CN109804582B - 用于在离散多音调调制通信系统中执行多级编码的系统和方法 - Google Patents

用于在离散多音调调制通信系统中执行多级编码的系统和方法 Download PDF

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Abstract

本文中描述的实施例提供了一种用于在离散多音调调制(DMT)通信系统中执行多级编码的方法。多个数据比特被划分为第一数目的未经编码的比特和一组待被编码的比特。该组待被编码的比特被编码为第二数目的经编码的比特。第一数目不同于第二数目，并且第一数目是奇数或偶数。第一数目的未经编码的比特和第二数目的经编码的比特被映射到多个星座点中。多个星座点作为正交频分复用(OFDM)符号被发送。

Description

用于在离散多音调调制通信系统中执行多级编码的系统和 方法
相关申请的交叉引用
本公开要求于2017年4月13日递交的美国非临时专利申请No.15/487,004的权益，该美国非临时专利申请No.15/487,004进而要求于2016年9月2日递交的美国临时专利申请No.62/383,050的优先权，其通过引用全部结合于此。
技术领域
本公开涉及通信系统中的编码/解码方案，具体涉及在离散多音调调制(DMT)通信系统中执行多级编码。
背景技术
本文中提供的背景描述用于总体上呈现本公开的上下文的目的。发明人的工作(到本背景技术部分中描述的工作的程度)以及在递交时不能以其他方式作为现有技术的说明书的方面既不明确地也不暗含地被承认是本公开的现有技术。
离散多音调调制被广泛地用在数字电视和音频广播、数字用户线(DSL)互联网接入、无线网络、电力线网络、以及4G移动通信中。在DMT系统中，传入数据被收集并且然后被分布在大量小型个体载波上，这些小型个体载波中的每个载波使用正交幅度调制(QAM)调制的形式。DMT发送器通常包括前向纠错编码器，该前向纠错编码器在将经编码的比特映射到子载波中之前将待发送的所有数据编码为经编码的比特。在音调映射后，然后使用星座编码器将经编码的比特分布到选定的星座中。然后，使用OFDM调制器将来自星座的数据符号调制到OFDM符号中。
在DMT接收器处，通常使用星座解码器来解码所接收的数据符号。FEC解码器被用于解码从所接收的数据符号恢复出的经编码的数据符号。当系统的吞吐量较高时(例如，每秒10吉比特(Gbps))，FEC解码器的实施方式形成挑战。具体地，诸如低密度奇偶校验(LDPC)解码器的迭代解码器的硬件要求难以满足，因为在吞吐量增大时该解码器需要的电路面积呈线性增加。
另外，FEC编码/解码方案通常实现有限的编码速率。在G.hn网络中，例如，所采用的LDPC的母代码具有5/6的较高编码速率，即，对于每5个比特的有用信息，FEC编码器生成总共6个比特的数据。但是，当期望诸如16/18或20/21等更高编码速率时，由于FEC解码器的负担显著增大，解码变得不太高效。
发明内容
本文中描述的实施例提供了一种用于在DMT通信系统中执行多级编码的方法。多个数据比特被划分为第一数目的未经编码的比特和一组待被编码的比特。该组待被编码的比特被编码为第二数目的经编码的比特。第一数目不同于第二数目，并且第一数目为奇数或偶数。第一数目的未经编码的比特和第二数目的经编码的比特被映射到多个星座点中。多个星座点作为正交频分复用(OFDM)符号被发送。
在一些实施方式中，自适应比特加载信息被获取，其指示未经编码的比特的数目和待被加载的比特的总数目，该自适应比特加载信息至少部分地基于信道信噪比(SNR)条件而被生成。基于自适应比特加载信息，将多个数据比特划分为第一数目的未经编码的比特和一组待被编码的比特。
在一些实施方式中，将第一数目的未经编码的比特映射到第一组未经编码的星座点中。将第二数目的经编码的比特映射到第二组经编码的星座点中，其中第一组未经编码的星座点具有与第二组经编码的星座点不同的缩放比例。
在一些实施方式中，用以下值来缩放第一组未经编码的星座点，以获取经缩放的一组未经编码的星座点，所述值等于与2的第二数目次幂相等的值的平方根。
在一些实施方式中，来自经缩放的一组未经编码的星座点中的每个经缩放的未经编码的星座点被添加到来自第二组经编码的星座点中的每个经编码的星座点，以获取多个星座点。
在一些实施方式中，当第一数目等于一或三时，具有第一星座形状和第一功率属性的多个星座点被变换为具有第二星座形状和第二功率属性的第二多个星座点。第二功率属性小于第一星座形状的第一功率属性。
在一些实施方式中，当未经编码的比特的数目等于一时，多个星座点的子集被重新布置以形成具有钻石形状的第二多个星座点。
在一些实施方式中，当未经编码的比特的数目等于三时，多个星座点的子集被重新布置以形成具有十字形状的第二多个星座点。
在一些实施方式中，从多个所接收的符号生成多个软符号。来自多个软符号的第二数目的经编码的比特被恢复，并且第二数目的经编码的比特基于对数似然比计算而被解码为一组待被编码的比特。
在一些实施方式中，至少部分地基于由第二数目的经编码的比特生成的星座，从多个软符号恢复出第一数目的未经编码的比特。第一数目的未经编码的比特和一组待被编码的比特被混合以作为数据比特的输出。
附图说明
结合附图考虑下面的详细描述，本公开的进一步特征及其特性和各种优点将变得显而易见，其中相同的参考标号始终指代相同的部分，并且其中：
图1是示出根据本文中描述的一些实施例的DMT系统中的多级编码发送器的示例结构的框图，该多级编码发送器选择性地编码数据比特的一部分并且然后将经编码的比特和未经编码的比特的混合映射到星座符号中；
图2是示出根据本文中描述的一些实施例的由图1所示的音调映射器将经编码的比特和未经编码的比特映射到多个子载波的示例映射方案；
图3是示出根据本文中描述的一些实施例的图1中所示的多级编码方案下的示例码字结构的框图；
图4是示出根据本文中描述的一些实施例的由图1中所示的星座映射器的针对四个经编码的比特和两个未经编码的比特的二级星座编码示例的框图；
图5是示出根据本文中描述的一些实施例的由图1中所示的星座映射器的针对四个经编码的比特和七个未经编码的比特的示例2048-QAM星座的数据图图表；
图6是示出根据本文中描述的一些实施例的由图1中所示的星座映射器的针对三个未经编码的比特和六个经编码的比特的附加星座变换的二级编码方案的框图；
图7是示出根据本文中描述的一些实施例的由图1中所示的星座映射器的针对一个未经编码的比特和六个经编码的比特的附加星座变换的二级编码方案的框图；
图8是示出根据本文中描述的一些实施例的DMT系统中被配置为接收和解码从图1中所示的发送器发送的数据符号的多级编码接收器的示例结构的框图；
图9-10是示出根据本文中描述的一些实施例的当未经编码的比特的数目分别为一或三时的未经编码的星座的附加变换的框图；
图11是示出根据本文中描述的一些实施例的图1中所述的多级编码方案的工作流的流程图；以及
图12-13是示出根据本文中描述的一些实施例的图1-11中讨论的多级编码方案的性能的示例数据图图表。
具体实施方式
本公开描述了用于在适用于G.Hn兼容网络中的DMT系统中提供多级编码方案的方法和系统。具体地，多级编码方案选择数据比特的子集进行编码，并且然后生成用于调制和发送的经编码的和未经编码的数据比特的混合，而不是对待被发送的所有数据比特进行编码。
以这种方式，当使用FEC码对一些数据比特进行编码而一些数据比特在没有FEC编码的情况下被发送时，经编码的比特和未经编码的比特的混合被分布到每个子载波中，例如，将被信号波调制并且然后将连同其他子载波使用来被调制到主载波上的载波。使用指示特定子载波处的信道SNR条件的自适应比特加载信息用于指示每个子载波将加载多少数据比特。因此，经编码的比特的数目和未经编码的比特的数目可以根据子载波而变化。
尽管待被发送的数据比特被划分为经编码的比特和未经编码的比特，但是每个子载波的经编码的比特和未经编码的比特的混合被星座编码器映射到特定星座(例如，QAM)中的经调制的星座符号。经调制的星座符号被发送，使得经编码的比特和未经编码的比特产生相似的误比特率，从而使得在仅一部分数据比特被FEC编码器编码时误码性能不受损害。以这种方式，在接收器处FEC解码器需要解码的数据比特的数目仅是经编码的比特的数目而不是所发送的所有数据比特。这样，由于少于所有所发送的数据比特被编码，因而FEC解码器的复杂性被降低。而且，由于多个未经编码的比特在没有FEC编码的情况下被发送，所以系统的有效编码速率被增加。
在一些实施方式中，当未经编码的比特的数目是较小的奇数(例如，一或三)时，混合的未经编码的数据比特和经编码的数据比特的结果编码星座可以具有矩形或者其他不太像正方形的形状，这会损害数据传输的功率效率。根据一些实施例，编码方案被配置为将这样的星座变换为具有更加功率高效的形状(例如，十字形状、钻石形状等)的星座，以提高功率效率和系统性能。
图1是示出根据本文中描述的一些实施例的DMT系统中的多级编码发送器的示例结构的框图，该多级编码发送器选择性地编码数据比特的一部分并且然后将经编码的比特和未经编码的比特的混合映射到星座符号中。在如图1中所示的DMT发送器处，多级编码(MLC)预处理器101接收待被发送的数据比特100，例如来自数据源的未编码数据比特等。MLC预处理器101被配置为基于自适应比特加载信息108，将数据比特100分为每个子载波的待被编码的比特109和未经编码的比特107。当划分数据比特时，MLC预处理器被配置为考虑将被附加到将在FEC编码器处进行编码的比特的冗余或奇偶校验比特。因此，将在音调映射器103处被映射到子载波的经编码的比特的总数目等于待被编码的比特的数目加上将被FEC编码器附加的冗余奇偶校验比特的数目。例如，对于5/6的编码速率，FEC编码器将向每五个待被编码的数据比特添加一个比特。因此，如果经编码的比特的数目为六，则MLC预处理器101指派五个比特作为待被编码的数据比特。
自适应比特加载信息108作为来自通信系统的上层的反馈被获取，并且还被音调映射器103使用。例如，通信系统的上层观察每个子载波的信道SNR条件，自适应比特加载信息基于该每个子载波的信道SNR条件而被生成。自适应比特加载信息108包括指示有多少数据比特将被映射到每个相应子载波中的相应数目和指示将被映射到子载波的的比特的总数目中有多少比特将被编码的数目，例如，针对所有子载波的待被编码的比特的数目相同；或者替代地，针对每个子载波都不同。
待被编码的数据比特109然后被传递到FEC编码器102，FEC编码器102被配置为使用预先选择的或预先配置的纠错码将数据比特编码为经编码的比特110。未经编码的比特107被直接传递到音调映射器103。
音调映射器103被配置为从MLC预处理器101接收未经编码的比特107并且从FEC编码器102接收经编码的比特110，并且生成未经编码的比特/经编码的比特的混合。音调映射器103然后依据自适应比特加载将未经编码的比特/经编码的比特的混合映射到多个子载波中。音调映射器103被配置为从通信的上层获取自适应比特加载信息108，在一个实施例中，通信的上层基于相应子载波的信道SNR条件确定自适应比特加载信息108。例如，当特定子载波的SNR令人满意时，较大数目的数据比特将被映射到特定子载波。当每个子载波的经编码的比特的数目是固定的并且被预定时，通过从将被映射到特定子载波的数据比特的总数目中减去经编码的比特的固定数目来计算未经编码的比特的数目。因此，未经编码的比特的数目不同，并且相应地总比特数目从一个子载波到另一子载波是不同的。总比特数目、经编码的比特的数目、以及未经编码的比特的数目全部被包括在自适应比特加载信息108中，自适应比特加载信息108被提供给MLC预处理器101。
图2提供了根据本文中描述的一些实施例的由音调映射器103将经编码的比特和未经编码的比特映射到多个子载波上的示例映射方案。图表200的x轴201表示子载波的数目，图表200的y轴202表示每个子载波的比特的数目。如图表200的示例中所示，每个子载波的经编码的比特203的最大数目被固定为四，而未经编码的比特204的数目随着子载波的不同而变化。尽管在本示例中，针对每个子载波，经编码的比特的数目被限制为四，但是在各种其他实施例中，可以使用每个子载波的不同数目的经编码的比特。
返回参考图1，MLC预处理器101还被配置为取决于网络使用的码字格式，将被划分为经编码的比特和未经编码的比特的用户数据映射到码字上。例如，在G.hn网络中，用户数据被分裂为固定长度的块，例如，链路协议数据单元(LPDU)。这些LPDU被映射到码字中，例如，一个LPDU刚好放入一个码字。利用多级编码方案，每个LPDU所使用的经编码的比特/未经编码的比特的数目依据自适应比特加载信息108而改变。MLC预处理器103不直接将单个LPDU映射到FEC码字中。相反，在一个实施例中，LPDU被映射成包含若干LPDU或若干块LPDU的超级码字的部分。
图3提供了示出根据本文中描述的一些实施例的多级编码方案下的示例码字结构的框图。如图3中所示，每个超级码字301或302包含经编码的比特203和未经编码的比特204，并且由一个或多个LPDU形成。在一些实施方式中，LPDU具有恒定的总比特数目，例如，参见311处的LPDU 1或313处的LPDU 3。在其他实施方式中，由于比特加载信息可以在LPDU的持续时间内改变(例如，参见314处的LPDU 4)，所以LPDU内的总比特数目会改变。
例如，超级码字CW1 301包含LPDU 1和2、以及LPDU 3的部分，并且超级码字CW2302包含LPDU 3的部分、LPDU 4-5、以及LPDU 6的部分。超级码字301或302的大小不是固定值，并且在一些实施方式中取决于加载到特定子载波中的总比特数目(经编码的和未经编码的)，加载到特定子载波的总比特数目转而由先前所讨论的自适应比特加载信息108确定。
每个超级码字301或302的经编码的比特203分别包含有效负载比特315a或315b、以及奇偶校验比特316a或316b。
返回参考图1，音调映射器103被配置为将已经被映射到特定子载波中的数据比特111发送到星座编码器104，星座编码器104被配置为将被指派给相应子载波的数据比特111映射到星座点上。
由于数据比特111包括经编码的比特和未经编码的比特二者，星座编码器104被配置为从数据比特111的混合中划分出经编码的比特和未经编码的比特，并且将未经编码的比特和经编码的比特映射到两个级别的星座上。具体地，为了示出两级星座编码，以下参数被定义：
k：当前星座的总比特数目；
M：当前星座的总点数；
M＝2k；
c：经编码的比特的数目(经编码的比特的数目应当为偶数)；
M_coded：经编码的星座的总点数；
M_coded＝2c；
u：未经编码的比特的数目；
M_un-encoded：未经编码的星座的总点数；
M_un-encoded＝2u；以及
k＝c+u。
星座编码器104被配置为例如，使用格雷(Gray)编码技术将经编码的比特映射到M_coded-QAM星座中的第一星座点中，格雷编码技术将数据比特映射到星座符号中，使得相邻符号的二进制表示相差仅一个比特。星座编码器104然后被配置为将未经编码的比特映射到M_un-encoded-QAM星座中的第二星座点中。当u为奇数时，使用伪格雷映射来将u个未经编码的比特映射到包括至少2u个星座点的最小尺寸的QAM中。
作为结果的两个星座点然后通过以下方式被组合以获取M-QAM星座中的唯一M-QAM点：来自M_un-encoded-QAM星座的未经编码的星座点被缩放到经缩放的未经编码的星座点上；然后，例如通过分别将经缩放的未经编码的星座点和经编码的星座点的实部和虚部相加，将经缩放的未经编码星座点添加到经编码的星座点来产生M-QAM星座中的最终星座点。在一个实施方式中，根据以下等式来执行表示用于生成最终星座点的未编码的星座点和经编码的星座点的组合的计算：
多级星座点＝未经编码的星座点×√M_coded+经编码的星座点。
在以上等式中，每个星座点是复数值，并且可以被表示为(x,y)的形式，即，x表示星座点的实部，y表示星座点的虚部。
图4提供了示出根据本文中描述的一些实施例的针对六个比特(其中四个比特被编码，并且两个比特未被编码)的两级星座编码示例的框图。在图4中所示的相应示例中，当c＝4，从而M_coded＝24＝16时，四个经编码的比特然后被映射到在401处所示的16-QAM星座中的16个星座点。作为示例，经编码的星座点411具有坐标(-1，-1)。对于未经编码的比特，当u＝2，M_un-encoded＝22＝4时，则两个未经编码的比特被映射到在402处所示的4-QAM中的四个星座点。作为示例，未经编码的星座点412具有坐标(1，-1)。
未经编码星座点的4-QAM 402然后被缩放√M_coded＝√16＝4倍，以产生经缩放的未经编码的星座403。示例未经编码的星座点412(1，-1)然后被缩放到星座点413(4，-4)。星座403中的每个经缩放的未经编码的星座点然后被添加到经编码的星座16-QAM 401中的每个经编码的星座点。例如，当403中的经缩放的未经编码的星座点被添加到经编码的星座点411(-1，-1)时，在404处所示的星座子集被获取，该星座子集包括星座点414(3，-5)、星座点415(3，3)、星座点416(-5，-5)、以及星座点417(3，-5)。如果在404处所示的添加针对经编码的星座401中的每个经编码的星座点而被执行，则包括示例星座点417的结果星座点形成在405处所示的64-QAM星座。
多级星座映射也被理解为最终星座M-QAM，例如，在本示例中的64-QAM，其被划分为M_coded个子集，例如，在本示例中，16个子集。对于16个子集中的每个相应子集，未经编码的比特(例如，两个未经编码的比特)被用来确定相应子集内的特定星座点。由于未经编码的星座被缩放，到最终星座中的子集内的表示未经编码星座点的相邻点的距离乘以2c/2。因此，两级映射向未经编码的比特提供等于3×c dB的附加增益。
图5提供了示出根据本文只不过描述的一些实施例的针对四个经编码的比特和七个未经编码的比特的示例2048-QAM星座的数据图图表。在本示例中，四个经编码的比特被映射到类似于图4中的401的16-QAM。七个未经编码的比特被映射到128-QAM，128-QAM然后被缩放√16＝4倍，并且然后被添加到16-QAM中的经编码的星座点以产生如图5中所示的2048-QAM中的星座点。在本示例中，针对七个未经编码的比特获取的增益为3×4＝12dB，因为到未编码的子集内的相邻点的距离乘以24/2＝4倍。
返回参考图1，星座编码器104被配置为在未经编码的比特的数目等于一或三时，采用来自两级编码方案的最终星座的附加变换。当u＝1或3，即，未经编码的比特的数目为一或三时，最终星座中的结果星座点趋向于形成不太像正方形的形状，并且因此功率效率低。星座编码器104然后被配置为将不太像正方形的星座变换为更像正方形的形状，以提高功率效率。
对于三个未经编码的比特，通过“平整”具有相对较大的实部或虚部的星座点(例如，从像正方形的星座“伸”出的星座点)来变换两级编码后的最终星座。如果星座点的实部由value_I表示，星座点的虚部由value_Q表示，则在一个实施例中，星座变换通过以下伪码中所描述的方式执行：
Set bpc_in_Q＝floor(k/2)；
Set s＝2bpc_in_Q/4；
if(value_I>6×s)substract 12×s from value_I；
if(value_I<-6×s)add 12×s to value_I；
if(value_Q>6×s)substract 12×s from value_Q；
if(value_Q<-6×s)add 12×s to value_Q.
通过这种方式，当使用三个未经编码的比特时，最终星座被变换为具有提高的功率效率的十字形状的M-QAM星座。由该新的星座提供给未经编码的比特的增益等于3×cdB。
图6提供了示出根据本文中描述的一些实施例的利用针对三个未经编码的比特和六个经编码的比特的附加星座变换的两级编码方案的框图。在本示例中，三个(u＝3)未经编码的比特被映射到如601处所示的8-QAM中的八个(M_un-encoded＝8)星座点。六个(c＝6)经编码的比特被映射到如602处所示的64-QAM中的64(M_coded＝64)个星座点。601中的未经编码的星座点然后以类似于如结合图4所讨论的方式被缩放并添加到602中的经编码的星座点，以获取512-QAM 603。星座603具有不太像正方形的形状，并且因此相对不是功率高效的。在以上在段落0039中讨论的变换时，星座603被变换为604处的十字形状。最终星座604的性能相对于初始星座603已经增加了1.11dB。
对于一个未经编码的比特，如果星座点的实部的符号由sign_I表示，并且星座的虚部的符号由sign_Q表示，则在一个实施例中，星座变换通过以下伪码中描述的方式执行：
Set bpc_in_I＝ceil(k/2)；
Set bpc_in_Q＝floor(k/2)；
If value_I>＝0,set sign_I as positive；otherwise,set sign_I asnegative；
If value_Q>＝0,set sign_Q as positive；otherwise,set sign_Q asnegative；
Set abs_value_I as the absolute value of value_I and abs_value_Q asthe absolute value of value_Q；
if(value_Q<(abs_value_I-2bpc_in_Q)),assign-sign_I×(2bpc_in_I-abs_value_I)to value_I,and add 2bpc_in_I to value_Q；
Set value_Q as value_Q-2bpc_in_Q+1
通过这种方式，当仅使用一个未经编码的比特时，来自两级编码方案的最终星座被变换成钻石形状的M-QAM星座(例如，参见图7中的704)，其中提供给未经编码的比特的增益等于3×c dB。
图7提供了示出根据本文中描述的一些实施例的利用针对一个未经编码的比特和六个经编码的比特的附加星座变换的两级编码方案的框图。在本示例中，一个(u＝1)未经编码的比特被映射到如701处所示的1比特星座中的两个(M_un-encoded＝2)星座点。六个经编码的比特(c＝6)被映射到如702处所示的64-QAM中的64(M_coded＝64)个星座点。701中的未编码的星座点然后以类似于如结合图4所讨论的方式被缩放并添加到702中的经编码星座点，以获取128-QAM 703。星座703具有矩形形状，该矩形形状具有大量星座点，这些星座点具有较大的实部，从而发送该星座所需要的功率因此较大，该功率是部分地基于星座点的绝对值之和来计算的。因此，星座703不是功率高效的。在以上针对一个比特映射所讨论的变换时，星座703被变换为704处的钻石形状。最终星座704的性能相对于初始星座703已经增大了0.96dB。
返回参考图1，在从星座编码器104接收最终星座点112时，OFDM调制器105被配置为将星座点112调制到OFDM符号113中以用于传输。
图8是示出根据本文中描述的一些实施例的DMT系统中的多级编码接收器的示例结构的框图。在DMT接收器处，OFDM解调器802从传输信道接收OFDM符号(具有添加的信道噪声)801。OFDM解调器802被配置为将所接收的OFDM符号801解调为针对接收器(RX)均衡器803的经解调的数据符号811。RX均衡器803被配置为从经解调符号811如下生成软符号812：RX均衡器803被配置为构造估计的信道矩阵(例如，基于信道系数和噪声等级等)，并且对信道矩阵进行逆变换以与来自OFDM解调器的经解调的符号811的向量相乘，以产生软符号812的向量。软符号812然后被传递到LLR计算器804，并且被存储用于后处理以恢复未经编码的比特。
LLR计算器804被配置为计算与c个经编码的比特相对应的LLR。为了正确地计算LLR，考虑整个星座(例如，图4中的最终星座405、图6中的604、或图7中的704)，并且LLR指示软符号812在最终星座的2c个子集中的任意子集内的似然性。经编码的比特813连同计算出的LLR值然后被传递到FEC解码器805，FEC解码器805被配置为对经编码的比特进行解码，以恢复出FEC编码之前的原始比特814。
FEC解码器805被配置为基于来自813的LLR信息恢复出有效负载比特和奇偶校验或冗余比特二者(该奇偶校验或冗余比特被附加到将在图1中所示的FEC编码器102处被编码的数据比特)。LLR通知关于已经接收到0或1的可能性。FEC解码器805被配置为处理LLR(例如，0或1的可能性)，以恢复出待被编码的原始比特(加上附加的奇偶校验或冗余比特)，例如，参见814。
软符号812还被传递到软符号缓冲器807，软符号缓冲器807又将软符号812传递到星座解映射器808。星座解映射器808被配置为利用经编码的比特814的信息来恢复原始的u个未经编码的比特。在一个实施例中，星座解映射器808被配置为通过以下两个步骤来变换所接收的软符号：首先，从软符号中减去从经编码的比特813计算出的经编码的星座点。这相当于重新调制经编码的比特813以选择最终星座中的子集。其次，将减法结果然后缩放1/√M_coded倍，以恢复出M_un-encoded-QAM星座点。然后利用M_un-encoded-QAM解调器对经过移位和反向缩放的结果M_un-encoded-QAM星座点进行硬解调，以获取未经编码的比特815。
未经编码的比特815和经解码的比特814然后被传递到MLC后处理器806，MLC后处理器806被配置为以正确的顺序混合经解码的比特和未经编码的比特，并生成所接收的数据输出801。
在一些实施方式中，星座解映射器808被配置为确定未经编码的比特的数目是否等于一或三。由于在图1中的星座编码器104处执行的附加变换，星座点中的一些被加倍。例如，如图9中所示，当u＝1时，两个未经编码的星座点通过附加变换被加倍为四个星座点，以形成图7中的钻石形状的星座704；如图10中所示，当u＝3时，八个未经编码的星座点中的四个未经编码的星座点通过附加变换被加倍以产生总共12个星座点，以形成图6中的十字形状的星座604。因此，一旦从807获取的软符号被如上所述地移位并反向缩放，则当未经编码的比特的数目等于1或3时，在硬解映射之前执行附加变换以恢复出未经编码的比特。在一些实施方式中，星座解映射器808被配置为向作为原始星座点的加倍版本的星座点指派相同的未经编码的比特。
在替代实施方式中，星座解映射器808被配置为执行计算以恢复针对未经编码的比特的原始星座，如下所述。当未经编码的比特的数目等于1时，代替获取二进制相移键控(BPSK)星座，类似于正交相移键控(QPSK)的星座被形成(例如，四个点而非两个点，类似于图9)。未经编码的比特的值在QPSK星座的两个点中被指派为1，并且在QPSK星座的另两个点中等于0。为了获取BPSK以对未经编码的比特进行硬解映射，执行如下附加变换：
将Value_I设置为经变换软符号的实部；
将Value_Q设置为经变换软符号的虚部；
指派Value_Q为Value_Q-1/sqrt(M_coded)；
如果((Value_I>0)且(Value_Q>0))，则指派Value_I为-1、Value_Q为0；
如果((Value_I>0)且(Value_Q<0))，则指派Value_I为1、Value_Q为0；
如果((Value_I<0)且(Value_Q>0))，则指派Value_I为1、Value_Q为0；
如果((Value_I<0)且(Value_Q<0))，则指派Value_I为-1、Value_Q为0。
因此，所形成的四点QPSK被变换为用于星座解映射器的两点星座，以将两个星座点解码为原始的未经编码的比特815。当未经编码的比特的数目等于三时，代替获取8-QAM星座，12个点(12个点而不是8个点)的星座被形成(例如，类似于图10)。为了获取能够对三个未经编码的比特进行硬解映射的标准8-QAM，执行如下的附加变换：
当对从807接收的经变换的软符号进行切割时，应当进行附加步骤以获取8-QAM星座：
将slicer_I设置为切割后的经变换的软符号的实部；
将slicer_Q设置为切割后的经变换的软符号的虚部；
如果((slicer_I＝-1)且(slicer_Q＝3))，则指派slicer_Q为-3；
如果((slicer_I＝1)且(slicer_Q＝-3))，则指派slicer_Q为3；
如果((slicer_I＝-3)且(slicer_Q＝-1))，则指派slicer_I为3；
如果((slicer_I＝3)且(slicer_Q＝1))，则指派slicer_I为-3。
因此，所形成的12点星座被变换成用于星座解映射器的8-QAM，以将八个星座点解码为三个原始的未经编码的比特815。
图11提供了示出根据本文中描述的一些实施例的多级编码方案的处理的逻辑流程图。在901处，例如，由图1中的MLC预处理器101将待被发送的多个数据比特(例如，图1中的100)划分为一组未经编码的比特(例如，图1中的107)和一组待被编码的比特(例如，图1中的109)。在902处，在FEC编码器(例如，参见图1中的102)将该组待被编码的比特编码为一组经编码的比特(例如，参见图1中的110)。在903处，该组未经编码的比特被映射到第一组未经编码的星座点(例如，参见图4中的星座402)。在904处，该组经编码的比特被映射到第二组经编码的星座点(例如，参见图4中的星座401)。在905处，第一组未经编码的星座点和第二组经编码的星座点被组合为第三组星座点(例如，参见图4中的星座405)。具体地，当在906处未经编码的比特的数目等于一或三(即，u＝1或3)时，则在907处第三组星座点被变换为具有较小功率特性的第四组星座点。例如，功率特性被计算作为星座点的绝对平方和，其指示发送星座中的星座点所需要的星座的能量。例如，图6中的星座603具有比图6中的十字形状的星座604更高的平均符号能量；并且图7中的星座703具有比图7中的钻石形状的星座704更高的平均符号能量。当在906处的未经编码的比特的数目不等于一或三时，或者在907处的变换之后，结果星座将继续在OFDM调制(例如，参见图1中的OFDM调制器105)处被处理。
图1至9中描述的多级编码方案显著降低了FEC解码器805的吞吐量要求，因为所接收的比特中只有一些被通过FEC解码器进行解码。并且，使用相同的纠错码实现了更高的编码速率。例如，如果纠错码的速率等于5/6，但是大概一半的发送比特被编码并且另一半的发送比特未被编码，则最终有效速率被提高到11/12。
图12至13提供了示出根据本文中描述的一些实施例的图1至11中讨论的多级编码方案的性能的示例数据图图表。如图12中所示，提供了针对多级编码方案的误块率(BLER)对比SNR曲线。在本示例中，经编码的比特的数目等于四，并且每个子载波的每信道使用比特(BPC)的总数目分别等于六、八、十和十二。所使用的纠错码是G.hn LDPC 5R6 540字节。利用圆圈(-o-)标记的曲线151-154是在平坦加性高斯白噪声(AWGN)信道中使用多级编码方案的整个通信系统的结果BLER对比SNR曲线，其中曲线151、152、153和154分别对应于六个BPC、八个BPC、十个BPC、和十二个BPC的子载波中的性能。利用星号(-*-)标记的曲线161-164是针对未经编码的比特的BLER对比SNR曲线，其中曲线161、162、163和164分别对应于六个BPC、八个BPC、十个BPC、和十二个BPC的子载波中的性能。因此，利用多级星座获取的增益高于由LDPC提供的编码增益，因为未经编码的比特的误码性能优于整个系统的误码性能，如果系统的目标BLER约为1e-4。
如图13中所示，在一个实施例中，在当前的G.hn编码方案和所提出的多级编码方案之间执行容量比较。显示香农极限供参考。SNR点被选择用于等于1e-4的目标BLER。可以看出，所提出的多级编码方案(具有四个经编码的比特)胜过当前的G.hn方案，因为因为实现了更高的信息比特容量。
结合图1至11所讨论的各种实施例由诸如但不限于集成电路等的一个或多个电子电路的各种电子组件执行。诸如但不限于图1中的MLC预处理器101、FEC编码器102、音调映射器103、星座编码器104、和OFDM 105，图8中的MLC后处理器806、FEC解码器805、LLR计算器804、RX均衡器803、OFDM解调器802、星座解映射器808、和软符号缓冲器807等贯穿本公开所讨论的各种组件被配置为包括一组电子电路组件并且通信地在一个或多个电子电路上操作。每个电子电路被配置为包括但不限于逻辑门、存储单元、放大器、滤波器和/或诸如此类中的任一者。本文中所公开的各种实施例和组件被配置为至少部分地由被存储在一个或多个暂态或非暂态处理器可读介质上的处理器可执行指令操作和/或实现。
尽管本文中已经示出并描述了本公开的各种实施例，但是这样的实施例仅通过示例方式被提供。在不偏离本公开的情况下，与本文中描述的实施例有关的很多变形、改变、和替代是适用的。应当注意，可以在实践本公开时采用本文中描述的本公开的实施例的各种替代。旨在于下面的权利要求限定本公开的范围，并且由此覆盖落入这些权利要求及其等同物的范围内的方法和结构。
尽管在附图中按照特定顺序描绘操作，但是不应当理解为要求按照所示出的特定次序或顺序执行这些操作，或者执行所有示出的操作来实现期望的结果。
已经根据特定方面描述了本说明书的主题，但是可以实现其他方面并且这些其他方面落入以下权利要求的范围内。例如，权利要求中所记载的动作可以按照不同顺序执行，并且仍然实现期望的结果。作为一个示例，图10中所描绘的过程不一定需要所示出的特定顺序或者次序来实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务和并行处理可以是有利的。其他变形在下面的权利要求的范围内。

Claims (18)

1.一种用于在离散多音调调制(DMT)通信系统中执行多级编码的方法，所述方法包括：
在预处理器处，将多个数据比特划分为第一数目的未经编码的比特和一组待被编码的比特；
在前向纠错(FEC)编码器处，将所述一组待被编码的比特编码为第二数目的经编码的比特，
其中所述第一数目不同于所述第二数目，并且所述第一数目是偶数或奇数；
在星座编码器处，将所述第一数目的未经编码的比特和所述第二数目的经编码的比特映射到多个星座点中，以及当所述第一数目等于一或三时，将具有第一星座形状和第一功率属性的所述多个星座点变换为具有第二星座形状和第二功率属性的第二多个星座点，所述第二功率属性小于所述第一星座形状的所述第一功率属性；以及
将所述多个星座点作为正交频分复用(OFDM)符号发送。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
获取指示未经编码的比特的所述数目和待被加载的比特的总数目的自适应比特加载信息，所述自适应比特加载信息至少部分地基于信道信噪比(SNR)条件而被生成；以及
基于所述自适应比特加载信息，将所述多个数据比特划分为所述第一数目的未经编码的比特和所述一组待被编码的比特。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括：
将所述第一数目的未经编码的比特映射到第一组未经编码的星座点中；
将所述第二数目的经编码的比特映射到第二组经编码的星座点中，其中所述第一组未经编码的星座点具有与所述第二组经编码的星座点不同的缩放比例。
4.根据权利要求3所述的方法，还包括：
用以下值来缩放所述第一组未经编码的星座点，以获取经缩放的一组未经编码的星座点，所述值等于与2的所述第二数目次幂相等的值的平方根。
5.根据权利要求4所述的方法，还包括：
将来自经缩放的所述一组未经编码的星座点中的每个经缩放的未经编码的星座点添加到来自所述第二组经编码的星座点中的每个经编码的星座点，以获取所述多个星座点。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括：
当所述未经编码的比特的数目等于一时，重新布置所述多个星座点的子集以形成具有钻石形状的所述第二多个星座点。
7.根据权利要求1所述的方法，还包括：
当所述未经编码的比特的数目等于三时，重新布置所述多个星座点的子集以形成具有十字形状的所述第二多个星座点。
8.根据权利要求1所述的方法，还包括：
从多个所接收的符号生成多个软符号；
从所述多个软符号恢复出所述第二数目的经编码的比特；以及
由FEC解码器基于对数似然比计算，将所述第二数目的经编码的比特解码为所述一组待被编码的比特。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括：
至少部分地基于由所述第二数目的经编码的比特生成的星座，从所述多个软符号恢复出所述第一数目的未经编码的比特；以及
混合所述第一数目的未经编码的比特和所述一组待被编码的比特，以作为数据比特的输出。
10.一种用于离散多音调调制(DMT)通信中的多级编码的系统，所述系统包括：
多级编码(MLC)预处理器，被配置为将多个数据比特划分为第一数目的未经编码的比特和一组待被编码的比特；
前向纠错(FEC)编码器，被配置为将所述一组待被编码的比特编码为第二数目的经编码的比特，
其中所述第一数目不同于所述第二数目，并且所述第一数目是偶数或奇数；
星座编码器，被配置为：
将所述第一数目的未经编码的比特和所述第二数目的经编码的比特映射到多个星座点中；以及
当所述第一数目等于一或三时，将具有第一星座形状和第一功率属性的所述多个星座点变换为具有第二星座形状和第二功率属性的第二多个星座点，所述第二功率属性小于所述第一星座形状的所述第一功率属性；以及
发送器，被配置为将所述多个星座点作为正交频分复用(OFDM)符号发送。
11.根据权利要求10所述的系统，其中所述MLC预处理器还被配置为：
获取指示未经编码的比特的所述数目和待被加载的比特的总数目的自适应比特加载信息，所述自适应比特加载信息至少部分地基于信道信噪比(SNR)条件而被生成；以及
基于所述自适应比特加载信息，将所述多个数据比特划分为所述第一数目的未经编码的比特和所述一组待被编码的比特。
12.根据权利要求10所述的系统，其中所述星座编码器还被配置为：
将所述第一数目的未经编码的比特映射到第一组未经编码的星座点中；
将所述第二数目的经编码的比特映射到第二组经编码的星座点中，其中所述第一组未经编码的星座点具有与所述第二组经编码的星座点不同的缩放比例。
13.根据权利要求12所述的系统，其中所述星座编码器还被配置为：
用以下值来缩放所述第一组未经编码的星座点，以获取经缩放的一组未经编码的星座点，所述值等于与2的所述第二数目次幂相等的值的平方根。
14.根据权利要求13所述的系统，其中所述星座编码器还被配置为：
将来自经缩放的所述一组未经编码的星座点中的每个经缩放的未经编码的星座点添加到来自所述第二组经编码的星座点中的每个经编码的星座点，以获取所述多个星座点。
15.根据权利要求10所述的系统，其中所述星座编码器还被配置为：
当所述未经编码的比特的数目等于一时，重新布置所述多个星座点的子集以形成具有钻石形状的所述第二多个星座点。
16.根据权利要求10所述的系统，其中所述星座编码器还被配置为：
当所述未经编码的比特的数目等于三时，重新布置所述多个星座点的子集以形成具有十字形状的所述第二多个星座点。
17.根据权利要求10所述的系统，还包括：
接收器均衡器，被配置为从多个所接收的符号生成多个软符号；以及
FEC解码器，被配置为从所述多个软符号恢复出所述第二数目的经编码的比特，并且
由FEC解码器基于对数似然比计算，将所述第二数目的经编码的比特解码为所述一组待被编码的比特。
18.根据权利要求17所述的系统，还包括：
星座解码器，被配置为至少部分地基于由所述第二数目的经编码的比特生成的星座，从所述多个软符号恢复出所述第一数目的未经编码的比特；以及
混合所述第一数目的未经编码的比特和所述一组待被编码的比特，以作为数据比特的输出。
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