專利名稱：利用徑向星座進行分層調(diào)制的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及調(diào)制射頻(RF)信號，并且更具體地說，涉及分層調(diào)制的方法和裝置。
背景技術(shù)：
分層調(diào)制是這樣一種調(diào)制方案，其中將可能具有不同調(diào)制的兩個信號疊加在一起，以生成傳輸信號。這里將這兩個信號稱作上層(UL)信號和下層(LL)信號。
在接收機處，所接收到的信號具有UL信號分量和LL信號分量，即，所接收到的信號是上下層的組合，并且接收機處理接收信號，以從中恢復上層數(shù)據(jù)(在UL信號分量中傳送)和下層數(shù)據(jù)(在LL信號分量中傳送)。對于上層數(shù)據(jù)的恢復，接收機簡單地解調(diào)并處理接收信號，就如同接收信號僅僅由UL信號分量加上信道噪聲組成—實際上將接收信號的LL信號分量視為噪聲。不幸的是，這種額外的噪聲可能惡化UL接收機的性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明即便不能消除上述問題，也可以減輕這些問題，本發(fā)明針對一種利用徑向星座進行分層調(diào)制的方法和裝置。
根據(jù)發(fā)明概念的示例性實施例，分層調(diào)制器使用徑向類型正交相移鍵控-二元相移鍵控(QPSK-BPSK)星座。
根據(jù)發(fā)明概念的另一實施例，提供了一種涉及第一信號和第二信號的分層調(diào)制方法。具體地說，將第一信號映射到QPSK符號星座，并且將第二信號映射到BPSK符號星座。然后如此組合第一和第二信號得到的符號星座是徑向類型QPSK-BPSK星座。
根據(jù)發(fā)明概念的另一實施例，一種用于分層調(diào)制的裝置包括映射模塊，用于將第一信號和第二信號映射為徑向類型QPSK-BPSK星座的符號。
根據(jù)發(fā)明概念的另一實施例，一種接收機包括分層調(diào)制器，其使用徑向類型星座來恢復上層和下層信號。
根據(jù)發(fā)明概念的另一實施例，提供了一種機器可讀的程序存儲設(shè)備，其切實包含機器可執(zhí)行的指令的程序，以執(zhí)行涉及第一信號和第二信號的分層調(diào)制方法的步驟。具體地說，將第一信號映射到QPSK符號星座，并且將第二信號映射到BPSK符號星座。然后如此組合第一和第二信號得到的符號星座是徑向類型QPSK-BPSK星座。
結(jié)合附圖閱讀下面對優(yōu)選實施例的詳細描述，本發(fā)明的這些以及其他方面、特征和優(yōu)點將變得清楚起來。


圖1和2是圖示了現(xiàn)有技術(shù)的分層正交相移鍵控-二元相移鍵控(QPSK-BPSK)星座的圖；圖3和4示出了根據(jù)本發(fā)明原理的示例性徑向類型分層QPSK-BPSK星座；圖5示出了根據(jù)本發(fā)明原理的分層調(diào)制器的示例性實施例；圖6示出了根據(jù)本發(fā)明原理的示例性流程圖；圖7示出了根據(jù)本發(fā)明原理的分層調(diào)制器的另一示例性實施例；圖8示出了根據(jù)本發(fā)明原理的接收機的示例性實施例；圖9～11是圖示了與各個仿真相對應的誤碼率(BER)性能的圖；以及圖12示出了根據(jù)本發(fā)明原理的另一示例性實施例。
具體實施例方式
除了發(fā)明概念之外，附圖中所示的元素都是公知的，并且將不詳細描述。此外，假設(shè)熟悉基于衛(wèi)星的系統(tǒng)，并且這里不詳細描述。例如，除了發(fā)明概念之外，衛(wèi)星應答器、下行信號、符號星座、射頻(rf)前端，或者接收機部分，諸如低噪聲下變頻器、分層調(diào)制器、分層解調(diào)器、用于生成傳輸位流的格式化及源編碼方法(例如，運動圖像專家組(MPEG)-2系統(tǒng)標準(ISO/IEC 13818-1))，以及解碼方法，例如對數(shù)似然比、軟輸入軟輸出(SISO)解碼器、Viterbi解碼器是公知的，并且這里不進行描述。另外，發(fā)明概念可以使用傳統(tǒng)的編程技術(shù)來實現(xiàn)，這里同樣不會對此進行描述。最后，附圖中相同的標號代表相似元素。
本發(fā)明針對利用徑向類型星座進行分層調(diào)制的方法和裝置。應該理解，本發(fā)明可以以各種形式的硬件、軟件、固件、專用處理器或它們的組合來實現(xiàn)。優(yōu)選地，本發(fā)明實現(xiàn)為硬件和軟件的組合。此外，軟件優(yōu)選地實現(xiàn)為程序存儲設(shè)備上切實包含的應用程序。應用程序可以加載到包括任何合適的體系結(jié)構(gòu)的機器中，并且由其執(zhí)行。優(yōu)選地，該機器實現(xiàn)在具有諸如一個或多個中央處理單元(CPU)、隨機訪問存儲器(RAM)以及輸入/輸出(I/O)接口之類硬件的計算機平臺上。計算機平臺還包括操作系統(tǒng)和微指令代碼。這里描述的各種過程和功能可以是微指令代碼的一部分，或者是通過操作系統(tǒng)執(zhí)行的應用程序(或它們的組合)的一部分。另外，各種其他外圍設(shè)備可以連接到計算機平臺，例如額外的數(shù)據(jù)存儲設(shè)備以及打印設(shè)備。
還應理解，因為附圖中所示的某些組成系統(tǒng)部件和方法步驟優(yōu)選地以軟件實現(xiàn)，所以取決于對本發(fā)明編程的方式，系統(tǒng)部件之間的實際連接可能不同。給出這里的教導，相關(guān)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將能夠想到本發(fā)明的這些以及類似實施方式或配置。
分層調(diào)制是這樣一種調(diào)制方案，其中將可能具有不同調(diào)制的兩個信號疊加在一起，以生成傳輸信號。為了說明的目的，這里描述了一種特定的分層調(diào)制，其中一種星座(例如，迷你星座)代替了原始QPSK星座的每個符號。這種星座可以是但不限于二元相移鍵控(BPSK)。原始QPSK信號稱作上層(UL)信號，并且由迷你星座攜帶的信號稱作下層(LL)信號。應該認識到，本發(fā)明不僅僅限于這里所表示及描述的調(diào)制和星座類型以及布置，于是，在維持本發(fā)明精神的同時還可以根據(jù)本發(fā)明利用其他調(diào)制和星座類型以及布置。
圖1是圖示了現(xiàn)有技術(shù)的分層正交相移鍵控-二元相移鍵控(QPSK-BPSK)星座100的圖。從圖1可以看到，星座100是非均勻的N-PSK星座，其中N等于8，即包括八個符號的8-PSK。每個符號與原點的距離相同，如它們位于圓圈2的圓周上所表示的那樣，并且每個符號與預定的位模式相關(guān)聯(lián)。例如，符號P5與位模式101相關(guān)聯(lián)。從圖1還可以看到，最左側(cè)的位代表LL信號。這樣，LL信號通過星座100的每個象限中的每個“迷你星座”傳輸。例如，接收機接收到的第四象限中的信號點(符號P1或P5)傳送UL信號的位“01”；而LL信號所傳送的位需要接收機確定所接收到的信號點是符號P1還是符號P5。星座100是非均勻的星座，因為(符號空間中相鄰符號之間的)間隔角2φ不等于45°(360°/N)。在圖2中進一步圖示了間隔角的定義。
現(xiàn)在參考圖3，并且根據(jù)本發(fā)明的原理，示出了示例性的徑向類型分層QPSK-BPSK星座200。從圖3可以看到，在符號空間中重新排列了現(xiàn)有8-PSK星座的八個符號，即，重新映射。具體地說，“空心圓圈”代表8PSK分層星座(例如，圖1的星座)的符號的先前位置；而“實心圓圈”代表根據(jù)本發(fā)明原理的星座空間中符號的新位置?！翱招膱A圈”符號P5對此進行進一步圖示，其已經(jīng)在符號空間中沿著箭頭91的方向移動到符號P5’(實心圓圈)的位置。類似地，對于“空心圓圈”符號P1，其已經(jīng)在符號空間中沿著箭頭93的方向移動到符號P1’(實心圓圈)的位置。這樣，并且從圖3中可以看到，在每個象限中，每對符號位于圓圈2的同一半徑上。例如，一對符號P0’和P4’位于半徑201上，并且間隔距離D。示例性地，每個象限中所有對的該間隔距離D相等。根據(jù)本發(fā)明的特征，間隔距離D可以改變，以改變系統(tǒng)性能。這里所使用的短語“徑向類型QPSK-BPSK星座”是指圖3所示類型的符號的星座。另外，術(shù)語“徑向符號”是指不是位于圓圈的圓周上而是位于半徑上的符號，并且術(shù)語“圓周符號”是指位于圓圈的圓周上的符號(不必位于半徑上)。在這種語境中，并且從圖3可以看到，圓周符號P4’和徑向符號P0’位于半徑201上。簡要參考圖4，其圖示了前面圖3所示的徑向類型星座在沒有圓圈2等干擾的情況下的另一幅圖。
現(xiàn)在參考圖5，示出了根據(jù)本發(fā)明原理的發(fā)射機300的示例性實施例。圖5的發(fā)射機300包括UL編碼器305、LL編碼器310、映射器315(這里也稱作“映射模塊”)、乘法器320、脈沖整形濾波器325以及上變頻器330。同時可參考圖6，其中示出了根據(jù)本發(fā)明原理的發(fā)射機中使用的示例性流程圖。
UL數(shù)據(jù)和LL數(shù)據(jù)分別輸入到UL編碼器305和LL編碼器310以便進行編碼(圖6的步驟505)。應該認識到，在本發(fā)明的另一實施例中，UL和LL數(shù)據(jù)可以輸入到單個編碼器。然后，組合UL和LL編碼序列(圖6的步驟510)，其中來自UL編碼序列的兩個位以及來自LL編碼序列的一個位被用作映射器315的輸入。映射器315將組合的UL和LL序列映射到徑向類型星座，然后輸出相應的星座符號(圖6的步驟515)。映射器315中所使用的星座示例性地是圖3和4所示的徑向類型星座。
來自映射器315的信號的幅度由乘法器320調(diào)整，并且由脈沖整形濾波器325對脈沖進行整形(圖6的步驟520)。得到的信號提供給上變頻器330，用于進行上變頻以進行發(fā)射，例如，通過衛(wèi)星發(fā)射天線(未示出)(圖6的步驟525)。
圖7示出了根據(jù)本發(fā)明原理的發(fā)射機的另一幅圖。發(fā)射機350包括UL編碼器355、LL編碼器360、分層調(diào)制器370以及上變頻器375。UL信號354提供給UL編碼器355，UL編碼器355對該信號編碼，并且提供編碼信號356，該編碼信號356在每個信令間隔T中具有N位數(shù)據(jù)(例如，N＝2)。類似地，LL信號359提供給LL編碼器360，LL編碼器360對該信號編碼，并且提供編碼信號361，該編碼信號361在每個信令間隔T中具有M位數(shù)據(jù)(例如，M＝1)。編碼信號356和361提供給分層調(diào)制器370。根據(jù)本發(fā)明原理，分層調(diào)制器370將每個信令間隔中的編碼信號映射為從徑向類型星座(例如，如圖3和4所示)中選出的符號。例如，在每個信令間隔中，分層調(diào)制器370映射(2+1)位，以從圖3所示的符號{P0，P1，P2，P3，P4，P5，P6和P7}的星座中選擇一個符號。得到的信號371(可以對其進一步處理，例如，上述增益調(diào)整和脈沖整形)提供給上變頻器375，以便進行發(fā)射。
現(xiàn)在參考圖8，示出了根據(jù)本發(fā)明原理的接收機400的示例性實施例。接收機400包括下變頻器405和分層解調(diào)器420。接收信號404(例如，來自衛(wèi)星天線(未示出))提供給下變頻器405，下變頻器405將信號406提供給分層解調(diào)器420。根據(jù)本發(fā)明原理的分層解調(diào)器420使用徑向類型星座(例如，如圖3和4所示)來恢復UL信號和LL信號，它們分別由信號421-1和421-2代表。
圖9～11示出了將圖3和4的示例性徑向類型星座與圖1和2的現(xiàn)有技術(shù)QPSK-BPSK星座在不同間隔角情況下進行比較的示例性仿真結(jié)果。
仿真涉及具有間隔角為15.5°(圖9)、14.2°(圖10)、以及13.2°(圖11)的非均勻8PSK星座以及相應的修改后的圖3和4所示的徑向類型QPSK-BPSK星座的分層QPSK-BPSK。為了進行比較，假設(shè)這兩種星座的一個象限中星座點對之間的距離相同。信道缺陷僅僅是高斯噪聲。上層使用編碼率6/7的卷積碼，并且下層使用第二代數(shù)字視頻廣播標準(DVB-S2)中定義的編碼率1/2的LDPC(低密度奇偶校驗)碼。BER(誤碼率)要求是上層BER小于1.8×10-3，并且下層BER小于10-7。
根據(jù)本發(fā)明的特征，徑向類型星座有助于載波恢復，而現(xiàn)有技術(shù)的非均勻8PSK中的載波恢復受到一個象限內(nèi)兩個星座點之間的間隔角的影響。另一方面，徑向類型星座限制了上層的性能，這可能導致較高的PSNR(峰值符號能量與噪聲比)以滿足上下層BER要求。應該指出，當現(xiàn)有的傳統(tǒng)接收機對間隔角設(shè)置限制時，可以使用徑向類型星座來減小PSNR要求。例如，如果傳統(tǒng)接收機要求間隔角小于或等于12.0度，則可以使用與13.2度非均勻8PSK星座相對應的徑向類型星座來減小系統(tǒng)PSNR要求。
圖12是根據(jù)本發(fā)明原理的另一示例性實施例。在圖12中，徑向類型星座250包括內(nèi)部符號，這些符號基本上處于與位于圓圈圓周上的符號相交的半徑上。例如，符號P1偏離與符號P5相交的半徑一個小角度251。
雖然這里參考附圖描述了示例性實施例，但是應該理解，本發(fā)明不限于這些具體的實施例，并且在不脫離本發(fā)明的范圍或精神的前提下，相關(guān)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以對此做出各種其他改變和修改。所有這些改變和修改應該包括在所附權(quán)利要求所定義的本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種在分層調(diào)制中使用的方法，該方法包括至少分層調(diào)制第一信號和第二信號，以提供分層調(diào)制信號；以及發(fā)射所述分層調(diào)制信號；其中所述分層調(diào)制信號包括從符號的徑向類型星座中選出的符號序列。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中發(fā)射步驟包括如下步驟將所述分層調(diào)制信號上變頻為射頻，以便進行發(fā)射。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中符號的所述徑向類型星座包括在包括四個象限的信號空間中排列的多個符號，其中一個象限中的符號如此排列對于位于圓圈的圓周上的每個符號，至少一個其他符號位于所述圓圈的半徑上，該半徑還與所述圓周上的所述符號相交。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中分層調(diào)制步驟包括如下步驟調(diào)整圓周符號與徑向符號之間的間隔距離D。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中符號的所述徑向類型星座包括在包括四個象限的信號空間中排列的多個符號，其中一個象限中的符號如此排列對于位于圓圈的圓周上的每個符號，至少一個其他符號實質(zhì)上位于所述圓圈的半徑上，該半徑還與所述圓周上的所述符號相交。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中分層調(diào)制步驟包括如下步驟調(diào)整圓周符號與徑向符號之間的間隔距離D。
7.一種在分層調(diào)制中使用的方法，該方法包括對上層信號使用正交相移鍵控(QPSK)符號星座；對下層信號使用二元相移鍵控(BPSK)符號星座；以及分層調(diào)制所述上層信號和所述下層信號，以提供符號序列用于發(fā)射；其中，分層調(diào)制步驟如此組合所述QPSK符號星座和所述BPSK符號星座從符號的徑向類型QPSK-BPSK星座中選出所述符號序列。
8.一種在分層調(diào)制中使用的方法，該方法包括編碼上層(UL)信號，以提供編碼UL信號；編碼下層(LL)信號，以提供編碼LL信號；以及將所述編碼UL信號和所述編碼LL信號映射到徑向類型符號星座，以提供符號序列用于發(fā)射；其中，符號的所述徑向類型星座包括在包括四個象限的信號空間中排列的多個符號，其中一個象限中的符號如此排列對于位于圓圈的圓周上的每個符號，至少一個其他符號位于所述圓圈的半徑上，該半徑還與所述圓周上的所述符號相交。
9.一種在分層調(diào)制中使用的方法，該方法包括編碼上層(UL)信號，以提供編碼UL信號；編碼下層(LL)信號，以提供編碼LL信號；以及將所述編碼UL信號和所述編碼LL信號映射到徑向類型符號星座，以提供符號序列用于發(fā)射；其中，符號的所述徑向類型星座包括在包括四個象限的信號空間中排列的多個符號，其中一個象限中的符號如此排列對于位于圓圈的圓周上的每個符號，至少一個其他符號實質(zhì)上位于所述圓圈的半徑上，該半徑還與所述圓周上的所述符號相交。
10.一種在分層調(diào)制中使用的裝置，該裝置包括分層調(diào)制器，用于至少分層調(diào)制第一信號和第二信號，以提供分層調(diào)制信號；其中所述分層調(diào)制信號包括從符號的徑向類型星座中選出的符號序列。
11.如權(quán)利要求10所述的裝置，還包括上變頻器，用于發(fā)射所述分層調(diào)制信號。
12.如權(quán)利要求10所述的裝置，其中，符號的所述徑向類型星座包括在包括四個象限的信號空間中排列的多個符號，其中一個象限中的符號如此排列對于位于圓圈的圓周上的每個符號，至少一個其他符號位于所述圓圈的半徑上，該半徑還與所述圓周上的所述符號相交。
13.如權(quán)利要求12所述的裝置，其中所述分層調(diào)制器調(diào)整圓周符號與徑向符號之間的間隔距離D。
14.如權(quán)利要求10所述的裝置，其中，符號的所述徑向類型星座包括在包括四個象限的信號空間中排列的多個符號，其中一個象限中的符號如此排列對于位于圓圈的圓周上的每個符號，至少一個其他符號實質(zhì)上位于所述圓圈的半徑上，該半徑還與所述圓周上的所述符號相交。
15.如權(quán)利要求14所述的裝置，其中所述分層調(diào)制器調(diào)整圓周符號與徑向符號之間的間隔距離D。
16.一種在分層調(diào)制中使用的裝置，該裝置包括上層(UL)編碼器，用于提供UL編碼信號；下層(LL)編碼器，用于提供LL編碼信號；以及分層調(diào)制器，響應于所述UL編碼信號和所述LL編碼信號，提供符號序列用于發(fā)射；其中所述分層調(diào)制器從徑向類型信號星座中選擇符號，其中所述徑向類型星座是正交相移鍵控(QPSK)符號星座和二元相移鍵控(BPSK)符號星座的組合。
17.一種在接收機中使用的裝置，該裝置包括下變頻器，用于提供接收信號；以及分層解調(diào)器，利用符號的徑向類型星座處理所述接收信號，以恢復上層(UL)數(shù)據(jù)和下層(LL)數(shù)據(jù)。
18.如權(quán)利要求17所述的裝置，其中符號的所述徑向類型星座是正交相移鍵控(QPSK)符號星座和二元相移鍵控(BPSK)符號星座的組合。
19.如權(quán)利要求17所述的裝置，其中符號的所述徑向類型星座包括在包括四個象限的信號空間中排列的多個符號，其中一個象限中的符號如此排列對于位于圓圈的圓周上的每個符號，至少一個其他符號位于所述圓圈的半徑上，該半徑還與所述圓周上的所述符號相交。
20.如權(quán)利要求17所述的裝置，其中符號的所述徑向類型星座包括在包括四個象限的信號空間中排列的多個符號，其中一個象限中的符號如此排列對于位于圓圈的圓周上的每個符號，至少一個其他符號實質(zhì)上位于所述圓圈的半徑上，該半徑還與所述圓周上的所述符號相交。
21.一種在接收機中使用的裝置，該裝置包括下變頻器，用于提供接收信號；以及分層解調(diào)器，用于處理所述接收信號，以恢復上層(UL)數(shù)據(jù)和下層(LL)數(shù)據(jù)；其中所述接收信號代表從符號的徑向類型星座中選出的符號序列。
22.如權(quán)利要求21所述的裝置，其中符號的所述徑向類型星座包括在包括四個象限的信號空間中排列的多個符號，其中一個象限中的符號如此排列對于位于圓圈的圓周上的每個符號，至少一個其他符號位于所述圓圈的半徑上，該半徑還與所述圓周上的所述符號相交。
23.如權(quán)利要求21所述的裝置，其中符號的所述徑向類型星座包括在包括四個象限的信號空間中排列的多個符號，其中一個象限中的符號如此排列對于位于圓圈的圓周上的每個符號，至少一個其他符號實質(zhì)上位于所述圓圈的半徑上，該半徑還與所述圓周上的所述符號相交。
24.一種機器可讀的程序存儲設(shè)備，其切實包含可由所述機器執(zhí)行的指令的程序，以執(zhí)行分層調(diào)制的方法步驟，這些步驟包括對上層信號使用正交相移鍵控(QPSK)符號星座；對下層信號使用二元相移鍵控(BPSK)符號星座；以及分層調(diào)制所述上層信號和所述下層信號，以提供符號序列用于發(fā)射；其中，分層調(diào)制步驟如此組合所述QPSK符號星座和所述BPSK符號星座從符號的徑向類型QPSK-BPSK星座中選出所述符號序列。
全文摘要
提供了一種分層調(diào)制的方法，這種分層調(diào)制涉及第一信號、第二信號以及具有非均勻8相移鍵控(PSK)配置中的多個符號的原始星座。對第一信號使用正交相移鍵控(QPSK)調(diào)制，并且對第二信號使用二元相移鍵控(BPSK)調(diào)制。該方法包括用至少一種徑向類型QPSK－BPSK星座來代替這多個符號中至少某一些的步驟。
文檔編號H04L27/34GK1839606SQ200480023795
公開日2006年9月27日 申請日期2004年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月20日
發(fā)明者高文, 喬舒亞·勞倫斯·科斯洛夫, 庫馬爾·拉馬斯瓦米 申請人:湯姆森許可貿(mào)易公司