專利名稱：對(duì)格柵編碼的正交振幅調(diào)制信號(hào)解碼的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及格柵編碼的(trellis coded)正交振幅調(diào)制(“QAM”)；較具體地說，涉及一種對(duì)利用格柵編碼的QAM進(jìn)行了編碼和變換的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行解碼的方法。
數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，例如用于播送高清晰度電視信號(hào)的數(shù)字圖像信號(hào)，可以通過地面甚高頻(VHF)或特高頻(UHF)模擬通道發(fā)送，以向終端用戶通信。模擬通道在傳送輸入波形時(shí)容易產(chǎn)生噪聲和變形。波形的噪聲通常有統(tǒng)計(jì)性質(zhì)，它們例如可能是背景熱噪聲、脈沖噪聲和衰減，以相加和/或相乘的形式疊架在輸入波形上。
為了用模擬通道傳送數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)最好用例如脈沖振幅調(diào)制(“PAM”)的方式進(jìn)行調(diào)制。典型的情形是，采用正交振幅調(diào)制(“QAM”)以增加在可利用的通道頻帶寬度內(nèi)的發(fā)送數(shù)據(jù)量。QAM是PAM的一種形式，其中多個(gè)信息比特以一個(gè)稱作為“星座”(constellation)的圖案發(fā)送，該星座圖案可以包含例如16個(gè)或32個(gè)點(diǎn)。
在PAM中，每個(gè)信號(hào)是一個(gè)具有由被發(fā)送的符號(hào)所確定的振幅電平的脈沖。在32-QAM(含32個(gè)點(diǎn)的QAM)中，每個(gè)正交通道所使用的典型符號(hào)振幅為-5，-3，-1，1，3，5。
在數(shù)字通信系統(tǒng)中，頻帶寬度的利用率通常用單位帶寬在每秒內(nèi)發(fā)送的比特?cái)?shù)，也即數(shù)據(jù)率和帶寬的比值來定義。簡單地說，QAM給出高帶寬利用率的調(diào)制。
另一方面，所謂的格柵編碼調(diào)制(TCM)已發(fā)展成為在有限帶寬度的通道上進(jìn)行數(shù)字傳送的一種將編碼和調(diào)制相結(jié)合技術(shù)。它在不減少帶寬利用率的情形下比通常的非編碼多級(jí)調(diào)制，例如QAM，獲得了很大的編碼效益。TCM方案利用了與有限態(tài)編碼器相結(jié)合的冗余非二進(jìn)制編碼，有限態(tài)編碼器決定了調(diào)制信號(hào)的選擇以產(chǎn)生編碼的信號(hào)序列。在接收器中，含有噪聲的發(fā)送的信號(hào)被一個(gè)軟決策最大相似序列解碼器解碼。與通常的非編碼調(diào)制相比較，這種方案能夠改良數(shù)字信號(hào)發(fā)送對(duì)相加噪聲的抗干擾性，改良程度為3-6dB或更多。得到這樣的效益不像其他已知的誤差校正方案那樣需要擴(kuò)展帶寬或減少有效信息傳送率。使用詞匯“格柵”的原因是這種方案能夠用類似于進(jìn)制卷積代碼的格柵圖的一個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)移(格柵)圖來描述。其間的差別是，TCM把卷積編碼原理推廣到了具有任意大小的信號(hào)組的非二進(jìn)制調(diào)制。
對(duì)TCM的較全面的討論例如見G.Ungerboeck，“Trellis-Coded Modulation with Redundant Signal Sets-Part IIntroduction；Part IIState of the Art(冗余信號(hào)組的格柵編碼調(diào)制-第I部分導(dǎo)論；第II部分最新技術(shù))”IEEE Communication Magazine，Vol.25，No.2，pp.5-21(1987年2月)。


圖1示出了普通TCM編碼系統(tǒng)的方框圖。在用于QAM發(fā)送的普通編碼系統(tǒng)中，圖1中的分解單元10首先從一個(gè)(N-1)比特的輸入符號(hào)中分解出它的第一比特位，提供在線路30上；并把其余(N-2)個(gè)比特位提供在線路20上。卷積編碼器40采用1/2比率的二進(jìn)制卷積編碼算法對(duì)第一比特位進(jìn)行編碼，由此向線路45提供一個(gè)2比特的碼字，該碼字定義了一個(gè)2N-QAM星座圖案的4個(gè)子組中的一個(gè)子組，其中每個(gè)子組含有星座圖案的2N/4個(gè)符號(hào)點(diǎn)。其余比特位使輸入符號(hào)與包含在由碼字所定義的子組內(nèi)的2N/4個(gè)符號(hào)點(diǎn)中的一個(gè)點(diǎn)發(fā)生關(guān)系。具體地說，在2N-QAM映射器50中，碼字按(N-2)個(gè)其余位被映射，以提供一個(gè)含有I分量和Q分量的調(diào)制函數(shù)，指明QAM星座圖案上的一個(gè)具體的點(diǎn)。為了在通信通道上發(fā)送，調(diào)制函數(shù)被進(jìn)一步處理，例如用一個(gè)載波進(jìn)行調(diào)制(例如見授予W.H.Park等人的美國專利No.5,233,629)。
圖2A示出被分成4個(gè)子組的普通的32-QAM星座圖案。編碼系統(tǒng)中的一個(gè)調(diào)制函數(shù)對(duì)應(yīng)于圖2A所示各符號(hào)點(diǎn)中的一個(gè)。如圖2B所示，4個(gè)不同的子組用4種不同形狀的點(diǎn)來代表。如圖2C所示，每個(gè)符號(hào)點(diǎn)的標(biāo)記含有5個(gè)比特位。代碼位m0和m1代表一個(gè)子組，而其余位m2至m4則確定每一子組中的具體點(diǎn)。如圖2B所規(guī)定的，具有相同m0和m1值的點(diǎn)被包含在相同的子組中。
在對(duì)應(yīng)的解碼系統(tǒng)中，接收的信號(hào)首先被解碼以恢復(fù)調(diào)制函數(shù)，其中一個(gè)2位的碼字確定了4個(gè)QAM星座子組中的一個(gè)，而其余(N-2)個(gè)比特位則代表含在其中的信號(hào)點(diǎn)。每個(gè)調(diào)制函數(shù)都被分割成一組I和Q標(biāo)度以及(N-2)個(gè)其余位。這些標(biāo)度用來對(duì)1/2比率的二進(jìn)制卷積碼進(jìn)行解碼以恢復(fù)出第一比特位。具體地說，為了對(duì)卷積碼解碼，這些標(biāo)度是和利用軟決策算法的解碼器一起使用的。通過使用軟決策最大相似解碼器，例如Viterbi解碼器，出現(xiàn)在第一比特位中的誤差可被有效地校正，由此可確定對(duì)應(yīng)于調(diào)制函數(shù)的子組。
其余位通過利用硬決策方法從調(diào)制函數(shù)中確定出來。作為一個(gè)規(guī)律，兩個(gè)符號(hào)點(diǎn)之間的距離愈長，就愈容易確定對(duì)應(yīng)于調(diào)制函數(shù)的正確的符號(hào)點(diǎn)。同一子組中的兩個(gè)符號(hào)點(diǎn)之間的最小距離是兩個(gè)相鄰符號(hào)點(diǎn)之間的最小距離的兩倍(見圖2A)；從而，一旦借助最大相似解碼器正確地確定了子組，其余位就可以用硬決策方法精確地恢復(fù)?；謴?fù)的第一比特位和其余位在解碼系統(tǒng)中被進(jìn)一步處理，以提供解碼的輸出。
然而，在調(diào)制函數(shù)超過了某一限制，例如超過了圖2A中的點(diǎn)線所示的邊界B1的情形，那么恢復(fù)的第一比特位可能會(huì)不同于編碼部分中的第一比特位。例如，對(duì)于調(diào)制函數(shù)對(duì)應(yīng)于圖2A中的信號(hào)點(diǎn)P0的情形，對(duì)該信號(hào)的m1和m0的最可能的估計(jì)值分別是“0”和“1”。然而，一個(gè)具有m1和m0的估計(jì)值的符號(hào)點(diǎn)，例如符號(hào)點(diǎn)p4，比具有與估計(jì)值不同的m1和m0值的那些符號(hào)點(diǎn)p1、p2和p3要遠(yuǎn)得多。因此，在這種情形下最好把接收的信號(hào)確定為三個(gè)相鄰符號(hào)點(diǎn)中的一個(gè)。
因此，本發(fā)明一個(gè)主要目的是提供一種新的方法和設(shè)備，用來確定位在32-QAM星座圖案的預(yù)定邊界之外的接收的信號(hào)的I和Q標(biāo)度，從而有可能精確地確定對(duì)應(yīng)于接收的信號(hào)的符號(hào)點(diǎn)。
根據(jù)本發(fā)明提供了一種設(shè)備，用來根據(jù)調(diào)制函數(shù)確定2N-QAM星座圖案中的一個(gè)符號(hào)點(diǎn)，其中的2N-QAM星座圖案分成4個(gè)子組，每個(gè)子組包含星座圖案中的2N-2個(gè)符號(hào)點(diǎn)，調(diào)制函數(shù)代表一個(gè)含有表明星座圖案某個(gè)子組的2比特的碼字和表明該子組中某個(gè)符號(hào)點(diǎn)的(N-2)個(gè)其余比特的N比特?cái)?shù)據(jù)，N是一個(gè)大于2的整數(shù)，該設(shè)備包括用來根據(jù)由調(diào)制函數(shù)所代表的一個(gè)信號(hào)點(diǎn)確定I和Q標(biāo)度的裝置，其中當(dāng)信號(hào)點(diǎn)位在2N-QAM星座圖案的邊界之內(nèi)時(shí)，從信號(hào)點(diǎn)獲得的I和Q標(biāo)度就被選擇為I和Q輸出標(biāo)度，當(dāng)信號(hào)點(diǎn)位在邊界外部時(shí)，則I和Q輸出標(biāo)度的確定將使得它們能夠指定最接近于信號(hào)點(diǎn)的符號(hào)點(diǎn)的那個(gè)子組；解碼器裝置，用來根據(jù)I和Q標(biāo)度借助于對(duì)1/2比率的二進(jìn)制卷積代碼的軟決策算法確定一個(gè)子組，由此提供代表該子組的第一比特位；決策裝置，用來根據(jù)調(diào)制函數(shù)借助于硬決策方法確定(N-2)個(gè)其余比特位；以及用來根據(jù)第一比特位和(N-2)個(gè)其余比特位提供關(guān)于調(diào)制函數(shù)的解碼輸出。
本發(fā)明的上述目的和其他目的以及特點(diǎn)將通過下面結(jié)合附圖對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的說明而變得清楚明白，在附圖中圖1示出普通格柵編碼器的方框圖；圖2A代表分成4個(gè)子組的一個(gè)32-QAM星座圖案；圖2B給出定義圖2A的星座圖案中各子組的標(biāo)志的圖2C是說明圖2A的星座圖中各符號(hào)點(diǎn)標(biāo)志的圖；圖3給出根據(jù)本發(fā)明的用來解碼一個(gè)32-QAM調(diào)制函數(shù)的設(shè)備；圖4A畫出圖2A所示圖案的左上角；圖4B代表圖2A所示圖案的下面部分；以及圖5A至5C說明當(dāng)接收的信號(hào)超出圖2A中所定義的邊界時(shí)如何確定I和Q標(biāo)度的方案。
參見圖3，其中示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)解碼系統(tǒng)，用來解碼對(duì)應(yīng)于2N(例如32)QAM星座圖案中的一個(gè)信號(hào)點(diǎn)的接收的QAM調(diào)制函數(shù)，其中N是大于2的整數(shù)。該調(diào)制函數(shù)代表一個(gè)N(例如5)比特的數(shù)據(jù)，其中一個(gè)由對(duì)輸入符號(hào)的第一位進(jìn)行編碼得到的2比特的碼字確定星座圖案的一個(gè)子組，(N-2)個(gè)(例如3個(gè))其余比特位確定該子組中的一個(gè)符號(hào)點(diǎn)。
接收的調(diào)制函數(shù)是對(duì)分割單元70的輸入，該分割單元70含有一個(gè)標(biāo)度決策單元80，用來提供準(zhǔn)備在確定對(duì)應(yīng)于調(diào)制函數(shù)的子組時(shí)使用的I和Q標(biāo)度。分割單元70還含有一個(gè)硬決策單元90，用來提供其余3個(gè)比特。根據(jù)本發(fā)明，標(biāo)度決策單元80確定Q和I標(biāo)度，對(duì)此將參考圖4和圖5進(jìn)行說明。具體地說，首先，根據(jù)信號(hào)點(diǎn)的位置用普通方法確定Q和I標(biāo)度，然后檢驗(yàn)該信號(hào)點(diǎn)的位置是否位在圖2A所示QAM星座圖案邊界(例如B1)的外面。對(duì)于信號(hào)點(diǎn)位在邊界內(nèi)部的情形，Q和I標(biāo)度就饋送給一個(gè)viterbi解碼器100，以確定代表某子組的第一比特位。否則，也就是對(duì)于信號(hào)點(diǎn)位在邊界B1之外的情形，Q和I標(biāo)度就要按照將參考圖4A至4C說明的那樣進(jìn)行轉(zhuǎn)換，然后再饋送給Viterbi解碼器100，確定第一比特位。
Viterbi解碼器100把從標(biāo)度決策單元80接收到的累計(jì)的標(biāo)度歷史值解碼成第一比特位。
恢復(fù)的第一比特位和其余3個(gè)比特位被耦合到解碼單元110，在那里作進(jìn)一步處理，以給出解碼的輸出。
參見圖4A，其中示出了圖2A中32-QAM星座圖案的左上角。括號(hào)內(nèi)的兩個(gè)比特值是圖2B所示的m1和m0，它們表明一個(gè)給定點(diǎn)所屬的子組。在普通的解碼系統(tǒng)中，對(duì)于接收到的調(diào)制函數(shù)位在信號(hào)點(diǎn)P0的情形，Q和I標(biāo)度就可能被分別確定為2和6。因此，在圖3所示的viterbi解碼器100中相應(yīng)的m1和m0值就最可能被估計(jì)為“01”。然而，在P0附近不存在相應(yīng)的具有“01”值的符號(hào)點(diǎn)。三個(gè)鄰近的符號(hào)點(diǎn)p1、p2和p3分別具有“00”、“10”和“11”值。因此，可能最好是設(shè)計(jì)出一種方案，可以為信號(hào)點(diǎn)p0從三個(gè)相鄰的符號(hào)點(diǎn)p1、p2和p3中估計(jì)出或選擇出一個(gè)符號(hào)點(diǎn)來。
參見圖4B，其中示出了接收的信號(hào)點(diǎn)p5位在圖2A邊界B1之外的另一個(gè)例子。在普通的解碼系統(tǒng)中，Q標(biāo)度可能被確定為2，相應(yīng)的m1值最可能被估計(jì)為“0”。由于p6和p7的m1值為“1”，所以最好對(duì)信號(hào)點(diǎn)p5的Q標(biāo)度指定一個(gè)值，例如7，使得P5點(diǎn)上的信號(hào)可以近似成符號(hào)點(diǎn)p6或p7。
參見圖5A至5C，那里示出了一種轉(zhuǎn)換I和Q標(biāo)度的方案，用來在接收的信號(hào)點(diǎn)位在圖2A的邊界B1外部時(shí)確定出一個(gè)較為準(zhǔn)確的符號(hào)點(diǎn)。
圖5A示出當(dāng)接收的信號(hào)點(diǎn)位在星座圖案的某一角部時(shí)確定Q和I標(biāo)度的方案。當(dāng)接收的信號(hào)點(diǎn)位在圖5A中的區(qū)域R6中時(shí)，則不論接收調(diào)制函數(shù)的正交振幅分量為何，Q標(biāo)度都設(shè)定為7。返回到圖4A，采用圖5A的方案，接收的信號(hào)點(diǎn)P0的Q標(biāo)度被設(shè)定為7。這樣信號(hào)點(diǎn)P0的完整的Q和I標(biāo)度就是(7，6)，所對(duì)應(yīng)的符號(hào)點(diǎn)被確定為P3，事實(shí)上它是與接收的信號(hào)點(diǎn)P0最近接的符號(hào)點(diǎn)。同樣，如圖5A所示，不論接收的調(diào)制函數(shù)的正交振幅分量為何，位在區(qū)域R1的接收的信號(hào)點(diǎn)的Q標(biāo)度都設(shè)定為7；位在區(qū)域R2或R5的信號(hào)點(diǎn)的Q標(biāo)度都設(shè)定為0；位在區(qū)域R0或R3的信號(hào)點(diǎn)的I標(biāo)度都設(shè)定為7；位在區(qū)域R4和R7的信號(hào)點(diǎn)的I標(biāo)度都設(shè)定為0。
圖5B示出當(dāng)接收的信號(hào)點(diǎn)位在星座圖案的四個(gè)側(cè)邊區(qū)域R8、R9、R10和R11時(shí)確定I和Q標(biāo)度的另一種方案。當(dāng)接收的信號(hào)點(diǎn)位在圖5B中的區(qū)域R10時(shí)，不論接收的調(diào)制函數(shù)的正交振幅分量為何，其Q標(biāo)度都設(shè)定為7。返回到圖4B，采用圖5B的方案，接收的信號(hào)點(diǎn)P5的Q標(biāo)度被設(shè)定為7。于是點(diǎn)P5的完整的Q和I標(biāo)度變?yōu)?7，2)，從而其對(duì)應(yīng)的符號(hào)點(diǎn)被確定為P7，該點(diǎn)是與接收的信號(hào)點(diǎn)P5最接近的符號(hào)點(diǎn)。類似地，位在區(qū)域R8中的信號(hào)點(diǎn)的Q標(biāo)度設(shè)定為0；而位在區(qū)域R9和R11中的信號(hào)點(diǎn)的I標(biāo)度則分別設(shè)定為0和7。
歸結(jié)圖5A和5B所示方案如圖5C所示，其中括號(hào)內(nèi)的兩個(gè)數(shù)字分別代表Q和I標(biāo)度。括號(hào)中的X代表從接收的信號(hào)點(diǎn)的正交振幅分量得到的Q或I標(biāo)度。
如上所述，通過把接收的信號(hào)的I和/或Q標(biāo)度轉(zhuǎn)換成預(yù)定的值，就可以把接收的信號(hào)映射到最接近的符號(hào)點(diǎn)上。
盡管本發(fā)明是對(duì)具體實(shí)施例進(jìn)行說明的，但對(duì)于熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人們來說可以在不偏離由后附權(quán)利要求定義的本發(fā)明的精神和范疇的情形下做出各種變化和修改。
權(quán)利要求
1.一種根據(jù)一調(diào)制函數(shù)確定位在2N-正交振幅調(diào)制(“QAM”)星座圖案中的一個(gè)符號(hào)點(diǎn)的設(shè)備，其中上述2N-QAM星座圖案劃分成4個(gè)子組，每個(gè)子組含有上述星座圖案的2N-2個(gè)符號(hào)點(diǎn)，上述調(diào)制函數(shù)代表一個(gè)含有表明星座圖案某個(gè)子組的2比特的碼字和表明該子組中某個(gè)符號(hào)點(diǎn)的(N-2)個(gè)某余比特的N比特?cái)?shù)據(jù)，N是一個(gè)大于2的整數(shù)，上述設(shè)備包括根據(jù)由該調(diào)制函數(shù)所代表的信號(hào)點(diǎn)確定I和Q標(biāo)度的裝置，其中當(dāng)信號(hào)點(diǎn)位在2N-QAM星座圖案的邊界之內(nèi)時(shí)則從信號(hào)點(diǎn)獲得的I和Q標(biāo)度就被選擇為I和Q輸出標(biāo)度，當(dāng)信號(hào)點(diǎn)位在邊界外部時(shí)則I和Q輸出標(biāo)度的確定將使得它們能夠指定最接近于信號(hào)點(diǎn)的符號(hào)點(diǎn)的那個(gè)子組；解碼器裝置，用來借助于對(duì)1/2比率的二進(jìn)制卷積代碼的軟決策算法，根據(jù)上述I和Q標(biāo)度來確定一個(gè)子組，由此提供代表該子組的第一比特位；決策裝置，用來借助于硬決策方法，根據(jù)調(diào)制函數(shù)確定(N-2)個(gè)其余的比特位；以及用來根據(jù)上述第一比特位和(N-2)個(gè)其余比特位，提供調(diào)制函數(shù)的解碼輸出的裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中的N等于5。
3.一種根據(jù)調(diào)制函數(shù)確定2N-QAM星座圖案中一個(gè)符號(hào)點(diǎn)的方法，其中上述2N-QAM星座圖案劃分成4個(gè)子組，每個(gè)子組含有上述星座圖案的2N-2個(gè)符號(hào)點(diǎn)，上述調(diào)制函數(shù)代表一個(gè)含有表明星座圖案某個(gè)子組的2比特的碼字和表明該子組中某個(gè)符號(hào)點(diǎn)的(N-2)個(gè)其余比特的N比特?cái)?shù)據(jù)，N是一個(gè)大于2的整數(shù)，上述方法包括下述步驟根據(jù)由調(diào)制函數(shù)所代表的信號(hào)點(diǎn)確定I和Q標(biāo)度，其中當(dāng)信號(hào)點(diǎn)位在2N-QAM星座圖案的邊界之內(nèi)時(shí)則從信號(hào)點(diǎn)獲得的I和Q標(biāo)度就被選擇為I和Q輸出標(biāo)度，當(dāng)信號(hào)點(diǎn)位在邊界外部時(shí)則I和Q輸出標(biāo)度的確定將使得它們能夠指定最接近于信號(hào)點(diǎn)的符號(hào)點(diǎn)的那個(gè)子組；借助于對(duì)1/2比率的二進(jìn)制卷積代碼的軟決策算法，根據(jù)上述I和Q標(biāo)度確定一個(gè)子組，由此提供代表該子組的第一比特位；利用硬決策方法根據(jù)調(diào)制函數(shù)確定(N-2)個(gè)其余的比特；以及根據(jù)上述第一比特位和(N-2)個(gè)其余比特提供調(diào)制函數(shù)的解碼輸出。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中的N等于5。
全文摘要
一種解碼設(shè)備，根據(jù)調(diào)制函數(shù)確定文檔編號(hào)H04N7/48GK1117246SQ9510135
公開日1996年2月21日 申請(qǐng)日期1995年1月27日 優(yōu)先權(quán)日1994年4月30日
發(fā)明者任龍熙 申請(qǐng)人:大宇電子株式會(huì)社