CN104780018A

CN104780018A - 星座映射方法、基带帧形成方法以及解映射方法

Info

Publication number: CN104780018A
Application number: CN201410016844.5A
Authority: CN
Inventors: 张文军; 史毅俊; 徐洪亮; 杨帆; 赵杰; 管云峰
Original assignee: Shanghai National Engineering Research Center of Digital Television Co Ltd
Current assignee: Shanghai National Engineering Research Center for Nanotechnology Co Ltd; Shanghai National Engineering Research Center of Digital Television Co Ltd
Priority date: 2014-01-15
Filing date: 2014-01-15
Publication date: 2015-07-15
Anticipated expiration: 2034-01-15
Also published as: CN104780018B

Abstract

一种星座映射方法、基带帧形成方法以及解映射方法，其中星座映射方法包括对节目流进行比特交织和编码以得到比特流；确定星座映射所采用的星座图及映射方式，其中所述星座图及映射方式至少基于不同节目流所对应的接收端是否适于采用迭代译码算法来确定；利用该星座图及映射方式将所述比特流映射为符号流。本技术方案考虑了不同的节目类型和应用场景（例如固定接收和移动接收）选择不同的星座映射方法，从而有效降低了对应节目的接收门限。

Description

星座映射方法、基带帧形成方法以及解映射方法

技术领域

本发明涉及数字信息编码传输领域，特别涉及一种星座映射方法、基带帧形成方法以及解映射方法。

背景技术

星座映射是指将携带数字信息的比特序列映射成适于传输的符号序列。星座映射包含两个要素，分别是星座图（constellation）和星座点映射（Labeling）方式。其中，星座图代表星座映射输出符号的所有取值组成的集合，星座图中的每一个点对应输出符号的一种取值。星座点映射方式代表输入比特或比特组到星座点的特定映射关系、或者星座点到比特或比特组的特定映射关系，通常每个星座点与一个比特或多个比特组成的比特组一一对应。

正交振幅调制（Quadrature Amplitude Modulation，QAM）星座映射（简称QAM星座映射）是通信系统中常见的星座映射方法。QAM是一种振幅和相位的联合调制，也即将已调信号的振幅和相位均随数字基带信号的变化而变化。采用M（M>2）进制的QAM可记作MQAM（例如16QAM、64QAM等），M越大，频带利用率就越高。

非规则星座映射相较于传统的QAM星座映射，能够有效获得shaping增益，提高系统容量的技术。DVB-NGH标准即采用了非规则星座映射的方法。如果接收机采用了迭代译码的译码方法，则在接收门限处的CM-AMI(coded modulation average mutual information)较高的星座图能得到较低的接收门限。如果接收机采用了没有迭代译码的译码方法，则在接收门限处的BICM-AMI(bit interleaved codedmodulation average mutual information)较高的星座图能得到较低的接收门限。而有些应用场景，如固定接收，较容易实现迭代译码，而另一些应用场景，如移动接收，则不太适合采用迭代译码的算法，因为这会大大提高功耗。

发明内容

本发明解决的问题是降低不同应用场景和业务类型的接收门限。

为解决上述问题，本发明实施例提供了一种星座映射方法，包括对节目流进行比特交织和编码以得到比特流；确定星座映射所采用的星座图及映射方式，其中所述星座图及映射方式至少基于不同节目流所对应的接收端是否适于采用迭代译码算法来确定；利用该星座图及映射方式将所述比特流映射为符号流。

可选的，所述星座图及映射方式还基于编码码率、星座映射阶数以及星座映射的类型来确定。

可选的，发射端设置有多个星座图，至少存在一对不同的非规则星座图所对应的编码码率、星座映射阶数以及星座映射的类型都相同，且这两个星座图分别适用于接收端适于采用迭代译码算法和接收端不适于采用迭代译码算法的情形。

可选的，在指定的信道条件下，适用于接收端适于采用迭代译码算法的星座图及映射方式的CM-AMI更高，适用于接收端不适于采用迭代译码算法的星座图及映射方式的BICM-AMI更高。

可选的，在指定信道条件下和指定译码方法的条件下，采用适用于接收端适于采用迭代译码算法的星座图及映射方式的星座映射方法配合编码与比特交织在接收机使用迭代译码算法时接收门限更低；采用适用于接收端不适于采用迭代译码算法的星座图及映射方式的星座映射方法配合编码与比特交织在接收机不使用迭代译码算法时接收门限更低。

可选的，所述星座映射的类型都相同是指：这两个星座图都是适用于一维非规则星座映射或者都是适用于二维非规则星座映射。

可选的，所述指定的信道条件包括高斯白噪声信道和瑞丽衰落信道。

本发明实施例还提供了一种基带帧的形成方法，包括利用上述星座映射方法对各个节目流进行星座映射以获得符号流；将对应不同节目的符号流进行组帧调制以形成基带帧。

可选的，所述将对应不同节目的符号流进行组帧调制以形成基带帧包括：在组帧调制过程中，在符号流中插入信令，该信令中包含该节目作星座映射所采用的星座图及映射方式对应接收端是否适于采用迭代译码算法的信息。

本发明实施例还提供了一种解映射方法，包括接收基带帧，该基带帧是由上述基带帧的形成方法得到；对该基带帧作同步以确定基带帧的位置；进行信道估计以获得广播信道的情况；基于确定的基带帧的位置和信道估计结果进行均衡处理以恢复符号流；将这些符号流拆解成对应不同节目的符号流；依照与发射端相对应的解映射方式对不同节目的符号流进行解映射以获得对数似然比流；对对数似然比流进行比特解交织和译码以得到各个比特流。

可选的，所述依照与发射端相对应的解映射方式对不同节目的符号流进行解映射以获得对数似然比流包括：解析接收到的信令以确定发射端所采用的星座图及映射方式；利用该星座图及映射方式对应的解映射方式对不同节目的符号流进行解映射以获得对数似然比流。

可选的，所述接收到的信令中包含该节目作星座映射所采用的星座图对应接收端是否适于采用迭代译码算法的信息。

与现有技术相比，本发明技术方案具有以下有益效果：

发射端在选择星座映射方法（包括星座图及映射方式的选择）时，根据不同节目流所对应的接收端是否适于采用迭代译码算法来确定，从而考虑了不同的节目类型和应用场景（例如固定接收和移动接收）选择不同的星座映射方法，从而有效降低了对应节目的接收门限。

进一步地，发射端在形成基带帧过程中，在组帧调制时，在符号流中插入信令，该信令包含该节目作星座映射所采用的星座图及映射方式对应接收端是否适于采用迭代译码算法的信息，以使接收端通过解析该信令可以确定对接收到的基带帧的解映射方式。

附图说明

图1是本发明的一种星座映射方法的具体实施方式的流程示意图；

图2是本发明的一种基带帧的形成方法的具体实施方式的流程示意图；

图3是本发明的一种解映射方法的具体实施方式的流程示意图；

图4是实例1中针对5/15码率的两种非规则星座映射的BICM-AMI和CM-AMI的示意图。

具体实施方式

发明人发现现有技术中，在发射端作星座映射时，没有考虑不同节目类型和不同应用场景下接收端的接收门限问题。

针对上述问题，发明人经过研究，提供了星座映射方法、基带帧形成方法以及解映射方法，考虑了不同的节目类型和应用场景（例如固定接收和移动接收）选择不同的星座映射方式，从而有效降低了对应节目的接收门限。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

如图1所示的是本发明的一种星座映射方法的具体实施方式的流程示意图。参考图1，星座映射方法包括如下步骤：

步骤S11：对节目流进行比特交织和编码以得到比特流；

步骤S12：确定星座映射所采用的星座图及映射方式，其中所述星座图及映射方式至少基于不同节目流所对应的接收端是否适于采用迭代译码算法来确定；

步骤S13：利用该星座图及映射方式将所述比特流映射为符号流。

在本实施例中，如步骤S11所述，发射端对不同的节目流分别进行比特交织和编码以得到对应不同的节目的比特流。其中，编码包括利用外码（例如BCH码）和LDPC码对不同的节目流进行编码，对于比特交织和编码的方式不做限定，可以采用现有技术来实现。

如步骤S12所述，确定星座映射所采用的星座图及映射方式，其中所述星座图及映射方式至少基于不同节目流所对应的接收端是否适于采用迭代译码算法来确定。

在实际应用中，发射端可以设置两个模块来完成星座映射，包括星座图及映射方式的选择模块和映射模块。

星座图及映射方式的选择模块至少通过该节目（业务）所对应的接收端是否适合采用迭代译码算法来确定一个星座映射方法（包括星座图和映射方式的确定）。进一步地，在确定该星座映射方法的过程中，该星座图及映射方式的选择模块还考虑了编码码率、星座映射阶数（即星座图上有多少个星座点，据此可相应地得到一个符号能对应多少个比特）、星座映射的类型。

一个星座映射方法可以视作一个将M维布尔空间映射到复数域的函数，，亦即该函数能将一个长度为M的布尔向量映射为一个复数。星座映射的阶数定义为2^M。该函数的像空间成为星座图。星座图中的各个复数称为星座点。

需要说明的是，在本实施例中，所述星座映射方法包括星座图的选择和映射方式的确定。

星座映射的类型包含如下信息：该星座映射是规则的还是非规则的，该星座映射是一维非规则的还是二维非规则的。定义星座图为BPSK、16-QAM、64-QAM、256-QAM、1024-QAM以及更高的2的偶数次幂阶的QAM的星座映射方法为规则星座映射。星座图不属于上述范围的为非规则星座映射。

一维非规则星座映射满足如下条件：星座点的实部的取值只与M维布尔向量中的M₁个比特相关，与余下的M-M₁个比特无关，星座点的虚部的取值相反，只与余下的M-M₁个比特相关，而与M维布尔向量中的M₁个比特无关，或所有星座点经过一个固定的旋转后，星座点的实部的取值只与M维布尔向量中的M₁个比特相关，与余下的M-M₁个比特无关，虚部的取值只与余下的M-M₁个比特相关，而与M维布尔向量中的M₁个比特无关。二维非规则星座映射满足如下条件：M维布尔向量中至少存在一个比特使得星座点的实部与虚部的取值都与之相关。

在该发射端中至少存在一对具有不同的非规则星座图的星座映射方法，这对非规则星座图所对应的编码码率、星座映射阶数以及星座映射的类型都相同，且这两个星座图分别适用于接收端适于采用迭代译码算法和接收端不适于采用迭代译码算法的情形。在本实施例中，所述星座映射的类型都相同是指这两个星座图都是适用于一维非规则星座映射或者都是适用于二维非规则星座映射。

分别定义这两个星座图为星座图A（适用于接收端适于采用迭代译码算法的星座图）和星座图B（适用于接收端适于不采用迭代译码算法的星座图）。在指定的信道条件（例如高斯白噪声信道、瑞丽衰落信道等）下，星座图A及映射方式在指定码率的接收门限条件下的CM-AMI大于星座图B的CM-AMI，星座图B及映射方式在指定码率的接收门限条件下的的BICM-AMI大于星座图A的BICM-AMI。其中，CM-AMI与BICM-AMI的数学定义可见G.Caire,G.Taricco,and E.Biglieri,“Bit-interleaved coded modulation,”IEEE Trans.Inf.Theory,vol.44,no.3,pp.927–946,May1998。

在指定信道条件下和指定译码方法的条件下，采用星座图A及映射方式的星座映射方法配合编码与比特交织在接收机使用迭代译码算法时接收门限更低；采用星座图B及映射方式的星座映射方法配合编码与比特交织在接收机不使用迭代译码算法时接收门限更低。

如步骤S13所述，利用该星座图及映射方式将所述比特流映射为符号流。在实际应用中，映射模块将一组组长度为M的输入比特流映射成一个个符号流（即N维实数向量）。

利用本实施例提供的星座映射方法，考虑了不同的节目类型和应用场景（例如固定接收和移动接收）选择不同的星座映射方法（包括星座图及映射方式的选择），从而有效降低了对应节目的接收门限。

本发明实施例还提供了一种基带帧的形成方法。如图2所示的是本发明的一种基带帧的形成方法的具体实施方式的流程示意图。参考图2，所述基带帧的形成方法包括：

步骤S21：利用上述星座映射方法对各个节目流进行星座映射以获得符号流；

步骤S22：将对应不同节目的符号流进行组帧调制以形成基带帧。

在本实施例中，所述步骤S21的实施过程可参考上文图1所述的实施例。

如所述步骤S22所述，将对应不同节目的符号流进行组帧调制以形成基带帧。

具体地，发射端将对应不同节目的符号流进行组帧调制，最终形成基带帧。本实施例对组帧调制的具体实现方式不做限定。在组帧调制过程中，需要在符号流中插入信令，该信令中包含该节目作星座映射所采用的星座图及映射方式对应接收端是否适于采用迭代译码算法的信息。这样便于接收端通过解析该信令来确定对接收到的基带帧的解映射方式。

本发明实施例还提供了一种解映射方法。如图3所示的是本发明的一种解映射方法的具体实施方式的流程示意图。参考图3，所述解映射方法包括：

步骤S31：接收基带帧，该基带帧是由上述基带帧的形成方法得到；

步骤S32：对该基带帧作同步以确定基带帧的位置；

步骤S33：进行信道估计以获得广播信道的情况；

步骤S34：基于确定的基带帧的位置和信道估计结果进行均衡处理以恢复符号流；

步骤S35：将这些符号流拆解成对应不同节目的符号流；

步骤S36：依照与发射端相对应的解映射方式对不同节目的符号流进行解映射以获得对数似然比流；

步骤S37：对对数似然比流进行比特解交织和译码以得到各个比特流。

在本实施例中，接收端对接收到的基带帧作同步以纠正采样偏移和载波频率偏移，接着通过信道估计得到广播信道的情况，之后根据确定的基带帧的位置和信道估计结果进行均衡处理以恢复符号流。上述处理方式可以采用现有技术来实现。

然后，将这些符号流拆解成对应不同节目的符号流。在本实施例中，具体拆解的方式可以与发射端组帧的方式相对应，在此不再赘述。

如步骤S36所述，依照与发射端相对应的解映射方式对不同节目的符号流进行解映射以获得比特流。

具体地，本步骤包括：1）解析接收到的信令以确定发射端所采用的星座图及映射方式；2）利用该星座图及映射方式对应的解映射方式对不同节目的符号流进行解映射以获得对数似然比流。

在实际应用中，接收端可以设置星座解映射模块来完成解映射过程。该星座解映射模块通过符号流计算出对应于不同节目的对数似然比（Loglikelihood Ratio，LLR）。进一步地，星座解映射模块可以包括两个子模块，分别为星座图及解映射方式的选择模块和解映射模块。其中，星座图及解映射方式的选择模块与发射端的星座图及映射方式选择模块相同。码率、星座映射阶数、星座映射的类型以及该节目（业务）所对应的接收端是否适合采用迭代译码算法等信息可以但不限于从信令中解析得到。

如步骤S37所述，对对数似然比流进行比特解交织和译码以得到各个比特流。其中比特解交织和译码的方法与发射端的比特交织和编码相对应。各个对比流对应于各个节目。

下面列举一个实例进一步描述本发明的技术方案。

实例1：

本实例所描述的发射端除了以下几点外，完全符合DVB-NGH的标准。

一、信令中对应于每一个物理层管道都有一个比特指示当该物理层管道使用了非规则星座映射的情况下该物理层管道所承载的业务所针对的接收机是否适合迭代译码算法。对于该比特具体的位置在此不作赘述。

二、本实例中对应于DVB-NGH的5/15、6/15、7/15、8/15、9/15、10/15和11/15这些码率，每一种码率有两种NU-64-QAM和两种NU-256-QAM。亦即当发射端选择了码率（在5/15到11/15之间）、调制阶数(在64或256时)并使用非规则星座映射时，发射端会根据该节目（业务）所对应的接收端是否适合采用迭代译码算法这个条件从两个非规则星座图中选择一个。

本实例仅提供对应与5/15码率的两个非规则星座映射图。表1和表2分别分别描述了星座图A及映射方式和星座图B及映射方式如何将6个比特[b₀，b₁，b₂，b₃，b₄，b₅]映射到两个实数Re(z)和Im(z)。

表1：实例1针对5/15码率的非规则64-QAM星座图A

[b₀，b₂，b₄]	Re(z)	[b₁，b₃，b₅]	Im(z)
				[0,0,0]	7.2	[0,0,0]	7.2
[0,0,1]	5.2	[0,0,1]	5.2
				[0,1,1]	1.9	[0,1,1]	1.9
[0,1,0]	1.4	[0,1,0]	1.4
				[1,1,0]	-1.4	[1,1,0]	-1.4
[1,1,1]	-1.9	[1,1,1]	-1.9
				[1,0,1]	-5.2	[1,0,1]	-5.2
[1,0,0]	-7.2	[1,0,0]	-7.2

表2：实例1针对5/15码率的非规则64-QAM星座图B

[b₀,b₂,b₄]	Re(z)	[b₁,b₃,b₅]	Im(z)
				[0,0,0]	7.2	[0,0,0]	7.2
[0,0,1]	5.2	[0,0,1]	5.2
				[0,1,1]	1.9	[0,1,1]	1.9
[0,1,0]	1.9	[0,1,0]	1.4
				[1,1,0]	-1.9	[1,1,0]	-1.4
[1,1,1]	-1.9	[1,1,1]	-1.9
				[1,0,1]	-5.2	[1,0,1]	-5.2
[1,0,0]	-7.2	[1,0,0]	-7.2

图3则示出了星座图A和B在高斯白噪条件下各自的BICM-AMI和CM-AMI。从图3中可以看到，星座图A的CM-AMI性能略好，而星座图B的BICM-AMI性能略好，因此星座图A适合使用迭代译码的接收机，而星座图B适合不使用迭代译码的接收机。

而在接收端，对接收到的基带帧经过同步得到帧的位置，纠正采样偏和载波频率偏，接着通过信道估计得到信道的情况，之后通过均衡恢复出符号流，再通过与发端相对应的方法拆解成对应于不同节目的符号流。星座解映射模块通过符号流计算出对应于不同节目的对数似然比。

星座解映射模块首先根据信令判断出当前物理层管道的星座映射是否为非规则星座映射，若是，该码率和星座映射阶数的条件下是否存在两种星座映射方式，若是，以与发射机相对应的方法从信令中判断出使用的是星座图A还是星座图B。然后根据星座图进行解映射，恢复出对数似然比。

最后通过与发射端相对应的比特解交织与译码恢复出各个节目流。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims

1.一种星座映射方法，其特征在于，包括：

对节目流进行比特交织和编码以得到比特流；

确定星座映射所采用的星座图及映射方式，其中所述星座图及映射方式至少基于不同节目流所对应的接收端是否适于采用迭代译码算法来确定；

利用该星座图及映射方式将所述比特流映射为符号流。

2.如权利要求1所述的星座映射方法，其特征在于，所述星座图及映射方式还基于编码码率、星座映射阶数以及星座映射的类型来确定。

3.如权利要求2所述的星座映射方法，其特征在于，发射端设置有多个星座图，至少存在一对不同的非规则星座图所对应的编码码率、星座映射阶数以及星座映射的类型都相同，且这两个星座图分别适用于接收端适于采用迭代译码算法和接收端不适于采用迭代译码算法的情形。

4.如权利要求2所述的星座映射方法，其特征在于，在指定的信道条件下，

适用于接收端适于采用迭代译码算法的星座图及映射方式的CM-AMI更高；

适用于接收端不适于采用迭代译码算法的星座图及映射方式的BICM-AMI更高。

5.如权利要求2所述的星座映射方法，其特征在于，在指定信道条件下和指定译码方法的条件下，

采用适用于接收端适于采用迭代译码算法的星座图及映射方式的星座映射方法配合编码与比特交织在接收机使用迭代译码算法时接收门限更低；

采用适用于接收端不适于采用迭代译码算法的星座图及映射方式的星座映射方法配合编码与比特交织在接收机不使用迭代译码算法时接收门限更低。

6.如权利要求3所述的星座映射方法，其特征在于，所述星座映射的类型都相同是指：这两个星座图都是适用于一维非规则星座映射或者都是适用于二维非规则星座映射。

7.如权利要求4或5所述的星座映射方法，其特征在于，所述指定的信道条件包括高斯白噪声信道和瑞丽衰落信道。

8.一种基带帧的形成方法，其特征在于，包括：

利用权利要求1所述的星座映射方法对各个节目流进行星座映射以获得符号流；

将对应不同节目的符号流进行组帧调制以形成基带帧。

9.如权利要求8所述的基带帧的形成方法，其特征在于，所述将对应不同节目的符号流进行组帧调制以形成基带帧包括：

在组帧调制过程中，在符号流中插入信令，该信令中包含该节目作星座映射所采用的星座图及映射方式对应接收端是否适于采用迭代译码算法的信息。

10.一种解映射方法，其特征在于，包括：

接收基带帧，该基带帧是由权利要求8所述的基带帧的形成方法得到；

对该基带帧作同步以确定基带帧的位置；

进行信道估计以获得广播信道的情况；

基于确定的基带帧的位置和信道估计结果进行均衡处理以恢复符号流；

将这些符号流拆解成对应不同节目的符号流；

依照与发射端相对应的解映射方式对不同节目的符号流进行解映射以获得对数似然比流；

对对数似然比流进行比特解交织和译码以得到各个比特流。

11.如权利要求10所述的解映射方法，其特征在于，所述依照与发射端相对应的解映射方式对不同节目的符号流进行解映射以获得对数似然比流包括：

解析接收到的信令以确定发射端所采用的星座图及映射方式；

利用该星座图及映射方式对应的解映射方式对不同节目的符号流进行解映射以获得对数似然比流。

12.如权利要求11所述的解映射方法，其特征在于，所述接收到的信令中包含该节目作星座映射所采用的星座图及映射方式对应接收端是否适于采用迭代译码算法的信息。