CN113169809A - 分布匹配器、信道编码器以及用于编码数据比特或符号的方法 - Google Patents

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CN113169809A CN201880098677.XA CN201880098677A CN113169809A CN 113169809 A CN113169809 A CN 113169809A CN 201880098677 A CN201880098677 A CN 201880098677A CN 113169809 A CN113169809 A CN 113169809A
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Abstract

本发明涉及用于信道编码器的状态相关分布匹配器，该信道编码器用于将数据比特或符号编码为具有非均匀分布的整形比特或符号。该状态相关分布匹配器包括：第一二进制分布匹配器，被配置为基于多个数据比特的第一子集生成第一整形比特子序列；以及第二二进制分布匹配器，被配置为基于该多个数据比特的第二子集生成第二整形比特子序列。该状态相关分布匹配器被配置为通过(i)在对应状态比特等于0的情况下，从该第一子序列中选择相应的整形比特，或者(ii)在对应状态比特等于1的情况下，从该第二子序列中选择相应的整形比特，基于该第一整形比特子序列、基于该第二整形比特子序列并且基于状态比特序列生成整形比特序列。

Description

分布匹配器、信道编码器以及用于编码数据比特或符号的 方法
技术领域
通常，本发明涉及信道编码领域。更具体地，本发明涉及用于信道编码器的分布匹配器、包括这种分布匹配器的信道编码器以及用于编码数据比特或符号的方法。
背景技术
全球社会当前面临着互联网数据流量的快速增长，这种情况将在未来几十年中持续下去。这给电信公司带来了巨大的压力，这些电信公司需要创新来提供所需的数字链路容量。
在无线、光纤和铜缆通信中，用于数据传输的频段是非常昂贵且受限制的资源。为了减小这种带宽限制，通常需要高阶调制，其中将不止1比特映射到每个真实维度时频时隙。常见的高阶调制格式是正交幅度调制(quadrature amplitude modulation,QAM)和幅度相移键控(amplitude phase-shift keying,APSK)。
传输一个信号点所需的电能与其绝对值的平方成正比。因此，调制格式的外部点明显比内部点需要更多的能量。因此，传输方案的能量效率可以通过比外部点更频繁地发送内部点来提高。用于实现这种功率高效的非均匀信令的技术被称为概率整形。
现代通信系统的另一挑战是对不同传输速率的支持，根据当前的要求，可以从中选择最佳传输速率。例如，对于通过光纤的传输，调制解调器可能需要在不同的距离上工作，所以为短距离选择较高的传输速率和为较长距离选择较低的传输速率是可取的。
一种有希望实现速率灵活调制解调器的方法是分段概率整形，其中开销被分为用于线性前向纠错(forward error correction,FEC)的恒定部分和由可变速率分布匹配器(distribution matcher,DM)实现的可变部分。例如，图1示出了传统的通信系统100，其具有作为整形设备的分布匹配器(DM)101，随后是FEC编码器103。通信系统100还包括发送器侧的比特映射器105和接收机侧的对应的解映射器107、FEC解码器109和逆DM 111。
流行的分布匹配器是恒定组成分布匹配器(constant compositiondistribution matcher,CCDM)201，如图2所示，其已成功部署以实现功率高效的信令和速率灵活的传输(参见IEEE信息理论会刊2016年第62卷第430页上P.Schulte和G.Bocherer的《恒定组成分布匹配》(“Constant composition distribution matching”,IEEETrans.Inf.Theory,vol.62,pp.430,2016))。CCDM 201输出固定长度的序列，并且每个幅度在每个输出序列中出现固定次数(“恒定组成”)。图3示出了长度为5的比特序列集的示例，其中n1＝2个1和n0＝3个0。
如图3所示，CCDM 201可以按字典顺序列举这些序列。选择最大数量k的输入比特，使得2k小于或等于恒定组成序列的数量。在此示例中，存在10个具有两个1和三个0的不同的比特序列，因此选择k＝3，因为2k＝8＜10且24＝16＞10。因此，不使用两个序列，即10100和11000。CCDM 201现在可以将长度为3的输入字符串映射到不同的输出字符串。概率整形和FEC现在可以通过使用概率幅度整形(probabilistic amplitude shaping,PAS)架构来集成(参见IEEE通信会刊2015年第63卷第12号第4651-4665页上G.Bocherer、F.Steiner和P.Schulte的《带宽高效且速率匹配的低密度奇偶校验编码调制》(“Bandwidth efficientand rate-matched low-density parity-check coded modulation”,IEEETrans.Commun.,vol.63,no.12,pp.4651-4665,2015))。比特映射器将DM输出比特映射到幅度，即0到1和1到3。FEC编码器添加奇偶校验比特，比特映射器将其映射到符号，即0到-1和1到1，这对应于值为{-3,-1,1,3}的中间ASK信号。然后将其解复用为16-QAM信号。图4从左到右示出了由分布匹配器201施加的幅度分布、中间ASK信号的分布以及QAM信号的分布。
当使用64-QAM时，对应于每个真实维度中的8-ASK星座图{-7,-5,-3,-1,1,3,5,7}，分布匹配器必须生成4个不同幅度{1,3,5,7}的功率效率分布。更大的星座图具有更明显的幅度。
为了生成QAM信号点的最佳功率效率分布，对于每个真实维度分别生成非均匀分布的幅度序列就足够了。对于在每个真实维度中具有4-ASK星座图{-3,-1,1,3}的16-QAM，每个真实维度仅存在2个不同的幅度{1,3}，因此整形可以通过二进制CCDM实现，即，输出恰好n0个0和n1个1的二进制序列的CCDM。对于大于16-QAM的星座图，需要非二进制CCDM来实现最佳分布。对于示例性的64-QAM，CCDM 201需要输出恰好n1个1、n3个3、n5个5和n7个7的幅度序列。非二进制CCDM比二进制CCDM更复杂(参见IEEE通信快报2017年9月21日Pikus、Marcin和Wen Xu的《比特级概率整形的编码调制》(“Bit-level probabilistically shapedcoded modulation”,IEEE Communications Letters 21.9,2017))；IEEE通信会刊1990年第38卷第1156页上Ramabadran和Tenkasi V.的《n取m码的编码方案》(“A coding schemefor m-out-of-n codes”,IEEE Trans.Comm.,vol.38,pp.1156,1990)。
此外，需要更长的输出序列以实现最佳性能，这反过来会增加延迟并需要更多的内存和算术精度。因此，对于除16-QAM之外的调制格式，使用二进制CCDM是非常可取的。
非二进制CCDM比二进制CCDM更复杂，因为需要内部算术编码器来直接操纵4进制幅度分布。为了通过二进制CCDM来近似非二进制CCDM，已经提出了图5所示的乘积分布匹配(product distribution matching,PDM)，其中乘积分布匹配器500包括第一二进制CCDM503和第二二进制CCDM 505以及解复用器501和多路复用器507。可以在以下文档中找到有关乘积分布匹配(product distribution matching,PDM)的更多详细信息：IEEE通信快报2017年9月21日上Pikus、Marcin和Wen Xu的《比特级概率整形的编码调制》(“Bit-level probabilistically shaped coded modulation”,IEEE Communications Letters21.9,2017)；2017年arXiv:1702.07510上
Figure BDA0003018464290000021
和Georg等人的《具有乘积分布匹配的高吞吐量概率整形》(“High throughput probabilistic shaping with productdistribution matching”,arXiv:1702.07510,2017)；美国2018年科学与系统国际会议会刊上F.Steiner、G.Bocherer和P.Schulte的《通过高阶调制和概率幅度整形来接近并行信道的注水能力》(“Approaching waterfilling capacity of parallel channels byhigher order modulation and probabilistic amplitude shaping”,Proc.Conf.Inf.Sciences and Systems(CISS),USA,2018)；和欧洲专利EP 3306821A1。
然而，乘积分布匹配(PDM)有几个问题：首先，由PDM生成的分布必须具有2的幂次方(power-of-two)的支持大小。特别是，PDM不能用于36QAM，在每个真实维度中必须使用3个(不是2的幂次方！)幅度值。其次，由PDM生成的分布是两个二进制分布的Kronecker乘积，因此在功率效率方面是次优的。第三，PDM输出的符号序列不是恒定的组成。因此，PDM不兼容非二进制CCDM，这意味着有限的互操作性。
鉴于上述，仍然需要一种改进的分布匹配器和包括这种分布匹配器的信道编码器，以及一种方法，该方法尤其允许更有效地将多个数据比特或符号编码成多个整形比特或符号。
发明内容
本发明的目的是提供一种改进的分布匹配器和包括这种分布匹配器的信道编码器，以及一种方法，该方法尤其允许更有效地将多个数据比特或符号编码为具有非均匀分布的整形比特或符号。
前述和其他目的通过独立权利要求的主题来实现。从从属权利要求、说明书和附图中，进一步的实现形式是显而易见的。
通常，本发明的实施例能够对两个以上不同的幅度进行有效的分布匹配。因此，本发明的实施例特别提供了以下优点：链式恒定组成分布匹配器(CCDM)可以通过仅使用二进制组件CCDM来实现非二进制CCDM；链式CCDM可以生成具有任意支持大小的符号分布，特别是不为2的幂次方的支持大小的分布，尤其是支持大小3、5、6、7；扩展链式CCDM实现了比传统的乘积分布匹配(PDM)更好的性能，其中，二进制组件CCDM大小相同。
更具体地，根据第一方面，本发明涉及一种用于信道编码器的状态相关分布匹配器，该信道编码器用于将数据比特或符号编码成具有非均匀期望分布的整形比特或符号，其中，该状态相关分布匹配器包括：第一二进制分布匹配器，被配置为基于多个数据比特的第一子集生成第一整形比特子序列；以及第二二进制分布匹配器，被配置为基于该多个数据比特的第二子集生成第二整形比特子序列；其中，该状态相关分布匹配器被配置为通过(i)在状态比特序列的对应状态比特等于0的情况下，从该第一子序列中选择相应的整形比特，或者(ii)在状态比特序列的对应状态比特等于1的情况下，从该第二子序列中选择相应的整形比特，基于由该第一二进制分布匹配器提供的该第一整形比特子序列、基于由该第二二进制分布匹配器提供的该第二整形比特子序列以及基于状态比特序列，即状态定义比特序列，生成整形比特序列。
因此，提供了一种改进的状态相关分布匹配器，其允许将数据比特或符号更有效地编码为具有非均匀期望分布的整形比特或符号。
在第一方面的另一可能的实现形式中，状态相关分布匹配器还被配置为将多个数据比特的子集划分为多个数据比特的第一子集和第二子集。
在第一方面的另一可能的实现形式中，第一二进制分布匹配器和/或第二二进制分布匹配器是恒定组成分布匹配器。
根据第二方面，本发明涉及一种信道编码器，用于将数据比特或符号编码为具有非均匀分布的整形比特或符号，其中，该信道编码器包括根据本发明第一方面的第一状态相关分布匹配器。该信道编码器被配置为通过将该整形比特和该状态比特的对或元组映射到多个符号，基于该整形比特序列和该状态比特序列来生成整形符号序列。
因此，提供了一种改进的信道编码器，其允许将数据比特或符号更有效地编码为整形比特或符号。
在第二方面的另一可能的实现形式中，该信道编码器还包括第三二进制分布匹配器，该第三二进制分布匹配器被配置为基于与多个数据比特的第一子集和第二子集互补的多个数据比特的第三子集生成状态比特序列。
在第二方面的另一可能的实现形式中，第三二进制分布匹配器是恒定组成分布匹配器。
在第二方面的另一可能的实现形式中，该信道编码器还包括根据本发明第一方面的第二状态相关分布匹配器和根据本发明第一方面的第三状态相关分布匹配器。第二状态相关分布匹配器提供第一二进制分布匹配器，并且第三状态相关分布匹配器提供根据本发明第一方面的第四状态相关分布匹配器的第二二进制分布匹配器。
在第二方面的另一可能的实现形式中，该信道编码器还被配置为使用第三二进制分布匹配器提供的整形比特序列作为第四状态相关分布匹配器的状态比特序列。
在第二方面的另一可能的实现形式中，该信道编码器还被配置为使用由第一状态相关分布匹配器的第一二进制分布匹配器提供的第一整形比特子序列作为第二状态相关分布匹配器的状态比特序列，和/或使用由第一状态相关分布匹配器的第二二进制分布匹配器提供的第二整形比特子序列作为第三状态相关分布匹配器的状态比特序列。
在第二方面的另一可能的实现形式中，该信道编码器包括根据本发明第一方面的第二状态相关分布匹配器，其中，该信道编码器被配置为使用由第一状态相关分布匹配器生成的整形比特序列作为第二状态相关分布匹配器的状态比特序列。
在第二方面的另一可能的实现形式中，该信道编码器包括根据本发明第一方面的第二状态相关分布匹配器，并且第一状态相关分布匹配器的第一二进制分布匹配器或第二二进制分布匹配器由第二状态相关分布匹配器提供。
在第二方面的另一可能的实现形式中，整形比特的对或元组以及状态比特序列的对应的对或元组遵循期望的联合分布。
根据第三方面，本发明涉及一种发射机通信设备，包括根据本发明第二方面的信道编码器，该信道编码器用于对多个数据比特进行编码以传输至接收机通信设备。
因此，提供了一种改进的发射机通信设备，其允许将数据比特或符号有效地编码为具有非均匀期望分布的整形比特或符号。
根据第四方面，本发明涉及一种用于将数据比特或符号编码为具有非均匀期望分布的整形比特或符号的对应方法。该方法包括：基于多个数据比特的第一子集生成第一整形比特子序列；基于该多个数据比特的第二子集生成第二整形比特子序列；以及通过(i)在状态比特序列的对应状态比特等于0的情况下，从该第一子序列中选择相应的整形比特，或者(ii)在状态比特序列的对应状态比特等于1的情况下，从该第二子序列中选择相应的整形比特，基于该第一整形比特子序列、基于该第二整形比特子序列以及基于状态比特序列，即状态定义比特序列，生成整形比特序列。
因此，提供了一种改进的方法，其允许将数据比特或符号有效地编码为具有非均匀期望分布的整形比特或符号。
本发明可以以硬件和/或软件来实现。
附图说明
将参考以下附图进一步描述本发明的实施例，其中：
图1示出了包括编码器、通信信道和解码器的通信系统的示意图；
图2示出了恒定组成分布匹配器的示意图；
图3示出了由恒定组成分布匹配器输出的长度为5的比特序列集的示意图；
图4示出了由分布匹配器输出的幅度分布、中间幅度移位键控信号分布以及正交幅度调制信号的分布的示意图；
图5示出了乘积分布匹配方案的示意图；
图6示出了根据实施例的信道编码器的示意图，该信道编码器包括根据实施例的分布匹配器；
图7示出了根据实施例的由信道编码器实现的二进制标签幅度的表示的表格；
图8示出了根据实施例的由信道编码器实现的64-QAM星座图的幅度分布的表格；
图9示出了根据实施例的由信道编码器实现的两比特级B1和B2的出现次数的表格；
图10示出了根据实施例的由信道编码器实现的36-QAM星座图的幅度分布的表格；
图11示出了根据实施例的由信道编码器实现的两比特级B1和B2的出现次数的表格；
图12示出了根据实施例的由信道编码器实现的两比特级B1和B2的链式概率的表格；
图13示出了根据实施例的由信道编码器实现的将第二比特序列B2附加到第一比特序列B1的表格；
图14示出了根据实施例的由信道编码器实现的将第三比特序列B3附加到第一比特序列B1的表格；
图15示出了说明根据实施例的信道编码器包括根据实施例的状态相关分布匹配器的示意图；和
图16示出了根据实施例的用于将数据比特或符号编码为整形比特或符号的方法的示意图。
在不同的附图中，相同的附图标记将用于相同或至少在功能上等同的特征。
具体实施方式
在以下描述中，参考了附图，这些附图形成了本公开的一部分，并且在附图中通过说明的方式示出了本发明可以放置在其中的特定方面。应该理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以利用其他方面，并且可以进行结构或逻辑上的改变。因此，由于本发明的范围由所附权利要求限定，因此以下详细描述不应被视为限制性的。
例如，应当理解，与所描述的方法相关的公开对于被配置为执行该方法的相应设备或系统也适用，反之亦然。例如，如果描述了特定的方法步骤，则相应的设备可以包括执行所描述的方法步骤的单元，即使该单元未在图中明确描述或示出。此外，应当理解，除非另外特别指出，否则本文所述的各个示例性方面的特征可以彼此组合。
如以下将更详细描述的，本发明的实施例涉及状态相关分布匹配器和包括这种状态相关分布匹配器的信道编码器，该信道编码器被配置为将数据比特或符号编码为整形比特或符号，并且当要使用两个以上的不同幅度时，能够实现有效的分布匹配。
图6示出了根据一实施例的信道编码器600的示意图。信道编码器600被配置为将数据比特或符号编码为具有非均匀分布的整形比特或符号。如以下将更详细描述的，信道编码器600包括作为一种基本处理单元的状态相关分布匹配器611a。
通过示例的方式，以下将在64-QAM(正交幅度调制)的上下文中更详细地描述信道编码器600的基本功能，其中分布匹配器(DM)输出具有4个不同幅度{1,3,5,7}的序列。然而，本领域技术人员将理解，信道编码器600也可以有利地使用不同种类的调制来操作。
如图6所示，提供给信道编码器600的输入数据比特被第一解复用器或比特映射器601和第二解复用器602解复用为3个不同的比特流或子集。每个比特流是“二进制”CCDM603a-c的输入。第一CCDM 603b和第二CCDM 603c的二进制输出由多路复用器605组合成单个输出比特流，多路复用器605使用第三CCDM 603a的输出作为状态信息。然后，第三CCDM603a的输出和第一多路复用器605的输出由第二多路复用器或比特映射器607组合，第二多路复用器或比特映射器607输出整形幅度序列。
更具体地，根据实施例的信道编码器600包括第一状态相关分布匹配器611a，第一状态相关分布匹配器611a被配置为将多个数据比特的子集划分为多个数据比特的第一子集和第二子集。第一状态相关分布匹配器611a包括第一二进制分布匹配器603b和第二二进制分布匹配器603c，第一二进制分布匹配器603b被配置为基于多个数据比特的第一子集生成第一整形比特子序列，第二二进制分布匹配器603c被配置为基于多个数据比特的第二子集生成第二整形比特子序列。
第一状态相关分布匹配器611a被配置为，例如通过图6所示的多路复用器605的方式，通过(i)在状态比特序列的对应状态比特等于0的情况下，从第一子序列中选择相应的整形比特，或者(ii)在状态比特序列的对应状态比特等于1的情况下，从第二子序列中选择相应的整形比特，基于由第一二进制分布匹配器603b提供的第一整形比特子序列、基于第二二进制分布匹配器603c提供的第二整形比特子序列并基于状态比特序列，即状态定义比特序列，生成整形比特序列。
如以下将更详细描述的，在图6的示例性实施例中，状态相关分布匹配器611a包括第一二进制分布匹配器603b和第二二进制分布匹配器603c以及解复用器602和“状态相关”多路复用器605(如图6中的虚线框所示)，状态相关分布匹配器611a定义了一种基本处理单元。在本发明的实施例中，信道编码器600可以包括该基本处理单元的一个或更多个实施方式，即状态相关分布匹配器611a也处于嵌套布置中，这将在图15的上下文中更详细地描述。
在一实施例中，信道编码器600可以通过将整形比特和状态比特的对或元组映射到多个符号来基于整形比特序列和状态比特序列生成整形符号序列。
此外，如图6所示，信道编码器600还可包括第三二进制分布匹配器603a，该第三二进制分布匹配器被配置为基于与多个数据比特的第一子集和第二子集互补的多个数据比特的第三子集生成状态比特序列。
在一实施例中，第一二进制分布匹配器603b、第二二进制分布匹配器603c和/或第三二进制分布匹配器603a可以是恒定组成分布匹配器。
在接收机侧，链式CCDM架构遵循与图6所示的处理方向相反的处理方向，即从整形幅度开始，到数据比特结束。多路复用器605、607可以由它们的逆多路复用器代替，并且二进制分布匹配器603a-c可以由对应的二进制分布解匹配器代替。
通过示例的方式，以下将更详细的描述信道编码器600的操作，考虑到标准化的64-QAM星座图和长度为n＝10的序列的传输，该64-QAM星座图的信号点幅度在每个真实维度中为1,3,5,7，并且在每个真实维度中该序列40％的信号点的幅度为1，30％的幅度为3，20％的幅度为5，10％的幅度为7。通过示例的方式，每个发送的幅度序列是序列1111333557的置换。根据本发明的信道编码器600可以索引该序列的所有置换。因此，根据图7所示的表700，每个幅度都可以由二进制标签来表示。
该幅度序列现在可以通过比特标签序列来表示：(00)(00)(00)(00)(01)(01)(01)(10)(10)(11)。图8所示的表800列出了幅度和比特标签出现的次数。
考虑到B1,B2表示比特标签中的两个比特，序列的另一种表示是通过长度n＝10和概率：
Figure BDA0003018464290000061
基于链式概率规则，
Figure BDA0003018464290000062
序列可以以不同的方式被索引。图9所示的表900总结了在链式概率中出现0和1的次数。
图9中所示的表900可用于对序列进行如下索引，其在根据本发明实施例的信道编码器600中实现(称为链式CCDM)：首先，3个二进制CCDM 603a-c用于生成一个具有分布
Figure BDA0003018464290000063
的长度为10的序列b1、一个具有分布
Figure BDA0003018464290000064
的长度为7的序列b2以及一个具有分布
Figure BDA0003018464290000065
的长度为3的序列b3，例如，b1＝0101000100，b2＝1001001，b3＝001。
其次，在b1条目等于0的位置处，条目式(entry-wise)b2可以被附加到b1，例如(01)(1)(00)(1)(00)(01)(00)(1)(00)(01)。另外，在b1条目等于1的位置处，条目式b3可以被附加到b1，例如(01)(10)(00)(10)(00)(01)(00)(11)(00)(01)。
最后，比特对被映射到幅度：
将(01)(10)(00)(10)(00)(01)(00)(11)(00)(01)映射到3515131713。此结果显示了确实可以获得所需的幅度分布：4个1，3个3，2个5和1个7。
根据实施例，图6所示的信道编码器600的多路复用器605、607的示例性实施方式可以如下实现:
第一多路复用器605可以根据以下算法实现：
接收
Figure BDA0003018464290000071
(状态比特序列B1)、
Figure BDA0003018464290000072
和
Figure BDA0003018464290000073
的输入，其中n0+n0＝n；
输出比特2的序列，
Figure BDA0003018464290000074
通过i＝1,j＝1,k＝1初始化，并且
重复直到k＝n，其中如果b1,k＝0：b2，k←c0,j，j←j+1，k←k+1，并且其中如果b1,k＝1：b2,k←c1,i，i←i+1，k←k+1。
第二多路复用器607可以根据以下算法实现：
接收
Figure BDA0003018464290000075
的输入(状态比特序列B1)和第一多路复用器605的输出：
Figure BDA0003018464290000076
(比特序列B2)；
输出幅度序列an＝a1a2…an；
通过k＝1初始化；并且
重复直到k＝n，其中ak←f(b1,kb2,k)，k←k+1，其中f实现映射：00到1，01到3，10到5和11到7。
此外，图6中的输入长度k,k0,k1可以计算如下：第三二进制分布匹配器
Figure BDA0003018464290000077
603a可以索引具有7个0和3个1的长度为10的的序列。此类序列有
Figure BDA0003018464290000078
所以第三二进制分配匹配器
Figure BDA0003018464290000079
603a的输入比特数可以是
Figure BDA00030184642900000710
第一二进制分布匹配器
Figure BDA00030184642900000711
603b可以索引具有4个0和3个1的长度为7的序列。此类序列有
Figure BDA00030184642900000712
所以第一二进制分布匹配器
Figure BDA00030184642900000713
603b的输入比特数可以是
Figure BDA00030184642900000714
第二二进制分布匹配器
Figure BDA00030184642900000715
603c可以索引具有2个0和1个1的长度为3的序列。此类序列有
Figure BDA00030184642900000716
所以第二二进制分布匹配
Figure BDA00030184642900000717
603c的输入比特数可以是
Figure BDA00030184642900000718
信道编码器，即在本示例中的链式CCDM 600，的总输入长度为k+k0+k1＝11比特。
图6所示的信道编码器600的第一解复用器601a被配置为将长度为k+k0+k1的二进制序列分别划分为3个长度为k，k0和k1的序列。任何合适的解复用策略都可以与链式CCDM架构一起应用。解复用器601的示例性实施例可以实现如下：信道编码器，即，链式CCDM600的输入序列为
Figure BDA00030184642900000719
其中，ktotal＝k+k0+k1＝11；第三二进制分布匹配器
Figure BDA00030184642900000720
603a的输入序列为b1b2…bk＝b1b2b3b4b5b6；第一二进制分布匹配器
Figure BDA00030184642900000721
603b的输入序列为
Figure BDA00030184642900000722
第二二进制分布匹配器
Figure BDA00030184642900000723
603c的输入序列为
Figure BDA00030184642900000724
根据另一实施例，如果每个真实维度仅使用3个幅度(对应于36-QAM星座图)，这相当于不使用幅度7的64-QAM星座图，如图10所示的表1000所示。图11的表1100中总结了两个比特级B1和B2的链式概率。要注意的是，对于B1＝1的位置，由于比特级B2确定性地等于1，所以DM不是必需的。
根据另一实施例，信道编码器600可以如下实现：两个二进制CCDM被用于生成一个具有分布
Figure BDA0003018464290000081
的长度为10的序列b1和一个具有分布
Figure BDA0003018464290000082
的长度为8的序列b2。在b1条目等于0的位置处，条目式b2被附加到b1，并且在b1条目等于0的位置处，条目式0可以被附加到b1(这实现了分布
Figure BDA0003018464290000083
)。最后，比特对被映射到幅度。
根据另一实施例，如果两个比特级B1和B2的链式概率遵循图12的表1200，并且如果允许所有二进制组件CCDM使用输出长度12，则根据实施例的信道编码器600所提供的扩展链式CCDM可以实现如下：
第三二进制CCDM 603a对
Figure BDA0003018464290000084
运行三次，这产生24个位置等于0和12个位置等于1的长度为3×12＝36的b1序列，例如b1＝000000101110000010001101000010110001。
第一二进制CCDM 603b对
Figure BDA0003018464290000085
运行两次，这产生长度为2×12＝24的序列，对应于序列b1中等于0的位置数，例如b2＝010110001010010100001101。
第二二进制CCDM 603c对
Figure BDA0003018464290000086
运行一次，这产生长度为1×12＝12的序列，对应于序列b1中等于1的位置数，例如b3＝001001011011。
此外，如图14的表1400所示，在b1条目等于0的位置处，条目式b2被附加到b1，并且在b1条目等于1的位置处，条目式b3可以被附加到b1。最后，比特对被映射到幅度。
上述信道编码器600的实施例被配置为以两比特级操作。然而，信道编码器600的又一实施例可以被扩展到由链式概率规则引导的任意数量的比特级，这将在下面更详细地说明。
对于m个比特级，考虑
Figure BDA0003018464290000087
作为m元组的期望分布，特定的m元组bm的概率可以被写为：
Figure BDA0003018464290000088
在该表示中，级别1需要1个二进制分布
Figure BDA0003018464290000089
级别2需要2个二进制分布：
Figure BDA00030184642900000810
和
Figure BDA00030184642900000811
如上面已经讨论过的。对于级别3，它需要4个二进制分布，级别4需要8个二进制分布，并依此类推。级别3的4个二进制分布如下所示：
Figure BDA00030184642900000812
根据实施例，信道编码器600通过二进制分布匹配器生成这些二进制分布中的每一个。然后，多路复用器将这些输出进行组合，该多路复用器将较高级别的0和1的位置作为第三输入。图15示出了3个比特级的信道编码器600的实施例，其通过重复使用相同的基本构建块，即图6所示的状态相关分布匹配器611a来实现。相比之下，图6的基本构建块611a图6用于比特级2。
如上所述，根据实施例，基本构建块，即信道编码器600的状态相关分布匹配器611a可以实现以下处理步骤：首先，解复用为两比特序列(例如，使用解复用器602)；其次，使每个序列通过二进制分布匹配器603b、603c；第三，由多路复用器605组合两个整形输出序列，在多路复用期间，多路复用器605将在两个整形序列之间选择条目式的状态比特序列作为第三输入。
图15中示出了包括多于一个状态相关分布匹配器611a的信道编码器600的另一实施例，其中状态相关分布匹配器611a-d的每个实现方式由虚线框表示。从图15可以理解，对于比特级三，信道编码器600的较高层或级别的基本构建块，例如状态相关分布匹配器611d，可包含信道编码器600的较低层或级别的两个基本构建块，例如状态相关分布匹配器611b和611c。换句话说，较高级别的状态相关分布匹配器611d的两个二进制分布匹配器本身都是通过基本构建块实现的，即较低级别的状态相关分布匹配器611b、611c。因此，在图15所示的信道编码器600的实施例中，状态相关分布匹配器611a-d中的至少一些以嵌套布置提供。
因此，根据实施例，信道编码器600还包括第二状态相关分布匹配器611b-d，并且信道编码器600被配置为使用由第一状态相关分布匹配器611a生成的整形比特序列作为第二状态相关分布匹配器611b-d的状态比特序列。此外，第一状态相关分布匹配器611a的第一二进制分布匹配器603b或第二二进制分布匹配器603c可以由第二状态相关分布匹配器611b-d提供。
根据另一实施例，如图15所示，信道编码器600还可以包括第二状态相关分布匹配器611b和第三状态相关分布匹配器611c，其中第二状态相关分布匹配器611b提供第一二进制分布匹配器，并且第三状态相关分布匹配器611c提供第四状态相关分布匹配器611d的第二二进制分布匹配器。
此外，如图15所示，信道编码器600可以被配置为使用由第三二进制分布匹配器603a提供的整形比特序列作为第四状态相关分布匹配器611d的状态比特序列。
在图15所示的实施例中，信道编码器600还被配置为使用由第一状态相关分布匹配器611a的第一二进制分布匹配器603b提供的第一整形比特子序列作为第二状态相关分布匹配器611b的状态比特序列，并使用由第一状态相关分布匹配器611a的第二二进制分布匹配器603c提供的第二整形比特子序列作为第三状态相关分布匹配器611c的状态比特序列。
在一实施例中，整形比特的对或元组以及状态比特序列的对应的对或元组遵循期望的联合分布。
图16示出了根据实施例的用于将数据比特或符号编码为具有非均匀期望分布的整形比特或符号的对应方法1600的示意图。
方法1600包括以下步骤：步骤1601，基于多个数据比特的第一子集生成第一整形比特子序列；步骤1603，基于该多个数据比特的第二子集生成第二整形比特子序列；以及步骤1605，通过(i)在状态比特序列的对应状态比特等于0的情况下，从该第一子序列中选择相应的整形比特，或者(ii)在状态比特序列的对应状态比特等于1的情况下，从该第二子序列中选择相应的整形比特，基于该第一整形比特子序列、基于该第二整形比特子序列以及基于状态比特序列，即状态定义比特序列，生成整形比特序列。
虽然本公开的特定特征或方面可能仅针对几个实施方式或实施例中的一个进行了公开，但是这种特征或方面可以与其他实施方式或实施例的一个或更多个其他特征或方面相结合，这对于任何给定的或特定的应用是期望的和有利的。此外，就术语“包括”、“有”、“具有”或其其他变体而言，在详细描述或权利要求中使用，这些术语旨在以类似于术语“包括”的方式包含在内。此外，术语“示例性的”、“例如”和“比如”仅意味着示例，而不是最佳或最优的。可能使用了术语“耦合”和“连接”以及派生词。应当理解，这些术语可能已经被用来表示两个元件相互协作或相互作用，而不管它们是直接物理接触还是电接触，或者它们不是相互直接接触。
尽管本文已经图示和描述了特定的方面，但是本领域普通技术人员将理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可以用各种替代和/或等同的实施方式来替代示出和描述的特定方面。本申请旨在覆盖这里讨论的特定方面的任何修改或变化。
尽管以下权利要求中的元件以带有相应标记的特定顺序来引用，除非权利要求的引用暗含了用于实现这些元件中的一些或全部的特定顺序，否则这些元件不一定旨在局限于以该特定顺序实现。
根据上述教导，许多替代、修改和变化对于本领域技术人员来说是显而易见的。当然，本领域技术人员容易认识到，本发明的应用超出了本文所描述的范围。尽管已经参考一个或多个特定实施例描述了本发明，但是本领域技术人员认识到可以在不脱离本发明范围的情况下对其进行许多改变。因此，应理解，在所附权利要求书及其等同物的范围内，本发明可以以不同于本文具体描述的方式实施。

Claims (14)

1.一种用于信道编码器(600)的状态相关分布匹配器(611a-d)，所述信道编码器(600)用于将数据比特或符号编码为具有非均匀分布的整形比特或符号，其中，所述状态相关分布匹配器(611a-d)包括：
第一二进制分布匹配器(603b)，其被配置为基于多个数据比特的第一子集生成第一整形比特子序列；和
第二二进制分布匹配器(603c)，其被配置为基于所述多个数据比特的第二子集生成第二整形比特子序列；
其中所述状态相关分布匹配器(611a-d)被配置为通过(i)在对应状态比特等于0的情况下，从所述第一子序列中选择相应的整形比特，或(ii)在对应状态比特等于1的情况下，从所述第二子序列中选择相应的整形比特，基于所述第一整形比特子序列、基于所述第二整形比特子序列以及基于状态比特序列生成整形比特序列。
2.根据权利要求1所述的状态相关分布匹配器(611a-d)，其中，所述状态相关分布匹配器(611a-d)还被配置为将所述多个数据比特的子集划分为所述多个数据比特的所述第一子集和所述第二子集。
3.根据权利要求1或2所述的状态相关分布匹配器(611a-d)，其中，所述第一二进制分布匹配器(603b)和/或所述第二二进制分布匹配器(603c)是恒定组成分布匹配器。
4.一种信道编码器(600)，用于将数据比特或符号编码为具有非均匀分布的整形比特或符号，其中，所述信道编码器(600)包括根据权利要求1至3中任一项所述的第一状态相关分布匹配器(611a)，其中，所述信道编码器(600)被配置为通过将所述整形比特和所述状态比特的对或元组映射到多个符号，基于所述整形比特序列和所述状态比特序列来生成整形符号序列。
5.根据权利要求4所述的信道编码器(600)，其中，所述信道编码器(600)还包括第三二进制分布匹配器(603a)，所述第三二进制分布匹配器(603a)被配置为基于所述多个数据比特的第三子集生成所述状态比特序列。
6.根据权利要求5所述的信道编码器(600)，其中，所述第三二进制分布匹配器(603a)是恒定组成分布匹配器。
7.根据权利要求5或6中任一项所述的信道编码器(600)，其中，所述信道编码器(600)还包括根据权利要求1至3中任一项所述的第二状态相关分布匹配器(611b)和根据权利要求1至3中任一项所述的第三状态相关分布匹配器(611c)，其中，所述第二状态相关分布匹配器(611b)提供所述第一二进制分布匹配器，并且所述第三状态相关分布匹配器(611c)提供根据权利要求1至3中任一项的第四状态相关分布匹配器(611d)的所述第二二进制分布匹配器。
8.根据权利要求7所述的信道编码器(600)，其中，所述信道编码器(600)还被配置为使用由所述第三二进制分布匹配器(603a)提供的所述整形比特序列作为所述第四状态相关分布匹配器(611d)的所述状态比特序列。
9.根据权利要求7或8所述的信道编码器(600)，其中，所述信道编码器(600)还被配置为使用由所述第一状态相关分布匹配器(611a)的所述第一二进制分布匹配器(603b)提供的所述第一整形比特子序列作为所述第二状态相关分布匹配器(611b)的所述状态比特序列和/或使用由所述第一状态相关分布匹配器(611a)的所述第二二进制分布匹配器(603c)提供的所述第二整形比特子序列作为所述第三状态相关分布匹配器(611c)的所述状态比特序列。
10.根据权利要求4所述的信道编码器(600)，其中，所述信道编码器(600)包括根据权利要求1至3中任一项所述的第二状态相关分布匹配器(611b-d)，其中，所述信道编码器(600)被配置为使用由所述第一状态相关分布匹配器(611a)生成的所述整形比特序列作为所述第二状态相关分布匹配器(611b-d)的所述状态比特序列。
11.根据权利要求4所述的信道编码器(600)，其中，所述信道编码器(600)包括根据权利要求1至3中任一项所述的第二状态相关分布匹配器(611b-d)，并且其中，所述第一状态相关分布匹配器(611a)的所述第一或第二二进制分布匹配器(603b,603c)由所述第二状态相关分布匹配器(611b-d)提供。
12.根据权利要求4至11中任一项所述的信道编码器(600)，其中，所述整形比特的对或元组以及所述状态比特序列的对应的对或元组遵循联合分布。
13.一种发射机通信设备，包括根据权利要求4至12中任一项所述的信道编码器(600)，所述信道编码器(600)用于对多个数据比特进行编码以传输至接收机通信设备。
14.一种用于将数据比特或符号编码为具有非均匀分布的整形比特或符号的方法(1600)，其中，所述方法(1600)包括：
基于多个数据比特的第一子集，生成(1601)第一整形比特子序列；
基于所述多个数据比特的第二子集，生成(1603)第二整形比特子序列；和
通过(i)在对应状态比特等于0的情况下，从所述第一子序列中选择相应的整形比特，或(ii)在对应状态比特等于1的情况下，从所述第二子序列中选择相应的整形比特，基于所述第一整形比特子序列、基于所述第二整形比特子序列以及基于状态比特序列生成(1605)整形比特序列。
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