CN117203919A - 在星座符号内利用可变打孔传输数据的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种由第一电信设备(SB/Tal)实施的向第二电信设备进行发射的数据传输方法(10)，所述方法包括：‑通过编码器对输入数据进行编码(11)；‑在编码后对数据进行打孔(12)；‑调制，其中，在打孔后将该数据映射(13)到M阶星座的M个符号中的一个符号上，其中，M＝2q，≥2，该星座的每个符号包括至少两个具有不同权重的位；‑在映射之后将数据发射(14)到第二设备。该方法使得对于该M个符号中的至少一个，该数据的打孔根据符号中这些数据所映射到的位的权重而不同。

Description

在星座符号内利用可变打孔传输数据的方法
技术领域
本发明涉及电信领域。在该领域内，本发明更具体地涉及用于从第一电信设备向第二设备发射数据的方法，其中，在编码之后并且在通过天线发射之前对该数据进行打孔。本发明特别适用于经由基站或接入点建立通信的便携式电信装置。
背景技术
无线电接入网络通常由多个基站或接入点组成，这些基站或接入点允许用户设备(UE)(随后也被称为终端或UE)接入电信网络并建立通信以交换数据。
通信传输介质通常被称为传输信道或传播信道，最初指的是空中信道，后来引伸为指任何信道。当无线系统涉及对属于无线电频带(例如，5G NR、4G、GSM、UMTS、IEEE802.11x、IEEE 802.16e等)的信号进行空中传输的电信系统时，这些无线系统具有所谓的RF传输接口。在这些系统中，有所谓的移动蜂窝接入系统(更具体地由3GPP指定)与最初的非移动系统(包括基于由IEEE指定的Wi-Fi标准的那些系统)之分。
由于传输信道引入的干扰和/或由于噪声源，所发射的数据可能经历干扰。
为了对抗干扰，已知的是用一定级别的保护来保护所发射的数据。因此，一种广为人知和使用的技术在于通过编码器(有时被称为信道编码器)向数据添加冗余。
然而，添加冗余不利于能够在两个设备之间传输的有用数据速率。另外，信道编码器的编码速率可能必须满足某些约束，例如由某个团体(例如，3GPP、IEEE)发布的电信标准中规定的约束。在一些情况下，必须在编码后实施打孔以便适应速率。
发明内容
本发明提出了一种通信方法，其目的在于改善对所发射的数据的保护。
本发明的一个主题是一种由第一设备实施的用于向第二电信设备发射数据的方法。该方法包括：
-通过编码器对输入数据进行编码，
-在编码后对该数据进行打孔，
-调制，其中，在打孔后将该数据映射到M＝2q阶星座的M个符号中的一个符号上，q≥2，该星座的每个符号包括q个位中的至少两个具有不同权重的位。
并且该方法使得对于该M个符号中的至少一个符号，该数据的打孔根据符号中这些数据所映射到的位的权重而不同。
本发明的另一个主题是一种旨在与第二设备通信的电信设备。该设备使得其包括：
-编码器，该编码器用于对输入数据进行编码，
-打孔器，该打孔器用于在编码后对该数据进行打孔，
-调制器，该调制器用于在打孔后将该数据映射到M阶星座的M个符号中的一个符号上，M＝2q，q≥2，该星座的每个符号包括至少两个具有不同权重的位，
该打孔器使得该数据的打孔根据符号中该数据所映射到的位的权重而不同。
根据本发明，该输入数据由同一个编码器编码，以便添加冗余并生成无差别的位串。编码后的打孔的显著之处在于其根据编码数据被映射到的星座符号的位来区分编码数据。根据沿着定义四个象限的两个垂直轴的星座表示，按照惯例，映射到符号上的一组位的最高有效位是位于该组左侧的位。然而，可以通过组合两个同相和正交x阶幅度调制来构造x2QAM调制，在数字调制的基带表示中，一个由轴I承载，并且另一个由轴Q承载。在这些情况下，对于映射到每个x-AM调制的符号上的每组位都有最高有效位，即使这两组位形成了全局映射到x2QAM调制的同一个符号上的二进制码。在编码后应用于数据的打孔使得能够区分分别与映射到星座符号的具有不同权重的位上的数据相关联的至少两个不同保护级别。因此，与传统技术相比，根据本发明，不同的级别使得能够在星座的同一个符号内获得非均匀保护(UEP，不等保护)，也就是说，在星座的同一个符号的某些位之间的保护是不同的。
特别地，本发明使得能够对映射到较低有效位的数据给予比较高有效位(无论是这些中间权重位还是最高有效位)更好的保护。
因此，通过利用在具有不同权重的位之间，具有较高权重的位比具有较低权重的位对解码期间的决策错误更具鲁棒性这一事实来区分这些具有不同权重的位之间的两个不同保护级别，该方法有利地使得能够维持同一个数据传输位速率，同时保证对所发射的数据的更好保护。
根据一个实施例，该数据传输方法使得该星座的每个符号包括至少一个最高有效位和一个最低有效位，并且使得该数据的打孔在映射到同一个符号的最高有效位上的数据与映射到最低有效位上的数据之间是不同的。
根据一个实施例，该数据传输方法使得该数据的打孔根据这些数据在打孔后所映射到的符号在该星座中的位置而不同。
根据该实施例，可变保护还考虑符号在星座中的位置。在存在相位噪声的情况下，所发射的符号会经历相位旋转。并且如果相位误差超过阈值δθ，则在接收时就会在对这些符号进行解码期间改变星座的外围处的符号的决策区域。因此，该方法使得特别能够增加对星座的外围处的复数符号的保护，并且因此具体地对抗特定的噪声源，如更具体地影响外围处的这些符号的相位噪声源。
因此，该方法使得能够限制由于这些噪声源引起的干扰。
根据一个实施例，该数据传输方法使得该符号的位置是通过计算用于评估从该符号到该星座的中心的距离的度量来评估的。
根据该实施例，计算从该符号到该星座的中心的距离给出了该符号在半径等于计算出的距离的圆上的可能位置。计算出的距离最大的符号对应于外围符号。这些符号是对相位旋转最敏感的符号。
根据一个实施例，该数据传输方法使得：
-该数据的打孔是根据分别用于映射到同一个符号的具有不同权重的位上的数据的至少两个不同保护级别，
-该打孔包括至少一个打孔步骤，该打孔步骤包括第一打孔矩阵，该第一打孔矩阵的输出被提供给具有第一输出和第二输出的解复用级，该第二输出被提供给第二打孔矩阵，以便定义分别利用该解复用级的第一输出和该第二打孔矩阵的输出获得的至少两个不同保护级别。
根据一个实施例，该电信设备使得该打孔器包括：
-基本结构，该基本结构包括第一打孔矩阵，该第一打孔矩阵的输出被提供给具有第一输出和第二输出的解复用级，该第二输出被提供给第二打孔矩阵，以便定义分别利用该解复用级的第一输出和该第二打孔矩阵的输出获得的至少两个不同保护级别。
根据该方法和该设备的这些上述实施例，通过实施由解复用级分隔的至少两个打孔矩阵，在编码之后对数据进行打孔。解复用级使得能够在输出端处分发数据，也就是说与不同保护级别相关联，以便在这些输出端的每一个上获得定义的位速率。与为了传送高数据速率而并行使用多个编码器的已知技术相比，本实施例的复杂性低得多。
根据一个实施例，该数据传输方法使得被称为前一步骤的任何打孔步骤之后是新的打孔步骤，该新的打孔步骤的第一矩阵与该前一步骤的第二矩阵是公共的，以便定义利用来自该新的打孔步骤的该第二打孔矩阵的输出获得的另外的不同保护级别。
根据本发明，每增加一个打孔步骤，就使得能够获得一个不同于先前的编码速率并且与新的保护级别相关联的新的编码速率。该实施例因此使得能够非常简单地增加打孔的阶数。
根据一个实施例，该数据传输方法使得在打孔比率与每个打孔矩阵相关联的情况下，这些比率是针对这些打孔步骤的第二打孔矩阵的每个输出上的相同位速率、针对确定的调制阶数以及针对确定的编码速率来确定的。
根据一个实施例，该数据传输方法使得在打孔比率与每个打孔矩阵相关联的情况下，通过修改至少一个打孔矩阵的比率来改变该数据的保护级别。
根据一个实施例，该数据传输方法使得映射到同一个符号上的数据之间的打孔差异适用于该星座的所有符号。
根据一个实施例，该数据传输方法使得映射到同一个符号上的数据之间的打孔差异仅适用于该星座的一些符号。
本发明的另一个主题是一种用于第一设备与第二电信设备之间的通信的方法，其中，由该第二设备接收数据信号，该数据在发射之前被映射到M阶星座的符号上，M＝2q，q>＝2，该星座的每个符号包括q个位中的至少两个具有不同权重的位。该通信方法使得其包括：
-通过解映射该数据来解调这些符号，
-在解映射该数据后解打孔该数据，在发射时对该数据的打孔根据符号中该数据所映射到的位的权重而不同，
-在解打孔后对该数据进行解码。
根据一个实施例，该通信方法使得该数据的解打孔还根据这些数据所映射到的符号在该星座中的位置来考虑发射时的打孔。
本发明的另一个主题是一种旨在与第一设备通信以便接收数据信号的电信设备，该数据在发射之前被映射到M阶星座的符号上，M＝2q，q≥2，该星座的每个符号包括至少两个具有不同权重的位。该设备包括：
-解调器，该解调器用于通过解映射该数据来解调符号，
-解打孔器，该解打孔器用于在解映射该数据后解打孔该数据，在发射时对该数据的打孔根据符号中该数据所映射到的位的权重而不同，
-解码器，该解码器用于在解打孔后对该数据进行解码。
本发明的另一个主题是一种计算机程序，该计算机程序位于信息介质上，所述程序包括程序指令，当所述程序在电信设备中被加载和执行时，这些程序指令适于实施根据本发明的方法。
本发明的另一个主题是一种信息介质，该信息介质包括程序指令，当所述程序在电信设备中被加载和执行时，这些程序指令适于实施根据本发明的方法。
本发明的另一个主题是一种数字信号，该数字信号包括由第一设备发射到第二设备的数据，所发射的数据被映射到星座的符号上，该星座的每个符号包括至少两个具有不同权重的位，该数据在映射之前根据符号中这些数据所映射到的位的权重而被不同地打孔。
附图说明
在阅读了以下对通过简单的说明性示例和非限制性示例的方式给出的实施例的说明以及对附图的说明之后，本发明的其他特征和优点将变得更加清楚明显，在附图中：
[图1]图1是根据本发明的发射链的一个实施例的简图，
[图2]图2给出了对k＝4、k＝3并且k＝2位执行的纯二进制编码和格雷编码，
[图3]图3是符合格雷编码的参考帧(I，Q)中的16-QAM调制的表示，带有决策区域的图示，
[图4]图4是根据本发明的接收链的一个实施例的简图，
[图5]图5是符合格雷编码的参考帧(I，Q)中的64-QAM调制的表示，带有决策区域的图示，
[图6]图6是符合格雷编码的参考帧(I，Q)中的16-QAM调制的表示，其中，标识了距中心最远的位置并且指示了角度θ，
[图7]图7是参考帧(I，Q)中的16-QAM调制的表示，其中，展示了决策区域并且指示了按角度θ进行的旋转对某些符号的位置的影响，
[图8]图8是根据本发明的打孔器的基本结构的一个实施例的简图，该打孔器连接在编码器的输出端处，以便获得两个保护级别，
[图9]图9是根据本发明的打孔器的基本结构的级联布置的一个实施例的简图，以便获得三个保护级别，
[图10]图10是根据本发明的打孔器的基本结构的一个实施例的简图以及该结构与编码器的等效电路图，该打孔器连接在编码器的输出端处，
[图11]图11是64-QAM调制的表示，其中，符号的三个区Z1、Z2、Z3之间的区别取决于其到星座的中心的距离。
具体实施方式
本发明的一般原理是基于对要发射的数据进行打孔，这使得能够区分分别与映射到跟数字调制相关联的星座的符号的具有不同权重的位上的数据相关联的至少两个不同保护级别。换言之，在星座的同一个符号内，根据数据是被映射到最高有效位上还是最低有效位上，它可能会受益于不同的打孔比率。根据本发明，映射到同一个符号上的数据之间的保护级别的差异是针对星座的所有符号或者针对仅一个符号或某些符号来实施的。
对数据进行打孔还使得能够区分分别与映射到星座上位于不同位置的符号上的数据相关联的至少两个其他不同的保护级别。换言之，根据数据是被映射到定位于星座的某一个点处的符号上还是被映射到定位于星座的另一个点处的符号上，它会受益于不同的打孔比率。根据本发明，映射到星座的不同符号上的数据之间的保护级别的差异是针对同一个星座的所有符号或仅某些符号来实施的。
图1是用于实施根据本发明的方法的发射链的一个实施例的简图。该发射链形成了电信设备的一部分，该电信设备可以是基站SB或终端Tal，如智能手机。该链至少包括信道编码器COD、打孔器POIN和调制器MAP。
数据传输方法10由设备SB/Tal实施。该方法至少包括对输入数据进行编码11，在编码后对该数据进行打孔12，调制13，其中在打孔后将该数据映射到M＝2q阶星座的M个符号中的一个符号上，q≥2，该星座的每个符号包括至少两个具有不同权重的位。M、q是整数。
该方法使得对于该M个符号中的至少一个符号，该数据的打孔根据符号中这些数据所映射到的位的权重而不同。
映射后的数据发射14到另一个电信设备，该电信设备可以是终端或基站。
信道编码器COD对来自信息源的输入二进制数据进行编码11，该信息源可以是移动终端的麦克风或者本地或远程应用，如短消息(SMS)应用或多媒体内容传输应用。编码器以编码速率Ri向输入数据中引入二进制冗余，以便输出具有特定数据速率的二进制数据。
打孔器POIN在信道编码后对数据进行打孔12。通过在两个矩阵之间使用解复用器实施多个打孔矩阵，在编码后对数据进行打孔。对于固定的位速率，打孔使得能够增加信息的有用数据速率。
调制器MAP对打孔后的数据进行调制13，以便在输出端处生成与调制相关联的复调制符号。
发射器EM经由发射天线ANT_E以信号Se的形式发射调制后的数据。由天线ANT_E发射的信号通常是由承载数据的调制信号对被称为RF(射频)载波的调制产生的。其他处理操作当然可以在图1所展示的每个处理操作之前或之后发生在链中。
编码数据被布置成二进制数据块，并且由调制器MAP执行的调制将这些二进制数据映射到星座的符号上，以便构造RF载波的调制中涉及的信号。数据的映射可以符合所谓的格雷编码。
因此，在基带中描述的RF载波的调制信号承载要发射的信息，并且以分布在平面(I，Q)中的复数符号的形式表示，数据已经映射到这些复数符号上。
星座的每个符号包括至少一个最高有效位和一个最低有效位。调制器MAP将数据映射到M阶星座的M个符号中的一个符号上，M≥4，同时遵守映射到同一符号的最高有效位上的数据和映射到最低有效位上的数据被不同地打孔的约束。因此，映射覆盖了所谓的二进制到符号的编码操作，该操作可以被描述为二进制集{bk-1，bk-2，...，b0}到星座的符号Sc的变换。该变换使得能够构造具有k＝log2(M)位的二进制表示的M元符号，{bk-1，bk-2，...，b0}，对应于具有M＝2k的二进制字。根据一种实施方式，星座的M元符号根据NRZ编码从相对整数Z的空间中取其值，这些相对整数由取自字母表A＝{±l，±3，...±(2p+1)，...±(M-1)}的M个元素组成，这具有更有利于传输的优点。k是整数。
该变换通常遵守格雷编码，并且将特定的位组合分配给字母表A的每个相对整数。格雷编码是从所谓的纯二进制编码中推导出来的。纯二进制编码基于由整数{0，1}形成的伽罗瓦域中的加法和乘法运算，其中，加法对应于‘异或’逻辑运算，并且乘法对应于‘与’逻辑运算。M元字母表中相对数字(2p+1)到2(p+1)+1的增量是通过将等于1的最低有效位与当前二进制码字相加(异或加法())以生成与符号2(p+1)+1相关联的新的二进制码字来执行的。p是整数。
最高有效位(MSB或bk-1)是在给定的二进制表示中，具有最高权重或最高位置的位(在通常的位置表示法中是左侧上的位)；它是对从一个符号到另一个符号的状态转变最具鲁棒性的位。最低有效位(LSB)是在给定的二进制表示中，具有最小权重或最小位置的位(在通常的位置表示法中是右侧上的位)。它对应于符号(状态)变化的基本单位。符号中的位权重的这个概念指的是纯二进制编码的构造模式，其中，对状态转变的鲁棒性随着每个码字中的位的权重的增加而增加，也就是说随着其在码字中的位置的增加而增加。
格雷编码是从纯二进制编码得到的特定编码，其只对两个连续的二进制码字进行一位的修改(码字是M元符号的二进制表示)。当状态索引(M元符号的索引)增加1时，该格雷码使从一个码字到另一个码字的转变误差最小化。从纯二进制编码到格雷编码的改变是通过对纯二进制码字的位执行异或运算()来进行的。
对于给定的码字，使用bn(b0＝LSB，最低有效位)来指定纯二进制码中的任何位，使用Gn来指定格雷码中在位置n处寻找的位，格雷编码后的位Gn如下获得：
其中，bn和bn+1是纯二进制编码的相同码字中分别在位置n和n+1处的并且具有权重n和n+1的两个位。最高有效位是纯二进制编码表示中位于最左侧的位。
在接收时，通过执行以下操作来执行格雷解码以再生纯二进制码：
符号中的位的权重根据其对二进制到符号解码错误的鲁棒性来分级。
附录中的[表1]和[表2]分别给出了M＝16(k＝4)和M＝8(k＝3)的纯二进制编码和格雷编码的说明。对于从0到7和从8到15变化的符号索引，最高有效位在纯二进制编码和格雷编码中保持不变，从而在从一个状态到另一个状态的转变期间给予符号更大的鲁棒性。
如图2所示，对k＝4、k＝3和k＝2位执行的纯二进制编码和格雷编码操作可以通过其构造模式相互推导，因为位的权重从左到右减小。换言之，根据位的权重和其在码字中的位置，根据每符号的位数的编码的分级和交织明显地体现在码字的构造中。
所谓的M-QAM＝22k＝N2调制可以通过组合两个N＝2k阶的同相和正交幅度调制来构造，在调制的基带表示中，一个由轴I承载，并且另一个由轴Q承载。对于这两种调制中的每一种，每个符号Sn的横坐标Sn，i和纵坐标Sn，q从字母表A＝{±1，±3，...±(2p+1)，...±(N-1)}中取其值。
Sn＝Sn，i+j Sn，q (3)
这两种调制的组合生成M状态QAM调制，具有M个符号Sm的星座对应于该调制。调制RF载波的信号的复数符号各自由2xlog2(N)位{b2k-1，b2k-2，...bk，bk-1，...b0}形成，其中，{b2k-1，b2k-2，...bk}描述同相幅度调制的二进制编码，并且{bk-1，bk-2，...b0}描述正交幅度调制的二进制编码，如附录中的[表3]所给出的。符号分布在平面I、Q中，使得根据相对于索引0的符号确定的位置，根据格雷编码，相邻符号仅相差一个位，如图3针对16-QAM调制所展示的。根据该构造，信道I和Q被独立地调制和解调。
接收时决策区域的概念
图4是用于实施根据本发明的通信方法的接收链的一个实施例的简图。该接收链形成了电信设备的一部分，该电信设备可以是终端Tal，如智能手机，或者是基站SB。该链至少执行与图1所展示的发射时的功能相反的功能。该接收链至少包括解调器DEMAP、解打孔器DEPOIN和解码器DECOD。
由接收器RE经由接收天线ANT_R接收21的数据信号Sr对应于由发射天线ANT_E发射的在经由传播信道传输之后的信号Se：由发射的信号承载的数据在发射之前已经被映射到M阶星座的符号上，M＝2q，q>＝2，该星座的每个符号包括至少两个具有不同权重的位，并且在映射之前对该数据的打孔根据符号中该数据被映射到的位的权重而不同。
通信方法20至少包括通过解映射该数据来解调22这些符号，在数据的解映射之后对数据进行解打孔23，通过设备Tal/SB在解打孔之后对数据进行解码24。
解调器DEMAP执行与由调制器MAP所实施的功能相反的解映射功能22。
解打孔器DEPOIN执行与由打孔器POIN所实施的功能相反的解打孔功能23，在这个意义上它使得能够恢复打孔的位。
解码器DECOD执行与由编码器COD实施的编码功能相反的解码功能24。
由解调器DEMAP实施的解调22旨在基于接收的点来确定最可能的发射符号。接收的点会被热噪声破坏，但也会被各种来源的噪声(如相位噪声，其通过相位旋转在星座中生成复数符号的位置变化)破坏。在该解调操作22期间，该方法执行例如最大似然检测。根据该实施模式，该方法根据星座的符号与接收符号之间的欧几里德距离的标准来确定最接近观察值(接收符号)的符号。
对最近符号的决策可以用决策区域的概念来说明。图3中示意性地示出了在星座中的符号分布符合格雷编码(两个相邻符号仅相差一个位)的情况下的决策区域。与复数符号相关联的决策区域总体上是附接到形成该符号的每个位的决策区域的交集，因为该符号是根据其在二进制编码操作期间指定的索引而定位于星座中。
根据图3的图示，矩形A0表示与正交4-AM幅度调制(即，沿着轴Q)的最高有效位相关联的决策区域。换言之，在该区域中，该调制的每个符号的最高有效位为一，而该区域之外的所有符号的最高有效位为零。矩形B0表示与同相4-AM幅度调制(即，沿着轴I)的最高有效位相关联的决策区域。两个矩形A0和B0的交集，即区域(AB0)，提供了16-QAM调制的最高有效位的决策区域，该调制的每个符号具有与每个4-AM调制有关的两个最高有效位。根据具有两个4-AM调制的该构造，该决策区域AB0是16-QAM符号的两个最高有效位为一的区域。
矩形A1表示与沿轴Q的4-AM幅度调制的最低有效位相关联的决策区域。
矩形B1表示与沿轴I的4-AM幅度调制的最低有效位相关联的决策区域。
两个矩形A1和B1的交集，即区域AB1，根据具有两个4-AM调制的该构造，提供了16-QAM调制的最低有效位的决策区域。
在数字解调期间，所估计的符号满足最大似然准则，使得每个符号所考虑的决策区域对应于构成符号的位的决策区域的交集。这些交集对应于最低有效位的交集。
根据本发明的解调22执行二进制到符号解码，使得可以根据位在星座中的权重和可能的位置，对与决策区域的变化相关联的所发射位的估计误差进行加权。
附录中的[表4]和图5与64-QAM有关。根据所展示的构造，64-QAM调制是通过将信道I和Q分别承载的同相和正交的两个八态8-AM幅度调制组合生成的。每个8-AM幅度调制的特征在于在二进制编码期间与其位置相关联的具有三个不同权重(或级别)的位。这会产生三种不同类型的区，用于界定二进制到符号解码操作期间发射的位的决策区域。
每个64-QAM符号由6位{bk-1，bk-2，...b0}形成，其中，k＝6。前三位描述同相8-AM幅度调制，并且后三位描述正交8-AM幅度调制。
在图5中，与位置{G5，G2}的最高有效位MSB相关联的决策区域AB0由类型A0和B0的区域的交集产生。
虚线正方形区AB1表示与位置[G4，G1]处的位相对应的具有中间权重的位的决策区域的界定。这是与同相和正交8-AM调制的具有中间权重的位相关联的两个决策区域A1和B1的交集。
类型A2和B2的决策区域的交集，即决策区域AB2，提供了64-QAM调制的最低有效位LSB的决策区域。这些类型AB2的区域与跟64-QAM调制的复数符号Sm相关联的决策区域相一致。
图6和图7示出了16-QAM。在图6中，外围符号被示出由正方形包围；这些外围符号是横坐标和纵坐标的绝对值最大的符号。在存在相位噪声的情况下，所发射的符号会经历相位旋转。如果相位误差超过某个阈值，则在接收时就会在对这些符号进行解码期间改变星座的外围处的符号的决策区域。因此，当对在数字解调期间出现的所发射符号做出决策时，这种改变会引起误差。
让我们考虑相位旋转δθ，其对应于一方面穿过星座的中心O并连接星座的两个符号(这两个符号在数字调制的同相和正交分量上的距离相等)的中值D1与另一方面从星座中心O开始并穿过最近的相邻符号并对应于相邻决策区域的直线D2之间的角度。
图6中由正方形包围的符号是对相位旋转δθ最敏感的符号；这些符号在旋转后会改变决策区域。这些符号位于一个半径为R2的圆上：
其中，2a是决策区域的宽度。
同一个相位旋转δθ导致对由圆包围并位于距星座的中心O中间距离R1处的符号的决策区域的不确定性。实际上，精度为9％量级的旋转将这些接收到的符号之一定位在界定四个决策区域的直线的交集(图7中的点I和I′)处。因此，这种定位可能在接收时对发射的符号生成不确定性。半径R1由下式给出：
如图7所展示的，最靠近星座的中心并且位于距星座的中心距离R0处的符号上的相同旋转δθ不会导致决策区域的改变。
打孔器的基本结构
图8示出了打孔器的一个实施例。
根据该实施例，打孔器POIN包括基本结构。由虚线界定的基本结构具有输入Ei和两个输出Si和Si+1。该基本结构由具有一个输入Ei和一个输出E′i的第一打孔模块Pi以及随后的解复用器Mi[1:2](一个输入E′i到两个输出Fi和Fi+1)构成，该解复用器的输出分支Fi+1连接到第二打孔模块Pi+1。第二打孔模块Pi+1的输入是Fi+1，并且其输出表示为F′i+1。解复用器Mi旨在在其两个输出Fi和Fi+1上分发用于分支Si和Si+1的数据，使得在每个分支上控制输出数据速率。每个打孔模块Pi、Pi+1实施打孔矩阵，如对应的打孔模块一样表示为Pi、Pi+1，其大小取决于模块的打孔比率。
然后，打孔器POIN包括两个输出Si和Si+1，这两个输出具有根据打孔矩阵Pi+1的参数而可能彼此不同的保护级别，即，至多两个不同保护级别。如果该打孔矩阵Pi+1包含至少一个零，那么这两个输出Si和Si+1具有彼此不同的保护级别。
根据一个确定的选择，与解复用器Mi的输出Fi相对应的输出Si上的数据被映射到最低有效位上。根据该相同选择，与第二打孔模块Pi+1的输出F′i+1相对应的输出Si+1上的数据被映射到最高有效位上。因此，根据本发明的这个实施例，根据输入数据Ei是被映射到星座的符号的最低有效位还是最高有效位上，该输入数据被不同地打孔。
当矩阵Pi+1无效(即，仅由“一”形成)时，矩阵Pi导致这两个输出Si和Si+1上的均匀打孔。
根据一种实施模式，上述具有两个输出的打孔器，因此具有至少一个基本结构，可以获得两个以上的保护级别。特别地，打孔矩阵Pi+1的第一参数使得能够在这两个输出Si和Si+1上获得两个保护级别，并且打孔矩阵Pi+1的第二参数使得能够在这两个输出Si和Si+1上获得两个其他保护级别。
因此，通过仅修改打孔矩阵Pi+1的参数，就可以在这两个输出Si和Si+1上获得不同的保护级别对，而不管矩阵Pi是否有效。
根据一个实施例，旨在与第二设备Tal/SB通信的电信设备SB/Tal包括具有上述基本结构的打孔器POIN。由设备SB/Tal的这个实施例实施的数据传输方法10使得数据的打孔3是根据分别用于映射到同一个符号的具有不同权重的位上的数据的至少两个不同保护级别。并且更具体地，该方法使得该打孔3包括至少一个打孔步骤，该打孔步骤包括第一打孔矩阵，该第一打孔矩阵的输出被提供给具有第一输出和第二输出的解复用级，该第二输出被提供给第二打孔矩阵，以便定义分别利用该解复用级的第一输出和该第二打孔矩阵的输出获得的至少两个不同保护级别。
根据图9所展示的另一个实施例，打孔器POIN包括第一基本结构，随后是以交错方式级联的至少一个第二基本结构，被称为前后级联casc-av-arr。根据该实施例，第二结构的第一打孔模块(即，矩阵Pi+1)与第一结构的第二打孔模块是公共的。然后，打孔器POIN包括三个输出Si、Si+1、Si+2，它们可以具有彼此不同的保护级别，即，至多三个不同保护级别。如果打孔矩阵Pi+2(即，独特的相加矩阵)包含至少一个零，那么这两个输出Si+1和Si+2具有彼此不同的保护级别。如果打孔矩阵Pi+1包含至少一个零，则输出Si的保护级别一方面不同于输出Si+1的保护级别，并且另一方面不同于输出Si+2的保护级别。
由图9中的虚线界定的新的基本结构的添加使得能够获得另外的保护级别，该另外的保护级别可以根据所添加的结构的非公共打孔矩阵Pi+2的参数而与其他保护级别相分离。
使用上述打孔模块的前后级联架构使得能够以极大的简单性和灵活性增加打孔阶数(即，打孔级别数)。通过增加基本结构的单级并且根据所考虑的保护对打孔器进行参数化，可以获得另外的打孔级别。呈前后级联布置形式的基本结构使得能够根据调制的阶数M来简化打孔的自适应。
根据一个实施例，旨在与另一个设备Tal/SB通信的电信设备SB/Tal包括具有上述呈前后级联布置形式的至少两个基本结构的打孔器POIN。每个基本结构与传输方法的打孔步骤相关联。
由设备SB/Tal的这个实施例实施的数据传输方法10是使得其包括第一打孔步骤，该第一打孔步骤包括第一打孔矩阵，该第一打孔矩阵的输出被提供给具有第一输出和第二输出的解复用级，该第二输出被提供给第二打孔矩阵，以便定义分别利用该解复用级的第一输出和该第二打孔矩阵的输出获得的至少两个不同保护级别。并且该方法使得被称为前一步骤(因此特别是第一打孔步骤)的任何打孔步骤之后是新的打孔步骤，该新的打孔步骤的第一矩阵与前一步骤的第二矩阵是公共的，以便定义利用来自新的打孔步骤的第二打孔矩阵的输出获得的另外的不同保护级别。
因此，当打孔器包括前后级联的两个基本结构时，所实施的传输方法包括两个打孔步骤。打孔器的每个另外的基本结构向所实施的方法增加一个打孔步骤。
具有四个输出(因此具有前后级联的至少三个基本结构)的打孔器可以根据这些打孔的数据被映射到的符号的位置，对数据给予单独的保护。取决于符号的位置的这种保护是对映射到同一个符号的最高有效位的数据和映射到最低有效位上的数据的单独保护的补充。特别地，可以为映射到星座的外围符号上的数据保留两个保护级别，因此取决于符号的位置，这两个级别之间的区别取决于数据是映射到该符号的最高有效位还是最低有效位。
因此，本发明使得可以通过考虑码字中的位的位置并且根据星座中的符号的位置来共同区分符号内的保护。
为了根据这些数据被映射到的符号的位置对打孔数据给予单独的保护，打孔器的前后级联结构的参数可以考虑用于评估从复数符号到星座的中心的距离的度量。
根据本发明的一个实施例，打孔器的参数确定了基本前后级联结构的数量，以根据通过该度量评估的符号在星座中的位置来区分这些符号之间的保护级别。
打孔矩阵的确定
编码器COD执行例如卷积信道编码或速率兼容的LDPC编码Ri，该码被称为速率兼容母码Ri。
考虑到图8所展示的打孔器的基本结构，大于或等于1的打孔比率Rpi表示打孔模块Pi的输入处的位数与该模块Pi的输出处的位数之间的比率。该比率是从打孔矩阵Pi中推导出来的，该打孔矩阵指定了要打孔(因此不被打孔模块Pi发射)的位的数量和位置。按照惯例，由于在解打孔下游的解码，打孔的位在矩阵Pi中由整数‘0’表示，并且发射的位在该矩阵Pi中由整数‘1’表示。打孔比率Rpi写为：
RPi＝Nin，i/Nout，i≥1 (6)
其中，Nin，i表示打孔模块Pi的输入处的位数，并且Nout，i表示该模块Pi的输出处的位数。根据一个简单的实施方式，Nin，i表示打孔矩阵Pi的元素总数，并且Nout，i表示打孔矩阵Pi中‘1’处的元素数量。
更一般地，打孔矩阵Pi包括的行数是母码的速率Ri的倒数的倍数。列数是打孔后期望码率Rsi的分子的倍数，因此：
Rsi＝Ri×Nin，i/Nout，i (7)
因此，Rsi是打孔模块Pi进行打孔后输出Si分支i上的信道编码速率。
因此，确定分支i上的信道编码速率使得能够确定至少一个打孔矩阵，该打孔矩阵使得能够获得比率Rpi。
由解复用器Mi执行的解复用在于考虑打孔矩阵Pi和Pi+1来调整每个输出分支Si和Si+1上的位数。这种调整是根据优化打孔器的输入和输出数据速率的约束而逐步确定的。
根据本发明的一个实施例，位速率被设置为在基本结构的每个输出分支上是相同的：DSi＝DSi+1＝Db/nb，其中，根据下文详述的示例，nb是打孔器的输出处的分支数，nb＝2。
考虑到打孔矩阵Pi+1的比率Rpi+1，解复用器Mi在分支Fi和Fi+1之上分发位。然后基本结构的各个点处的位速率计算如下：
DSi＝DSi+1＝DFi＝DF′i+1＝Db/2 (8)
DFi+1＝DF′i+1×Nin，i+1/Nout，i+1＝DF′i+1×Rpi+1＝Rpi+1×Db/2 (9)
DE′i＝DFi+1+DFi＝(1+Rpi+1)×Db/2
信道编码器的输出处的位速率DEi表示为基本结构的输出处的位速率的函数，如下所示：
DEi＝DE′i×Rpi＝Rpi×(1+Rpi+1)×Db/2 (10)
由于打孔矩阵Pi均匀地对输入流的位进行打孔，因此仅改变其参数就能够修改两个输出上的速率对。根据第一参数，打孔矩阵Pi可以仅由‘1’形成，以便不在信道编码器的输出处对编码位执行打孔。这些位可以例如对应于来自系统编码器的信息位，这些信息位通常不被打孔。根据另一个参数，打孔矩阵Pi可以用于例如根据某些符号在星座中的位置来减少与这些符号相关联的冗余。因此，打孔矩阵Pi的第一参数(例如Rpi＝1)给出了所有外围符号的一对保护级别。并且第二参数(例如Rpi＞1)给出了除外围符号之外的所有符号的另一对保护级别。因此，对位进行均匀打孔的打孔模块Pi可以实现对映射到最接近星座的中心O的符号上的数据的另外打孔。
图10给出了本发明的两个实施例的简图。
根据第一实施例，打孔器POIN包括基本结构，如已经参考图8描述的结构。打孔器在编码器COD进行编码后对数据进行打孔。打孔器的输出数据可以由对应于这两个输出Si和Si+1的两个流来表示，或者可以以组合这两个输出的单个流的形式来表示。
根据从信道编码的观点来看等效于第一实施例的第二实施例，输入数据首先被解复用器M′i解复用，以便区分两个输出。解复用器M′i的第一输出由第一信道编码器COD编码。第一信道编码器COD的输出数据被矩阵Pi的第一打孔模块打孔。解复用器M′i的第二输出由与第一信道编码器COD相同的第二信道编码器COD编码。第二信道编码器COD的输出数据被矩阵Pi的第二打孔模块打孔。被矩阵Pi的第二打孔模块打孔的数据再次被矩阵Pi+1的第三打孔模块打孔。
该第二实施例使得能够在串联放置打孔器的这两个输出之后，在输入点A与输出点B之间计算具有信道编码的基本打孔结构的等效信道编码速率Req，elem。
等效信道编码速率从等式(10)中推导出来：
可以定义基本结构的等效打孔比率：
这两个实施例的结构的等效性使得能够以速率Ri调整给定信道编码器COD的比率Rpi和Rpi+1，以便生成星座的符号的目标等效信道编码速率。
分支Si和Si+1上的等效信道编码速率由下式给出：
RSi＝Ri×Rpi并且RSi+1＝Ri×Rpi×Rpi+1 (12)
根据数据速率的期望粒度来调整目标编码速率Req，elem的对{Rpi，Rpi+1}的值。
图10中展示的这两个实施例中的结构的等效性展示了当选择并行化编码结构以限制与每个分支相关联的编码处理速度时，由基本多级打孔结构提供的复杂度的降低。这种并行化编码的选择可以针对非常高的数据速率系统实施，通常针对在毫米频带或THz频带进行操作的系统。所提出的多级打孔结构使得能够在传输时降低多级信道编码结构的复杂度，同时确保下游多重保护二进制到信号编码。
具有两个基本结构的打孔器
对于图9所展示的打孔器，即具有两个基本结构，并且在这三个输出Si、Si+1和Si+2具有同一个位速率的情况下，不同位置的数据速率可以表示如下：
因此，这三个分支中的每一个上的等效信道编码速率由下式给出：
RSi＝Ri×Rpi；RSi+1＝Ri×Rpi×Rpi+1；Rsi+2＝Ri×Rpi×Rpi+1×Rpi+2 (17)
因此，总体等效信道编码速率由下式给出：
该结构的等效打孔比率用以下形式表示：
具有J个基本结构的打孔器
包括J个前后级联的基本结构的打孔器提供J+1个输出。如果在每个输出(也被称为分支)上将位速率设置为等于则考虑到每个打孔模块的打孔比率，逐步计算每个非均匀解复用器的输入处的数据速率。因此，每个分支上的等效信道编码速率由下式给出：
其中，
并且等效信道编码速率由下式给出：
然后打孔器的输入处的数据速率DEi的计算可以写成以下形式：
打孔器的等效打孔比率然后用以下形式表示：
在本发明的实施期间打孔器的参数的示例
对于以下示例，所考虑的电信设备与IEEE 802.11ax标准兼容。编码器COD执行1/2速率卷积编码，并且其约束长度L＝7。所考虑的目标MCS(调制和编码方案)是3/4 16-QAM、3/4 64-QAM。5/6 64-QAM由该标准规定。
根据第一种用例，根据本发明实施的打孔器修改了对每个符号内的位的保护以及对距星座的中心最远的符号的保护，同时保持由MCS设置的编码速率不变。
根据第一示例，索引4的MCS是3/4 16-QAM。
MCS对于星座的所有符号都是恒定的，这意味着有用信息数据速率不会因本发明而改变，并且对于星座的所有点都是相同的。因此，这使得有必要根据到星座的中心的距离R生成多个对(Rp1，Rp2)。
一方面，根据距离R0、R1的距离，另一方面，根据距离R2的距离，考虑两个不同的级别。因此，具有基本结构(两个分支/两个输出{S1，S2})和两个不同参数的打孔器可能是合适的，因为针对两个参数中的每一个获得了两个保护级别。打孔器的这两个输出使得能够区分映射到同一个符号的最高有效位的数据和映射到最低有效位上的数据。
这两个参数分别对应于位于距离R0和R1处的点和位于距星座的中心距离R2处的点的两对值(Rp1，Rp2)。无论星座点如何，RMCS速率不变的约束都要求一组两对值(Rp1，Rp2)。
信道编码器的母码的速率Ri＝1/2和MCS使得能够根据等式(11)从中推导出：
因此Rp1×(1+Rp2)＝3
根据到星座的中心的距离所选择的保护，可以选择Rp1和Rp2的多个值。由于打孔操作，比率Rp1和Rp2大于或等于一。分支S1和S2中的每一个上的信道编码速率RS1和RS2小于或等于一。
对于距离R2处的点。
例如，如果那么
根据等式(12)，分支S1和S2上的等效信道编码速率由下式给出：
分支S1以等于3/5的等效速率分配给最低有效位，而分支S2以9/10的速率分配给最高有效位。总体速率确实等于3/4。
相关联的打孔矩阵由两行形成，并且可以包括三列。这些打孔矩阵的形式可能是：
和
对于位于距离R0和R1处的点。
由于符号的决策区域与最低有效位的决策区域相同，考虑到最低有效位的比率RS1比距离R2处的点的比率高，确定第二对(Rp1，Rp2)。
例如
那么因此
并且由于Rp1×(1+Rp2)＝3，那么
因此，每个分支的速率为：
和
对应的打孔矩阵可以采取以下形式：
和
附录中的[表5]给出了该示例的值的汇总。
根据第二示例，调制是3/4 64-QAM，并且根据本发明的打孔仅针对某些符号来实施，这些符号位于距离R2处，即离中心最远。对于所有符号，MCS保持恒定。附录中的[表6]给出了该示例的值的汇总。该方法实施了两个打孔对，并且因此具有相等的信道编码速率；一个对用于映射到距离R0和R1处的符号上的数据，一个对用于映射到距离R2处的符号上的数据。该表给出了映射到距离R2处的符号上的数据的一对等效信道编码速率的两个值(2/3，5/6)(3/5，9/10)。
根据第三示例，调制为3/4 64-QAM。考虑到64-QAM调制是用两个32-QAM调制构造的，那么三个位与8-QAM星座的每个符号相关联。因此，根据数据被映射到三个位中的哪一个，可以使用三个不同的保护级别来不同地保护数据。
所选择的打孔器包括两个级联的基本结构，这使得能够获得具有三个等效编码速率(RS1，RS2，RS3)和三个打孔比率(Rp1，Rp2,Rp3)的三个输出。
如图11所展示，根据符号到星座的中心的距离来区分这些符号的三个区Z1、Z2、Z3。为了保护这三个区，确定等效编码速率(RS1，RS2,RS3)和打孔比率(Rp1，Rp2,Rp3)的三个不同三元组。
根据第一种用例，由MCS设置的码率对于星座的所有点保持不变，而不管它们的位置如何。
信道编码器的母码的速率Ri＝1/2和MCS使得能够根据等式(11)从中推导出：
并且
因此：
例如，如果Rp1＝1，则有可能选择Rp2＝6/4和Rp3＝14/12。
然后，这些分支中的每一个上的等效信道编码速率由下式给出：
并且
分支S3被分配给最高有效位，分支S2被分配给具有中间权重的位，并且分支S1被分配给最低有效位。
对于区Z3中的符号，考虑打孔比率集(1，6/4，14/12)。
对于区Z2中的符号，考虑打孔比率集(9/8，4/3，10/8)。
对于区Z1中的符号，考虑打孔比率集(4/3，19/16，1)。
附录中的[表7]给出了该上述示例的值的汇总。
根据第二种用例，根据本发明实施的打孔器在星座的所有符号上平均而言保持通过MCS设置的码率RMCS不变。根据该用例，分配给星座的各个符号的有用位速率可以根据它们到星座的中心的距离而不同，同时在M阶调制的M个符号之上保持平均位速率恒定。
例如，考虑到3/4 16-QAM调制，对于星座中最近的符号(例如在距离R0和R1处)具有较高的有用数据速率，并且对于最远的符号(例如在距离R2处)具有较低的有用数据速率，同时在星座的M个点之上保持平均数据速率不变。这相当于定义了两个等效信道编码速率Req，1和Req，2，使得通过受这两个速率影响的星座点数加权的平均速率对应于以下等式：
N1+N2＝M
N1是具有等效速率Req，1的星座点数，并且N2是具有等效速率Req，2的星座点数。
例如，N1＝12并且N2＝4。那么，假设Req，1＞Req，2，需要求解等式
例如，这相当于不对映射到星座中的位于区2中(即在距离R2处)的最远符号上的位进行打孔。
对于区1，即距离R0和R1处的符号，速率等于5/6。该方法可以对映射到区1中的符号上的所有位统一应用标准打孔。或者替代性地，该方法可以在区1的每个符号内应用可变打孔，使得：
多个值满足上述等式。例如，
附录
[表1]
[表2]
[表3]
[表4]
[表5]
[表6]
[表7]

Claims (15)

1.一种由第一设备(SB/Tal)实施的用于向第二电信设备(Tal/SB)发射数据的方法(10)，该方法包括：
-通过编码器(COD)对输入数据进行编码(2)，
-在编码后对该数据进行打孔(3)，
-调制(4)，其中，在打孔后将该数据映射到M＝2q阶星座的M个符号中的一个符号上，q≥2，该星座的每个符号包括q个位中的至少两个具有不同权重的位，
该方法的特征在于，对于该M个符号中的至少一个符号，该数据的打孔根据符号中这些数据所映射到的位的权重而不同。
2.如权利要求1所述的数据传输方法(10)，使得该星座的每个符号包括至少一个最高有效位和一个最低有效位，并且使得该数据的打孔在映射到同一个符号的最高有效位上的数据与映射到最低有效位上的数据之间是不同的。
3.如权利要求1和2中任一项所述的数据传输方法(10)，使得该数据的打孔(3)还根据这些数据在打孔后所映射到的符号在该星座中的位置而不同。
4.如权利要求3所述的数据传输方法(10)，使得该符号的位置是通过计算用于评估从该符号到该星座的中心的距离的度量来评估的。
5.如权利要求1至4之一所述的数据传输方法(10)，该数据的打孔(3)是根据分别用于映射到同一个符号的具有不同权重的位上的数据的至少两个不同保护级别，该方法使得：
-该打孔(3)包括至少一个打孔步骤，该打孔步骤包括第一打孔矩阵，该第一打孔矩阵的输出被提供给具有第一输出和第二输出的解复用级，该第二输出被提供给第二打孔矩阵，以便定义分别利用该解复用级的第一输出和该第二打孔矩阵的输出获得的至少两个不同保护级别。
6.如前一权利要求所述的数据传输方法(10)，使得被称为前一步骤的任何打孔步骤之后是新的打孔步骤，该新的打孔步骤的第一矩阵与该前一步骤的第二矩阵是公共的，以便定义利用来自该新的打孔步骤的第二打孔矩阵的输出获得的另外的不同保护级别。
7.如权利要求5和6中任一项所述的数据传输方法(10)，使得在打孔比率与每个打孔矩阵相关联的情况下，这些比率是针对这些打孔步骤的第二打孔矩阵的每个输出上的相同位速率、针对确定的调制阶数以及针对确定的编码速率来确定的。
8.如权利要求5至7之一所述的数据传输方法(10)，使得在打孔比率与每个打孔矩阵相关联的情况下，通过修改至少一个打孔矩阵的比率来改变该数据的保护级别。
9.如权利要求1至8之一所述的数据传输方法(10)，使得映射到同一个符号上的数据之间的打孔差异适用于该星座的所有符号。
10.如权利要求1至8之一所述的数据传输方法(10)，使得映射到同一个符号上的数据之间的打孔差异仅适用于该星座的一些符号。
11.一种用于第一设备(SB/Tal)与第二电信设备(Tal/SB)之间的通信的方法(20)，其中，由该第二设备(Tal/SB)接收(21)数据信号，该数据在发射之前被映射到M阶星座的符号上，M＝2q，q>＝2，该星座的每个符号包括q个位中的至少两个具有不同权重的位，其特征在于，该电信设备包括：
-通过解映射该数据来解调(22)这些符号，
-在解映射该数据后解打孔该数据，在发射时对该数据的打孔根据符号中该数据所映射到的位的权重而不同，
-在解打孔后对该数据进行解码。
12.如前一权利要求所述的通信方法(20)，使得该数据的解打孔还根据这些数据所映射到的符号在该星座中的位置来考虑发射时的打孔。
13.一种旨在与第二设备(Tal/SB)通信的电信设备(SB/Tal)，其特征在于该电信设备包括：
-编码器(COD)，该编码器用于对输入数据进行编码，
-打孔器(POIN)，该打孔器用于在编码后对该数据进行打孔，-调制器(MAP)，该调制器用于在打孔后将该数据映射到M阶星座的M个符号中的一个符号上，M＝2q，q＞＝2，该星座的每个符号包括至少两个具有不同权重的位，
该打孔器使得该数据的打孔根据符号中该数据所映射到的位的权重而不同。
14.如前一权利要求所述的电信设备(SB/Tal)，使得该打孔器包括：
-基本结构，该基本结构包括第一打孔矩阵，该第一打孔矩阵的输出被提供给具有第一输出和第二输出的解复用级，该第二输出被提供给第二打孔矩阵，以便定义分别利用该解复用级的第一输出和该第二打孔矩阵的输出获得的至少两个不同保护级别。
15.一种旨在与第一设备(SB/Tal)通信以便接收数据信号的电信设备(Tal/SB)，该数据在发射之前被映射到M阶星座的符号上，M＝2q，q>＝2，该星座的每个符号包括至少两个具有不同权重的位，其特征在于，该电信设备包括：
-解调器(DEMAP)，该解调器用于通过解映射该数据来解调符号，
-解打孔器(DEPOIN)，该解打孔器用于在解映射该数据后解打孔该数据，在发射时对该数据的打孔根据符号中该数据所映射到的位的权重而不同，
-解码器(DECOD)，该解码器用于在解打孔后对该数据进行解码。
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