CN103428158B

CN103428158B - 数字信号发射装置、接收装置及调制、解调方法

Info

Publication number: CN103428158B
Application number: CN201210535692.0A
Authority: CN
Inventors: 张文军; 管云峰; 史毅俊; 王延峰; 王尧; 何大治; 徐胤; 杨帆
Original assignee: Shanghai National Engineering Research Center of Digital Television Co Ltd
Current assignee: Shanghai National Engineering Research Center of Digital Television Co Ltd
Priority date: 2012-12-12
Filing date: 2012-12-12
Publication date: 2016-08-24
Anticipated expiration: 2032-12-12
Also published as: CN103428158A

Abstract

本发明揭示了一种数字信号发射装置、接收装置及其相应的调制、解调方法。本发明的发射装置和接收装置的一个重要特征是分别包括多个星座点映射模块和解映射模块，并且各个映射模块之间和各个解映射模块之间采用不同的QAM映射。本发明的调制和解调方法的一个重要特征是把一个编码流分成多个子编码流进行映射，以及对应地把一个基带符号流分解成多个符号流进行解映射。采用了本发明的技术方案，可以针对纠错码的模式过多，32QAM与128QAM等调制方式的性能损失等问题，通过混合星座点的调制模式实现码率与接收门限的灵活性，从而降低系统复杂度、提升性能。

Description

数字信号发射装置、接收装置及调制、解调方法

技术领域

本发明涉及一种通信系统的调制、解调装置及相应的方法，更具体地说，涉及一种数字信号发射装置、接收装置及相应的调制、解调方法。

背景技术

现有的通信系统，如DVB-T2和DTMB，为了应对不同的码率与接收门限要求，有多种不同的调制模式与纠错码模式。如DTMB有QPSK、16QAM、32QAM和64QAM等不同调制方式，有0.4、0.6和0.8三种不同的LDPC模式。但DTMB在任意模式下，都只有一种调制方式。DVB-T2的不同管道可以使用不同的调制方式，但对于同一个业务流也只会使用一种调制方式。

这样的系统有如下的问题：

1．对发射端和接收端来说，纠错码方式的多样性或多或少增加了系统的复杂度。

2．对于单载波系统的均衡部分来说，如果使用了判决反馈或类似技术，则越高阶的星座点映射越不利于均衡算法，如256QAM的判决反馈增益就小于64QAM的增益，但当需要较高码率时，不得不使用高阶星座点映射。

3．2的奇数次幂的QAM映射，如32QAM与128QAM，由于不能完全满足格雷映射的条件，因此会有性能损失。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种数字信号发射、接收装置及相应的调制、解调方法，来解决现有技术中存在的各种不足。

依据上述目的，实施本发明的数字信号发射装置，应包括码流分组模块、星座点映射模块及符号交织器。其中，数字信号发射装置的星座点映射模块至少设有二个。码流分组模块接收编码流，将编码流按星座点映射模块的数量分组成子编码流，分别传输到各个星座点映射模块中，各个星座点映射模块的映射方式不同，分别按照各自的映射方式将子编码流映射成符号流，并将符号流传输到符号交织器。符号交织器将各组符号流组合成一个基带符号流。

依据上述目的，实施本发明的数字信号接收装置，应包括符号解交织器、星座点解映射模块及软信息合并模块。其中，数字信号接收装置的星座点解映射模块至少有二个。符号解交织器将一个基带符号流还原成多组符号流，按照各组符号流的映射方式，分别传输到对应的星座点解映射模块。各个星座点解映射模块分别将符号流解映射成子编码流，并传输到软信息合并模块。软信息合并模块将各组子编码流合成为一个编码流。

依据上述主要特征，数字信号发射装置还包括纠错码编码器，与码流分组模块连接，纠错码编码器输入比特流，输出编码流作为码流分组模块的输入。各个星座点映射模块分别根据子编码流映射在不同噪声功率下的误码率，调整星座点映射方式的功率，使各个星座点映射模块各自的噪声功率－误码率曲线重合或接近。

依据上述主要特征，发射装置包括第一星座点映射模块和第二星座点映射模块。码流分组模块将编码流分成两组子编码流，分别传输到第一星座点映射模块和第二星座点映射模块。接收装置包括第一星座点解映射模块和第二星座点解映射模块。符号解交织模块将基带符号还原成两组符号流，分别输入到该接收装置包括第一星座点解映射模块和第二星座点解映射模块。

依据上述主要特征，各个星座点映射模块均采用格雷码的2的偶次幂的QAM映射。各个星座点解映射模块均采用格雷码的2的偶次幂的QAM解映射。

依据上述目的，实施本发明的数字信号调制方法包括如下步骤：将一个编码流分成多组子编码流；将多组子编码流按照不同的星座映射方式分别映射成多组符号流；将多组符号流进行交织形成一个基带符号流。

依据上述目的，实施本发明的数字信号解调方法包括如下步骤：将一个基带符号流进行解交织形成多组符号流；对各组符号流按不同的星座点解映射方式进行解映射形成子编码流；将各组子编码流合并形成一个编码流。

依据上述主要特征，调制方法还包括：编码流是将比特流经过纠错编码形成，将一个编码流分成两组子编码流。调制方法分别根据子编码流映射在不同噪声功率下的误码率，调整星座点映射方式的功率，使各个星座点映射方式各自的噪声功率－误码率曲线重合或接近。星座映射方式为采用格雷码的2的偶次幂的QAM映射。

依据上述主要特征，解调方法将一个基带符号流还原成两组符号流。星座解映射方式为采用格雷码的2的偶次幂的QAM解映射。

采用了本发明的技术方案，可以针对纠错码的模式过多，32QAM与128QAM等调制方式的性能损失等问题，通过混合星座点的调制模式实现码率与接收门限的灵活性，从而降低系统复杂度、提升性能。

附图说明

在本发明中，相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：

图1是本发明数字信号发射装置的结构示意图。

图2是本发明数字信号接收装置的结构示意图。

图3是本发明一实施例中64QAM的星座图。

图4是本发明一实施例中256QAM的星座图。

图5是本发明一实施例中64QAM和256QAM映射下的噪声功率－误码率曲线。

图6是本发明一是实例中经过功率调整后的噪声功率－误码率曲线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。

为了能够减少纠错码方式的多样性，以及避免如32QAM和128QAM等映射方式的使用，本发明公开一种通信系统和通信方法，其中有发射装置、与发射装置对应的接收装置及其各自的调制方法和解调方法。

如图1所示，本发明的发射装置有依次连接的纠错码编码器11、码流分组模块12、第一星座点映射模块13、第二星座点映射模块14和符号交织器15。下面按照一个比特流进入发射装置，经过处理后最终形成基带符号流的过程来说明发射装置的调制方法以及其中各个模块的功能和信号传递。

纠错码编码器11接收比特流作为其输入、经过编码之后输出编码流，作为码流分组模块12的输入。本发明对具体用哪一种纠错码不做限定，因此纠错码编码器11采用的纠错码可以是常见的BCH码、RS码或LDPC码等分组码。

码流分组模块12接收纠错码编码器11输出的编码流，并且按照星座点映射模块的数量，将编码流分成对应数量的若干组，分别给不同的星座点映射模块。本发明对分组的具体数量、方法不做限定。假定星座点映射模块有两个，分别是第一星座点映射模块13和第二星座点映射模块14，则可将分组码编码输出的偶数块分给第一种星座点映射模式，将奇数块分给第二种星座映射模式；也可将分组码编码输出的每个块的奇数比特分给第一星座点映射模式，将偶数比特分给第二星座点映射模式；还可将分组码编码输出的每个块的前三分之一分给第一星座点映射模式，后三分之二分给第二星座点映射模式。

星座点映射模块的数量可以任意选择，无论是使用两个、三个或其他数量的星座点映射模块，均可以实现本发明的目的，但一般比较常用的还是采用两个星座点映射模块，如图1所示，发射装置中设置第一星座点映射模块13和第二星座点映射模块14。对应星座点映射模块的数量，码流分组模块12将编码流分为2组，将第一组编码流输入到第一星座点映射模块13中映射，得到第一组符号流，将第二组编码流输入到第二星座点映射模块14中映射，得到第二组符号流。

本发明对具体用哪些星座点映射方式不做限定，但各个星座点映射模块所使用的映射方式需不同，一般会采用格雷码的2的偶次幂的映射方式，以上述两个星座点映射模块为例，则需要两种不同的星座映射方式，可以是16QAM与64QAM，或64QAM与256QAM。另一方面，本发明的星座映射方式并不仅限于QAM映射，还可以采用8PSK与16APSK映射，等等，此时，除QAM映射外的其他映射方式并不仅限于采用2的偶次幂的映射方式。但是，星座映射方式需进行功率调整，功率调整的方法是：首先得到两种星座映射方式各自级联该系统的纠错码时，在不同噪声功率下的误码率，亦即噪声功率误码率曲线；然后调整星座点映射方式的功率，使得两种星座点映射方式的噪声功率－误码率曲线重合或接近。例如，若第一种映射方式在相同噪声功率下的误码率高于第二种映射方式，则提高第一种映射方式的功率。

符号交织器15将各个星座点映射方式输出的符号流组合成一个基带符号流。由于各个星座点映射方式的平均功率不同，需要符号交织来防止功率的突变。以上述两种不同的星座映射方式为例，若两种星座点映射的平均功率有较大差异，对于单载波系统，符号交织应防止一种星座点的符号集中在时域的某一段上，从而避免这段信号功率的突然增大或减小。类似地，对于OFDM系统，符号交织应防止一个OFDM符号的平均功率明显大于或小于另一个，亦即防止一种星座映射的符号集中在一个OFDM符号中，而另一种星座映射的符号集中在另一个OFDM符号中。

本发明对符号交织的具体方法不做限定，只要能达到防止功率突变的目的，都可以实现本发明的目的，可以是常见的块交织或卷积交织等。

如图2所示，本发明的接收装置有依次连接的纠错码解码器21、软信息合并模块22、第一星座点解映射模块23、第二星座点解映射模块24和符号解交织器25。下面按照接收装置接收到基带符号流，经过处理后最终形成比特流的过程来说明接收装置的解调方法及其中各个模块的功能和信号传递。

符号解交织器25与发射装置中的符号交织器15对应，用来接收一个基带符号流，将其还原成多组符号流，按照各组符号流的映射方式，分别传输到对应的星座点解映射模块。符号解交织的具体方法与符号交织对应，此处不再赘述。

星座点解映射模块与发射装置中的星座点映射模块对应，分别将各自的符号流用不同的星座点解映射方式求得每一比特的软信息，即解映射成子编码流，并传输到软信息合并模块22。以上述的发射装置为例，接收装置中相对应地设置两个星座点解映射模块，即第一星座点解映射模块23、第二星座点解映射模块24，其解映射的方法与映射方法相对应，具体的各种QAM、PSK、APSK等解映射算法为通用算法，本发明不做限定。

软信息合并模块22与码流分组模块12相对应，将各个星座点解映射模块输出的软信息合并成一个编码流。

纠错码解码模块21与纠错码编码模块11相对应，有各种通用算法，本发明不做限定。

下面通过一个具体的例子来说明上述的发射装置、接收装置及相应的调制、解调方法。

1. 纠错码使用DVB-T2的一种LDPC码，码长N=64800，其中有K=10800个校验位，那么纠错码将输入的比特流按N-K个一组分组，得到 b_0,0，b_0,1，…， b_0,N-K-1，b_1,0，b_1,1，…，b_1,N-K-1，…，b_n,0，b_n,1，…， b_n,N-K-1，…，其中 b_i,0，b_i,1，…， b_i,N-K-1 i=0，1，…是一组。然后每组添加K个校验位，得到 b_0,0，b_0,1，…， b_0,N-1，b_1,0，b_1,1，…， b_1,N-1，…，b_n,0，b_n,1，…，b_n,N-1，… ，其中 b_i,0，b_i,1，…， b_i,N-1 i=0，1，… 是一组。

2. 将纠错码输出的比特流分成两部分。第一部分为每组的前N/2个比特，即 b_0,0，b_0,1，…， b_0,N/2-1，b_1,0，b_1,1，…， b_1,N/2-1，…，b_n,0，b_n,1，…， b_n,N/2-1，…给第一种星座点映射方式；第二部分为每组的后N/2个比特，即 b_0,N/2，b_0,N/2+1，…， b_0,N-1，b_1,N/2，b_1,N/2+1，…，b_1,N-1，…，b_n,N/2，b_n,N/2+1，…， b_n,N-1，… 给第二种星座点映射方式。

3. 用第一种星座点映射方式，即图3所示的64QAM，将第一组比特流映射为A₀，A₁，…，A_n，…。用第二种星座点映射方式，即图4所示的256QAM，将第二组比特流映射为B₀，B₁，…，B_n，…。例如，若b_0,0，b_0,1，b_0,2，b_0,3，b_0,4，b_0,5分别为0，1，1，1，1，0，按图3检索得A₀为-3-i；若b_0,N/2，b_0,N/2+1，b_0,N/2+2，b_0,N/2+3，b_0,N/2+4，b_0,N/2+5，b_0,N/2+6，b_0,N/2+7分别为1，1，0，1，0，0，1，1，按图4检索得B₀为3+11i。

4. 分别画出不同噪声功率下两种星座图映射方法各自单独加上纠错码的误码率曲线，如图5所示。将第一种星座点映射方式的功率增大0.75dB，两条误码率曲线就非常接近了，如图6所示。据此，将A₀，A₁，…，A_n，…放大0.75dB，得到A¹ ₀，A¹ ₁，…，A¹ _n，…。对i=0，1，…，n，…，A¹ _i= 10^(0.75/20)A_i=1.09 A_i。

5. 将A¹ ₀，A¹ ₁，…，A¹ _n，…和B₀，B₁，…，B_n，…两组符号流按如下方法交织成一个符号流C₀，C₁，…，C_n，…。 C₀= A¹ ₀，C₁= A¹ ₁，C₂= A¹ ₂，C₃= A¹ ₃，C₄= B₀，C₅= B₁，C₆= B₂， C₇= A¹ ₄，C₈=A¹ ₅，C₉= A¹ ₆，C₁₀= A¹ ₇，C₁₁= B₃，C₁₂= B₄，C₁₃= B₅， … C_7n= A¹ _4n，C_7n+1= A¹ _4n+1，C_7n+2= A¹ _4n+2，C_7n+3= A¹ _4n+3，C_7n+4= B_3n，C_7n+5= B_3n+1，C_7n+6= B_3n+2， …。

6. 最后将C₀，C₁，…，C_n，…调制。

接收端的步骤与发射端相对应，这里不再赘述。

不考虑整个系统的各种冗余，本发明发射装置、接收装置所构成的系统的每个符号平均传输5.71个比特。在保持其他条件不变的情况下，若全用256QAM映射，每个符号平均传输6.67个比特；若全用64QAM映射，每个符号平均传输5个比特；若适当改动第2步与第5步，理论上该系统每个符号平均传输的比特数可以是5到6.67间的任意值，与之相应地，系统的接收门限也会不同。

所属领域的技术人员应当认识到，以上的说明书仅是本发明众多实施例中的一种或几种实施方式，而并非用对本发明的限定。任何对于以上所述实施例的均等变化、变型以及等同替代等技术方案，只要符合本发明的实质精神范围，都将落在本发明的权利要求书所保护的范围内。

Claims

1.一种数字信号发射装置，包括码流分组模块、星座点映射模块及符号交织器，其特征是：该数字信号发射装置的星座点映射模块至少设有二个，该码流分组模块接收编码流，将编码流按星座点映射模块的数量分组成子编码流，分别传输到各个星座点映射模块中，各个星座点映射模块的映射方式不同，分别按照各自的映射方式将子编码流映射成符号流，并将符号流传输到符号交织器，符号交织器将各组符号流组合成一个基带符号流，

其中，各个星座点映射模块分别根据子编码流映射在不同噪声功率下的误码率，调整星座点映射方式的功率，使各个星座点映射模块各自的噪声功率－误码率曲线重合或接近。

2.如权利要求1所述的数字信号发射装置，其特征是，该数字信号发射装置还包括纠错码编码器，与码流分组模块连接，纠错码编码器输入比特流，输出编码流作为码流分组模块的输入。

3.如权利要求1所述的数字信号发射装置，其特征是，该发射装置包括第一星座点映射模块和第二星座点映射模块；该码流分组模块将编码流分成两组子编码流，分别传输到第一星座点映射模块和第二星座点映射模块。

4.如权利要求1所述的数字信号发射装置，其特征是，各个星座点映射模块均采用格雷码的2的偶次幂的QAM映射。

5.一种数字信号接收装置，接收如权利要求1所述的数字信号发射装置所发射的基带符号流，包括符号解交织器、星座点解映射模块及软信息合并模块，其特征是：该数字信号接收装置的星座点解映射模块至少有二个，该符号解交织器将一个基带符号流还原成多组符号流，按照各组符号流的映射方式，分别传输到对应的星座点解映射模块；各个星座点解映射模块分别将符号流解映射成子编码流，并传输到软信息合并模块；软信息合并模块将各组子编码流合成为一个编码流。

6.如权利要求5所述的数字信号接收装置，其特征是，该接收装置包括第一星座点解映射模块和第二星座点解映射模块；该符号解交织模块将基带符号还原成两组符号流，分别输入到该接收装置包括的第一星座点解映射模块和第二星座点解映射模块。

7.如权利要求5所述的数字信号接收装置，其特征是，各个星座点解映射模块均采用格雷码的2的偶次幂的QAM解映射。

8.一种数字信号调制方法，其特征是，该方法包括如下步骤：

将一个编码流分成多组子编码流；

将多组子编码流按照不同的星座映射方式分别映射成多组符号流；

将多组符号流进行交织形成一个基带符号流，

其中，还包括如下步骤：分别根据子编码流映射在不同噪声功率下的误码率，调整星座点映射方式的功率，使各个星座点映射方式各自的噪声功率－误码率曲线重合或接近。

9.如权利要求8所述的数字信号调制方法，其特征是，该编码流是将比特流经过纠错编码形成。

10.如权利要求8所述的数字信号调制方法，其特征是，将一个编码流分成两组子编码流。

11.如权利要求8所述的数字信号调制方法，其特征是，星座映射方式为采用格雷码的2的偶次幂的QAM映射。

12.一种数字信号解调方法，接收如权利要求8所述的数字信号调制方法所发射的基带符号流，其特征是，该方法包括如下步骤：

将一个基带符号流进行解交织形成多组符号流；

对各组符号流按不同的星座点解映射方式进行解映射形成子编码流；

将各组子编码流合并形成一个编码流。

13.如权利要求12所述的数字信号解调方法，其特征是，将一个基带符号流还原成两组符号流。

14.如权利要求12所述的数字信号解调方法，其特征是，星座解映射方式为采用格雷码的2的偶次幂的QAM解映射。