CN101218773A - 用于16正交幅度调制方案的信号空间扩展 - Google Patents

用于16正交幅度调制方案的信号空间扩展 Download PDF

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Abstract

本发明涉及使用16－QAM星座在通信***中发送和接收数据比特流的方法。另外，提供了执行该方法的装置。为了提供使用信号空间扩展和与QPSK调制信号相比改进了比特误差率的16－QAM调制和编码方案，并且仍然提供实现具有低复杂度的编码器和解码器的可能性，本发明提出使用具有特别选择的映射规则的16－QAM星座、以及对于要发送的数据流的重复编码(信号空间扩展)和交织。

Description

用于16正交幅度调制方案的信号空间扩展
技术领域
本发明涉及用于使用16-QAM星座(constellation)在通信***中发送和接收数据比特流的方法。另外，提供执行该方法的装置。
背景技术
信号空间扩展
可将不相关的瑞利(Rayleigh)信道视为数字无线电通信的最坏情况的信道。对于在此信道上的检测性能至关重要的是移动通信***的分集阶数(diversity order)，其应该尽可能大。对于具***元交织(symbol-interleaving)的格子编码调制(TCM)，分集阶数是伴随任何错误事件的区别信道码元的最小数目。可通过在将编码的数据比特映射到调制码元之前对编码器输出进行按比特方式的交织来进一步增加分集阶数(例如参见Ungerboeck的“Trellis-coded modulation with redundant signal sets Part I：Introduction”和“ Trellis-coded modulation with redundant signal sets Part II：State of the art”，IEEE Communications Magazine，1987 2月，Vol.25，No.2)。
信号空间扩展概括了该比特交织的概念，使得可以使用较低比率的卷积编码(较大的汉明(Hamming)间距)来给出甚至更高的分集阶数。通过扩展调制码元星座来维持相同的谱效率。此概念一般也被称为信道码元扩展分集(CSED)。
仿真结果指示此方法导致编码调制方案在瑞利衰落信道上相比对等复杂度的码元或比特交织的TCM***具有明显更好的性能。
因此，信号空间(或信号集合)扩展允许避免所发送的数据的谱扩展。例如在编码***中，在发送之前将k个信息比特编码为n个编码的比特。如果要在固定的时间间隔T内发送此数据，一种方法是相比于仅发送信息比特、将发送带宽(或谱)扩展系数n/k。
可替换地，根据CSED所采用的方法，发送带宽保持不变，但是将映射到调制码元的数据比特的数量扩展系数n/k。作为示例，代替使用BPSK发送k比特的未编码的序列，可使用1/2比率的编码序列来使用QPSK发送n＝2k个比特。明显地，对于相等的数据率，每个时间周期两种方案需要发送相同量的码元。
对于本领域技术人员显而易见的是：可同样发生扩展以更进一步增加编码***的冗余量。例如，代替利用8-PSK发送2/3比率***，可使用具有16-QAM的2/4比率的信号空间扩展。
16-QAM
16-QAM(正交幅度调制)是在例如诸如UMTS或CDMA2000之类的基于IMT 2000的移动通信***中惯用的数字调制方案。在通常在其中图示16-QAM星座的复信号空间(complex signal space)中，通过特殊点(distinctpoint)来限定16个调制码元。这些点中的每一个点表示一个16-QAM码元。
对于二进制信息发送***，可以使用四个不同的比特来确定现有的16-QAM码元中的一个码元。因此，一个16-QAM码元由4比特组成(或者可以由一个字表示)，并且由复平面中的一个复数值表示。通常，调制码元的复数值可以由其相对于复平面中的相应I轴和Q轴的笛卡儿同相和正交分量(I和Q分量)来表示。这些轴也将复平面划分为四个象限。调制码元在复平面中通过其实部和虚部的表示等效于其极坐标分量(polar components)，即半径和角度的表示。
为了更好地理解本发明，这里假设一特定的16-QAM码元星座，其中，排列复平面的一个象限内的信号点，使得它们在信号空间的两个正交方向中形成四点的正方形。因此，这样的映射公知为方形(square)16-QAM或格形(lattice)16-QAM。在图1和图2中给出了两个示例。
本发明假设使用方形16-QAM映射来排列16-QAM码元。对于本领域技术人员而言，显然对于如例如图2中所示的每个经过旋转的16-QAM星座，可以选择复平面的轴使得经过旋转的16-QAM星座可以如图1所示。
通常，所谓的格雷(Gray)映射被用来将16-QAM星座中的16个调制码元与被映射到相应码元的四元比特相关联。根据该Gray映射方案，水平或垂直方向中的相邻调制码元仅在一个比特中不同。
集合划分/格子编码调制
格子编码调制(TCM)在过去十年作为在有限带宽的移动通信信道上的数字发送的组合的编码和调制技术已得到发展。TCM允许在传统未编码调制上的相当大的编码增益，而不牺牲带宽效率(例如参见Hansson等的“ChannelSymbol Expansion Diversity-Improved Coded Modulation for the RayleighFading Channel”，IEEE International Conference on Communications，1996(ICC96)，Conference Record，Converging Technologies for Tomorrow’s Applications.1996，891-895页，vol.2)。
格子编码调制(TCM)方案采用冗余非二进制调制结合有限状态编码器，该有限状态编码器管理调制信号的选择以生成编码的信号序列。在图4中给出了框图结构。TCM的基本概念是使用信号集合扩展以便为编码提供冗余，以及共同地设计编码和信号映射功能，从而直接使编码的信号序列之间的最小欧几里德(Euclidian)距离最大化。
集合划分的概念对于TCM方案具有核心重要意义。集合划分将信号集合连续地分为更小的子集，并最大程度地增大最小的集合内的距离。
TCM使用传统的卷积编码作为编码方案。被称为Turbo格子编码调制(TTCM)的改进的概念使用turbo码作为编码方案。
性能评价
如在Ungeberboeck的“Trellis-coded modulation with redundant signal setsPart I：Introduction”中所示的，与使用较低阶调制方案的信号的未编码发送相比，根据TCM方案的所产生的编码的和调制的信号的比特误差率得到了改进。
然而，一般不将TCM用于诸如UMTS之类的移动通信***，这是因为TCM需要的编码器、特别是解码器复杂程度非常高。TCM的编码器和解码器的复杂结构需要不可忽视的处理能力数量，其转而需要在终端中存在足够的电池电力。由于在移动终端中这两种资源一般都是缺乏的资源，因此在移动通信中TCM的使用没有取得成功。
例如，在UMTS中没有使用TCM(信号空间扩展)。作为替代，一般使用具有Gray映射的16-QAM或QPSK对信号进行调制(参见3GPP TS 25.213：“Spreading and modulation(FDD)(Release 6)”，V6.0.0，section 5.1，Table 3A，可在http://www.3gpp.org获得)。
发明内容
因此，本发明的主要目标是提供使用信号空间扩展和16-QAM的调制和编码方案，与QPSK调制信号相比，该16-QAM改进了比特误差率。另一目标是：就移动通信***考虑，提供实现具有低复杂度的编码器和解码器的可能。
通过独立权利要求的主题来解决主要目标。优选实施例为从属权利要求的主题。
本发明的一个关键的方面是使用具有预定的映射规则的16-QAM星座、以及对于要发送的数据流的重复编码(信号空间扩展)和交织。映射规则定义将16个四元比特(也称为数据字)中的哪些映射到16-QAM星座中的哪些调制码元(也成为数据码元)。例如可将16个调制码元表示为复坐标平面中的四行和四列。
例如，可将映射规则规范如下：
a)表示调制码元的四个数据比特中的第一数据比特基于其逻辑值选择16-QAM星座的两个相连码元区域中的一个，这两个相连码元区域中的每一个由彼此相邻的两行形成，
b)表示各个调制码元的四个数据比特中的第二数据比特基于其逻辑值选择16-QAM星座的两个相连码元区域中的一个，这两个相连码元区域中的每一个由彼此相邻的两列形成，
c)表示各个调制码元的四个数据比特中的第三数据比特基于其逻辑值选择16-QAM星座的两个不相连码元区域中的一个，这两个不相连码元区域中的每一个由彼此不相邻的两行形成，
d)表示相应调制码元的四个数据比特中的第四数据比特基于其逻辑值选择16-QAM星座的两个不相连码元区域中的一个，这两个不相连码元区域中的每一个由彼此不相邻的两列形成。
注意到下面的说明是重要的：这些映射规则不要求例如表示调制码元的四元比特的最高有效位根据其逻辑值选择在上面的规则中定义的区域中的一个特定区域。四元比特中的哪一个比特选择在四个上述映射规则中规定的四个码元区域中的哪一个码元区域对本发明提出的调制和编码方案的性能不产生影响，只要也保证也满足下面概述的标准。
等效于上面的规则a)、b)、c)和d)的映射规则的替换定义可以阐述如下。假设如图l所示地选择在其中可以表示方形16-QAM星座的复平面的轴。该轴将复信号空间划分为四个象限。假设16-QAM星座的该表示、QAM星座的映射规则满足下列准则：
a’)一个象限内的、彼此之间具有最小欧几里得距离的调制码元之间的汉明距离(Hamming distance)为1，
b’)相邻象限的、彼此之间具有最小欧几里得距离的调制码元之间的汉明距离为2，以及
c’)关于复坐标平面的原点彼此相对的(antipodal)调制码元具有汉明距离4。
此外，可考虑以下额外的规则：
d’)一个象限内的、在该象限内彼此之间具有大于最小欧几里得距离或者等于最小欧几里得距离的两倍的平方根的欧几里得距离的调制码元具有汉明距离2，
e’)位于相邻象限中的、彼此之间具有大于最小欧几里得距离或者等于最小欧几里得距离的两倍的平方根的欧几里得距离的调制码元之间的汉明距离为3。
除了这些可替换的、但等效的映射规则外，本发明的另一方面在于在重复编码之后、在它们映射到用于发送的调制码元之前执行数据的交织。在将数据映射到调制码元时，进一步保证要发送的数据的单个比特选择相连的码元区域，并且通过重复编码获得的其重复的版本选择不相连的码元区域，反之亦然。
根据本发明的一个示例实施例，提供了使用16-QAM星座在通信***中发送数据比特流的方法，该16-QAM星座具有可以以复坐标平面中的四行和四列表示的16个调制码元。16-QAM星座的每个调制码元可由四个数据比特的组合来表示。
根据此实施例的16-QAM星座遵守上文概述的映射规则a)、b)、c)和d)。
在第一步骤中，通过重复数据比特流的数据比特来扩展数据比特流的数据比特的数量。从而，形成了重复的数据比特流，对于数据比特流的每个数据比特，该重复的数据比特流包括与数据比特流的各个数据比特相关联的重复的数据比特。
接着，对数据比特流和重复的数据比特流之一或两者进行交织。另外，从数据比特流和重复的数据比特流形成数据字的序列，以及将每个数据字映射到16-QAM星座的调制码元。根据此实施例，每个数据字具有四个比特。各个数据字的两个比特由数据比特流的数据比特形成，各个数据字的两个比特由重复的数据比特流的数据比特形成。对于数据比特流的数据比特，选择相连的码元区域，对于其相关联的重复的数据比特流的重复的数据比特，选择不相连的码元区域，反之亦然。
将调制码元调制到载波频率，并进行发送。
根据该实施例的变形，数据字内来自数据比特流的两个数据比特形成各个数据字的最高有效位，各个数据字内来自重复的数据比特流的两个数据比特形成各个数据字的最低有效位，反之亦然。
数据字的最高有效位可分别选择相连的码元区域之一，数据字的最低有效位分别选择不相连的码元区域之一，反之亦然。
根据本发明的另一的实施例，将数据比特流分段为数据比特组的序列。在此实施例中，在数据比特组的级别上处理数据。因此，通过重复每个数据比特组扩展数据比特流的数据比特的数量，重复的数据流形成重复的数据比特组的序列。而且，为每个数据比特组执行交织，即，在数据比特组的级别上执行交织。
在此另一实施例的变形中，数据比特组中的相应的一个和重复的数据比特组中的相应的一个由数据比特流的两个数据比特和重复的数据比特流的两个数据比特组成。可在形成数据字的序列之前，改变数据比特组或重复的数据比特组中的至少一个的数据比特的顺序。
通常地，应注意：在上文中本发明的实施例中，数据比特流的数据比特以及其在重复的数据比特流中的重复的数据比特可被映射到同一调制码元，或被映射到不同的调制码元。
此外，在上文的实施例中，在扩展比特的数量之前可以使用前向纠错编码器(诸如卷积编码器、turbo编码器或分块(block)编码器)对数据比特流进行编码。
本发明的另一实施例提供用于在通信***中接收数据比特流的方法。在此实施例中，假定已经使用具有16个调制码元的16-QAM星座由发射机对数据比特流进行调制，该16个调制码元可以以复坐标平面中的四行和四列来表示。16-QAM星座的每个调制码元可以由四个数据比特的组合来表示。另外，在发射机处用于调制的16-QAM星座遵守上文所定义的映射规则a)、b)、c)和d)。
首先，接收包括数据比特流的传送信号，并且通过使用16-QAM星座检测由四个数据比特的数据字表示的调制码元来解调该传送信号。从而，将所接收的调制码元的每个数据比特与指示所接收的调制码元的各个比特的逻辑值的概率或指示所接收的调制码元的各个比特的逻辑值的度量相关联。另外，该度量可以指示所接收的调制码元的各个比特的逻辑值的概率，并且指示所接收的调制码元的各个比特的逻辑值。
另外，接收机知道一起形成所谓的相关联的比特对的所发送的数据比特和所发送的数据比特的重复的版本之间的关系。具体地，接收机知道：发送相关联的比特对的比特之一选择相连的码元区域之一，同时发送相关联的比特对的另一比特选择不相连的码元区域之一。因此，接收机可通过利用所发送的数据比特之间的所述关系来得到数据比特的度量。因此，已经选择了16-QAM星座的相连的(或不相连的)码元区域之一的、所接收的调制码元的每个数据比特可以与与调制码元的数据比特中表示其重复的重复的数据比特相关联。如上文所说明的，该重复的数据比特已经选择了16-QAM星座的不相连的(或相连的)码元区域之一。已经选择了16-QAM星座的相连的(或不相连的)码元区域之一的每个数据比特可以基于各个数据比特的度量和重复的数据比特的度量来与其相关联的重复的数据比特进行组合，以重构数据比特流。
将已经选择了相连的(或不相连的)码元区域之一的每个数据比特进行组合的步骤可包括：基于各个数据比特的度量和重复的数据比特的度量，为已经选择了相连的(或不相连的)码元区域之一的每个数据比特形成组合的度量，以及使用该组合的度量对数据比特流的组合的数据比特进行解码，重构数据比特流。
本发明的另一实施例提供一种用于使用具有16个调制码元的16-QAM星座、经由通信***的无线电信道发送数据比特流的装置，该16个调制码元可以以复坐标平面中的四行和四列表示。此外，16-QAM星座的每个调制码元可以以四个数据比特的组合来表示。另外，该16-QAM星座遵守上文提供的映射规则a)、b)、c)和d)。
发送装置可包括：信号空间扩展部件，用于通过重复从而形成重复的数据比特流来扩展数据比特流的数据比特的数量，对于数据比特流的每个数据比特，该重复的数据比特流包括与数据比特流的各个数据比特相关联的重复的数据比特；交织器，用于交织数据比特流或重复的数据比特流的至少一个；以及处理部件，例如处理器、DSP等等，用于从数据比特流和重复的数据比特流形成数据字的序列。
该处理部件可被适配为将每个数据字映射到16-QAM星座的调制码元。每个数据字具有四个比特，各个数据字的两个比特由数据比特流的数据比特形成，并且各个数据字的两个比特由重复的数据比特流的数据比特形成。此外，数据比特流的数据比特选择相连的码元区域，而其相关联的重复的数据比特流的重复的数据比特选择不相连的码元区域，反之亦然。
发送装置还可包括用于将码元调制到载波频率的调制器、以及用于发送经过调制的码元的发射机。
在本发明的另一实施例中，发送装置还包括被适配为执行用于根据上文概述的各种实施例以及它们的变形之一以在通信***中发送数据比特流的方法的步骤的部件。
本发明的一个实施例涉及用于经由通信***的无线电信道接收数据比特流的装置。此外，已经使用具有16个调制码元的16-QAM星座由发送装置对数据比特流进行了调制，该16个调制码元可以以复坐标平面中的四行和四列来表示。该16-QAM星座的每个调制码元可以由四个数据比特的组合来表示，16-QAM星座遵守根据上文中的a)、b)、c)和d)中的定义的映射规则。
接收装置可包括：接收机，用于接收包括数据比特流的传送信号；以及解调器，用于通过使用16-QAM星座检测由四个数据比特的数据字表示的调制码元来解调该传送信号，从而将所接收的调制码元的每个数据比特与指示所接收的调制码元的各个比特的逻辑值的概率和/或指示所接收的调制码元的各个比特的逻辑值的度量相关联。
另外，该装置可包括处理部件，用于将已经选择了16-QAM星座的相连的(或不相连的)码元区域之一的所接收的调制码元的每个数据比特与调制码元的数据比特中表示其重复的重复的数据比特相关联，其中该重复的数据比特已经选择了16-QAM星座的不相连的(或相连的)码元区域之一。此外，该装置还可以包括重构部件，用于：基于各个数据比特的度量和重复的数据比特的度量，将已经选择了16-QAM星座的相连的码元区域(或不相连的码元区域)之一的每个数据比特与其相关联的重复的数据比特进行组合，以重构数据比特流。
在本发明的另一实施例中，该重构部件被适配以基于各个数据比特的度量和重复的数据比特的度量，为已经选择了相连的(或不相连的)码元区域之一的每个数据比特形成组合的度量，并且该接收装置还包括解码器，用于使用该组合的度量对数据比特流的组合的数据比特进行解码，以重构数据比特流。
本发明的另一实施例涉及存储指令的计算机可读介质，当由发送装置的处理器执行该指令时，使得该发送装置使用具有16个调制码元的16-QAM星座经由通信***的无线电信道发送数据比特流，该16个调制码元可以以复坐标平面中的四行和四列来表示，该16-QAM星座的每个调制码元可由四个数据比特的组合来表示，16-QAM星座遵守如上文中的a)、b)、c)和d)中概述的映射规则。
计算机可读介质还存储指令，当发送装置的处理器执行该指令时导致通过以下步骤发送数据比特流：通过重复从而形成重复的数据比特流来扩展数据比特流的数据比特的数量，对于数据比特流的每个数据比特，该重复的数据比特流包括与数据比特流的各个数据比特相关联的重复的数据比特；交织数据比特流或重复的数据比特流的至少一个；由数据比特流和重复的数据比特流形成数据字的序列；以及将每个数据字映射到16-QAM星座的调制码元。每个数据字具有四个比特，各个数据字的两个比特由数据比特流的数据比特形成，并且各个数据字的两个比特由重复的数据比特流的数据比特形成。此外，数据比特流的数据比特选择相连的码元区域，而其相关联的重复的数据比特流的重复的数据比特选择不相连的码元区域，反之亦然。还可通过将码元调制到载波频率并且发送经过调制的码元，使得该发送装置发送数据比特流。
此外，在本发明的另一实施例中，计算机可读介质还存储指令，当发送装置的处理器执行该指令时，使得发送装置执行根据本发明的上述各种实施例以及它们的变形之一的发送数据比特流的方法的步骤。
本发明的另一实施例提供存储指令的计算机可读介质，当接收装置的处理器执行该指令时，使得接收装置经由通信***的无线电信道接收数据比特流。已经由发射机使用具有16个调制码元的16-QAM星座对数据比特流进行调制，该16个调制码元可以以复坐标平面中的四行和四列来表示，可由四个数据比特的组合来表示16-QAM星座的每个调制码元。此外，16-QAM星座遵守如上文中的a)、b)、c)和d)所概述的映射规则。
通过以下步骤使得接收装置接收数据比特流：接收包括数据比特流的传送信号；通过使用16-QAM星座检测由四个数据比特的数据字表示的调制码元来解调该传送信号，从而将所接收的调制码元的每个数据比特与指示所接收的调制码元的各个比特的逻辑值的概率和/或指示所接收的调制码元的各个比特的逻辑值的度量相关联；将已经选择了16-QAM星座的相连的(或不相连的)码元区域之一的所接收的调制码元的每个数据比特与表示其在调制码元的数据比特内的重复的重复的数据比特相关联。该重复的数据比特已经选择了16-QAM星座的不相连的(或相连的)码元区域之一。基于各个数据比特的度量和重复的数据比特的度量，将已经选择了16-QAM星座的相连的(或不相连的)码元区域之一的每个数据比特与其相关联的重复的数据比特进行组合，以重构数据比特流。
在另一实施例中，计算机可读介质还可存储指令，其在将已经选了相连的(或不相连的)码元区域之一的每个数据比特进行组合的步骤中，使得接收装置的处理器基于各个数据比特的度量和重复的数据比特的度量为已经选择了相连的(或不相连的)码元区域之一的每个数据比特形成组合的度量，并且使用该组合的度量对数据比特流的组合的数据比特进行解码，以重构数据比特流。
附图说明
下文中，参考附图更详细地描述本发明。图中的相似或对应的细节标有相同的附图标记。
图1和图2示出了方形星座中的16 QAM的两个示例，
图3示出了根据本发明的实施例的、使用重复编码和交织从两比特到四比特的一般的信号空间扩展的示例，
图4示出了TCM的现有技术的编码器/调制器的结构，
图5示出了现有技术的CSED***的发射机框图，
图6示出了根据本发明的实施例的、使用字交织器的示例性的发射机框图，
图7示出了根据本发明的实施例的、使用部分独立的比特交织的示例性的发射机框图，
图8示出了根据本发明的实施例的、从具有偶数和奇数汉明权重的数据字到16 QAM星座的星座点的示例性的映射，
图9和图10示出了根据本发明的不同的实施例的、从数据字到16 QAM星座的调制码元的两个示例性的映射(AICO映射)，
图11到图14示出了根据本发明的实施例的、分别通过数据字的第一、第二、第三和第四比特使用AICO映射的16 QAM星座的码元区域的示例性的选择，
图15到图18示出了通过数据字的第一、第二、第三和第四比特使用Gray映射的16 QAM星座的码元区域的示例性的选择，
图19示出了在AWGN信道中传统的QPSK映射、Gray 16 QAM映射、以及根据本发明的实施例的AICO 16 QAM映射的比特误差性能的仿真结果，
图20示出了在瑞利衰落信道中传统的QPSK映射、Gray 16 QAM映射、以及根据本发明的实施例的AICO 16 QAM映射的比特误差性能的仿真结果，
图21示出了从在图20所示的瑞利衰落信道中Gray 16 QAM映射和根据本发明的实施例的AICO 16 QAM映射的比特误差性能的仿真结果截取的一部分，
图22示出了根据本发明的实施例的示例性发射机和接收机框图，以及
图23示出了根据本发明的实施例的示例性解调和数据流重构过程。
具体实施方式
下面的段落将描述本发明的各种实施例。仅为示例性的目的，对于大多数实施例，独立于其在移动环境中的实现而概述。然而，应注意本发明特别适用于无线或移动网络，诸如UTMS通信***、WLAN等，其中移动设备具有有限的电池电力和处理资源。
而且，在上面背景技术部分中给出的详细阐述仅仅意图更好地理解在下面描述的示例实施例，而不应该被理解为将本发明限制到所描述的移动通信网络中的处理和功能的特定实现。
本发明的一个主要方面是采用特别选择的16-QAM映射结构结合简单的字重复(信号空间扩展)以及交织。该信号空间扩展和交织以及从要发送的数据到调制码元的特别适配的映射的结合在整个发射机和接收机链的简单程度方面具有有益的效果，并且与现有技术***相比可以显著提高发送性能。
本发明提出了与采用具有信号集合扩展和/或TCM的Gray映射的现有技术解决方案相比具有提高的性能的、允许将信号空间扩展用于16-QAM映射的策略。为了对于接收机和发射机实施简单的编码和解码方案，将重复编码用于信号空间扩展，而不是TCM中使用的更精细的、但是也更复杂的编码和解码方案。研究和仿真显示：对于这样的简单的***给出最佳性能的映射需要使用非标准的非Gray映射方案。
在进一步详细描述本发明的不同方面之前，下面提供根据本发明的一个实施例的编码和解码方案的简短概述。
图22示出根据本发明的一个实施例的发送装置2201和接收装置2210。在发送装置2201中，从较高层提供输入数据流。该输入数据流可以例如是来自正在进行的语音通信或任何类型的数据通信的语音。可选择地，可以在采用前向纠错的编码器2202中对输入数据流进行编码。例如，编码器2202可以是卷积编码器、turbo编码器、或分块编码器。接着，将输入数据流输入到重复编码器2203，其重复输入数据流的比特并输出该输入数据流和包括数据比特流的数据比特的复本的第二数据流。
将两个数据比特流，即输入数据比特流和重复的数据比特流进一步提供给交织器2204，其交织两个数据比特流两者或其中之一。交织器2204将两个数据比特流输出到16-QAM映射部件2205，其中将两个数据比特流的数据比特以四比特为单位(四元(quadruple))映射到16个调制码元之一。接下来，将进一步更详细地描述从输入数据比特流和重复的数据比特流到调制码元的映射。
在已经被映射到调制码元之后，数据在调制器2206中被调制到一个载波频率(或在考虑OFDM类型的通信***时的多个载波频率)，并经由一个无线电信道(或若干无线电信道)通过发射机2207发送。
在更详细地描述接收装置2210的接收机侧结构之前，下面将提供发送装置2201的操作和结构的细节。
本发明的一方面是16-QAM星座的映射规则的定义。为了更好地理解对于新的映射的属性的进一步的详细描述，提供下文中经常使用的若干术语的定义：由二进制元素0和1(替换表示为-1和1)组成的码元的汉明权重是由二进制元素组成的字内的非零(即1)元素的数目。因此，对于映射到16-QAM码元的任何4-比特字而言，汉明权重可以为整数值0(即，对于字“0000”)、整数值1(即对于字“0010”)、整数值2(即，对于字“1010”)、整数值3(即对于字“1110”)、或整数值4(即，对于字“1111”)。偶数汉明权重值也被表示为“偶数汉明奇偶校验(parity)”，奇数汉明权重值被表示为“奇数汉明奇偶校验”。
图8示出了根据本发明的一个实施例的、偶数和奇数汉明权重字到星座码元的映射。在图8所示的星座中，结合重复编码和交织使用的特殊的16-QAM映射应至少满足以下属性：
a”)具有第一汉明权重奇偶校验的所有字被明确地映射到图8中的虚线的或白色的调制码元。
b”)具有第二汉明权重奇偶校验的所有字被明确地映射到图8中的虚线的或白色的调制码元。
c”)上面两个属性是互补的，即，如果偶数汉明权重字被映射到虚线的调制码元，则奇数汉明权重字被映射到白色的调制码元。
d”)第一星座码元旋转180度将产生第二星座码元，其传送作为由第一星座码元传递的第一个字的二进制补码的第二个字。
如在图8中可看到的，16-QAM星座中的每个虚线的码元具有两个或四个最接近的相邻码元，而每个白色的码元具有三个最接近的相邻码元。因此，上面的前两个属性可重新规范如下：
a)具有第一汉明权重奇偶校验的所有字被明确地映射到具有两个最接近的相邻码元或者具有四个最接近的相邻码元的调制码元。
b)具有第二汉明权重奇偶校验的所有字被明确地映射到具有三个最接近的相邻码元的调制码元。
这些属性的值得注意的结果在于在一些情况下会违反最接近的相邻码元的Gray原则。因此这被称为非Gray映射。最后一个属性意味着相对的(antipodal)星座码元携带二进制倒转(binary inverted)的字。因此，该映射被称为相对倒转的星座映射(Antipodal Inverted Constellation Mapping)或者AICO映射。非Gray特性的结果是特定比特选择的码元区域的不同。
图11到图14示出了根据本发明的实施例的、各个比特与它们基于其逻辑值选择的码元区域的示例性对应关系。图11到图14由此显现如何将被映射到相应的调制比特的数据比特的四元数据比特中的各个比特基于其逻辑值选择不同的码元区域之一。
在图11到图l4中，Si j表示码元区域，其中j是表示要被映射的四元数据比特的数据比特编号1、2、3或4的上标，i表示逻辑比特值b或其逆(inverse)b，本领域技术人员将懂得在该通用表示中，实际逻辑比特值(0或1，或者替换地-1和1)或字内的比特位置是无关的。
在图11中，示出了四元比特中的第一数据比特到两个垂直相连(contiguous)的码元区域Sb 1和
Figure S2005800509805D00141
之一的示例对应。基于数据比特的逻辑值b或b选择两个码元区域之一。应当注意，对于两个比特的每一个存在两个相连码元区域Sb 1和
Figure S2005800509805D00142
相应地，图12图示了四元比特中的第二数据比特是如何被映射到两个水平相连码元区域Sb 2和
Figure S2005800509805D00143
之一的。因此，四元比特(数据字)中的两比特选择复平面中的16-QAM星座表示中的相连码元区域。此外，图13示出四元比特中的第三数据比特对两个垂直不相连(non-contiguous)的码元区域Sb 3和之一的示例选择，图14示出四元比特中的第四个数据比特对两个水平不相连码元区域Sb 4和
Figure S2005800509805D00145
之一的示例选择。
应当注意，在图11到图14中，不要求选择图11中的两个相连码元区域Sb 1知
Figure S2005800509805D00146
之一的“第一数据比特”等效于数据字的最高有效比特。同样，“第二、第三和第四数据比特”并非必须分别对应于数据字的第二、第三或第四比特。类似地，图11到图14中的码元区域的示例选择也不应该被解释为局限于数据字的两个最高有效比特选择图11和图12中所图示的相连码元区域中的各自的一个，而数据字的两个最低有效比特选择图13和图14中示出的两个不相连码元区域中的相应的一个码元区域，尽管这种实现是确定可能的。
为了理解所提出的新的映射方案相对于传统的Gray映射方案的区别，在图15到图18中给出了Gray方法的等效的对应码元区域。从图15到图18中可以认识到：对于数据字的四比特中的两比特而言，在Gray映射和AICO映射之间在码元区域方面没有区别。然而，对于剩余的两比特而言，码元区域是不同的。取决于逻辑比特值，在Gray映射中，使用来自相连区域的调制码元或来自不相连区域的调制码元；而在AICO映射中，总是使用来自两个不相连区域的调制码元。
如可从图11到图14中看到的，当考虑调制码元的垂直分离时，将调制码元排列成四列，每列四个调制码元，而当考虑调制码元的水平分离时，将调制码元排列成四行，每行四个调制码元。基于在图11到图14中示出的16-QAM星座的该示例说明，在上面的a”)到d”)中概述的映射可替换地规范如下：
a)表示调制码元的四个数据比特中的第一数据比特基于其逻辑值选择16-QAM星座的两个相连码元区域之一，这两个相连码元区域中的每一个由彼此相邻的两行形成；
b)表示各个调制码元的四个数据比特中的第二数据比特基于其逻辑值选择16-QAM星座的两个相连码元区域之一，这两个相连码元区域中的每一个由彼此相邻的两列形成；
c)表示各个调制码元的四个数据比特中的第三数据比特基于其逻辑值选择16-QAM星座的两个不相连码元区域之一，这两个不相连码元区域中的每一个由彼此不相邻的两行形成；
d)表示各个调制码元的四个数据比特中的第四个数据比特基于其逻辑值选择16-QAM星座的两个不相连码元区域之一，这两个不相连码元区域中的每一个由彼此不相邻的两列形成。
接着，更详细地讨论本发明的另一方面。图3示出了根据本发明的一个实施例的发送装置内的信号空间扩展方案的非常概括的结构。此示例性的信号空间扩展方案关于组成块的特定操作留出了的很大的自由度。
在第一块中，假定信号源3001(例如，使用前向纠错的编码器或提供要发送的数据比特流的较高层的实例)于瞬时时刻k提供两个比特ak和bk。为求简便，将这些比特概括为符号s(k)。后面的重复编码器3002为一个输入字s(k)生成两个输出字s1(k)和s2(k)，使得s(k)＝s1(k)＝s2(k)。在交织器3003中，通常将序列(ak，ak，bk，bk)明确地交织为新的序列(ak’1，ak’2，bk’3，bk’4)。本领域技术人员将认识到：这里，比特的顺序是没有相关性的，这是因为关于比特到码元的映射，这些比特的解释也取决于映射单元。接着，将这样的四元比特中的每一个映射到一个16-QAM码元(块3004)，调制到载波频率(块3005)并且发送(块3006)。
下面是根据本发明的示例实施例、关于图3中示出的这两个功能块3002、3003的操作的一些要求：
·比特及其重复的版本可以(但最好不要)映射到同一码元(即，在若干码元的数据块内，应存在将那些比特映射到不同码元的至少一个实例)，
·映射比特及其重复的版本，使得其中一个选择两个相连的码元区域之一，而另一个选择两个不相连的码元区域之一，
·字到调制码元的映射使用AICO映射方案，如上文所概括的。
本发明的另一实施例提供另一发送装置的结构，其为图3所示的方案的特殊情况，并且如上文所讨论。根据本发明的此实施例，另外将比特及其重复的版本映射到同一维度(dimension)，即复信号的I或Q分量。这可以通过如图6和图7所示的示例性发送装置结构来获得。
更具体地，图6示出了发送装置结构，其中根据例如在图9或图10中提供的16-QAM星座来执行码元映射6004。图9和图10分别示出了根据本发明的实施例的AICO映射方案的不同示例。
在第一逻辑块中，信号源3001于瞬时时刻k提供两个比特ak和bk。为求简便，将这些比特概括为符号s(k)。后面的重复编码器3002为一个输入字s(k)生成两个输出字(或比特组)s1(k)和s2(k)，使得s(k)＝s1(k)＝s2(k)。随后在交织块6003中对第二重复的版本s2(k)进行交织。应注意：根据此示例实施例，在比特组级别执行交织，即，交织器6003明确地使序列s2(k)改变顺序，成为新的序列s2(k*)，和/或使序列s2(k)、s2(k+1)、s2(k+2)、...的数据块改变顺序，成为新的序列s2(k*)、s2(k*+1)、s2(k*+2)、...的数据块。接着将比特ak和ak*映射到实部维度，而将(数据块中的一序列或若干序列)的比特bk和bk*映射到虚部维度。应注意：(在示例2中)可任意选择数据比特组的大小。
I分量的两个比特也可被表示为i1和i2，同样地，Q分量可被表示为q1和q2。以此表示方法，可将ak和ak*分别映射到i1和i2，而将bk和bk*分别映射到q1和q2。因此，图9和图10中的映射示出了比特顺序的表示(i1、i2、q1、q2)。
在图6所示的发送装置结构中，对与其各个“原始”数据比特ak相关联的重复的数据比特ak*进行交织。可替换地，可对“原始”数据比特ak或对“原始”数据比特ak及重复的数据比特ak*两者进行交织。
图7示出了根据本发明的另一实施例的示例性发送装置结构，其中交织是“基于比特的”。通常，使用与图6相同的表示方法。然而，现在以码元方式执行交织，即，对整个码元进行交织，而并非码元内的比特。书面上也将此称为“码元间(Inter-Symbol)交织”。此外，将比特ak和ak*映射到实部维度，将比特bk和bk*映射到虚部维度，例如在再次假定比特顺序为(i1、i2、q1、q2)的图9和图10中所示的。
通过利用图6和图7所示的所提出的发送装置结构获得的改进已通过数值蒙特卡洛仿真进行了验证。图19给出了对于AWGN信道的情况的结果，图20和图21给出了对于一条路径不相关瑞利衰落信道的情况的结果。
特别地，从图19可以看到：所提出的发送装置结构在整个仿真的Es/N0范围上相对于Gray映射方法可获得提高的性能。对于较低的Es/N0，根据上文中不同的实施例的发送装置结构可获得与不具有重复和扩展的QPSK***相同的性能，甚至对于中等大小的Es/N0，所提出的方案的损失也很小。
然而在图20、特别是在图21中，可以看到：与使用具有信号空间扩展方法的Gray映射方案的发送装置和采用不具有信号空间扩展的QPSK方案的发送装置相比，所提出的结构都在比特误差率方面具有更好的性能。
应该看到：对于根据上文中的各种实施例的发送装置的操作，可任意选择所使用的交织方案，只要保证输入数据流的数据比特选择相连的码元区域(参见图11和图12)，而由重复编码器生成的、形成重复的数据比特流的重复的数据比特选择不相连的码元区域(参见图13和图14)。
可替换地，可任意选择所使用的交织方案，只要保证输入数据流的数据比特选择不相连的码元区域(参见图13和图14)，而由重复编码器生成的、形成重复的数据比特流的重复的数据比特选择相连的码元区域(参见图11和图12)。在本发明的另一替换实施例中，可任意选择交织，只要保证输入数据流的数据比特及其各个重复的数据比特选择一个相连的码元区域以及一个不相连的码元区域。
通常，应注意：仅接收装置识别属于在一起的数据比特对是相关的。调制码元的比特是否与如由发送装置所提供的正确的数据比特流相关联不具有特定的相关性，只要可以保证在接收装置处数据比特及其重复可以彼此相关联。
现在回到图22，现在将进一步详细描述接收装置结构。根据本发明的一个实施例，接收装置2210的接收机2211接收由发送装置2201发送的信号。将所接收的信号输出到解调器2212，其检测信号中的各个调制码元。换言之，解调器使固定持续期间的信号部分与根据由发送装置2201所使用的16-QAM星座的四元比特相关联。明显地，接收装置2210需要被告知或知道由发送装置所使用的码元映射，以便能够将调制比特的映射反转(reverse)为数据字(四元比特)
解码器2212也使数据字的每个比特与允许重构所接收的数据字的各个数据比特的逻辑值的度量相关联。数据字中的每个数据比特的该度量的内容取决于所使用的解码策略，其将在下面详细描述。解调器还可以得知或可被告知在发送装置2201处由交织器2204所使用的交织方案(例如，通过预定义交织方式或通过控制信号的方式)。基于在发送装置2201处使用的交织方案的了解，解调器2212还可使对应于发送侧的输入数据流的数据比特的各个比特与其在发送侧重复的数据比特流的各自的重复的版本(即，重复的数据比特)相关联。将数据字、其中各个数据比特的度量、以及有关相关联的数据比特对的信息提供给数据比特流重构部件2213，该部件基于所述度量组合数据比特对，以反转通过重复编码器2203的信号空间扩展。
如果已经在发送侧对输入数据比特流进行了编码，则接收装置2210还包括解码器2214，以对由数据比特流重构部件2213提供的数据流进行解码。
应注意：接收装置2210的各个组件的结构将取决于在各个接收装置2210处采用的解调/解码方案。对于正确重构由发送装置发送的原始的输入数据比特流重要的是：接收装置2210能够提供调制码元到数据字的反向映射，以使每个数据比特或每个数据字与度量相关联并检测数据比特对，每个所述数据比特对由在数据字内的输入数据流的数据比特及其在重复的数据比特流中的重复的版本形成。因此，取代解调器2212，数据比特重构部件2213可提供对应于发送侧的输入数据流的数据比特的各个比特与其在发送侧的重复的数据比特流的各个重复的版本(即，重复的数据比特)之间的上述关联。可替换地，取代解调器2212，可在解调器和数据比特重构部件之间为接收装置2210提供去交织器，其将数据字分隔为数据比特流和重复的数据比特流，并确定关于两个数据比特流中属于一起的数据比特对的信息。
上文还提及：取决于接收器机策略，与数据字中的各比特相关联的度量可能具有不同的度量内容。例如，如果使用软值(soft-values)执行解码，则度量可以指示一个或多个概率值，所述概率值指示单独的数据比特是具有逻辑值-1还是1的概率。为此目的，该度量可以是例如对数似然率(LLR)，其如下定义：
LLR ( x i ) = log p ( x i = 1 ) p ( x i = 0 )
其中p(xi＝1)是比特xi等于逻辑值1的概率，而p(xi＝0)是比特xi等于逻辑值-1的概率。因此，LLR的符号直接指示比特xi的逻辑值，LLR的绝对值指示判断的确定性。当在接收装置处利用LLR运行时，可从数据比特对(数据比特及其重复)重构该重构的数据比特，例如通过仅仅添加数据比特对的数据比特的LLR，并且所重构的数据比特的逻辑值可以基于LLR的和的符号来确定。
图23例示了从由为码元(Ii，Qi)所测量的其同相和正交分量Ii和Qi表示的所接收的信号的数据比特流r1、r2、r3、r4、...的重构。使用16-QAM星座将每个码元(Ii，Qi)映射到指示每个码元(Ii，Qi)的对应的四元比特的四元比特x1 i、x2 i、x3 i、x4 i。基于码元分量(Ii，Qi)的实际值和在16-QAM星座中到调制码元的作为结果的(欧几里德)距离，可将比特x1 i、x2 i、x3 i、x4 i中的每一个与LLR(LLR(x1 i)、LLR(x2 i)、LLR(x3 i)、LLR(x4 i))相关联，该LLR指示各个比特等于逻辑值-1或1的确定性。接着，由连续的四元比特x1 i、x2 i、x3 i、x4 i形成的比特流可被去交织为数据比特流和重复的数据比特流，并且检测在所述流中属于在一起的数据比特，即原始数据比特及其关联的重复。接着，可通过组合相关联的数据比特(比特对)的LLR来建立重构的数据比特流r1、r2、r3、r4。
当在接收装置2210处利用硬判定工作时，度量可以直接指示相应数据比特的逻辑值。而且，在该情况下，用于重构(所发送的)数据比特流的数据比特对的组合可以简单地将该比特对的数据比特的度量相加。使用软判定的组合也是可能的，即，在对该数据比特对的数据比特的逻辑值求和之前，可以使用指示检测各个逻辑值的确定性的概率值来加权。
在上述本发明的实施例中，已将发送装置结构限制为非常简单的重复编码方案，如涉及基本FEC(前向纠错)部分。然而，对于本领域技术人员应该显而易见的是，可以额外采用其它的编码方案，例如卷积码、turbo码、块码。这样的编码器可以例如在发射机侧的重复编码之前以串联方式连接，对应的解码器可在接收装置侧的数据比特重构部件或重复码的解码器之后连接。因此，不应将上述实施例理解为将本发明的适用性限制为如上所述的非常精细的FEC编码方案。
可选择地，例如参照图6或图7，可将每个比特及其交织的版本在重复后分别地逻辑倒转、或者通过在其重复之前倒转(invert)比特而隐含地逻辑倒转。另外，可将整个信号s1(k)或s2(k)逻辑倒转。因此，需要将在发送装置结构的逻辑块中的任何倒转在适配的接收装置结构中的对应的逻辑块中进行反转。
对于本领域技术人员应该显而易见的是：涉及实部和虚部维度的上面的描述仅对于如图1的示例中的16-QAM的情况有意义。在如图2所示的16-QAM星座的旋转后的版本中，这些正交维度需要被同样地旋转。
应注意与图4所示的TCM***相比本发明的概念的以下区别：
·TCM使用卷积(即，非平凡(non-trivial))编码器对原始m比特的部分进行编码；本发明仅仅重复原始m比特中的每一个，即，允许需要较少的计算复杂程度的、编码器的较简单的实现，
·将卷积编码器的编码率限制为
Figure S2005800509805D00201
可将本发明的实施例中所使用的重复编码器视为等价于关于原始输入数据流的1/2率编码，或者可被解释为2/4率编码，这是因为对于两个输入比特获得了四个编码的比特，
·集合划分方法将产生不满足上述的属性a)、b)、c)和d)的16-QAM映射，
此外，本发明与传统的信道码元扩展分集(CSED)的不同在于例如其集合划分方案。由传统现有技术***(例如参见图5)使用的集合划分方法指对于最接近的相邻码元符合Gray原理(“Gray映射”)的调制方案。如例如可在图9和图10中看到的，根据本发明的集合划分方法使用另一映射概念。
根据主要目的，目前为止所描述的本发明及本发明的实施例可被用于任何类型的通信***。应注意：具体地，移动实体的特征对于可被实现的技术的复杂程度施以限制。在将本发明的原理施加到移动通信***时，除了与QPSK调制信号相比改进了调制的比特误差率和编码方案，还可以实施具有较低复杂度的编码器和解码器。
本发明的另一实施例涉及使用硬件和软件来实现上面描述的各实施例。认识到：可以使用例如通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其他可编程逻辑器件等的计算器件来实现或执行各种上述方法以及上述各种逻辑块、模块或电路。还可以由这些器件的组合来执行或实现本发明的各实施例。
此外，还可以利用由处理器执行的软件模块或直接以硬件来实现本发明的各实施例。软件模块和硬件实现的组合也是可能的。软件模块可以存储在任何类型的计算机可读存储介质上，例如RAM、EPROM、EEPROM、闪存、寄存器、硬盘、CD-ROM、DVD等。

Claims (23)

1.一种使用16-QAM星座在通信***中发送数据比特流的方法，该16-QAM星座具有可以以复坐标平面中的四行和四列来表示的16个调制码元，该16-QAM星座的每个调制码元可由四个数据比特的组合来表示，该16-QAM星座遵守以下的映射规则：
表示调制码元的四个数据比特中的第一数据比特基于其逻辑值选择16-QAM星座的两个相连码元区域中的一个，这两个相连码元区域中的每一个由彼此相邻的两行形成，
表示各个调制码元的四个数据比特中的第二数据比特基于其逻辑值选择16-QAM星座的两个相连码元区域中的一个，这两个相连码元区域中的每一个由彼此相邻的两列形成，
表示各个调制码元的四个数据比特中的第三数据比特基于其逻辑值选择16-QAM星座的两个不相连码元区域中的一个，这两个不相连码元区域中的每一个由彼此不相邻的两行形成，
表示相应调制码元的四个数据比特中的第四数据比特基于其逻辑值选择16-QAM星座的两个不相连码元区域中的一个，这两个不相连码元区域中的每一个由彼此不相邻的两列形成，
该方法包括以下步骤：
通过重复数据比特流的数据比特从而形成重复的数据比特流来扩展数据比特流的数据比特的数量，对于数据比特流的每个数据比特，所述重复的数据比特流包括与数据比特流的各个数据比特相关联的重复的数据比特，
交织数据比特流或重复的数据比特流的至少一个，
从数据比特流和重复的数据比特流形成数据字的序列，以及将每个数据字映射到16-QAM星座的调制码元，
其中每个数据字具有四个比特，各个数据字的两个比特由数据比特流的数据比特形成，并且各个数据字的两个比特由重复的数据比特流的数据比特形成，以及
其中数据比特流的数据比特选择相连的码元区域，而其相关联的、重复的数据比特流的重复的数据比特选择不相连的码元区域，反之亦然，
将调制码元调制到载波频率，以及
发送经过调制的码元。
2.根据权利要求1所述的方法，其中数据字内来自数据比特流的两个数据比特形成各个数据字的最高有效位，各个数据字内来自重复的数据比特流的两个数据比特形成各个数据字的最低有效位，反之亦然。
3.根据权利要求1或2中的一项所述的方法，其中数据字的最高有效位分别选择相连的码元区域之一，数据字的最低有效位分别选择不相连的码元区域之一，反之亦然。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中来自数据比特流的两个比特中的每一个选择不相连的码元区域之一，并且其中来自重复的数据比特流的两个比特中的每一个选择相连的码元区域之一。
5.根据权利要求1到4中的一项所述的方法，还包括将数据比特流分段为数据比特组的序列的步骤，
其中扩展数据比特流的数据比特的数量的步骤通过重复每个数据比特组来扩展数据比特的数量，
其中重复的数据流是重复的数据比特组的序列，并且
其中在数据比特组的级别上对每个数据比特组执行交织。
6.根据权利要求5所述的方法，其中数据比特组中的相应的一个和重复的数据比特组中相应的一个分别由数据比特流中的两个数据比特和重复的数据比特流中的两个数据比特组成。
7.根据权利要求5或6所述的方法，还包括以下步骤：在形成数据字的序列之前，改变数据比特组或重复的数据比特组中的至少一个的数据比特的顺序。
8.根据权利要求1到7中的一项所述的方法，其中将数据比特流的数据比特以及其在重复的数据比特流中的重复的版本映射到同一调制码元上。
9.根据权利要求1到8中的一项所述的方法，其中将数据比特流的数据比特及其在重复的数据比特流中的重复的数据比特映射到不同的调制码元。
10.根据权利要求1到9中的一项所述的方法，其中复平面包括四个象限，并且其中16-QAM调制星座所遵守的映射规则满足以下标准：
一个象限内的、彼此之间具有最小平方欧几里德距离的调制码元之间的汉明距离为1，
相邻象限的、彼此之间具有最小平方欧几里德距离的调制码元之间的汉明距离为2，以及
其中，关于所述复坐标平面的原点彼此相对的调制码元具有汉明距离4。
11.如权利要求10所述的方法，其中，一个象限内的、在该象限内彼此之间具有大于最小平方欧几里德距离或者等于最小平方欧几里德距离的两倍的平方根的平方欧几里德距离的调制码元具有汉明距离2。
12.如权利要求10或11所述的方法，其中，位于相邻象限内且彼此之间具有大于最小平方欧几里德距离或者等于最小平方欧几里德距离的两倍的平方根的平方欧几里德距离的调制码元之间的汉明距离为3。
13.根据权利要求1到12中的一项所述的方法，还包括在扩展比特的数量前使用前向纠错编码器对数据比特流进行编码的步骤。
14.一种用于在通信***中接收数据比特流的方法，已经使用具有16个调制码元的16-QAM星座由发射机对该数据比特流进行调制，该16个调制码元可以以复坐标平面中的四行和四列来表示，该16-QAM星座的每个调制码元可以由四个数据比特的组合来表示，并且16-QAM星座遵守以下的映射规则：
表示调制码元的四个数据比特中的第一数据比特基于其逻辑值选择16-QAM星座的两个相连码元区域中的一个，所述相连码元区域中的每一个由彼此相邻的两行形成，
表示各个调制码元的四个数据比特中的第二数据比特基于其逻辑值选择16-QAM星座的两个相连码元区域中的一个，这两个相连码元区域中的每一个由彼此相邻的两列形成，
表示各个调制码元的四个数据比特中的第三数据比特基于其逻辑值选择16-QAM星座的两个不相连码元区域中的一个，这两个不相连码元区域中的每一个由彼此不相邻的两行形成，
表示各个调制码元的四个数据比特中的第四数据比特基于其逻辑值选择16-QAM星座的两个不相连码元区域中的一个，这两个不相连码元区域中的每一个由彼此不相邻的两列形成，
该方法表示以下步骤：
接收包括数据比特流的传送信号，
通过使用16-QAM星座检测由四个数据比特的数据字表示的调制码元，来解调该传送信号，从而将所接收的调制码元的每个数据比特与指示所接收的调制码元的各个比特的逻辑值的概率或指示所接收的调制码元的各个比特的逻辑值的度量相关联，
将已经选择了16-QAM星座的相连的码元区域之一或不相连的码元区域之一的、所接收的调制码元的每个数据比特与调制码元的数据比特中表示其重复的重复的数据比特相关联，其中该重复的数据比特已经分别选择了16-QAM星座的不相连的码元区域之一或相连的码元区域之一，
基于各个数据比特的度量和重复的数据比特的度量，将已经选择了16-QAM星座的相连的码元区域之一的每个数据比特与其相关联的重复的数据比特进行组合，以重构数据比特流。
15.根据权利要求14所述的方法，其中将已经选择了相连的码元区域之一的每个数据比特进行组合包括：
基于各个数据比特的度量和重复的数据比特的度量，为已经选择了相连的码元区域之一的每个数据比特形成组合的度量，以及
使用该组合的度量对数据比特流的组合的数据比特进行解码，以重构数据比特流。
16.一种用于使用具有16个调制码元的16-QAM星座、经由通信***的无线电信道发送数据比特流的装置，该16个调制码元可以以复坐标平面中的四行和四列表示，该16-QAM星座的每个调制码元可以以四个数据比特的组合来表示，并且该16-QAM星座遵守以下的映射规则：
表示调制码元的四个数据比特中的第一数据比特基于其逻辑值选择16-QAM星座的两个相连码元区域中的一个，这两个相连码元区域中的每一个由彼此相邻的两行形成，
表示各个调制码元的四个数据比特中的第二数据比特基于其逻辑值选择16-QAM星座的两个相连码元区域中的一个，这两个相连码元区域中的每一个由彼此相邻的两列形成，
表示各个调制码元的四个数据比特中的第三数据比特基于其逻辑值选择16-QAM星座的两个不相连码元区域中的一个，这两个不相连码元区域中的每一个由彼此不相邻的两行形成，
表示各个调制码元的四个数据比特中的第四数据比特基于其逻辑值选择16-QAM星座的两个不相连码元区域中的一个，这两个不相连码元区域中的每一个由彼此不相邻的两列形成，
该发送装置包括：
信号空间扩展部件，用于通过重复数据比特流的数据比特从而形成重复的数据比特流来扩展数据比特流的数据比特的数量，对于数据比特流的每个数据比特，该重复的数据比特流包括与数据比特流的各个数据比特相关联的重复的数据比特，
交织器，用于交织数据比特流或重复的数据比特流中的至少一个，
处理部件，用于从数据比特流和重复的数据比特流形成数据字的序列，
处理部件，用于将每个数据字映射到16-QAM星座的调制码元，
其中每个数据字具有四个比特，各个数据字的两个比特由数据比特流的数据比特形成，并且各个数据字的两个比特由重复的数据比特流的数据比特形成，并且
其中数据比特流的数据比特选择相连的码元区域，并且其相关联的、重复的数据比特流的重复的数据比特选择不相连的码元区域，反之亦然，
调制器，用于将调制码元调制到载波频率以及
发射机，用于发送经过调制的码元。
17.根据权利要求16所述的发送装置，还包括被适配为执行根据权利要求2到13中的一项的方法的步骤的部件。
18.一种用于经由通信***的无线电信道接收数据比特流的装置，已经使用具有16个调制码元的16-QAM星座由发射机装置对该数据比特流进行了调制，该16个调制码元可以以复坐标平面中的四行和四列来表示，该16-QAM星座的每个调制码元可以由四个数据比特的组合来表示，并且该16-QAM星座遵守以下的映射规则：
表示调制码元的四个数据比特中的第一数据比特基于其逻辑值选择16-QAM星座的两个相连码元区域中的一个，所述相连码元区域中的每一个由彼此相邻的两行形成，
表示各个调制码元的四个数据比特中的第二数据比特基于其逻辑值选择16-QAM星座的两个相连码元区域中的一个，这两个相连码元区域中的每一个由彼此相邻的两列形成，
表示各个调制码元的四个数据比特中的第三数据比特基于其逻辑值选择16-QAM星座的两个不相连码元区域中的一个，这两个不相连码元区域中的每一个由彼此不相邻的两行形成，
表示各个调制码元的四个数据比特中的第四数据比特基于其逻辑值选择16-QAM星座的两个不相连码元区域中的一个，这两个不相连码元区域中的每一个由彼此不相邻的两列形成，
该接收装置包括：
接收机，用于接收包括数据比特流的传送信号，
解调器，用于通过使用16-QAM星座检测由四个数据比特的数据字表示的调制码元来解调该传送信号，从而将所接收的调制码元的每个数据比特与指示所接收的调制码元的各个比特的逻辑值的概率或指示所接收的调制码元的各个比特的逻辑值的度量相关联，
处理部件，用于将已经选择了16-QAM星座的相连的码元区域之一或不相连的码元区域之一的所接收的调制码元的每个数据比特与调制码元的数据比特中表示其重复的重复的数据比特相关联，其中该重复的数据比特已经分别选择了16-QAM星座的不相连的码元区域之一或相连的码元区域之一，
重构部件，用于基于各个数据比特的度量和重复的数据比特的度量，将已经选择了16-QAM星座的相连的码元区域之一的每个数据比特与其相关联的重复的数据比特进行组合，以重构数据比特流。
19.根据权利要求18所述的接收装置，其中该重构部件被适配为基于各个数据比特的度量和重复的数据比特的度量，为已经选择了相连的码元区域之一的每个数据比特形成组合的度量，并且
该接收装置还包括解码器，用于使用该组合的度量对数据比特流的组合的数据比特进行解码，以重构数据比特流。
20.一种存储指令的计算机可读介质，当由发送装置的处理器执行该指令时，使得该发送装置使用具有16个调制码元的16-QAM星座经由通信***的无线电信道发送数据比特流，该16个调制码元可以以复坐标平面中的四行和四列来表示，该16-QAM星座的每个调制码元可由四个数据比特的组合来表示，该16-QAM星座遵守以下的映射规则：
表示调制码元的四个数据比特中的第一数据比特基于其逻辑值选择16-QAM星座的两个相连码元区域中的一个，这两个相连码元区域中的每一个由彼此相邻的两行形成，
表示各个调制码元的四个数据比特中的第二数据比特基于其逻辑值选择16-QAM星座的两个相连码元区域中的一个，这两个相连码元区域中的每一个由彼此相邻的两列形成，
表示各个调制码元的四个数据比特中的第三数据比特基于其逻辑值选择16-QAM星座的两个不相连码元区域中的一个，这两个不相连码元区域中的每一个由彼此不相邻的两行形成，
表示各个调制码元的四个数据比特中的第四数据比特基于其逻辑值选择16-QAM星座的两个不相连码元区域中的一个，这两个不相连码元区域中的每一个由彼此不相邻的两列形成，
所述指令使得发送装置通过以下步骤发送数据比特流：
通过重复数据比特流的数据比特从而形成重复的数据比特流，来扩展数据比特流的数据比特的数量，对于数据比特流的每个数据比特，该重复的数据比特流包括与数据比特流的各个数据比特相关联的重复的数据比特，
交织数据比特流或重复的数据比特流中的至少一个，
从数据比特流和重复的数据比特流形成数据字的序列，以及将每个数据字映射到16-QAM星座的调制码元，
其中每个数据字具有四个比特，各个数据字的两个比特由数据比特流的数据比特形成，并且各个数据字的两个比特由重复的数据比特流的数据比特形成，以及
其中数据比特流的数据比特选择相连的码元区域，而其相关联的、重复的数据比特流的重复的数据比特选择不相连的码元区域，反之亦然，
将调制码元调制到载波频率，以及
发送经过调制的码元。
21.根据权利要求20所述的计算机可读介质，其还存储指令，当发送装置的处理器执行该指令时，使得发送装置执行根据权利要求2到13中的任一项的方法的步骤。
22.一种存储指令的计算机可读介质，当接收装置的处理器执行该指令时，使得接收装置经由通信***的无线电信道接收数据比特流，所述数据比特流已经由发射机使用具有16个调制码元的16-QAM星座进行调制，该16个调制码元可以以复坐标平面中的四行和四列来表示，可由四个数据比特的组合来表示16-QAM星座的每个调制码元，并且16-QAM星座遵守以下的映射规则：
表示调制码元的四个数据比特中的第一数据比特基于其逻辑值选择16-QAM星座的两个相连码元区域中的一个，这两个相连码元区域中的每一个由彼此相邻的两行形成，
表示各个调制码元的四个数据比特中的第二数据比特基于其逻辑值选择16-QAM星座的两个相连码元区域中的一个，这两个相连码元区域中的每一个由彼此相邻的两列形成，
表示各个调制码元的四个数据比特中的第三数据比特基于其逻辑值选择16-QAM星座的两个不相连码元区域中的一个，这两个不相连码元区域中的每一个由彼此不相邻的两行形成，
表示各个调制码元的四个数据比特中的第四数据比特基于其逻辑值选择16-QAM星座的两个不相连码元区域中的一个，这两个不相连码元区域中的每一个由彼此不相邻的两列形成，
所述指令使得接收装置通过以下步骤接收数据比特流：
接收包括数据比特流的传送信号，
通过使用16-QAM星座检测由四个数据比特的数据字表示的调制码元来解调该传送信号，从而将所接收的调制码元的每个数据比特与指示所接收的调制码元的各个比特的逻辑值的概率或指示所接收的调制码元的各个比特的逻辑值的度量相关联，
将选择16-QAM星座的相连的码元区域之一或不相连的码元区域之一的已经被接收的所接收的调制码元的每个数据比特与表示其在调制码元的数据比特中的重复的数据比特相关联，其中已经被接收的该重复的数据比特分别选择16-QAM星座的不相连的码元区域之一或相连的码元区域之一，
基于各个数据比特的度量和重复的数据比特的度量，将已经选择了16-QAM星座的相连的码元区域之一的每个数据比特与其相关联的重复的数据比特进行组合，以重构数据比特流。
23.根据权利要求22所述的计算机可读介质，进一步存储指令，其在将已经选了相连的码元区域之一的每个数据比特进行组合的步骤中，使得接收装置的处理器：
基于各个数据比特的度量和重复的数据比特的度量为已经选择了相连的码元区域之一的每个数据比特形成组合的度量，并且
使用该组合的度量对数据比特流的组合的数据比特进行解码，以重构数据比特流。
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