一种比特交织编码调制方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种比特交织编码调制方法及系统，该方法包括：对输入通信系统的原业务信道数据进行前向纠错编码处理，生成编码比特流；对所述编码比特流进行比特交织处理，生成单元字；所述比特交织处理的过程包括：将所述编码比特流按列写入比特交织器，将比特交织器进行列置换，按照行将比特交织器的比特读出，获得输出比特流，再将输出比特流映射成单元字；将所述单元字映射成调制符号。本发明专利技术设计了LDPC码参数和结构，使通信系统在AWGN信道下的工作范围可以下探至-3.6dB，在所设计的LDPC码基础上，设计了配套的比特交织方案，将下一代无线广播通信系统的业务数据传输性能进一步提高0.05~0.3dB，降低了接收机在设计和实现方面的复杂度，保证了业务数据的传输可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种比特交织编码调制方法及系统
本专利技术属于通信系统中的物理层传输
，涉及一种编码调制方法，特别是 涉及一种用于下一代广播电视无线（NGB-W)通信系统的比特交织编码调制（BICM)方法及 系统。
技术介绍
随着世界经济文化的快速发展，移动用户对信息业务的需求量快速增长。单独依 靠传统广播网或传统双向通信网，都无法实现移动信息业务的最优化传输。而下一代广播 电视网无线（NGB-W)通信系统，可实现无线广播和双向通信的融合共存，是解决移动信息业 务数据量快速增长和无线网络传输容量受限之间矛盾的有效途径。NGB-W通信系统业务主 要面向地面传输，而地面传输环境的复杂多变，使其面临严重的干扰和噪声问题。 纠错编码是通信系统保证信息传输的可靠性、克服噪声和干扰的最有效的技术之 一，传统的纠错编码技术主要针对二进制输入信道来设计编码，其所获得的编码增益是以 更大的信道带宽为代价的。而随着现代移动通信系统的大容量、高可靠性、快速移动、实时 通信的发展，若直接将纠错编码用于高阶调制系统，与同频谱效率的未编码系统相比，增益 并不明显。Massey提出，如果将纠错编码和调制进行联合设计优化，可以在不降低系统有效 传输效率的前提下，提高系统的性能。最初的编码调制技术主要是Ungerboeck提出的网格 编码调制（TCM)技术，其核心是通过二进制集合分割方法将二进制标签矢量映射到星座点 上，通过编码引入的冗余比特来扩展信号星座图的大小，最大化码字之间的最小欧式距离， 无需增加带宽即可实现明显的编码增益。但是，TCM编码的设计和搜索的复杂度较高，在衰 落信道下的系统性能不理想。因此通信系统中多采用一种简单实用的编码调制技术-- 分组编码调制（BCM)。BCM结合分组编码和信号集来构造带宽有效码，分为多层编码（MLC) 和比特交织编码调制（BICM)。MLC将构成高阶调制信号点的二进制标签看成多个独立的 层，每层用独立的码字加以保护，使得码字之间的最小欧式距最大。当接收机采用多阶译码 (MSD)算法时，MLC可以逼近最大似然译码所能达到的信道容量。但是，MLC结构设计不灵 活、低层编码较大的差错概率会导致错误传播，因而在实际系统中应用较为困难。在MLC基 础上，Zehavi和Caire等人提出了BICM的方案，在编码器和调制器之间引入一个比特交织 器，在理想交织条件下，纠错编码和调制星座可以独立设计，增加了设计的灵活性，且当采 用Gray映射时，BICM可以逼近MLC理论上的信道容量。在实际系统应用中，编码器和调制 器之间的理想比特交织器通常采用块交织器的形式代替，根据已设计好的纠错编码和调制 方式，设计块交织器的结构使其性能逼近理想交织器。由于设计灵活简单、性能逼近信道容 量等优点，使得BICM在实际的通信系统中得到了广泛应用。 与此同时，纠错编码领域，Turbo码和LDPC码以其逼近香农限的优异性能，成为通 信系统中最重要、应用最广泛的两类信道编码。与Turbo相比，LDPC码具有以下优点：1) 结构简单，有严格的理论分析工具；2)错误平层低于Turbo码；3)长码长、高码率时性能 优于Turbo码；4)易于实现并行译码，译码复杂度低；5)不需要额外的CRC校验等。鉴于 以上优点，LDPC码被广泛应用到各种通信系统中，例如欧洲第二代数字视频广播卫星标准DVB-S2、第二代欧洲数字地面电视广播传输标准DVB-T2、空间数据咨询委员会（CCSDS)遥 测信道编码标准、宽带无线接入标准IEEE802. 16e等。 在下一代无线广播通信系统中，不仅需要支撑面向固定接收的无线广播业务，也 需要支撑面向移动接收的多媒体广播业务。因此，下一代无线广播通信系统业务信道数据 传输方案必须同时满足多种业务的不同技术需求。在传统无线广播系统中，应用于业务信 道数据传输的比特交织编码调制（BICM)方案，无法兼顾传输性能和接收机复杂度，因此无 法满足下一代无线广播通信系统的业务需求和技术需求。那么，如何设计出同时满足下一 代无线广播通信系统的业务需求和技术需求的统一一致的BICM方案，解决下一代无线广 播通信业务数据的传输干扰和噪声问题，保证业务数据的传输效率也是亟待解决的一个问 题。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种比特交织编码调制方 法及系统，用于解决现有比特交织编码调制（BICM)方案无法兼顾传输性能和接收机复杂 度，不能满足下一代无线广播通信系统的业务需求和技术需求的问题。 为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种比特交织编码调制方法及系 统。 -种比特交织编码调制方法，包括：对输入通信系统的原业务信道数据进行前向 纠错编码处理，生成编码比特流；对所述编码比特流进行比特交织处理，生成单元字；所述 比特交织处理的过程包括：将所述编码比特流按列写入比特交织器，将比特交织器进行列 置换，按照行将比特交织器的比特读出，获得输出比特流，再将输出比特流映射成单元字； 将所述单元字映射成调制符号。 -种比特交织编码调制系统，包括：编码器，比特交织器，映射器；所述编码器对 输入NGB-W通信系统的原业务信道数据进行前向纠错编码处理，生成编码比特流；所述比 特交织器与所述编码器相连，对所述编码比特流进行比特交织处理，生成单元字；所述比特 交织器包括写入单元，置换单元，读出单元和映射单元；所述写入单元与所述编码器相连， 将所述编码比特流按列写入比特交织器；所述置换单元与所述写入单元相连，将比特交织 器进行列置换；所述读出单元与所述置换单元相连，按照行将比特交织器的比特读出，获得 输出比特流；所述映射单元与所述读出单元相连，将输出比特流映射成单元字；所述映射 器与所述映射单元相连，将所述单元字映射成调制符号。 如上所述，本专利技术所述的比特交织编码调制方法及系统，具有以下有益效果： 本专利技术设计了LDPC码参数和结构，使NGB-W通信系统在AWGN信道下的工作范围 可以下探至-3.6dB，在LDPC码基础上，设计了配套的比特交织方案，将下一代无线广播通 信系统的业务数据传输性能进一步提高〇. 05?0. 3dB，降低了接收机在设计和实现方面的 复杂度，保证了业务数据的传输可靠性。 【附图说明】 图1为本专利技术所述的比特交织编码调制方法的流程示意图。 图2为本专利技术所述的进行比特交织处理后的编码比特流的码字格式示意图。 图3为本专利技术所述的比特交织处理的原理和过程示意图。 图4为本专利技术所述的比特到单元字的映射原理示意图。 图5为本专利技术所述的比特交织编码调制系统的结构示意图。 图6为AWGN信道下，QPSK调制方式，9600码长LDPC码仿真性能曲线图。 图7为AWGN信道下，QPSK调制方式，67200码长LDPC码仿真性能曲线图。 图8为实施例二所述的1/2码率，9600码长，16-QAM调制下比特交织器写入结果 示意图。 图9为实施例二所述的1/2码率，9600码长，16-QAM调制下比特交织器列置换结 果示意图。 元件标号说明 200 比特交织编码调制系统 210 编码器 211 第一编码单元本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种比特交织编码调制方法，其特征在于，所述比特交织编码调制方法包括：对输入通信系统的原业务信道数据进行前向纠错编码处理，生成编码比特流；对所述编码比特流进行比特交织处理，生成单元字；所述比特交织处理的过程包括：将所述编码比特流按列写入比特交织器，将比特交织器进行列置换，按照行将比特交织器的比特读出，获得输出比特流，再将输出比特流映射成单元字；将所述单元字映射成调制符号。

【技术特征摘要】
1. 一种比特交织编码调制方法，其特征在于，所述比特交织编码调制方法包括： 对输入通信系统的原业务信道数据进行前向纠错编码处理，生成编码比特流； 对所述编码比特流进行比特交织处理，生成单元字；所述比特交织处理的过程包括： 将所述编码比特流按列写入比特交织器，将比特交织器进行列置换，按照行将比特交织器 的比特读出，获得输出比特流，再将输出比特流映射成单元字； 将所述单元字映射成调制符号。2. 根据权利要求1所述的比特交织编码调制方法，其特征在于，对输入通信系统的原 业务信道数据进行前向纠错编码处理，生成编码比特流的具体过程包括： 对输入通信系统的原业务信道数据进行第一层前向纠错编码处理，生成第一编码比 特流；所述原业务信道数据由至少1个BB峽组成，每个BB峽的长度为Kbeh比特；当所述 第一层前向纠错编码处理采用的纠错码为BCH码时，每个BB峽构成BCH码的信息比特 m =[巧，巧…机杞'，讯枯,,J，其中m〇为邸中贞首位比特，纖《誦J为邸中贞末位比特；对m进行 BCH编码得到BCH校验比特d =[馬…将d附加在m之后，得到第一 编码比特巧对所述第一编码比特流进行第二层前向纠错编码处理，生成第二编码比特流；当所述 第二层前向纠错编码处理采用的纠错码为LDPC码时，对A进行LDPC编码得到LDPC校验 比特P=坑A…巧;将LDPC校验比特P附加在A之后得到长度为的系统码 字，即为第二编码比特流； 所述第二编码比特流即为所述编码比特流。3. 根据权利要求2所述的比特交织编码调制方法，其特征在于，所述LDPC码的校验矩 阵为：其中，Hu是大小为bXb的矩阵，b=160或b=1120,0《i《C-1，0《j《t-l，c表示矩 阵H的行数，t表示矩阵H的列数；如果Hu=0,则表示矩阵H是一个全零矩阵；如果Hu=k， 则表示矩阵H是一个偏移量为k的循环置换矩阵，0《k《b-1 ;即矩阵H的第1行的第k 个元素为1，其余元素为0 ;矩阵的各行均是上一行的向右循环移位。4. 根据权利要求3所述的比特交织编码调制方法，其特征在于：所述BCH码为定义在 域GF(2)上的、最多能纠正15个比特错误的本原BCH系统码，生成多项式十六进制表示 为；99815邸B3阳430D048B8E16B3F03AAEEBF13DC4A3B1CAF2CD ;所述 LDPC 码的长度为 9600 比特，b=160,码率分别为1/5、1/4、1/3、5/12、1/2、7/12、2/3、3/4、/4/5时纠错编码参数如 下表所示：5.根据权利要求3所述的比特交织编码调制方法，其特征在于：所述BCH码为定义在 域GF(2ie)上的、最多能纠正18个比特错误的本原BCH系统码，生成多项式十六进制表示 为；159E10723894674429395孤5883F42BD8620B7CC0祀0C9C4F6564CCCD15A575C938C254E9 ; 所述 LDPC 码的长度为 67200 比特，b=1120,码率分别为 1/5、1/4、1/3、5/12、1/2、7/12、2/3、 3/4、/4/5、5/6时的纠错编码参数如下表所示;_6.根据权利要求4或5所述的比特交织编码调制方法，其特征在于，将所述编码比特流 按列写入比特交织器的具体过程包括： 设所述编码比特流为u = [^?。《，…，Ui表示编码比特流U中的第i个比特， 0蓮馬麵,； 将编码比特流U中每一列的写起始位置偏移t。个比特位写入比特交织器，即Ui写入比 特交织器的第Ci列第r;行，其中 二i div Nr r] - i +mod .V^ Nf表示比特交织器的行数，表示写入比特交织器的列旋转参数，不同码率下的列旋 转参数如下表所示：7. 根据权利要求6所述的比特交织编码调制方法，其特征在于；将比特交织器进行列 置换的具体过程包括： 将比特交织器的列之间进行序号置换，第Ci列经过置换后成为第n (Ci)列，比特交织 器的输入比特Ui在列置换后成为交织器的第31 (Ci)列第r,行；函数31 0为置换函数；不 同码率下的列置换参数如下表所示：8. 根据权利要求7所述的比特交织编码调制方法，其特征在于；按照行将比特交织器 的比特读出，获得输出比特流的具体过程包括： 将第n柏）列第r;行的比特Ui读成为输出比特Vj.，j=riXNc+n柏）；获得的输出比特 流为9. 根据权利要求8所述的比特交织编码调制方法，其特征在于；将输出比特流映射成 单元字的具体过程包括： 输出比特流V的每连续n MDD个比特组成一个单元字0《q<Nidpy 日D，不同调制方式下日D的取值如下：输出比特Vj.成为第q个单元字的第p个比特y。,。，其中 P = j mod n 腳 o q = j div n 腳10. 根据权利要求9所述的比特交织编码调制方法，其特征在于：将所述单 元字映射成调制符号的具体过程包括；根据调制方式将比特交织器输出的单元字 Y, ,,,f映射为星座点Z。；所述调制方式与DVB-T2的单元字到星座点的 映射关系相对应；所述调制方式包括BPSK、QPSK、16-QAM、64-QAM或/和256-QAM。11. 根据权利要求4或5所述的比特交织编码调制方法，其特征在于，不同码率下长度 为9600和67200的LDPC码校验矩阵如下表所示，其中每4个数字i，j，. ki，k2为一组，i，j 分别表示校验矩阵H中每个循环置换矩阵所在的行和列，ki表示LDPC码长为9600时所对 应的偏移量，k2表...

【专利技术属性】
技术研发人员：王芳，寇亚军，王晓妮，田金凤，李明齐，封松林，姜明，
申请(专利权)人：中国科学院上海高等研究院，
类型：发明
国别省市：上海;31