码的比特。
图9示出具有恒定的周期的8元PPM符号的波形。例如，如果存在三个层级，则可使用8元PPM符号。在图9的示例中，d3指示脉冲持续时间，并满足“d3＝0.5×d2”。此外，在脉冲上标记映射到所述脉冲的编码的信息比特，所述编码的信息比特是指从左到右按顺序针对层级1到层级3编码的比特。
图10示出具有恒定的周期的16元PPM符号的波形。例如，如果存在四个层级，则可使用16元PPM符号。在图10的示例中，d4指示脉冲持续时间，并满足“d4＝0.5×d3”。此外，在脉冲上标记映射到所述脉冲的编码的信息比特，所述编码的信息比特是指从左到右按顺序针对层级1到层级4编码的比特。图8到图10示出格雷映射的示例。
图11到图14示出具有相同的脉冲持续时间的PPM符号的波形的示例。在图11到图14的示例中，d指示脉冲持续时间，并且即使调制阶数改变，d也保持不变。此外，P指示脉冲功率，并且在脉冲上标记映射到所述脉冲的编码的信息比特。
图11到图14分别示出2元PPM符号的波形、4元PPM符号的波形、8元PPM符号的波形和16元PPM符号的波形。2元PPM符号、4元PPM符号、8元PPM符号和16元PPM符号可具有相同的脉冲持续时间。
图15示出在分层调制/解调系统中可进行信息比特的重传的示例中，发送机和接收机的操作的示例。
参照图15，发送机的调制阶数和接收机的解调阶数分别被假设为4和3。在图15中，调制阶数和解调阶数分别由“N”和“K”来指示。
在1510，发送机向接收机发送包括关于调制阶数的信息的控制信号，其中，所述调制阶数在不存在关于接收机的信息的情况下被确定。
在1520，发送机向接收机发送16元PPM信号，其中，第1层级到第4层级的信息比特被映射到所述16元PPM信号。
在1530，接收机对接收的16元PPM调制信号进行解调和解码，并可通过CRC校验从信息比特检测差错。
在1540，作为校验CRC1、CRC2和CRC3的结果，接收机确定在CRC3中出现差错。
为了通知CRC3中出现的差错以及解调阶数，在1550，接收机向发送机发送ARQ(例如，ACK信号，该ACK信号包括用于通知在CRC3中出现差错的信息以及关于解调阶数的信息)。
在1560，发送机将调制阶数调整为与解调阶数相同，产生8元PPM信号(其中，信息比特被映射到所述8元PPM信号)，并确定将8元PPM信号发送到接收机。例如，由于CRC3中的差错，可由接收机请求重传包括在8元PPM信号中的信息比特。
在1570，发送机将控制信号发送到接收机。例如，控制信号可包括关于被调整为与解调阶数相同的调制阶数的信息。
在1580，发送机将8元PPM信号发送到接收机。
图16示出在分层调制/解调系统中不可能进行或难以进行信息比特的重传的示例中，由具有各种解调阶数的接收机执行的解调和解码的结果的示例。
图16示出接收机1、2、3和4同时从发送机接收相同信息(例如，广播信号)的示例。在该示例中，因为不可能进行或难以进行信息比特的重传，因此，接收机1到4中的每个接收机可基于接收机1到4中的每个接收机的性能(例如，带宽、显示质量等)来确定解调阶数，并可基于确定的解调阶数来对接收的信号进行解调和解码。在图16中，发送机发送关于图片的信息，色彩表现的精确度针对每个层级而不同。
首先，发送机可基于设置为“4”的调制阶数N，发送在具有恒定的周期的16元PPM符号中与信息比特“0100”相应的位置中的脉冲。例如，所述位置可以是从左边开始的第三脉冲区间。接收机1到4可分别基于被设置为“4”、“3”、“2”和“1”的接收机1到4的解调阶数K，对接收的信号进行解调。
因为接收机1的解调阶数与发送机的调制阶数相同，所以类似于发送机，接收机1可使用图10的16元PPM符号对接收的信号进行解调。如果没有检测到差错，则接收机1可将从左边开始的第三脉冲区间估计为脉冲的位置，并可估计映射到16元PPM符号的比特“0100”。估计的脉冲的位置可以与从发送机接收的脉冲的位置相同。通过解码获取的图片可具有与原始图片相同的色彩表现水平，这是因为调制阶数与解调阶数相同。
因为接收机2的解调阶数被设置为“3”，所以接收机2可使用图9的8元PPM符号对接收的信号进行解调。接收机2可基于8元PPM符号来估计脉冲的位置。如果没有检测到差错，则接收机2可基于8元PPM符号将从左边开始的第二脉冲区间估计为脉冲的位置，并可估计映射到8元PPM符号的比特“010”。
类似地，接收机3和4可分别基于图8的4元PPM符号和图7的2元PPM符号对接收的信号进行解调。如果没有检测到差错，则接收机3可基于4元PPM符号将从左边开始的第一脉冲区间估计为脉冲的位置，接收机4可基于2元PPM符号将从左边开始的第一脉冲区间估计为脉冲的位置。此外，接收机3和4可分别估计与估计的脉冲区间相应的比特“01”和“0”。
在该示例中，由接收机2、3和4获取的图片的色彩表现水平可与接收机2、3和4的解调阶数成比例地降低。然而，可基于多个接收机中的每个接收机的解调阶数来获取关于图片的信息，其中，关于图片的信息基于相同的调制阶数被调制。此外，可通过使用PPM符号来降低分层调制/解调系统的实现的复杂度。
根据这里的各个示例，分层调制设备可通过将信息比特映射到每个层级的脉冲位置调制(PPM)信号来提供非相干发送机。
此外，分层解调设备可使用基于接收机的性能确定的解调阶数来执行解调和解码，因此，即使在结构和性能方面受限的接收机中，也能够使用采用分层解调的服务。
根据这里的各个示例，在使用PPM的网络环境中，可同时将服务提供给在装置功能和通信环境方面有所不同的多个接收机。
可通过使用分支解调器/解码器执行迭代解码方案来提高接收性能并减少多次对信息比特的重传。
如果没有从信道检测到差错，则可仅执行最后分支解调器/解码器的解调和解码，因此，可降低接收机的复杂度。
用于执行这里所述的方法或所述方法的一个或多个操作的程序指令可被记录、存储或固定在一个或多个计算机可读存储介质中。所述程序指令可由计算机来实施。例如，计算机可促使处理器执行程序指令。所述介质可单独包括数据文件、数据结构等，或者，所述介质可包括与程序指令结合的数据文件、数据结构等。计算机可读存储介质的示例包括：磁介质(诸如硬盘、软盘和磁带)、光介质(诸如CD ROM盘和DVD)、磁光介质(诸如光盘)和被专门配置为用于存储和执行程序指令的硬件装置(诸如只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、闪存等)。程序指令的示例包括：诸如由编译器产生的机器码以及包含可由计算机使用解释器执行的更高级代码的文件。作为软件的计算机指令可分布于联网的计算机系统，从而以分布式形式来存储和执行软件。例如，可由一个或多个计算机可读存储介质来存储软件和数据。此外，基于并使用附图中的流程图和框图以及如这里提供的所述流程图和框图的相应描述，实施例所属的技术领域的编程技术人员可容易地解释用于实现这里公开的示例实施例的功能程序、代码和代码段。此外，所描述的用于执行操作或方法的单元可以是硬件、软件或者硬件和软件的某种组合。例如，所述单元可以是在计算机上运行的软件包或在其上运行软件的计算机。
仅作为非穷举示例，这里描述的终端/装置/单元可指能够进行与这里所公开的内容一致的无线通信或网络通信的移动装置(诸如蜂窝电话、个人数字助理(PDA)、数码相机、便携式游戏操控台(portable game console)、MP3播放器、便携式/个人多媒体播放器(PMP)、手持电子书、便携式膝上型PC、全球定位系统(GPS)导航仪、平板计算机、传感器)和诸如桌上型PC、高清晰度电视(HDTV)、光盘播放器、机顶盒、家用电器等装置。
计算系统或计算机可包括与总线电连接的微处理器、用户接口和存储器控制器。所述计算系统或计算机可还包括闪存装置。闪存装置可经由存储器控制器来存储N位数据。所述N位数据被微处理器处理或将被微处理器处理，N可以是1或大于1的整数。在计算系统或计算机是移动设备的情况下，会额外设置电池来提供计算系统或计算机的工作电压。本领域的普通技术人员将清楚：计算系统或计算机可还包括：应用芯片组、相机图像处理器(CIS)、移动动态随机存取存储器(DRAM)等。存储器控制器和闪存装置可构成使用非易失性存储器来存储数据的固态驱动器/盘(SSD)。
以上已经描述了多个示例。然而，将理解：可进行各种改进。例如，如果所描述的技术按照不同的顺序被执行，并且/或者，如果所描述的系统、架构、装置或电路中的部件按照不同的方式进行组合并/或被其它部件或其等同物取代或增补，则可实现适当的结果。因此，其它实现方式也在权利要求的范围之内。

Claims (27)

1.一种分层调制设备，包括：
层级映射单元，被配置为用于基于预定层级映射将信息比特映射到N个层级；
差错控制单元，被配置为用于基于映射的信息比特来产生所述N个层级中的每个层级的差错验证码；
编码单元，被配置为用于基于产生的差错验证码和映射的信息比特来产生所述N个层级中的每个层级的编码的信息比特；以及
符号映射单元，被配置为用于按照所述N个层级的顺序将编码的信息比特中处于预定位置的比特映射到脉冲位置调制PPM符号，
其中，编码单元被配置为基于映射到层级1至层级k-1的被映射的信息比特以及层级k的差错验证码，产生针对层级k的编码的信息比特的奇偶校验，其中，层级k低于或等于层级N。
2.如权利要求1所述的分层调制设备，其中，层级映射单元被配置为用于将信息比特映射到从层级1到层级N的“N”个层级，差错控制单元被配置为用于通过累积向层级1到层级N映射的信息比特中的每个信息比特来产生层级N的差错验证码。
3.如权利要求2所述的分层调制设备，其中，编码单元被配置为用于基于层级N的差错验证码和向层级1到层级N映射的信息比特来产生层级N的奇偶校验，并通过将层级N的奇偶校验、映射到层级N的信息比特和层级N的差错验证码相连来产生层级N的编码的信息比特。
4.如权利要求3所述的分层调制设备，其中，符号映射单元被进一步配置为用于从“N”个层级中的每个层级的编码的信息比特中选择单个比特，按照所述“N”个层级的顺序将选择的比特相连，并将相连的比特映射到PPM符号。
5.如权利要求1所述的分层调制设备，其中，不管层级的数量为何，PPM符号包括恒定的周期。
6.如权利要求1所述的分层调制设备，其中，不管层级的数量为何，PPM符号包括相同的脉冲持续时间。
7.如权利要求3所述的分层调制设备，其中，符号映射单元被进一步配置为用于从“N”个层级中的每个层级的编码的信息比特中选择单个比特，按照所述“N”个层级的顺序将选择的比特相连，并执行格雷映射以将相连的比特映射到PPM符号。
8.如权利要求1所述的分层调制设备，还包括：
发送单元，被配置为用于发送包括关于调制阶数的信息的控制信号；以及
接收单元，被配置为用于接收包括差错出现信息和关于解调阶数的信息的响应信号。
9.如权利要求8所述的分层调制设备，还包括：
控制单元，被配置为用于响应于信息比特被请求重传，基于与解调阶数相同的调制阶数，并基于由接收单元接收的差错出现信息和关于解调阶数的信息，将信息比特映射到PPM符号。
10.如权利要求1所述的分层调制设备，其中，分层调制设备被包括在无线传感器网络WSN中的传感器中。
11.一种分层解调设备，包括：
解调和解码单元，被配置为用于基于解调阶数对接收的信号进行解调，并对编码的信息比特进行解码；以及
差错检测单元，被配置为用于基于包括在编码的信息比特中的差错验证码，从接收的信号检测差错，
其中，层级k的差错验证码用于基于映射到层级1至层级k-1的被映射的信息比特来产生针对层级k的编码的信息比特的奇偶校验，其中，层级k低于或等于层级N，信息比特在分层调制设备中基于预定层级映射被映射到N个层级。
12.如权利要求11所述的分层解调设备，其中，解调和解码单元被配置为用于使用基于解调阶数的脉冲位置调制PPM符号对接收的信号进行解调，从解调的信号估计从层级1到与解调阶数相应的层级的比特值。
13.如权利要求12所述的分层解调设备，其中，差错检测单元被配置为用于基于包括在估计的比特值中的循环冗余校验CRC码，从接收的信号检测差错。
14.如权利要求11所述的分层解调设备，还包括：
噪声估计和消除单元，被配置为用于估计由于发送机的调制阶数与接收机的解调阶数之间的差而产生的噪声，并消除估计的噪声。
15.如权利要求11所述的分层解调设备，还包括：
重传请求确定单元，被配置为用于响应于在接收的信号中检测到差错，确定是否请求发送机重传比检测到差错的层级更高的层级的信息比特。
16.如权利要求11所述的分层解调设备，还包括：
接收单元，被配置为用于接收PPM符号；以及
发送单元，被配置为用于发送响应信号，其中，所述响应信号包括关于检测到差错的层级的信息和关于解调阶数的信息。
17.如权利要求11所述的分层解调设备，其中，解调阶数被设置为“K”，解调和解码单元包括“K”个分支解调和解码单元，
所述“K”个分支解调和解码单元中的每个分支解调和解码单元被配置为用于使用迭代解码方案来分别估计层级1到层级K的比特，其中，迭代解码方案使得“K”个分支解调和解码单元能够彼此交换外信息。
18.如权利要求17所述的分层解调设备，其中，差错检测单元包括“K”个分支差错检测单元，其中，所述“K”个分支差错检测单元被分别连接到“K”个分支解调和解码单元，
所述“K”个分支差错检测单元中的每个分支差错检测单元被配置为用于基于包括在每个层级的估计的比特中的CRC码，分别从每个层级的估计的比特检测差错。
19.如权利要求17所述的分层解调设备，其中，差错检测单元包括“K”个分支差错检测单元，其中，所述“K”个分支差错检测单元被分别连接到“K”个分支解调和解码单元，
第“K”分支差错检测单元被配置为用于在其余分支差错检测单元执行检测之前，基于包括在第1层级到第K层级的估计的比特中的CRC码，从第1层级到第K层级的估计的比特检测差错。
20.如权利要求19所述的分层解调设备，其中，响应于第K分支差错检测单元没有检测到差错，其余分支差错检测单元被控制为不进行操作。
21.如权利要求11所述的分层解调设备，其中，分层解调设备被包括在无线传感器网络WSN中的传感器中。
22.一种分层调制方法，包括：
基于预定层级映射将信息比特映射到N个层级；
基于映射的信息比特来产生所述N个层级中的每个层级的差错验证码；
基于产生的差错验证码和映射的信息比特来产生所述N个层级中的每个层级的编码的信息比特；以及
按照所述N个层级的顺序将编码的信息比特中处于预定位置的比特映射到脉冲位置调制PPM符号，
其中，产生编码的信息比特的步骤包括：基于映射到层级1至层级k-1的被映射的信息比特以及层级k的差错验证码，产生针对层级k的编码的信息比特的奇偶校验，其中，层级k低于或等于层级N。
23.如权利要求22所述的分层调制方法，其中，信息比特被映射到从层级1到层级N的“N”个层级，产生差错验证码的步骤包括：通过累积向层级1到层级N映射的信息比特中的每个信息比特，产生层级N的差错验证码。
24.如权利要求23所述的分层调制方法，其中，产生编码的信息比特的步骤包括：基于层级N的差错验证码和向层级1到层级N映射的信息比特来产生层级N的奇偶校验，并通过将层级N的奇偶校验、映射到层级N的信息比特和层级N的差错验证码相连来产生层级N的编码的信息比特。
25.如权利要求24所述的分层调制方法，其中，对比特进行映射的步骤包括：从“N”个层级中的每个层级的编码的信息比特中选择单个比特，按照所述“N”个层级的顺序将选择的比特相连，并将相连的比特映射到PPM符号。
26.一种分层解调方法，包括：
基于解调阶数对接收的信号进行解调；
对编码的信息比特进行解码；以及
基于包括在编码的信息比特中的差错验证码，从接收的信号检测差错，
其中，层级k的差错验证码用于基于映射到层级1至层级k-1的被映射的信息比特来产生针对层级k的编码的信息比特的奇偶校验，其中，层级k低于或等于层级N，信息比特在分层调制处理中基于预定层级映射被映射到N个层级。
27.如权利要求26所述的分层解调方法，其中，解调的步骤包括：使用基于解调阶数的脉冲位置调制PPM符号对接收的信号进行解调，
解码的步骤包括：从解调的信号估计从层级1到与解调阶数相应的层级的比特值。
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