编码调制和解调译码方法、装置及系统的制作方法

文档序号:7980134阅读:308来源:国知局
编码调制和解调译码方法、装置及系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种编码调制和解调译码方法、装置及系统。该编码调制方法,包括:接收信道编码器输入比特序列,所述信道编码器输入比特序列包括待编码调制的信息比特序列和已知比特序列;对所述信道编码器输入比特序列进行编码,获得编码后的码字;对所述编码后的码字和所述已知比特序列进行联合调制,获得与所述信息比特序列对应的编码调制符号序列。本发明提供的编码调制和解调译码方法、装置及系统,实现了编码与调制的紧密结合。
【专利说明】编码调制和解调译码方法、装置及系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及信号处理技术,尤其涉及一种编码调制和解调译码方法、装置及系统,属于通信【技术领域】。
【背景技术】
[0002]随着无线频谱资源的日益紧缺,无线网络中多媒体数据量的指数级增长,如何有效地提高频谱利用效率是新一代移动通信系统无线传输链路技术必须解决的技术难点。编码调制技术是带宽有限传输下实现高频谱效率的重要途径,其研究的目的是最大限度地利用传输资源,选择最优的传输机制,以逼近香农极限。
[0003]信道编码技术本质上是在发送信息上引入一些可控的冗余,接收端利用冗余对信息在传输过程中受到噪声干扰而产生的误差进行监测与恢复,从而恢复出原始发送信息。由于编码冗余越多,相对纠错能力就越强,因此导致带宽有限下的信道编码纠错能力与系统频谱效率相矛盾。而与此同时,无线数字传输系统,调制技术通过星座映射的方法将数字信息的比特序列映射成适合于传输的符号序列。调制技术可以通过星座图来描述,星座图中定义了调制技术的两个基本参数:信号分布和调制比特之间的映射关系。星座图中规定了星座点与传输比特间的对应关系,这种关系称为标识映射。M阶星座图包含M个星座点,每一个星座点对应m= 1g2M个比特。因此,调制阶数越高,一个星座点代表的比特数越多,频谱利用率也就越高。但调制阶数越高意味着传输信号间的最小欧式距离的越低,从而降低了无线通信系统传输的可靠性。因此,如何联合设计编码调制是提高频谱利用率的核心问题。
[0004]1982年Ungerboeck首次提出了 Trellis Coded Modulation(TCM)的概念,它将信道编码技术与调制技术作为一个整体进行综合设计,在不增加系统带宽的条件下通过扩展符号映射空间的欧式距离来达到提高编码增益的目的。
[0005]图1为典型的TCM编码调制的原理示意图。如图1所示,编码器在每个调制间隔传送K个比特(即K个待编码调制的比特Si1-Sili),选取其中U比特(U ( K)进行码率为U/(U+1)的卷积编码,得到U+1个比特(即卷积编码后的比特Ci1-Ciiw)用于集合划分形成的子集,其他K-U个比特用于选择相应子集中的信号点,最终获得编码调制后的信号Xi。TCM编码调制方法通过最大化最小欧式距离,在加性白高斯噪声(Additive White GaussianNoise, AWGN)信道下性能表现优异。但TCM编码调制方法对于衰落信道的噪声影响抵抗力很差。
[0006]与TCM编码调制不同,Zehavi在1992年提出了比特交织编码调制(Bit-1nterleaved Coded Modulation, BICM)的思想。BICM编码调制方法在信道编码器与调制器之间增加了比特交织器,将信道编码器和调制器分开进行独立设计,以提高无线数字通信系统在衰落信道下的可靠性。
[0007]图2为BICM编码调制的原理示意图。如图2所示,信息比特S经过编码器的信道编码后生成的码字C,经过比特交织器变成序列ji(C)。采用M进行调制器进行M阶调制,^ (C)的每个1g2M位根据调制方式映射到M阶星座图中的一个符号上,形成信号X ;Χ经过信道传送,利用M进制解调器解调后再经过比特解交织器进行比特解交织、及译码器译码后获取信息比特。BICM编码调制技术在AWGN信道下具有性能损失。
[0008]综上所述,现有的编码调制技术,要么将编码器与调制器独立分开进行设计(比如BICM),要么部分的考虑了编码器输出比特在调制器上的一些优化(比如TCM),但并没将编码与调制紧密结合,从而导致了在加性高斯白噪声信道下性能的恶化,以及无法对抗衰落信道等缺陷。

【发明内容】

[0009]针对现有技术存在的缺陷,本发明实施例提供一种编码调制和解调译码方法、装置及系统,以实现编码与调制的紧密结合。
[0010]第一方面,本发明实施例提供一种编码调制方法,包括:
[0011]接收信道编码器输入比特序列,所述信道编码器输入比特序列包括待编码调制的信息比特序列和已知比特序列;
[0012]对所述信道编码器输入比特序列进行编码,获得编码后的码字;
[0013]对所述编码后的码字和所述已知比特序列进行联合调制,获得与所述信息比特序列对应的编码调制符号序列。
[0014]第二方面,本发明实施例提供一种解调译码方法,包括:
[0015]接收编码调制符号序列,所述编码调制符号是通过对信息比特序列和已知比特序列进行联合编码调制获得的;`
[0016]对已知比特序列和所述编码调制符号序列进行联合解调,获得系统位对应的软信息、校验位对应的软信息;
[0017]获取所述已知比特序列对应的软信息;
[0018]根据所述系统位对应的软信息、所述校验位对应的软信息以及所述已知比特序列对应的软信息,进行译码,获取所述信息比特序列。
[0019]第三方面,本发明实施例提供一种编码调制装置,包括相互连接的编码模块和调制丰吴块,其中:
[0020]所述编码模块用于接收信道编码器输入比特序列,所述信道编码器输入比特序列包括待编码调制的信息比特序列和已知比特序列;对所述信道编码器输入比特序列进行编码,获得编码后的码字,并将所述编码后的码字发送至所述调制模块;
[0021]所述调制模块用于对所述编码后的码字和所述已知比特序列进行联合调制,获得与所述信息比特序列对应的编码调制符号序列。
[0022]第四方面,本发明实施例提供一种解调译码装置,包括相互连接的解调模块、软信息计算模块和译码模块,其中:
[0023]所述解调模块用于接收编码调制符号序列,所述编码调制符号是通过对信息比特序列和已知比特序列进行联合编码调制获得的;对已知比特序列和所述编码调制符号序列进行联合解调,获得所述信息比特序列对应的软信息、校验比特序列对应的软信息;
[0024]所述软信息计算模块,用于获取所述已知比特序列对应的软信息;
[0025]所述译码模块,用于根据所述系统位对应的软信息、所述校验位对应的软信息以及所述已知比特序列对应的软信息,进行译码,获取所述信息比特序列。
[0026]第五方面,本发明实施例提供一种发射机,包括本发明实施例提供的编码调制装置,以及与所述编码调制装置连接的发送设备,所述发送设备用于将所述编码调制装置生成的编码调制符号序列向外发送。
[0027]第六方面,本发明实施例提供一种接收机,包括本发明实施例提供的解调译码装置,以及与所述解调译码装置连接的接收设备,所述接收设备用于接收编码调制符号序列,并由所述解调译码装置对所述编码调制符号序列进行解调译码。
[0028]第七方面,本发明实施例提供一种通信系统,包括本发明实施例提供的接收机和发射机。
[0029]根据本发明实施例提供的编码调制和解调译码方法、装置及系统,通过在编码和调制过程中引入已知比特序列,将已知比特序列与信息比特序列结合进行编码,并将编码后的码字与已知比特序列进行联合调制,实现了编码与调制的紧密结合,提高了在AWGN和衰落等多种信道下无线通信系统的性能,实现更高的频谱利用率。
【专利附图】

【附图说明】
[0030]图1为典型的TCM编码调制的原理示意图;
[0031]图2为BICM编码调制的原理示意图;
[0032]图3为典型的通信系统的架构示意图;
[0033]图4为本发明一个实施例的编码调制方法的流程示意图;
[0034]图5为本发明一个实施例中发射机的原理不意图;
[0035]图6为本发明一个实施例中接收机的原理示意图;
[0036]图7为本发明又一个实施例的编码调制方法的原理示意图;
[0037]图8为本发明一个实施例中优化的2?+?阶联合调制星座图;
[0038]图9为本发明一个实施例的编码调制方法与基于BICM编码调制技术在AWGN信道下的性能仿真结果对比图;
[0039]图10为本发明一个实施例的编码调制方法与基于BICM编码调制技术在Rayleigh衰落信道下的性能仿真结果对比图;
[0040]图11为本发明又一个实施例中优化的2?阶联合调制星座图;
[0041]图12为本发明又一个实施例的编码调制方法与基于BICM编码调制技术在Rayleigh衰落信道下的性能仿真结果对比图;
[0042]图13为本发明又一个实施例的编码调制方法的原理示意图;
[0043]图14为本发明一个实施例的解调译码方法的流程示意图;
[0044]图15为本发明一个实施例的解调译码方法的原理示意图;
[0045]图16为本发明一个实施例中针对优化的2*+畔介联合调制进行解调的星座图;
[0046]图17为本发明又一个实施例中针对优化的2ft+哪介联合调制进行解调的星座图;
[0047]图18为本发明一个实施例的编码调制装置的结构示意图;
[0048]图19为本发明实施例中调制模块的一个示例的结构示意图;
[0049]图20为本发明一个实施例的解调译码装置的结构示意图;
[0050]图21为本发明实施例中解调模块的一个示例的结构示意图;[0051]图22为本发明一个实施例的发射机的结构示意图;
[0052]图23为本发明一个实施例的接收机的结构示意图;
[0053]图24为本发明一个实施例的通信系统的结构示意图。
【具体实施方式】
[0054]图3为典型的通信系统的架构示意图。如图3所示,包括发射机31和接收机32,其中发射机31包括相互连接的编码器311和调制器312,接收机32包括相互连接的解调器321和译码器322,且编码器311和译码器322的编、译码方法相对应,调制器312和解调器321的调制、解调方法相对应。发射机31利用编码器311和调制器312,对待发送至接收机的信息比特序列进行编码和调制,并将编码、调制后的符号序列发送至接收机32。接收机32利用解调器321和译码器322,对接收到的编码、调制后的符号序列进行解调和译码,恢复出编码、调制之前的信息比特序列,实现了发射机31和接收机32之间的信息传送。在发射机31中,编码器311和调制器312既可单独设置也可集成设置;接收机32中,解调器321和译码器322既可单独设置也可集成设置。
[0055]下面,以在图3所示的通信系统中实现本发明实施例的技术方案为例,对本发明下述实施例的编码调制方案以及解解调译码方案进行详细说明。
[0056]实施例一
[0057]图4为本发明一个实施例的编码调制方法的流程示意图。如图4所示,该编码调制方法包括:
[0058]401,接收信道编码器输入比特序列,所述信道编码器输入比特序列包括待编码调制的信息比特序列和已知比特序列;
[0059]402,对所述信道编码器输入比特序列进行编码,获得编码后的码字;
[0060]403,对所述编码后的码字和所述已知比特序列进行联合调制,获得与所述信息比特序列对应的编码调制符号序列。
[0061]具体地,图5为本发明一个实施例中发射机的原理不意图。如图5所不,在发射机侦牝将待编码调制的信息比特序列(S)和一个已知比特序列(B),一起作为编码器51的输入比特序列(即接收信道编码器输入比特序列),由编码器51对输入比特序列进行信道编码,获得编码后的码字(C)。其中,编码器51可采用任意的编码方法对输入比特序列进行编码,并获得相应形式的编码后的码字C。例如,所获得的编码后的码字C为低密度奇偶校验码(Low Density Parity Check Codes, LDPC)或 Turbo 系统码等。
[0062]编码器51将编码后的码字C发送至调制器52,并且将已知比特序列B也作为调制器52的输入,输入至调制器52。调制器52结合编码后的码字C和已知比特序列B进行联合调制,获得编码调制符号序列(X),并向接收机发送所获得的编码调制符号序列X。
[0063]相应地,图6为本发明一个实施例中接收机的原理示意图。如图6所示,在接收机侦U,接收机的接收符号序列Y(接收机的接收符号序列Y与发射机发射的编码调制符号序列X相对应),以及与发射机侧相同的已知比特序列B,同时作为解调器61的输入,解调器61结合已知比特序列B,对接收信号序列Y进行解调,得到与编码后的码字C对应的软信息。
[0064]解调器61将码字C的软信息发送至译码器62,并且将已知比特序列B也作为译码器62的输入,输入至译码器62。译码器62结合已知比特序列B,对码字C的软信息进行译码,译码后获得信息比特序列S。其中,译码器62所采用的译码方法与编码器所采用的编码方法相对应,例如译码器为LDPC系统码译码器或Turbo系统码译器等。
[0065]根据上述实施例的编码调制方法,通过在编码和调制过程中引入已知比特序列,将已知比特序列与信息比特序列结合进行编码,并将编码后的码字与已知比特序列进行联合调制,实现了编码与调制的紧密结合,提高了在AWGN和衰落等多种信道下无线通信系统的性能,实现更高的频谱利用率。
[0066]实施例二
[0067]在上述实施例的基础上,本实施例中,结合具体的信息比特序列S和已知比特序列B,对编码调制过程进行扩展说明。本实施例中以采用LDPC码作为信道编码为例进行说明。
[0068]具体地,上述实施例中的所述对所述编码后的码字和所述已知比特序列进行联合调制,获得与所述信息比特序列对应的编码调制符号序列的步骤具体包括:
[0069]从所述编码后的码字中分离出系统位、校验位和所述已知比特序列;
[0070]对所述已知比特序列与所述系统位进行联合调制,并对所述校验位进行单独调制;
[0071]根据所述编码调制符号序列=[联合调制符号序列单独调制符号序列],获取所述编码调制符号序列,其中,所述联合调制符号序列为经所述联合调制获得的符号序列,所述单独调制符号序列为经所述单独调制获得的符号序列。
[0072]更为具体地,图7为本发明又一个实施例的编码调制方法的原理示意图。如图7所示,该编码调制方法包括:
[0073]701,给定发射机和接收机共同已知的随机比特序列B = Ib1,…,bj,将信息比特序列S=Is1,…,SkJ与已知比特序列B=Ib1,…,bL}进行并串变换,一起组成长度为K的输入比特序列。其中,K = K1+!^其中,可以采用任一种在发射机和接收机侧提前设定的方法,给定该已知比特序列B。
[0074]702,对输入比特序列进行码率为K/N的LDPC系统码编码处理,得到其对应的码字C = [si,s2,---,sKi,bl,---,bL,pl,p2,---,pN_K]a
[0075]703,对码字C进行串并变换,从码字C中分别提取系统位S=Is1,…,sK1}(即信息比特序列S)、已知比特序列B和校验位(校验比特序列)P= {Pl, P2,…,pN_K}。
[0076]704,比特交织器对码字C进行比特交织处理。具体地,基于长度为K1的比特交织器1、长度为L的比特交织器2和长度为N-K的比特交织器3分别对信息比特序列S、已知比特序列B和校验位P进行比特交织处理,分别得到交织后的比特序列Ji1 (S)、Ji2(B)和n 3(P)。其中,比特交织处理过程,即是对比特序列中的比特元素的位置进行重新排列的过程。
[0077]705,对比特序列Ji1 (S)、Ji2(B)进行并串变换。具体地,将Ji1(S)和Ji2(B)分
别划分为
【权利要求】
1.一种编码调制方法,其特征在于,包括:接收信道编码器输入比特序列,所述信道编码器输入比特序列包括待编码调制的信息比特序列和已知比特序列;对所述信道编码器输入比特序列进行编码,获得编码后的码字;对所述编码后的码字和所述已知比特序列进行联合调制,获得与所述信息比特序列对应的编码调制符号序列。
2.根据权利要求1所述的编码调制方法,其特征在于,所述对所述编码后的码字和所述已知比特序列进行联合调制,获得与所述信息比特序列对应的编码调制符号序列具体包括:从所述编码后的码字中分离出系统位、校验位和所述已知比特序列;对所述已知比特序列与所述系统位进行联合调制,并对所述校验位进行单独调制;或者,对所述已知比特序列与所述校验位进行联合调制,并对所述系统位进行单独调制;或者,对所述已知比特序列与部分系统位和/或部分校验位进行联合调制,并对剩余的部分系统位和/或部分校验位进行单独调制;根据所述编码调制符号序列=[联合调制符号序列单独调制符号序列],获取所述编码调制符号序列,其中,所述联合调制符号序列为经所述联合调制获得的符号序列,所述单独调制符号序列为经所述单独调制获得的符号序列。
3.根据权利要求1或2所述的编码调制方法,其特征在于,所述联合调制是通过预设的调制星座图来实现的,其中,所述预设的调制星座图中,各星座点均包含已知比特,且对应一个或者多个标识映射,并且包含相同已知比特的星座点之间为格雷映射且最小欧式距离最大化。
4.一种解调译码方法,其特征在于,包括: 接收编码调制符号序列,所述编码调制符号是通过对信息比特序列和已知比特序列进行联合编码调制获得的;对已知比特序列和所述编码调制符号序列进行联合解调,获得系统位对应的软信息、 校验位对应的软信息;获取所述已知比特序列对应的软信息;根据所述系统位对应的软信息、所述校验位对应的软信息以及所述已知比特序列对应的软信息,进行译码,获取所述信息比特序列。
5.根据权利要求4所述的解调译码方法,其特征在于,所述编码调制符号序列包括联合调制获得的符号序列和单独调制符号序列,其中,所述联合调制获得的符号序列是对所述已知比特序列与所述系统位进行联合调制获得的,所述单独调制符号序列是对所述校验位进行单独调制获得的;或者,所述联合调制获得的符号序列是对所述已知比特序列与所述校验位进行联合调制获得的,所述单独调制符号序列是对所述系统位进行单独调制获得的;或者,所述联合调制获得的符号序列是对所述已知比特序列与部分系统位和/或部分校验位进行联合调制获得的,所述单独调制符号序列是对剩余的部分系统位和/或部分校验位进行单独调制获得的;相应地,所述对已知比特序列和所述编码调制符号序列进行联合解调,获得所述系统位对应的软信息、校验位对应的软信息具体包括:对所述已知比特序列和所述联合调制获得的符号序列进行联合解调,以获得与所述联合调制对应的所述系统位、所述校验位,或者,所述部分系统位和/或部分校验位对应的软信息;对所述单独调制符号序列进行单独解调,以获得与所述单独调制对应的校验位、所述系统位,或者,所述剩余部分系统位和/或部分校验位对应的软信息。
6.根据权利要求4或5所述的解调译码方法,其特征在于,所述联合解调是通过根据所述已知比特序列对预设的调制星座图进行星座图子集选择或者标识映射选择来实现的,其中,所述预设的调制星座图中,各星座点均包含已知比特,且对应一个或者多个标识映射, 并且包含相同已知比特的星座点之间为格雷映射且最小欧式距离最大化。
7.根据权利要求4或5所述的解调译码方法,其特征在于,所述获取所述已知比特序列对应的软信息具体包括:将所述已知比特序列中对应为0的比特的软信息映射为正无穷大或者大于预设正数, 将所述已知比特序列中对应为I的比特的软信息映射为负无穷大或者小于预设负数。
8.一种编码调制装置,其特征在于,包括相互连接的编码模块和调制模块,其中: 所述编码模块用于接收信道编码器输入比特序列,所述信道编码器输入比特序列包括待编码调制的信息比特序列和已知比特序列;对所述信道编码器输入比特序列进行编码, 获得编码后的码字,并将所述编码后的码字发送至所述调制模块;所述调制模块用于对所述编码后的码字和所述已知比特序列进行联合调制,获得与所述信息比特序列对应的编码调制符号序列。
9.根据权利要求8所述的编码调制装置,其特征在于,所述调制模块包括串并变换单元、联合调制单元、单独调制单元和并串变换单元,其中:所述串并变换单元,用于从所述编码后`的码字中分离出系统位、校验位和所述已知比特序列;所述联合调制单元用于对所述已知比特序列与所述系统位进行联合调制,相应地,所述单独调制单元用于对所述校验位进行单独调制;或者所述联合调制单元用于对所述已知比特序列与所述校验位进行联合调制,相应地,所述单独调制单元用于对所述系统位进行单独调制;或者所述联合调制单元用于对所述已知比特序列与部分系统位和/或部分校验位进行联合调制,相应地,所述单独调制单元对剩余的部分系统位和/或部分校验位进行单独调制; 所述并串变换单元用于根据所述编码调制符号序列=[联合调制符号序列单独调制符号序列],获取所述编码调制符号序列,其中,所述联合调制符号序列为经所述联合调制获得的符号序列,所述单独调制符号序列为经所述单独调制获得的符号序列。
10.根据权利要求8或9所述的编码调制装置,其特征在于,所述联合调制是通过预设的调制星座图来实现的,其中,所述预设的调制星座图中,各星座点均包含已知比特,且对应一个或者多个标识映射,并且包含相同已知比特的星座点之间为格雷映射且最小欧式距离最大化。
11.一种解调译码装置,其特征在于,包括相互连接的解调模块、软信息计算模块和译码模块,其中:所述解调模块用于接收编码调制符号序列,所述编码调制符号是通过对信息比特序列和已知比特序列进行联合编码调制获得的;对已知比特序列和所述编码调制符号序列进行联合解调,获得所述信息比特序列对应的软信息、校验比特序列对应的软信息; 所述软信息计算模块,用于获取所述已知比特序列对应的软信息; 所述译码模块,用于根据所述系统位对应的软信息、所述校验位对应的软信息以及所述已知比特序列对应的软信息,进行译码,获取所述信息比特序列。
12.根据权利要求11所述的解调译码装置,其特征在于,所述编码调制符号序列包括联合调制获得的符号序列和单独调制符号序列,其中,所述联合调制获得的符号序列是对所述已知比特序列与所述系统位进行联合调制获得的,所述单独调制符号序列是对所述校验位进行单独调制获得的;或者,所述联合调制获得的符号序列是对所述已知比特序列与所述校验位进行联合调制获得的,所述单独调制符号序列是对所述系统位进行单独调制获得的;或者,所述联合调制获得的符号序列是对所述已知比特序列与部分系统位和/或部分校验位进行联合调制获得的,所述单独调制符号序列是对剩余的部分系统位和/或部分校验位进行单独调制获得的; 相应地,所述解调模块包括联合解调单元和单独解调单元,其中: 所述联合解调单元用于对所述已知比特序列和所述联合调制获得的符号序列进行联合解调,以获得与所述联合调制对应的所述系统位、所述校验位,或者,所述部分系统位和/或部分校验位对应的软信息; 所述单独解调单元用于对所述单独调制符号序列进行单独解调,以获得与所述单独调制对应的校验位、所述系统位,或者,所述剩余部分系统位和/或部分校验位对应的软信肩、O
13.根据权利要求11或12所述的解调译码装置,其特征在于,所述联合解调是通过根据所述已知比特序列对预设的调制星座图进行星座图子集选择或者标识映射选择来实现的,其中,所述预设的调制星`座图中,各星座点均包含已知比特,且对应一个或者多个标识映射,并且包含相同已知比特的星座点之间为格雷映射且最小欧式距离最大化。
14.根据权利要求11或12所述的解调译码装置,其特征在于,所述软信息计算单元具体用于将所述已知比特序列中对应为O的比特的软信息映射为正无穷大或者大于预设正数,将所述已知比特序列中对应为I的比特的软信息映射为负无穷大或者小于预设负数。
15.一种发射机,其特征在于,包括权利要求8-10任一所述的编码调制装置,以及与所述编码调制装置连接的发送设备,所述发送设备用于将所述编码调制装置生成的编码调制符号序列向外发送。
16.一种接收机,其特征在于,包括权利要求11-14任一所述的解调译码装置,以及与所述解调译码装置连接的接收设备,所述接收设备用于接收编码调制符号序列,并由所述解调译码装置对所述编码调制符号序列进行解调译码。
17.—种通信系统,其特征在于,包括权利要求15所述的发射机,以及权利要求16所述的接收机。
【文档编号】H04L1/00GK103516465SQ201210207870
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2012年6月21日 优先权日:2012年6月21日
【发明者】陈智勇, 夏斌, 刘辉, 魏岳军, 吴可镝 申请人:华为技术有限公司
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