CN103931154B - 分级的自适应多载波数字调制和解调 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于将二进制流编码成多载波数据符号/从多载波数据符号解码二进制流的方法。根据本发明的第一实施方式，该方法在发送侧处包括如下步骤：将载波分组为载波群组；选择群组星座图以用于给定载波群组的载波的调制，所选择的群组星座图被构建为具有预定义递减功率的I个叠加星座矢量的分级和，其中P个最强和Q个最弱星座矢量被忽略；借助于所选择的群组星座图，来调制所述载波群组的载波；以及按载波群组和按多载波数据符号来调整P和/或Q参数。根据本发明的第二实施方式，该方法在接收侧处包括如下步骤：将载波分组成载波群组；选择群组星座图以用于通过N个载波或其部分进行统计表征来对给定载波群组的载波进行解调；借助于所选择的群组星座图对载波群组的载波进行解调；以及按载波群组和按多载波数据符号重新评估P和/和Q参数。本发明还涉及相应的发射机(1)和接收机接收(2)。

Description

分级的自适应多载波数字调制和解调
技术领域
本发明涉及多载波信号的数字调制和解调。
背景技术
在包括光纤、同轴电缆和双绞线的有线宽带网络于二十世纪九十年代早期的首次引入之后，他们已显著地进行了演进。尽管存在限制容量的铜的固有衰减，但通过此介质的传输仍是具有吸引力的，原因在于由于传统普通老式电话业务(POTS)部署而其大量地存在于全世界。因此，与光纤到家(FTTH)相比，宽带铜线提供相当大的部署成本节省。实时上，虽然FTTH自从1988年以来在技术上已是可行的，但数字订户线(DSL)对于住宅市场而言仍是主要的宽带接入技术。然而，由于接入网络仍是端对端连接中的瓶颈且由于对越来越高的数据速率的持续需要，铜线正在逐步地被光纤替换。光纤部署的每个用户成本在移动至更接近于订户宅室时，显著地增加。这就是为什么不同的运营商已表示出对最近技术的热情，诸如幻象模式和矢量化，这些技术将输送的前景保持在超过300Mb/s。矢量化和幻象模式传输的成功触发了对超过矢量化VDSL2的用以在相对短的环路上输送500Mb/s至1Gb/s的下一代宽带铜线接入的兴趣。
离散多音(DMT)调制仍是用于下一代接入网络的突出候选技术之一。事实上，DMT在频域中是非常灵活的，并且尤其适合于频谱限制，这在移动至其中要求附加开槽的较高带宽时是重要的。此外，作为任何其他基于多载波的调制，能够用非常基本的单抽头均衡器来容易地解决信道的频率选择性。
然而，数字订户线(DSL)对于瞬态噪声并不是稳健的；DSL通信采假设了稳定的信道和噪声环境，并且未预见用于应对快速信道变化的标准化机制。
在当前DSL标准中，接收机基于在信道初始化期间执行的信号噪声加干扰比(SNIR)测量来确定各载波比特加载和增益，并且向回报告这些参数以供发射机使用。接收机也负责借助于比特交换、无缝速率自适应(SRA)或节省我们的展示时间(SOS)程序而在展示时间期间针对缓慢信道变化进行保护。必须用噪声容限或用虚拟噪声来掩蔽(mask)在测量噪声本底以上的任何噪声波动。通常，运营商使用在线路码限制上5至15 dB的噪声容限，其代表着就可实现数据速率而言约10％至40％的损失。仍在噪声容限以上的噪声突发将预期是很少发生且在持续时间短(所谓的脉冲噪声)，并且因此能够借助于与数据交织组合的前向纠错(FEC)(以通信等待时间和数据开销为代价)或借助于自动重发请求(ARQ)来校正。
利用矢量化，显著地降低了接收处的串话干扰水平。因此，先前被高且稳定的串话水平掩蔽的显著噪声变化将变得可见。因此，运营商可要求甚至更大的噪声容限以应对该噪声动态特性增加，因而减小预计的矢量化增益。
更进一步地，由于持续光纤部署减小了铜环路的长度，DSL波段计划被扩展至较高频率。这些频率具有较高的串话耦合，而且具有诸如射频侵入(RFI)之类的非DSL噪声的更强拾取。而且此处，我们也能够预期噪声动态特性的增加。
并且，运营商也不断推动减小接入设备的总功率消耗。功率减小也是可以允许环路非捆绑的‘公平’机制。
简而言之，当前DSL系统不能为终端用户提供合适服务质量(QoS)下的最佳数据速率以及最佳每比特功率。
被认为有助于理解本发明及其与现有技术的关系的下述背景技术已被证实且将对其进行简要讨论。
于2004年12月2日公开、公开号为US2004240415、题为“Base Station-CentricMethod for Managing Bandwidth and QoS inError-Prone System”的US专利申请公开了一种无线传输系统，该无线传输系统具有多个层，并且包括基站，所述基站可以基于报告的信道状况、移动位置和/或用于特定层的前向纠错(FEC)来选择哪些层来进行传输。可以在接收到来自至少一个移动台的请求时，依赖于可用带宽和/或当前信道使用率和/或优先级，针对每个层动态地建立相应的FEC速率或者传输功率。
于2001年1月1日在IEEE会报第89卷上发表的Dapeng Wu等人的题为“ScalableVideo Coding and Transport over Broad-Band Wireless Network”的技术论文公开了一种用于处理无线网络上的视频传输的自适应框架。在该框架内，在无线信道状况发生变化时，移动终端和网元可以对视频流进行分层，且在感知质量平滑改变的情况下将分层的视频流传输到接收器。
发明内容
本发明的目的是提出一种解决上述缺点和缺陷的新的调制和解调方案。
根据本发明的第一方面，一种用于将二进制流编码成多载波数据符号的方法包括在发射侧的步骤：
a)将载波分组成载波群组，每个载波群组包括多个载波；
b)针对包括N个载波的给定载波群组，选择群组星座图以用于该载波群组的N个载波的调制，所选择的群组星座图包括被定义为具有预定义减小功率的I个叠加(super-imposed)星座矢量的相应分级和的星座点，其中P个最强和Q个最弱星座矢量被忽略，P和Q是两个正整数参数，I是确定最大星座尺寸的正整数值；
c)针对所述载波群组的给定载波，将二进制字映射到所述群组星座图的星座点上；
d)针对具有所述载波群组的N个载波中的相应载波的N个二进制字重复步骤c)，其中P参数和Q参数保持不改变；以及
e)针对每个载波群组重复步骤b)至d)，按载波群组和按多载波数据符号将所述P参数和/或Q参数调整为他们的最佳值。根据本发明的第二方面，一种将二进制流编码成多载波数据符号的发射机，所述发射机被配置成：
a)将载波分组成载波群组，每个载波群组包括多个载波；
b)针对包括N个载波的给定载波群组，选择群组星座图以用于该载波群组的N个载波的调制，所选择的群组星座图包括被定义具有预定义减小功率的I个叠加星座矢量的相应分级和的星座点，其中P个最强和Q个最弱星座矢量被忽略，P和Q是两个正整数参数，I是确定最大星座尺寸的正整数值；
c)针对所述载波群组的给定载波，将二进制字映射到所述群组星座图的星座点上；
d)针对具有所述载波群组的N个载波中的相应群组的N个二进制字重复步骤c)，其中P参数和Q参数保持不改变；以及
e)针对每个载波群组重复步骤b)至d)，并且按载波群组和按多载波数据符号将P参数和/或Q参数调整为他们的最佳值。
根据本发明的第三方面，一种用于从多载波数据符号对二进制流进行盲解码的方法包括在接收侧的步骤：
a)将载波分组成载波群组，每个载波群组包括多个载波；
b)针对包括N个载波的给定载波群组，选择群组星座图以用于通过N个载波或其部分的统计表征来对所述载波群组的N个载波进行解调，所选择的群组星座图包括被定义为具有预定义减小功率的I个叠加星座矢量的相应分级和的星座点，其中P个最强和Q个最弱星座矢量被忽略，P和Q是两个正整数参数，I是确定最大星座尺寸的正整数值，P参数和/或Q参数通过所述统计表征来评估；
c)针对所述载波群组的给定载波，借助于所述群组星座图将载波解映射成二进制字；
d)针对所述载波群组的N个载波中的每个载波重复步骤c)，其中P参数和Q参数保持不改变，从而产生N个二进制字；以及
e)针对每个载波群组重复步骤b)至d)，P参数和/或Q参数按载波群组和按多载波数据符号而被重新评估。
根据本发明的第四方面，一种用于从多载波数据符号对二进制流进行盲解码的接收机，所述接收机被配置成：
a)将载波分组成载波群组，每个载波群组包括多个载波；
b)针对包括N个载波的给定载波群组，选择群组星座图以用于通过所述N个载波或其部分的统计表征来对所述载波群组的N个载波进行解调，所选择的群组星座图包括被定义为具有预定义减小功率的I个叠加星座矢量的相应分级和的星座点，其中P个最强和Q个最弱星座矢量被忽略，P和Q是两个正整数参数，I是确定最大星座尺寸的正整数值，P参数和/或Q参数通过所述统计表征来评估；
c)针对所述载波群组的给定载波，借助于所述群组星座图将载波解映射成二进制字；
d)针对所述载波群组的N个载波中的每个载波重复步骤c)，其中P参数和Q参数保持不改变，从而产生N个二进制字；以及
e)针对每个载波群组重复步骤b)至d)，并且P参数和/或Q参数按载波群组和按多载波数据符号而被重新评估。
在本发明的一个实施方式中，所述发射机根据功率预算准则来调整P参数。
在本发明的一个实施方式中，所述发射机根据噪声准则来调整Q参数。
根据本发明的一个实施方式，所述发射机根据来自对端接收机的确认信息来调整Q参数。
在本发明的一个实施方式中，所述发射机根据服务质量QoS准则来调整P参数和/或Q参数。
在本发明的一个实施方式中，所述发射机根据输出业务需求来调整P参数和/或Q参数。
在本发明的一个实施方式中，所述I个叠加星座矢量是4-QAM矢量。
在本发明的一个实施方式中，根据发射功率谱罩(mask)对载波发射功率进行单独成形和/或根据各自的相对载波增益对载波发射功率进行单独微调。
在本发明的一个实施方式中，该方法还包括在映射到载波之前对所述二进制流进行加扰的步骤。
在本发明的一个实施方式中，接收机通过N个载波或其部分的功率或振幅分布的统计表征来评估P参数和/或Q参数。
提议的所述调制方案将载波分组成载波群组，每个载波群组包括两个或更多载波。然而，需要足够多的载波以用于接收侧处的载波的准确统计表征。可以根据其各自SNIR或出错率对载波进行分组。此类载波分组能够在信道初始化期间执行，并且能够在信道操作期间更新。替换地，载波群组可以是在发射和接收侧两者处已知的预定义群组。载波群组不一定包括相等数目的载波。
然后，发射机自主地选择将被用于给定载波群组中的所有载波且用于给定多载波数据符号的公共星座图。所述发射机使用被充分限制的一组功率水平和可能的星座图案。于是，允许发射机在任何时间点使用此被限制组内的任何星座和功率。这些动作在所有载波群组范围内是协调的，并且接收机能够对载波群组应用某些度量以可靠地检测正在哪个功率下使用哪个星座。
更正式地讲，所选星座图被构建为具有预定义递减功率的I个叠加星座矢量的分级和，其中忽略P个第一最强和Q个最后最弱星座矢量。例如，该叠加星座矢量是4-QAM星座矢量或对跖PAM星座矢量。I确定最大允许星座尺寸，而P和Q是两个整数参数，其值由发射机自主地调整。
发射机自主地根据各种准则来调整P参数和Q参数。例如，能够增加P参数以尽可能少消耗发射功率。又例如，能够增加Q参数以保持远离噪声本底并使得通信尽可能有弹性。又例如，能够根据从对端接收机接收到的确认信息来调整Q参数：如果最弱星座矢量被突然噪声增加命中，则相应的数据块保持未确认的，并且发射机然后可判定增加用于相应载波群组的Q值。又例如，能够调整P参数和/或Q参数以满足某个QoS，诸如具有某个误比特率(BER)的特定数据吞吐量。还能够调整P参数和/Q参数，从而按照当前DSL标准在不浪费用于空闲模式传输的功率的情况下满足实际业务需求。
发射机接下来使用相同星座图对载波群组的每一个载波上的相应比特的数字进行编码，意指P参数和Q参数保持不改变。
此过程对每一个载波群组且对每一个多载波数据符号重复，同时按载波群组和按多载波数据符号将P参数和Q参数调整至其最佳值。
可以根据发射功率罩单独地对载波发射功率进行成形，或者可根据各相对载波增益对载波发射功率进行微调，例如以用于噪声容限均衡。
公共星座图在预定的载波群组上的使用允许接收侧处的盲解码。接收机通过以统计方式表征给定载波群组的接收频率样本、例如通过以统计方式表征接收频率样本的振幅或功率相对于某个参考阈值，来找出在发射侧已经使用哪个星座图。并不是所有频率样本都需要使用，但是样本越多，估计越准确。并且，通过在编码之前对数据进行加扰来改善统计表征。
一旦已确定了P值和Q值并选择了相应的星座图，则接收机通过选择星座图内的最近星座点来将相应的接收频率样本解码，该点与特定二进制字相关联。
提出的调制和解调方案的有利之处在于：
-其不要求使用相对于线路码极限的容限，不使用虚拟或仿真噪声两者，以保证QOS和稳定性；
-不同于当前DSL ARQ，其能够应对较长噪声突发和快速逐步噪声增加；
-不同于当前DSL低功率模式，其能够根据实际业务需求来调适其发射功率并因此能够节省更多的功率；针对业务增加，能够控制功率突增；
-与用于大型矢量化系统的30s-3mn相比，其将允许在几秒内启动线路；
-显著地减小了线路再训练的量；
-其减少了网络管理，因为需要手动地配置的通信参数较少，并且因此减小了运营开支(OPEX)；
-其允许环路非捆绑。
附图说明
通过参考结合附图进行的对实施方式的以下描述，本发明的上述及其他目的和特征将变得显而易见并且本发明也将得到最好地理解，在所述附图中：
-图1表示根据本发明的发射机；
-图2表示根据本发明的接收机；
-图3-5表示供发射机和接收机使用的可能分级群组星座图；以及
-图6和7表示可能的载波加载策略。
具体实施方式
在整个说明书中将一致地使用以下术语：
-I指示分级调制层的最大数目，或者替换地星座矢量的最大数目，其潜在地能够被发射机和接收机使用；
-i指示调制层索引或者替换地星座数量索引，范围从0至I-1；
-Li指示以特定预定义发射功率表征的特定调制层；
-J指示载波群组的总数；
-j指示在从0至J-I范围内的载波群组索引；
-Gj指示具有索引j的载波群组；
-Nj指示载波群组Gj内的载波的数目；
-K指示载波的总数；
-k指示载波或频率索引，范围从1至K；
示发射或接收多载波数据符号索引；
指示用于调制层Li和多载波数据符号l在频率索引k的发射星座矢量；
指示在用于多载波数据符号索引载波群组Gj内被忽略的最强星座矢量的数目或者替换地最高调制层的数目；
指示在用于多载波数据符号索引的载波群组Gj内被忽略的最弱星座矢量的数目或者替换地最低调制层的数目；
指示用于多载波数据符号索引在载波频率k的发射频率样本；
指示用于多载波数据符号索引在频率索引k的接收频率样本；
-Hk指示在频率索引k的总直接信道传递函数；以及
指示用于多载波数据符号载波在频率索引k的接收噪声和干扰；
将进一步假设分级调制层是4-QAM调制层，并且因此是相应的星座矢量。
在图1中看出发射机1包括以下功能块：
-发射缓冲器10，其中，保持输出业务，
-成帧器20，
-加扰器30，
-串并(S/P)转换器40，
-映射器50，
-缩放器60，
-逆快速傅立叶变换(IFFT)单元70，
-并串(P/S)转换器80，
-循环扩展(CE)和窗口化单元90，
-模拟前端(AFE)100，
-调制控制器(CTRL)110，
-ARQ存储区120。
发射缓冲器10被耦合到成帧器20。成帧器20进一步被耦合到加扰器30和ARQ存储区120。加扰器30进一步被耦合到S/P转换器40。S/P转换器40进一步被耦合到映射器50。映射器50进一步被耦合到缩放器60。缩放器60进一步被耦合到IFFT单元70。IFFT单元70进一步被耦合到P/S转换器80。P/S转换器80进一步被耦合到CE/窗口化单元90。CE/窗口化单元90进一步被耦合到AFE 100。AFE 100进一步被耦合到传输介质，诸如非屏蔽双绞铜线(UTP)。调制控制器110被耦合到发射缓冲器10、成帧器20、S/P转换器40、映射器50以及缩放器60。
成帧器20将输出二进制流解析成数据传输单元(DTU)。每个DTU通过给定多载波数据符号内的给定载波群组的给定调制层(进一步称为数据块)传送(参见图6)。
向成帧器20供应载波群组Gj内的Nj个载波以及调制参数 。载波群组Gj内的数据块的长度因此等于2Nj，并且每个载波群组存在个启用的数据块。成帧器30从输出二进制流拾取所需数目的比特从而匹配在开销插入之后的给定数据块的长度。DTU开销包括奇偶校验信息，诸如循环冗余校验(CRC)或前向差错控制(FEC)以及数据重新组装信息。该过程针对每个载波群组和每个多载波数据符号内的每个启用数据块进行重复。
成帧器20还调节ARQ逻辑以便重传尚未被对端接收机确认的DTU。成帧器20利用存储区120，其中保持未确认DTU以用于进一步重传，如果有的话。
成帧器20进一步被配置成保持关于每个启用数据块的传输失败的ARQ统计，例如在特定数据块上发射的多少DTU尚未被确认。ARQ统计被供应给调制控制器110以便调整调制参数。
加扰器30用于借助于在发射和接收侧两者处均已知的加扰算法来使二进制流随机化。
S/P转换器40根据预定顺序将每个已加扰DTU映射成给定多载波数据符号的给定数据块。S/P转换器40为映射器50提供将映射在4-QAM分级层Li上的各比特对值以用于多载波数据符号索引内的载波索引k的调制。向S/P转换器40供应将由映射器50用于载波群组Gj和多载波数据符号索引的调制参数 。进一步向S/P转化器40供应属于载波群组Gj的载波索引的列表(参见图1中的“Gj中的k”)。
映射器50根据由S/P转换器40供应的各比特对值来确定发射频率样本。
能够将属于载波群组Gj且在多载波数据符号索引内的在频率索引k的发射频率样本分解为具有预定义递减功率的I个叠加4-QAM星座矢量的分级和，其中个最强和个最弱星座矢量被忽略(并不预期S/P转换器30将输出用于它们的任何比特对值)。每个星座矢量通过各比特对值调制，并且L-Pj、星座矢量加在一起以提供发射频率样本Tk,l：
在优选实施方式中，I星座矢量具有按相等功率因数α的固定递减功率：
其中，||v0||表示用于将被发射机和接收机两者共同使用的最强星座矢量的参考振幅。用于α的典型值是2或4。
映射器50朝着缩放器60输出一组频率样本。
缩放器60借助于发射功率谱密度(PSD)罩tssk对频率样本的发射功率进行成形和/或根据各相对载波增益gk对频率样本的发射功率进行微调，从而产生经缩放的发射频率样本：
IFFT单元70用于借助于IFFT算法根据经缩放发射频率样本来计算时间样本。
P/S转换器80用于将由IFFT单元70供应的时间样本转换成串行时间序列以用于进一步模拟转换。
CE/窗口化单元90用于在每个多载波数据符号内插入循环前缀，并且进一步用于在每个多载波数据符号上施加时间窗，从而减少符号过渡期间的频率泄漏。
AFE 100包括数模转换器(DAC)、用于将信号能量限制在适当通信频带(多个)内的发射滤波器、用于放大发射信号并用于驱动传输线的线路驱动器、用于在实现低发射机-接收机耦合比(例如，借助于回波消除技术)的同时将发射机输出耦合到传输线的混合器、用于适应于线路的特性阻抗的阻抗匹配电路以及隔离电路(通常为变压器)。
调制控制器110用于调整将被映射器50用于载波群组Gj和多载波数据符号索引的调制参数的值。
根据各种准则来调整调制参数：
-功率策略准则power_policy，诸如用以实现所需QoS的最小发射功率或者用以使得通信尽可能有弹性的发射功率；
-QoS准则，诸如将用给定BER和/或等待时间来实现的给定恒定比特率(CBR)或可变比特率(VBR)；
-来自成帧器30的确认信息ack_info，诸如每个调制层和每个载波群组的重传事件的数目；
-载波准则，诸如由网络分析器配置的PSD模板noise_template，或者由对端接收机在信道初始化和/或操作期间执行的SNIR测量，或者替换地对于针对如根据由对端接收机在信道初始化和/或操作期间执行的SNIR测量而确定的给定载波群组所要遵守的Q参数的最小值；以及
-发射缓冲器10的当前长度，其指示来自较高层的实际业务需求。
调制控制器110在以下界限内调整和调制参数：
如果等于I，则相应的载波群组Gj不会被用于传输。
可以约束P和/或Q参数以遵循某些预定模板或规则。例如，能够界定P参数随时间变化，从而使对其他有效线路的干扰平滑化。又例如，在信道初始化期间，可将发射机约束成利用高发射功率和高噪声容限开始，意指低P值和高Q值，从而尽快地设立基本和弹性通信信道。然后允许发射机依从模板和所需QoS而逐渐地减小功率和噪声容限。
将相对于图6和7来进一步阐明调制参数的调整。
在图2中看到接收机2包括以下功能块：
-AFE 210，
-S/P转换器220，
-快速傅立叶变换(FFT)单元230，
-频率均衡器(FEQ)240，
-解调控制器(CTRL)250，
-解映射器260，
-P/S转换器270，
-解扰器280，以及
-解帧器290，
-接收缓冲器300，其中，保持着输入业务。
AFE 210被耦合到传输介质和S/P转换器220。S/P转换器220进一步被耦合到FFT单元230。FFT单元230进一步被耦合到频率均衡器240。频率均衡器240进一步被耦合到解调控制器250。解调控制器250进一步被耦合到解映射器260。解映射器260进一步被耦合到P/S转换器270。P/S转换器270进一步被耦合到解扰器280。解扰器280进一步被耦合到解帧器290。解帧器290进一步被耦合到接收缓冲器300。
AFE 210包括隔离电路、阻抗匹配电路、用于在实现发射机-接收机耦合比的同时将传输线耦合到接收机输入端的混合器、用于在抑制带外干扰的同时将信号能量约束在适当通信频带内的接收滤波器、用于以尽可能少的噪声放大接收信号的低噪声放大器(LNA)以及模数转换器(ADC)。
S/P转换器220用于将由AFE 210输出的数字时间样本并行化以便由FFT单元230进一步处理。
FFT单元230用于借助于快速傅立叶变换算法来计算接收频率样本。
均衡器240用于使接收频率样本均衡化。每个频率样本被乘以总信道传递函数(包括载波缩放及AFE 100和AFE 210)的逆，以便恢复初始发射频率样本从而产生均衡频率样本：
以及
能够使用在发射和接收侧处已知的伪随机宽带信号来确定信道传递函数。能够将伪随机信号作为在每个数据传输前面的前同步码图案或作为信道初始化和/或操作期间的训练信号而发射。
均衡接收频率样本被供应给解调控制器250以便确定调制参数。
解调控制器250通过以统计方式来表征均衡接收频率样本，
k∈Gj，来确定用于载波群组Gj和多载波数据符号索引的调制
参数。
解调控制器250计算Nj个均衡接收频率样本的平均功率。用于载波群组Gj和多载波数据符号索引的Nj个接收频率样本的均值功率的估计由下式给出：
由于利用统计的不相关比特对值(由于加扰过程)来调制每个4-QAM星座矢量，并假设零均值高斯噪声，所以平均功率的期望值由下式给出：
假设参考发射功率||v0||在接收侧处是已知的，解调控制器250确定其和(10)最佳地拟合于所计算的估计(9)的调制参数 。
解调控制器250首先通过将估计与在和之间、的第一参考阈值(例如)相比较，来确定是否使用最强星座矢量(即，P是否等于零)。
如果估计大于第一参考阈值，则认为P是零，并且向解映射器260发送载波群组Gj的Nj个接收频率样本，以用于最高调制层L0的解调。解映射器260针对载波群组Gj的每个载波k确定所发射的最强星座矢量。然后从各接收频率样本减去这样确定的星座矢量，并且向解调器控制器250返回结果得到的接收频率样本，以用于进一步统计表征。
如果估计低于第一参考阈值，则认为P不同于0，这意味着对于该载波群组而言在发射侧处并未使用调制层L0，并将估计与在和之间的第二参考阈值(例如)相比较，从而确定是否使用调制层L1。
一旦对于相应的调制层(通常，层索引)命中了特定参考阈值，则确定用于调制参数的相应值，并且将相继的分级调制层被单独地解调，并从接收频率样本中减去相应的星座矢量，直至不再命中用于另一相应调制层(通常，层索引)的另一参考阈值(在该阶段，可预期留下的只有噪声)。然后导出用于参数的相应值。
解映射器260用于解调给定频率样本的给定调制层Li(参见图2中的)。在先前解调星座矢量的减法之后，如果有的话，由解调控制器250来供应频率样本。解调器260选择对应于解调层Li的4-QAM星座图，并确定该星座图中最接近于供应的频率样本的星座点。然后由解映射器260输出对应于该星座点的比特对值以便由P/S转换器进一步处理。从接收频率样本减去相应的星座矢量，并将结果返回给解调器控制器250以用于进一步统计表征。
可能的是，能够在从接收频率样本减去相应的星座矢量之前对已解码二进制字应用纠错。
作为此迭代解调过程的替换方式，一旦已经由解调控制器250确定调制参数，则解映射器260能够使用适当的星座图一次将均衡接收频率样本解调。
P/S转换器270用于根据由解映射器260输出的单独解码的比特对值来重构原始DTU，并用于使重构DTU串行化。
解扰器280用于恢复原始DTU。
解帧器290将DTU有效负荷重新组装成一个二进制流。
解帧器290首先借助于附加的奇偶校验位来检查接收DTU是否有效或被损坏。已损坏DTU被接收机丢弃。
解帧器290调节ARQ逻辑以便向对端发射机确认DTU的正确接收。可预期未确认DTU将被发射机重传。
一旦完成，结果得到的二进制流被推入接收缓冲器300中以便由较高层进一步读取。
在图3至5中看到能够用于载波调制和解调的三个示例性星座图。假设调制层的最大数目为3(I＝3)。
在图3中看到对应于使用情况I＝3和P＝Q＝0的第一64-QAM星座图(每个载波6比特)，这意指全部的三个调制层L01、L1和L2都在使用中。
发射频率样本或均衡接收频率样本是如下3个星座矢量之和：用于调制层L0的、用于调制层L1的以及用于调制层L2的。
属于两个相继调制层的两个星座矢量之间的功率比等于4，或者替换地
第一调制层L0具有最高传输功率，并对应于星座点‘x’。第二调制层L1具有第一调制层L0的传输功率的1/4，并且对应于星座点‘+’。并且最后，第三调制层L2具有第一调制层L0的传输功率的1/16，并且对应于带圆圈的星座点‘+’。用于该星座图的可承受噪声功率(sustainable noise power)已被描述为一个星座点周围的噪声云(参见图3中的可承受噪声)。
在图4中看到第二16-QAM星座图(每个载波4比特)，其中，I＝3，P＝0且Q＝1，意指只有最高的两个调制层L0和L1在使用中。
发射频率样本或均衡接收频率样本现在是2个星座矢量的和：用于调制层L0的和用于调制层L1的。V2,k,l星座矢量被忽略。
此星座图能够以较低的比特加载为代价承受较高噪声功率。
在图5中看到第三16-QAM星座图(每个载波4比特)，其中，I＝3，P＝1且Q＝0，意指只有最低的两个调制层L1和L2在使用中。
发射频率样本或均衡接收频率样本现在是2个星座矢量的和：用于调制层L1的和用于调制层L2的。V0,k,l星座矢量被忽略。
此星座图能够承受与图3的星座图(P＝Q＝0)相同的噪声功率，但是用较少的发射功率。
在图6和7中看到根据本发明的两个示例性载波加载。假设调制层的最大数目为8(I＝8)。
在图6中看到表示用于给定多载波数据符号的各自载波比特加载的图。
16比特的最大值能够逐对地在给定载波上加载：{b0；b1}对应于调制层L0；{b2；b3}对应于调制层L1；{b4；b5}对应于调制层L2；{b6；b7}对应于调制层L3；{b8；b9}对应于调制层L4；{b10；b11}对应于调制层L5；{b12；b13}对应于调制层L6；并且{b14；b15}对应于调制层L7。
每个调制层对应于给定发射功率预算。最大可实现发射功率被描述为|T(f)|max。最大可实现SNIR TX_SNIR_MAX被描述为是|H-1(f)z(f)|与|T(f)|max之差，并且指示能够在给定载波上加载的最大比特数，已故意地省略单独载波缩放以便不使该图过载。
载波根据其各自SNIR比或者等价地根据其最大可实现比特加载排序。载波被分组成载波群组，载波群组包括固定数目N的载波。用于给定载波群组的给定调制层对应于给定数据块和给定DTU。数据块能够传送2N比特。
由于当前噪声水平而被禁用且不能用来传送任何DTU的数据块用断面线画出。在多载波数据符号中被用于传送DTU的启用数据块是灰色的，而在多载波数据符号中留下未使用的启用数据块是白色的(但其能够在后续或先前的多载波数据符号中使用)。
在图6中描述了载波加载策略的第一示例。在本示例中，使用最小传输功率来传送特定量的数据。首先填充最低调制层L7，接下来是调制层L6、L5等。在这种使用情况下，发射机按载波群组来调整调制参数{P；Q}，从而与需要在多载波数据符号上发送的业务量匹配，目前为26个数据块或52N比特，同时保持在噪声本底|H-1(f)Z(f)|以上。例如，针对前两个载波群组G0和G1，将调制参数{P；Q}分别地设置成{3；0}，并针对随后的四个载波群组G2至G5将其设置成{4；1}，等等。
发射机还可使用ARQ统计来调整Q参数。例如，让我们假设两个数据块已被ARQ逻辑报告为被噪声突发规则地命中，从而导致错误DTU和重传事件。在图6中用交叉符号来指示那些数据块(用于载波群组G4和G5的调制层L6)。然后，发射机将针对载波群组G4和G5使Q从1增加至2，从而使得通信更加弹性，如果要传送相等的数据量，则其必须通过针对两个载波群组(例如用于载波群组G2和G3)中的一个的P减小来补偿。
在图7中描述了载波加载策略的第二示例。在本示例中，首先填充载波群组G0的所有启用数据块，接下来是载波群组G1的所有启用数据块等。再次地，发射机按载波群组调整调制参数{P；Q}，从而匹配于需要发送的业务量，同时保持在噪声本底|H-1(f)Z(f)|以上。此策略是更有利的，因为其仅仅利用了有限可用频谱部分。频谱的其余部分能够由其他发射机使用，在该发射机的情况下干扰水平是相当大的(例如，因为相应的订户线在公共捆扎器的紧密附近区域中)。因而多个发射机之间的某种调度协调将是有利的。
在替换实施方式中，使用统计假设测试以及更具体地单样本Kolmogorov-Smirnov(K-S)拟合良度假设测试，来猜测Q参数的值。
统计假设测试是使用无论是来自受控实验还是观察研究(不受控)的数据来进行判定的方法。在统计中，如果根据预定阈值概率，即显著性水平，结果不可能单独地靠碰巧而发生，则将其称为在统计上有效的。
[H,P]＝KSTEST(X,CDF)执行K-S测试以确定随机样本X是否能够具有假设、连续累积分布函数(CDF)。CDF是可选的：如果省略或为空的，则假设假定CDF为标准正常N(0,1)。H值指示假设测试的结果：H＝0意指“在指定有效性水平下不排除零假设”；并且H＝1意指“在指定有效性水平下排除零假设”。P值是获得至少如假设零假设为真时实际上观察到的那样极端的测试统计的概率。因此，其表示从假设H＝0导出测试统计的概率有多大。
让S(X)为根据样本矢量X估计的经验CDF，F(X)为相应真但未知的群体CDF，并且CDFref是在零假设下指定的未知输入CDF。单样本K-S测试测试对于所有X而言F(X)＝CDFref的零假设。
我们知道对于同相和正交分量两者而言，接收到的样本等于发射样本加上加性高斯白噪声(AWGN)。AWGN遵循具有均值0和等于观察噪声功率的方差的正态分布。例如能够在具有预定义图案的已知符号(诸如SYNC符号)上测量噪声功率。因此，当在没有错误的情况下执行接收机中的解映射时，限幅器(slicer)错误的分布近似AWGN。当1)使用正确解映射网格以及2)噪声功率受到限制时，接收机处的解映射无错误地执行。因此，在无错误地执行解映射的假设下，K-S测试将能够计算在同相和正交域中观察到的限幅器错误遵循具有零均值和等于噪声功率的方差的假设正态分布的概率。
由于我们知道同相和正交分量遵循相同分布(除相位噪声之外)和星座网格(因为其是从对称4-QAM星座导出的)，所以我们能够在同一区间中将同相和正交分量分组。这样，我们能够将样本尺寸增加为二倍(对于N个载波的载波群组而言，我们具有2N个观察结果)。由于我们知道使用假设星座网格中的一个，我们并不依赖于K-S测试的H值。相反，估计Q将是使K-S测试的P值最大化的Q。
替换地，我们还可以在分布之间比较由K-S测试输出的K-SS统计的临界值，其可以改善性能，因为限幅将略微改变假设分布(在[-d/2，d/2]之外零概率，其中，d是所考虑星座图中的最近相邻距离)。
替换地，一个人能够利用这样的事实，即通过计算样本的均值，限幅器错误应为零。产生最小均值(slicer_error)/F的星座网格被选作Q估计，其中，F是用以反映网格的不同d的归一化(通常会选择F＝d/2)。此外，在平均值应为0的假设下，我们还能够利用限幅器错误的方差，并选择限幅器错误的均值方差。再次地，我们使用归一化F(Q)，其取决于所考虑星座的Q值。
不同P值的限幅器分布之间的区别过小而不能提供良好的(且因此显著的)检测。由于P利用信号的功率，所以将使用此属性用于估计P参数。为了避免遍及所有星座进行循环，将其本身局限于一个星座网格。该假设是使用2的振幅缩放因数，并且当使用相同Q值时，(P；Q)星座网格的星座点重叠。在完美源编码的假设下，应同样经常地使用所选(P；Q)的所有星座点。由于用于P＝1..I-1的(P；Q)星座网格是(0；G)网格的子网格，所以其将具有解映射点的不同分布。例如，当I＝2时，(1；0)网格使用(0；0)网格的四个内点。与单独地评估所有的点相反，我们根据解映射星座点所属的层而将其分区间。因此，我们能够进行精确二项式或卡方假设测试，以检测在零假设下观察作为所考虑星座网格的样本分布的概率。例如，当发射机正在(0；0)网格上进行发送并采取低噪声功率时，将很容易检测到这样的事实，即当使用外点中的一个时，P＝0。
应注意的是P参数和Q参数并不需要都通过接收频率样本的统计表证来评估。例如，接收机可使用最小Q值Qmin以用于给定载波群组的载波解调，该最小值是根据对该载波群组上测量的SNIR而确定的。然后，接收机将解码针对Qj,-Qmin个数据块的无效DTU，如果是这样，则接收机将无效DTU丢弃，并且不发生重传，因为他们未在发送侧处被参考。
虽然以上描述适用于有线传输，但提出的调制和解调方案对于无线和移动传输而言是同样有效且有利的。
还应注意的是不应将术语‘包括’解释为局限于其后所列出的手段。因此，措辞‘包括装置A和B的设备’的范围不应局限于设备仅由部件A和B组成。这意味着相对于本发明，设备的相关部件是A和B。
还应注意的是不应将术语‘耦合’解释为仅局限于直接连接。因此，措辞“被耦合到设备B的设备A”的范围不应局限于其中设备A的输出端被直接连接到设备B的输入端的设备或系统，和/或反之亦然。这意味着在A的输出端与B的输入端之间存在路径和/或反之亦然，其可以是包括其他设备或装置的路径。
说明书和附图仅仅举例说明本发明的原理。因此将认识到的是本领域的技术人员将能够设计各种布置，其虽然未在本文中明确地描述或示出，但其体现本发明的原理且被包括在本发明的精神和范围内。此外，本文所叙述的所有示例主要是明确地意图仅用于教导的目的，以帮助读者理解本发明的原理和由本发明人贡献以使本领域进步的概念，并且应将其理解为不限于此类具体叙述的示例和条件。此外，本文中的叙述本发明的原理、方面和实施方式以及其特定示例的所有说明均意图涵盖其等价物。
可以通过使用专用硬件以及能够与适当软件相关联地执行软件的硬件来提供图中所示的各种元件的功能。当由处理器来提供时，可以由单个专用处理器、由单个共享处理器或由多个单独处理器来提供该功能，其中的某些可以被共享。此外，不应将处理器理解为专有地指示能够执行软件的硬件，并且在没有限制的情况下可以隐含地包括数字信号处理器(DSP)硬件、网络处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)等。还可以包括常规和/或自定义的其他硬件，诸如只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)以及非易失性存储器。

Claims (14)

1.一种用于将二进制流编码成多载波数据符号的方法，所述方法在发送侧包括步骤：
a)将载波分组成载波群组，所述载波群组中的每个载波群组包括多个载波；
b)针对包括N个载波的给定载波群组(Gj)，选择群组星座图以用于对该载波群组的所述N个载波进行调制，所选择的群组星座图包括被定义为具有预定义递减功率的I个叠加星座矢量的相应分级和的星座点，其中P个最强和Q个最弱星座矢量被忽略，P和Q是两个正整数参数，I是确定最大星座尺寸的正整数值；
c)针对所述载波群组的给定载波(k)，将二进制字映射到所述群组星座图的星座点上；
d)针对具有所述载波群组的所述N个载波中的相应载波的N个二进制字，重复步骤c)，其中P参数和Q参数保持不变；以及
e)针对每个载波群组，重复步骤b)至d)，按载波群组以及按多载波数据符号，将P参数和/或Q参数调整至他们的最佳值。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，根据功率预算准则(power_budget)来调整所述P参数。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，根据噪声准则(noise_PSD)来调整所述Q参数。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，根据来自对端接收机的确认信息(ARQ_statistics)来调整所述Q参数。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，根据服务质量QoS准则(Qmin)来调整所述P参数和/或所述Q参数。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，根据输出业务需求(TX_buffer_length)来调整所述P参数和/或所述Q参数。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述I个叠加星座矢量是4-QAM矢量。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，根据发射功率谱罩来对载波发射功率进行单独成形和/或根据各自的相对载波增益对载波发射功率进行单独微调。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法还包括在映射到所述载波上之前对所述二进制流进行加扰的步骤。
10.一种用于从多载波数据符号对二进制流进行盲解码的方法，所述方法在接收侧处包括步骤：
a)将载波分组成载波群组，所述载波群组中的每个载波群组包括多个载波；
b)针对包括N个载波的给定载波群组(Gj)，选择群组星座图以用于通过所述N个载波或其部分的统计表征来对所述载波群组的所述N个载波进行解调，所选择的所述群组星座图包括被定义为具有预定义递减功率的I个叠加星座矢量的相应分级和的星座点，其中P个最强和Q个最弱星座矢量被忽略，P和Q是两个正整数参数，I是确定最大星座尺寸的正整数值，P参数和/或Q参数通过所述统计表征来评估；
c)针对所述载波群组的给定载波(k)，借助于所述群组星座图将所述载波解映射成二进制字；
d)针对所述载波群组的所述N个载波中的每个载波，重复步骤c)，其中P参数和Q参数保持不变，从而产生N个二进制字；以及
e)针对每个载波群组重复步骤b)至d)，其中P参数和/或Q参数按载波群组以及按多载波数据符号被重新评估。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述方法包括通过对所述N个载波或其一部分的功率或振幅分布的统计表征来评估P参数和/或Q参数的步骤。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，所述I个叠加星座矢量是4-QAM矢量。
13.一种用于将二进制流编码成多载波数据符号的设备，包括：
处理器，
包含多个程序指令的存储器，所述多个程序指令配置成当由所述处理器执行时，使得所述设备
a)将载波分组成载波群组，所述载波群组中的每个载波群组包括多个载波；
b)针对包括N个载波的给定载波群组(Gj)，选择群组星座图以用于对所述载波群组的所述N个载波进行调制，所选择的所述群组星座图包括被定义为具有预定义递减功率的I个叠加星座矢量的相应分级和的星座点，其中P个最强和Q个最弱星座矢量被忽略，P和Q是两个正整数参数，I是确定最大星座尺寸的正整数值；
c)针对所述载波群组的给定载波(k)，将二进制字映射到所述群组星座图的星座点上；
d)针对具有所述载波群组的所述N个载波中的相应载波的N个二进制字，重复步骤c)，其中P参数和Q参数保持不变；以及
e)针对每个载波群组，重复步骤b)至d)，并且按载波群组以及按多载波数据符号将P参数和/或Q参数调整至他们的最佳值。
14.一种用于从多载波数据符号对二进制流进行盲解码的设备，包括：
处理器，
包含多个程序指令的存储器，所述多个程序指令配置成当由所述处理器执行时，使得所述设备
a)将载波分组成载波群组，所述载波群组中的每个载波群组包括多个载波；
b)针对包括N个载波的给定载波群组(Gj)，选择群组星座图以用于通过所述N个载波或其部分的统计表征来对所述载波群组的所述N个载波进行解调，所选择的所述群组星座图包括被定义为具有预定义递减功率的I个叠加星座矢量的相应分级和的星座点，其中P个最强和Q个最弱星座矢量被忽略，P和Q是两个正整数参数，I是确定最大星座尺寸的正整数值，P参数和/或Q参数通过所述统计表征来评估；
c)针对所述载波群组的给定载波(k)，借助于所述群组星座图将所述载波解映射成二进制字；
d)针对所述载波群组的所述N个载波中的每个载波，重复步骤c)，其中P参数和Q参数保持不变，从而产生N个二进制字；以及
e)针对每个载波群组，重复步骤b)至d)，并且按载波群组以及按多载波数据符号重新评估P参数和/或Q参数。
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