[发明专利]一种编码调制方法、解调解码方法及系统

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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。