TWI625955B - 合作式多媒體通訊方法及其系統 - Google Patents

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TWI625955B
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黃浩雲
蔡育仁
王晉良
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國立清華大學
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    • H04B7/15592—Adapting at the relay station communication parameters for supporting cooperative relaying, i.e. transmission of the same data via direct - and relayed path

Abstract

本發明揭露一種合作式多媒體通訊系統以及通訊方法，係包括：訊源節點，包括第一階層式調變星座圖，且訊源節點傳送第一訊號及第二訊號；中繼節點，包括保護性對調調變及第二階層式調變星座圖，且中繼節點調變接收第二訊號所解調取得之數據，以產生第三訊號，並傳送第三訊號；以及目的節點，係接收第一訊號及第三訊號以進行最佳化解碼。本發明設計一組最佳階層式調變星座圖分別給訊源節點以及中繼節點使用。

Description

合作式多媒體通訊方法及其系統
本發明係為一種合作式多媒體通訊方法及系統，特別是指一種在合作式多媒體通訊系統中，對中繼節點執行保護度調換的合作式多媒體通訊方法。
近年來，無線通訊技術的發展繼續朝向高傳輸率、高可靠度和高品質等趨勢發展，然而因為頻譜為有限且非再生資源，無線通訊技術的發展與可用頻譜息息相關，如何在有限的頻譜中突破無線通訊技術的瓶頸，是這幾年很重要的研究議題之一。因此，智慧型合作式網路的想法被提出，其目標為運用智慧型方式來有效率使用頻譜，並以合作方式同時提升系統容量與通訊品質；在傳統的無線通訊技術中，智慧型合作式網路由感知無線電(Cognitive Radio,CR)技術及合作式通訊(Cooperative Communications)結合而成，利用感知無線電技術提升頻譜使用效益，而合作式通信則可降低傳輸通道衰褪(Fading)的影響並提升通信容量，這兩技術的結合將可營造高效率的通訊環境。在下世代無線通訊系統中，可以預見的合作式通訊將會是重要的應用技術，以提升頻譜使用效益及系統容量。合作式通訊主要概念是利用中繼節點(Relay Node,R)來協助訊號傳輸，圖1 為習知技術中的合作式通訊基本架構。如圖1所示，習知技術中的合作式通訊基本架構1包含一訊源節點11(Source Node,S)、一中繼節點13以及一目的節點15(Destination Node,D)，其傳輸路徑可分成兩個時槽：(1)第一時槽T1：訊源節點11同時傳輸訊號給中繼節點13與目的節點15；(2)第二時槽T2：中繼節點13收到訊源節點11傳輸的訊號，經過信號處理後再將訊號傳送給目的節點15。因此訊號傳輸可以透過直接鏈路(Source-Destination)與中繼鏈路(Source-Relay-Destination)將訊號傳輸給目的節點15，由於訊號傳輸非經由單一鏈路，因此可以改善單一鏈路訊號嚴重衰褪(Deep Fading)的情況，進而達到合作分集增益(Cooperative Diversity Gain)的效果。
一般來說，合作式通訊系統的中繼節點13有下列幾種訊號處理方式，分別是(一)放大傳遞(Amplify-and-Forward,AF)：將所收到來自訊源節點11的訊號直接放大而傳送至目的節點15；(二)解碼傳遞(Decode-and-Forward,DF)：將所收到來自訊源節點11的訊號先行解碼，之後再重新編碼傳輸至目的節點；(三)壓縮傳遞(Compress-and-Forward,CF)：訊源節點11的訊號並沒有完全被重新解/編碼，而是利用適當的壓縮技術將中繼節點13所解出的資訊傳送給目的節點15。對於合作式通訊來說，現階段都是以半雙工(Half-Duplex)傳輸為主，缺點為需使用多個傳輸時槽以達到合作式通訊的概念，在與傳統通訊系統相較之下，降低了通道傳輸效率。近年來所發展許多編碼方法都可改善此缺點，例如網路編碼(Network Coding,NC)、階層式調變(Hierarchical Modulation,HM)等技術，皆可提升通道傳輸效率。
在下世代無線通訊系統中，可以預見的多媒體廣播服務將逐 漸增加而成為主要訊號流量，因此如何利用合作式通訊的概念來提升多媒體廣播傳輸效益，將會是一個非常重要且尚未被廣泛研究的議題；特別是階層式調變(Hierarchical Modulation,HM)為多媒體系統常用的調變技術，如何將合作式通訊與階層式調變結合以提升多媒體通訊的服務品質(Quality of Service)，也將會是研究重點。階層式調變技術就是因應多媒體通訊而提出的，它不同於一般的調變技術將所有資訊位元同等對待(亦即星座圖上的星座點呈現均勻分佈)，而是根據資訊位元的重要性來給予不同程度的傳輸保護，因此星座圖上的星座點呈現非均勻分佈。例如多媒體通訊的資訊位元區分為基礎(主要)位元(Base Bit)與精細(次要)位元(Refinement Bit)，階層式調變對於基礎(主要)位元給予較佳的調變保護(即是其調變錯誤距離較大)，而精細(次要)位元則給予較低的調變保護(即是其調變錯誤距離較小)；此乃是因為對於多媒體通訊而言，基礎(主要)位元是維持通訊絕對必需的，而精細(次要)位元雖可提升通訊品質，卻非絕對必需的。圖2說明4/16-QAM階層式調變之星座圖架構。請參照圖2，4/16-QAM階層式調變之星座圖2包括四個象限，分別為第一象限21、第二象限23、第三象限25以及第四象限27，每一象限包含四個星座點，單一星座點共傳送四個位元，每一星座點包括兩個基礎(主要)位元及兩個精細(次要)位元，而每一星座點的前二位元為基礎位元，後二位元為精細位元，以星座點211為例，前二位元“00”為基礎位元，後二位元“10”為精細位元，其他星座點可同理得知，因此單一星座點對於基礎(主要)位元或是精細(次要)位元而言，均為4-QAM調變符碼，然而整體而言，則為16-QAM調變符碼。例如傳送基礎(主要)位元為“00”且精細(次要)位元為“00”的符碼時，即傳送第一象限21中右上方的 星座點213。在階層式調變中，不同基礎(主要)位元星座點的距離為2d1而不同精細(次要)位元星座點的距離為2d2，原則上d1遠大於d2以確保基礎(主要)位元的傳輸品質，而調變參數λ=d2/(d1-d2)代表基礎(主要)位元與精細(次要)位元保護能力的比值，當值變小代表不同象限間的符碼距離增加，亦即基礎(主要)位元的保護能力增加，另一方面在同象限裡的符碼距離變小，代表精細(次要)位元的保護能力降低。透過階層式調變的使用，即使平均訊號品質較差的多媒體通訊用戶，仍可以成功解碼出基礎(主要)位元，而對於平均訊號品質較佳的多媒體通訊用戶而言，則可以同時成功解碼出基礎(主要)位元與精細(次要)位元，提升多媒體通訊的品質。
最近幾年，基於階層式調變合作式通訊系統已有初步研究成果，分別為(一)分析基於階層式調變之合作式通訊系統的錯誤率，在達到預設的基礎(主要)位元錯誤率(Bit Error Rate,BER)之下，挑選最佳的調變參數以得到最低的精細(次要)位元錯誤率；(二)在使用全雙工模式下，分析符碼錯誤率之上限界，並且設計最佳調變參數讓整體的符碼錯誤率能達到最低；(三)提出利用兩個不同的門檻(Threshold)讓中繼節點根據當時的訊雜比做比較，以決定中繼節點是否傳輸所有位元、只傳輸基礎(主要)位元或是不傳輸任何訊號，並且選擇最佳的門檻與調變參數讓位元錯誤率達到最低；(四)也有考慮中繼節點解碼後只傳輸精細(次要)位元給目的節點，以提升在目的節點之精細(次要)位元的解碼成功機率；(五)考慮單一中繼節點的環境下門檻選擇與調變參數最佳化的問題，以達到最大的合作分集增益；(六)適用於多中繼節點且彼此用獨立的傳輸通道環境下，提出一種低複雜度的聯合解碼方法。
然而，對於傳統階層式調變傳輸系統而言，對於基礎(主要)位元給予較佳的調變保護(即是其調變錯誤距離較大)，而精細(次要)位元則給予較低的調變保護(即是其調變錯誤距離較小)；此乃是因為對於多媒體通訊而言，基礎(主要)位元是維持通訊絕對必需的，而精細(次要)位元雖可提升通訊品質，卻非絕對必需的。但在下世代無線通訊系統中，可以預見的多媒體服務將逐漸增加而成為主要訊號流量，因此如何利用合作式通訊的概念來提升多媒體廣播傳輸效益，將會是一個非常重要且尚未被廣泛研究的議題，如何將合作式通訊與階層式調變結合以提升多媒體通訊的服務品質(Qualityof Service)，也將會是研究重點。基於傳統合作式通訊方法，訊源節點與中繼節點皆使用相同之星座圖進行訊號傳送，雖然基礎(主要)位元與精細(次要)位元皆能改善其接收效能，但對於原本調變保護度較低之精細(次要)位元而言，改善的程度有限。因此有習知技術考慮中繼節點解碼後只傳輸精細(次要)位元給目的節點，以提升在目的節點上精細(次要)位元的解碼成功機率，此方法雖然能大幅度改善精細(次要)位元的錯誤率，但是卻犧牲了基礎(主要)位元的合作分集增益(Cooperative Diversity Gain)。
基於上述習知技術之缺失，需要提供一種能有效改善多媒體傳輸精細(次要)位元之錯誤率並且保留基礎(主要)位元的合作分集增益(Cooperative Diversity Gain)的效益。在此構想之下，如何設計最佳之星座圖以及最佳調變參數能夠使多媒體傳輸效益達到最佳，乃是待解決的問題。
鑒於上述習知技術之缺點，本發明之合作式多媒體通訊方法包括以下步驟：具有一第一階層式調變星座圖的訊源節點調變具有不同保 護度的基礎位元及精細位元，且傳送一第一訊號及一第二訊號；具有保護度對調調變及一第二階層式調變星座圖的中繼節點調變接收第二訊號所解調之數據，以產生及傳送一第三訊號；以及藉由一目的節點接收該第一訊號及該第三訊號，以進行最佳化解碼。
再者，本發明亦提供一種合作式多媒體通訊系統，包括：一訊源節點，具有一第一階層式調變星座圖，調變具有不同保護度的基礎位元及精細位元，且傳送一第一訊號及一第二訊號；一中繼節點，具有保護度對調調變及一第二階層式調變星座圖，且調變接收第二訊號所解調之數據，以產生及傳送一第三訊號；以及一目的節點，接收該第一訊號及該第三訊號，以進行最佳化解碼。
1‧‧‧合作式通訊基本架構
11‧‧‧訊源節點
13‧‧‧中繼節點
15‧‧‧目的節點
2‧‧‧4/16-QAM階層式調變之星座圖
21、31、41、51‧‧‧第一象限
23、33、43、53‧‧‧第二象限
25、35、45、55‧‧‧第三象限
27、37、47、57‧‧‧第四象限
211、213‧‧‧星座點
3‧‧‧第一階層式調變星座圖
3310、3320、3330、3340‧‧‧基礎位元
3312、3322、3332、3342‧‧‧精細位元
4‧‧‧對調階層式調變星座圖
4310、4320、4330、4340‧‧‧精細位元
4312、4322、4332、4342‧‧‧基礎位元
5‧‧‧第二階層式調變星座圖
T1‧‧‧第一時槽
T2‧‧‧第二時槽
S61、S63、S65、S67‧‧‧步驟
S71、S73、S75‧‧‧步驟
圖1為習知技術中的合作式通訊基本架構的示意圖；圖2為4/16-QAM階層式調變之星座圖架構的示意圖；圖3為本發明一實施例的訊源節點使用之星座圖的示意圖；圖4為本發明一實施例的中繼節點保護度對調調變使用之星座圖的示意圖；圖5為本發明一實施例的中繼節點使用之最佳星座圖的示意圖；圖6為本發明一實施例之合作式多媒體通訊方法的流程圖；圖7為本發明一實施例之合作式多媒體通訊方法的另一流程圖；圖8為本發明一實施例的不同雜訊比與結合錯誤率之變化示意圖；以及 圖9為本發明另一實施例的不同雜訊比與結合錯誤率之變化示意圖。
以下係藉由特定的具體實施例說明本發明之實施方式，熟悉此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本發明之其他優點及功效。本發明亦可藉由其他不同的具體實例加以施行或應用，本發明說明書中的各項細節亦可基於不同觀點與應用在不悖離本發明之精神下進行各種修飾與變更。
並且，本說明書所附圖式繪示之結構、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示之內容，以供熟悉此技藝之人士瞭解與閱讀，並非用以限定本發明可實施之限定條件，故不具技術上之實質意義，任何結構之修飾、比例關係之改變或大小之調整，在不影響本發明所能產生之功效及所能達成之目的下，均應落在本發明所揭示之技術內容得能涵蓋之範圍內。
本發明提出一種基於階層式調變之合作式通訊系統架構。如圖1的合作式通訊基本架構所示，訊源節點11(在算式中以S表示)可以視為基地台，中繼節點13(在算式中以R表示)可為單一個或是多重節點之選擇，而目的節點15(在算式中以D表示)可為單一個接收端用戶或是多個接收端用戶。中繼節點13在第一時槽T1所接收來自訊源節點之第二訊號與目的節點15在第一時槽T1所接收來自訊源節點之第一訊號可表示為以及，其中，x S 為訊源節點11傳輸訊號，y SR 與y SD 分別為中繼節點13與目的節點15之接收訊號，E S 為符碼平均能量，h SR 與h SD 分別為S→R與S→D鏈路之通道係數(Channel Coefficient)，而n SR 與n SD 分別為中繼節點13與目的節點15之接收雜訊。假設中繼節點13採用解碼傳遞之訊號處理方式，將接收訊號解碼出來後並且根據循環冗餘校驗檢測解碼數據有無錯誤，無錯誤的話，中繼節點13將基礎(主要)位元與精細(次要)位元重新編碼並傳輸給目的節點15；如果有錯誤的話，中繼節點13則不傳輸訊號，以避免錯誤散播(Error Propagation)。因此在第二時槽T2，目的節點15所接收到來自中繼節點13之第三訊號可表示為，其中x R 為中繼節點13傳輸訊號，y RD 為目的節點15接收來自於中繼節點13之訊號，E R 為中繼節點13傳輸訊號之符碼平均能量，h RD 為R→D鏈路之通道係數，而n RD 為目的節點13之接收雜訊。其中通道係數為複數高斯分佈CN□(0,)，為i→j鏈路之平均通道功率增益，而接收雜訊亦為複數高斯分佈CN□(0,N 0)，N 0為雜訊之功率頻譜密度。最後，目的節點15根據自兩個不同時槽所接收的訊號，使用最大似然偵測(Maximum Likelihood(ML)Detector)，將基礎(主要)位元與精細(次要)位元解碼出來。
換言之，依據本發明之一實施例，本發明之合作式多媒體通訊系統包括：一訊源節點11，具有一第一階層式調變星座圖，調變具有不同保護度的基礎位元及精細位元，且傳送一第一訊號及一第二訊號；一中繼節點13，具有保護度對調調變及一第二階層式調變星座圖，且調變接收第二訊號所解調之數據，以產生及傳送一第三訊號；以及一目的節點15，接收第一訊號及第三訊號，以進行最佳化解碼。
依據本發明之一實施例，本發明之中繼節點13及目的節點15可為複數個。
為了提升多媒體通訊的服務品質，對於那些平均訊號品質較差的多媒體通訊用戶而言，勢必要利用中繼節點13的幫助進而提升其通訊品質(即是改善其精細(次要)位元的錯誤率)。因此，為了達到高品質通訊服務，本發明提出保護度對調調變的概念：在中繼節點13成功解調出訊源節點11傳送的訊號後，把解調訊號之基礎(主要)位元與精細(次要)位元位置互換(即是將基礎位元換為精細位元，以及將精細位元換為基礎位元)，換言之，即是其增加原精細(次要)位元的調變保護，降低基礎(主要)位元的調變保護，在經過重新編碼傳送至目的節點15。經此調變設計技術，可以大幅度改善其精細(次要)位元之錯誤率，可是在傳統基於階層式調變的合作式通訊技術研究中，中繼節點13採用與訊源節點11相同之星座圖映射進行訊號編碼；然而基於合作式通訊的特性，中繼節點13採用與訊源節點11相同之星座圖並非最佳的設計，特別是對於採用不同基礎(主要)位元/精細(次要)位元權重的多媒體廣播通訊而言。
基於保護度對調調變之概念下，為了更有效提升那些平均訊號品質較差的多媒體通訊用戶之服務品質，如何設計最佳星座圖給中繼節點13使用，是一個很重要的環節。根據往年對於合作式通訊的研究，當目的節點15收到兩個時槽傳送訊號，其精細(次要)位元成對錯誤概率之上限界可表示為，其中(r)表示精細(次要)位元；PEP (r)(x i →x j )表示收到訊號向量為x i 卻判別為x j 之錯誤機率；γ S 與γ R 為訊源節點11與中繼節點13之訊雜比；與為S→D與R→D鏈路之通道變異數。由上述式子可知精細(次要)位元錯誤率和訊源節 點與中繼節點所使用的星座圖中的不同星座點的歐式距離(Euclidean distance)相乘積有關(即是)，換句話說，若要使精細(次要)位元錯誤率達到有效改善，須從訊源節點11與中繼節點13星座圖中的星座點對應位置做設計。
為了符合現階段標準系統，我們選定標準階層式調變星座圖(符合格雷映射(Gray Mapping)特性)給訊源節點進行多媒體傳輸，為了使目的節點精細(次要)位元錯誤率能夠達到最佳化，其訊源節點之星座圖中任意鄰近精細(次要)位元的星座點，須在中繼節點所用的星座圖中有效地拉長其歐式距離。然而中繼節點所用星座圖亦須滿足階層式調變的基本概念(即同象限中不同星座點之前兩個位元必為相同)，因此只能在同象限裡之星座點進行位置設計，其設計的目標即是為了能有效地拉長其歐式距離，確保夠最大化其最小歐式距離相乘積。經過此設計出來的星座圖配對即為第一階層式調變與第二階層式調變，分別給予訊源節點11與中繼節點13使用。以下我們以4/16階層式調變星座圖為例，用來輔助說明星座圖設計結果，但本發明並不限制僅止於此實施例所使用的星座圖，亦可適用於任何階層式調變星座圖(譬如2/4-ASK、4/16-QAM、4/64-QAM等等)。
圖3說明本發明一實施例的訊源節點使用的星座圖。請參照圖3，訊源節點11使用標準4/16階層式調變星座圖3(符合格雷映射(Gray Mapping)特性)，其階層式調變星座圖3包括四個象限，分別為第一象限31、第二象限33、第三象限35以及第四象限37，每個象限皆包含四個星座點，而每個星座點皆由一基礎(主要)位元(每一星座點的前二位元)以及一精細(次要)位元(每一星座點的後二位元)所組成，以第二象限33中的星座點為 例，左上角的星座點包括基礎位元3310(位元為“10”)、精細位元3312(位元為“00”)，左下角的星座點包括基礎位元3320(位元為“10”)、精細位元3322(位元為“01”)，右上角的星座點包括基礎位元3330(位元為“10”)、精細位元3332(位元為“10”)，右下角的星座點包括基礎位元3340(位元為“10”)、精細位元3342(位元為“11”)，其他象限的星座點可同理推得。
圖4為本發明一實施例的中繼節點保護度對調調變使用之星座圖。請同時參照圖3及圖4，在本發明一實施例的中，假設中繼節點13使用與訊源節點11相同的星座圖進行編碼，中繼節點13先調整階層式調變星座圖3中的基礎位元變為精細位元，並調整階層式調變星座圖3中的精細位元變為基礎位元，以產生一對調階層式調變星座圖4，對調階層式調變星座圖4包括四個象限，分別為第一象限41、第二象限43、第三象限45以及第四象限47，每個象限中皆包含四個星座點，而每個星座點皆由一精細位元(每一星座點的前二位元)以及一基礎位元(每一星座點的後二位元)所組成，同樣以第二象限43中的星座點為例，左上角的星座點包括精細位元4310(位元為“10”)、基礎位元4312(位元為“00”)，左下角的星座點包括精細位元4320(位元為“10”)、基礎位元4322(位元為“01”)，右上角的星座點包括精細位元4330(位元為“10”)、基礎位元4332(位元為“10”)，右下角的星座點包括精細位元4340(位元為“10”)、基礎位元4342(位元為“11”)，其他象限的星座點可同理推得。
在完成保護度對調後(即調整階層式調變星座圖3中的基礎位元變為精細位元，並調整階層式調變星座圖3中的精細位元變為基礎位元)，其訊源節點11星座圖(如圖3所示)中任意兩個鄰近精細位元星座點與中 繼節點13星座圖(如圖4所示)中所對應之星座點的歐式距離相乘積皆為(例如：當訊源節點11傳送1010卻判斷為1000情況下，表示為1010/1000，其訊源節點11的階層式調變星座圖3中1010/1000的距離為；中繼節點13的對調階層式調變星座圖4中1010/0010(保護度對調後所對應之星座點)，如圖4所示的距離為，其歐式距離相乘積為。)
圖5說明本發明一實施例的中繼節點使用的最佳階層式調變星座圖(第二階層式調變星座圖)，即將圖4各象限中星座點經過位置對調設計所得。請參照圖5，最佳階層式調變星座圖5包括四個象限，分別為第一象限51、第二象限53、第三象限55以及第四象限57，每個象限皆包含四點星座點，而每個星座點皆由一精細位元(每一星座點的前二位元)以及一基礎位元(每一星座點的後二位元)所組成。
本發明在符合階層式調變架構下，所得到的最佳階層式調變星座圖5，能有效地拉長其歐式距離後，皆把訊源節點11同象限鄰近的精細位元，在中繼節點13端能夠拉長其歐式距離至，相較於未做星座點相對位置設計之對調階層式星座圖(即為圖四)，其歐式距離相乘積從擴展到，因此能夠大幅度改善其通訊品質。其圖三星座圖與圖五星座圖即為本發明所設計之最佳星座圖配對。
基於階層式調變的合作式通訊傳輸下，如果只是單純比較基礎(主要)位元與精細(次要)位元個別錯誤率的話，將會有失其公平性，對於不同傳輸機制下應該有不同的需求，且對於多媒體通訊傳輸而言，單純比 較個別錯誤率亦無實質意義。本發明之目的在於提升多媒體廣播服務整體用戶之通訊品質，特別是大部分用戶可能處於通道效應較差的通訊環境，為了讓這些用戶也能大幅度提升多媒體通訊品質，整合考慮所有相關位元錯誤率的方式來進行評估才是比較合理且適合的方式。目前習知技術有提出一種結合錯誤率(Combined BER,CB)的概念用來評斷整體系統傳輸的平均位元錯誤率，當使用M1/M2-QAM(例如4/16-QAM)調變時，其結合錯誤率式子為： 其中與為目的節點的基礎(主要)位元錯誤率與精細(次要)位元錯誤率，λ S 與λ R 分別是訊源節點11與中繼節點13的調變參數。假如當(M1,M2)=(4,16)，其係數，代表基礎(主要)位元與精細(次要)位元的數量相等，因此結合錯誤率將兩種位元視為具有相同的重要性，各佔50%。此種結合錯誤率的定義為根據不同類型位元的數目比例做為結合權重，但似乎有失考慮其主要性與次要性所代表的意涵。
有鑒於此，本發明提出另一種權重結合錯誤率(Weighted Combined BER,WCB)來分析以及衡量系統效能，其定義為 其中0.5 w 1 1,0 w 2 0.5,w 1+w 2=1，w 1與w 2代表基礎(主要)位元與精細(次要)位元在整個系統架構下所佔之重要性相關權重。本發明所提供之式子為較廣義的效能比較分析基準，可以依照多媒體通訊的特性，給予適當的權重w 1與w 2。若在給定w 1與w 2情況下，最佳調變參數的選擇形成一個最佳化問題，在最佳調變參數(,)的使用下，使平均之權重結合錯誤率能 夠達到最低，其最佳化問題可表示為 根據所使用的星座圖與系統參數，尋找最佳調變參數(,)以提升系統接收效能。
如圖6所示，本發明之合作式多媒體系統之通訊方法包括下列步驟S61-S67：步驟S61：提供一標準階層式星座圖作為一第一階層式調變星座圖；步驟S63：將標準階層式星座圖經由保護度對調以及星座點位置重新排列獲得一第二階層式調變星座圖；步驟S65：根據權重結合錯誤率，給予符合系統效能之權重，且決定一最佳調變參數；以及步驟S67：配置第一階層式調變星座圖與最佳調變參數給一訊源節點，並且配置第二階層式調變星座圖與最佳調變參數給一中繼節點。
簡而言之，如圖7所示，本發明之合作式多媒體系統之通訊方法包括下列步驟S71-S75：步驟S71：具有一第一階層式調變星座圖的訊源節點調變具有不同保護度的基礎位元及精細位元，且傳送一第一訊號及一第二訊號；步驟S73：具有保護度對調調變及一第二階層式調變星座圖的中繼節點調變接收第二訊號所解調之數據，以產生及傳送一第三訊號；以及步驟S75：藉由一目的節點接收第一訊號及第三訊號，以進行最佳化解碼。
依據本發明之一實施例，本發明之中繼節點及目的節點可為 複數個。
依據本發明之一實施例，本發明之階層式調變星座圖可適用任意類型星座圖，譬如2/4-ASK、4/16-QAM、4/64-QAM等等。
請參照圖8，圖8為在(,,)=(1,1,1)的通訊環境下，不同訊雜比(SNR)的權重結合錯誤率之變化圖，其中R-QPSK為習知技術所提出來的方法，當中繼節點成功解調出訊源節點傳送訊號後，只保留精細(次要)位元並進行編碼傳送。目的節點15利用第一時槽T1所接收訊號去解碼基礎(主要)位元，而精細(次要)位元則利用第二時槽T2所接收的訊號進行解碼；Modified R-QPSK則是把第一時槽T1與第二時槽T2所收到的訊號進行結合式最大似然偵測(Joint Maximum Likelihood(JML)Detector)方法去針對精細(次要)位元解碼。此外，本發明也提供傳統方法(Conventional Method)當作比較標準，其訊源節點11與中繼節點13皆用相同之星座圖進行編碼傳送。相較之下，本發明所提出的方法(在圖8中為本發明)，不但有效低降低精細(次要)位元之錯誤率並且保有基礎(主要)位元之分集增益，由圖可看出，本發明所提出的方法明顯優於其他方法。請參照圖9，圖9為在(,,)=(1,1,10)的通訊環境下，不同訊雜比(SNR)的權重結合錯誤率之變化圖，由圖9亦得到相同的結果，本發明所提出的方法明顯優於其他方法。
由上述內容可知，本發明提供一種合作式多媒體通訊系統及其方法，其利用保護度對調的概念，即是將訊源節點使用的階層式調變星座圖中的基礎位元變為精細位元以及精細位元變為基礎位元，並將保護度對調後的星座點作適當的位置對調，以產生給中繼節點使用的一第二階層 式調變星座圖，在經過第二階層式調變星座圖的調變之後，目的節點接收到的訊號中的精細位元具有最小化成對錯誤概率，即有效提升通訊品質。
在說明本發明之代表性範例時，本說明書已經提出操作本發明之該方法及/或程序做為一特定順序的步驟。但是，某種程度上該方法或程序並不會依賴此處所提出的特定順序的步驟，該方法或程序不應限於所述之該等特定的步驟順序。如本技藝專業人士將可瞭解，其它的步驟順序亦為可行。因此，在本說明書中所提出之特定順序的步驟不應被視為對於申請專利範圍之限制。此外，關於本發明之方法及/或程序之申請專利範圍不應限於在所提出順序中之步驟的效能，本技藝專業人士可立即瞭解該等順序可以改變，且仍維持在本發明之精神及範圍內。
熟習此項技藝者應即瞭解可對上述各項範例進行變化，而不致悖離其廣義之發明性概念。因此，應瞭解本發明並不限於本揭之特定範例，而係為涵蓋歸屬如後載各請求項所定義之本發明精神及範圍內的修飾。

Claims (12)

  1. 一種合作式多媒體通訊方法，係包括以下步驟：具有一第一階層式調變星座圖的訊源節點調變具有不同保護度的基礎位元及精細位元，且傳送一第一訊號及一第二訊號；具有保護度對調調變及一第二階層式調變星座圖的中繼節點調變接收該第二訊號所解調之數據，以產生及傳送一第三訊號；以及藉由一目的節點接收該第一訊號及該第三訊號，以進行最佳化解碼。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之合作式多媒體通訊方法，復包括以下步驟：根據權重結合錯誤率，給予符合系統效能之權重，且決定一最佳的調變參數。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之合作式多媒體通訊方法，其中，該中繼節點之該保護度對調調變將原基礎位元視為精細位元，以及將原精細位元視為基礎位元。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之合作式多媒體通訊方法，該第二階層式調變星座圖為由該第一階層式調變星座圖經由保護度對調調變以及星座點位置重新排列獲得，使得目的節點之具有相同基礎位元之不同精細位元具有最大化之最小歐式距離相乘積。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之合作式多媒體通訊方法，其中，該第一階層式調變星座圖為任意類型星座圖。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之合作式多媒體通訊方法，其中，該中繼節點及該目的節點為複數個。
  7. 一種合作式多媒體通訊系統，係包括：一訊源節點，具有一第一階層式調變星座圖，調變具有不同保護度的基礎位元及精細位元，且傳送一第一訊號及一第二訊號；一中繼節點，具有保護度對調調變及一第二階層式調變星座圖，且調變接收該第二訊號所解調之數據，以產生及傳送一第三訊號；以及一目的節點，接收該第一訊號及該第三訊號，以進行最佳化解碼。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之合作式多媒體通訊系統，其中，根據權重結合錯誤率，給予符合系統效能之權重，且決定一最佳的調變參數。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之合作式多媒體通訊系統，其中，該中繼節點之該保護度對調調變將原基礎位元視為精細位元，及將原精細位元視為基礎位元。
  10. 如申請專利範圍第7項所述之合作式多媒體通訊系統，該第二階層式調變星座圖為由該第一階層式調變星座圖經由保護度對調調變以及星座點位置重新排列獲得，使得目的節點之具有相同基礎位元之不同精細位元具有最大化之最小歐式距離相乘積。
  11. 如申請專利範圍第7項所述之合作式多媒體通訊系統，其中，該第一階層式調變星座圖為任意類型星座圖。
  12. 如申請專利範圍第7項所述之合作式多媒體通訊系統，其中，該中繼節點及該目的節點為複數個。
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