编码调制方法及系统的制作方法

文档序号:8265183
编码调制方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及数字信息传输技术领域,特别涉及一种编码调制方法及系统。
【背景技术】
[0002] 在通信领域,通常采用信道编码技术来保证在噪声和干扰信道中通信的有效性和 可靠性。比如,在卫星通信系统中,由于地理和环境因素的影响,存在大量的噪声源。这些 通信信道有其理论上的最大通信容量(也就是信息论的香农限),该容量可以使用给定信 道在特定信噪比(SNR)条件下的比特速率(bps)来表示。其中一种接近香农限的差错控制 编码就是低密度奇偶校验码(LDPC)。目前,LDPC码由于其逼近香农限的纠错性能,已经得 到广泛应用。LDPC码的研宄主要集中于三个方面,一是优秀的LDPC码的构造;二是优秀译 码算法;三是LDPC码在多样化需求环境下的应用。其中LDPC码的构造是提升LDPC码性能 且兼顾多用户传输需求的最根本途径。性能优秀的LDPC码的构造也称为好码构造,倾注了 研宄人员的众多很有成效的努力,也取得了一系列优秀的LDPC码方案。
[0003] LDPC码是一种线性分组码,由N-K行N列的校验矩阵H定义,其中N为码字长度 (简称码长),K为信息位长度,M = N-K -般称为校验位长度,对应码率R = K/N。H矩阵由 元素0或1组成,它的每一行表示一个校验方程。在Tanner图中称为校验节点,共N-K个; 每一列代表一个信息比特,在Tanner图中称为变量节点,共N个;H矩阵中的非零元素表示 其所在行的校验节点和所在列的变量节点之间的连接关系,在Tanner图中称为边。为了方 便叙述,此处定义矩阵H的列重分布Λ η(χ) =Sc^a1X1+. .JatXt,表示矩阵H每一列中非零 元素的个数分布,即非零元素个数为〇的列有&°列,非零元素个数为1的列有a ,依此类 推。同理,矩阵H的行重分布Ph(X)表示校验矩阵H每一行中非零元素的个数分布。
[0004] 准循环LDPC码(QC-LDPC)是LDPC码的一个重要子类,它的校验矩阵和生成矩阵 均具有准循环形式。QC-LDPC码的校验矩阵由Mc*Nc个子矩阵组成,且前Kc列子矩阵所在 的列对应信息位,其中Mc = M/b,Ne = N/b,Kc = K/b,b为子矩阵阶数,又称扩展因子。每 个子矩阵都是b*b的方阵,这些方阵或为全零矩阵,或为循环移位矩阵,其特点在于,每一 行都是它上一行的右循环移位。QC-LDPC码的循环移位子矩阵一般由单位矩阵平移得到,此 时该子矩阵的一行或一列中有且仅有一个非零元素,并由其偏移地址唯一确定。为了描述 方便,根据QC-LDPC码H矩阵的准循环结构,首先给出如下描述:
[0005] 子矩阵:QC-LDPC码的H矩阵由Mc*Nc个子矩阵组成,子矩阵或是单位循环矩阵, 或是全零矩阵。
[0006] 基矩阵T :即QC-LDPC码H矩阵的模板矩阵。T矩阵为Mc*Nc阶矩阵,元素只有0 和1两种,其中每个元素1代表H矩阵中的一个循环子矩阵,每个元素0代表一个全零子矩 阵。QC-LDPC码的性能极限由基矩阵决定。
[0007] 偏移地址:QC-LDPC码H矩阵中循环子矩阵较单位阵向右偏移的位置p (m,η)定义 为编号(m,η)的循环子矩阵的偏移地址,其中m,η仅取基矩阵T中为1的项。
[0008] 偏移地址矩阵A :当子矩阵阶数b和各循环子矩阵偏移地址确定后,通过将原T矩 阵中的非零元素1用P (m,η)+1的值替换,得到Mc*Nc阶矩阵,定义为偏移地址矩阵。
[0009] 通过上述描述可知,确定A矩阵及子矩阵阶数b后,A矩阵与H矩阵一一对应,H矩 阵可由A矩阵进行准循环子矩阵扩展后得到。
[0010] 现有的编码调制方案所采用的信道编码有局限性。例如LTE系统中采用的Turbo 码,主码率为1/3,其局限性如下:
[0011] 1、虽然该方案可以实现1/3?1之间的几乎任意码率,但没有提供更低码率的码; 更低码率的实现可以通过对已有码率的码字进行重复得到等效的低码率码字,这样并未得 到编码增益。
[0012] 2、从码性能角度分析,1/3码率的Turbo码,其SNR门限距离香农极限约2dB,仍有 提升的空间。
[0013] 3、该方案信息位长度恒定,为4800比特,改变信息位的长度需要重新对交织器进 行设计,无法适应多种业务的需求且复杂度有所提升。
[0014] 4、该方案受到作为分量码的卷积码的解码算法的限制,其最大吞吐能力和可扩展 性仍有提升的空间。

【发明内容】

[0015] 本发明旨在至少在一定程度上解决上述相关技术中的技术问题之一。
[0016] 为此,本发明的一个目的在于提出一种编码调制方法,该方法能够同时满足典型 传输系统的编码调制方案对多码率和多码长的需求,提高了通信系统的灵活性,简化了适 于多种业务的信道解码器实现,并有助于提高编码调制系统的吞吐能力和可扩展性。
[0017] 本发明的另一个目的在于提供一种编码调制系统。
[0018] 为了实现上述目的,本发明第一方面的实施例提出了一种编码调制方法,包括以 下步骤:
[0019] 在发送端,编码调制系统接收输入的信息比特;根据QC-LDPC码的校验矩阵对所 述信息比特进行LDPC信道编码以生成编码比特,其中,所述QC-LDPC码的模板矩阵包括5 个子矩阵,其中,A为行数为g的矩阵且A列重小于或等于g,B为g行g列的下三角矩阵,C 为〇矩阵,E为单位矩阵,其中多个码率之间的模板矩阵有兼容关系,A和B矩阵保持不变, C和E矩阵随着行列扩展而扩大,D矩阵根据实际系统的需求进行多个典型码率的设计;通 过对所述编码比特进行比特映射得到映射比特;以及对所述映射比特进行星座映射得到星 座映射符号,并将所述星座映射符号通过等效传输信道后得到接收符号;
[0020] 在接收端,在解映射比特的先验信息的辅助下,对所述接收符号进行解映射,得到 映射比特的外信息;对所述映射比特外信息进行比特软解交织以生成编码比特的先验信 息;对所述编码比特的先验信息进行解码得到编码比特的外信息;对所述编码比特的外信 息进行比特软交织以生成映射比特的先验信息,并经过多次迭代后输出LDPC解码结果,其 中,解码器反馈比特的外信息对应迭代解映射编码,解码器不反馈编码比特的外信息对应 独立解映射解码。
[0021] 根据本发明实施例的编码调制方法,使用一组Raptor-like Irregular QC-LDPC 码,同时满足典型传输系统的编码调制方案对多码率和多码长的需求,兼顾多种信息位长 度,可以实现1/3以及更低码率,在1/3等典型码率上性能明显优于LTE中对应码率的 Turbo码,并且与Turbo编码调制采用的比特交织相比,LDPC编码调制采用的等效比特交织 更简单;多个码率的校验矩阵具有嵌套关系,有利于兼顾多码率的硬件实现;通过QC结构 实现信息位长度可变,提高了通信系统的灵活性,适用于多种业务的传输,有利于兼顾多种 信息位长度的硬件实现;通过比特映射技术简化了 LTE系统中针对Turbo码采用的比特交 织技术;Raptor-like Irregular QC-LDPC码的半并行和并行解码方式可有效提高传输系 统的最高吞吐能力,并且可扩展性强。
[0022] 另外,根据本发明上述实施例的编码调制方法还可以具有如下附加的技术特征:
[0023] 在一些示例中,所述g为3。
[0024] 在一些示例中,所述LDPC信道编码为Raptor-like Irregular QC-LDPC码,其中, 所述Raptor-like Irregular QC-LDPC码的信息位长度的整数倍与LTE系统的Turbo码 信息长度相同,所述信息位长度为4800、2400、1600、1200、800、600比特;所述Raptor-1 ike Irregular QC-LDPC码的最大码长为信息位长度的6倍,可以实现1/6?1的几乎任意码 率,典型码率集合为{2/3,1/2,1/3,1/4,1/5,1/6}。
[0025] 在一些示例中,其中,解码器对应QC-LDPC码的最低码率,解码器的输入是编码比 特的先验信息或者对编码比特进行零填充的先验信息,其中,所述编码比特零填充指通过 填充零比特将编码比特长度扩展成最低码率对应的长度。
[0026] 本发明第二方面的实施例提供了一种编码调制系统,包括发送端和接收端,
[0027] 所述发射端包括:接收信息模块,用于接收输入的信息比特;编码模块,用于根 据QC-LDPC码的校验矩阵对所述信息比特进行LDPC信道编码以生成编码比特,其中,所述 QC-LDPC码的模板矩阵包括5个子矩阵,其中,A为行数为g的矩阵且A列重小于或等于g, B为g行g列的下三角矩阵,C为0矩阵,E为单位矩阵,其中多个码率之间的模板矩阵有兼 容关系,A和B矩阵保持不变,C和E矩阵随着行列扩展而扩大,D矩阵根据实际系统的需求 进行多个典型码率的设计;映射模块,用于对所述编码比特进行比特映射得到映射比特,并 对所述映射比特进行星座映射得到星座映射符号,并将所述星座映射符号通过等效传输信 道后得到接收符号;
[0028] 所述接收端包括:解映射模块,用于在解映射比特的先验信息的辅助下,对所述接 收符号进行解映射,得到映射比特的外信息;解码模块,用于对所述映射比特外信息进行比 特软解交织以生成编码比特的先验信息,并对所述编码比特的先验信息进行解码得到编码 比特的外信息;输出信息模块,用于对所述编码比特的外信息进行比特软交织以生成映射 比特的先验信息,并经过多次迭代后输出LDPC解码结果,其中,解码器反馈比例的外信息 对应迭代解映射编码,解码器不反馈编码比特的外信息对应独立解映射解码。
[0029] 根据本发明实施例的编码调制系统,使用一组Raptor-like Irregular QC-LDPC 码,同时满足典型传输系统的编码调制方案对多码率和多码长的需求,兼顾多种信息位长 度,可以实现1/3以及更低码率,在1/3等典型码率上性能明显优于LTE中对应码率的 Turbo码,并且与Turbo编码调制采用的比特交织相比,LDPC编码调制采用的等效比特交织 更简单;多个码率的校验矩阵具有嵌套关系,有利于兼顾多码率的硬件实现;通过QC结构 实现信息位长度可变,提高了通信系统的灵活性,适用于多种业务的传输,有利于兼顾多种 信息位长度的硬件实现;通过比特映射技术简化了 LTE系统中针对Turbo码采用的比特交 织技术;Raptor-like Irregu
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