基于比特映射的編碼調(diào)制方法及其對(duì)應(yīng)解調(diào)解碼方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于比特映射的編碼調(diào)制及其對(duì)應(yīng)解調(diào)解碼方法，編碼調(diào)制方法包括步驟：S1：對(duì)待傳的信息比特進(jìn)行低密度奇偶校驗(yàn)碼編碼，得到編碼比特；S2：對(duì)S1中的編碼比特進(jìn)行比特映射，得到星座比特向量；S3：對(duì)S2中的星座比特向量進(jìn)行M點(diǎn)的幅度相移鍵控星座映射，得到星座符號(hào)；S4：將S3得到的星座符號(hào)發(fā)送到后續(xù)處理單元進(jìn)行后續(xù)處理，或者對(duì)S3得到的星座符號(hào)進(jìn)行坐標(biāo)交織和符號(hào)交織后，再發(fā)送至后續(xù)處理單元進(jìn)行后續(xù)處理。本發(fā)明提出的基于比特映射的編碼調(diào)制方法，利用比特交織和比特置換方法來(lái)實(shí)現(xiàn)比特映射，能夠顯著提升高階映射下編碼調(diào)制的性能。
【專利說(shuō)明】基于比特映射的編碼調(diào)制方法及其對(duì)應(yīng)解調(diào)解碼方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及數(shù)字信息傳輸【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種基于比特映射的編碼調(diào)制方法及其對(duì)應(yīng)解調(diào)解碼方法。
【背景技術(shù)】 [0002]數(shù)字通信系統(tǒng)，包括典型的無(wú)線移動(dòng)通信系統(tǒng)和地面數(shù)字廣播系統(tǒng)，其根本任務(wù)之一是實(shí)現(xiàn)數(shù)字信息的高效可靠傳輸。利用信道編碼進(jìn)行差錯(cuò)控制是實(shí)現(xiàn)這一根本任務(wù)的有效方法和手段。為了適應(yīng)數(shù)字信息在常見模擬信道環(huán)境下的傳輸需求，信道編碼技術(shù)通常需要與數(shù)字調(diào)制技術(shù)結(jié)合。信道編碼與調(diào)制的結(jié)合構(gòu)成編碼調(diào)制系統(tǒng)，它是數(shù)字通信系統(tǒng)發(fā)射端的子系統(tǒng)，也是其核心模塊之一。
[0003]在信道編碼領(lǐng)域,低密度奇偶校驗(yàn)(Low Density Parity Check, LDPC)碼近年來(lái)受到廣泛關(guān)注。LDPC碼最早是由Robert G.Gallager于1962年提出的一類特殊的線性分組碼，其主要特點(diǎn)是校驗(yàn)矩陣H具有稀疏性。LDPC碼不僅有逼近香農(nóng)限的良好性能，而且譯碼復(fù)雜度較低，結(jié)構(gòu)靈活，已被廣泛應(yīng)用于深空通信、光纖通信、地面及衛(wèi)星數(shù)字多媒體廣播等領(lǐng)域。目前，基于LDPC碼的信道編碼方案已經(jīng)被多個(gè)通信與廣播標(biāo)準(zhǔn)所采納，如IEEE802.16e、IEEE802.3an、歐洲第二代地面數(shù)字電視廣播標(biāo)準(zhǔn)(DVB-T2)、以及中國(guó)的地面數(shù)字電視多媒體廣播標(biāo)準(zhǔn)(Digital Television/Terrestrial MultimediaBroadcasting, DTMB)等。同時(shí)，LDPC碼也正在成為第四代無(wú)線移動(dòng)通信系統(tǒng)和新一代數(shù)字電視地面廣播傳輸系統(tǒng)信道編碼方案的強(qiáng)有力競(jìng)爭(zhēng)者，有望被DTMB的演進(jìn)版本采用。
[0004]設(shè)一個(gè)LDPC碼碼長(zhǎng)為N，信息位長(zhǎng)為K，校驗(yàn)位長(zhǎng)為L(zhǎng) = N-K,則該碼的校驗(yàn)矩陣H是一個(gè)大小為L(zhǎng)XN的矩陣。校驗(yàn)矩陣的每一列(即每一個(gè)編碼比特)被稱為變量節(jié)點(diǎn)，每一列中I的個(gè)數(shù)稱為變量節(jié)點(diǎn)的度或者列重；每一行(即每一個(gè)校驗(yàn)方程)被稱為校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)，每一行中I的個(gè)數(shù)稱為校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的度或者行重。LDPC碼包含規(guī)則碼和非規(guī)則碼，其中規(guī)則碼是指H矩陣各行行重相同，各列列重也相同，而非規(guī)則碼則沒有此限制，因此規(guī)則碼可以看作是非規(guī)則碼的特例。現(xiàn)有性能優(yōu)異的LDPC碼通常都是非規(guī)則碼，我們可以用多項(xiàng)式A(X) = ^xHwp(X) = Yij 一/1來(lái)分別描述非規(guī)則碼的列重和行重分布，其中入i代表列
重為Cli的變量節(jié)點(diǎn)所占的比例，共有V種列重，P j代表行重為Clj的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)所占的比例，共有c種行重。
[0005]數(shù)字通信系統(tǒng)基帶等效模型中，調(diào)制過(guò)程又被稱為星座映射，就是指將攜帶數(shù)字信息的比特序列映射成適于傳輸?shù)姆?hào)序列。星座映射包含兩個(gè)要素，即星座圖(Constellation)和星座點(diǎn)映射方式(Labeling)。星座圖代表星座映射輸出符號(hào)的所有取值組成的集合，星座圖的每一個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)輸出符號(hào)的一種取值。星座點(diǎn)映射方式代表輸入比特或比特組到星座點(diǎn)的特定映射關(guān)系，或者星座點(diǎn)到比特或比特組的特定映射關(guān)系，通常每個(gè)星座點(diǎn)與一個(gè)比特或由多個(gè)比特組成的比特組一一對(duì)應(yīng)。為了進(jìn)一步提高頻譜效率，高階調(diào)制或者高階星座映射是必不可少的手段之一，目前最為常用的高階調(diào)制是正交幅度調(diào)制(Quadrature Amplitude Modulation, QAM)。根據(jù)信息論的相關(guān)知識(shí),功率受限的加性白高斯(AWGN)信道下，輸入服從高斯分布才能達(dá)到信道容量。實(shí)際編碼調(diào)制系統(tǒng)中通常采用的QAM星座圖不服從高斯分布，因此星座圖約束下的信息傳輸速率與信道容量之間存在差距。相應(yīng)地，相比傳統(tǒng)的QAM星座圖，使得星座限制下的輸出更逼近高斯分布的技術(shù)稱為Shaping技術(shù)，由此帶來(lái)的增益稱為Shaping增益。Liu和Xie等人在文獻(xiàn)Z.Liu, Q.Xie, Κ.Peng, and Z.Yang，“APSK constellation with Gray mapping,，’IEEE Commun.Lett., vol.15, n0.12，pp.1271-1273，2011中提出了一種新型的格雷映射的幅度相移鍵控(Gray-APSK)星座圖，該星座圖不僅更加接近高斯分布，還具有普通APSK星座圖不具備的Gray映射。因此，對(duì)于發(fā)射端采用這種Gray-APSK星座映射的編碼調(diào)制系統(tǒng)，接收端無(wú)論采用迭代解映射還是獨(dú)立解映射，其性能都可以優(yōu)于采用Gray-QAM星座映射的系統(tǒng)，具備逼近信道容量極限的性能。
[0006]高階調(diào)制會(huì)引入不均等差錯(cuò)保護(hù)(Unequal Error Protection, UEP),即同一個(gè)星座符號(hào)中不同位置的比特(簡(jiǎn)稱星座比特)在傳輸過(guò)程中經(jīng)歷不同的保護(hù)程度。M = 2-階星座映射最多有m種不同保護(hù)程度。獨(dú)立解映射系統(tǒng)中，可以認(rèn)為各比特經(jīng)過(guò)虛擬的獨(dú)立二進(jìn)制輸入(Binary Input，BI)信道傳輸，每個(gè)比特的保護(hù)程度用虛擬子信道的信道容量，SP比特和接收符號(hào)之間的平均互信息Kb” Y)進(jìn)行衡量，虛擬子信道容量越大，則該比特的保護(hù)程度越高。迭代解映射的系統(tǒng)雖然更為復(fù)雜，但不同的星座比特依然存在不均等差錯(cuò)保護(hù)特性。另一方面，非規(guī)則LDPC碼也存在比特的UEP特性，列重越大的變量節(jié)點(diǎn)，其保護(hù)程度也越高。因?yàn)長(zhǎng)DPC解碼的和積算法(Sum Product Algorithm, SPA)可以看作重復(fù)碼譯碼(列處理)和奇偶校驗(yàn)碼譯碼(行處理)串行級(jí)聯(lián)的迭代系統(tǒng)，Η矩陣的每一列相當(dāng)于一個(gè)重復(fù)編碼，重復(fù)次數(shù)等于列重，顯然重復(fù)次數(shù)越多，該變量節(jié)點(diǎn)的保護(hù)程度就越高。
[0007]綜上所述，2m階星座映射最多包含m種不同保護(hù)程度的比特，LDPC碼中不同列重的變量節(jié)點(diǎn)也對(duì)應(yīng)不同的保護(hù)程度。設(shè)LDPC碼有屯，d2,…，dv共v種列重，v種變量節(jié)點(diǎn)到最多m種星座符號(hào)比特之間的映射方式,本發(fā)明稱為比特映射(Bit Mapping)?？梢灶A(yù)見，比特映射將對(duì)系統(tǒng)性能有著至關(guān)重要的影響。需要注意的是，本發(fā)明中特別區(qū)分星座映射和比特映射兩個(gè)名詞。星座映射是指比特組到星座符號(hào)的映射過(guò)程，在接收端與之對(duì)應(yīng)的是星座解映射，是指由接收符號(hào)計(jì)算比特軟信息的過(guò)程，嚴(yán)格來(lái)講，它與星座映射過(guò)程并不是可逆的，因此用解映射來(lái)表述；而比特映射是指一個(gè)LDPC碼字內(nèi)的比特到星座符號(hào)包含的不同比特位置的映射關(guān)系，其實(shí)`質(zhì)是對(duì)碼字內(nèi)比特位置的重新排列，在接收端對(duì)應(yīng)地需要將比特軟信息按照原始方式排列回去，是比特映射的逆過(guò)程，因此稱為比特逆映射。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008](一)要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0009]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于比特映射的編碼調(diào)制方法及其對(duì)應(yīng)解調(diào)解碼方法，將優(yōu)選的比特映射方式用于高階調(diào)制的編碼調(diào)制及其對(duì)應(yīng)解調(diào)譯碼方案，可有效提升系統(tǒng)性能。
[0010](二)技術(shù)方案
[0011]本發(fā)明提供一種基于比特映射的編碼調(diào)制方法，包括:
[0012]S1:對(duì)待傳的信息比特進(jìn)行低密度奇偶校驗(yàn)碼編碼，得到編碼比特；
[0013]S2:對(duì)S1中的編碼比特進(jìn)行比特映射，得到星座比特向量；[0014]S3:對(duì)S2中的星座比特向量進(jìn)行M點(diǎn)的幅度相移鍵控星座映射，得到星座符號(hào)；
[0015]S4:將S3得到的星座符號(hào)發(fā)送到處理單元進(jìn)行后續(xù)處理，或者對(duì)S3得到的星座符號(hào)進(jìn)行坐標(biāo)交織和符號(hào)交織后，再發(fā)送至處理單元進(jìn)行后續(xù)處理。
[0016]其中，所述低密度奇偶校驗(yàn)碼的碼長(zhǎng)為61440或15360，所述低密度奇偶校驗(yàn)碼的碼率為:1/2、2/3、3/4 或 5/6。
[0017]其中，所述S2具體包括:
[0018]S21:對(duì)SI所得編碼比特進(jìn)行比特交織，得到交織比特；
[0019]S22:對(duì)S21中的交織比特進(jìn)行一個(gè)或多個(gè)星座符號(hào)內(nèi)的比特置換，即，將映射到一個(gè)或多個(gè)星座符號(hào)內(nèi)的所有比特進(jìn)行順序調(diào)整，得到置換后的比特向量，對(duì)置換后的比特向量進(jìn)行拆分，得到星座比特向量，作為比特映射的結(jié)果。
[0020]其中，S21具體包括:
[0021]S211:將編碼比特寫入緩沖區(qū)，得到比特矩陣；
[0022]S212:對(duì)S211中的比特矩陣進(jìn)行行內(nèi)交織得到交織矩陣；
[0023]S213:讀取交織矩陣，得到交織比特。
[0024]其中，在S3中，所述所述M點(diǎn)幅度相移鍵控星座圖的特征在于，所有星座點(diǎn)分布于Nk個(gè)同心圓環(huán)上，各圓環(huán)的半徑由小到大依次為『 = t，..V:v,)，每個(gè)環(huán)上具有相同的星座點(diǎn)數(shù)，設(shè)為M。，因此M = NKXM。，各環(huán)上的星座點(diǎn)在相位上均勻分布于[0，2 Ji )，初始相位偏轉(zhuǎn)為θο。星座圖用下式表示:
【權(quán)利要求】
1.一種基于比特映射的編碼調(diào)制方法，其特征在于，包括: S1:對(duì)待傳的信息比特進(jìn)行低密度奇偶校驗(yàn)碼編碼，得到編碼比特； 52:對(duì)SI中的編碼比特進(jìn)行比特映射，得到星座比特向量； 53:對(duì)S2中的星座比特向量進(jìn)行M點(diǎn)的幅度相移鍵控星座映射，得到星座符號(hào)； 54:將S3得到的星座符號(hào)發(fā)送到后續(xù)處理單元進(jìn)行后續(xù)處理，或者對(duì)S3得到的星座符號(hào)進(jìn)行坐標(biāo)交織和符號(hào)交織后，再發(fā)送至后續(xù)處理單元進(jìn)行后續(xù)處理。
2.如權(quán)利要求1所述的基于比特映射的編碼調(diào)制方法，其特征在于，所述低密度奇偶校驗(yàn)碼的碼長(zhǎng)為61440或15360，所述低密度奇偶校驗(yàn)碼的碼率為:1/2、2/3、3/4或5/6。
3.如權(quán)利要求1所述的基于比特映射的編碼調(diào)制方法，其特征在于，所述S2具體包括: 521:對(duì)SI所得編碼比特進(jìn)行比特交織，得到交織比特； 522:對(duì)S21中的交織比特進(jìn)行一個(gè)或多個(gè)星座符號(hào)內(nèi)的比特置換，即，將映射到一個(gè)或多個(gè)星座符號(hào)內(nèi)的所有比特進(jìn)行順序調(diào)整，得到置換后的比特向量，對(duì)置換后的比特向量進(jìn)行拆分，得到星座比特向量，作為比特映射的結(jié)果。
4.如權(quán)利要求3所述的基于比特映射的編碼調(diào)制方法，其特征在于，S21具體包括: 5211:將編碼比特寫入緩沖區(qū)，得到比特矩陣； 5212:對(duì)S211中的比特矩陣進(jìn)行行內(nèi)交織得到交織矩陣； 5213:讀取交織矩陣，得到交織比特。
5.如權(quán)利要求1所述的基于比特映射的編碼調(diào)制方法，其特征在于，在S3中，所述M點(diǎn)幅度相移鍵控星座圖的特征在于，所有星座點(diǎn)分布于Nk個(gè)同心圓環(huán)上，各圓環(huán)的半徑由小至Ij大依次為r = (mr.4...1，每個(gè)環(huán)上具有相同的星座點(diǎn)數(shù)，設(shè)為Mc，因此M = NKXMC，各環(huán)上的星座點(diǎn)在相位上均勻分布于[0,2 )，初始相位偏轉(zhuǎn)為Qcitj星座圖用下式表示:
X =卜 Xll1.= /; exp{./〔吾 k + e0 I > 其中，j 為虛數(shù)單位,η = O, I,..., Ne-1, k = O, I,…，Mc-1。
6.如權(quán)利要求1所述的基于比特映射的編碼調(diào)制方法，其特征在于，在S3中，所述M點(diǎn)的幅度相移鍵控為4幅度相移鍵控、16幅度相移鍵控、64幅度相移鍵控或256幅度相移鍵控。
7.一種與權(quán)利要求1所述的編碼調(diào)制方法對(duì)應(yīng)的基于比特映射的獨(dú)立解調(diào)解碼方法，其特征在于，包括: B1:對(duì)接收符號(hào)進(jìn)行符號(hào)解交織和坐標(biāo)解交織，發(fā)送給解映射單元，所述符號(hào)解交織和坐標(biāo)解交織與S4中的符號(hào)交織和坐標(biāo)交織對(duì)應(yīng)；若S4中沒有進(jìn)行坐標(biāo)交織和符號(hào)交織，則符號(hào)解交織和坐標(biāo)解交織也應(yīng)省略，直接將接收符號(hào)發(fā)送給解映射單元； B2:對(duì)送入解映射單元的符號(hào)進(jìn)行星座解映射，得到解映射對(duì)數(shù)似然比軟信息； B3:將上述對(duì)數(shù)似然比軟信息進(jìn)行比特逆映射，得到逆映射后的比特軟信息，并送至解碼單元；其中，所述比特逆映射與S2中的比特映射對(duì)應(yīng)，是比特映射的逆過(guò)程； B4:對(duì)逆映射后的比特軟信息進(jìn)行低密度奇偶校驗(yàn)碼解碼，得到信宿比特。
8.一種與權(quán)利要求1所述的編碼調(diào)制方法對(duì)應(yīng)的基于比特映射的迭代解調(diào)解碼方法，其特征在于，包括:C1:對(duì)接收符號(hào)進(jìn)行符號(hào)解交織和坐標(biāo)解交織，發(fā)送給解映射單元，所述符號(hào)解交織和坐標(biāo)解交織與S4中的符號(hào)交織和坐標(biāo)交織對(duì)應(yīng)；若S4中沒有進(jìn)行坐標(biāo)交織和符號(hào)交織，則符號(hào)解交織和坐標(biāo)解交織也應(yīng)省略，直接將接收符號(hào)發(fā)送給解映射單元；C2:基于C5反饋回的先驗(yàn)信息，對(duì)送入解映射單元的符號(hào)進(jìn)行星座解映射，得到解映射對(duì)數(shù)似然比軟信息；其中，初始迭代的先驗(yàn)信息置為0 ;C3:將上述對(duì)數(shù)似然比軟信息進(jìn)行比特逆映射，得到逆映射后的比特軟信息，并送至解碼單元；其中，所述比特逆映射與S2中的比特映射對(duì)應(yīng)，是比特映射的逆過(guò)程；C4:對(duì)所述逆映射后的比特軟信息進(jìn)行低密度奇偶校驗(yàn)碼解碼，得到解碼外信息，同時(shí)，如果達(dá)到解映射的最大迭代次數(shù)或者解碼校驗(yàn)成功，則停止迭代并輸出信宿比特，否則轉(zhuǎn)C5 ；C5:對(duì)C 4輸出的解碼外信息再進(jìn)行比特映射，其結(jié)果作為先驗(yàn)信息反饋回C2。
【文檔編號(hào)】H04L1/00GK103731235SQ201210388598
【公開日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2012年10月12日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月12日
【發(fā)明者】彭克武, 程濤, 楊知行, 宋健, 潘長(zhǎng)勇 申請(qǐng)人:清華大學(xué)