TWI387270B - 可適性位元承載系統之低複雜度數位調變映射方法與裝置 - Google Patents

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可適性位元承載系統之低複雜度數位調變映射方法與 裝置
本發明是有關於一種數位調變技術，且本發明是特別有關於一種藉由簡單的組合邏輯，對於不同的承載位元數運用同一套硬體來實施數位調變映射的方法與裝置。
在Multi－carrier(多載波)特別是OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,正交分頻多工)系統中，資料位元會被調變至每一個子載波來傳輸。一些OFDM系統會使用源自於可適性子載波調變(adaptive subcarrieerr modulation)技術的ABL(Adaptive Bit－Loading,可適性位元載置)技術，來對抗頻率選擇性衰減(frequency selective fading)與彩色雜訊(colored noise)。每一個子載波根據其不同的SNR(Signal－to－Noise Ratio,訊雜比)條件，來使用不同的調變機制，如BPSK、QPSK、16－QAM、64－QAM、256－QAM、1024－QAM等，其中QAM為正交振幅調變(Quadrature Amplitude Modulation)之簡稱，BPSK、QPSK各為四相移鍵控調變(Quadrature Phase Shift Keying)與雙相移鍵控調變(Binary Phase Shift Keying)之簡稱。
ABL技術有益於系統得到更高的傳輸率(throughput)，但是卻會增加系統FEC(Forward Error Correction,順向錯誤更正)、調變、SNR估測等模組建構上的複雜度。
上述為在頻域(frequency domain)根據每一個子載波 之SNR高低而使用不同的調變機制；在時域(time domain)亦可根據不同的時間之SNR高低以承載不同位元數，傳統上，調變機制如QAM的編碼是藉由多工器(multiplexer)使用查找表(lookup table)的方式來實現，如圖1繪示為電力線影音傳送技術(HomePlug AV)的符號映射(symbol mapping)表。然而此方式卻會造成至少以下兩個問題：1.多工器在硬體實現上，需要使用大量的硬體資源，尤其是系統需要實現多種調變機制組合時，舉例來說如位元載置OFDM系統。
2.高複雜度或大型的多工器會導致系統將信號符元(symbol)調變至子載波時會有較大的路徑延遲(latency)，會無法在限定時脈週期內完成調變，影響系統效能。
本發明的目的為提供可適性位元承載系統一有別於傳統查找表法之低複雜度數位調變映射方法與裝置，此數位調變映射方法包括：1.將m個欲承載之資料位元轉變成n個中間值，其中n為一個調變符號最大可承載位元數，1≦m≦n。
2.將上述n個中間值代入一簡單組合邏輯能輕易實現之公式，以計算出所映射的訊號點(constellation point)。
本發明的再一目的是對不同的承載位元數而言，公式與組合邏輯都是一模一樣以達到節省硬體的目的。
基於上述及其他目的，本發明揭露一實際支援至2x 2y －QAM的數位調變映射方法，可分別承載x與y位元至訊號點之實部與虛部，其中x跟y都是正整數且可以不相等，且實部與虛部分開承載，其方法一致。以I通道每個調變符號最大可承載n位元，且本調變符號實部承載m位元為說明，此數位調變映射方法包括：(0)利用位元轉換器將m個欲承載之資料位元dm－1 ~d0 轉變成n個中間值an－1 ~a0 ，其中dm－1 ~d0 等於0或1，an－1 ~a0 等於1、－1或0，n、m皆為自然數，1≦m≦n，轉換方式為：for(i＝0；i<n；i＋＋) if(i>＝n－m) ai＝2di－n＋m －1； else ai ＝0； (1)將an－1 ~a0 輸入一組合邏輯運算器以實現公式kn－1 an－1 (2n－1 ＋...＋k4 a4 (24 ＋k3 a3 (23 ＋k2 a2 (22 ＋k1 a1 (21 ＋k0 a0 ))))...)，得到運算結果r，其中系統參數kn－1 ~k0 預先選擇等於1或－l，可決定2n 種數位調變映射方式(modulation mapping scheme)。
(2)利用移位運算器將r右移(right shift)n－m個位元，以計算出所映射的正交振幅調變位準(QAM level)LI 。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說 明如下。
圖2繪示為本發明實施例之數位調變映射裝置圖。如圖2所示，其包含一運算裝置20與移位運算器23，而此運算裝置20包含一位元轉換器21與一組合邏輯運算器22。位元轉換器21將m個欲承載至一符號(symbol)之資料位元dm－1 ~d0 轉變成n個中間值an－1 ~a0 ，將an－1 ~a0 輸入一組合邏輯運算器22以實現公式kn－1 an－1 (2n－1 ＋...＋k4 a4 (24 ＋k3 a3 (23 ＋k2 a2 (22 ＋k1 a1 (21 ＋k0 a0 ))))...)，得到運算結果r，再利用移位運算器23將r右移(right shift)n－m個位元，以計算出所映射的正交振幅調變位準(QAM level)LI 。
為了讓在本領域具有通常知識者能夠更瞭解本發明之精神所在，接下來舉另一實施例說明，將預設常數(k4 ,k3 ,k2 ,k1 ,k0 )設為(1,1,－1,－1,－1)、n設為5，即可應用本發明輕易實現圖1繪示之電源線影音傳送技術的符號映射表。假設某一符號欲使用64－QAM數位調變承載位元數m為3，數位資料(d2 ,d1 ,d0 )為(0,1,0)，則圖3繪示為本發明實施例根據圖1設計之數位調變映射裝置圖。運算裝置4411接收數位資料(d2 ,d1 ,d0 )，位元轉換器412先將數位資料(d2 ,d1 ,d0 )的每一位元，作一位元轉換，將位元值為0的位元轉換為－1。之後數位資料(d2 ,d1 ,d0 )依照最高有效位元到最低有效位元之順序代入a4 ~a2 ，將0代入a1 ~a0 ，亦即(a4 ,a3 ,a2 a1 ,a0 )為(－1,1,－1,0,0)。
接下來，運算裝置41進行組合邏輯運算器411，其運 算為kn－1 an－1 (2n－1 ＋...＋k4 a4 (24 ＋k3 a3 (23 ＋k2 a2 (22 ＋k1 a1 (21 ＋k0 a0 ))))...)，輸出一運算結果r為－2810 ，相當於二進位1001002 。
最後，移位運算器42將數位調變映射方法算出之結果r，平移n－m個位元以得到映射值，即QAM調變I通道之振幅位準LI 。換句話說，移位運算器42將運算結果1001002 平移2位元，得到10012 ，即為十進位表示之－710 ，得到如圖1繪示I通道在64－QAM調變承載數位資料0102 時之映射值。
此外，在本領域具有通常知識者應當知道，數位調變映射的最高承載位元數n，在I通道與Q通道使用之數值並不需要相同。舉例來說，在本領域具有通常知識者可以使用128－QAM之數位調變，在I通道承載4位元，在Q通道則承載3位元。
值得一提的是，雖然上述數實施例中已經對數位調變映射方法與裝置描繪出了一些可能的型態，但在本領域具有通常知識者應知，各廠商對於所欲映射的數位資料以及數位調變的設計方式都不一樣，因此本發明之應用當不限制於此種可能的型態。換言之，只要是將所欲映射的數位資料根據數位調變，透過位元轉換與組合邏輯運算，算出數位調變之映射值，就已經是符合了本發明的精神所在。
接下來再舉一實施例以便本領域具有通常知識者能輕易施行本發明。
圖4繪示本發明實施例在數位調變預設常數(k3 ,k2 ,k1 ,k0 )為(－1,1,1,－1)之符號映射表。圖5繪示為根據本發 明圖4實施例設計之數位調變映射裝置。
如圖5所示，假設數位調變映射最高承載位元數n為4，本實施例支援至512－QAM調變，假設某一符號欲使用64－QAM數位調變承載位元數m為3，數位資料(d2 ,d1 ,d0 )為(0,1,0)。首先，運算裝置71接收數位資料(d2 ,d1 ,d0 )，平移裝置712先將數位資料(d2 ,d1 ,d0 )的每一位元，作一位元轉換，將位元值為0的位元轉換為－1。將數位資料(d2 ,d1 ,d0 )依照最高有效位元到最低有效位元之順序代入a3 ~a1 ，將0代入a0 ，亦即(a3 ,a2 a1 ,a0 )為(－1,1,－1,0)。
接下來，運算裝置71進行數位編碼運算711，其運算為k3 a3 (23 ＋k2 a2 (22 ＋k1 a1 (2＋k0 a0 )))，輸出一運算結果r為1010 ，相當於二進位010102 。
最後，移位運算器72將運算結果010102 平移1位元，得到01012 ，即為十進位表示之510 ，得到如圖4繪示在64－QAM調變接收數位資料0102 時之編碼值。
比較圖1與圖4，同樣使用64－QAM數位調變，且同樣接收相同的數位資料(d2 ,d1 ,d0 )，但是隨著數位調變預設常數k值的不同，本領域具有通常知識者能輕易地得到不同的編碼值。
特別要提的是，雖然在上述提供能夠在位元載置OFDM系統得到各種QAM調變不同映射值的實施例。但是在本領域具有通常知識者應當知道，數位調變QAM不止應用於OFDM系統，也應用於藍芽(Bluetooth)系統、直接序列展頻(DSSS)技術等通訊領域上。另外，雖然上述實 施例僅舉出QAM、QPSK、BPSK的編碼實施例，然而在本領域具有通常知識者應當知道，8－PSK或者其他種類數位調變的映射值，亦可以利用本發明實施，其差別僅在於映射數與數位調變預設常數k值的不同。因此本發明之應用當不限制於OFDM系統與QAM調變。
綜上所述，本發明因採用位元轉換與組合邏輯運算，可將所欲映射的數位資料根據所需之數位調變，算出數位調變之映射值，因此達到降低數位資料調變映射之複雜度的目的。在硬體實現的時候，除了可以減少所需花費之硬體資源，亦可以縮短信號調變處理時間，降低晶片功耗，增加系統效能。
雖然本發明已經以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
dn－1 ~d0 ‧‧‧數位資料
an－1 ~a0 ‧‧‧順序編排後數位資料
m‧‧‧數位資料位元數
n‧‧‧數位符號映射最高承載位元數
kn－1 ~k0 ‧‧‧數位調變預設常數
r‧‧‧運算結果
L‧‧‧QAM振幅位準
LI ‧‧‧I通道QAM振幅位準
20、41、71‧‧‧運算裝置
32、42、72‧‧‧移位運算器
311、411、711‧‧‧數位調變映射運算
312、412、712‧‧‧位元轉換裝置
21‧‧‧位元轉換器
22‧‧‧組合邏輯運算器
23‧‧‧移位運算器
圖1繪示為電源線影音傳送技術的符號映射表。
圖2繪示為本發明實施例之數位資料調變映射裝置圖。
圖3繪示為本發明實施例根據圖1設計之數位資料調變映射裝置圖。
圖4繪示為本發明實施例在數位調變預設常數(k3 ,k2 ,k1 ,k0 )為(－1.1,1,－1)之符號映射表。
圖5繪示為本發明實施例根據圖4設計之數位資料符號映射裝置。
20‧‧‧運算裝置
21‧‧‧位元轉換器
22‧‧‧組合邏輯運算器
23‧‧‧移位運算器

Claims (15)

  1. 一種低複雜度數位調變映射方法，此數位調變映射方法包括：(1)將m個欲承載之資料位元轉變成n個中間值，其中n為一個調變符號最大可承載位元數，其中，m、n為自然數，且1≦m≦n；以及(2)將上述n個中間值代入一簡單組合邏輯能輕易實現之公式，以計算出所映射的訊號點(constellation point)。
  2. 一種實際支援至2x 2y -QAM的數位調變映射方法，可分別承載x與y位元至訊號點之實部與虛部，其中x跟y都是正整數且可以不相等，且實部與虛部分開承載，其方法一致。以I通道每個調變符號最大可承載n位元，且本調變符號實部承載m位元為說明，此數位調變映射方法包括：(1)利用位元轉換器將m個欲承載之資料位元dm-1 ~d0 轉變成n個中間值an-1 ~a0 ，其中dm-1 ~d0 等於0或1，an-1 ~a0 等於1、-1或0，n、m皆為自然數，1≦m≦n，轉換方式為： (2)將an-1 ~a0 輸入一組合邏輯運算器以實現公式kn-1 an-1 (2n-1 +...+k4 a4 (24 +k3 a3 (23 +k2 a2 (22 +k1 a1 (21 +k0 a0 ))))...)，得到運算結果r，其中系統參數kn-1 ~k0 預先選擇等於1或-1，可決定2n 種數位調變映射方式(modulation mapping scheme)。(3)利用移位運算器將r右移(right shift)n-m個位元，以計算出所映射的正交振幅調變位準(QAM level)LI 。
  3. 一種低複雜度數位調變映射方法，包括：提供一數位編碼運算，其運算如下：kn-1 an-1 (An-1 +...+k4 a4 (A4 +k3 a3 (A3 +k2 a2 (A2 +k1 a1 (A1 +k0 a0 )...)，其中n為自然數，A為實數；將所欲編碼的一數位資料代入an-1 ~a0 ；根據一數位調變，決定kn-1 ~k0 ；以及透過該數位編碼運算，算出該數位調變之一編碼值。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之低複雜度數位調變映射方法，其中「將所欲編碼的一數位資料代入an-1 ~a0 」之步驟包括：將該數位資料的每一位元，作一位元轉換後，依照最高有效位元到最低有效位元之順序，代入an-1 ~a0 ，其中該位元轉換之動作包括：將位元值為0之位元轉換為-1。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之低複雜度數位調變映射方法，其中「將所欲編碼的一數位資料代入an-1 ~a0 」之 步驟更包括：當該數位資料之位元數為m，且m小於n時，將該數位資料的每一位元，作一位元轉換後，依照最高有效位元到最低有效位元之順序，代入an-1 ~an-m-1 ，將0代入an-m-2 ~a0 ，其中該位元轉換之動作包括：將位元值為0之位元轉換為-1。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之低複雜度數位調變映射方法，其中「透過該數位編碼運算，算出該數位調變之一編碼值」之步驟包括：將該數位編碼運算算出之結果，平移n-m位元以得到該編碼值。
  7. 如申請專利範圍第3項所述之低複雜度數位調變映射方法，其中該數位調變為正交振幅調變。
  8. 如申請專利範圍第5項所述之低複雜度數位調變映射方法，其中ki 為+1或-1二者其一，i為自然數，且0≦i≦n-1。
  9. 如申請專利範圍第3項所述之低複雜度數位調變映射方法，其中該數位調變為四相移鍵控調變或雙相移鍵控調變。
  10. 一種低複雜度數位調變映射裝置，包括：一運算裝置，接收一數位資料，作一數位編碼運算，其運算如下：kn-1 an-1 (An-1 +...+k4 a4 (A4 +k3 a3 (A3 +k2 a2 (A2 +k1 a1 (A1 +k0 a0 )...)，其中n為自然數，A為實數，並輸出一運算結果；以及 一移位運算器，將該運算結果平移一位移值，得到一編碼值，其中該數位資料的位元數表示為m，該位移值為n-m，且其中kn-1 ~k0 根據一數位調變所決定。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之低複雜度數位調變映射裝置，更包括：一平移裝置，耦接該運算裝置，用以將該數位資料的每一位元，作一位元轉換後，依照最高有效位元到最低有效位元之順序，代入an-1 ~a0 ，其中該位元轉換之動作包括：將位元值為0之位元轉換為-1。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之低複雜度數位調變映射裝置，更包括：一平移裝置，耦接該運算裝置，用以將該數位資料的每一位元，作一位元轉換後，依照最高有效位元到最低有效位元之順序，代入an-1 ~an-m-1 ，將0代入an-m-2 ~a0 ，其中該位元轉換之動作包括：將位元值為0之位元轉換為-1。
  13. 如申請專利範圍第10項所述之低複雜度數位調變映射裝置，其中該數位調變為正交振幅調變。
  14. 如申請專利範圍第11項所述之低複雜度數位調變映射裝置，其中ki 為+1或-1二者其一，i為自然數，且0≦i≦n-1。
  15. 如申請專利範圍第10項所述之低複雜度數位調變映射裝置，其中該數位調變為四相移鍵控調變或雙相移鍵控調變。
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