CN111373673B - 使用频分复用的多码概率信号成形的装置、方法和介质 - Google Patents

使用频分复用的多码概率信号成形的装置、方法和介质 Download PDF

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Abstract

一种使用频分复用的多码概率信号成形的装置，在该装置中用于不同音调集合的编码/解码设置通过从索引值的固定集合中选择合适的相应值，使用指派给不同音调集合的索引值被指定。指定的索引值中的每个索引值使对应数字信号处理器使用包括相应预定义星座和相应预定义成形码的相应的编码或解码设置的预定义对。在一些实施例中，所使用的成形码被配置为作为块码进行操作，其中块大小被选择以使得使用多个成形码生成的多码帧可以正好与一个DMT符号相匹配或者与期望数目的整个DMT符号相匹配。

Description

使用频分复用的多码概率信号成形的装置、方法和介质
技术领域
本公开涉及通信设备，并且更具体地但非排他性地涉及用于使用概率信号成形和频分复用来传输和接收通信信号的方法和装置。
背景技术
本节介绍可以帮助促进对本公开的更好理解的各方面。因此，本节的陈述应当从这个角度来阅读，而不应当被理解为对现有技术中存在的内容或对现有技术中不存在的内容的承认。
信号成形可以节省能量，增加传输距离，和/或降低误码率(通常称为成形增益)。在典型的信号成形实现中，相对较大能量的星座符号的传输频率低于相对较小能量的星座符号的传输频率。对于线性通信信道，成形增益理论上可以接近1.53dB。
频分复用(FDM)是一种可以在有线、无线和光通信信道中使用的在多个载波频率上传输数据的方法。FDM的不同变体被用于各种形式的宽带数字通信、数字电视、音频广播、数字订户线(DSL)或G.fast互联网访问、局域网(LAN)、家庭网络、4G移动接入网络等中。FDM的一些变体(通常统称为离散多音调(DMT)调制)被用于在例如普通老式电话服务(POTS)铜线、同轴电缆和/或电源线上建立的有线通信信道中。一些FDM方案使用正交频分复用(OFDM)。
至少一些FDM(例如，DSL和/或G.fast)系统可以受益于信号成形的使用。
发明内容
本文中公开了FDM通信系统的各种实施例，其中通过从索引值的固定集合中选择合适的相应值，使用指派给不同音调集合的索引值来指定用于不同音调集合的编码/解码设置。每个指定的索引值使对应数字信号处理器使用包括相应预定义星座和相应预定义成形码的相应的编码或解码设置的预定义对。在一些实施例中，所使用的成形码被配置为作为块码进行操作，其中块大小被选择以使得使用多个成形码生成的多码帧可以正好与一个DMT符号相匹配或者与期望数目的整个DMT符号相匹配。
根据一个实施例，提供了一种装置，该装置包括数据发射器，该数据发射器包括电模拟前端、数字信号处理器和电子控制器，该电子控制器被配置为：解译指派给音调集合的索引值，该音调集合可配置为承载数据并且生成一个或多个对应控制信号，使得响应于一个或多个控制信号，数字信号处理器被配置为针对这样的索引值中的每个索引值使用相应的设置的预定义对，预定义对包括相应预定义星座和相应预定义成形码；以及响应于其中指定有两个或更多不同索引值的控制消息而生成一个或多个对应控制信号，两个或更多不同索引值中的每个索引值被指派给相应的不同音调集合；并且其中数字信号处理器被配置为驱动模拟前端以使由模拟前端生成的调制电信号承载数据。
根据另一实施例，提供了一种装置，该装置包括数据接收器，该数据接收器包括电模拟前端、数字信号处理器和电子控制器，该数字信号处理器被配置为处理表示由电模拟前端响应于所接收的具有多个调制载波的输入信号而输出的电信号的值流，电子控制器被配置为：解译指派给音调集合的索引值，该音调集合可配置为承载数据并且生成一个或多个对应控制信号，使得响应于一个或多个控制信号，数字信号处理器被配置为针对这样的索引值中的每个索引值使用相应的设置的预定义对，预定义对包括相应预定义星座和相应预定义成形码；以及响应于其中指定有两个或更多不同索引值的配置设置而生成一个或多个对应控制信号，两个或更多不同索引值中的每个索引值被指派给相应的不同音调集合；并且其中数字信号处理器被配置为处理值流以恢复由多个调制载波承载的源数据。
根据又一实施例，提供了一种通信方法，该通信方法包括以下步骤：将电子控制器配置为解译指派给音调集合的索引值，该音调集合可配置为承载数据，使得针对每个这样的索引值，电子控制器使与音调集合相对应的数字信号处理使用相应的设置的预定义对，预定义对包括相应预定义星座和相应预定义成形码；以及向电子控制器传送两个或更多不同索引值，两个或更多不同索引值中的每个索引值被指派给相应的不同音调集合。
根据又一实施例，提供了一种装置，该装置包括数据发射器，该数据发射器包括电模拟前端、数字信号处理器和电子控制器，其中数字信号处理器被配置为运行多个成形码，成形码中的每个成形码被配置为生成相应星座的星座符号的幅度；其中电子控制器被配置为使数字信号处理器将成形码中的每个成形码作为块码运行，块码中的每个块码被配置为将相应源比特块转换为相应幅度块，相应幅度块具有相应固定数目的幅度；其中相应固定幅度数目被选择为使用相应星座进行调制的相应音调集合中的相应音调数目的整数倍；其中相应音调数目的总和等于可用于在一个DMT符号中承载源比特的音调的数目；并且及其中数字信号处理器被配置为驱动模拟前端以使由模拟前端生成的调制电信号承载星座符号。
根据又一实施例，提供了一种装置，该装置包括数据接收器，该数据接收器包括电模拟前端、数字信号处理器和电子控制器，其中数字信号处理器被配置为：处理表示由电模拟前端响应于所接收的具有多个调制载波的输入信号而输出的电信号的值流；以及运行多个成形码，成形码中的每个成形码被配置为处理相应星座的星座符号的幅度；其中电子控制器被配置为使数字信号处理器将成形码中的每个成形码作为块码运行，块码中的每个块码被配置为将相应幅度块转换为相应源比特块，相应幅度块具有相应固定数目的幅度；其中相应固定幅度数目是使用相应星座进行调制的相应音调集合中的相应音调数目的整数倍；其中相应音调数目的总和等于被配置为在一个DMT符号中承载源比特的音调的数目；并且其中数字信号处理器被配置为处理值流以恢复由多个调制载波承载的源比特。
根据又一实施例，提供了一种通信方法，该通信方法包括以下步骤：将数字信号处理器配置为运行多个成形码，成形码中的每个成形码被配置为处理(例如，生成或解码)相应星座的星座符号的幅度；以及将电子控制器配置为使数字信号处理器将成形码中的每个成形码作为块码运行，块码中的每个块码被配置为将相应源比特块和相应幅度块互转换，相应幅度块具有相应固定数目的幅度；其中相应固定幅度数目被选择为使用相应星座进行调制的相应音调集合中的相应音调数目的整数倍；并且其中相应音调数目的总和等于可用于在一个DMT符号中承载源比特的音调的数目。
附图说明
作为示例，通过以下具体实施方和附图，各种公开的实施例的其他方面、特征和优点将变得更加明显，在附图中：
图1示出了可以在其中实践各种实施例的DMT系统的框图；
图2示出了根据实施例的可以在图1的DMT系统中使用的发射器的框图；
图3示出了根据实施例的可以在图1的DMT系统中使用的接收器的框图；
图4示出了根据实施例的可以在图2的发射器中使用的数字电路的框图；
图5示出了根据实施例的可以在图4的数字电路中使用的查找表(LUT)；
图6示出了根据实施例的可以在图3的接收器中使用的数字电路的框图；
图7示出了根据实施例的可以在图1的DMT系统中使用的控制方法的流程图；
图8示出了根据实施例的可以在图4的数字电路中使用的数字电路的框图；
图9以图形方式示出了可以使用图8的数字电路生成的多码(MC)帧的示例结构；
图10示出了根据实施例的可以在图6的数字电路中使用的数字电路的框图；
图11A至图11B示出了根据实施例的可以用于实现图8的数字电路的一部分的数字电路的框图；
图12A至图12B示出了根据实施例的可以在图11B的LUT电路中使用的示例LUT；
图13以图形方式示出了根据实施例的可以在图11A的数字电路中使用的成形码的某些统计属性；
图14示出了根据实施例的可以在图11A的数字电路中实现的控制方法的流程图；
图15A至图15B示出了根据实施例的可以用于实现图10的数字电路的一部分的数字电路的框图；以及
图16示出了根据实施例的可以在图15A的数字电路中实现的控制方法的流程图。
具体实施方式
本文中公开的一些实施例可以受益于与本申请在同一天提交的Yannick Lefevre等人的题为“JOINT USE OF PROBABILISTIC SIGNAL SHAPING AND FORWARD ERRORCORRECTION”的美国专利申请序列号xx/xxx,xxx(代理人案号103071-US-NP)中公开的至少一些特征的使用，该美国专利申请的全部内容通过引用并入本文。
在各种实施例的描述和/或附图中使用以下首字母缩写词/缩写：
ADC：模数转换器；
AFE：模拟前端；
AWGN：加性高斯白噪声；
BPSK：二进制相移键控；
CPE：客户驻地设备；
CRC：循环冗余校验；
DAC：数模转换器；
DMT：离散多音调；
DMUX：解复用器；
DPU：分发点单元；
DSP：数字信号处理器；
DSL：数字订户线；
DTU：数据传送单元；
FDM：频分复用；
FEC：前向纠错；
FFT：快速傅立叶变换；
FIFO：固定输入/固定输出；
FIVO：固定输入/可变输出；
IFFT：快速傅立叶逆变换
IQ：同相/正交
I/O：输入/输出；
LAN：局域网；
LDPC：低密度奇偶校验；
LLR：对数似然比；
LSB：最低有效位；
LUT：查找表；
MC：多码；
MSB：最高有效位；
MUX：复用器；
OFDM：正交频分复用；
PAM：脉冲幅度调制；
POTS：普通老式电话服务；
QAM：正交幅度调制；
QPSK：正交相移键控；
RF：射频
RMC：鲁棒性管理信道；
SC：单码；
SMI：成形调制指数；
SNR：信噪比；
VIFO：可变输入/固定输出；以及
VIVO：可变输入/可变输出。
存在两种一般类型的信号成形，分别称为几何和概率。针对固定(但不一定统一)的符号概率，可以实现几何成形以优化复杂平面上的星座点(符号)的位置。可以实现概率成形以优化位于复杂平面上的固定(但不一定是统一)的网格上的星座符号的概率。尽管理论上可以实现这两种类型的信号成形以针对加性高斯白噪声(AWGN)信道实现高达1.53dB的成形增益，但是概率成形与几何成形相比具有若干重要的优点。这些优点包括但不限于与传统(例如，可用的现成)星座和前向纠错(FEC)码的兼容性。
例如在Yannick Lefevre的上述美国专利申请序列号xx/xxx,xxx中描述了概率信号成形和FEC编码的联合使用的示例。
概率成形的一个重要益处是可以选择成形的数量(例如，对应成形码的特定特性)以优化任何给定信道的一组期望的性能特性。例如，根据指定的性能要求，具有可调节符号率的可调节概率成形可以被用于针对给定的相对较短的传输距离实现最佳(例如，最高)频谱效率或针对给定的相对较长的传输距离实现最佳(例如，最高)净比特率。
我们已经认识到，要充分实现多码概率成形的这种和/或其他潜在的益处，就必须对传统的FDM(例如，DSL或G.fast)通信协议进行重大修改。例如，需要以有效的方式在对应的FDM发射器和接收器之间传送数据编码设置，该数据编码设置尤其指定选自多个可用成形码的所使用的(多个)成形码。此外，需要使用与多码概率成形兼容的帧结构，例如，以抑制可能的错误传播。
通过各种实施例解决了上述问题中的至少一些问题，其中通过从索引值的固定集合中选择合适的(例如，最佳)相应值，使用指派给不同音调集合的索引值来在发射器与接收器之间传送用于不同音调集合的数据编码/数据解码设置。每个指定的索引值使对应数字信号处理器(DSP)使用包括相应预定义星座和相应预定义成形码的相应的数据编码或数据解码设置的预定义对。在一些实施例中，所使用的成形码被配置为作为块码进行操作，其中块大小被选择以使得多码(MC)帧正好与一个DMT符号相匹配或者与任何整数个整个DMT符号相匹配。
一些实施例适合于操作过程，其中可以以任何期望的频谱粒度来执行将成形码、星座、FEC码和/或符号率分配给不同的音调组。在一些这样的实施例中，频谱粒度可以使得与单个个体音调相对应的数据编码设置单独地被选择并且然后由对应的FDM发射器和接收器共享。
图1示出了可以在其中实践各种实施例的DMT系统100的框图。系统100包括通过订户线1401-140n连接的分发点单元(DPU)110和多个用户驻地设备(CPE)单元1501-150n，如图1所示。在一些实施例中，DPU 110可以位于服务提供商(例如，电话公司)的“中央办公室”。在一些其他实施例中，可以使用一个或多个回程(例如，光学)链路将DPU 110远程部署到与中央办公室相比更靠近订户驻地的位置，并且对应的设备可以物理地放置在街道柜体中，电线杆上，建筑物的地下室中，等等。CPE单元1501-150n通常位于不同的相应客户站点。
订户线1401-140n中的每个订户线通常包括被配置为传输与语音和/或数据服务相对应的信号的相应的“双绞线”(或其他合适的)电缆。在DPU 110处，订户线1401-140n中的每个订户线连接到输入/输出(I/O)端口1381-138n中的相应I/O端口。在CPE侧，订户线1401-140n中的每个订户线类似地连接到I/O端口1421-142n中的相应I/O端口，每个I/O端口是CPE单元1501-150n中的相应CPE单元的I/O端口。
在示例实施例中，DPU 110包括多个收发器(120i/130i)，每个收发器内部连接到I/O端口1421-142n中的相应I/O端口，其中i＝1、2、…、n。收发器(120i/130i)包括相应的发射器120i和相应的接收器130i。CPE单元150i包括内部连接到该CPE单元的I/O端口142i的收发器(160i/170i)。收发器(160i/170i)包括相应的发射器160i和相应的接收器170i。发射器160i可以在功能上类似于发射器120i。接收器170i可以在功能上类似于接收器130i。发射器120、160的示例实施例在下面参考图2、图4、图8和图11更详细地描述。接收器130、170的示例实施例在下面参考图3、图6、图10和图15更详细地描述。
图2示出了根据实施例的可以在系统100(图1)中使用的发射器200的框图。发射器200包括数字信号处理器(DSP)204、数模转换器(DAC)230和模拟前端(AFE)240。发射器200的不同实例可以被用于实现发射器1201-120n和/或1601-160n(图1)中的一些或全部。
DSP 204操作以执行数据编码和数字载波复用以生成在其上编码有输入数据流202的数字输出信号222。DAC 230操作以将数字信号222转换为模拟形式以生成对应的模拟电信号232。然后，240将信号232转换为适合于在订户线140上传输的形式，并且将所得到的调制电信号242施加到对应的I/O端口138或142。
在示例实施例中，DSP 204包括电子编码器210和快速傅立叶逆变换(IFFT)模块220。电子编码器210执行数据编码，该数据编码尤其包括概率信号成形、FEC编码、以及星座和载波映射，以生成星座符号序列2121-212K，每个星座符号序列承载旨在使用不同的相应频率的不同的相应音调(载波)进行传输的星座符号。然后，IFFT模块220使用相关领域中已知的傅立叶逆变换来执行数字载波复用，从而将序列2121-212K转换为对应的时域数字信号222。取决于特定实施例，在发射器200中使用的音调的数目K可以为一百、一千或者甚至大于一千的数量级。
电子编码器210的示例实施例在下面参考图4、图8和图11更详细地描述。
AFE 240可以是传统的发射器AFE电路。例如，由N.Stojkovic在“AUTOMATIKA v.47(2006),no.1–2,pp.59–67”的“ADSL Analog Front End”中简要回顾了适合于实现AFE 240的示例发射器AFE电路，该论文的全部内容通过引用并入本文。
图3示出了根据实施例的可以在系统100(图1)中使用的接收器300的框图。接收器300包括AFE 310、模数转换器(ADC)320和DSP 324。接收器300的不同实例可以被用于实现接收器1301-130n和/或1701-170n(图1)中的一些或全部。
AFE 310操作以将通过对应的I/O端口138或142接收的调制电输入信号302转换为适合于在ADC 320中进行数字化的对应的模拟电RF信号312。在AFE 310中应用于输入信号302的典型的模拟信号处理包括放大和滤波。例如在N.Stojkovic的上述论文中简要回顾了适合于实现AFE 310的示例接收器AFE电路。在一些实施例中，属于同一收发器或调制解调器的AFE 310和AFE 240可以共享一些电路元件，诸如时钟系统和电混合器。
ADC 320操作以便以适当的采样率对信号312进行采样以生成数字样本(值)的对应序列322。
在示例实施例中，DSP 324包括快速傅立叶变换(FFT)模块330和电子解码器340。FFT模块330使用如相关领域中已知的傅立叶变换来执行数字载波解复用，从而将序列322转换为对应的频域数字序列3321-332K。然后，电子解码器340应用星座和载波解映射、纠错和冗余解码，以将由对应的发射器编码的数据流202恢复到使接收器300接收输入信号302的输出信号242上(也参见图2)。然后，经恢复的数据流202通过数字输出信号342被引导到外部电路。
电子解码器340的示例实施例在下面参考图6、图10和图15更详细地描述。
图4示出了根据实施例的可以在发射器200(图2)中使用的数字电路400的框图。更具体地，电路400可以是电子编码器210的一部分。在一些实施例中，电子编码器210包括彼此并行连接的电路400的两个或更多实例(名义副本)。
在一些实施例中，电路400可以被修改为包括FEC编码器。例如在Yannick Lefevre的上述美国专利申请序列号xx/xxx,xxx中描述了可以被用于将FEC编码器并入电路400中的若干方案。例如在Georg Bocherer、Fabian Steiner和Patrick Schulte的题为“HighThroughput Probabilistic Shaping with Product Distribution Matching”的论文中描述了可以被用于将FEC编码器并入电路400中的附加方案，该论文的全部内容通过引用并入本文。
电路400包括解复用器(DMUX)410、成形编码器(分布匹配器)420和星座映射器430，这些器件的有效配置分别使用由电路控制器440响应于从外部(例如，系统配置)控制器接收到控制信号438而生成的控制信号442、444和446来控制。在示例实施例中，控制信号438提供成形调制指数(SMI)的一个或多个值，其在下面例如参考图5更详细地描述。基于所接收的(多个)SMI值，电路控制器440生成控制信号442、444和446。
DMUX 410操作以划分输入数据流402以生成数据流412和414。数据流412被施加到成形编码器420。数据流414被施加到星座映射器420。数据流412和414的相对比特率由控制信号442确定。
输入数据流402可以被配置为承载数据传送单元(DTU)，每个DTU是旨在作为整个单元用于传输和重传(如果需要的话)的结构化数据块。典型的DTU包括DTU报头、有效载荷部分和循环冗余校验(CRC)部分。在一些实施例中，数据流402可以不承载整个DTU。例如，如果使用多个并行电路400，则每个电路400可以被配置为处理DTU的相应部分，其中同一DTU的不同部分由电路400的不同的相应实例处理。本领域技术人员将容易理解如何使用输入数据流202(图2)生成输入数据流402。
成形编码器420被配置为执行概率信号成形，在该概率信号成形下，由数据流412提供的源比特的输入块被转换为输出序列422的一组比特字，每个比特字是符号星座的对应幅度的二进制标签。通常，数据流412的统计属性类似于随机或伪随机数据序列的统计属性。然而，输出序列422中的不同比特字值具有由成形编码器420使用的(多个)有效成形码指示的不同的相应的出现率。出现率通常随着幅度的增加而降低。在一些实施例中，响应于控制信号444，成形编码器420可以从可用的多个不同的成形码中选择有效成形码。可用于成形编码器420响应于控制信号444而进行选择的不同成形码在以下特性中的一个或多个特性方面可以彼此不同：(i)针对输出序列422生成的个体比特字的长度；(ii)由输出序列422的比特字表示的成形幅度的相应分布；以及(iii)码熵。
可以以上述方式在成形编码器420中使用的不同比特字/码字长度的示例成形码是美国专利申请序列号15/374,397中公开的无前缀码，该美国专利申请的全部内容通过引用并入本文。在成形码的码字都不是另一码字的前缀的意义上，这些码是“无前缀的”。利用这样的码，所生成的幅度的数目可以是确定性的，这实现了如下操作模式：其中以固定的顺序生成用于不同音调(例如，图2的信号242的不同频率分量)的幅度。
可以通过不同的成形码生成的幅度分布的一些示例包括但不限于指数分布、高斯分布和麦克斯韦玻尔兹曼分布。
在本文中使用术语“码熵”来指代由输入数据流提供的位数与由成形码生成的对应输出序列中的比特字数之间的平均比率。取决于码，非平均比率可以是或者不是时间的函数。例如，针对固定输入/固定输出(FIFO)码，非平均比率保持恒定，并且不取决于输入数据流的大小或二进制内容。不同的FIFO码可以具有不同的码率，并且因此，对于所得到的输入/输出块产生不同的相应的固定比率。相关文献中经常提到的三种其他码类型分别为可变输入/固定输出(VIFO)码、固定输入/可变输出(FIVO)码和可变输入/可变输出(VIVO)码。对于后面的码，输入数据块的大小或输出块的大小或这两者可以取决于输入数据块的二进制内容，这使上述非平均比率是时间的函数。
星座映射器430使用有效星座将序列422和数据流414转换为输出流432。在示例实施例中，星座映射器430可以响应于控制信号446而从可用的多个不同星座中选择有效星座。可用于星座映射器430响应于控制信号446而进行选择的不同星座在大小(例如，调制阶数)、类型(例如，PAM或QAM)、指派给星座点的二进制标签、和/或星座点在复杂平面上的几何布置(例如，矩形、十字形或星形)方面可以彼此不同。在操作中，星座映射器430使用(i)序列422的比特字来选择对应的幅度或幅度对，以及(ii)由数据流414同时提供的一个或两个比特来确定指派给所选择的(多个)幅度的(多个)有符号的比特值，从而为序列432生成对应的星座符号。
控制器440操作以生成控制信号442、444和446使得DMUX 410、成形编码器420和星座映射器430的所得到的配置和操作彼此兼容。
例如，控制信号444和446操作以使在成形编码器420中使用的所选择的成形码和在星座映射器430中使用的所选择的星座对应于同一调制阶数并且对于成形的幅度和对应的星座点采用同一二进制标签集合。如果所选择的星座是2m-PAM星座，则控制信号442和444还使(i)序列422的每个比特字的长度为(m-1)位，以及(ii)数据流414的比特率使得该数据流为序列422的每个比特字提供一个比特。在这种配置中，序列432的每个星座符号编码m个比特。由序列422的对应比特字提供的(m-1)个比特确定星座符号的幅度，并且由数据流414提供的对应比特确定星座符号的符号。
如上所述，控制器440基于由控制信号438指定的SMI值集合中的同一对应的SMI值来生成控制信号442、444和446中的每个控制信号。因此，如果选择不同的SMI值，则控制器440生成一组新的控制信号442、444和446，以确保在DMUX 410、成形编码器420和星座映射器430中实现的处理的持续兼容性。
图5示出了根据实施例的可以在控制器440中使用的示例查找表(LUT)500。LUT500的第一列列出了SMI的J个可能值，这些值以从1到J的连续顺序布置，其中J是正整数。对于在第一列中列出的每个SMI值j，LUT 500指定三个参数：(i)对应的星座Cj；(ii)对应的成形码DMj；以及(iii)对应的划分系数Pj，其中j＝1、…、J。在示例实施例中，SMI值和对应的参数使得较高的SMI值通常对应于较高的信息速率。SMI值零(SMI＝0)可以被保留用于未调制的音调，并且因此例如由于不可接受的低SNR而不会承载任何有效载荷数据。
对于在LUT 500中列出的两个不同的SMI值j1和j2(j1≠j2)，对应的星座Cj1和Cj2可以相同(即，Cj1＝Cj2)或不同(即，Cj1≠Cj2)。如果Cj1＝Cj2，则对应的成形码DMj1和DMj2不同(即，DMj1≠DMj2)。如果Cj1≠Cj2，则对应的成形码DMj1和DMj2通常不同(即，DMj1≠DMj2)，但是在LUT 500的一些实施例中，可以列出相同的成形码(即，DMj1＝DMj2)，只要该码与星座Cj1和Cj2中的每个星座兼容。换言之，对于任何特定SMI值，在LUT 500中列出的星座和成形码的对应组合对于该特定SMI值是唯一的，并且LUT 500中没有其他SMI值具有与该特定SMI值完全相同的成形码和星座的组合。
划分系数Pj不是独立的参数，并且其值由在LUT 500的对应行中列出的星座Cj和成形码DMj的相关属性明确地确定。在示例实施例中，划分系数Pj可以以比率pj/qj的形式来指定，其中pj和qj是正整数。在一些实施例中，LUT 500没有列出划分系数Pj，并且对应的控制器被配置为基于指定的星座Cj和成形码DMj来动态地计算它。
在操作中，响应于通过控制信号438提供的特定SMI值j，控制器440从LUT 500的对应行读取参数并且相应地生成控制信号442、444和446。更具体地，控制信号442可以将DMUX410配置为对于被引导到数据流412的每pj个比特将qj个比特引导到数据流414。控制信号444将成形编码器420配置为使用成形码DMj来生成序列422。控制信号446将星座映射器430配置为使用星座Cj来生成序列432。
图6示出了根据实施例的可以在接收器300(图3)中使用的数字电路600的框图。更具体地，电路600可以是电子解码器340的一部分。在一些实施例中，电子解码器340可以包括彼此并行连接的电路600的两个或更多实例(名义副本)。
在一些实施例中，电路600可以被修改为包括FEC解码器。例如在Yannick Lefevre的上述美国专利申请序列号xx/xxx,xxx中描述了可以被用于将FEC解码器并入电路600中的若干方案。例如在Georg Bocherer、Fabian Steiner和Patrick Schulte的上述论文中描述了可以被用于将FEC解码器并入电路600中的附加方案。
电路600操作以响应于从电子解码器340的载波解映射器接收到数字样本(值)的对应输入流602而恢复数据流402(也参见图4)。在示例实施例中，载波解映射器通过适当地向其传送来自由对应接收器300的FFT模块330生成的一个或多个序列3321-332K的数字样本来生成输入流602，例如，如以上参考图3所述。
电路600包括星座解映射器610、成形解码器620和复用器(MUX)630，这些器件有效配置分别使用由电路控制器640响应于从外部(例如，系统配置)控制器接收到控制信号638而生成的控制信号646、644和642来控制。在示例实施例中，控制信号638可以类似于控制信号438(图4)并且被配置为提供一个或多个SMI值。基于所接收的(多个)SMI值，电路控制器630生成控制信号642、644和646。
星座解映射器610基于由输入流602提供的数字样本使用有效星座来重构序列422和数据流414(也参见图4)。在示例实施例中，星座解映射器610可以响应于控制信号646而从可用的多个不同星座中选择有效星座。星座解映射器610可以从中选择有效星座的不同星座通常与可用于星座映射器430(图4)的星座相同。
成形解码器620使用有效成形码来将序列422转换回数据流412。在示例实施例中，成形解码器620可以响应于控制信号644而从可用的多个不同成形码中选择有效成形码。成形编码器620可以从中选择有效成形码的不同的整型码通常与可用于成形编码器420(图4)的整型码相同。
MUX 630操作以适当地复用重构的数据流412和414以恢复数据流402。MUX 630复用数据流412和414的方式由控制信号642确定。
控制器640操作以生成控制信号642、644和646使得星座解映射器610、成形解码器620和MUX 630的所得到的配置彼此兼容，并且在其中执行的对应操作与在数字电路400中执行的使数字电路600接收输入流602的操作相反。在示例实施例中，控制器640可以使用类似于LUT 500(图5)的LUT来生成控制信号642、644和646。
图7示出了根据实施例的可以在系统100(图1)中使用的控制方法700的流程图。更具体地，方法700可以被用于为电路400的一个或多个实例生成一个或多个控制信号438，和/或为电路600的一个或多个实例生成一个或多个控制信号638。
在方法700的步骤702，系统配置控制器(或系统100中的其他相关实体)获取对应线路140的频率相关SNR信息。所获取的SNR信息可以包括例如在接收器300处执行的并且例如经由控制信道传送给系统配置控制器和/或发射器200的先前的频率相关SNR测量的结果。在一些实施例中，这样的其他相关实体可以是接收器300本身，在这种情况下，可能不需要将SNR信息传送出去。
在步骤704，接收器300或系统配置控制器使用在步骤702获取的SNR信息来将相应SMI值指派给用于特定线路140上的数据传输的不同音调。例如，一个可能的SMI指派过程可以依赖于SNR阈值集合。在这种情况下，如果SNR值落在特定音调或音调集合的第一SNR阈值与第二SNR阈值之间，则系统配置控制器向该特定音调或音调集合指派为“1”的SMI值。如果SNR值落在特定音调或音调集合的第二SNR阈值与第三SNR阈值之间，则系统配置控制器向该特定音调或音调集合指派为“2”的SMI值，以此类推。也可以备选地使用其他合适的SMI指派过程。
例如，在步骤704使用的SNR阈值集合可以使用合适的优化过程来选择，该优化过程涉及确定可以在不同SNR条件下提供良好(例如，可接受或最佳)性能的不同配置(每个配置包括相应成形码和相应星座)。例如，可以选择用于不同SMI值的成形码和星座以使得对应工作点以期望的方式(例如，以均匀的间隔)覆盖目标SNR范围。对应的设计和优化过程可以在现场部署系统100之前(例如，在相关系统组件的设计和/或生产阶段)执行。在一些备选实施例中，SNR阈值可以在部署之后即时地计算。
在步骤706，系统配置控制器编译SMI表，该SMI表指定在步骤704指派给不同音调和/或音调集合的SMI值。在示例实施例中，SMI表可以具有两列，其中：(i)第一列例如以升序列出了在步骤704指派的所有SMI值；以及(ii)对于第一列的每个SMI值，第二列中的对应条目列出了在步骤704被指派特定SMI值的所有音调。在这种情况下，SMI表的第二列定义了音调组，每个组包含具有相应SMI值相同的音调。用数学术语，每个这样的组G可以定义如下：
Gl＝{ki|SMIi＝l} (1)
其中ki是音调索引。取决于条件，已编译的SMI表可以包括少至一行(从而定义单个组G)或多达J个不同行(从而定义J个不同组G)，其中J是最大SMI值(也参见图5)。
除了SMI表，系统配置控制器还可以生成音调顺序序列，该音调顺序序列指定将由发射器生成并且由接收器处理不同音调的QAM(或PAM)星座符号的顺序。在示例实施例中，音调顺序序列可以采用以下形式：
k1，k2，...，kK (2)
其中k1是将被生成/处理的第一音调的音调索引；k2是将被生成/处理的第二音调的音调索引，以此类推。
在一些实施例中，SMI表和音调顺序序列可以被用于生成有序SMI序列。在示例实施例中，有序SMI序列可以具有以下形式：
j1，j2，...，jK (3)
其中j1是将被生成/处理的第一音调的SMI值；j2是将被生成/处理的第二音调的SMI值，以此类推。
在步骤708，系统配置控制器例如通过控制信道传输控制消息，该控制消息可以被用于向对应的电路控制器440(图4)和/或640(图6)传送在步骤706生成的表和序列中的一些或全部。在一些实施例中，控制消息可以是控制信号438(图4)和638(图6)的形式。在一些其他实施例中，控制消息可以由系统配置控制器传送给不同的相应控制电路，然后，这些控制电路可以响应于所接收的控制消息而生成控制信号438(图4)和638(图6)。如上所述，电路控制器440(图4)和640(图6)可以例如分别使用对应的LUT(诸如LUT 500(图5))生成控制信号442、444和446以及控制信号642、644和646。
在一些实施例中，音调顺序序列可以是发射器和接收器先验已知的预定序列。在这种情况下，不需要在步骤708传输音调顺序序列。
在一些实施例中，有序SMI序列可以使用音调顺序序列和所接收的SMI表在发射器和/或接收器处生成。
本领域普通技术人员将理解，可以适当地或必要地重复方法700，以维持适合于在不同线路140上的现有信道条件下使用的系统100的良好工作配置。在不同的实施例中，不同的合适的控制机制和/或信道可以被用于将步骤708的控制消息传送给系统100的适当实体。根据特定实施例和系统配置控制器的物理位置，步骤708的控制消息可能需要仅被传输给发射器200，仅被传输给接收器300，或者被传输给发射器200和接收器300两者。在一些实施例中，步骤708的控制消息可能需要被传输给除了发射器200和/或接收器300之外的系统100内的一些附加和/或备选目的地。
图8示出了根据实施例的可以被用于实现数字电路400(图4)的一部分的数字电路800的框图。电路800包括成帧控制器860，该成帧控制器860使得由不同的成形码生成的幅度能够被组织成具有固定大小的多码(MC)帧，其中该固定大小使得每个MC帧可以使用固定的整数数目的DMT符号来传输。在一些实施例中，该固定数目可以是1(即，每个MC帧与正好一个DMT符号相匹配；也参见图9)。
如本文中使用的，术语“DMT符号”是指使用由序列2121-212K在同一单个信令间隔(时隙)中提供的星座符号集合生成的信号222(图2)的时间相关部分，其中信令间隔的持续时间使得其每个音调可以容纳单个(例如，QAM或PAM)星座符号。
为了说明的目的，图8示出了用于实施例的电路布局，在该实施例中，在其中使用的成形编码器820可以使用三个不同的成形码(例如，DM1、DM2和DM3；也参见图5)，每个成形码使用LUT电路8241-8243中的相应LUT电路来实现。LUT电路8241-8243的输出分别连接到星座映射器830的模块8341-8343，其中每个模块被配置为使用星座C1、C2和C3中的相应星座(也参见图5)。基于所提供的描述，本领域普通技术人员将理解如何制作和使用采用任何期望数目的、例如多达J个成形码DM1-DMJ和多达J个星座C1-CJ(也参见图5)的电路800的实施例。在一些实施例中，对应LUT电路824中的一些或全部可以使用在上述美国专利申请序列号15/374,397中公开的一些LUT电路来实现。LUT电路824的附加实施例在下面参考图11更详细地描述。
在一些实施例中，可以修改电路800使得有序SMI序列(参见等式(3))被用于控制开关8101、8102和850，在这种情况下，这些开关被同步地切换使得它们以由有序SMI序列指定的顺序向/从电路800的同一处理分支发送/接收信号。然后，音调顺序序列(参见等式(2))被用于将流432的星座点映射到不同的载波上并且将它们适当地引导到相应序列2121-212K。在这样的实施例中，可以移除缓冲器840。
电路800的操作在下面参考图9以及继续参考图8更详细地描述。
图9以图形方式示出了可以使用电路800生成的示例MC帧结构。更具体地，图9示出了三个MC帧9021-9023，其中每个MC帧正好与在标记为t1、t2和t3的时隙中对应的一个时隙中传输的一个DMT符号相匹配。不同的MC帧902彼此独立，并且可以在发射器处自主生成并且在接收器处并行解码。
MC帧902承载固定总数目的幅度，并且可以包含使用与不同的相应SMI值相对应的不同成形码所生成的幅度。在所示的示例中，MC帧9021-9023中的每个MC帧承载由与三个不同SMI值相对应的成形码生成的幅度，说明性地，SMI＝1、2、3。本领域普通技术人员将理解，在备选实施例中，可以类似地生成每个MC帧902以承载由与不同数目(三个)的SMI值相对应的成形码生成的幅度。取决于对应线路140的特定条件，与同一SMI值相对应的音调可以占据相应的连续频谱间隔(如图9所示)，或者散布有与一个或多个其他SMI值相对应的一些音调。
如所示出的，MC帧902包括三个单码(SC)子帧，每个SC子帧被配置为针对三个不同SMI值中的每个SMI值承载相应固定数目的幅度。例如，MC帧9023包括SC子帧90431、90432和90433。MC帧9021和9022中的每个MC帧类似地包括类似于SC子帧90431、90432和90433的三个相应(未标记的)SC子帧904。
如果对应星座是QAM星座，则每个音调每个时隙(信号间隔)可以承载两个幅度，一个幅度对应于QAM星座符号的I分量，并且另一幅度对应于QAM星座符号的Q分量。如果用于有效载荷传输的音调总数为K，则每个MC帧902承载2K个有效载荷幅度，其中：(i)2K1个幅度对应于SMI＝1，并且由与该SMI值相对应的SC子帧904承载；(ii)2K2个幅度对应于SMI＝2，并且由与该SMI值相对应的SC子帧904承载；以及(iii)2K3个幅度对应于SMI＝3，并且由与该SMI值相对应的SC子帧904承载，其中K1+K2+K3＝K。在此，K1是组G1的基数；K2是组G2的基数；K3是组G3的基数(参见等式(1))。MC帧902的幅度可以在发射器处顺序地生成，并且然后在接收器处顺序地解码，例如，如下面参考图8进一步描述的。
再次参考图8，电路800可以用于被生成MC帧902，例如，如下。响应于控制信号444和446(也参见图4)，成帧控制器860分别为开关8101、8102和850生成控制信号862、864和866，使得电路800生成：(i)与SMI＝1相对应的2K1个幅度；(ii)与SMI＝2相对应的2K2个幅度；以及(iii)与SMI＝3相对应的2K3个幅度，其中K1+K2+K3＝K。然后，这些2K个幅度通过序列432被引导到载波映射器，在载波映射器处，该2K个幅度适当地被用于生成与MC帧902相对应的星座符号序列2121-212K(参见图2)的部分(时间片)。
控制信号862和864使开关8101和8102经过三种不同的配置。在一些实施例中，这三种配置可以连续地实例化，其中每种配置持续适当的持续时间的对应的连续时间间隔。在一些其他实施例中，开关8101和8102可以通过不同的配置(例如以循环方式)被切换若干次，直到所有需要的源比特被提供给LUT电路8241-8243。
在第一配置中，控制信号862使开关8101将其在附图标记412处的输入端子连接到输出端子8121。连接的(累积)持续时间使得输出端子8121从数据序列412接收一定数目的源比特，LUT电路8241需要该一定数目的源比特才能执行成形码DM1以便为星座映射器模块8341生成2K1个幅度8261。所需要的源比特数目取决于成形码DM1的细节，并且对于一些(例如，VIFO)码，取决于数据序列412的对应部分的二进制内容。
控制信号864使开关8102将其在附图标记414处的输入端子连接到输出端子8141。连接的(累积)持续时间使得输出端子8141从数据序列414接收2K1个比特，该2K1个比特被引导到星座映射器模块8341。
响应于来自端子8141的2K1个幅度8261和2K1个比特，星座映射器模块8341生成K1个QAM符号8381。如上所述，每个QAM符号使用来自端子8141的两个相应幅度8261和两个相应比特来生成，其中后两个比特被用作符号比特。K1个QAM符号8381临时被存储在缓冲器8401中。
在第二配置中，控制信号862使开关8101将其在附图标记412处的输入端子连接到输出端子8122。连接的(累积)持续时间使得输出端子8122从数据序列412接收一定数目的源比特，LUT电路8242需要该一定数目的源比特才能执行成形码DM2以便为星座映射器模块8342生成2K2个幅度8262。所需要的源比特数目取决于成形码DM2的细节，并且对于某些码，取决于数据序列412的对应部分的二进制内容。
控制信号864使开关8102将其在附图标记414处的输入端子连接到输出端子8142。连接的(累积)持续时间使得输出端子8142从数据序列414接收2K2个比特，该2K2个比特被引导到星座映射器模块8342。
响应于来自端子8142的2K2个幅度8262和2K2个比特，星座映射器模块8342生成K2个QAM符号8382。每个QAM符号使用来自端子8142的两个相应幅度8262和两个相应符号比特来生成。K2个QAM符号8382临时被存储在缓冲器8402中。
在第三配置中，控制信号862使开关8101将其在附图标记412处的输入端子连接到输出端子8123。连接的(累积)持续时间使得输出端子8123从数据序列412接收一定数目的源比特，LUT电路8243需要该一定数目的源比特才能执行成形码DM3以便为星座映射器模块8343生成2K3个幅度8263。所需要的源比特数目取决于成形码DM3的细节，并且对于某些码，取决于数据序列412的对应部分的二进制内容。
控制信号864使开关8102将其在附图标记414处的输入端子连接到输出端子8143。连接的(累积)持续时间使得输出端子8143从数据序列414接收2K3个比特，该2K3个比特被引导到星座映射器模块8343。
响应于来自端子8143的2K3个幅度8263和2K3个比特，星座映射器模块8343生成K3个QAM符号8383。每个QAM符号使用来自端子8143的两个相应幅度8263和两个相应符号比特来生成。K3个QAM符号8383临时被存储在缓冲器8403中。
控制信号866被用于针对序列432分别实现从缓冲器8401、8402和8403读出QAM符号8381、8382和8383。读出可以通过以任何期望顺序读出QAM符号8381、8382和8383来实现。例如，在一些配置中，缓冲器8401、8402和8403可以被连续清空。在一些其他配置中，QAM符号8381、8382和8383可以被读出以使得它们在序列432中的顺序与QAM符号被应用于星座符号序列2121-212K(图2)的顺序相对应，例如，根据不同的相应SC子帧904的频率结构。在一些其他配置中，可以根据音调顺序序列(等式(2))读出QAM符号8381、8382和8383。
图10示出了根据实施例的可以被用于实现数字电路600(图6)的一部分的数字电路1000的框图。电路1000操作以响应于从电子解码器340的载波解映射器接收的数字样本(值)的输入流602而恢复数据流412和414(还参见图3和6)。成帧控制器1060使得电路1000能够将不同的成形码和星座应用于表示MC帧902(图9)的SC子帧904的数字样本的不同集合，使得可以适当地恢复数据流412和414的对应部分。本领域普通技术人员将理解，在电路1000中实现的处理与在电路800中实现的处理互补。
在一些实施例中，电路1000可以被修改以使得有序SMI序列(参见等式(3))被用于控制开关10501、开关10502和分类器1004，在这种情况下，这些电路被同步地切换以使得它们以由有序SMI序列指定的顺序向/从电路1000的同一处理分支发送/接收信号。在这样的实施例中，可以移除缓冲器1030和1040。
如图10所示，电路1000包括星座解映射器1010和成形解码器1020。星座解映射器1010包括被配置为分别使用星座C1、C2和C3的模块10141-10143(也参见图5)。成形解码器1020包括被配置为分别使用成形码DM1、DM2和DM3的LUT电路10241-10243(也参见图5)。基于所提供的描述，本领域普通技术人员将理解如何制作和使用采用任何期望数目的、例如多达J个成形码DM1-DMJ和多达J个星座C1-CJ的电路1000的实施例(也参见图5)。在一些实施例中，对应LUT电路1024中的一些或所有可以使用在上述美国专利申请序列号15/374,397中公开的一些LUT电路来实现。LUT电路1024的附加实施例在下面参考图15A至图15更详细地描述。
响应于控制信号644和646(也参见图6)，成帧控制器1060分别为开关10501、开关10502和分类器1004生成控制信号1062、1064和1066。应当注意，控制信号1062、1064和1066以与控制信号862、864和866(图8)相一致的方式来生成，以确保在电路800和1000中实现的处理的相互兼容性。
控制信号1066使分类器1004对输入流602的数字样本进行分类以使得：(i)与SMI＝1相对应的数字样本10061被引导到星座解映射器模块10141；以及(ii)与SMI＝2相对应的数字样本10062被引导到星座解映射器模块10142；以及(iii)与SMI＝3相对应的数字样本10063被引导到星座解映射器模块10143。
星座解映射器模块10141使用星座C1和数字样本10061来恢复2K1个幅度8261和对应的2K1个符号比特10161(也参见图8)。星座解映射器模块10142类似地使用星座C2和数字样本10062来恢复2K2个幅度8262和对应的2K2个符号比特10162(也参见图8)。星座解映射器模块10143类似地使用星座C3和数字样本10063来恢复2K3个幅度8263和对应的2K3个符号比特10162(也参见图8)。
LUT电路10241操作以应用由LUT电路8241应用的运算的逆运算，从而将从星座解映射器模块10141接收的2K1个幅度8261转换回对应的源比特序列10261。LUT电路10242类似地操作以应用由LUT电路8242应用的运算的逆运算，从而将从星座解映射器模块10142接收的2K2个幅度8262转换回对应的源比特序列10262。LUT电路10243类似地操作以应用由LUT电路8243应用的运算的逆运算，从而将从星座解映射器模块10143接收的2K3个幅度8263转换回对应的源比特序列10263。
比特序列10261、10262和10263分别临时被存储在缓冲器10301、10302和10303中。比特序列10161、10162和10163分别临时被存储在缓冲器10401、10402和10403中。
控制信号1062被用于实现从缓冲器10301、10302和10303以以下方式读出读出比特序列10261、10262和10263：使得开关10501的输出端子能够接收并且向下游引导与正在解码的MC帧902相对应的数据序列412的一部分。控制信号1064类似地被用于实现从缓冲器10401、10402和10403以以下方式读出比特序列10161、10162和10163：使得开关10502的输出端子能够接收并且向下游引导与正在解码的MC帧902相对应数据序列414的一部分。
在一些其他实施例中，每个LUT电路824(图8)可以被配置为实现FIFO编码。如上面已经指出的，FIFO码作为块码进行操作，该块码将固定数目的输入比特转换为固定数目的幅度，该固定数目是对应FIFO帧的大小。在上述示例中，LUT电路8241、8242和8243可以被配置为生成大小分别为2K1、2K2和2K3的FIFO帧。每个FIFO帧用于生成对应的SC子帧904。例如，所得到的三个SC子帧904被组合以生成对应的MC帧902，如图9所示。生成FIFO帧所需要的源比特数目是固定的。每个相应FIFO帧，不同FIFO码可能需要不同的相应固定数目的源比特。互补LUT电路1024(图10)操作以反转由对应LUT电路824执行的FIFO编码，从而每个相应SC子帧904输出相应的固定数目的经恢复的源比特。
在一些实施例中，每个LUT电路824(图8)可以被配置为实现VIFO编码。如上面已经指出的，VIFO码作为块码进行操作，该块码将可变数目的输入比特转换为固定数目的幅度，该固定数目是对应VIFO帧的大小。在上述示例中，LUT电路8241、8242和8243可以被配置为生成大小分别为2K1、2K2和2K3的VIFO帧。每个VIFO帧被用于生成对应的SC子帧904。例如，所得到的三个SC子帧904被组合以生成对应的MC帧902，如图9所示。生成VIFO帧所需要的源比特数目通常是随机变化的，例如，如图13所示。互补LUT电路1024(图10)操作以反转由对应LUT电路824执行的VIFO编码，从而每个SC子帧904输出相应的可变数目的经恢复的源比特。
图11至图16进一步示出了被配置为实现多码VIFO编码和解码的实施例。更具体地，图11A至图11B示出了可以被用于使该电路适应VIFO编码的电路800的示例修改。为了清楚起见，所示出的示例对应于J＝2，例如，其中可用的SMI值仅是SMI＝1和SMI＝2。根据所提供的描述，本领域普通技术人员将理解如何制作和使用与J>2相对应的实施例。可以在成帧控制器860中使用以实现VIFO编码的对应控制方法参考图14来描述。图15A至图15B示出了可以被用于使在该电路中实现的处理与在11A至图11B所示的电路中实现的处理互补的电路1000的示例修改。可以在成帧控制器1060中使用以实现VIFO解码的对应控制方法参考图16来描述。
图11A至图11B示出了根据实施例的可以被用于实现数字电路800(图8)的一部分的数字电路1100的框图。更具体地，图11A示出了电路1100的整体框图。图11B示出了LUT电路824i的框图，在电路1100中使用了LUT电路824i的两个实例，即LUT电路8241和8242。
电路1100可以被用于实现与J＝2相对应的电路800的实施例。因此，开关8101中的输出端子的数目减少到两个，其中两个输出端子8121和8122分别连接到LUT电路8241和8242。开关8102未在图11B中明确示出，但示出了其两个输出端子，即端子8141和8142，它们分别连接到星座映射器模块8341和8342。在图11A的实施例中，如以上参考电路800(图8)的可能修改所示，开关8101和8102使用有序SMI序列(参见等式(3))来控制。
参考图11B，LUT电路824i包括成形LUT 1102i、均匀(uniform)LUT 1104i和默认值生成器1106i。通过LUT电路824i的活动处理路径由开关1110i和1120i的配置确定，开关1110i和1120i由成帧控制器1160(参见图11A)通过控制信号1162i来控制。在示例实施例中，控制器1160可以是成帧控制器860(图8)的一部分。
在一些实施例中，在对应LUT电路824中的一些或全部LUT电路824中可能不存在均匀LUT 1104i和默认值生成器1106i中的一者或两者。
图12A至图12B示出了根据实施例的可以被用于实现LUT 1102和1104的示例LUT。更具体地，图12A示出了可以被用于实现LUT 11021和11022之一的LUT 1202。图12B示出了可以被用于实现LUT 11041和11042之一的LUT 1204。LUT 1202和1204意图用于LUT电路8241和8242中的同一电路中。
LUT 1202和1204实现可以被用于生成4-PAM星座的幅度的码。每个码具有八个具有固定长度L＝3的码字，这表示为每个输入比特字生成三个4-PAM幅度。LUT 1202的码的输入比特字的长度是可变的，并且可以是1到6之间的任何数字。这样，LUT 1202的码是VIFO码。LUT 1204的码的输入比特字的长度是固定的，并且是三位。这样，LUT 1204的码是FIFO码。
对于伪随机输入序列(其中二进制1和0以大约随机的顺序以大约50％的概率出现)，LUT 1202的码生成的“1”幅度比“3”幅度多。这样，LUT 1202的码是成形码。相反，对于同一伪随机输入序列，LUT 1204的码生成大约相等数目的“1”幅度和“3”幅度。这样，LUT1204的码是统一码。
图13以图形方式示出了根据实施例的可以由图11B的LUT电路824i实现的成形码DMj的某些统计属性。特别地，图13以图形方式示出了LUT 1104i和默认值生成器1106i如何被用于约束LUT 1102i的VIFO成形码。
通常，当以无约束方式使用类似于LUT 1202(图12A)的码的VIFO成形码来生成固定长度相对较大的VIFO帧时，每帧的对应的源比特数目Bf近似根据钟形分布曲线而变化，诸如图13所示的示例曲线1302。曲线1302从Bf的“最小可能值”开始，并且在Bf的“最大可能值”处结束，如图13所示。对应的分布可能具有很长的尾巴，这些尾巴延伸为与Bf的平均值相距较远。这样的长尾巴可能不利地要求使用相对较大的缓冲器，该缓冲器被配置为适应由曲线1302的长尾巴引起的每VIFO帧的源比特数目的相对较大的可变性。
本领域普通技术人员将理解，包括多个SC子帧904的MC帧902的整体统计属性将在质量上类似于图13所示的那些，每个SC子帧904是VIFO帧。
本文中公开的示例实施例通过将用于任何MC帧的源比特的输入块的大小约束到较窄间隔[Bmin，Bmax]来解决上述(“长尾”)问题，其中Bmin是许可下限(其大于“最小可能值”)，Bmax是许可上限(其小于“最大可能值”)。上限Bmax可以通过以下方式来实施：配置(多个)开关1120i(图11B)以使得一旦LUT电路从被配置为接收数据流412的缓冲器1112读取Bmax个源比特(参见图11A)，则位于附图标记826i的LUT电路824i的输出连接到默认值生成器1106i(参见图11B)。当连接时，默认值生成器1106i可以利用其中未编码有效载荷信息的虚拟幅度填充对应的VIFO和/或MC帧的其余部分。下限Bmin可以通过以下方式来实施：配置(多个)开关1110i以使得位于附图标记812i处的LUT电路824i的输入连接到LUT 1104i而不是LUT 1102i，例如，使用方法1400的对应实施例(参见图14)。
当被开关8101(图11A)接合时，LUT电路824i通过控制信号1156i来控制缓冲器1112处的读取位置，并且从而确定从缓冲器中读出多少比特。LUT电路824i还通过控制信号1158i向成帧控制器1160传送LUT电路已经读出和处理了多少比特以及在每次查找期间生成多少个幅度。
在备选实施例中，仅LUT电路8241和8242每个都知道必须为对应的SMI值生成多少个幅度，并且LUT电路向成帧控制器1160发信号通知它们是否仍然必须生成幅度以填满相应的MC帧902(例如，一个DMT符号)，而当新的MC帧902(例如，新的DMT符号)开始时，成帧控制器向LUT电路发送复位信号。
由星座映射器模块8341生成的K1个QAM符号8381通过适当地切换K1路开关11701被映射到组G1的K1个音调(参见等式(1))。由星座映射器模块8342生成的K2个QAM符号8382类似地通过适当地切换K2路开关11702被映射到组G2的K2个音调。在示例实施例中，开关11701和11702的不同输出端子连接到其相应输入端子的顺序可以基于音调顺序序列(参见等式(2))来确定。
图14示出了根据实施例的可以在成帧控制器1160(图11A)中实现的控制方法1400的流程图。更具体地，控制方法1400可以被用于操作多个LUT电路824以使得每个MC帧902的源比特的输入块的大小被约束为间隔[Bmin，Bmax]。对应的2K个幅度在不同的SC子帧904之间进行划分以使得：
Figure GDA0003807504830000291
其中K是在MC帧902中用于有效载荷传输的总音调数；Kj是MC子帧904j中的音调数。为了说明的目的，而没有任何暗示的限制，方法1400参考对于所有音调使用QAM星座的实施例来描述。
方法1400对于每个MC帧902使用下面概述的迭代过程来满足等式(4)。2K个幅度中的至少一些使用成形LUT 1102i(图11B)来生成。2K个幅度中的一些可以使用均匀LUT 1104i(图11B)来生成。2K个幅度中的一些可以使用默认值生成器1106i(图11B)来生成。
方法1400的步骤1402是初始化步骤，在该初始化步骤，将不同的参数设置为其初始值。然后，使用步骤1404-1412实现的迭代过程迭代地改变步骤1402的至少一些初始值，以反映朝着完成对应MC帧902的2K个幅度的集合的总体进度。
在步骤1402设置的一些参数如下：
(1)n是标识迭代次数的索引。在步骤1402，将索引n设置为零。
(2)B0是数目Bn的初始值，该数目Bn对在迭代n之后用于生成MC帧902的源比特的数目进行计数。在步骤1402，将B0设置为零；
(3)M0是数目Mn的初始值，如果在该迭代之后生成的所有幅度均是使用均匀LUT1104i(图11B)生成的，该数目Mn对在迭代n之后将被编码的源比特的数目进行计数。在步骤1402，根据下式计算M0：
Figure GDA0003807504830000301
其中Nj＝2Kj；并且mj是组Gj中每个幅度的二进制标签中的位数；以及
(4)Aj是数目Ajn的初始值，该数目Ajn对仍然需要为SC子帧904j生成的幅度的数目进行计数。在步骤1402，对于所有j，将数目Aj设置为Nj＝2Kj。
在步骤1404，使索引n递增1。而且，选择子帧904j，在该特定迭代期间，将为该子帧904j生成幅度。子帧选择在步骤1404通过选择对应的SMI值jn来实现。取决于用于每个特定MC帧902的编码过程的整体度量，方法1400可能需要每个子帧904j执行多次迭代，或者在一些情况下，每个子帧904j仅执行单次迭代。例如，如果相应步骤1406的第一实例的结果是“真”，并且相应步骤1412的第一实例的结果是“假”，则方法1400可能需要每个子帧904j执行两次或更多次迭代。
在步骤1406，评估编码过程的某些度量以决定是使用对应成形LUT 1102还是对应均匀LUT 1104。在示例实施例中，可以在步骤1406评估以下两个度量：
Bmin-Bn-1-bmin，jn≤Mn-1-mjnamax，jn (5)
Ajn≥amax，jn (6)其中bmin，jn是对应成形LUT 1102中的输入比特字的最小可能长度；amax，jn是对应成形LUT 1102中的码字的最大可能长度；并且其余参数已经在上面定义。例如，如果对应成形LUT 1102是LUT 1202(图12A)，则bmin，jn是1，并且amax，jn是3。
使用等式(5)评估的度量确保了在使用对应成形LUT 1102时，对应的最坏情况不会导致违反下限Bmin(也参见图13)。使用等式(6)评估的度量确保了在使用对应成形LUT1102时，子帧904j中仍然留有足够数目的幅度空位来容纳所生成的码字。
如果在步骤1406评估的度量满足等式(5)-(6)的标准，则方法1400的处理被引导到步骤1408。否则，方法1400的处理被引导到步骤1410。
在步骤1408，使用对应成形LUT 1102来生成一个码字，并且如下更新Bn、Mn和Ajn的值：
Bn＝Bn-1+bn (7)
Mn＝Mn-1-mjnan (8)
Ajn＝Ajn-an (9)其中bn表示对应输入比特字中的比特数；an表示所生成的码字中的幅度的数目；Ajn′是在对应SMI值的先前迭代(如果有)之后的Ajn的值；并且其余参数已经在上面定义。
在步骤1410，使用对应均匀LUT 1104生成对应子帧904j的所有其余幅度Ajn，并且如下更新Bn和Mn的值：
Bn＝Bn-1+mjnAjn (10)
Mn＝Mn-1-mjnAjn (11)
步骤1412被用于对对应的MC帧902实施上限Bmax(也参见图13)。在示例实施例中，可以为此目的而评估以下度量：
Bmax≤Bn (12)
如果等式(12)的标准不满足，则将方法1400的处理返回步骤1404，以通过步骤1404-1412进行另一次迭代。否则，方法1400的处理被引导到步骤1414。
在步骤1414，通过使用一个或多个默认值生成器1106为MC帧中的所有其余幅度空位生成幅度来完成对应MC帧902的生成。
从方法1400的以上描述很清楚，控制器1160知道多少个源比特已经被用于生成每个MC帧902和每个组成SC子帧904j。为了在对应的接收器处对MC帧进行适当的解码，控制器1160可以被配置为例如使用对应的DMT符号的未成形的星座位或使用单独的通信信道将这些数目中的一些或全部传送给接收器。例如，这样的单独的通信信道可以使用鲁棒性管理信道(RMC)来实现，其中可以使用鲁棒性编码/调制来生成DMT符号以承载控制信令信息。备选地，这样的单独的通信信道可以使用通常被鲁棒地调制的保留音调来实现。另一可能实现涉及使用符号比特814，其中一些符号比特可以被用于承载上述数目。除了每个MC帧的源比特数之外，MC帧内的不同DTU的定界符(例如，开始和/或结束)也可以以相同的方式来传送。
对应的接收器可以使用有关(多个)源比特数目的信息，以确保通过解码MC帧而生成的比特数与发信号通知的数目相对应，例如，通过丢弃多余的比特或附加虚拟比特。备选地，在出现任何差异的情况下，可以丢弃整个MC帧。
在一些实施例中，方法1400可以被修改为合并/实现以下特征中的一个或多个。
在一些实施例中，下限Bmin或上限Bmax或两者可以被去除。当去除两个限制时，控制器1160被配置为每个MC帧902和/或每个SC子帧904j对(多个)源比特的数目进行计数。
在一些其他实施例中，下限Bmin和上限Bmax可以相等(即，Bmin＝Bmax)。在这种情况下，编码变为FIFO类型，并且不需要向对等接收器发信号通知源比特的数目。
在一些实施例中，方法1400可以适用于VIVO编码。
图15A至图15B示出了根据实施例的可以被用于实现数字电路1000(图10)的一部分的数字电路1500的框图。更具体地，图15A示出了电路1500的整体框图。图15B示出了LUT电路1024i的框图，在电路1500中使用了LUT电路1024i的两个实例，即LUT电路10241和10242。电路1500被配置为操作以使得在其中实现的处理与电路1100(图11A至图11B)中的处理互补。为此，在电路1500中使用的帧解码控制器1560可以是成帧控制器1060(图10)的一部分。
电路1500的分类器1004包括开关15701和15702。响应于控制信号1066(也参见图10)，开关15701操作以便以适当的顺序将与组G1的音调相对应的数字样本602引导到星座解映射器模块10141，从而生成流10061。开关15702操作以便以适当的顺序将与组G2的音调相对应的数字样本602引导到星座解映射器模块10142，从而生成流10062。
星座解映射器模块10141使用星座C1和数字样本10061来恢复2K1个幅度8261和对应的2K1个符号比特10161(也参见图10)。星座解映射器模块10142类似地使用星座C2和数字样本10062来恢复2K2个幅度8262和对应的2K2个符号比特10162(也参见图10)。
LUT电路10241操作以应用由LUT电路8241(图11A)应用的运算的逆运算，从而将从星座解映射器模块10141接收的2K1个幅度8261转换回对应的源比特序列10261。LUT电路10242类似地操作以应用由LUT电路8242(图11A)应用的运算的逆运算，从而将从星座解映射器模块10142接收的2K2个幅度8262转换回对应的源比特序列10262。
参考图15B，LUT电路1024i包括成形LUT 1502i和均匀LUT 1504i。通过LUT电路1024i的活动处理路径由开关1510i的配置确定，该开关1510i由帧解码控制器1560(参见图11A)通过控制信号1562i来控制。帧解码控制器1560基于反馈信号1558i生成控制信号1562i，该反馈信号1558i将对应MC帧902的解码过程的某些度量传送给帧解码控制器，例如，如下面参考图16更详细地解释的。
在示例实施例中，LUT 1202(图12A)可以被用于实现LUT 15021和15022之一。LUT1204(图12B)可以类似地被用于实现LUT 15041和15042之一。
在一些实施例中，在对应的LUT电路1024i中的一些或全部中可能不存在均匀LUT1504i。
图16示出了根据实施例的可以在帧解码控制器1560(图15A)中实现的控制方法1600的流程图。更具体地，控制方法1600可以被用于操作电路1500以使得对应的帧解码处理能够正确地解码使用电路1100(图11A)和方法1400(图14)生成的MC帧902。
与方法1400相似，方法1600使用迭代过程，该迭代过程使得电路1500能够恢复在每个MC帧902的2K个幅度中编码的源比特。该迭代过程至少依赖于在方法1400中使用的一些相同度量。基于度量，2K个幅度中的至少一些使用成形LUT 1502i(图15B)来解码。2K个幅度中的一些可以使用均匀LUT 1504i(图15B)来解码。如果确定2K个幅度中的一些幅度承载默认值而不是有效载荷数据，则这些幅度可以被丢弃。
方法1600的步骤1602是初始化步骤，在该初始化步骤，将不同的参数设置为其初始值。然后，使用步骤1604-1612实现的迭代过程迭代地改变步骤1602的至少一些初始值，以反映朝着完成对应MC帧902的解码的总体进度。在示例实施例中，步骤1602可以与方法1400的步骤1402类似地实现。
在步骤1604，使迭代索引n递增1。而且，选择子帧904j，在该特定迭代期间，将为该子帧904j解码幅度。子帧选择在步骤1604通过选择对应的SMI值jn来实现。在示例实施例中，步骤1604可以与方法1400的步骤1404类似地实现。
在步骤1606中，评估由等式(5)和(6)表示的度量以决定在该特定迭代期间在对应的LUT电路1024(图15A)中激活哪个处理路径。如果在步骤1606评估的度量满足等式(5)-(6)的标准，则方法1600的处理被引导到步骤1608。否则，方法1600的处理被引导到步骤1610。
在步骤1608，使用对应成形LUT 1502来解码一个码字，并且根据等式(7)-(9)来更新Bn、Mn和Ajn的值。
在步骤1610，使用对应均匀LUT 1504来解码对应子帧904j的所有其余幅度Ajn，并且根据等式(10)-(11)来更新Bn和Mn的值。
步骤1612被用于确定在方法1400的对应编码迭代期间是否达到上限Bmax。在示例实施例中，步骤1612可以依赖于由等式(12)表达的度量，并且与方法1400的步骤1412类似地实现。
如果等式(12)的标准不满足，则将方法1600的处理返回步骤1604，以通过步骤1604-1612进行另一次迭代。否则，方法1600的处理被引导到步骤1614。
在步骤1614，对应MC帧902的其余的未解码幅度(如果有的话)被认为承载默认值而不是有效载荷数据而被丢弃。由此，步骤1614完成该MC帧的解码。
在一些实施例中，即使一些音调承载有效载荷数据，也可以将这些音调留在MC帧之外。例如，不能将成形码应用于使用相对较低调制阶数(例如，BPSK或QPSK)的音调上承载的有效载荷数据。
根据上面公开的示例实施例，例如，在概述部分和/或对图1至图16中的一些或全部图的任何一个或任何组合的参考中，提供了一种装置(例如，图1的110或150)，该装置包括数据发射器(例如，图2的200)，该数据发射器包括电模拟前端(例如，图2的240)、数字信号处理器(例如，图2的204)和电子控制器(例如，图4的440)，该电子控制器被配置为：解译指派给音调集合的索引值(例如，图5的SMI)，该音调集合可配置为承载数据并且生成一个或多个对应控制信号(例如，图4的442、444、446)，使得响应于一个或多个控制信号，数字信号处理器被配置为对于每个这样的索引值使用相应的设置的预定义对，该预定义对包括相应预定义星座(例如，图5的Cj)和相应预定义成形码(例如，图5的DMj)；以及响应于其中指定有两个或更多不同索引值的控制消息(例如，图7的708)而生成一个或多个对应控制信号，两个或更多不同索引值中的每个索引值被指派给相应的不同音调集合；并且其中数字信号处理器被配置为驱动模拟前端以使由模拟前端生成的调制电信号(例如，图2的242)承载数据。
在上述装置的一些实施例中，两个或更多不同索引值可选自不同索引值的固定集合(例如，在图7的704处)，该固定集合包括至少两个不同索引值；并且其中对于来自固定集合的任何两个不同索引值，两个相应设置的预定义对彼此不同之处在于：相应预定义星座(例如，Cj1≠Cj2)，或者相应预定义成形码(例如，DMj1≠DMj2)，或者彼此不同之处在于相应预定义星座和相应预定义成形码两者。
在任何上述装置的一些实施例中，数据发射器被配置为从对应数据接收器(例如，图3的300)或电子管理实体(例如，系统配置控制器)接收控制消息。
在任何上述装置的一些实施例中，数据发射器是调制解调器(例如，图1的150)的一部分，或者是服务分发单元(例如，图1的110)的一部分。
在任何上述装置的一些实施例中，电子控制器包括存储器，该存储器中存储有查找表(例如，图5的500)，该查找表中对于不同索引值的固定集合中的每个索引值指定有相应预定义星座(例如，图5的Cj)和相应预定义成形码(例如，图5的DMj)，该固定集合包括至少两个不同索引值。
在任何上述装置的一些实施例中，查找表中还对于不同索引值的固定集合中的每个索引值指定有相应划分系数(例如，图5的Pj)，划分系数指定第一比特率和第二比特率的比，第一比特率是如下的比特率，源比特将以该比特率被供应以用于被编码在相应预定义星座的星座符号的符号比特中，并且第二比特率是如下的比特率，源比特将以该比特率被供应以用于被编码在相应预定义星座的星座符号的幅度中。
在任何上述装置的一些实施例中，电子控制器还被配置为使用音调顺序序列(例如，等式(2))来生成一个或多个对应控制信号，该音调顺序序列中指定有如下的顺序，对应于不同音调的星座符号在数字信号处理期间将以该顺序被处理。
在任何上述装置的一些实施例中，控制消息被配置为提供音调顺序序列。
根据上面公开的另一示例实施例，例如，在概述部分和/或对图1至图16中的一些或全部图的任何一个或任何组合的参考中，提供了一种装置(例如，图1的110或150)，该装置包括数据接收器(例如，图3的300)，该数据接收器包括电模拟前端(例如，图3的310)、数字信号处理器(例如，图3的324)和电子控制器(例如，图6的640)，该数字信号处理器被配置为处理表示由电模拟前端响应于所接收的具有多个调制载波的输入信号而输出的电信号(例如，图3的312)的值流(例如，图3的322)，电子控制器被配置为：解译指派给音调集合的索引值(例如，图5的SMI)，该音调集合可配置为承载数据并且生成一个或多个对应控制信号(例如，图6的642、644、646)，使得响应于一个或多个控制信号，数字信号处理器被配置为对于每个这样的索引值使用相应的设置的预定义对，该预定义对包括相应预定义星座(例如，图5的Cj)和相应预定义成形码(例如，图5的DMj)；以及响应于其中指定有两个或更多不同索引值的配置设置(例如，图7的708)而生成一个或多个对应控制信号，两个或更多不同索引值中的每个索引值被指派给相应的不同音调集合；并且其中数字信号处理器被配置为处理值流以恢复由多个调制载波承载的源数据。
在上述装置的一些实施例中，两个或更多不同索引值可选自不同索引值的固定集合(例如，在图7的704处)，该固定集合包括至少两个不同索引值；并且其中对于来自固定集合的任何两个不同索引值，两个相应的设置的预定义对的不同之处在于：相应预定义星座(例如，Cj1≠Cj2)，或者相应预定义成形码(例如，DMj1≠DMj2)，或者彼此不同之处在于相应预定义星座和相应预定义成形码两者。
在任何上述装置的一些实施例中，数据接收器被配置为：获取(例如，在图7的702处)被配置为向其施加所接收的输入信号的通信线路(例如，图1的140)的频率相关SNR信息；以及使用频率相关SNR信息将两个或更多不同索引值指派(例如，在图7的704处)给相应不同音调集合。
在任何上述装置的一些实施例中，数据接收器被配置为向对应数据发射器(例如，图2的200)或向电子管理实体(例如，系统配置控制器)发送控制消息，控制消息中指定有两个或更多不同索引值。
在任何上述装置的一些实施例中，数据接收器是调制解调器(例如，图1的150)的一部分或服务分发单元(例如，图1的110)的一部分。
在任何上述装置的一些实施例中，电子控制器包括存储器，该存储器中存储有查找表(例如，图5的500)，该查找表中对于不同索引值的固定集合中的每个索引值指定有相应预定义星座(例如，图5的Cj)和相应预定义成形码(例如，图5的DMj)，该固定集合包括至少两个不同索引值。
在任何上述装置的一些实施例中，电子控制器还被配置为使用音调顺序序列(例如，等式(2))来生成一个或多个对应控制信号，音调顺序序列中指定如下的顺序，对应于不同音调的星座符号在数字信号处理期间将以所述顺序被处理。
在任何上述装置的一些实施例中，数据接收器被配置为向对应数据发射器(例如，图2的200)发送控制消息，该控制消息中指定有两个或更多不同索引值和音调顺序序列。
根据以上公开的又一示例实施例，例如，在概述部分和/或对图1至图16中的一些或全部图的任何一个或任何组合的参考中，提供了一种通信方法，该通信方法包括以下步骤：将电子控制器(例如，图4的440；图6的640)配置为解译指派给音调集合的索引值(例如，图5的SMI)，该音调集合可配置为承载数据，使得对于每个这样的索引值，电子控制器使与音调集合相对应的数字信号处理使用相应的设置的预定义对，该预定义对包括相应预定义星座(例如，图5的Cj)和相应预定义成形码(例如，图5的DMj)；以及向电子控制器传送(例如，在图7的708处)两个或更多不同索引值，两个或更多不同索引值中的每个索引值被指派给相应的不同音调集合。
在上述方法的一些实施例中，该方法还包括从不同索引值的固定集合中选择(例如，在图7的704处)两个或更多不同索引值，该固定的集合包括至少两个不同索引值；并且其中对于来自固定集合的任何两个不同索引值，两个相应的预定义设置对的不同之处在于相应预定义星座(例如，Cj1≠Cj2)，或者相应预定义成形码(例如，DMj1≠DMj2)，或者彼此不同之处在于相应预定义星座和相应预定义成形码两者。
在任何上述方法的一些实施例中，该方法还包括：获取(例如，在图7的702处)被配置为传输音调的通信线路(例如，图1的140)的频率相关SNR信息；并且其中选择步骤包括使用(例如，在图7的704处)频率相关SNR信息来将两个或更多不同索引值指派给相应不同音调集合。
在任何上述方法的一些实施例中，传送步骤包括向数据发射器(例如，图2的200)发送指定两个或更多不同索引值的控制消息，该数据发射器包括电子控制器。
在任何上述方法的一些实施例中，数据发射器是DMT调制解调器(例如，图1的150)的一部分，或者是DMT服务分发单元(例如，图1的110)的一部分。
在任何上述方法的一些实施例中，传送步骤包括：从数据接收器(例如，图3的300)向数据发射器(例如，图2的200)发送指定两个或更多不同索引值的控制消息，数据发射器包括电子控制器。
在任何上述方法的一些实施例中，数据接收器是DMT调制解调器(例如，图1的150)的一部分，或者是DMT服务分发单元(例如，图1的110)的一部分。
在任何上述方法的一些实施例中，配置步骤包括向电子控制器提供查找表(例如，图5的500)，该查找表中对于不同索引值的固定集合中的每个索引值指定有相应预定义星座(例如，图5的Cj)和相应预定义成形码(例如，图5的DMj)，该固定集合包括至少两个不同索引值。
在任何上述方法的一些实施例中，查找表中还对于不同索引值的固定集合中的每个索引值指定有相应划分系数(例如，图5的Pj)，划分系数指定第一比特率和第二比特率的比，第一比特率是如下的比特率，源比特将以该比特率被供应以用于被编码在相应预定义星座的星座符号的符号比特中，并且第二比特率是如下的比特率，源比特将以该比特率被供应以用于被编码在相应预定义星座的星座符号的幅度中。
在任何上述方法的一些实施例中，该方法还包括向电子控制器传送(例如，在图7的708处)音调顺序序列(例如，等式(2))，该音调顺序序列中指定如下的顺序，对应于不同音调的星座符号在数字信号处理期间将以所述顺序被处理。
根据上面公开的又一示例实施例，例如，在概述部分和/或对图1至图16中的一些或全部图的任何一个或任何组合的参考中，提供了一种装置(例如，图1的110或150)，该装置包括数据发射器(例如，图2的200)，该数据发射器包括电模拟前端(例如，图2的240)、数字信号处理器(例如，图2的204)和电子控制器(例如，图4的440)，其中数字信号处理器被配置为运行多个成形码(例如，图5的DM1-DMJ的子集)，每个成形码被配置为生成相应星座(例如，图5的C1-CJ之一)的星座符号的幅度；其中电子控制器被配置为使数字信号处理器将每个成形码作为块码运行，每个块码被配置为将相应源比特块(例如，图4的412)转换为相应幅度块(例如，图4的422)，相应幅度块具有(例如，包括)相应固定数目(例如，等式(4)的2Kj)的幅度；其中相应固定幅度数目被选择为使用相应星座进行调制的相应音调集合(例如，等式(1)的Gj)中的相应音调数目(例如，等式(4)的Kj)的整数倍；其中相应音调数目的总和等于可用于在一个DMT符号中承载源比特的音调的数目(例如，由等式(4)表示)；并且其中数字信号处理器被配置为驱动模拟前端以使由模拟前端生成的调制电信号(例如，图2的242)承载星座符号。
在上述装置的一些实施例中，相应固定幅度数目的总和等于可用于正好在一个DMT符号中承载源比特的幅度的数目。
在任何上述装置的一些实施例中，相应源比特块具有(例如，包括)相应数目的比特，该相应数目的比特能够在块码的一次运行与另一次运行之间变化(例如，根据图13的1302)。
在任何上述装置的一些实施例中，电子控制器还被配置为使数字信号处理器将每个DMT符号的源比特的总数限制在与没有这种约束时的可能范围相比较窄的一定范围(例如，图13的[Bmin，Bmax])内。
在任何上述装置的一些实施例中，数字信号处理器被配置为使用第一查找表(例如，图11B的1102；图15B的1502)和第二查找表(例如，图11B的1104；图15B的1504)来实现多个成形码，第一查找表表示如下码：根据该码，一些幅度具有不同的相应出现概率(例如，关于图12A的1202)，并且第二查询表表示如下码：根据该码，不同幅度具有相同的恒定出现概率(例如，关于图12B的1204)；并且其中电子控制器被配置为使数字信号处理器基于对利用多个成形码进行处理的块的一个或多个度量的评估(例如，等式(5)、(6)、(12))来在使用第一查找表与使用第二查找表之间切换。
在任何上述装置的一些实施例中，数字信号处理器还被配置为使用默认值生成器(例如，图11B的1106)来实现多个成形码；并且其中电子控制器还被配置为使数字信号处理器基于对利用多个成形码进行处理的块的一个或多个度量的评估来在使用第一查找表、使用第二查找表和使用默认值生成器之间进行切换。
在任何上述装置的一些实施例中，数据发射器被配置为：对在每个特定DMT符号中编码的源比特的相应总数进行计数；以及将相应总数传送给对应数据接收器。
在任何上述装置的一些实施例中，数据发射器是调制解调器(例如，图1的150)的一部分，或者是服务分发单元(例如，图1的110)的一部分。
根据以上公开的又一示例实施例，例如，在概述部分和/或对图1至图16中的一些或全部的任何一个或任何组合的参考中，提供了一种装置(例如，图1的110或150)，该装置包括数据接收器(例如，图3的300)，该数据接收器包括电模拟前端(例如，图3的310)、数字信号处理器(例如，图3的324)和电子控制器(例如，图6的640)，其中数字信号处理器被配置为处理表示由电模拟前端响应于所接收的具有多个调制载波的输入信号而输出的电信号(例如，图3的312)的值流(例如，图3的322)：以及运行多个成形码(例如，图5的DM1-DMJ的子集)，每个成形码被配置为处理(例如，生成或解码)相应星座(例如，图5的C1-CJ之一)的星座符号的幅度；其中电子控制器被配置为使数字信号处理器将每个成形码作为块码运行，每个块码被配置为将相应幅度块(例如，图6的422)转换为相应源比特块(例如，图6的412)，相应幅度块具有(例如，包括)相应固定数目(例如，等式(4)的2Kj)的幅度；其中相应固定幅度数目是使用相应星座进行调制的相应音调集合(例如，等式(1)的Gj)中的相应音调数目(例如，等式(4)的Kj)的整数倍；并且其中相应音调数目的总和等于被配置为在一个DMT符号中承载源比特的音调的数目(例如，由等式(4)表示)；并且其中数字信号处理器被配置为处理值流以恢复由多个调制载波承载的源比特。
根据以上公开的又一示例实施例，例如，在概述部分和/或对图1至16中的一些或全部图的任何一个或任何组合的参考中，提供了一种通信方法，该通信方法包括以下步骤：将数字信号处理器(例如，图2的204；图3的324)配置为运行多个成形码(例如，图5的DM1-DMJ的子集)，每个成形码被配置为处理(例如，生成或解码)相应星座(例如，图5的C1-CJ之一)的星座符号的幅度；以及将电子控制器(例如，图4的440；图6的640)配置为使数字信号处理器将每个成形码作为块码运行，每个块码被配置为将相应源比特块(例如，图4、图6的412)和相应幅度块(例如，图4、图6的422)互转换，相应幅度块具有(例如，包括)相应固定数目(例如，等式(4)的2Kj)的幅度；其中相应固定幅度数目被选择为使用相应星座进行调制的相应音调集合(例如，等式(1)的Gj)中的相应音调数目(例如，等式(4)的Kj)的整数倍；并且其中相应音调数目的总和等于可用于在一个DMT符号中承载源比特的音调的数目(例如，由等式(4)表示)。
在上述方法的一些实施例中，相应固定幅度数目的总和等于可用于正好在一个DMT符号中承载源比特的幅度的数目。
在任何上述方法的一些实施例中，数字信号处理器被配置为将多个第一成形码作为以第一固定幅度数目(例如，图8、图10的2K1、8261)为特征的块码运行；并且其中数字信号处理器被配置为将多个第二成形码作为以第二固定幅度数目(例如，图8、图10的2K2、8262)为特征的块码运行，第二固定数目不同于第一固定数目(例如，K1≠K2)。
在任何上述方法的一些实施例中，相应源比特块具有(例如，包括)相应数目的比特，该相应数目的比特能够在块码的一次运行与另一次运行之间变化(例如，根据图13的1302)。
在任何上述方法的一些实施例中，该方法还包括将电子控制器配置为使数字信号处理器将每个DMT符号的源比特总数限制在与没有这种约束时的可能范围相比较窄的一定范围(例如，图13的[Bmin，Bmax])内。
在任何上述方法的一些实施例中，数字信号处理器被配置为使用第一查找表(例如，图11B的1102；图15B的1502)和第二查找表(例如，图11B的1104；图15B的1504)来实现多个成形码，第一查找表表示如下码：根据该码，一些幅度具有不同的相应出现概率(例如，关于图12A的1202)，并且第二查询表表示如下码：根据该码，不同幅度具有相同的恒定出现概率(例如，关于图12B的1204)；并且其中电子控制器被配置为使数字信号处理器基于对利用多个成形码进行处理的块的一个或多个度量的评估(例如，等式(5)、(6)、(12))来在使用第一查找表与使用第二查找表之间切换。
在任何上述方法的一些实施例中，该方法还包括：在数据发射器处对在每个特定DMT符号中编码的源比特的相应总数进行计数；以及将相应总数传送给对应数据接收器。
在任何上述方法的一些实施例中，数字信号处理器是DMT调制解调器(例如，图1的150)的一部分，或者是DMT服务分发单元(例如，图1的110)的一部分。
在任何上述方法的一些实施例中，数字信号处理器是数据发射器(例如，图2的200)的一部分，并且被配置为对源比特流(例如，图2的202)进行编码以使用一个或多个对应的DMT符号进行传输。
在任何上述方法的一些实施例中，数字信号处理器是数据接收器(例如，图3的300)的一部分，并且被配置为对一个或多个接收的DMT符号进行解码以恢复在其中编码的对应的源比特流。
尽管本公开包括对说明性实施例的参考，但是本说明书并不旨在以限制性的意义来解释。对于本公开所属领域的技术人员而言很清楚的对所描述的实施例的各种修改以及在本公开的范围内的其他实施例被认为落入例如在以下权利要求中表达的本公开的原理和范围内。
一些实施例可以以方法和用于实践这些方法的装置的形式来实施。一些实施例也可以以有形介质中记录的程序代码的形式来实施，该有形介质诸如磁记录介质、光记录介质、固态存储器、软盘、CD-ROM、硬盘驱动器、或任何其他非瞬态机器可读存储介质，其中当程序代码被加载到诸如计算机等机器中并且由其执行时，该机器成为用于实践(多个)专利发明的装置。一些实施例还可以以例如存储在非瞬态机器可读存储介质中的程序代码的形式来实施，该非瞬态机器可读存储介质被加载到机器中和/或由机器执行，其中当程序代码被加载到诸如计算机或处理器等机器中并且由其执行时，该机器成为用于实践(多个)专利发明的装置。当在通用处理器上实现时，程序代码段与处理器相结合以提供与特定逻辑电路类似地操作的独特设备。
除非另有明确说明，否则每个数值和范围应当被解释为近似值，就好像在该值或范围之前使用单词“大约”或“近似”一样。
还应当理解，在不脱离例如在以下权利要求书中表达的本发明的范围的情况下，本领域技术人员可以在已经描述和示出的用于解释本公开的本质的部分的细节、材料和布置方面进行各种改变。
尽管除非权利要求书中的引用暗含了用于实现某些或所有这些元素的特定顺序，否则以下方法权利要求中的元素(如果有)以特定顺序利用随应标签进行引用，但是这些元素并不一定旨在限于以该特定顺序实现。
本文中提及“一个实施例”或“实施例”是指结合该实施例描述的特定特征、结构或特性可以被包括在本公开的至少一个实施例中。说明书中各个地方出现的短语“在一个实施例中”不一定全部是指同一实施例，分离的或备选的实施例也不必与其他实施例互斥。术语“实现”也是如此。
除非本文另有说明，否则使用序数形容词“第一”、“第二”、“第三”等来指代多个相似对象中的对象仅指示这样的相似对象的不同实例被引用，而非旨在暗示所指代的相似对象必须在时间、空间、排名或任何其他方式上均处于对应的顺序或序列。
同样，出于描述的目的，术语“耦合”、“耦接”、“耦合到”、“连接”、“附接”或“连接到”是指本领域中已知的或以后开发的允许在两个或更多元件之间传递能量的任何方式，并且考虑一个或多个附加元件的插入，尽管不是必需的。相反，术语“直接耦合”、“直接连接”等暗示没有这样的附加元件。
如本文中对于元素和标准的引用，术语“兼容”是指该元素由标准完全或部分指定的方式与其他元素通信，并且将被其他元素视为充分能够以标准指定的方式与其他元素通信。兼容元素不需要以标准指定的方式在内部进行操作。
所描述的实施例在所有方面都应当被认为仅是示例性的而非限制性的。特别地，本公开的范围由所附权利要求而不是本文中的描述和附图指示。落入权利要求的等同含义和范围之内的所有改变均应当被包含在其范围之内。
说明书和附图仅示出了本公开的原理。因此，应当理解，本领域普通技术人员将能够设计尽管未在本文中明确描述或示出但是实施本公开的原理并且被包括在其精神和范围内的各种布置。此外，本文中阐述的所有示例主要旨在明确地仅用于教学目的，以帮助读者理解本公开的原理和(多个)发明人为进一步发展本领域所贡献的概念，并且应当被解释为没有对这些具体阐述的示例和条件的限制。此外，本文中阐述本公开的原理、方面和实施例及其特定示例的所有陈述旨在涵盖其等同物。
附图中所示的各种元件(包括标记为“处理器”和/或“控制器”的任何功能块)的功能可以通过使用专用硬件以及能够与适当的软件相关联地执行软件的硬件来提供。当由处理器提供时，这些功能可以由单个专用处理器、单个共享处理器或多个个体处理器提供，其中一些处理器可以共享。而且，术语“处理器”或“控制器”的明确使用不应当被解释为专门指代能够执行软件的硬件，并且可以隐含包括但不限于数字信号处理器(DSP)硬件、网络处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、用于存储软件的只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)和非易失性存储器。也可以包括其他传统的和/或定制的硬件。类似地，图中所示的任何开关仅是概念上的。它们的功能可以通过程序逻辑的操作，通过专用逻辑，通过程序控制和专用逻辑的交互，或者甚至手动来实现，如从上下文中更具体地理解，特定技术由实现者可选择。
本领域普通技术人员应当理解，本文中的任何框图表示实施本公开的原理的说明性电路系统的概念图。类似地，应当理解，任何流程图表、流程图、状态转换图、伪代码等表示各种过程，这些过程可以基本上在计算机可读介质中表示并且因此由计算机或处理器执行，而无论这种计算机或处理器是否被明确示出。

Claims (17)

1.一种用于通信的装置，包括数据发射器，所述数据发射器包括电模拟前端、数字信号处理器和电子控制器，所述数字信号处理器包括成形编码器和星座映射器，所述电子控制器被配置为：
解译两个或更多不同索引值，所述两个或更多不同索引值中的每个索引值被指派给相应的不同音调集合，所述音调集合可配置为承载数据；以及
使得所述成形编码器和所述星座映射器针对所述两个或更多不同索引值中的每个索引值，使用相应的设置的预定义对，生成编码有在不同的相应音调上传输的数据的星座符号，所述预定义对包括相应预定义星座和相应预定义成形码；以及
其中所述数字信号处理器被配置为驱动所述模拟前端以使由所述模拟前端生成的调制电信号承载所述星座符号。
2.根据权利要求1所述的装置，
其中所述两个或更多不同索引值可选自不同索引值的固定集合，所述固定集合包括至少两个不同索引值；并且
其中针对来自所述固定集合的任何两个不同索引值，两个相应的设置的预定义对彼此不同之处在于所述相应预定义星座或者所述相应预定义成形码，或者彼此不同之处在于所述相应预定义星座和所述相应预定义成形码两者。
3.根据权利要求1所述的装置，其中所述数据发射器被配置为从对应数据接收器或从电子管理实体接收控制消息，所述控制消息中指定有所述两个或更多不同索引值。
4.根据权利要求1所述的装置，其中所述数据发射器是调制解调器的一部分，或者是服务分发单元的一部分。
5.根据权利要求1所述的装置，其中所述电子控制器包括存储器，所述存储器中存储有查找表，所述查找表中针对不同索引值的固定集合中的每个索引值指定有相应预定义星座和相应预定义成形码，所述固定集合包括至少两个不同索引值。
6.根据权利要求5所述的装置，其中所述查找表中还针对不同索引值的所述固定集合中的每个索引值指定有相应划分系数，所述划分系数指定第一比特率和第二比特率的比，所述第一比特率是如下的比特率，源比特将以所述比特率被供应以用于被编码在所述相应预定义星座的星座符号的符号比特中，并且所述第二比特率是如下的比特率，源比特将以所述比特率被供应以用于被编码在所述相应预定义星座的所述星座符号的幅度中。
7.根据权利要求1所述的装置，其中所述电子控制器还被配置为使用音调顺序序列来生成用于所述数字信号处理器的一个或多个对应控制信号，所述音调顺序序列中指定有如下顺序，对应于不同音调的星座符号将由所述数字信号处理器以所述顺序被生成。
8.根据权利要求7所述的装置，其中所述数据发射器被配置为从对应数据接收器或电子管理实体接收控制消息，所述控制消息中指定有所述音调顺序序列。
9.一种用于通信的装置，包括数据接收器，所述数据接收器包括电模拟前端、数字信号处理器和电子控制器，所述数字信号处理器包括星座解映射器和成形解码器，并且所述数字信号处理器被配置为处理值流，所述值流表示由所述电模拟前端响应于接收到的频分复用输入信号而输出的电信号，所述电子控制器被配置为：
解译两个或更多不同索引值，所述两个或更多不同索引值中的每个索引值被指派给相应的不同音调集合，所述音调集合可配置为承载数据；以及
使得所述星座解映射器和所述成形解码器，针对所述两个或更多不同索引值中的每个索引值，使用相应的设置的预定义对，对所述值流的相应部分进行解映射和解码，所述预定义对包括相应预定义星座和相应预定义成形码；
其中所述数字信号处理器被配置为处理所述值流，以恢复所述数据。
10.根据权利要求9所述的装置，
其中所述两个或更多不同索引值可选自不同索引值的固定集合，所述固定集合包括至少两个不同索引值；并且
其中针对于来自所述固定集合的任何两个不同索引值，两个相应的设置的预定义对彼此不同之处在于所述相应预定义星座或者所述相应预定义成形码，或者彼此不同之处在于所述相应预定义星座和所述相应预定义成形码两者。
11.根据权利要求10所述的装置，其中所述数据接收器被配置为：
获取对应于所接收的输入信号的频率相关信噪比SNR信息；以及
使用所述频率相关SNR信息将所述两个或更多不同索引值指派给所述相应的不同音调集合。
12.根据权利要求9所述的装置，其中所述数据接收器被配置为向对应数据发射器或向电子管理实体发送控制消息，所述控制消息中指定有所述两个或更多不同索引值。
13.根据权利要求9所述的装置，其中所述数据接收器是调制解调器的一部分，或者是服务分发单元的一部分。
14.根据权利要求9所述的装置，其中所述电子控制器包括存储器，所述存储器中存储有查找表，所述查找表中针对不同索引值的固定集合中的每个索引值指定有相应预定义星座和相应预定义成形码，所述固定集合包括所述两个或更多不同索引值。
15.根据权利要求9至14中任一项所述的装置，其中所述电子控制器还被配置为使用音调顺序序列来生成用于所述数字信号处理器的一个或多个对应控制信号，所述音调顺序序列中指定有如下的顺序，对应于不同音调的值流的部分将由所述数字信号处理器以所述顺序被处理。
16.根据权利要求15所述的装置，其中所述数据接收器被配置为向对应数据发射器发送控制消息，所述控制消息中指定有所述两个或更多不同索引值和所述音调顺序序列。
17.一种通信方法，包括：
将电子控制器配置为解译两个或更多不同索引值，所述两个或更多不同索引值中的每个索引值被指派给可配置为承载数据的相应的不同音调集合；以及
使得成形编码器和星座映射器针对所述两个或更多不同索引值中的每个索引值，使用相应的设置的预定义对，生成编码有在不同的相应音调上传输的数据的星座符号，所述预定义对包括相应预定义星座和相应预定义成形码；以及
将数字信号处理器配置为驱动模拟前端以使由所述模拟前端生成的调制电信号承载所述星座符号，所述数字信号处理器包括所述成形编码器和所述星座映射器。
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