專利名稱：具有可變成組因子的分級的正交調(diào)幅傳輸系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及分級正交調(diào)幅傳輸系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
分級正交調(diào)幅(QAM)傳輸系統(tǒng)是公知的。例如，1999年10月12日授權(quán)給Ramaswamy的美國專利5966412號，公布了可與老式的四相相移鍵控(QPSK)接收機后向兼容的調(diào)制系統(tǒng)，同時為提供更高的數(shù)據(jù)速率或更精確的數(shù)據(jù)，還允許更先進的接收機接收附加數(shù)據(jù)流。圖1說明了在該專利中公布的分級QAM傳輸系統(tǒng)的方框圖。圖1公布了數(shù)據(jù)發(fā)送機100，其通過一個傳輸信道200連接到一個數(shù)據(jù)接收機300。
在圖1中，第一輸入端子DATA1連接到第一數(shù)據(jù)信號源(未示出)，第二輸入端子DATA2連接到第二數(shù)據(jù)信號源(未示出)。第一和第二數(shù)據(jù)信號可表示分離和獨立的數(shù)據(jù)，或表示相關(guān)的數(shù)據(jù)信號，如承載同一數(shù)據(jù)信號的各個部分(用于增加傳輸系統(tǒng)的吞吐量)或同一數(shù)據(jù)信號的基本數(shù)據(jù)部分和補充數(shù)據(jù)部分(如以下將詳細描述的，用于發(fā)送改進的信號同時保持與現(xiàn)有老式接收機的后向兼容性)。第一輸入端子DATA1連接到第一誤碼檢測/校正編碼器102的輸入端子。第一編碼器102的輸出端子連接到級別1 QPSK調(diào)制器104的輸入端子。級別1 QPSK調(diào)制器104的輸出端子連接到信號組合器106的第一輸入端子。
第二輸入端子DATA2連接到第二誤碼檢測/校正編碼器108的輸入端子。第二編碼器108的輸出端子連接到級別2 QPSK調(diào)制器110的輸入端子。級別2 QPSK調(diào)制器110的輸出端子連接到具有增益G的可變增益放大器111的輸入端子。可變增益放大器111的輸出端子連接到信號組合器106的第二輸入端子。信號組合器106的輸出端子產(chǎn)生組合的調(diào)制信號并連接到傳輸信道200。在例舉的實施例中這個信道是一個直接衛(wèi)星電視信號發(fā)送系統(tǒng)，以及該傳輸信道包括發(fā)送機100所處的地面發(fā)送站(被一個虛的發(fā)送天線表示)、一個用于接收地面站的數(shù)據(jù)以及將該數(shù)據(jù)向多個地面接收站再廣播的通信衛(wèi)星(未示出)、其中一個地面接收站在圖1中被例舉為接收站300，用于接收并處理再廣播的數(shù)據(jù)信號，用一個虛的接收天線來說明。
傳輸信道200的輸出連接到級別1 QPSK解調(diào)器302的輸入端子。級別1QPSK解調(diào)器302的輸出端子分別連接到第一誤碼檢測/校正解碼器304的輸入端子和延遲電路306。第一解碼器304的輸出端子連接到輸出DATA1′以及再編碼器308的輸入端子。再編碼器308的輸出端子連接到減法器310的減數(shù)輸入端子。延遲電路306的輸出端子連接到減法器310的被減數(shù)輸入端子。減法器310的差分輸出端子連接到第二誤碼檢測/校正解碼器312的輸入端子。第二解碼器312的輸出端子連接到第二數(shù)據(jù)輸出端子DATA2′。
在操作中，第一編碼器102編碼第一數(shù)據(jù)信號DATA1，以公知的方式提供誤碼檢測/校正能力。編碼器/解碼器對102/304、108/312可以采用任何公知的誤碼檢測/校正碼，并且如上述提到的專利中所述的，那些碼可被級聯(lián)在一起。第一編碼器102產(chǎn)生表示編碼后的第一數(shù)據(jù)信號DATA1的編碼的比特流。級別1調(diào)制器104處理兩個編碼的數(shù)據(jù)比特的連續(xù)組，每組被稱作一個碼元(symbol)，以公知的方式產(chǎn)生處于四個象限的一個象限內(nèi)的QPSK信號。相似地，第二編碼器108編碼第二數(shù)據(jù)信號DATA2，以公知的方式提供誤碼檢測/校正能力。級別2調(diào)制器110處理兩個編碼的數(shù)據(jù)比特的組，也產(chǎn)生處于四個象限的一個象限內(nèi)的QPSK信號。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解附加的數(shù)據(jù)信號(DATA3等)可分別被附加的編碼器進行誤碼檢測/校正編碼，并且附加的調(diào)制器(級別3等)響應(yīng)附加的兩個編碼的數(shù)據(jù)比特的組分別產(chǎn)生附加的QPSK信號。對來自級別1調(diào)制器104的QPSK信號給定加權(quán)值1；來自級別2調(diào)制器110的QPSK信號被可變增益放大器111給定加權(quán)值或增益0.5；第三加權(quán)值0.25等等。然后，所有加權(quán)的QPSK信號被信號組合器106組合為一個單獨的調(diào)制信號并通過傳輸信道200被發(fā)送。
級別1 QPSK調(diào)制器104響應(yīng)來自第一編碼器102的兩個編碼的數(shù)據(jù)比特的組，使得組合的信號處于四個象限中的一個以內(nèi)。可以考慮將每個象限依次分為四個子象限。級別2 QPSK調(diào)制器110響應(yīng)來自第二編碼器108的兩個輸入數(shù)據(jù)比特的組，使得組合的信號處于級別1 QPSK調(diào)制器104所選擇的象限內(nèi)的一個子象限內(nèi)。還可以考慮將那個子象限分為四個子-子象限，響應(yīng)來自第三編碼器(未示出)的兩個輸入數(shù)據(jù)比特的組，使得組合的信號處于那些子-子象限中的一個以內(nèi)，等等。
老式接收機(圖1中由虛線300′示出)僅包括級別1 QPSK解調(diào)器302，它可以檢測接收到的信號在I-Q平面中所處的位置。從那個信息中，誤碼檢測/校正解碼器304可以在接收的第一數(shù)據(jù)流中確定相應(yīng)的兩個編碼的比特。該誤碼檢測/校正解碼器304還可以校正由傳輸信道引入的任何誤碼，以產(chǎn)生表示原始的第一數(shù)據(jù)信號DATA1的接收的數(shù)據(jù)信號DATA1′。因此，在存在附加的調(diào)制數(shù)據(jù)信號DATA2(DATA3等)的情況下，這樣的接收機可以正確地接收、解碼、以及處理第一數(shù)據(jù)信號DATA1。級別2 QPSK調(diào)制器包括的信號簡單地被看做是對于這樣的接收機的噪聲。
另一方面，更先進的接收機300可以檢測接收的調(diào)制信號處于哪個象限內(nèi)，以及因此可以接收、解碼、以及處理表示第一數(shù)據(jù)信號DATA1的兩個數(shù)據(jù)比特的連續(xù)組。先進的接收機中的再編碼器308然后再生成處于所指出象限中間位置的理想信號，將其從接收的調(diào)制信號中減去。這個操作將發(fā)送的信號象限的中心變換為原點。剩下的是被0.5加權(quán)的、表示第二數(shù)據(jù)信號DATA2的QPSK調(diào)制信號。這個信號然后被第二解碼器312解碼，以確定該信號處于哪個子象限內(nèi)，指出相應(yīng)那個信號的兩個比特的組。表示第二數(shù)據(jù)信號DATA2的兩個數(shù)據(jù)比特的連續(xù)組這樣被接收、解碼并處理等等。這樣一個傳輸系統(tǒng)通過調(diào)制與被看做是許用碼元的星座(constellation)正交的載波而運行，是一種正交幅度調(diào)制(QAM)的形式。這樣的系統(tǒng)被稱作分級QAM傳輸系統(tǒng)，因為它可被用于發(fā)送其它級別的數(shù)據(jù)信號，或發(fā)送單個信號內(nèi)的其它級別的詳細內(nèi)容，同時保持與老式接收機的后向兼容性。
圖2a是如上述提到的專利中所例舉的，在分級16QAM傳輸系統(tǒng)的許用碼元的I-Q平面內(nèi)的星座圖。在圖2a中，兩個比特的第一組確定了產(chǎn)生的碼元處于哪個象限內(nèi)。如果第一組兩個比特是“00”，那么碼元處于右上手象限內(nèi)，級別1調(diào)制器104產(chǎn)生I＝1和Q＝1的I-Q信號；如果第一組兩個比特是“01”，那么碼元處于左上手象限內(nèi)，級別1調(diào)制器104產(chǎn)生I＝-1和Q＝1的I-Q信號；如果第一組兩個比特是“10”，那么碼元處于右下手象限內(nèi)，級別1調(diào)制器104產(chǎn)生I＝1和Q＝-1的I-Q信號；如果第一組兩個比特是“11”，那么碼元處于左下手象限內(nèi)，級別1調(diào)制器104產(chǎn)生I＝-1和Q＝-1的I-Q信號。這在圖2a中由相關(guān)象限中間的適當比特對指出。
如上所述，考慮將每個象限如圖2a中的右上手象限中所示的那樣分為四個子象限。第二組兩個比特確定了碼元處于哪個子象限內(nèi)。正如上述的確定象限一樣，相同的映象用于確定子象限。即，如果第二組兩個比特是“00”，那么碼元處于右上手子象限內(nèi)，級別2調(diào)制器產(chǎn)生I＝1和Q＝1的I-Q信號；如果第二組兩個比特是“01”，那么碼元處于左上手子象限內(nèi)，級別2調(diào)制器產(chǎn)生I＝-1和Q＝1的I-Q信號；如果第二組兩個比特是“10”，那么碼元處于右下手子象限內(nèi)，級別2調(diào)制器產(chǎn)生I＝1和Q＝-1的I-Q信號；以及如果第二組兩個比特是“11”，那么碼元處于左下手子象限內(nèi)，級別2調(diào)制器產(chǎn)生I＝-1和Q＝-1的I-Q信號?？勺冊鲆娣糯笃?11(圖1的)用加權(quán)值0.5加權(quán)來自級別2調(diào)制器110的信號，于是子象限中的點處于圍繞象限的中心點±0.5的位置。在圖2a中每個這些位置被示出為實心的圓圈，用四比特二進制數(shù)表示兩個比特的第一和第二組的組合，第一組兩個比特是右手的一對比特以及第二組兩個比特是左手的一對比特。
我們知道通過如上所述的分級QAM系統(tǒng)的不同級別的各個數(shù)據(jù)流的誤碼率水平是不同的。一般級別1數(shù)據(jù)流的誤碼率好于級別2(以及更高級別)數(shù)據(jù)流的誤碼率。然而，當通過不同級別的各個數(shù)據(jù)流的誤碼率相同時，分級QAM系統(tǒng)的總的性能是最優(yōu)的。因此，不僅需要優(yōu)化傳輸系統(tǒng)的總誤碼率，而且還要使傳輸系統(tǒng)中的不同級別的各個誤碼率更接近地匹配。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明者認識到通過改變一個象限(或子象限)內(nèi)的發(fā)送的星座數(shù)據(jù)點的間距，可以改變級別1和級別2數(shù)據(jù)流的相關(guān)誤碼率水平。為更接近地匹配級別1和級別2數(shù)據(jù)流的誤碼率水平設(shè)置該間距。
依照本發(fā)明的原理，QAM傳輸系統(tǒng)包括級別1和級別2數(shù)據(jù)流源，每個數(shù)據(jù)流承載連續(xù)的碼元。連接到級別1和級別2數(shù)據(jù)流源的分級QAM發(fā)送機，產(chǎn)生分級的QAM信號，其中，級別1碼元由I-Q平面中的四個象限的一個象限中的數(shù)據(jù)點表示，級別2碼元由圍繞在包含級別1數(shù)據(jù)點的象限的中心點的四個子象限的一個內(nèi)的數(shù)據(jù)點表示。級別2數(shù)據(jù)點被成組因子從中心點偏離，以更加接近地匹配級別1和級別2數(shù)據(jù)流的誤碼率水平。


圖1是依照本發(fā)明的原理的傳輸系統(tǒng)的方框圖。
圖2是說明分級16QAM傳輸系統(tǒng)的許用碼元的星座圖。
圖3a和c是圖1所示的傳輸系統(tǒng)的各個部分的更詳細的方框圖，并還包括一個格雷碼映象器，以及圖3b是包含控制格雷碼映象器的操作的數(shù)據(jù)表。
圖4是圖1中所示的傳輸系統(tǒng)的一部分的更詳細的方框圖，用于說明不同級別的不同誤碼檢測/校正碼的操作。
圖5是接收的星座圖，以及圖6是由傳輸信道引起失真的所接收的星座的一個象限的圖。
圖7是用于確定所接收的數(shù)據(jù)點星座的象限的重心的電路的方框圖。
詳細描述圖3a和c是圖1所示的傳輸系統(tǒng)的各個部分的更詳細的方框圖，并還包括一個格雷碼映象器，以及圖3b是例舉圖3a和c中說明的格雷碼映象器的操作的表。首先參考圖2b，例舉了其中所有位置的相鄰的點表示其數(shù)據(jù)值僅一個比特位置不同的數(shù)據(jù)值的星座圖。為產(chǎn)生這個星座，在編碼的級別2數(shù)據(jù)信號中的兩比特組對于子象限中位置的映象依賴于子象限處于哪個象限內(nèi)。圖2b中的右上手象限(00)與圖2a中的右上手象限相同。然而，在左上手象限中左右列被交換。在右下手象限中上下行被交換，以及在左下手象限中左右手的列和上下行被交換。這可由在調(diào)制編碼的第二數(shù)據(jù)信號DATA2之前，由發(fā)送機100中的簡單映象操作、然后由在所接收的編碼的第二數(shù)據(jù)信號被解調(diào)之后，在接收機300中執(zhí)行簡單的解映象操作來執(zhí)行。
在圖3a中，說明了發(fā)送機100的一部分。級別1碼元(來自圖1的第一編碼器102的兩個比特)分別連接到級別1調(diào)制器104和格雷碼映象器112的多個輸入端子。來自級別1調(diào)制器104的同相(I)信號連接到第一加法器106(I)的第一輸入端子，以及來自級別1調(diào)制器104的正交(O)信號連接到第二加法器106(Q)的第一輸入端子。第一加法器106(I)和第二加法器106(Q)的組合形成了圖1的信號組合器106。級別2碼元(來自第二編碼器108的兩個比特)連接到級別2調(diào)制器110的輸入端子。級別2調(diào)制器110的I輸出端子連接到格雷碼映象器112的I輸入端子，級別2調(diào)制器110的Q輸出端子連接到格雷碼映象器112的Q輸入端子，格雷碼映象器112的I輸出端子連接到第一加法器106(I)的第二輸入端子，以及格雷碼映象器112的Q輸出端子連接到第二加法器106(Q)的第二輸入端子。為簡化圖，沒有示出具有0.5的衰減因子的、并連接在格雷碼映象器112和信號組合器106之間的可變增益放大器111。
在操作中，被兩個編碼的數(shù)據(jù)比特的組表示的級別1碼元被從級別1編碼器102(圖1)接收。級別1碼元被級別1調(diào)制器104進行QPSK調(diào)制，以公知的方式產(chǎn)生表示調(diào)制信號的象限的一組I和Q分量的信號。例如，如果碼元是0，即兩比特是00，那么指定右上手象限(I＝1，Q＝1)；如果碼元是1，即兩比特是01，那么指定左上手象限(I＝-1，Q＝1)；如果碼元是2即兩比特是10，那么指定右下手象限(I＝1，Q＝-1)；如果碼元是3即兩比特是11，那么指定左下手象限(I＝-1，Q＝-1)。以相似的方式，級別2碼元由級別2調(diào)制器110進行QPSK調(diào)制，以公知的方式產(chǎn)生表示調(diào)制信號的子象限的一組I和Q分量信號。級別2調(diào)制器與級別1調(diào)制器104以完全相同的方式產(chǎn)生調(diào)制信號，即如果兩比特是00(0)，那么指定右上手子象限(I＝1，Q＝1)；如果兩比特是01(1)，那么指定左上手子象限(I＝-1，Q＝1)；如果兩比特是10(2)，那么指定右下手子象限(I＝1，Q＝-1)；如果兩比特是11(3)，那么指定左下手子象限(I＝-1，Q＝-1)。這個調(diào)制的信號然后被0.5加權(quán)(未示出)。
從這兩個調(diào)制信號的組合的得到的星座如圖2a所示。格雷碼映象器112操作來自級別2調(diào)制器110的I和Q信號以產(chǎn)生圖2b中所示的星座圖。圖3b是格雷碼映象器112所使用的映象表。如果級別1碼元是0，指定右上手象限，那么子象限不改變，即來自級別2調(diào)制器的I和Q輸出信號不改變。因此，I輸出信號即來自格雷碼映象器112的Iout與I輸入信號Iin相同(Iout＝Iin)，以及Q輸出信號即來自格雷碼映象器112的Qout與Q輸入信號Qin相同(Qout＝Qin)。如果級別1碼元是1，指定左上手象限，那么，參考圖2，列被交換。即正的I值變?yōu)樨摰?，反之亦然。因此，當級別1碼元是1時，I輸出信號是I輸入信號的相反值(Iout＝-Iin)，同時Q輸出信號是Q輸入信號的相反值(Qout＝-Qin)。如果級別1碼元是2，指定右下手象限，那么，行被交換。即正的Q值變?yōu)樨摰?，反之亦然。因此，當級別1碼元是2時，I輸出信號與I輸入信號相同(Iout＝Iin)，同時Q輸出信號是Q輸入信號的相反值(Qout＝-Qin)。如果級別1碼元是3，指定左下手象限，那么，行和列都被交換，即正的I值變?yōu)樨摰?，正的Q值變?yōu)樨摰?，反之亦然。因此，當級別1碼元是3時，I輸出信號是I輸入信號的相反值(Iout＝-Iin)，同時Q輸出信號是Q輸入信號的相反值(Qout＝-Qin)。格雷碼映象器112提供這個功能。從格雷碼映象器112得到的I和Q值如上所述用0.5的加權(quán)值加權(quán)(為簡化未示出)并被信號組合器106用表示級別1碼元的I和Q值組合。所得的星座圖示于圖2b中。
這樣的映象在使用相似的格雷碼映象器的接收機300中是可逆的。圖3cs示出了包括這樣一個格雷碼映象器314的接收機300的一部分。在圖3c中，再編碼器308的輸出端子連接到格雷碼映象器314的輸入端子。來自減法器310(圖1)的I信號連接到格雷碼映象器314的I輸入端子，以及減法器310的Q信號連接到格雷碼映象器314的Q輸入端子。格雷碼映象器314的I輸出端子連接到第二解碼器312的I輸入端子，格雷碼映象器314的Q輸出端子連接到第二解碼器312的Q輸入端子。
在操作中，再編碼器308產(chǎn)生理想的表示所接收的級別1碼元的信號。即，如果接收的級別1信號被確定是處于右上手象限中的任何位置，那么再編碼器308產(chǎn)生值為0的信號；如果是在左上手象限中的任何位置，則產(chǎn)生值為1的信號；如果是在右下手象限中的任何位置，則產(chǎn)生值為2的信號；如果是在左下手象限中的任何位置，則產(chǎn)生值為3的信號。這個碼元被提供給格雷碼映象器314。來自減法器310的I和Q信號分別被格雷碼映象器314以上述以及圖3b中例舉的方式處理，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將懂得接收機300中的格雷碼映象器314與圖3a中的格雷碼映象器112以相同的方式操作，并將執(zhí)行在發(fā)送機100中所執(zhí)行的相反功能。
在發(fā)送機100和接收機300中使用格雷碼映象器(112和312)允許以圖3a有關(guān)的上述方式使用圖2b中例舉的星座圖。使用上述的格雷碼映象功能的傳輸系統(tǒng)，為產(chǎn)生相鄰的、僅不超過一個比特不同的星座，將增加系統(tǒng)的誤碼率。防真已經(jīng)示出使用如上所述的格雷編碼將級別2比特誤碼數(shù)減少一半。這在信號噪聲比(SNR)中提供了大約1/4dB的附加裕量。這個改進雖不很大但與其它改善一起總體上改進了傳輸系統(tǒng)的性能。
圖4是圖1中所示的傳輸系統(tǒng)的一部分的更詳細的方框圖，其例舉了不同級別的不同誤碼檢測/校正碼的操作。如上所述，由于衛(wèi)星廣播系統(tǒng)中所應(yīng)用的非線性高功率放大器所帶來的在更高級別的調(diào)制中的星座點之間的距離的壓縮，QPSK調(diào)制的不同級別受到不同程度的惡化。更明確地，在分級調(diào)制的高級別比低級別更頻繁地出現(xiàn)比特錯誤。為更接近地匹配級別1和級別2信號的誤碼率，在各個數(shù)據(jù)流中使用具有不同性能特征的誤碼檢測/校正碼。更明確地，將在高級別的數(shù)據(jù)流中使用功能更強的誤碼檢測/校正編碼，同時在低級別的數(shù)據(jù)流中使用功能較弱的誤碼檢測/校正編碼。這將優(yōu)化傳輸系統(tǒng)的整體性能和信息傳輸容量。
在圖4中，與圖1中例舉的相同的部件被用相同的參考標號表示，并在下文中不再進行詳細描述。在圖4中，發(fā)送器100中的第一誤碼檢測/校正編碼器102被分為一個外部編碼器102(O)和一個內(nèi)部編碼器102(I)。相似地，第二誤碼檢測/校正編碼器108被分為一個外部編碼器108(O)和一個內(nèi)部編碼器108(I)。以相應(yīng)的方式，接收機300中的第一誤碼檢測/校正解碼器304被分為一個外部解碼器304(O)和一個內(nèi)部解碼器304(I)。相似地，第二誤碼檢測/校正解碼器312被分為一個外部解碼器312(O)和一個內(nèi)部解碼器312(I)。如在上述專利文件中公布的，外部編碼器/解碼器對采用如漢明碼、哈達馬碼、循環(huán)碼以及里德-索羅門(RS)碼的塊編碼技術(shù)，同時內(nèi)部編碼器/解碼器對采用卷積碼。
在圖4中，用于級別2數(shù)據(jù)流的編碼比用于級別1數(shù)據(jù)流的編碼功能強得多。更明確地，用在級別2數(shù)據(jù)流的內(nèi)部編碼器/解碼器對中的卷積碼比用在級別1數(shù)據(jù)流的內(nèi)部編碼器/解碼器對中的卷積碼功能強得多。例如，在優(yōu)選實施例中，處理級別1數(shù)據(jù)流的第一內(nèi)部編碼器/解碼器對采用速率1/2約束長度7的卷積碼刪截至速率。處理級別2數(shù)據(jù)流的第二內(nèi)部編碼器/解碼器采用速率1/2約束長度7的無刪截卷積碼。級別2數(shù)據(jù)流的編碼比級別1數(shù)據(jù)流的編碼功能更強。這更接近地匹配級別1和級別2數(shù)據(jù)流的誤碼率水平，并整體上優(yōu)化了傳輸系統(tǒng)的性能。
如上所述以及圖1中例舉的，級別1解調(diào)器302和解碼器304共同用于檢測來自接收的星座的DATA1信號。然后來自再編碼器308的表示這個檢測到的DATA1信號的重構(gòu)理想信號被從所接收的星座中減去，并理想地導(dǎo)致所接收的星座的轉(zhuǎn)換以形成檢測象限內(nèi)的子象限的另一個星座。然而，這個轉(zhuǎn)換操作是非常容易受到接收的象限的實際“中心點”和再編碼器308假設(shè)的理想中心點(從級別1星座的原點偏離±1)之間的任何不匹配的影響。任何在所接收的星座和理想星座之間的大小的不匹配導(dǎo)致接收象限的實際中心點偏離假設(shè)的中心點，以及當再編碼器308和減法器310轉(zhuǎn)換所接收的星座時，導(dǎo)致偏離子象限的實際中心點偏離第二解碼器312假設(shè)的原點。因此，為了將子象限的中心點放在正確的位置(原點)以被第二解碼器312準確解碼，必須正確地調(diào)配接收信道的增益。
在已知的傳輸系統(tǒng)中，系統(tǒng)的增益通過比較接收的數(shù)據(jù)點星座和已知的理想數(shù)據(jù)點星座來確定。然而，與以這種增益的準確保持相關(guān)有幾個問題。首先，在一些傳輸系統(tǒng)中，星座點的位置也許被故意地偏離它們的理想位置。所得到的星座沒有如圖2中例舉的等間距的點。第二，傳輸信道不是恒定的，也許有總量可變的非線性噪聲。為確定象限的中心點的位置以及系統(tǒng)的增益，在這樣的系統(tǒng)中，確定象限中所有數(shù)據(jù)點的重心。
圖7是用于確定所接收的數(shù)據(jù)點星座的象限的重心的電路的方框圖。在圖7中，旋轉(zhuǎn)器321接收表示從級別1解調(diào)器302(圖1)的連續(xù)接收數(shù)據(jù)點的I和Q分量的I和Q值。旋轉(zhuǎn)器321的I輸出端子連接到I低通濾波器(LPF)320的輸入端子。旋轉(zhuǎn)器321的Q輸出端子連接到Q低通濾波器322的輸入端子。I和Q LPFs 320和322的各自輸出端子連接到幅值計算電路324的相應(yīng)輸入端子。幅值計算電路324的輸出端子連接到再編碼器308。
操作中，旋轉(zhuǎn)器321以公知的方式將無論哪個象限內(nèi)接收的值旋轉(zhuǎn)到右上手象限。圖5是所接收的星座圖并示出了多個連續(xù)接收的調(diào)制數(shù)據(jù)點的位置。該接收數(shù)據(jù)點在所有四個象限中，在各個接收的星座點所假設(shè)的位置附近形成散點。圖6是所接收的星座的右上手象限的圖，其中星座所有的數(shù)據(jù)點被旋轉(zhuǎn)器321旋轉(zhuǎn)至這個象限。圖6中例舉的象限表示具有已經(jīng)被發(fā)送的星座點的故意預(yù)失真和/或由傳輸信道200操作引起的失真的星座圖。
來自旋轉(zhuǎn)器321的被旋轉(zhuǎn)的數(shù)據(jù)點的I分量用n點的滑動平均值在LPF320中進行了低通濾波。在例舉的實施例中，該滑動平均值使用前述的500數(shù)據(jù)點計算。來自旋轉(zhuǎn)器321的被旋轉(zhuǎn)的數(shù)據(jù)點的Q分量也被用滑動平均值類似地進行了低通濾波。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解低通濾波器320、322也可以使用各自的IIR數(shù)字濾波器構(gòu)建。低通濾波操作產(chǎn)生各個象限中接收數(shù)據(jù)點的重心的I和Q分量。在幅值計算電路324中計算重心的幅值估算值。例如，如果ri[n]是被濾波的同相I組成，以及rq[n]是被濾波的正交Q分量，那么重心的幅值被計算為M=ri[n]2+rq[n]2.]]>重心的幅值M的大小理想的應(yīng)為2=1.4.]]>響應(yīng)計算的重心的幅值M而調(diào)整來自再編碼器308的理想重構(gòu)信號的幅值。通過正確地調(diào)整來自再編碼器308的理想重構(gòu)信號的幅值，各個接收的象限的中心將被減法器310正確地轉(zhuǎn)換為原點，并允許到級別2以及更高級別數(shù)據(jù)信號的正確解碼。
圖7例舉的電路將獨立操作，與傳輸方法是否線性或非線性無關(guān)。存在預(yù)失真?zhèn)鬏斝亲蚍菢藴食山M因子時，它也能正確操作(以下將詳細描述)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)當用于經(jīng)過線性信道的分級16QAM傳輸系統(tǒng)時，與原來的關(guān)于確切的象限中心位置比較，該電路實際上工作良好沒有明顯的惡化。該電路在存在噪聲特別是如在直接衛(wèi)星電視信號傳輸系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)的存在非線性信道帶來的信道失真時，也操作良好。這樣的電路改進了高級別數(shù)據(jù)流的性能因此改進了傳輸系統(tǒng)的整體性能。
再參考圖1，在公知的分級QAM傳輸系統(tǒng)中，級別2調(diào)制器110產(chǎn)生的星座在可變增益放大器111中被因子0.5加權(quán)后，在信號組合器106中與級別1調(diào)制器104產(chǎn)生的星座組合。該加權(quán)因子0.5被稱作成組因子并是可變的以改變級別1和級別2數(shù)據(jù)流的相關(guān)性能，如以下將詳細描述的。參考圖2a，所得的星座由等間距的星座點組成。如上所述，這樣的排列導(dǎo)致了在該傳輸系統(tǒng)中，級別1數(shù)據(jù)流的關(guān)于誤碼率的性能好于級別2數(shù)據(jù)流。通過改變該成組因子，級別1和級別2數(shù)據(jù)流的相關(guān)性能可以更加接近匹配。
參考圖8a，可變放大器(圖1的111)的增益被調(diào)節(jié)為0.3。所得的星座點與象限的中心點僅間距0.3。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認識到在圖8a中例舉的星座與圖2a中例舉的星座相比，象限中的星座點距離其它象限的星座點更遠。相反，象限內(nèi)的星座點比圖2a中例舉的更近地聚在一起。這樣的系統(tǒng)允許正確地確定級別1數(shù)據(jù)信號所在的象限，代價是不很正確地確定級別2數(shù)據(jù)信號在象限內(nèi)的星座點，因此，與圖2a的系統(tǒng)相比，增加了級別1數(shù)據(jù)流的性能而減弱了級別2數(shù)據(jù)流的性能。
參考圖8b，可變放大器(圖1的111)的增益被調(diào)節(jié)為0.7。結(jié)果星座點與象限的中心點間距0.7。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認識到在圖8b中例舉的星座與圖2a中例舉的星座相比，象限中的星座點距離其它象限的星座點更近。相反，象限內(nèi)的星座點比圖2a中例舉的更遠地分開。這樣的系統(tǒng)允許更正確地確定級別2數(shù)據(jù)信號在象限內(nèi)的星座點，代價是不很正確地確定級別1數(shù)據(jù)信號所在的象限，因此，與圖2a的系統(tǒng)相比，增加了級別2數(shù)據(jù)流的性能而減弱了級別1數(shù)據(jù)流的性能。
通過正確地設(shè)置可變增益放大器111(圖1)的增益，每群星座點的成組可優(yōu)化放置以更加接近匹配級別1和級別2數(shù)據(jù)流的性能。已經(jīng)確定對于通過非線性直接衛(wèi)星電視信道發(fā)送的16QAM傳輸系統(tǒng)，成組因子大約0.6至0.7將更加接近匹配級別1和級別2數(shù)據(jù)流的性能。這作為一個整體將增加傳輸系統(tǒng)的總體性能。
權(quán)利要求
1.一種QAM傳輸系統(tǒng)，包括級別1和級別2數(shù)據(jù)流源，每個數(shù)據(jù)流承載連續(xù)的碼元(symbol)；以及連接到級別1和級別2數(shù)據(jù)流源的分級QAM發(fā)送機，用于產(chǎn)生分級的QAM信號，其中，級別1碼元被I-Q平面中的四個象限的一個象限中的數(shù)據(jù)點表示，以及級別2碼元被圍繞在包含級別1數(shù)據(jù)點的象限的中心點的四個子象限的一個內(nèi)的數(shù)據(jù)點表示，其中，級別2數(shù)據(jù)點被成組因子從中心點偏離，以更加接近匹配級別1和級別2數(shù)據(jù)流的誤碼率水平。
2.如權(quán)利要求1所述的傳輸系統(tǒng)，其中，表示級別1碼元的所述中心點是一個距離I-Q平面的原點有一預(yù)定距離的點，以及所述成組因子被設(shè)置大于所述預(yù)定距離的一半。
3.如權(quán)利要求2所述的傳輸系統(tǒng)，其中，所述成組因子是介于大約0.6至0.7之間。
4.如權(quán)利要求1所述的傳輸系統(tǒng)，其中，所述分級QAM發(fā)送機包括級別1 QPSK調(diào)制器，響應(yīng)級別1數(shù)據(jù)流，用于產(chǎn)生表示級別1碼元的級別1 QPSK信號；級別2 QPSK調(diào)制器，響應(yīng)級別2數(shù)據(jù)流，用于產(chǎn)生表示級別2碼元的級別2 QPSK信號；QAM信號發(fā)生器，用于用因子1加權(quán)級別1 QPSK信號，用所述成組因子加權(quán)級別2 QPSK信號，并組合該加權(quán)的級別1和級別2 QPSK信號以產(chǎn)生分級的QAM信號。
5.如權(quán)利要求3所述的傳輸系統(tǒng)，其中，所述QAM信號發(fā)生器包括具有設(shè)置為成組因子的增益的可變增益放大器，用于產(chǎn)生加權(quán)的級別2QPSK信號；以及信號組合器，用于組合級別1 QPSK信號和加權(quán)的級別2 QPSK信號。
6.如權(quán)利要求5所述的傳輸系統(tǒng)，其中，可變增益放大器具有設(shè)置為大約0.6至0.7之間的增益。
7.如權(quán)利要求1所述的傳輸系統(tǒng)還包括連接到分級QAM發(fā)送機的衛(wèi)星地面站天線，用于向衛(wèi)星發(fā)送分級的QAM信號。
8.一種QAM接收系統(tǒng)包括用于接收承載連續(xù)碼元的級別1和級別2數(shù)據(jù)流的輸入，其中，級別1碼元被I-Q平面內(nèi)的四個象限的一個象限中的數(shù)據(jù)點表示，級別2碼元被圍繞在包含級別1數(shù)據(jù)點的象限的中心點的四個子象限的一個內(nèi)的數(shù)據(jù)點表示，以及其中為了更加接近匹配級別1和級別2數(shù)據(jù)流的誤碼率水平，級別2數(shù)據(jù)點被所述設(shè)置的成組因子從中心點偏離；解調(diào)器，響應(yīng)在所述輸入端接收的數(shù)據(jù)流，用于產(chǎn)生解調(diào)后的數(shù)據(jù)流；包括解碼器的信號處理網(wǎng)，響應(yīng)解調(diào)后的數(shù)據(jù)流，用于產(chǎn)生級別1和級別2數(shù)據(jù)。
全文摘要
一種分級QAM系統(tǒng),通過嵌入相關(guān)星座點,允許不同信號源的傳輸。一種QAM傳輸系統(tǒng),包括級別(1)和級別(2)數(shù)據(jù)流源,每個數(shù)據(jù)流承載連續(xù)的碼元(symbol)。連接到級別(1)和級別(2)數(shù)據(jù)流源的分級QAM發(fā)送機,產(chǎn)生分級的QAM信號,其中,級別(1)碼元被I－Q平面中的四個象限的一個象限中的數(shù)據(jù)點表示,以及級別(2)碼元由圍繞在包含級別(1)數(shù)據(jù)點的象限的中心點的四個子象限的一個內(nèi)的數(shù)據(jù)點表示。級別(2)數(shù)據(jù)點被成組因子從所述中心點偏離,以更加接近匹配級別(1)和級別(2)數(shù)據(jù)流的誤碼率水平。
文檔編號H04L27/38GK1423884SQ00818287
公開日2003年6月11日 申請日期2000年11月22日 優(yōu)先權(quán)日1999年11月23日
發(fā)明者蒂莫西·F·塞特爾, 托馬斯·P·克勞斯, 庫馬·拉馬斯瓦米 申請人:湯姆森特許公司