CN101147374B - 用于经由分层调制发送分层及非分层数据的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种媒体访问控制(MAC)层控制器，可管理分层调制系统中的基层数据和增强层数据。当基层数据和增强层数据两者皆存在时，该MAC层控制器可处理这些数据并将已编码码元映射到一分层调制星座。如果其中一层的数据终止，则MAC层控制器可生成预定的填充数据，并向缺少更多数据的该层提供该预定的填充数据。该MAC层控制器可向物理层硬件发送一控制信号，以使该硬件将具有填充数据的分层信号映射到一经修改的信号星座。该MAC控制器还可生成指示填充数据的发生的额外开销消息。接收机可接收该额外开销消息，并可使用该信息来针对该分层调制星座或是该经修改信号星座对接收机进行配置。

Description

用于经由分层调制发送分层及非分层数据的方法和装置

相关申请的交叉参照

本申请要求2005年3月10日提交的题为“METHODS AND APPARATUS FORTRANSMITTING LAYERED AND NON-LAYERED DATA VIA LAYEREDMODULATION(用于经由分层调制发送分层和非分层数据的方法和装置)”的美国临时申请No.60/660,873、以及2005年1月11日提交的题为“A METHOD OFTRANSMITTING A SINGLE LAYER DATA WHEN THE RECEIVER IS IN ALAYERED MODULATION MODE(当接收机处于分层调制模式时发送单层数据的方法)”的美国临时申请No.60/643,264的优先权。

发明背景

无线通信系统不断力求增大数据带宽以使信息能在耦合到该通信系统的设备之间迅速交换。限制了各设备可用数据带宽的参数中的一部分包括分配给这些设备的频谱带宽、以及链接这些设备的信道的质量。

无线通信系统使用各种技术来补偿对于数据带宽的各种约束。有一种无线通信系统可纳入多种编码技术，并可基于信道所支持的数据率来选择一种编码技术。在这一系统中，各通信设备可基于信道的能力来协商数据率。这一通信系统对于多点对点链路可能是有利的，但是在单个发射机向多个接收机提供基本相同数据的分布式广播系统中就可能不那么理想了。

无线通信系统可纳入分级调制，也称为分层调制，其中多个数据流跨数据层分级结构被同时发送。这多个数据流可包括一基层，它是在几乎所有接收机工作状况下均能成功接收的稳健通信链路。这多个数据流还可包括一增强层，它在低于、等于、或高于基层数据率的数据率下广播。与基层相比，在增强层上的通信在接收机处可能要求有较高的信号质量。因此，增强层可能对信道质量中的变动更加敏感。

接收机通常被确保具有在基层通信的能力，并且通常可解调基层上的数据。在足以支持增强层的信道状况下，接收机还能解调调制在增强层上的附加数据以提供更高的服务质量或提供附加的数据带宽。

分层调制信号的使用相当程度上使得发射机和接收机的操作复杂化。一些数据流在基层和增强层之上各自可能具有不相关的信息。因为这两层的相对独立性，其中一层——例如增强层——可能完成了发送或者没有更多的信息要发送，而基层还在继续提供信息。发射机可能不具备以支持增强层的间歇性操作所需的相同速率选择性地启用和停用分层调制的能力。或者，纳入在分层或非分层操作之间选择的无限制能力因硬件约束、成本或建立标准是不合需要的或不可行的。

分层调制信号的各个层间歇性地缺少信息在发射机和接收机处引起潜在的问题。发射机需要具有在分层调制信号的所有层上并非皆有信息时能够工作的能力。另外，接收机需要能觉察何时分层调制信号的所有层并非皆携带信息。但是，任何可能的方案都不应过度加重发射机或处理器处理能力的负担。

发明概述

一种媒体访问控制(MAC)层控制器可独立地管理分层调制系统中的基层数据和增强层数据。当基层数据和增强层数据两者均存在时，该MAC层控制器可处理这些数据。基层数据和增强层数据被编码并映射到一分层调制星座。

如果其中一层的数据终止、中断、完成或者停止，则该MAC层控制器可生成并向缺少更多数据的该层提供预定的填充数据。该MAC层控制器可向物理层硬件发送一控制信号以使该物理层硬件将具有填充数据的分层信号映射到一经修改的信号星座。该MAC层控制器还可生成指示填充数据的发生的额外开销消息。

接收机可接收该额外开销消息，并可使用该信息来针对该分层调制星座或该经修改信号星座对接收机进行配置。接收机还可本地地生成填充数据以协助增强层数据的解码。

本发明的各方面包括一种在分层调制信道中发送分层及非分层数据的方法。该方法包括接收基层数据，将基层数据编码成基层码元，接收增强层数据，确定增强层数据在基层数据终止前终止，生成填充数据，将该填充数据追加到该增强层数据，以及将追加有填充数据的增强层数据编码成增强层码元。

本发明的各方面包括一种在分层调制信道中发送分层及非分层数据的方法。该方法包括在具有多个时隙的逻辑信道的第一时隙期间生成一分层信号，将该分层信号映射到一分层调制星座，在该逻辑信道的第二时隙期间生成一非分层信号，并将该分层信号映射到一非分层调制星座。

本发明的各方面包括一被配置成在分层调制信道上发送分层及非分层数据的发射机。该发射机包括：基层处理块，它被配置成接收基层数据并将该基层数据编码成若干基层码元；增强层处理块，它被配置成接收增强层数据并将该增强层数据编码成若干增强层码元；信号映射器，耦合到该基层处理块和增强层处理块，并被配置成将至少一个基层码元与至少一个增强层码元的组合映射到一星座点；以及控制器，它被配置成确定增强层数据的终止，响应于增强层数据的终止生成填充数据，并将该填充数据耦合到增强层数据块。

本发明的各方面包括一种被配置成在分层调制信道上发送分层及非分层数据的发射机。该发射机包括：基层处理块，它被配置成接收基层数据并将该基层数据编码成若干基层码元；增强层处理块，它被配置成接收增强层数据并将该增强层数据编码成若干增强层码元；控制器，它被配置成基于增强层数据的存在生成一控制信号；以及信号映射器，耦合到该基层处理块和该增强层处理块，并被配置成将这些基层码元和增强层码元映射到基于该控制信号从多个星座当中选择的一个星座。

本发明的各方面包括一种被配置成在分层调制信道上接收分层及非分层数据的接收机。该接收机包括：码元解交织器，它被配置成接收由一星座点调制的音调并从该音调生成一基层码元和一增强层码元，并进一步被配置成生成一解码器控制信号；基层处理器，耦合到该码元解交织器，并被配置成接收该基层码元并解码基层数据；以及增强层处理器，耦合到该码元解交织器，并被配置成接收该增强层码元并基于该解码器控制信号选择性地解码增强层数据。

附图概述

结合附图领会以下阐述的详细说明，本公开的各实施例的特征、目的和优点将变得更加显而易见，在附图中相似的要素标以相同的参考标号。

图1是纳入分级调制的无线通信系统的一个实施例的功能框图。

图2A到2C是一种分级调制的星座图。

图3是分层调制系统中的发射机的一个实施例的简化功能框图。

图4是媒体访问控制层控制器的一个实施例的简化功能框图。

图5是被配置用于在一分级调制系统中工作的接收机的一个实施例的功能框图。

图6是一分层调制系统的逻辑信道的流配置的简化功能框图。

图7是一种在分层调制系统中生成分层及非分层数据的方法的简化流程图。

图8是一种在分层调制系统中生成分层及非分层数据的方法的简化流程图。

图9是分层调制系统中的发射机的一个实施例的简化功能框图。

发明具体说明

描述了用于使分层及非分层数据能在配置用于分层调制的信道上发送和接收的系统、方法和装置。无线通信系统中的逻辑信道可被配置成支持分层调制。该分层调制可具有多个层。当定义了两个层时，第一层可被配置为基层，而第二层可被配置为增强层。

基层和增强层可被配置成基本独立地工作。基本独立是指这两层上携带的数据的独立性。支持这两个调制层的上层各通信层以及物理层可共有一个或多个块。但是，基层和增强层基本是独立的，因为一个层上携带的信息不依赖于另一层上提供的信息。

在另一个实施例中，逻辑信道可时间复用多个独立的分层调制流。每个流可不依赖于其它任何流，并且分配给该逻辑信道的一个或多个流可停止生成分层数据，而其它流仍然继续生成分层数据。

当数据源停止向一针对分层调制配置的逻辑信道提供分层数据时，媒体访问控制(MAC)层控制器可确定存在非分层数据。该MAC层控制器可被配置成将诸如填充比特、填充码元、填充分组、填充帧或其某种组合等填充数据插入到数据流中以仿真、模拟或者以其它方式人为地生成一分层数据源。该MAC层控制器可例如向缺失层插入一预定比特序列。该预定比特序列可以是循环比特序列、随机或伪随机比特序列，或可依赖于另一层上提供的信息。在基于来自现有层的数据生成填充数据的实施例中，基层和增强层数据不再是基本独立的。但是，填充数据不携带源信息，但可被用来促成在接收机处解码基层数据的能力。

在一个实施例中，该MAC层控制器可被配置成控制物理层硬件中的信号映射模块。发射机中的该物理层硬件可被配置成支持多个信号星座。该信号映射模块所使用的映射基层和增强层数据的星座可部分地基于由该MAC层控制器生成的控制信号。

当基层和增强层两者均提供数据时，该MAC层控制器可控制信号映射模块将该数据映射到一分层调制星座。当数据源停止向增强层提供数据时，MAC层向增强层插入填充数据。该MAC层控制器还信令该信号映射模块将具有填充数据的分层数据映射到第二调制星座，该第二调制星座可以对应于也可不对应于一分层调制星座。

该MAC层控制器生成一向接收机指示填充数据和该第二调制星座的存在的额外开销消息。接收机可将它们的解码器配置成根据该额外开销消息来对接收数据进行操作。这些接收机可利用填充数据的知识来协助恢复基层数据。

图1是纳入了分级调制——或称为分层调制——的无线通信系统100的一个实施例的功能框图。该系统包括可与用户终端110通信的一个或多个固定元件。用户终端110可以是例如被配置成根据一种或多种使用分层调制的通信标准操作的无线电话。例如，用户终端110可被配置成接收来自第一通信网络的无线电话信号，并可被配置成接收来自第二通信网络的数据和信息。在一些实施例中，这两个通信网络均可实现分层调制，而在其它实施例中，其中一个通信网络可实现分层编码调制。

用户终端110可以是便携式单元、移动单元、或固定单元。用户终端110也可被称为移动单元、移动终端、移动台、用户设备、手提、电话，诸如此类。尽管图1中仅示出了单个用户终端110，但是可以理解，典型的无线通信系统100具有与多个用户终端110通信的能力。

用户终端110通常与在此被描绘为分扇区蜂窝塔的一个或多个基站120a或120b通信。用户终端110通常将与在用户终端110内的接收机处提供最强信号强度的那个基站——例如120b——通信。

基站120a和120b各自可被耦合到基站控制器(BSC)130，该BSC 130路由往返于适当基站120a和120b的通信信号。BSC 130被耦合到移动交换中心(MSC)140，该MSC 140可被配置成作为用户终端110与公共交换电话网(PSTN)150之间的接口来工作。MSC还可被配置成作为用户终端110与一网络160之间的接口来工作。网络160可以是例如局域网(LAN)或广域网(WAN)。在一个实施例中，网络160包括因特网。因此，MSC 140被耦合到PSTN 150和网络160。MSC140还可被耦合到一个或多个媒体源170。媒体源170可以是例如由系统供应商提供的可供用户终端110访问的媒体库。例如，系统供应商可提供可供用户终端110点播访问的视频或某种其它形式的媒体。MSC 140还可被配置成协调与其它通信系统(未示出)的系统间换手。

在一个实施例中，基站120a和120b可被配置成向用户终端110发送分层调制信号。例如，基站120a和120b可被配置成发送可被导向用户终端110以及其它接收机(未示出)的多播信号。分层调制信号可包括稳健配置的基层信号、以及在较低链路裕量下工作并因而对信道中的变化更为敏感的增强层信号。增强层可被配置成向在基层上供给的数据提供补充数据，或提供具有较低服务质量要求的独立数据。

无线通信系统100还可包括被配置成向用户终端110发送分层调制信号的广播发射机180。在一个实施例中，广播发射机180可与基站120a和120b相关联。在另一个实施例中，广播发射机180可以不同于并且独立于包含基站120a和120b的无线电话系统。广播发射机180可以是但不限于是音频发射机、视频发射机、无线电发射机、电视发射机，诸如此类，或者这些发射机的某种组合。

尽管在无线通信系统100中仅示出了一个广播发射机180，但是无线通信系统100可被配置成支持多个广播发射机180。多个广播发射机180可在重叠的覆盖区域中发送信号。用户终端110可并发地接收来自多个广播发射机180的信号。这多个广播发射机180可被配置成广播相同的、不同的或是相似的广播信号。例如，覆盖区域与第一广播发射机的覆盖区域重叠的第二广播发射机也可广播第一广播发射机所广播的部分信息。

广播发射机180可被配置成接收来自广播媒体源182的数据，并可被配置成分级编码该数据，基于该分级编码数据调制一信号，并将该分层调制信号广播到该信号可被用户终端110接收到的服务区域。广播发射机180可从接收自广播媒体源182的数据生成例如基层数据和增强层数据。

如果增强层不携带对基层上所携带的数据而言冗余的数据，则该分层调制数据配置将可是有利的。另外，接收机不能解码增强层不会导致服务丢失。例如，基层可被配置成放送标准视频分辨率下的视频，而增强层可提供提高接收视频信号的分辨率或SNR的附加数据。在另一个实施例中，基层可被配置成提供具有预定质量的信号，诸如15帧每秒下的视频信号，而增强层可被配置成补充基层上所携带的信息。例如，增强层可被配置成携带用于支持30帧每秒下的视频信号的信息。在这一配置中，不能解码增强层数据导致较低分辨率的信号、较低的信号质量或SNR，但不会导致信号的完全丢失。

用户终端110可被配置成解调接收信号并解码基层。用户终端110中的接收机可作为基层解码器的标准部分实现差错控制机制。用户终端110中的接收机可使用基层解码器的差错控制机制来确定成功解码增强层的概率。用户终端110中的接收机然后可基于基层解码中使用的差错控制机制中生成的统计数据或度量来确定是否要解码增强层。

在另一个实施例中，用户终端110可被配置成基本并发地解码基层和增强层，而在解码增强层时不依赖于基层信息。例如，用户终端110可被配置成确定单一解码器阈值，并在解码基层和增强层两者时使用该单一解码器阈值。该解码器阈值可部分地基于分层调制数据的特性。例如，该解码器阈值可基于增强层与基层的功率或能量比。该解码器阈值还可部分地基于期望差错率，诸如码元差错率、比特差错率、分组差错率、或帧差错率等。该解码器阈值可以是固定的，或可基于例如变化的期望或是变化的分层调制数据特性而改变。

图2A到2C示出信号映射模块在映射基层和增强层数据时可以使用的可能星座的星座图。在一个实施例中，该信号映射模块基于接收自MAC层控制器的控制输入来选择一星座。图2A到2C中所示的这些星座图并不对可在分层调制系统中使用的星座的类型构成限定，而是相反作为两层调制系统的一具体实施方式的例子给出。

图2A是一特定分层调制实现的一个实施例的星座图260。图2A的星座图260实质上是一16-QAM星座，其中基层数据映射到该星座一特定象限，而增强层映射到该星座内的特定位置。16-QAM星座260无须一致地间隔，但可被修改为在每一象限内具有一致的间隔，而在不同象限内的最近点之间有不同的间隔。此外，该星座中的一些点可关于该象限的中点镜像对称。

信号映射块的输入包括来自基层的2比特(b₁ b₀)和来自增强层的2比特(e₁ e₀)。基层流以与增强层流相比较高的功率电平被发射，并且能量比r满足以下关系：

$r=\frac{{\mathrm{\α}}^2}{{\mathrm{\β}}^2}.$

通过将平均星座点能量(＝2α²+2β²)归一化到1，α和β可用能量比r的形式表达为

$\mathrm{\α}=\sqrt{\frac{r}{2(1+r)}}$

$\mathrm{\β}=\sqrt{\frac{1}{2(1+r)}}$

一OFDM系统的同一逻辑信道中的多个音调可使用相同的能量比，其中一逻辑信道可包括来自该OFDM音调组的一个或多个音调。但是，能量比可在逻辑信道之间改变。因此，信号映射块可根据能量比将相同数据映射到不同星座，其中星座根据能量比决定。由此，一OFDM码元可包括多个物理信道。一特定物理信道的音调相对于与同一OFDM码元中的另一逻辑信道相对应的音调可具有不同的能量比。

例如，一信号映射块可被配置成将基层和增强层数据映射到两个星座之一，在此这两个星座对应于能量比4和9。注意，该分层调制信号星座遵循Gray映射，并且用于分层调制的信号星座在能量比r等于4时等效于16-QAM的信号星座。

图2B是星座图的另一个实施例270。图2B的星座图270对应于QPSK星座，并且支持每个码元2比特。由此，当这2比特源自同一层时，图2B的星座图270不支持分层调制。在一个实施例中，这些星座点之间的距离可被调整以获得能量比1。

图2C是星座图的另一个实施例280。图2C的星座图280包括选自图2A的星座图260的4个星座点。选自图2A的星座图260的这些星座点对应于使任意两个相邻星座点之间的最小距离最大化的四个星座点。当然，可使用其它准则来选择其它星座点，或可在该系统中使用其它某个星座图。

图3是被配置用于一分层调制系统的发射机300的一个实施例的功能框图。在一个实施例中，发射机300可用图1系统的广播发射机实现。图3的发射机300可被配置用于使用图2B星座的正交频分多址(OFDMA)或正交频分复用(OFDM)系统中的分层调制。

发射机300可被配置成在基层数据和增强层数据皆存在时将基层数据和增强层数据映射到图2A的星座图。发射机300可被配置成在增强层终止或不再被提供给发射机300时选择一替换星座，诸如图2B或2C的星座之一。

但是，图3中所示的发射机300代表的是一个实施例，而并不对所公开的装置和方法构成限定。例如，单载波系统可用分层调制数据调制，并且接收机中相应的解码器可被配置成对具有分层调制的单个载波进行操作。

发射机300可分别包括基本相似的基层和增强层处理块310和320。基层处理块310可被配置成将基层数据处理成所需的调制格式，例如QPSK。增强层处理块320可被类似地配置成将增强层数据处理成所需的调制格式，例如QPSK。

基层处理块310和增强层处理块320从源编码器(未示出)接收相应的数据，该源编码器可以是图1的广播媒体源。增强层处理块320还可被配置成在源编码器(未示出)停止提供增强数据时从MAC层控制器400接收填充数据。

在一个实施例中，基层数据和增强层数据可包括视频信号、音频信号、或视频与音频信号的某种组合。基层中的视频/音频信号对应于在接收机处再现基本服务质量所需的数据。增强层中的视频/音频信号对应于在接收机处生成更增强服务质量所需的附加数据。因此，能够解码两个层(基层和增强层)的用户可充分享受充分增强质量的视频/音频信号，而能够解码基层的用户可获得最低质量的视频/音频信号。

在基层处理块310和增强层处理块320各自内部，数据被耦合到Reed Solomon编码器301或311以进行块编码。Reed Solomon编码器301和311的输出被耦合到相应的turbo编码器303和313。turbo编码器303和313可被配置成根据预定编码率来对数据进行turbo编码。该编码率可以是固定的，或可从多个编码器速率中选择。例如，turbo编码器303和313可被独立地配置成提供1/3、1/2或2/3的编码率。

turbo编码器303和313的输出被耦合到相应的比特交织器305和315以提高抗猝发差错能力。比特交织器305和3 15的输出被耦合到相应的时隙分配模块307和317。时隙分配模块307和317可被配置成使已编码码元与预定时隙——诸如在时分复用系统中是交织时隙——时间对齐。时隙分配模块307和317的输出被耦合到相应的扰码器309和319。扰码器309和319的输出代表了已编码基层和增强层码元。

来自这两个层的码元在信号映射器330处被组合。信号映射器330可被配置成将基层和增强层码元映射到星座中一特定点以进行分层调制。例如，信号映射器330可被配置成将一个或多个基层码元连同一个或多个增强层码元映射到分层调制星座中的单个点。信号映射器330可被配置成将每个逻辑信道映射到一具有预定能量比的星座。但是，不同的逻辑信道可被映射到具有不同能量比的星座。

信号映射器330的输出被耦合到时间交织器340，该时间交织器340被配置成将所映射的星座点交织到一逻辑信道中的一特定时隙。如前所述，该系统可实现时分复用配置，在此单个分层调制流与同一逻辑信道上的多个其它分层调制流时间复用。信号流的集合可被时间交织，或使用诸如循环(round robin)分配等预定时间复用算法被时间复用。

时间交织器340的输出被耦合到副载波分配模块350。该副载波分配模块可被配置成将来自一OFDM音调集的一个或多个音调、频率、或副载波分配给每组时间交织逻辑信道。分配给一组时间交织逻辑信道的副载波子集的范围可从一个信道到多个副载波直至所有可用副载波。副载波分配模块350可根据一预定算法将串行时间交织的一组逻辑信道映射到一副载波子集。该预定算法可被配置成以持久化方式分配这些逻辑信道，或可被配置成根据跳频算法来分配副载波。

副载波分配模块350的输出被耦合到OFDM码元模块360，该OFDM码元模块360被配置成基于所分配的分层调制码元来调制副载波。来自OFDM码元模块360的已调制OFDM副载波被耦合到IFFT模块370，该IFFT模块370可被配置成生成一OFDM码元并在后部或前部附加预定长度的循环前缀。

来自IFFT模块370的OFDM码元被耦合到整形块380，在此OFDM码元可被整形、削波、开窗，或进行其它处理。整形块380的输出被耦合到发射RF处理器390以转换到期望工作频带来发射。例如，发射RF处理器390的输出可包括或被耦合到一天线(未示出)以进行无线发射。

当源编码器(未示出)向相应的处理块310和320提供基层数据和增强层数据时，MAC层控制器400控制信号映射器330将基层码元和增强层码元映射到诸如图2A的星座图的第一星座。当源编码器(未示出)停止或者终止提供增强数据时，MAC层控制器确定增强层数据缺失。MAC层控制器400生成填充数据并向增强层处理块320的输入端提供该填充数据。MAC层控制器400可任选地控制信号映射器330以将基层数据和具有填充数据的增强层数据映射到诸如图2B或2C的星座的第二星座。

因为增强层处理块320包括Reed Solomon编码器311、比特交织器315以及扰码器319，所以增强层码元的次序很可能与所输入的增强层数据的次序不一致。由此，MAC层控制器400可被配置成控制在预定的时间、场合、间隔、或事件——诸如在一经交织和扰码的Reed-Solomon块完成之后——控制信号映射器330的星座变更。

在另一个发射机300实施例中，增强层处理块320可省略比特交织器315和扰码器319。在这一实施例中，Reed-Solomon编码器311的输出被耦合到turbo编码器313，并且经turbo编码的数据可被分配给一特定时隙。在这一实施例中，MAC层控制器400可被配置成在与填充数据大约一致的时刻控制信号映射器330的星座。

接收到仅具有Reed Solomon码块的一部分的传输的接收机可使用与MAC层控制器400所使用的相同的算法本地再生填充数据来生成填充数据。本地生成的填充数据可用于帮助恢复所接收的基层数据。由此，接收机不要求填充数据的传输，并且不需要处理与填充数据相对应的接收信号。

MAC层控制器400生成一额外开销消息以传达信号星座的变更或是填充数据的包含。在一个实施例中，MAC层控制器400可生成一额外开销消息，该额外开销消息在额外开销信道上发送。在另一个实施例中，MAC层控制器400可被配置成将该信息包含在伴随已调制流的报头中。该报头可指示例如增强层数据的长度，并由此指示填充数据的起始。

在一个实施例中，MAC层控制器400可被配置成生成随机或伪随机填充数据。MAC层控制器400还可被配置成对分层和非分层数据使用同一星座。在这一实施例中，接收机并不受益于填充数据的使用，除非该填充数据可被用于协助解码Reed-Solomon编码的增强层数据的一部分。

在另一个实施例中，MAC层控制器400可被配置成在生成填充数据时使用图2B的星座。在这一实施例中，信号映射器330将基层码元映射到QPSK星座点。信号映射器330实质上忽略了填充数据。

在另一个实施例中，MAC层控制器400基于基层数据来选择填充数据以维持图2C的星座。但是，此实施例可能需要显著增加的信号处理，因为在生成填充数据时需要考虑Reed Solomon编码器313、比特交织器315和扰码器319的作用。

图4是诸如图3的发射机中所示的MAC层控制器400的一个实施例的简化功能框图。MAC层控制器400包括耦合到填充数据生成器420、额外开销消息生成器430和星座控制器440的增强数据检测器410。

增强数据检测器410可被配置成直接监视增强层源以监视增强层数据的出现。替换地或者补充地，增强数据检测器410可从诸如应用层或网络层等上层逻辑层接收向增强数据检测器通知增强层数据即将完成或停止的控制消息。

一旦确定增强层数据终止或缺失，增强数据检测器410即启动填充数据生成器420。填充数据生成器420生成预定填充数据序列，并将该填充数据耦合到增强层处理块的输入端。增强层处理块无须实际编码该填充数据，因为该数据代表了哑数据。但是，令增强层处理块处理该填充数据可简化硬件实现。

填充数据生成器420可生成例如预定序列，诸如全1、全0、或预定模式。在另一个实施例中，填充数据生成器420可使用诸如多项式等预定生成器算法来生成填充数据。填充数据可以是随机或伪随机序列。

增强数据检测器410还可启动额外开销消息生成器430，该额外开销消息生成器430被配置成生成指示填充数据被包含在内的额外开销消息。因为信号映射器可能并不实际编码填充数据，所以额外开销消息对于接收机接收数据而言是重要的。

增强数据检测器410还可控制星座控制器440，该星座控制器440被配置成控制信号映射器所使用的信号星座。在一些实施例中，星座控制器440可被省略，并且分层和非分层数据使用同一星座。在其它实施例中，对分层调制使用第一分层调制星座，而对非分层数据使用第二非分层星座。

图5是接收机500的一个实施例的简化功能框图。接收机一般执行与发射机操作互补的操作。

接收机500包含接收RF处理器，该接收RF处理器被配置成接收这些发射RF的OFDM码元，对它们进行处理并将它们变频成基带OFDM码元、或变频成基本为基带信号。如果从基带信号的频率偏移是信号带宽的一个零头，或者如果信号在足够低的中频处以允许直接处理该信号而无须进一步变频，则该信号可被称为基本为基带信号。来自接收RF处理器510的OFDM码元被耦合到FFT模块520，该FFT模块520被配置成将这些OFDM码元变换到这些分层调制频域副载波。

FFT模块520可被配置成将诸如预定的导频副载波等一个或多个副载波耦合到信道估计器530。这些导频副载波可以是例如等间隔的一组或多组OFDM副载波。信道估计器530被配置成利用这些导频副载波来估计对接收OFDM码元有影响的各个信道。在一个实施例中，信道估计器530可被配置成确定与每一副载波相对应的信道估计。一特定副载波处的信道估计可被用作例如在导频副载波的预定相干带宽内的那些副载波等邻近副载波的信道估计。

来自FFT模块520的副载波以及这些信道估计被耦合到副载波码元解交织器540。码元解交织器540可被配置成反转由图3的副载波分配模块执行的调制。码元解交织器540还可被配置成生成解码器控制信号。码元解交织器540可基于例如由发射机发送的通知填充数据的存在及位置的额外开销消息来生成该解码器控制信号。码元解交织器540可将该解码器控制信号耦合到增强层解码器以在该额外开销消息指示增强层仅包含填充数据时选择性地停用增强层解码器。该解码器控制信号还可由增强层解码器用来选择性地生成填充数据、并将该填充数据追加到所接收的增强层码元或已解码的增强层数据以协助解码过程的进行。例如，增强层解码器可生成填充数据，并可在Reed Solomon解码器处将该填充数据追加到增强层数据以协助纠错和检错的进行。

接收机500被配置成对每个OFDM副载波或音调执行基层解码和增强层解码。为清楚和简明起见，图5示出了一种单基层解码器和增强层解码器。

该基层解码器和增强层解码器可基本并行地操作。每一解码器模块可被配置成在相同的接收星座点上并发地操作。增强层解码器由此可基本上独立于基层解码器操作，并且在解码增强层数据时不依赖于基层解码器的结果。只要增强层解码器不依赖于从基层解码器获得的解码结果，基层解码器和增强层解码器就可被视为基本独立地操作，尽管这些解码器共用某些子模块。由此，基层解码器和增强层解码器可共用信道估计，并且甚至可共用单个比特度量模块，例如550。然而，如果增强层解码器在解码增强层数据时不依赖于基层解码器的结果，则这两个解码器可被视为是基本独立的。

图5的接收机500的实施例中所示的这些解码器被配置成对经turbo编码的分层调制数据进行解码。当然，如果发射机被配置成生成其它某种类型的编码，则接收机500中的解码器将与该编码器类型相匹配。例如，发射机可被配置成使用turbo编码、卷积编码、低密度奇偶校验(LDPC)编码、或其它某种编码类型来编码数据。在这一实施例中，接收机500配置有互补的解码器。由此，接收机500中的基层解码器和增强层解码器各自可被配置成提供turbo解码、诸如使用维特比解码的卷积解码、LDPC解码、或其它某种解码器或这些解码器的组合。

每一分层调制音调被耦合到基层比特度量模块550和增强层比特度量模块560。比特度量模块550和560可对分层调制音调操作，以确定指示接收星座点的质量的度量。

在星座点中表示的码元被turbo编码的一个实施例中，比特度量模块550和560可被配置成确定由星座点表示的接收码元的对数似然比(LLR)。LLR是似然比的对数。该比值可被定义为原始比特为1的概率比上原始比特等于0的概率。或者，该比值可用相反方式定义，其中LLR是原始比特为0的概率比上原始比特等于1的概率。这两种定义之间没有本质差异。比特度量模块550和560可利用例如星座点幅值和信道估计来确定这些LLR值。

每个比特度量模块550和560利用信道估计和接收信号来确定LLR值。也可利用噪声估计。但是，如果使用了无论噪声估计为何均提供相同结果的turbo解码方法，则噪声估计项可被基本忽略。在这一实施例中，比特度量模块550和560的硬件在计算LLR值时可使用预定值作为噪声估计。

基比特度量模块550的输出被耦合到基层处理器570。增强层比特度量模块560的输出被耦合到在功能上基本与基层处理器570相似地工作的增强层处理器580。例如，LLR值从比特度量模块550和560被耦合到相应的基层或增强层处理器570和580。

基层处理器570包括解扰码器572，该解扰码器572被配置成对接收LLR值进行操作以反转在编码器中执行的码元扰码。码元解扰码器572的输出被耦合到配置成将先前交织的码元解交织的比特交织器574。比特解交织器574的输出被耦合到turbo解码器576，该turbo解码器576被配置成根据turbo编码器所使用的编码率来将经turbo编码的码元解码。例如，turbo解码器576可被配置成对经1/3、1/2或2/3速率turbo编码的数据执行解码。turbo编码器576对例如LLR值进行操作。来自turbo解码器576的解码输出被耦合到Reed Solomon解码器578，该ReedSolomon解码器578可被配置成部分地基于Reed Solomon编码比特来恢复基层比特。结果所得的基层比特被传送到源解码器(未示出)。

增强层处理器580与基层处理器570类似地操作。解扰码器582从增强比特度量模块560接收LLR值。其输出被耦合到比特解交织器584和turbo解码器586。turbo解码器586的输出被耦合到Reed Solomon解码器588。结果所得的增强层比特被传送到源解码器(未示出)。

当使用填充数据时，增强层可不被发送。在这一实施例中，增强层处理器580可空转或被断电以保存功率。在另一个实施例中，无论发送信号是分层信号还是可作为唯基层模式的结果生成的非分层信号，基层处理器570和增强层处理器580可继续解码信号。基层处理器570和增强层处理器580无需具有关于发射机所使用的操作模式或星座图的任何知识。接收机500可被配置成总是假定一分层调制星座。已解码数据可包含具有基数据和增强数据两者的分层数据，或者可仅包含基数据且来自增强处理器580的已解码数据可被后续处理级(未示出)丢弃。

图6是一分层调制系统的逻辑信道的流配置600的简化功能框图。该流配置可在例如图1的系统中使用。

对应于基组元和增强组元各有至少一个数据信道MAC协议封装。每个封装内流分组的大小可被强制相等。可使用单个字段来携带以MAC层分组数目的形式表示的流分组大小。此字段适用于基组元封装和增强组元封装两者中的流分组。

对于配置为“唯基层”的流，没有由流层向网络一方的数据信道MAC层提供的增强组元。在此情形中，数据信道MAC层创建包含可为已知模式的填充数据的虚拟流分组，由此使MAC层封装的基组元和增强组元的流分组布局基本相同。

在网络一方，在向物理层交付MAC层分组的同时，MAC层标识包含填充分组的那些分组并指示物理层不发送填充数据，或不发送大部分的填充数据。对于完全由填充数据构成的块的差错控制，MAC层指示物理层也不发送奇偶校验分组。

图7是一种在分层调制系统中生成分层及非分层数据的方法700的简化流程图。方法700可由例如图3的发射机执行。

方法700始于框710，在此发射机接收基层数据。接收基层数据的动作可包括从诸如媒体源等源编码器接收基层数据。发射机前行至框720并编码该基层数据。

发射机前行至框730并接收增强层数据。在一些实施例中，增强层数据与基层数据相关，而在其它实施例中，基数据与增强层数据是不相关的。发射机可例如从媒体源接收增强层数据。发射机前行至框740并编码增强层数据。发射机可在框710和720中所示的基层处理之前、之后、或与之并发地执行增强层处理。

发射机前行至判定框750并确定唯基模式是否启用。唯基模式可能发生在例如系统中一应用被配置成发送高优先级数据、并且该系统希望成功接收该数据的可能性高时。替换地或此外，唯基模式可作为增强层数据完成、终止、停止或者中止的结果发生。在增强层数据与基层数据不相关并且增强层数据已被完全传递时，增强层数据可终止或停止。

如果发射机确定唯基模式没有启用，则发射机从判定框750返回至框710以继续处理两层数据。但是，如果发射机确定唯基模式启用，则发射机从判定框750前行至框760。

在框760，发射机响应于唯基模式生成填充数据。该填充数据可以是可包括预定比特序列、预定比特、伪随机比特、随机比特、或其它某种比特序列、或比特序列的组合在内的预定数据。

发射机前行至框770并向增强层处理路径追加或者提供这些填充比特。例如，发射机可将填充比特提供给增强层编码器。发射机前行至框780并编码具有填充数据的增强层。

图8是一种在分层调制系统中生成分层及非分层数据的方法800的简化流程图。方法700可由例如图3的发射机执行。

方法800始于框810，在此发射机生成分层调制信号。例如，发射机可生成具有基层和增强层的分层调制信号。发射机前行至框820并将该分层调制信号映射到一分层调制星座。例如，发射机可将一基层码元与一增强层码元一起映射到图2A中所示的星座的一个星座点。发射机前行至框830，并将该分层调制信号的映射星座点分配给具有多个时间复用时隙的逻辑信道的第一时隙。

发射机前行至框840并生成非分层调制信号。例如，发射机可响应于唯基模式生成唯基层信号。发射机前行至框850并将该非分层调制信号映射到一非分层调制星座点。例如，发射机可被配置成将一非分层调制信号映射到来自图2B的星座的一星座点。

发射机前行至框860，并将来自该分分层调制信号的星座点分配给在第一时隙中具有分层调制的同一逻辑信道的第二时隙。发射机前行至框870并将该逻辑信道映射到一物理信道以进行发射。例如，发射机可被配置成将该逻辑信道映射到一个或多个OFDM码元的一个或多个副载波。

图9是分层调制系统中的发射机900的一个实施例的简化功能框图。发射机900包括耦合到用于编码基层数据的装置960的用于接收基层数据的装置910。

发射机900还包括用于接收增强层数据的装置920。该发射机包括用于确定唯基模式的装置930，该装置930耦合到用于接收基层数据的装置910和用于接收增强层数据的装置920。用于确定唯基模式的装置930可监视各数据流或可接收指示唯基模式的控制信号。

用于生成填充数据的装置940被耦合到用于确定唯基模式的装置930，并可响应于唯基模式启用而生成填充数据。用于将填充数据追加到增强层数据的装置950被耦合到用于接收增强层数据的装置920和用于生成填充数据的装置940。用于将填充数据追加到增强层数据的装置950在唯基模式启用时向增强层数据追加填充数据或用填充数据取代增强数据。

用于将填充数据追加到增强层数据的装置950被耦合到用于编码增强层数据的装置980。用于编码增强层数据的装置980由此可根据发射机模式来编码增强层数据、填充数据、或是增强层数据与填充数据的组合。

用于映射已编码数据的装置970被耦合到用于编码基层数据的装置960和用于编码增强层数据的装置980。用于映射已编码数据的装置970可被配置成将已编码数据映射到从多个信号星座当中选择的一信号星座。该星座可基于唯基模式的状态——即根据唯基模式是否启用来选择。用于映射已编码数据的装置970可被配置成选择一基层码元和一相应的增强层码元，并将所选的这些码元映射到一星座点。另外，用于映射已编码数据的装置970可被配置成将已编码数据或信号星座点映射到一逻辑信道，并将该逻辑信道映射到一物理信道。用于发送数据的装置990被耦合到用于映射已编码数据的装置970以发送映射的数据。

已对用于在分层调制系统中传送分层和非分层数据的系统、方法和装置进行了说明。一种发射机可无缝地处理被分配给配置用于分层调制的逻辑信道的流中的分层或非分层数据。

结合本文中公开的这些实施例描述的各种说明性逻辑块、模块及电路可由通用处理器、数字信号处理器(DSP)、精简指令集计算机(RISC)处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件、分立门或晶体管逻辑、分立硬件组件、或其设计成执行本文所述功能的任意组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但替换地，该处理器可以是任意处理器、控制器、微控制器、或状态机。处理器还可被实现为计算设备的组合，例如DSP与微处理器的组合、多个微处理器、与DSP核心协作的一个或多个微处理器、或任何其它此类配置。

结合本文中公开的这些实施例描述的方法、过程或算法的步骤可直接用硬件、由处理器执行的软件模块、或这两者的组合实施。方法或过程中的各种步骤或动作可按所示的次序执行，或可按另一次序执行。另外，可省略一个或多个过程或方法步骤，或可向这些方法和过程添加一个或多个过程或方法步骤。另加的步骤、框或动作可添加在这些方法和过程的开头、结尾、或是居于其现有要素之间。

提供所公开实施例的以上说明是为了使本领域任何普通技术人员皆可制作或使用所公开的发明。对这些实施例的各种修改易于为本领域普通技术人员显而易见，并且本文中所定义的一般化原理可被应用于其它实施例而不会偏离所公开发明的精神或范围。由此，所公开的发明并不旨在被限定于本文中所示出的这些实施例，而是应符合与本文中公开的原理和新颖特征一致的最广义的范围。

Claims (17)

1.一种在分层调制信道中发送数据的方法，所述方法包括：

接收基层数据；

将所述基层数据编码成若干基层码元；

接收增强层数据；

将所述增强层数据编码为第一增强层码元；

将所述基层码元与所述第一增强层码元相组合地映射到第一星座；

确定所述增强层数据在所述基层数据终止之前终止；

生成填充数据；

将所述填充数据追加到所述增强层数据；以及

将追加有所述填充数据的所述增强层数据编码成若干第二增强层码元；

将所述基层码元与所述第二增强层码元相组合地映射到第二星座。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括：

选择至少一个基层码元；

选择至少一个相应的增强层码元；以及

将所选择的码元映射到一星座点。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一星座包括16个星座点。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二星座包括一QPSK星座。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二星座包括来自所述第一星座的星座点的一个子集。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述基层码元与所述第二增强层码元相组合地映射到所述第二星座包括不考虑所述第二增强层码元地将所述基层码元映射到所述第二星座。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述填充数据包括预定序列。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述填充数据包括伪随机序列。

9.一种被配置成在分层调制信道上发送数据的发射机，所述发射机包括：

基层处理块，它被配置成接收基层数据并将所述基层数据编码成若干基层码元；

增强层处理块，它被配置成接收增强层数据并将所述增强层数据编码成若干增强层码元；

信号映射器，耦合到所述基层处理块和所述增强层处理块，并被配置成将至少一个基层码元与至少一个增强层码元的组合映射到一星座点；以及

控制器，它被配置成确定所述增强层数据的终止，响应于所述增强层数据的终止生成填充数据，并将所述填充数据耦合到所述增强层处理块。

10.如权利要求9所述的发射机，其特征在于，所述控制器被进一步配置成至少部分地基于所述填充数据的出现来控制所述信号映射器从多个星座中选择一个星座。

11.如权利要求10所述的发射机，其特征在于，所述控制器在填充数据出现时控制所述信号映射器选择一非分层星座，并且其中所述信号映射器不考虑所述增强层码元地将所述基层码元映射到所述非分层星座。

12.如权利要求9所述的发射机，其特征在于，所述控制器包括填充数据生成器，所述填充数据生成器被配置成生成包括预定序列的填充数据。

13.如权利要求9所述的发射机，其特征在于，所述控制器包括填充数据生成器，所述填充数据生成器被配置成生成包括伪随机序列的填充数据。

14.如权利要求9所述的发射机，其特征在于，所述控制器包括额外开销消息生成器，所述额外开销消息生成器被配置成生成指示填充数据出现的额外开销消息。

15.如权利要求9所述的发射机，其特征在于，进一步包括信道分配模块，所述信道分配模块被配置成以所述星座点来调制一音调。

16.一种被配置成在分层调制信道上接收数据的接收机，所述接收机包括：

码元解交织器，它被配置成接收由一星座点调制的音调并从所述音调生成一基层码元和一增强层码元，并进一步被配置成基于开销消息来生成一解码器控制信号，其中所述开销消息指示填充数据的存在和位置；

基层处理器，耦合到所述码元解交织器，并被配置成接收所述基层码元并解码基层数据；以及

增强层处理器，耦合到所述码元解交织器，并被配置成接收所述增强层码元并基于所述解码器控制信号选择性地解码增强层数据；

其中，所述增强层处理器进一步被配置成基于所述解码器控制信号在未收到填充数据的情况下生成填充数据、并将所述填充数据追加到所述增强层数据。

17.一种在分层调制信道中发送数据的设备：

用于接收基层数据的装置；

用于将所述基层数据编码成若干基层码元的装置；

用于接收增强层数据的装置；

用于将所述增强层数据编码为第一增强层码元的装置；

用于将所述基层码元与所述第一增强层码元相组合地映射到第一星座的装置；

用于确定所述增强层数据在所述基层数据终止之前终止的装置；

用于生成填充数据的装置；

用于将所述填充数据追加到所述增强层数据的装置；以及

用于将追加有所述填充数据的所述增强层数据编码成若干第二增强层码元的装置；

用于将所述基层码元与所述第二增强层码元相组合地映射到第二星座的装置。

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