一种编码调制方法、解调解码方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种用于数字通信系统中的编码调制方法、解调解码方法及系统。所述编码调制方法包括步骤：对输入信息比特进行信道编码以及比特交织，得到编码比特并对编码比特进行Ｍ点Ｋ维类高斯星座映射，得到星座映射符号，即Ｋ维实数向量，其中Ｍ、Ｋ均为大于１的正整数。本发明专利技术的方法及系统可在ＡＷＧＮ和衰落等多种信道条件下，使得编码调制系统及其对应的解调解码系统的性能在高低频谱效率下均逼近信道容量，同时兼顾系统的吞吐能力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及数字信息传输领域，尤其涉及一种数字通信系统中的比特交织编码调 制方法、解调解码方法及系统。
技术介绍
数字通信系统，包括典型的无线移动通信系统和地面数字广播系统，其根本任务 之一是实现数字信息的无误传输。利用信道编码进行差错控制是实现这一根本任务的最 为有效的方法和手段。为了适应数字信息在常见模拟信道下的传输需求，信道编码技术通 常需要与数字调制技术结合。信道编码与调制的结合构成编码调制系统，它是数字通信系 统发射端的子系统，也是其核心模块之一，对应的编码调制技术也是数字通信系统的核心 技术。与编码调制系统相对应，解调和信道解码的结合构成数字通信系统接收端的解调 解码系统，对应的解调解码技术也是数字通信系统的核心技术。一般来说，信道编码是针 对无记忆信道设计和优化的，为了适应接收端的信道解码，提高编码调制系统的分集阶数 (Diversity Order)，最常见的手段是采用交织技术使得输入解调器和解码器的信息体现 出近似无记忆特性。所谓调制，表示对输入数据或信号进行变换处理，以得到适于信道传输的信号， 包括各种模拟调制和数字调制技术。对典型的数字通信系统，数字调制技术主要包括星 座映射技术以及后续处理技术，如多载波调制技术和成型滤波技术。所谓星座映射，就是 将携带数字信息的有限域“比特”序列映射成适于传输的“符号”序列。每个符号的取值 空间可以是一维实数空间、二维实数空间(即复数空间或复数平面)、或更高维的实数空 间(例如多天线MIMO系统信号传输对应的空间)。星座映射包含两个要素，即星座图和 星座点映射方式。星座图代表星座映射输出符号的所有取值组成的集合，其中，星座图的 每个点对应输出符号的一种取值。星座点映射方式代表输入比特(组)到星座点的特 定映射关系，或者星座点到比特(组)的特定映射关系，通常每个星座点与一个比特或 多个比特组成的比特组一一对应。目前最为常见以及实用的复数空间的星座图主要有 QAM (QuadratureAmplitude Modulation,正交幅度调制) 、 PSK (Phase Shift Keying,相移键控)、和APSK(Amplitude-Phase Shift Keying，幅度相移键控)调制技术；实数空间的 星座图主要为PAM(Pulse AmplitudeModulation，脉冲幅度调制)。对接收端的解码解调系 统，对应星座映射的是星座解映射，简称解映射。通常，星座解映射依据星座图和星座点映 射方式，结合信道状态信息得到对应接收符号的一个或多个比特的比特软信息。衡量编码调制技术的一个根本指标是给定频谱效率和差错控制目标的条件下， 所需信噪比门限距离信息论界的差距。频谱效率通常以星座图M维实数空间的每一维能传 输的有效信息比特表示，例如，对于不加信道编码的传统64QAM系统，其频谱效率为3比特 每维度，其中，每个星座点由两维实数组成，可携带6比特信息。差错控制目标通常以比特 错误率或者码字错误率(又称误块率)表示。信息论界通常以达到无误传输所需的最低信 噪比表示。根据信息论基本知识，对于给定的编码调制系统以及给定的信道条件，信息论界(假设以信噪比表示)是频谱效率的单调递增函数，由频谱效率唯一确定。编码调制技术的基础理论是香农信息论，主要是点对点的单用户信息论，其核心思想是从互信息最大化的角度来看，在加性白高斯噪声(Additive White Gaussian Noise, AWGN)信道下，当发射功率受限时，只有当编码调制系统的输出满足白高斯分布时，才能达到信道容量。同时信息论中信道编码定理指出，只要传信率小于信道容量，则必然存 在无误传输的编码调制系统。然而基础理论只解决编码调制的存在性问题，如何构造一个 逼近极限的切实可行的编码调制系统是近数十年来通信领域一直努力追求的目标。对典型的功率和带宽均受限制的恶劣传输信道，如宽带无线移动通信和地面数字 广播系统的传输信道，编码调制技术是传输可靠性和系统频谱效率的重要保证，因此，最新 的宽带无线移动通信和地面数字广播系统采用的作为工业界标准的编码调制技术代表了 当前实际应用的编码调制技术的最高水平。欧洲第二代地面数字电视广播标准(DVB-T2) 采用了低密度奇偶校验(Low Density Parity Check, LDPC)编码技术、比特交织技术、和 高阶QAM调制技术(包括星座旋转技术和IQ交织技术)；欧洲第二代卫星数字电视广播标 准(DVB-S2)采用了比特交织技术、LDPC编码技术、和高阶APSK调制技术；3GPP组织的LTE V8. 1提案采用了 Turbo编码技术、比特交织技术、和高阶QAM调制技术。在学术界，经过几十年的发展，编码调制技术取得了长足发展，最为典型的 当数G. Ungerboeck提出网格编码调制(Trellis CodedModulation, TCM)，参见文献 G. Ungerboeck. “Channel coding withmultilevel phase signals.，，IEEE Trans. Inform. Theory, no. 28，pp55_67，1982.)，以及 E. Zehavi 提出的比特交织编码调制 (Bit-InterleavedCoded Modulation，BICM)，参见文献 E. Zehavi，8PSK trellis codes fora Rayleigh channel,“ IEEE Trans. Commun.，vol.40, no.5, pp. 873-884, May 1992。 TCM通过最大化欧氏距离，使得其在AWGN信道下性能表现优异，但是在衰落信道下并不 理想；而BICM则刚好相反，其在AWGN信道下较TCM有所损失，但在衰落信道下有不俗的 表现。接收端迭代解映射和译码的BICM系统，即BICM-ID系统(BICM withlterative Demapping and Decoding，简称BICM-ID)由 Xiaodong Li 等人和 Ten Brink等人独立提出， 参见文献 X. Li and J. A. Ritcey, Bit-interleaved coded modulation with iterative decoding using softfeedback, Electronics Letters, vol. 34, no. 10，pp.942-943, May 1998.和S.T.Brink,J. Speidel, and R. -H. Yan, Iterative demapping and decodingfor multilevel modulation，” in Globecom' 98,1998, pp. 579-584. BICM-ID 系统通过将译码 输出的信息反馈回来作为解映射的先验信息，增大了欧氏距离，从而在AWGN信道下获得了 与TCM同样好的误码性能。但是，传统BICM-ID有一个较高的误码平台，这是因为即使所有 反馈的比特信息都是无误的，系统的误码率依然由外码的特性(对于线性码，主要取决于 码本中最小非零码重及其个数)和解映射时的H本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种编码调制方法，该方法包括步骤：Ｓ１．对输入信息比特进行信道编码及比特交织，得到编码比特；Ｓ２．对所述编码比特进行Ｍ点Ｋ维类高斯星座映射，得到星座映射符号，即Ｋ维实数向量，其中Ｍ为大于１的正整数，Ｋ为正整数。

【技术特征摘要】
一种编码调制方法，该方法包括步骤S1.对输入信息比特进行信道编码及比特交织，得到编码比特；S2.对所述编码比特进行M点K维类高斯星座映射，得到星座映射符号，即K维实数向量，其中M为大于1的正整数，K为正整数。2.如权利要求1所述的编码调制方法，其特征在于，当K = 1时，所述K维类高斯星座映射为一维非均勻M点PAM脉冲幅度调制星座映射；当K = 2时，所述K维类高斯星座映射为二维M点APSK幅度相移键控星座映射。3.如权利要求1所述的编码调制方法，其特征在于，所述M点K维类高斯星座映射的星 座图特征如下星座点均勻分布于K维实数空间的一个或多个超球面上，且位于所有超球 面上的点的总数为M，所述超球面为距离所述K维实数空间原点的欧氏距离相同的点的集合。4.如权利要求2所述的编码调制方法，其特征在于，所述二维M点APSK幅度相移键控 星座映射的星座图特征如下星座点均勻分布于复数空间的一个或多个圆环上，且位于所 有圆环上的点的点数为M，所述圆环为距离所述复数空间原点的欧式距离相同的点的集合。5.如权利要求1所述的编码调制方法，其特征在于，所述步骤S2后，直接输出所述星座 映射符号，或进行如下步骤53.对所述K维实数向量进行星座旋转，得到星座旋转符号。6.如权利要求5所述的编码调制方法，其特征在于，所述星座旋转方法为使用满轶矩 阵对所述K维实数向量进行矩阵变换，所述满轶矩阵包括正交矩阵，所述正交矩阵包括单 位矩阵。7.如权利要求3或5所述的编码调制方法，其特征在于，所述星座旋转方法为对所 述每个超球面进行独立的预定角度向量的旋转，所述每个超球面的预定角度向量相同或不 同，所述角度向量的维数为K-I维。8.如权利要求4或5所述的编码调制方法，其特征在于，所述星座旋转的方法为对所 述每个圆环进行独立的预定角度的旋转，每个圆环的预定角度相同或不同。9.如权利要求5所述的编码调制方法，其特征在于，所述步骤S3后，将所述星座旋转符 号直接输出，或进行如下步骤54.对所述星座旋转符号进行维数转换，得到第一一维实数符号；55.对所述第一一维实数符号进行通用实数交织，得到第二一维实数符号；56.对所述第二一维实数符号进行维数转换，得到编码调制符号，并输出。10.如权利要求9所述的编码调制方法，其特征在于，所述维数转换将输入的Kin维实 数向量转换为K。ut维实数向量，其方法为，将Nin个Kin维实数向量每一维上所有的共NinKin 个实数符号重新组成N。ut个K。ut维实数向量，其中，NinKin = NoutKout, Kin和K。ut为正整数。11.如权利要求1所述的编码调制方法，其特征在于，步骤Sl进一步包括Bi. 1对所述信息比特进行第一分量码或第一分量码组编码，得到第一编码比特；Bi. 2对所述信息比特进行比特交织后进行第二分量码或第二分量码组编码，得到第二 编码比特；Bi. 3合并所述第一编码比特及第二编码比特，得到编码比特。12.如权利要求1所述的编码调制方法，其特征在于，步骤Sl进一步包括Cl. 1对所述信息比特进行第一分量码或第一分量码组编码，得到第一编码比特； Cl. 2对所述第一编码比特进行比特交织，得到交织比特；Cl. 3对所述交织比特进行第二分量码或第二分量码组编码，得到第二编码比特，即为 编码比特。13.如权利要求11或12所述的编码调制方法，其特征在于，所述分量码为卷积码或分 组码；所述分量码组由多个分量码并行组成，所述分量码组的每个分量码为卷积码或分组 码。14.如权利要求12所述的编码调制方法，其特征在于，所述第一分量码为基本码率为1/X的凿孔卷积码，并提供多种凿孔选项，实现多码率；所述第二分量码为基本码率为l/k2的凿孔反馈卷积码，并提供一种凿...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨知行，谢求亮，彭克武，宋健，王昭诚，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]