[发明专利]基于比特映射的编码调制方法及其对应解调解码方法

说明书

技术领域

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

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。

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 Multimedia Broadcasting,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。

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L×N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1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1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，我们可以用多项式和来分别描述非规则码的列重和行重分布，其中λ_i代表列重为d_i的变量节点所占的比例，共有v种列重，ρ_j代表行重为d_j的校验节点所占的比例，共有c种行重。

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,K.Peng,and Z.Yang,“APSK constellation with Gray mapping,”IEEE Commun.Lett.,vol.15,no.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。