CN110169027B

CN110169027B - 转换或再转换数据信号方法、数据发送和接收方法和系统

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Publication number: CN110169027B
Application number: CN201780079470.3A
Authority: CN
Inventors: 乔治·博齐莱; 帕特里克·舒尔特; 富宾恩·斯坦纳
Original assignee: Technische Universitaet Muenchen
Current assignee: Technische Universitaet Muenchen
Priority date: 2016-12-22
Filing date: 2017-12-11
Publication date: 2022-04-01
Anticipated expiration: 2037-12-11
Also published as: US10826619B2; CN110169027A; WO2018114410A1; US20200092009A1; EP3560157B1; ES2893161T3; EP3560157A1

Abstract

本发明涉及一种用于转换数据信号(U)的方法(C)。该方法包括以下过程：(i)提供输入位(IBj)的输入位流(IB)，其中所述输入位流(IB)代表待转换的数据信号(U)，和(ii)向覆盖所述输入位流(IB)的k个连续的输入位(IBj)的连续的分离的部分的输入位序列(IB^k)应用分布匹配过程(DM)，其中l为固定的自然数，以便生成并输出最终的输出位流(OB)或其预形式。所述分布匹配过程(DM)由象限整形过程(QS)形成，并且被配置为用于将相应的部分的输入位序列(IB^k)映射到四维2^4·m‑QAM星座的星座点‑特别是传送对于每个同相和正交分量的两个不同的极化‑其中m为固定的自然数，并且k和m满足关系4‑m≥k。

Description

转换或再转换数据信号方法、数据发送和接收方法和系统

技术领域

本发明涉及一种用于转换或再转换数据信号的方法，以及一种用于数据发送和/或数据接收的方法和系统。

背景技术

在通过某些类型的信道转换、发送和/或接收数据信号以便传送符号序列的领域中，一定程度的功耗伴随于底层(underlying)过程。

公开“通过概率整形的64-QAM进行速率适应和扩展增加：实验演示”(光波技术杂志，第34卷，第7期，第1599至1609页)(“rate adaptation and reach increase by aprobabilistically shaped 64-QAM:An experimental demonstration”(Journal oflightwave technology,volume 34,number 7,pages 1599to 1609))提出了一种具有可调数据速率的发送系统，用于单载波相干光发送，其可实现接近香农极限的高速发送。

文献US5,388,124A公开了一种用于在符号间干扰信道上使用最佳整形的星座发送数据的预编码方案，其中呈现了一种用于在ISI信道上的噪声白化的预编码方案，其中该方案允许任何类型的整形并且适于Trellis编码。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种转换或再转换数据信号的方法，以及一种用于数据发送和/或数据接收的方法和系统，其在降低的功耗或至少提高的功率效率之下增加了基础(underlying)过程的可靠性。

本发明的目的通过根据独立权利要求1的用于转换数据信号的方法或者通过根据独立权利要求7的方法，通过根据独立权利要求14的用于数据发送和/或数据接收的方法以及通过根据独立权利要求16的数据发送和/或接收系统来实现。优选的实施例在相应的从属权利要求中限定。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于转换数据信号的方法，其包括以下过程：

-提供输入位的输入位流，其中所述输入位流代表待转换的基础数据信号，和

-向覆盖所述输入位流的k个连续的输入位的连续的分离的部分的输入位序列应用分布匹配过程，其中k为固定的自然数但不是必须为固定的自然数，以便生成并输出最终的输出位流或其预形式。

在本发明方法的实际实现中，将分布匹配应用于连续的分离的部分的输入位序列的过程不是基于单个4D符号而是基于多个4D符号。在这种情况下，所述连续的分离的部分的输入位序列由覆盖所述输入位流的平均k个连续的输入位形成，使得k实为固定的自然数但不一定为固定的自然数。结合以下描述象限整形及其发送器侧和接收器侧的部分进一步阐明了这一点。

根据本发明，分布匹配过程由象限星座整形过程形成，并且被配置为用于将相应的部分的输入位序列映射到四维2^4·m-QAM星座的星座点-特别是传送对于每个同相分量和正交分量的两个不同的极化-其中m为固定的自然数，并且k和m满足关系4·m≥k和k＝J+l，其中l为固定的自然数并且J≤4，从而在四维2^4·m-QAM星座内嵌入每个相应的部分的输入位序列。

因此，本发明的一个关键方面是将长度为k的输入位的元组作为部分的输入位序列映射到2^4·m-QAM星座的星座点，其满足4·m≥和k＝J+l，并从而通过强制执行某种分配来实现和嵌入固有地产出更高功率效率的信号整形。

根据本发明的用于转换数据信号的方法的优选实施例，所述四维2^4·m-QAM星座可以作为四维QAM星座给出或者由格雷码标记的四维QAM星座给出，并且特别是基于2^m-ASK星座(ASK：幅移键控)。

在这种情况下，所述四维2^4·m-QAM星座的每个格雷码标记的星座点由4·m-元组B₁B₂...B_4m定义或标记，特别是其中分量B₁，B_m+1，B_2m+1，B_3m+1表示或选择星座点的象限作为记号位，并且其中，其余分量B₂，...，B_m，B_m+2，...，B_2m，B_2m+2，...，B_3m，B_3m+2，...，B_4m表示或选择象限中的相应的星座点作为象限位。

从四维或4D象限的整组2^4·(m-1)个星座点中，在每个象限中可以选择2^l个星座点用于具有最小功率的所述输入位流的所述映射，特别是为了由此实现在每个维度或象限中映射的星座点的类高斯分布。

分布匹配过程之后可以优选地为：(i)首先是前向纠错编码过程，和(ii)其次是QAM调制过程，特别是按照此顺序。

从所述k个连续的输入位IBj中，l个输入位IBj可以用于选择象限中的点，并且所述k个输入位的剩余J个输入位用于至少部分地指定所述记号位，其中l≤k，从而在这种情况下满足k＝l+J。

用于形成所述星座点的所述分量B₁，B_m+1，B_2m+1，B_3m+1的所提及的记号位可以源自于以下的至少一个：(a)输入位流的源，和(b)所述前向纠错编码过程之后的奇偶校验位或者(c)所述前向纠错编码过程之后的输入位流和奇偶校验位。

在方案(a)的情况下，记号位完全源于其他数据位或输入位Bj，因此系统以码率c满足c＝1的未编码方式来操作。在方案(b)的情况下，码率c满足关系c＝(m-1)/m，并且在方案(c)的情况下，如果已传送的k个输入位的J个输入位用于指定记号位，则码率c满足关系c＝(m-1+J/4)/m。

特别是，可以采用以下方案：

和

根据本发明的另外或替代方面，提出了一种用于再转换数据信号-特别是再转换已转换的数据信号的方法。再转换方法包括以下过程：

-提供输入位的输入位流，其中所述输入位流直接或间接地代表待转换的基础的数据信号，特别是待转换的已转换的基础的数据信号或其导数(derivative)，和

-向所述输入位流或其导数应用逆分布匹配过程，以便生成并输出最终的输出位流。

根据本发明的该另外或替代方面，所述逆分布匹配过程由逆象限整形过程形成，尤其是基于分布匹配器的基础象限整形过程，并且其被配置为用于将四维2^4·m-QAM星座的相应的星座点-特别是传送对于每个同相分量和正交分量的两个不同的极化-映射至长度为k的部分的输出位序列，其中k＝J+l并且l和m是固定的自然数并且满足关系4·m≥k，k＝J+l和J≤4。

根据本发明，连续的部分的输出位序列是分离的，从而形成并输出已(再)转换的信号。

四维2^4·m-QAM星座可作为四维QAM星座给出或为由格雷码标记的四维QAM星座给出，并且特别是基于2^m-ASK星座。

所述四维2^4·m-QAM星座的每个格雷码标记的星座点可以由4·m-元组B₁B₂...B_4m定义或标记，特别是(i')其中分量B₁，B_m+1，B_2m+1，B_3m+1表示或选择星座点的象限作为符号位，并且其中(ii')，其余分量B₂，...，B_m，B_m+2，...，B_2m，B_2m+2，...，B_3m，B_3m+2，...，B_4m表示或选择象限中的相应的星座点作为象限位。

为了实现更高的功率效率，从四维象限的整组2^4·(m-1)个星座点中，在每个象限中可以选择2^l个星座点用于具有最小功率的所述输入位流的所述映射，特别是为了由此实现在每个象限中映射的星座点的类高斯分布。

逆分布匹配过程之前可以为(a')QAM解调过程和(b')前向纠错解码过程，特别是按照此顺序。

下面，将参考用于转换的方法以及用于再转换数据信号的方法来讨论本发明的其他方面。

分布匹配过程和所述逆分布匹配过程、所述象限整形过程和所述逆象限整形过程、所述QAM调制和解调过程，和所述前向纠错编码和解调过程可以优选地被配置为是可逆的或相对于彼此逆向。

提供输入符号流的过程可以包括从存储介质或从符号生成过程回调输入符号流，接收、解调和/或解码代表或传送输入符号流的信号中的至少一个。

所述分布匹配过程、所述逆分布匹配过程、所述象限整形过程、所述逆象限整形过程、所述QAM调制过程、以及所述QAM解调过程中的至少一个是基于和选择于以下至少一种：

-根据用于输出的待实现的预定义分布，特别是基于高斯分布，和

-通过将相应的输出序列从相应的整个候选集中相应地索引出，以实现最终的输出位流到相应的基础分布的经验分布的近似。

本发明还可以结合除了形成待转换或再转换的相应信号的位之外的更一般的符号来应用。根据用于根据本发明的概念转换或再转换数据信号的方法的优选实施例，任何中间信号也可以由一般符号表示。在该意义上，更一般的输入和输出符号流可以是传送待转换或再转换的信号的基础实体。

然而，在一些实际应用中-例如在光纤通信系统的环境中-本发明的方法仍然可以集中于二进制数字形式的符号，即位。

因此，根据本发明并且在其某些实施例中，可以集中于术语输入符号流、部分的输入符号序列、符号映射过程、符号分布匹配过程、最终的输出符号流等，从而由更一般的符号来替换位，并且因此还分别替换输入位流、部分的输入位序列、位分布匹配过程、最终的输出位流等专用技术术语。

根据本发明的过程的每个阶段甚至中间阶段可以指代更一般的符号而不是多个位和单个位的组合作为符号。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于数据发送和/或数据接收的方法。

本发明的方法包括数据发送部分和数据接收部分中的至少一个。数据发送部分和/或数据接收部分可以涉及至少一个如上所述用于转换数据信号或用于再转换数据信号的本发明的方法。

在用于数据发送和/或数据接收的本发明方法的优选实施例中，所涉及的分布匹配过程和逆分布匹配过程可以相对于彼此可逆或逆向。

本发明还提出了一种数据发送和/或数据接收系统。本发明的系统包括处理单元，该处理单元被配置为执行根据本发明的任何方法，并且包括用于执行这些方法的相应装置。

在发送过程/单元和接收过程/单元的组合的情况下，这些过程或单元可以被配置为用于交换和/或协商数据，以便定义和固定象限整形、FEC和MOD属性的具体形式。

此外，如上所述的本发明方法可以通过计算机或数字信号处理装置可接受和可执行的代码来实现。

同样在本发明的范围内，提供了一种计算机程序产品，包括计算机代码，适于当代码分别在计算机和/或数字信号处理装置上运行时，使得计算机和/或数字信号处理装置执行根据本发明的任何方法的计算机代码。

附图说明

下面将基于本发明的实施例并参考附图来描述本发明的这些和其他方面、细节、优点和特征。

图1是用于说明根据本发明的数据发送和/或数据接收系统的实施例以及用于转换/再转换嵌入其中的数据信号的方法的嵌入的框图。

图2和3是更详细地说明根据本发明的用于转换和再转换数据信号的方法的一般方面的框图。

图4是用于说明根据本发明的数据发送和/或数据接收系统的优选实施例以及用于转换/再转换嵌入其中的数据信号的方法的嵌入的框图。

图5至图10举例说明了根据本发明的用于转换数据信号的方法的具体实施例的各方面。

具体实施方式

在下面的实施例中，通过参考附图1至10详细地示出了本发明的技术背景。相同或等同的元件以及起相同或等同作用的元件通过相同的附图标记来表示。并非在它们出现的每种情况下都重复对元件和部件的详细描述。

在不脱离本发明主旨的情况下，可以任意地分离和重新组合所描绘和描述的特征以及本发明实施例的其他特性。

在详细地描述用于转换/再转换数据信号的方法和用于数据发送/接收的方法之前，参考图1及其关于数据转换/再转换和/或数据发送/接收的系统和方法的一般视图。

因此，图1是用于说明根据本发明的数据发送和/或数据接收系统的实施例以及用于转换/再转换嵌入其中的数据信号的方法的嵌入的框图。

根据图1的方案通常遵循Massey在1974年提出的数字通信中的编码和调制的概念。

图1的方案公开了一种系统T-其为硬件结构，方法或处理单元的配置或其组合-包括(i)信息源单位T1，其被配置为用于提供待转换和发送的信号U，(ii)编码单元T2，其被配置为用于接收和编码信号U并输出已编码信号X，(iii)调制器单元T3，其被配置为用于接收和调制已编码信号X并输出已调制信号s(t)用于在(iv)发送/接收(波形)信道单元T4上进行发送，(v)解调器单元T5，其被配置用于接收以可能被发送信道单元T4所失真的形式r(t)存在的已调制信号s(t)并解调所述信号以输出已解调信号Y，(vi)解码器单元T6，其被配置为用于接收和解码已解调信号Y并输出已解码信号V，和(vii)信息宿单元(informationsink unit)T7，其被配置为用于接收已解码信号V。

根据本发明，信息源T1和信息宿T7可以分别是任何种类的信息或信号宿或源。可以使用任何种类的存储介质。或者，可以涉及任何其他任何发送/接收信道。

如上所述，根据本发明，提供了一种用于转换数据信号U的方法C，并且替代地或另外地，提供了一种用于再转换数据信号Y的方法RC。根据本发明的方法C和RC可以分别包括或者是信息编码单元T2和解码单元T6的一部分。另外地或替代地，一方面，可以实现信息源单位T1和/或调制器单元T3的部分以及，另一方面，可以实现解调器单元T5和/或信息宿单元T7的部分。

图2和3借助于框图更详细地阐述了根据本发明的用于转换数据信号U的方法C和用于再转换数据信号Y的方法RC的一般方面。

在图1至图4所示的情况下，从信息源单位T1获得的数据信号U表示为或等同于输入符号流IB，输入符号流IB不一定是但可以是二进制输入数字流或输入位IBj的流。输入符号流IB可以具有有限长度或者可以表示为连续的符号的流。

总的来说，图1至图3描述了整个发送/接收系统T。

图2通过示意性框图进一步阐述了实现本发明的一个方面的编码过程或单元T2，以及因此的发送侧或发送器侧的信号转换C的优选实施例。

用于表示待转换的信号或数据信号U并且包括输入符号或输入位IBj的流的输入符号或位流IB被提供至编码过程或单元T2。编码过程或单元T2被配置为用于处理输入符号或位IBj，以便生成并输出输出符号流OB，其代表图1和2的已转换信号X并且包括输出符号或输出位OBj的流。

在图2所示的实施例中，编码过程或单元T2的形式为由象限星座整形过程QS定义的第一或前一匹配过程或单元DM，其中象限星座整形过程QS被配置为用于从所述输入符号或位IBj生成一系列的位或符号，提供至前向纠错过程或单元FEC，然后是QAM调制过程或单元MOD。

QAM调制过程或单元MOD以时间离散形式给出四维符号或位序列，其被提供至例如光发送系统OT并由例如光发送系统OT来发送，其中光发送系统OT可以由根据图1的调制器单元T3、发送/接收信道单元T4和解调器单元T5来形成，其中调制器单元T3和解调器单元T5分别可以实现数字/模拟和模拟/数字转换/调制。

图3通过示意性框图进一步阐述了实现了本发明的一个方面的解码过程或单元T6以及因此的接收侧或接收器侧的信号(再)转换RC的优选实施例。

如上所述，由输入符号或位IBj'转换并形成的信号Y被馈送至四维操作的解调器DEMOD，然后是前向纠错解码器FEC DEC。然后将得到的符号或位序列馈送至由逆象限整形过程或单元QS^-1形成的逆分布匹配器DM^-1。

通过DEMOD、FEC DEC和DM^-1或QS^-1这些过程的级联，由输入符号/位流IB'的输入符号/位IBj'(再)转换并给出的输入符号Y被变换成由输出符号/位流OB'的输出符号/位OBj'给出的已转换输出信号V。

图4至10描述了本发明实施例的进一步细节。

特别地，图4借助于示意性框图阐述了已在图1中引入的编码单元T2的方面。

编码单元T2形成了数据转换部分、过程或单元C的主要部分。从图1中所示的信号或数据源T1，表示待转换的信号U的输入符号或位流IB的输入符号或位IBj被馈送至由象限整形过程或单元QS形成的分布匹配过程DM，其中，考虑到能量或功率关系，将长度为k的部分输入位序列IB^k选择性地映射到一个象限的四维2^4m-QAM星座点的子集上。

所得到的QAM星座的星座点被馈送至由前向纠错过程FEC和调制器MOD形成的位映射器BM。

得到的四维符号或位序列被馈送至光发送系统OT，光发送系统OT可以由如图1所示的调制器单元T3、发送/接收信道单元T4和解调器单元T5形成。

在接收器侧，传送输入符号/位IBj'的接收信号Y被馈送至四维逐位解调器DEMOD和连续的前向纠错解码器FEC DEC。

由前向纠错解码器FEC DEC输出的所得符号或位序列影响逆分布匹配过程或单元DM^-1，其中逆分布匹配过程或单元DM^-1由逆象限整形过程或单元QS^-1形成并且被配置为生成并输出再转换的信号V作为输出符号或位OBj'的流。

通过过程DM或QS^-1、FEC ENC和MOD的级联，将输入符号/位流IB的输入符号/位IBj转换并给出的输入信号U变换成由输出符号/位流OB的输出符号/位OBj给出的已转换输出信号X。

下面，将进一步阐明本发明的这些和另外的方面、特征和/或性质：

本发明一般涉及通信系统，更具体地说，涉及频谱上有效的传输。本发明特别涉及通信方法和系统以及用于产生具有期望分布的符号序列的技术，例如构成信号从其发送。利用所建议的措施，可以在降低的功率要求之下以更高的效率实现数据发送和接收。

为了实现功率有效的通信-例如在噪声信道上-在信号内传输的符号被设计为遵循特定的分布。为了实现这一点，需要将数据位或更多一般数据符号映射到具有期望分布的符号序列。映射应该是可逆的，以便例如在接收侧的发送和接收之后可以从符号序列中恢复原始数据符号或位。

被配置为用于实现将原始符号或位映射到符号或位的期望分布的这种映射的装置被称为分布匹配器。

为了在有噪声的信道上实现频谱上有效的通信，星座整形技术对发送的符号施加一定的分布。星座整形最近引起了业界的极大兴趣，特别是对于光纤通信。

本发明提供了一种新的星座整形技术，该技术可高度并行化因此适用于在芯片上实现较高的吞吐量(throughput)。

建议的相干光纤通信系统被配置为用于调制两个极化的同相和正交分量，因此对应于四维信号空间，也称为4D信号空间。每个信号点具有四个实值分量，即两个极化中均有的其同相和正交分量。

原则上，四维或4D星座整形-也称为4D-CS-可以实现比传统的正交幅度调制或QAM更高的频谱效率-也称为SE。

此外，波分复用的或WDM通信系统的非线性干扰噪声或NLIN可以取决于调制形式，这使得4D-CS成为减轻NLIN的有前景的技术。

在实际的收发过程或单元T(也称为收发器)中，4D-CS优选地与前向纠错(也称为FEC)组合。在接收器侧，出于复杂性的原因，期望的是逐位解码-也称为BMD-即，逐位解映射器与二进制解码器的组合。

有人认为4D-CS需要更复杂的多级解码，并且已经得出结论，当使用逐位解映射时，传统QAM优于4D-CS。

根据本发明，提出了一种新的调制方案作为分布匹配器，称为四维象限整形，也称为4D-QS。这种调制方案在几个方面改进了传统的QAM方案：

(i)4D-QS具有更高的频谱效率，相当于更高的功率效率。

(ii)4D-QS具有更低的峰均功率比，也称为PAPR。

(iii)4D-QS可以具有更低的前向纠错FEC开销(overhead)。

在图9的表1中，示出了具有频谱效率(SE)6.6位/s/Hz的系统的改进。在此实例中，4D-QS的功率效率为0.25dB，将PAPR从3.68dB降低到1.25dB，并将FEC开销从82％降低到25％。

作为根据本发明的分布匹配器的4D-QS尤其通过如下的修改传统的QAM的方案来实现这些改进：

(1)在发送机或发送侧，在FEC编码之前执行象限整形或QS。可以通过使用如下所述的较小查找表来实现QS过程或装置。

(2)在接收器或接收侧，在FEC解码之前执行四维逐位解映射。解映射具有低复杂性和高度可并行化，如下所述。

象限整形

本发明的一个关键方面是形成分布匹配器作为象限整形机制QS，其实施例在下面说明：

-考虑格雷(Gray)标记的四维或4D QAM星座，总共具有2^4·m信号点。其可以通过采用四个格雷标记的幅移键控或ASK星座的笛卡尔积来构造。

在图5中显示了格雷标记的8-ASK星座-即m＝3，因此2³＝8。

通过格雷标记，每个信号点由4m位-级标记

B＝B₁B₂…B_4m∈{0,1}^4m (0)

-位-级

B₁,B_m+1,B_2m+1,B_3m+1 (1)

被定义是为了选择或选取相应信号点的象限，并且被称为符号位。

-在每个象限中，可以定义和放置多2^4m-4＝2^4·(m-1)个不同的信号点，这些信号点由所谓的象限位进行选择

B₂…B_mB_m+2…B_2mB_2m+2…B_3mB_3m+2…B_4m, (2)

其为(0)中所示的位-级的剩余位。

-从象限中的2^4·(m-1)个可能的信号点，根据本发明，选择最小功率的2^l个信号点用于表示代表待转换的信号U的输入位流B。例如，功率可以由欧几里德度量或距离四维信号空间或星座空间中的原点的距离来表示。

得到的调制形式由(4m；l+4)-QS表示。

根据本发明，4D-QS方案现在根据(2)将表示待转换的信号U的输入位流B的l个数据位映射到4m-4象限位。

该映射在图8所示的表2中通过举例进行说明，即，对于m＝3和l＝5的情况，对应的是(12，9)-QS方案。

-由于在每个象限中选取距离原点最小功率或最小欧几里德距离的信号点，因此4D-QS的信号点位于四维球内。结果是，在两个极化的每个同相和正交分量中，信号点在每个实际维度上具有高斯分布，如图6所示。

发送器侧

在发送器侧，4D-QS方案在FEC编码过程之前使用QS过程。系统图如图4所示。在发送机处的变换以(12，9)-QS为例，其FEC速率为c＝4/5。12位的划分如图9所示。

1、QS装置或过程完全地用来自图1的源T1的数据位来填充对应于符号位的位级B₁。

2、QS装置或过程用来自源T1的数据位来填充对应于符号位的位级B₂至0.6的分数。

3、QS装置或过程将5个数据位映射到8个象限位，例如，根据图8中的表2。

4、QS装置或过程每4D符号输出1+0.6+8＝9.6位，QS速率由下式给出：

d＝(1+0.6+5)/9.6＝0.6875 (3)

因此，之前引入的参数为k＝l+J＝6.6，其中满足I＝5和J＝1.6。

5、12位级的每4D符号的剩余2.4位填充有由系统速率c＝4/5FEC编码器计算的校验位。校验位用于符号位级B₇、B₁₀和符号位级别B₂的剩余0.4分数。

6、总的来说，每4D符号发送1+0.6+5＝6.6个数据位。

7、与FEC编码器连接的QS过程的速率为：

d·c＝0.55＝98/178 (4)

现有技术QAM系统将使用速率为98/178的FEC码，以实现每4D符号对应的SE为98/178·12＝6.6位。在图9和图10中所示的表1中，列出了具有FEC速率c＝4/5的(12，9)-QS相对于具有FEC速率c＝98/178的现有技术QAM的性能增益。

在图10中，轨迹线10-1至10-4示出了根据本发明和根据现有技术方案获得的不同情况，特别是具有以下参数：

轨迹线10-1：4D-QS,DVB-S2 4/5,BER-根据本发明

轨迹线10-2：4D-QS,DVB-S2 4/5,FER-根据本发明

轨迹线10-3：QAM,DVB-S2X 98/178,BER–现有技术

轨迹线10-4：QAM,DVB-S2X 98/178,FER–现有技术

接收器侧

对于每个已发送的4D信号点，逐位解映射器使用接收的和可能有噪声的4D信道输出y来计算对于每个位级B_i，其中i＝1，2，...，4m的逐位软信息

对于i＝1，2，...，12，然后将其传递至二进制FEC解码器。

各项计算如下：

-位级分布：位级矢量B＝B₁，...，B_4m的值均匀分布在其支持(support)上，即

其中b∈{0，1}^4m (6)

其中P_B的支持sup(P_B)由以下关系式(7)定义：

sup(P_B):＝{b∈{0,1}^4m:P_B(b)＞0} (7)

对于QS进行调用，支持包括功率最小的2^l+4个信号点。

换句话说：如果通过DM过程选择具有标签b的所讨论的星座点，即，如果该星座点在例如图8所示的基础查找表内，则P_B(b)＝2^-I-4

-边际分布由以下关系式(8)给出：

其中a∈{0,1} (8)

对于(12，9)-QS，边际分布在图9所示的表3中举例进行说明。

-条件分布由以下关系式(9)给出：

其中a∈{0,1} (9)

其中，B和b具有几个分量，并且因此可以称为矢量实体，p_Y|B为条件四维信道密度，例如，在加性高斯白噪声或AWGN信道的情况下的多元高斯密度。

附图标记列表：

C 信号转换部分/过程/单元/系统

DEMOD QAM解调器

DM 分布匹配过程/单元

DM^-1 逆/反分布匹配过程/单元

FEC DEC 前向纠错解码器

FEC ENC 前向纠错编码器

IB 输入符号/位流

IB' 输入符号/位流

IBj 输入符号/位，j＝1，2，....

IBj' 输入符号/位，j＝1，2，....

IB^k 部分输入符号/长度k的位序列

K QS输入长度其中k＝I+J

I 用于寻址象限内的点的索引位

J 用于信息部分的附加的(部分的)位数

MOD QAM调制器

OB 输出符号/位流

OB' 输出符号/位流

OBj 输出符号/位，j＝1，2，....

OBj' 输出符号/位，j＝1，2，....

OB^k' 长度k的部分输出符号/位序列

OT 光发送方法/系统

QS 象限整形过程/单元

QS^-1 逆象限整形过程/单元

r(t) 在通道T4之后和解调器T5之前发送的信号

RC 信号再转换部分/过程/单元/系统

s(t) 在调制器T3之后和通道T4之前的待发送信号

T 发送/接收方法/系统

T1 信息源单位

T2 编码单元

T3 调制器单元

T4 发送/接收(波形)信道单元

T5 解调器单元

T6 解码器单元

T7 信息宿单元

U 来自源T1的信号，在编码器T2之前

V 到宿的信号T7，在解码器T6之后

X 信号，在编码器T2之后并且在调制器T3之前

Y 信号，在解调器T5之后并且在解码器T6之前

Claims

1.一种用于转换数据信号（U）的方法（C），包括以下步骤：

-提供输入位（IBj）的输入位流（IB），其中所述输入位流（IB）代表待转换的数据信号（U），和

-向覆盖所述输入位流（IB）的k个连续的输入位（IBj）的连续的分离的部分的输入位序列（IB^k）应用分布匹配过程（DM），以便生成并输出最终的输出位流（OB）或其预形式，其中k为固定的自然数，

其中，

-所述分布匹配过程（DM）由象限整形过程（QS）形成，并且被配置为用于将相应的部分的输入位序列（IB^k）映射到四维2^4·m-QAM星座的星座点--其中m为固定的自然数，并且

-k和m满足关系4·m≥k和k=J+l，其中l为固定的自然数并且J≤4。

2.根据权利要求1所述的方法（C），

其中，所述四维2^4·m-QAM星座作为格雷码标记的四维QAM星座给出或由格雷码标记的四维QAM星座给出。

3.根据权利要求2所述的方法（C），

其中，所述四维2^4·m-QAM星座的每个格雷码标记的星座点由4·m-元组B₁B₂ ... B_4m定义或标记，

-其中分量B₁，B_m+1，B_2m+1，B_3m+1表示或选择所述星座点的象限作为记号位，并且

-其中，其余分量B₂，...，B_m，B_m+2，...，B_2m，B_2m+2，...，B_3m，B_3m+2，...，B_4m表示或选择象限中的相应的星座点。

4.根据权利要求3所述的方法（C），其中

-从所述k个连续的输入位（IBj）中，l个输入位（IBj）用于选择象限中的点，并且剩余的J个输入位（Bj）用于至少部分地指定所述记号位，其中l≤k，k=l+J，和/或

-用于形成所述星座点的所述分量B₁，B_m+1，B_2m+1，B_3m+1的记号位源自于以下的至少一个：

-所述输入位流（IB）的源（T1），和

-前向纠错编码过程（FEC ENC）之后的奇偶校验位。

5.根据权利要求3或4所述的方法（C），其中，从象限的整组2^4·(m-1)个星座点中，在每个象限中选择2^l个星座点用于具有最小功率的所述输入位流（IB）的映射。

6. 根据权利要求1-4中任一项所述的方法（C），

其中，所述分布匹配过程（DM）之后为

-首先是前向纠错编码过程（FEC ENC）和

-其次是QAM调制过程（MOD），

按照此顺序。

7. 一种用于再转换数据信号（Y）再转换已转换的数据信号（Y）的方法（RC），包括以下步骤：

-提供输入位（IBj'）的输入位流（IB'），其中所述输入位流（IB'）直接或间接地代表待再转换的数据信号（Y），待转换的已转换的数据信号（Y）或其导数，和

-向所述输入位流（IB'）或其导数应用逆分布匹配过程（DM^-1），以便生成并输出最终的输出位流（OB'），

其中，

-所述逆分布匹配过程（DM^-1）由逆象限整形过程（QS^-1）形成，并且被配置为用于将四维2^4·m-QAM星座的相应的星座点映射至长度为k个输出位（OBj'）的部分的输出位序列（OB^k'），

-m为固定的自然数，其满足关系4·m≥k，并且

-连续的部分的输出位序列（OB^k'）是分离的并形成并输出已（再）转换的信号（V）。

8.根据权利要求7所述的方法（RC），

9.根据权利要求8所述的方法（RC），

其中，所述四维2^4·m-QAM星座的每个格雷码标记的星座点由位的4·m-元组B₁B₂ ...B_4m定义或标记，

-其中分量B₁，B_m+1，B_2m+1，B_3m+1表示或选择所述星座点的象限作为记号位，和

10.根据权利要求9所述的方法（RC），

其中，从象限的整组2^4·(m-1)个星座点中，在每个象限中选择2^l个星座点用于具有最小功率的所述输入位流（IB）的映射。

11. 根据前述权利要求7-10中任一项所述的方法（RC），

其中，所述逆分布匹配过程（DM^-1）之前为

-QAM解调过程 (DEMOD)，和

-前向纠错解码过程 (FEC DEC)。

12. 根据权利要求1-4和7-10中任一项所述的方法（C，RC），

其中，提供所述输入位流（IB，IB'）的步骤包括以下中的至少一个

-从存储介质或符号生成过程中回调所述输入位流（IB，IB'），和

-接收、解调和/或解码代表或传送所述输入位流（IB，IB'）的信号。

13.根据权利要求7-10中任一项所述的方法（C，RC），

其中，所述分布匹配过程（DM）、所述逆分布匹配过程（DM^-1）、所述象限整形过程（QS）、所述逆象限整形过程（QS^-1）、所述QAM调制过程（MOD）、以及所述QAM解调过程（DEMOD）中的至少一个是基于和选择于以下至少一种：

（a）根据用于输出的待实现的预定义分布，和

（b）通过将相应的输出序列从相应的整个候选集中相应地索引出，以实现最终的输出位流（OB，OB'）到相应的分布的经验分布的近似。

14. 一种用于数据发送和数据接收的方法（T），

-其中，数据发送部分包括根据权利要求1至6和从属于权利要求1至6中任一项的权利要求12和13中任一项所述的方法，和

-其中，数据接收部分包括根据权利要求7至11和从属于权利要求7至11中任一项的权利要求12和13中任一项所述的方法。

15.根据权利要求14所述的方法（T），其中，所述分布匹配过程（DM）和所述逆分布匹配过程（DM^-1）彼此逆向。

16.一种数据发送和数据接收系统（T），

包括处理单元，所述处理单元被配置为执行根据权利要求1至15中任一项所述的方法。