CN1839606A - 利用径向星座进行分层调制的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

提供了一种分层调制的方法，这种分层调制涉及第一信号、第二信号以及具有非均匀8相移键控(PSK)配置中的多个符号的原始星座。对第一信号使用正交相移键控(QPSK)调制，并且对第二信号使用二元相移键控(BPSK)调制。该方法包括用至少一种径向类型QPSK－BPSK星座来代替这多个符号中至少某一些的步骤。

Description

利用径向星座进行分层调制的方法及装置
技术领域
本发明一般地涉及调制射频(RF)信号，并且更具体地说，涉及分层调制的方法和装置。
背景技术
分层调制是这样一种调制方案，其中将可能具有不同调制的两个信号叠加在一起，以生成传输信号。这里将这两个信号称作上层(UL)信号和下层(LL)信号。
在接收机处，所接收到的信号具有UL信号分量和LL信号分量，即，所接收到的信号是上下层的组合，并且接收机处理接收信号，以从中恢复上层数据(在UL信号分量中传送)和下层数据(在LL信号分量中传送)。对于上层数据的恢复，接收机简单地解调并处理接收信号，就如同接收信号仅仅由UL信号分量加上信道噪声组成—实际上将接收信号的LL信号分量视为噪声。不幸的是，这种额外的噪声可能恶化UL接收机的性能。
发明内容
本发明即便不能消除上述问题，也可以减轻这些问题，本发明针对一种利用径向星座进行分层调制的方法和装置。
根据发明概念的示例性实施例，分层调制器使用径向类型正交相移键控-二元相移键控(QPSK-BPSK)星座。
根据发明概念的另一实施例，提供了一种涉及第一信号和第二信号的分层调制方法。具体地说，将第一信号映射到QPSK符号星座，并且将第二信号映射到BPSK符号星座。然后如此组合第一和第二信号：得到的符号星座是径向类型QPSK-BPSK星座。
根据发明概念的另一实施例，一种用于分层调制的装置包括映射模块，用于将第一信号和第二信号映射为径向类型QPSK-BPSK星座的符号。
根据发明概念的另一实施例，一种接收机包括分层调制器，其使用径向类型星座来恢复上层和下层信号。
根据发明概念的另一实施例，提供了一种机器可读的程序存储设备，其切实包含机器可执行的指令的程序，以执行涉及第一信号和第二信号的分层调制方法的步骤。具体地说，将第一信号映射到QPSK符号星座，并且将第二信号映射到BPSK符号星座。然后如此组合第一和第二信号：得到的符号星座是径向类型QPSK-BPSK星座。
结合附图阅读下面对优选实施例的详细描述，本发明的这些以及其他方面、特征和优点将变得清楚起来。
附图说明
图1和2是图示了现有技术的分层正交相移键控-二元相移键控(QPSK-BPSK)星座的图；
图3和4示出了根据本发明原理的示例性径向类型分层QPSK-BPSK星座；
图5示出了根据本发明原理的分层调制器的示例性实施例；
图6示出了根据本发明原理的示例性流程图；
图7示出了根据本发明原理的分层调制器的另一示例性实施例；
图8示出了根据本发明原理的接收机的示例性实施例；
图9～11是图示了与各个仿真相对应的误码率(BER)性能的图；以及
图12示出了根据本发明原理的另一示例性实施例。
具体实施方式
除了发明概念之外，附图中所示的元素都是公知的，并且将不详细描述。此外，假设熟悉基于卫星的系统，并且这里不详细描述。例如，除了发明概念之外，卫星应答器、下行信号、符号星座、射频(rf)前端，或者接收机部分，诸如低噪声下变频器、分层调制器、分层解调器、用于生成传输位流的格式化及源编码方法(例如，运动图像专家组(MPEG)-2系统标准(ISO/IEC 13818-1))，以及解码方法，例如对数似然比、软输入软输出(SISO)解码器、Viterbi解码器是公知的，并且这里不进行描述。另外，发明概念可以使用传统的编程技术来实现，这里同样不会对此进行描述。最后，附图中相同的标号代表相似元素。
本发明针对利用径向类型星座进行分层调制的方法和装置。应该理解，本发明可以以各种形式的硬件、软件、固件、专用处理器或它们的组合来实现。优选地，本发明实现为硬件和软件的组合。此外，软件优选地实现为程序存储设备上切实包含的应用程序。应用程序可以加载到包括任何合适的体系结构的机器中，并且由其执行。优选地，该机器实现在具有诸如一个或多个中央处理单元(CPU)、随机访问存储器(RAM)以及输入/输出(I/O)接口之类硬件的计算机平台上。计算机平台还包括操作系统和微指令代码。这里描述的各种过程和功能可以是微指令代码的一部分，或者是通过操作系统执行的应用程序(或它们的组合)的一部分。另外，各种其他外围设备可以连接到计算机平台，例如额外的数据存储设备以及打印设备。
还应理解，因为附图中所示的某些组成系统部件和方法步骤优选地以软件实现，所以取决于对本发明编程的方式，系统部件之间的实际连接可能不同。给出这里的教导，相关领域的普通技术人员将能够想到本发明的这些以及类似实施方式或配置。
分层调制是这样一种调制方案，其中将可能具有不同调制的两个信号叠加在一起，以生成传输信号。为了说明的目的，这里描述了一种特定的分层调制，其中一种星座(例如，迷你星座)代替了原始QPSK星座的每个符号。这种星座可以是但不限于：二元相移键控(BPSK)。原始QPSK信号称作上层(UL)信号，并且由迷你星座携带的信号称作下层(LL)信号。应该认识到，本发明不仅仅限于这里所表示及描述的调制和星座类型以及布置，于是，在维持本发明精神的同时还可以根据本发明利用其他调制和星座类型以及布置。
图1是图示了现有技术的分层正交相移键控-二元相移键控(QPSK-BPSK)星座100的图。从图1可以看到，星座100是非均匀的N-PSK星座，其中N等于8，即包括八个符号的8-PSK。每个符号与原点的距离相同，如它们位于圆圈2的圆周上所表示的那样，并且每个符号与预定的位模式相关联。例如，符号P5与位模式101相关联。从图1还可以看到，最左侧的位代表LL信号。这样，LL信号通过星座100的每个象限中的每个“迷你星座”传输。例如，接收机接收到的第四象限中的信号点(符号P1或P5)传送UL信号的位“01”；而LL信号所传送的位需要接收机确定所接收到的信号点是符号P1还是符号P5。星座100是非均匀的星座，因为(符号空间中相邻符号之间的)间隔角2φ不等于45°(360°/N)。在图2中进一步图示了间隔角的定义。
现在参考图3，并且根据本发明的原理，示出了示例性的径向类型分层QPSK-BPSK星座200。从图3可以看到，在符号空间中重新排列了现有8-PSK星座的八个符号，即，重新映射。具体地说，“空心圆圈”代表8PSK分层星座(例如，图1的星座)的符号的先前位置；而“实心圆圈”代表根据本发明原理的星座空间中符号的新位置。“空心圆圈”符号P5对此进行进一步图示，其已经在符号空间中沿着箭头91的方向移动到符号P5’(实心圆圈)的位置。类似地，对于“空心圆圈”符号P1，其已经在符号空间中沿着箭头93的方向移动到符号P1’(实心圆圈)的位置。这样，并且从图3中可以看到，在每个象限中，每对符号位于圆圈2的同一半径上。例如，一对符号P0’和P4’位于半径201上，并且间隔距离D。示例性地，每个象限中所有对的该间隔距离D相等。根据本发明的特征，间隔距离D可以改变，以改变系统性能。这里所使用的短语“径向类型QPSK-BPSK星座”是指图3所示类型的符号的星座。另外，术语“径向符号”是指不是位于圆圈的圆周上而是位于半径上的符号，并且术语“圆周符号”是指位于圆圈的圆周上的符号(不必位于半径上)。在这种语境中，并且从图3可以看到，圆周符号P4’和径向符号P0’位于半径201上。简要参考图4，其图示了前面图3所示的径向类型星座在没有圆圈2等干扰的情况下的另一幅图。
现在参考图5，示出了根据本发明原理的发射机300的示例性实施例。图5的发射机300包括UL编码器305、LL编码器310、映射器315(这里也称作“映射模块”)、乘法器320、脉冲整形滤波器325以及上变频器330。同时可参考图6，其中示出了根据本发明原理的发射机中使用的示例性流程图。
UL数据和LL数据分别输入到UL编码器305和LL编码器310以便进行编码(图6的步骤505)。应该认识到，在本发明的另一实施例中，UL和LL数据可以输入到单个编码器。然后，组合UL和LL编码序列(图6的步骤510)，其中来自UL编码序列的两个位以及来自LL编码序列的一个位被用作映射器315的输入。映射器315将组合的UL和LL序列映射到径向类型星座，然后输出相应的星座符号(图6的步骤515)。映射器315中所使用的星座示例性地是图3和4所示的径向类型星座。
来自映射器315的信号的幅度由乘法器320调整，并且由脉冲整形滤波器325对脉冲进行整形(图6的步骤520)。得到的信号提供给上变频器330，用于进行上变频以进行发射，例如，通过卫星发射天线(未示出)(图6的步骤525)。
图7示出了根据本发明原理的发射机的另一幅图。发射机350包括UL编码器355、LL编码器360、分层调制器370以及上变频器375。UL信号354提供给UL编码器355，UL编码器355对该信号编码，并且提供编码信号356，该编码信号356在每个信令间隔T中具有N位数据(例如，N＝2)。类似地，LL信号359提供给LL编码器360，LL编码器360对该信号编码，并且提供编码信号361，该编码信号361在每个信令间隔T中具有M位数据(例如，M＝1)。编码信号356和361提供给分层调制器370。根据本发明原理，分层调制器370将每个信令间隔中的编码信号映射为从径向类型星座(例如，如图3和4所示)中选出的符号。例如，在每个信令间隔中，分层调制器370映射(2+1)位，以从图3所示的符号{P0，P1，P2，P3，P4，P5，P6和P7}的星座中选择一个符号。得到的信号371(可以对其进一步处理，例如，上述增益调整和脉冲整形)提供给上变频器375，以便进行发射。
现在参考图8，示出了根据本发明原理的接收机400的示例性实施例。接收机400包括下变频器405和分层解调器420。接收信号404(例如，来自卫星天线(未示出))提供给下变频器405，下变频器405将信号406提供给分层解调器420。根据本发明原理的分层解调器420使用径向类型星座(例如，如图3和4所示)来恢复UL信号和LL信号，它们分别由信号421-1和421-2代表。
图9～11示出了将图3和4的示例性径向类型星座与图1和2的现有技术QPSK-BPSK星座在不同间隔角情况下进行比较的示例性仿真结果。
仿真涉及具有间隔角为15.5°(图9)、14.2°(图10)、以及13.2°(图11)的非均匀8PSK星座以及相应的修改后的图3和4所示的径向类型QPSK-BPSK星座的分层QPSK-BPSK。为了进行比较，假设这两种星座的一个象限中星座点对之间的距离相同。信道缺陷仅仅是高斯噪声。上层使用编码率6/7的卷积码，并且下层使用第二代数字视频广播标准(DVB-S2)中定义的编码率1/2的LDPC(低密度奇偶校验)码。BER(误码率)要求是：上层BER小于1.8×10-3，并且下层BER小于10-7。
根据本发明的特征，径向类型星座有助于载波恢复，而现有技术的非均匀8PSK中的载波恢复受到一个象限内两个星座点之间的间隔角的影响。另一方面，径向类型星座限制了上层的性能，这可能导致较高的PSNR(峰值符号能量与噪声比)以满足上下层BER要求。应该指出，当现有的传统接收机对间隔角设置限制时，可以使用径向类型星座来减小PSNR要求。例如，如果传统接收机要求间隔角小于或等于12.0度，则可以使用与13.2度非均匀8PSK星座相对应的径向类型星座来减小系统PSNR要求。
图12是根据本发明原理的另一示例性实施例。在图12中，径向类型星座250包括内部符号，这些符号基本上处于与位于圆圈圆周上的符号相交的半径上。例如，符号P1偏离与符号P5相交的半径一个小角度251。
虽然这里参考附图描述了示例性实施例，但是应该理解，本发明不限于这些具体的实施例，并且在不脱离本发明的范围或精神的前提下，相关领域的普通技术人员可以对此做出各种其他改变和修改。所有这些改变和修改应该包括在所附权利要求所定义的本发明的范围之内。

Claims (24)

1、一种在分层调制中使用的方法，该方法包括：
至少分层调制第一信号和第二信号，以提供分层调制信号；以及
发射所述分层调制信号；
其中所述分层调制信号包括从符号的径向类型星座中选出的符号序列。
2、如权利要求1所述的方法，其中发射步骤包括如下步骤：将所述分层调制信号上变频为射频，以便进行发射。
3、如权利要求1所述的方法，其中符号的所述径向类型星座包括在包括四个象限的信号空间中排列的多个符号，其中一个象限中的符号如此排列：对于位于圆圈的圆周上的每个符号，至少一个其他符号位于所述圆圈的半径上，该半径还与所述圆周上的所述符号相交。
4、如权利要求3所述的方法，其中分层调制步骤包括如下步骤：调整圆周符号与径向符号之间的间隔距离D。
5、如权利要求1所述的方法，其中符号的所述径向类型星座包括在包括四个象限的信号空间中排列的多个符号，其中一个象限中的符号如此排列：对于位于圆圈的圆周上的每个符号，至少一个其他符号实质上位于所述圆圈的半径上，该半径还与所述圆周上的所述符号相交。
6、如权利要求5所述的方法，其中分层调制步骤包括如下步骤：调整圆周符号与径向符号之间的间隔距离D。
7、一种在分层调制中使用的方法，该方法包括：
对上层信号使用正交相移键控(QPSK)符号星座；
对下层信号使用二元相移键控(BPSK)符号星座；以及
分层调制所述上层信号和所述下层信号，以提供符号序列用于发射；
其中，分层调制步骤如此组合所述QPSK符号星座和所述BPSK符号星座：从符号的径向类型QPSK-BPSK星座中选出所述符号序列。
8、一种在分层调制中使用的方法，该方法包括：
编码上层(UL)信号，以提供编码UL信号；
编码下层(LL)信号，以提供编码LL信号；以及
将所述编码UL信号和所述编码LL信号映射到径向类型符号星座，以提供符号序列用于发射；
其中，符号的所述径向类型星座包括在包括四个象限的信号空间中排列的多个符号，其中一个象限中的符号如此排列：对于位于圆圈的圆周上的每个符号，至少一个其他符号位于所述圆圈的半径上，该半径还与所述圆周上的所述符号相交。
9、一种在分层调制中使用的方法，该方法包括：
编码上层(UL)信号，以提供编码UL信号；
编码下层(LL)信号，以提供编码LL信号；以及
将所述编码UL信号和所述编码LL信号映射到径向类型符号星座，以提供符号序列用于发射；
其中，符号的所述径向类型星座包括在包括四个象限的信号空间中排列的多个符号，其中一个象限中的符号如此排列：对于位于圆圈的圆周上的每个符号，至少一个其他符号实质上位于所述圆圈的半径上，该半径还与所述圆周上的所述符号相交。
10、一种在分层调制中使用的装置，该装置包括：
分层调制器，用于至少分层调制第一信号和第二信号，以提供分层调制信号；
其中所述分层调制信号包括从符号的径向类型星座中选出的符号序列。
11、如权利要求10所述的装置，还包括上变频器，用于发射所述分层调制信号。
12、如权利要求10所述的装置，其中，符号的所述径向类型星座包括在包括四个象限的信号空间中排列的多个符号，其中一个象限中的符号如此排列：对于位于圆圈的圆周上的每个符号，至少一个其他符号位于所述圆圈的半径上，该半径还与所述圆周上的所述符号相交。
13、如权利要求12所述的装置，其中所述分层调制器调整圆周符号与径向符号之间的间隔距离D。
14、如权利要求10所述的装置，其中，符号的所述径向类型星座包括在包括四个象限的信号空间中排列的多个符号，其中一个象限中的符号如此排列：对于位于圆圈的圆周上的每个符号，至少一个其他符号实质上位于所述圆圈的半径上，该半径还与所述圆周上的所述符号相交。
15、如权利要求14所述的装置，其中所述分层调制器调整圆周符号与径向符号之间的间隔距离D。
16、一种在分层调制中使用的装置，该装置包括：
上层(UL)编码器，用于提供UL编码信号；
下层(LL)编码器，用于提供LL编码信号；以及
分层调制器，响应于所述UL编码信号和所述LL编码信号，提供符号序列用于发射；
其中所述分层调制器从径向类型信号星座中选择符号，其中所述径向类型星座是正交相移键控(QPSK)符号星座和二元相移键控(BPSK)符号星座的组合。
17、一种在接收机中使用的装置，该装置包括：
下变频器，用于提供接收信号；以及
分层解调器，利用符号的径向类型星座处理所述接收信号，以恢复上层(UL)数据和下层(LL)数据。
18、如权利要求17所述的装置，其中符号的所述径向类型星座是正交相移键控(QPSK)符号星座和二元相移键控(BPSK)符号星座的组合。
19、如权利要求17所述的装置，其中符号的所述径向类型星座包括在包括四个象限的信号空间中排列的多个符号，其中一个象限中的符号如此排列：对于位于圆圈的圆周上的每个符号，至少一个其他符号位于所述圆圈的半径上，该半径还与所述圆周上的所述符号相交。
20、如权利要求17所述的装置，其中符号的所述径向类型星座包括在包括四个象限的信号空间中排列的多个符号，其中一个象限中的符号如此排列：对于位于圆圈的圆周上的每个符号，至少一个其他符号实质上位于所述圆圈的半径上，该半径还与所述圆周上的所述符号相交。
21、一种在接收机中使用的装置，该装置包括：
下变频器，用于提供接收信号；以及
分层解调器，用于处理所述接收信号，以恢复上层(UL)数据和下层(LL)数据；
其中所述接收信号代表从符号的径向类型星座中选出的符号序列。
22、如权利要求21所述的装置，其中符号的所述径向类型星座包括在包括四个象限的信号空间中排列的多个符号，其中一个象限中的符号如此排列：对于位于圆圈的圆周上的每个符号，至少一个其他符号位于所述圆圈的半径上，该半径还与所述圆周上的所述符号相交。
23、如权利要求21所述的装置，其中符号的所述径向类型星座包括在包括四个象限的信号空间中排列的多个符号，其中一个象限中的符号如此排列：对于位于圆圈的圆周上的每个符号，至少一个其他符号实质上位于所述圆圈的半径上，该半径还与所述圆周上的所述符号相交。
24、一种机器可读的程序存储设备，其切实包含可由所述机器执行的指令的程序，以执行分层调制的方法步骤，这些步骤包括：
对上层信号使用正交相移键控(QPSK)符号星座；
对下层信号使用二元相移键控(BPSK)符号星座；以及
分层调制所述上层信号和所述下层信号，以提供符号序列用于发射；
其中，分层调制步骤如此组合所述QPSK符号星座和所述BPSK符号星座：从符号的径向类型QPSK-BPSK星座中选出所述符号序列。
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