基于比特映射的编码调制方法及其对应解调解码方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于比特映射的编码调制及其对应解调解码方法，编码调制方法包括步骤：S1：对待传的信息比特进行低密度奇偶校验码编码，得到编码比特；S2：对S1中的编码比特进行比特映射，得到星座比特向量；S3：对S2中的星座比特向量进行M点的幅度相移键控星座映射，得到星座符号；S4：将S3得到的星座符号发送到后续处理单元进行后续处理，或者对S3得到的星座符号进行坐标交织和符号交织后，再发送至后续处理单元进行后续处理。本发明提出的基于比特映射的编码调制方法，利用比特交织和比特置换方法来实现比特映射，能够显著提升高阶映射下编码调制的性能。
【专利说明】基于比特映射的编码调制方法及其对应解调解码方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及数字信息传输【技术领域】，特别涉及一种基于比特映射的编码调制方法及其对应解调解码方法。
【背景技术】 [0002]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高效可靠传输。利用信道编码进行差错控制是实现这一根本任务的有效方法和手段。为了适应数字信息在常见模拟信道环境下的传输需求，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。
[0003]在信道编码领域,低密度奇偶校验(Low Density Parity Check, LDPC)码近年来受到广泛关注。LDPC码最早是由Robert G.Gallager于1962年提出的一类特殊的线性分组码，其主要特点是校验矩阵H具有稀疏性。LDPC码不仅有逼近香农限的良好性能，而且译码复杂度较低，结构灵活，已被广泛应用于深空通信、光纤通信、地面及卫星数字多媒体广播等领域。目前，基于LDPC码的信道编码方案已经被多个通信与广播标准所采纳，如IEEE802.16e、IEEE802.3an、欧洲第二代地面数字电视广播标准(DVB-T2)、以及中国的地面数字电视多媒体广播标准(Digital Television/Terrestrial MultimediaBroadcasting, DTMB)等。同时，LDPC码也正在成为第四代无线移动通信系统和新一代数字电视地面广播传输系统信道编码方案的强有力竞争者，有望被DTMB的演进版本采用。
[0004]设一个LDPC码码长为N，信息位长为K，校验位长为L = N-K,则该码的校验矩阵H是一个大小为LXN的矩阵。校验矩阵的每一列(即每一个编码比特)被称为变量节点，每一列中I的个数称为变量节点的度或者列重；每一行(即每一个校验方程)被称为校验节点，每一行中I的个数称为校验节点的度或者行重。LDPC码包含规则码和非规则码，其中规则码是指H矩阵各行行重相同，各列列重也相同，而非规则码则没有此限制，因此规则码可以看作是非规则码的特例。现有性能优异的LDPC码通常都是非规则码，我们可以用多项式A(X) = ^xHwp(X) = Yij 一/1来分别描述非规则码的列重和行重分布，其中入i代表列
重为Cli的变量节点所占的比例，共有V种列重，P j代表行重为Clj的校验节点所占的比例，共有c种行重。
[0005]数字通信系统基带等效模型中，调制过程又被称为星座映射，就是指将携带数字信息的比特序列映射成适于传输的符号序列。星座映射包含两个要素，即星座图(Constellation)和星座点映射方式(Labeling)。星座图代表星座映射输出符号的所有取值组成的集合，星座图的每一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或比特组到星座点的特定映射关系，或者星座点到比特或比特组的特定映射关系，通常每个星座点与一个比特或由多个比特组成的比特组一一对应。为了进一步提高频谱效率，高阶调制或者高阶星座映射是必不可少的手段之一，目前最为常用的高阶调制是正交幅度调制(Quadrature Amplitude Modulation, QAM)。根据信息论的相关知识,功率受限的加性白高斯(AWGN)信道下，输入服从高斯分布才能达到信道容量。实际编码调制系统中通常采用的QAM星座图不服从高斯分布，因此星座图约束下的信息传输速率与信道容量之间存在差距。相应地，相比传统的QAM星座图，使得星座限制下的输出更逼近高斯分布的技术称为Shaping技术，由此带来的增益称为Shaping增益。Liu和Xie等人在文献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中提出了一种新型的格雷映射的幅度相移键控(Gray-APSK)星座图，该星座图不仅更加接近高斯分布，还具有普通APSK星座图不具备的Gray映射。因此，对于发射端采用这种Gray-APSK星座映射的编码调制系统，接收端无论采用迭代解映射还是独立解映射，其性能都可以优于采用Gray-QAM星座映射的系统，具备逼近信道容量极限的性能。
[0006]高阶调制会引入不均等差错保护(Unequal Error Protection, UEP),即同一个星座符号中不同位置的比特(简称星座比特)在传输过程中经历不同的保护程度。M = 2-阶星座映射最多有m种不同保护程度。独立解映射系统中，可以认为各比特经过虚拟的独立二进制输入(Binary Input，BI)信道传输，每个比特的保护程度用虚拟子信道的信道容量，SP比特和接收符号之间的平均互信息Kb” Y)进行衡量，虚拟子信道容量越大，则该比特的保护程度越高。迭代解映射的系统虽然更为复杂，但不同的星座比特依然存在不均等差错保护特性。另一方面，非规则LDPC码也存在比特的UEP特性，列重越大的变量节点，其保护程度也越高。因为LDPC解码的和积算法(Sum Product Algorithm, SPA)可以看作重复码译码(列处理)和奇偶校验码译码(行处理)串行级联的迭代系统，Η矩阵的每一列相当于一个重复编码，重复次数等于列重，显然重复次数越多，该变量节点的保护程度就越高。
[0007]综上所述，2m阶星座映射最多包含m种不同保护程度的比特，LDPC码中不同列重的变量节点也对应不同的保护程度。设LDPC码有屯，d2,…，dv共v种列重，v种变量节点到最多m种星座符号比特之间的映射方式,本发明称为比特映射(Bit Mapping)。可以预见，比特映射将对系统性能有着至关重要的影响。需要注意的是，本发明中特别区分星座映射和比特映射两个名词。星座映射是指比特组到星座符号的映射过程，在接收端与之对应的是星座解映射，是指由接收符号计算比特软信息的过程，严格来讲，它与星座映射过程并不是可逆的，因此用解映射来表述；而比特映射是指一个LDPC码字内的比特到星座符号包含的不同比特位置的映射关系，其实`质是对码字内比特位置的重新排列，在接收端对应地需要将比特软信息按照原始方式排列回去，是比特映射的逆过程，因此称为比特逆映射。
【发明内容】
[0008](一)要解决的技术问题
[0009]本发明要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种基于比特映射的编码调制方法及其对应解调解码方法，将优选的比特映射方式用于高阶调制的编码调制及其对应解调译码方案，可有效提升系统性能。
[0010](二)技术方案
[0011]本发明提供一种基于比特映射的编码调制方法，包括:
[0012]S1:对待传的信息比特进行低密度奇偶校验码编码，得到编码比特；
[0013]S2:对S1中的编码比特进行比特映射，得到星座比特向量；[0014]S3:对S2中的星座比特向量进行M点的幅度相移键控星座映射，得到星座符号；
[0015]S4:将S3得到的星座符号发送到处理单元进行后续处理，或者对S3得到的星座符号进行坐标交织和符号交织后，再发送至处理单元进行后续处理。
[0016]其中，所述低密度奇偶校验码的码长为61440或15360，所述低密度奇偶校验码的码率为:1/2、2/3、3/4 或 5/6。
[0017]其中，所述S2具体包括:
[0018]S21:对SI所得编码比特进行比特交织，得到交织比特；
[0019]S22:对S21中的交织比特进行一个或多个星座符号内的比特置换，即，将映射到一个或多个星座符号内的所有比特进行顺序调整，得到置换后的比特向量，对置换后的比特向量进行拆分，得到星座比特向量，作为比特映射的结果。
[0020]其中，S21具体包括:
[0021]S211:将编码比特写入缓冲区，得到比特矩阵；
[0022]S212:对S211中的比特矩阵进行行内交织得到交织矩阵；
[0023]S213:读取交织矩阵，得到交织比特。
[0024]其中，在S3中，所述所述M点幅度相移键控星座图的特征在于，所有星座点分布于Nk个同心圆环上，各圆环的半径由小到大依次为『 = t，..V:v,)，每个环上具有相同的星座点数，设为M。，因此M = NKXM。，各环上的星座点在相位上均匀分布于[0，2 Ji )，初始相位偏转为θο。星座图用下式表示:
【权利要求】
1.一种基于比特映射的编码调制方法，其特征在于，包括: S1:对待传的信息比特进行低密度奇偶校验码编码，得到编码比特； 52:对SI中的编码比特进行比特映射，得到星座比特向量； 53:对S2中的星座比特向量进行M点的幅度相移键控星座映射，得到星座符号； 54:将S3得到的星座符号发送到后续处理单元进行后续处理，或者对S3得到的星座符号进行坐标交织和符号交织后，再发送至后续处理单元进行后续处理。
2.如权利要求1所述的基于比特映射的编码调制方法，其特征在于，所述低密度奇偶校验码的码长为61440或15360，所述低密度奇偶校验码的码率为:1/2、2/3、3/4或5/6。
3.如权利要求1所述的基于比特映射的编码调制方法，其特征在于，所述S2具体包括: 521:对SI所得编码比特进行比特交织，得到交织比特； 522:对S21中的交织比特进行一个或多个星座符号内的比特置换，即，将映射到一个或多个星座符号内的所有比特进行顺序调整，得到置换后的比特向量，对置换后的比特向量进行拆分，得到星座比特向量，作为比特映射的结果。
4.如权利要求3所述的基于比特映射的编码调制方法，其特征在于，S21具体包括: 5211:将编码比特写入缓冲区，得到比特矩阵； 5212:对S211中的比特矩阵进行行内交织得到交织矩阵； 5213:读取交织矩阵，得到交织比特。
5.如权利要求1所述的基于比特映射的编码调制方法，其特征在于，在S3中，所述M点幅度相移键控星座图的特征在于，所有星座点分布于Nk个同心圆环上，各圆环的半径由小至Ij大依次为r = (mr.4...1，每个环上具有相同的星座点数，设为Mc，因此M = NKXMC，各环上的星座点在相位上均匀分布于[0,2 )，初始相位偏转为Qcitj星座图用下式表示:
X =卜 Xll1.= /; exp{./〔吾 k + e0 I > 其中，j 为虚数单位,η = O, I,..., Ne-1, k = O, I,…，Mc-1。
6.如权利要求1所述的基于比特映射的编码调制方法，其特征在于，在S3中，所述M点的幅度相移键控为4幅度相移键控、16幅度相移键控、64幅度相移键控或256幅度相移键控。
7.一种与权利要求1所述的编码调制方法对应的基于比特映射的独立解调解码方法，其特征在于，包括: B1:对接收符号进行符号解交织和坐标解交织，发送给解映射单元，所述符号解交织和坐标解交织与S4中的符号交织和坐标交织对应；若S4中没有进行坐标交织和符号交织，则符号解交织和坐标解交织也应省略，直接将接收符号发送给解映射单元； B2:对送入解映射单元的符号进行星座解映射，得到解映射对数似然比软信息； B3:将上述对数似然比软信息进行比特逆映射，得到逆映射后的比特软信息，并送至解码单元；其中，所述比特逆映射与S2中的比特映射对应，是比特映射的逆过程； B4:对逆映射后的比特软信息进行低密度奇偶校验码解码，得到信宿比特。
8.一种与权利要求1所述的编码调制方法对应的基于比特映射的迭代解调解码方法，其特征在于，包括:C1:对接收符号进行符号解交织和坐标解交织，发送给解映射单元，所述符号解交织和坐标解交织与S4中的符号交织和坐标交织对应；若S4中没有进行坐标交织和符号交织，则符号解交织和坐标解交织也应省略，直接将接收符号发送给解映射单元；C2:基于C5反馈回的先验信息，对送入解映射单元的符号进行星座解映射，得到解映射对数似然比软信息；其中，初始迭代的先验信息置为0 ;C3:将上述对数似然比软信息进行比特逆映射，得到逆映射后的比特软信息，并送至解码单元；其中，所述比特逆映射与S2中的比特映射对应，是比特映射的逆过程；C4:对所述逆映射后的比特软信息进行低密度奇偶校验码解码，得到解码外信息，同时，如果达到解映射的最大迭代次数或者解码校验成功，则停止迭代并输出信宿比特，否则转C5 ；C5:对C 4输出的解码外信息再进行比特映射，其结果作为先验信息反馈回C2。
【文档编号】H04L1/00GK103731235SQ201210388598
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2012年10月12日 优先权日:2012年10月12日
【发明者】彭克武, 程涛, 杨知行, 宋健, 潘长勇 申请人:清华大学