CN101848061B - 星座图受限的扩展编码调制方法、解调解码方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种星座图受限的扩展编码调制方法、解调解码方法及其系统，该扩展编码调制方法包括步骤：对输入信息比特进行信道编码及比特交织，得到编码交织比特；对所述编码交织比特利用设定的M点K维星座图进行星座映射，得到星座图受限的K维扩展星座映射符号，其中，M、K均为大于1的正整数；对所述K维扩展星座映射符号进行坐标交织，得到后向兼容原系统中N点星座图的扩展编码调制符号输出，其中，N为不小于M的正整数。本发明的方法及其系统可在完全不改变原系统调制星座图的情况下，使用新型的编码调制方法，扩大提高了原系统的应用范围，频谱利用合理，节省系统资源。

Description

星座图受限的扩展编码调制方法、解调解码方法及其系统

技术领域

本发明涉及数字信息传输技术领域，尤其涉及一种星座图受限的扩展编码调制方法、解调解码方法及其系统。

背景技术

近二十年来，现代通信技术飞速发展，人们对无线通信业务需求的日益增长，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，其根本任务是利用有限带宽为用户提供各自所需信息高效无误的传输。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。

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(如多天线MIMO系统信号传输对应的空间)。其中，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(Quadrature Amplitude Modulation，正交幅度调制)、PSK(Phase Shift Keying，相移键控)、和APSK(Amplitude-PhaseShift Keying，幅度相移键控)调制技术；实数空间的星座图主要为PAM(Pulse Amplitude Modulation，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。

信道编码与调制结合，构成了编码调制系统，是数字通信系统发射端的的核心模块之一，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。事实上，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，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。

编码调制技术的基础理论是香农信息论，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K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。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。同时信息论中指出，选用相同频谱效率的不同调制星座图下，其输出不服从高斯分布，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，称这种损失为Shaping损失。相应地，使得星座图限制下的输出更接近高斯分布而带来的增益称为Shaping增益，而减小Shaping损失的技术被称为Shaping技术。

Shaping技术最早可以追溯到1984年，在文献G.Forney Jr，R.G.Gallager，G.R.Lang，F.M.Longstaff，and S.U.Qureshi，“Efficientmodulation for band-limited channels，”IEEE J.Select.Areas Commun.，vol.SAC-2，no.5，pp.632-646，Sept.1984中，Forney和Gallager等人第一次提出Shaping的概念，并指出采用等概映射QAM星座图的编码调制系统在高频谱效率时存在最高达1.53dB的Shaping损失。此后，Shaping技术一直是编码调制领域关注的对象，从而学术界、工业界提出了各种Shaping技术，主要包括通过Trellis的方法使得星座图在一个高维球体内而不是高维立方体内，参见文献G.Forney，“Trellisshaping，”IEEE Trans.Inform.Theory，vol.38，pp.281-300，Mar.1992；采用通过Shaping Code达到非等概映射的Shaping技术，参见文献A.Calderbank and L.Ozarow，“Nonequiprobable signaling on the Gaussianchannel，”IEEE Trans.Inform.Theory，vol.36，pp.726-740，July 1990.和F.R.Kschischang and S.Pasupathy，“Optimal nonuniform signalingfor Gaussian channels，”IEEE Trans.Inform.Theory，vol.39，no.3，pp.913-929，1993；通过使星座图各点呈现非均匀特性使得等概映射时候的输出信号更接近高斯分布，参见文献F.-W.Sun and H.C.A.vanTilborg，“Approaching capacity by equiprobable signaling on theGaussian Channel，”IEEE Trans.Inform.Theory，vol.39，no.5，pp.1714-1716，Sept.1993。

信号空间分集(Signal Space Diversity，SSD)技术最先由J.Boutros提出，参见J.Boutros and E.Biterbo，“Signal space diversity：a power-and bandwidth-efficient diversity technique for the Rayleigh fadingchannel，”IEEE Trans.Inform.Theory，vol.44，no.4，pp.1453-1467，July1998。结合适当的星座图旋转可以有效对抗衰落，但其中最优旋转矩阵一直是个公开的难题。SSD技术的基本操作为：将经过星座旋转后信号的每一维进行坐标交织，然后重新组合成所需维数的信号后送给后端模块。通过坐标交织，SSD使得衰落信道下原本属于同一个符号中的各维度经历了独立衰落，结合星座图旋转可以有效提高分集阶数。

ACE(Active Constellation Extension，自适应星座符号扩展)技术是用于降低峰均比的技术之一，在第二代欧洲电视广播标准DVB-T2系统中也有应用。ACE基本原理是：在不影响接收端判决的情况下，要尽可能地增加幅度的种类，就只能对星座图最外围的星座点进行一定程度的扩展。这样一来，在增加了幅度数量的同时对于系统的误码性能也没有太大影响。

G.Ungerboeck在1982年提出网格编码调制(Trellis CodedModulation，TCM)，参见文献G.Ungerboeck.“Channel coding withmultilevel phase signals.”IEEE Trans.Inform.Theory，no.28，pp55-67，1982.)，而E.Zehavi提出了比特交织编码调制(Bit-Interleaved CodedModulation，BICM)，参见文献E.Zehavi，“8PSK trellis codes for aRayleigh channel，”IEEE Trans.Commun.，vol.40，no.5，pp.873-884，May 1992。TCM通过最大化欧氏距离，使得其在AWGN(AdditiveWhite Gaussian Noise，加性高斯白噪声)信道下性能表现优异，但是在衰落信道下并不理想；而BICM则刚好相反，其在AWGN信道下较TCM有所损失，但在衰落信道下有不俗的表现。接收端迭代解映射和解码的BICM系统，即BICM-ID系统(BICM with Iterative Demappingand Decoding，简称BICM-ID)由Xiaodong Li等人和Ten Brink等人独立提出，参见文献X.Li and J.A.Ritcey，“Bit-interleaved codedmodulation with iterative decoding using soft feedback，”ElectronicsLetters，vol.34，no.10，pp.942-943，May 1998.和S.T.Brink，J.Speidel，and R.-H.Yan，“Iterative demapping and decoding for multilevelmodulation，”in Globecom’98，1998，pp.579-584。BICM-ID系统通过将解码输出的信息反馈回来作为解映射的先验信息，增大了欧氏距离，从而在AWGN信道下获得了与TCM同样好的误码性能。然而，通常BICM-ID系统需要采用高阶星座映射以更好地通过迭代解映射传递信息，因此BICM-ID系统通常便于提供较高的频谱效率。为了使得BICM-ID系统满足低频谱效率的需求，一种方法是在BICM-ID系统中采用低码率的外码(比如采用1/4码率的码字)，另一种方法就是采用多维星座图。

由于专有的数字通信系统因其针对性强而已经被广泛应用，如无线局域网、固定无线接入、有无线数字音频和视频广播等通信系统，欧洲数字电视地面广播标准和中国数字电视地面广播标准等，而目前已有的调制解调技术都是寻求逼近信道容量的最优方式，并不能后向兼容原系统中的调制星座图。

为了在完全不改变原系统调制星座图的情况下，通过扩展星座映射方式和与星座图匹配的解映射方式，构造一个星座图受限的逼近极限的实际编码调制系统，使得在AWGN和衰落信道下，编码调制系统及其对应的解调解码系统性能在中低频谱效率下均逼近信道容量，同时兼顾系统的吞吐能力。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：在完全不改变原系统调制星座图的情况下，扩大提高原系统的应用范围，提高衰落信道下的分集阶数，以实现合理利用频谱，节省系统资源。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供了一种星座图受限的扩展编码调制方法，该方法包括步骤：

S1.对输入信息比特进行信道编码及比特交织，得到编码交织比特；

S2.对所述编码交织比特利用设定的M点K维星座图进行星座映射，得到星座图受限的K维扩展星座映射符号，其中，M、K均为大于1的正整数；

S3.对所述K维扩展星座映射符号进行坐标交织，得到后向兼容原系统中N点星座图的扩展编码调制符号输出，其中，N为不小于M的正整数。

其中，所述设定的M点K维星座图为规则的M点K维星座图或已旋转的M点K维星座图或上述两种星座图的组合。

其中，所述规则的M点K维星座图为脉冲幅度调制星座映射、正交幅度调制星座映射、三维脉冲幅度调制星座映射、或四维脉冲幅度调制星座映射。

其中，得到所述已旋转的M点K维星座图的旋转方法为用满秩矩阵对K维星座映射符号向量进行矩阵变换，所述满秩矩阵为正交矩阵或非正交矩阵。

其中，所述K维扩展星座映射符号对应的每一维星座点是所述N点星座图每一维星座点或其子集或其自适应星座符号扩展集合。

其中，所述后向兼容原系统中N点星座图的扩展编码调制符号占据所述N点星座图或所述N点星座图的自适应星座符号扩展集合。

其中，在步骤S3中，所述坐标交织的方法为：

对所述K维扩展星座映射符号进行坐标重组、符号交织和维数转换，得到后向兼容原系统中N点星座图的扩展编码调制符号，其中，所述坐标重组、符号交织和维数转换的执行顺序任意；或为：

对所述K维扩展星座映射符号进行维数转换，得到一维星座映射符号；然后对所述一维星座映射符号进行通用实数交织，得到一维交织后星座映射符号；最后对所述一维交织后星座映射符号进行维数转换，得到后向兼容原系统中N点星座图的扩展编码调制符号。

本发明还提供给了一种星座图受限的扩展解调解码方法，该方法包括步骤：

S4.对接收符号以及外部输入的信道状态信息进行坐标解交织，得到K维解交织映射符号；

S5.若为第一次解映射，则直接对所述K维解交织映射符号进行设定的M点K维星座解映射，得到解映射后比特软信息，否则，利用上一次信道解码输出的外信息作为先验信息，对所述K维解交织映射符号进行设定的M点K维星座解映射，得到解映射后比特软信息；

S6.对所述解映射后比特软信息进行解交织及信道解码，得到信道解码输出的外信息；

S7.若达到设定迭代次数或信道解码校验成功，则输出信道解码结果，否则，对所述信道解码输出的外信息再进行比特交织，得到星座解映射所需的先验信息，并返回步骤S5。

本发明还提供了一种星座图受限的扩展编码调制系统，该系统包括：交织编码模块，用于对输入信息比特进行信道编码及比特交织，得到编码交织比特；星座图受限的设定星座映射模块，用于对所述编码交织比特利用设定的M点K维星座图进行星座映射，得到星座图受限的K维扩展星座映射符号，其中，M、K均为大于1的正整数；坐标交织模块，用于对所述K维扩展星座映射符号进行坐标交织，得到后向兼容原系统中N点星座图的扩展编码调制符号输出，其中，N为不小于M的正整数。

本发明还提供了一种星座图受限的扩展解调解码系统，该系统包括：坐标解交织模块，用于对接收符号以及外部输入的信道状态信息进行坐标解交织，得到K维解交织映射符号；多维解映射模块，用于直接对所述K维解交织映射符号进行设定的M点K维星座解映射，得到解映射后软信息，或利用控制模块返回的上一次信道解码输出的先验信息，对所述K维解交织映射符号进行设定的M点K维星座解映射，得到解映射后比特软信息；解交织解码模块，用于对所述解映射后软信息进行解交织及信道解码，得到信道解码输出的外信息；控制模块，用于在达到设定迭代次数或信道解码校验成功时，输出信道解码结果，否则，对所述信道解码输出的外信息进行再交织，得到星座解映射所需的先验信息，并返回到所述解映射模块。

(三)有益效果

本发明的方法及其系统采用多维类高斯星座图进行调制，其中所指的类高斯星座图属于通过使星座图各点呈现非均匀特性使得等概映射的时候的输出信号更接近高斯分布的Shaping技术，但是不同于Sun的一维非均匀PAM星座图，也不同于非均匀PAM直接推广的二维或更高维数的非均匀QAM星座图，有着更好的Shaping增益；通过使用多维星座图调制的星座旋转技术并结合坐标交织技术，在完全不改变原系统调制星座图的情况下，兼容了多种新型编码调制方式，极大地提高了衰落信道下的分集阶数；结合接收端迭代解调解码方法，使得BICM-ID系统在中低频效率时、多种信道条件下，逼近星座图受限下的信道容量。

附图说明

图1为依照本发明一种实施方式的星座图受限的扩展编码调制方法流程图；

图2为依照本发明一种实施方式的星座图受限的扩展解调解码方法流程图；

图3为本发明实施例1中后向兼容16QAM的2D-8APSK扩展调制流程图；

图4为本发明实施例1中后向兼容16QAM的2D-8APSK扩展调制的星座图；

图5为本发明实施例2中后向兼容64QAM的3D-2PAM扩展调制流程图；

图6为本发明实施例2中基于非正交变换矩阵的后向兼容64QAM的3D-2PAM扩展调制的星座图；

图7为本发明实施例2中基于正交变换矩阵的后向兼容64QAM的3D-2PAM扩展调制星座图；

图8为本发明实施例3中后向兼容64QAM的4D-2PAM扩展调制流程图；

图9为本发明实施例3中基于非正交变换矩阵的后向兼容64QAM的4D-2PAM扩展调制的星座图；

图10为本发明实施例3中基于正交变换矩阵的后向兼容64QAM的4D-2PAM扩展调制的星座图。

具体实施方式

本发明提出的星座图受限的扩展编码调制方法、解调解码方法及其系统，结合附图和实施例详细说明如下。

如图1所示，依照本发明一种实施方式的星座图受限的扩展编码调制方法包括步骤：

S1.对输入信息比特进行信道编码及比特交织，得到编码交织比特；

其中，信道编码方法包括但不限于奇偶校验编码、CRC编码、BCH分组编码、RS分组编码、卷积码、凿孔卷积码、Turbo编码、LDPC编码或其组合形式。

S2.对步骤S1得到的编码交织比特利用包括但不限于规则的M点K维星座图或已旋转的M点K维星座图或其组合形式的设定的新型M点K维星座图进行星座映射，得到星座图受限的K维扩展星座映射符号，其中，M、K均为大于1的正整数。

其中，步骤S2的星座图受限的K维扩展星座映射符号对应的每一维星座点是原系统中N点星座图每一维星座点或其子集或其ACE集合。

M点K维星座映射(记为K-PAM，其中M表示星座图集合的大小(即星座点数)，K表示维数)是一种将比特或比特组规则映射到多维实数空间点的星座映射，其每一维均为传统的脉冲幅度调制星座映射(即PAM)。当K＝1时，规则的M点K维星座图包括但不限于PAM星座映射；当K＝2时，规则的M点K维星座图包括但不限于QAM星座映射和APSK星座映射；当K＝3时，规则的M点K维星座图包括但不限于三维PAM星座映射；当K＝4时，规则的M点K维星座图包括但不限于四维PAM星座映射。

已旋转的M点K维星座图的旋转方法包括使用正交矩阵或非正交矩阵等满秩矩阵对K维星座映射符号向量α进行矩阵变换等，得到新的K维向量β，即：

其中，α＝[α₁α₂ ...α_K]是星座旋转前的K维向量，β＝[β₁ β₂...β_K]是星座旋转后的K维向量，且经过星座旋转后向量β的每一维均由星座旋转前向量α的K维分量经线性组合得到。相同的星座映射经过不同的星座旋转矩阵，得到不同的后向兼容原系统的扩展星座图。

S3.对步骤S2得到的星座图受限的K维扩展星座映射符号进行坐标交织，得到占据原系统中N点星座图或原系统中N点星座图的子集的后向兼容原系统中N点星座图的扩展编码调制符号，并输出，其中，N为不小于M的正整数。

坐标交织进一步包括：

对所述K维扩展星座映射符号进行坐标重组、符号交织和维数转换，得到后向兼容原系统中N点星座图的扩展编码调制符号，其中，所述坐标重组、符号交织和维数转换的执行顺序任意；

或包括：

对所述K维扩展星座映射符号进行维数变换，得到一维星座映射符号；对所述一维星座映射符号进行通用实数交织，得到一维交织后星座映射符号；对所述一维交织后星座映射符号进行维数变换，得到后向兼容原系统中N点星座图的扩展编码调制符号。

坐标重组是将输入的L个K维实数向量重新组合为输出的L个K维实数向量，其中，L为不小于K的正整数，具体方法为：将L个K维实数向量每一维上所有的共LK个实数坐标，重新排序之后组成输出的L个K维实数向量，并且在坐标组合的过程中使每一个输入实数向量的K维分量分散到K个不同的输出实数向量中。

符号交织是通用的K维符号交织，其方法为，将输入的K维符号序列，重新排序之后，得到输出的K维符号序列。

维数转换将输入的K_in维实数向量转换为K_out维实数向量，其方法为，将L_in个K_in维实数向量每一维上所有的共L_inK_in个实数符号重新组成L_out个K_out维实数向量，其中，L_inK_in＝L_outK_out，K_in和K_out为正整数。

如图2所示，依照本发明一种实施方式的与上述编码调制方法的星座图匹配的星座图受限的扩展解调解码方法包括步骤：

S4.对接收符号进行坐标解交织，得到K维解交织映射信号，对外部输入的信道状态信息的幅度信息也进行坐标解交织；

S5.若为第一次解映射，则直接对步骤S4的K维解交织映射信号进行新型M点K维星座解映射，得到解映射后软信息，否则，利用上一次信道解码输出的外信息作为先验信息，进行设定的M点K维星座解映射，得到解映射后软信息；

S6.对步骤S5的解映射后软信息进行解交织及信道解码；

S7.若达到设定迭代次数或信道解码校验成功，则输出信道解码结果，否则，对信道解码结果再进行比特交织，得到信道解码输出的外信息，并返回步骤S5。

本发明还提供了一种应用上述星座图受限的扩展编码调制方法的扩展编码调制系统，该系统包括：交织编码模块，用于对输入信息比特进行信道编码及比特交织，得到编码交织比特；映射模块，用于对所述编码交织比特利用设定的M点K维星座图进行星座映射，得到星座图受限的K维扩展星座映射符号，其中，M、K均为大于1的正整数；坐标交织模块，用于对所述K维扩展星座映射符号进行坐标交织，得到后向兼容原系统中N点星座图的扩展编码调制符号输出，其中，N为不小于M的正整数。

本发明还提供了一种应用上述与星座图匹配的扩展解调解码方法的扩展解调解码系统，该系统包括：坐标解交织模块，用于对接收符号以及外部输入的信道状态信息进行坐标解交织，得到K维解交织映射符号；多维解映射模块，用于直接对所述K维解交织映射符号进行设定的M点K维星座解映射，得到解映射后软信息，或利用控制模块返回的上一次信道解码输出的先验信息，对所述K维解交织映射符号进行设定的M点K维星座解映射，得到解映射后比特软信息；解交织解码模块，用于对所述解映射后软信息进行解交织及信道解码，得到信道解码输出的外信息；控制模块，用于在达到设定迭代次数或信道解码校验成功时，输出信道解码结果，否则，对所述信道解码输出的外信息进行再交织，得到星座解映射所需的先验信息，并返回到所述解映射模块。

实施例1

为了进一步显示本发明提出的采用多维星座图并后向兼容原系统的性能优势，本实施例提出了一种依照本发明一种实施方式的采用后向兼容16QAM的2D-8APSK扩展编码调制系统。在本实施例中，原系统采用星座映射方式为16QAM，在扩展编码调制系统中新型M点K维星座图采用已旋转的2D-8APSK星座映射。

如图3所示为本实施例中后向兼容16QAM的2D-8APSK扩展编码调制系统系统框图，包括以下步骤：

S101.对输入信息比特进行信道编码及比特交织，得到编码交织比特；

S102.对编码交织比特进行已旋转的8点幅度相位键控调制(即APSK)的星座映射，得到已旋转的2D-8APSK的星座映射符号，如图4所示；

其中，已旋转的2D-8APSK的星座点为：

[3，3；3，-3；-3，3；-3，-3；1，1；1，-1；-1，1；-1，-1]；

S103.对已旋转的2D-8APSK星座映射符号进行坐标重组和符号交织，得到后向兼容16QAM的坐标交织后编码调制符号并输出。

其中，步骤S101中的信道编码包括但不限于Turbo码、串行级联码、并行级联码、LDPC码、卷积码等；

步骤S101中的比特交织在特殊情况下可以取消；

步骤S103中的可不需要维数转换，只需要完成坐标交织，即坐标交织后的扩展映射符号占据原系统中N点星座图或原系统中N点星座图的子集即可。

实施例2

为了进一步显示本发明提出的采用多维星座图并后向兼容原系统的性能优势，本实施例给出一个采用后向兼容64QAM的3D-2PAM扩展调制系统。在本实施例中，原系统采用星座映射方式为64QAM，在扩展编码调制系统中采用新型M点K维星座图采用3D-2PAM星座图同时结合SSD技术。

如图5所示为本实施例中后向兼容64QAM的3D-2PAM扩展调制系统框图，包括以下步骤：

S201.对输入信息比特进行信道编码及比特交织，得到编码交织比特；

S202.对编码交织比特进行3维脉冲幅度调制的星座映射，得到3D-2PAM的星座映射符号；

其中，3D-2PAM的星座点为：

[1，1，1；1，1，-2；1，-1，1；1，-1，-1；-1，1，1；-1，1，-1；-1，-1，2；-1，-1，-1]；

S203.对3D-2PAM的星座映射符号根据非正交矩阵或正交矩阵进行星座旋转，得到旋转的3D-2PAM星座映射符号；

其中，旋转矩阵可以选择为非正交矩阵为：

$R=\left[\begin{array}{ccc}1/\sqrt{21}& 2/\sqrt{21}& 4/\sqrt{21}\\ 2/\sqrt{21}& 4/\sqrt{21}& 1/\sqrt{21}\\ -4/\sqrt{21}& -1/\sqrt{21}& -2/\sqrt{21}\end{array}\right]$

或正交矩阵：

$R=\left[\begin{array}{ccc}a& b& c\\ b& c& a\\ -c& -a& -b\end{array}\right]$

其中，a＝(1+λ)/(1+λ+λ²)，b＝(λ+λ²)/(1+λ+λ²)，c＝-λ/(1+λ+λ²)，λ为实数，且λ＝1。

S204.对旋转的3D-2PAM星座映射符号进行维数转换，得到一维星座映射符号；

S205.对一维星座映射符号进行通用实数交织，得到坐标交织后编码调制符号；

S206.对坐标交织后编码调制符号进行维数转换到二维，得到后向兼容64QAM的二维星座映射符号，如图6或如图7所示。

实施例3

为了进一步显示本发明提出的采用多维星座图并后向兼容原系统的性能优势，本实施例给出一个采用后向兼容64QAM的4D-2PAM扩展调制系统。在本实施例中，原系统采用星座映射方式为64QAM，在扩展编码调制系统中采用新型M点K维星座图采用4D-2PAM星座图同时结合SSD技术。

如图8所示为本实施例中后向兼容64QAM的4D-2PAM扩展调制系统框图，包括以下步骤：

S301.对输入信息比特进行信道编码及比特交织，得到编码交织比特；

S302.对编码交织比特进行4维脉冲幅度调制的星座映射，得到4D-2PAM的星座映射符号；

其中，4D-2PAM的星座点为：

[1，1，1，1；1，1，1，-1；1，1，-1，1；1，1，-1，-1；1，-1，1，1；1，-1，1，-1；1，-1，-1，1；1，-1，-1，-1；-1，1，1，1；-1，1，1，-1；-1，1，-1，1；-1，1，-1，-1；-1，-1，1，1；-1，-1，1，-1；-1，-1，-1，1；-1，-1，-1，-1]；

S303.对4D-2PAM的星座映射符号根据非正交矩阵或正交矩阵进行星座旋转，得到旋转的4D-2PAM星座映射符号；

其中，旋转矩阵可以选择为非正交矩阵为：

$R=\left[\begin{array}{cccc}1/\sqrt{13}& -2/\sqrt{13}& 2/\sqrt{13}& 2/\sqrt{13}\\ 2/\sqrt{13}& 1/\sqrt{13}& -2/\sqrt{13}& 2/\sqrt{13}\\ 2/\sqrt{13}& 2/\sqrt{13}& 1/\sqrt{13}& -2/\sqrt{13}\\ -2/\sqrt{13}& 2/\sqrt{13}& 2/\sqrt{13}& 1/\sqrt{13}\end{array}\right]$

或正交矩阵：

$R=\left[\begin{array}{cc}{M}_1& -M_2\\ M_2& M_1\end{array}\right]$

其中，

且

均为实数，且λ＝γ＝1。

S304.对旋转的4D-2PAM星座映射符号进行维数转换，得到二维星座映射符号，如图9或图10所示；

S305.对二维星座映射符号进行坐标重组和符号交织，得到后向兼容64QAM的坐标交织后编码调制符号并输出。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (9)

1.一种星座图受限的扩展编码调制方法，该方法包括步骤：

S1.对输入信息比特进行信道编码及比特交织，得到编码交织比特；

S2.对所述编码交织比特利用设定的M点K维星座图进行星座映射，得到星座图受限的K维扩展星座映射符号，其中，M、K均为大于1的正整数；

S3.对所述K维扩展星座映射符号进行坐标交织，得到后向兼容原系统中N点星座图的扩展编码调制符号输出，其中，N为不小于M的正整数；

在步骤S3中，所述坐标交织的方法为：

对所述K维扩展星座映射符号进行坐标重组、符号交织和维数转换，得到后向兼容原系统中N点星座图的扩展编码调制符号，其中，所述坐标重组、符号交织和维数转换的执行顺序任意；

或为：

对所述K维扩展星座映射符号进行维数转换，得到一维星座映射符号；然后对所述一维星座映射符号进行通用实数交织，得到一维交织后星座映射符号；最后对所述一维交织后星座映射符号进行维数转换，得到后向兼容原系统中N点星座图的扩展编码调制符号。

2.如权利要求1所述的星座图受限的扩展编码调制方法，其特征在于，所述设定的M点K维星座图为规则的M点K维星座图或已旋转的M点K维星座图或上述两种星座图的组合。

3.如权利要求2所述的星座图受限的扩展编码调制方法，其特征在于，所述规则的M点K维星座图为脉冲幅度调制星座映射、正交幅度调制星座映射、三维脉冲幅度调制星座映射、或四维脉冲幅度调制星座映射。

4.如权利要求2所述的星座图受限的扩展编码调制方法，其特征在于，得到所述已旋转的M点K维星座图的旋转方法为用满秩矩阵对K维星座映射符号向量进行矩阵变换，所述满秩矩阵为正交矩阵或非正交矩阵。

5.如权利要求1所述的星座图受限的扩展编码调制方法，其特征在于，所述K维扩展星座映射符号对应的每一维星座点是所述N点星座图每一维星座点或其子集或其自适应星座符号扩展集合。

6.如权利要求1所述的星座图受限的扩展编码调制方法，其特征在于，所述后向兼容原系统中N点星座图的扩展编码调制符号占据所述N点星座图或所述N点星座图的自适应星座符号扩展集合。

7.一种星座图受限的扩展解调解码方法，该方法包括步骤：

S4.对接收符号以及外部输入的信道状态信息进行坐标解交织，得到K维解交织映射符号；

S5.若为第一次解映射，则直接对所述K维解交织映射符号进行设定的M点K维星座解映射，得到解映射后比特软信息，否则，利用上一次信道解码输出的外信息作为先验信息，对所述K维解交织映射符号进行设定的M点K维星座解映射，得到解映射后比特软信息；

S6.对所述解映射后比特软信息进行解交织及信道解码，得到信道解码输出的外信息；

S7.若达到设定迭代次数或信道解码校验成功，则输出信道解码结果，否则，对所述信道解码输出的外信息再进行比特交织，得到星座解映射所需的先验信息，并返回步骤S5。

8.一种星座图受限的扩展编码调制系统，其特征在于，该系统包括：

交织编码模块，用于对输入信息比特进行信道编码及比特交织，得到编码交织比特；

星座图受限的设定星座映射模块，用于对所述编码交织比特利用设定的M点K维星座图进行星座映射，得到星座图受限的K维扩展星座映射符号，其中，M、K均为大于1的正整数；

坐标交织模块，用于对所述K维扩展星座映射符号进行坐标交织，得到后向兼容原系统中N点星座图的扩展编码调制符号输出，其中，N为不小于M的正整数；

所述坐标交织的方法为：

对所述K维扩展星座映射符号进行坐标重组、符号交织和维数转换，得到后向兼容原系统中N点星座图的扩展编码调制符号，其中，所述坐标重组、符号交织和维数转换的执行顺序任意；

或为：

对所述K维扩展星座映射符号进行维数转换，得到一维星座映射符号；然后对所述一维星座映射符号进行通用实数交织，得到一维交织后星座映射符号；最后对所述一维交织后星座映射符号进行维数转换，得到后向兼容原系统中N点星座图的扩展编码调制符号。

9.一种星座图受限的扩展解调解码系统，其特征在于，该系统包括：

坐标解交织模块，用于对接收符号以及外部输入的信道状态信息进行坐标解交织，得到K维解交织映射符号；

多维解映射模块，用于直接对所述K维解交织映射符号进行设定的M点K维星座解映射，得到解映射后软信息，或利用控制模块返回的上一次信道解码输出的先验信息，对所述K维解交织映射符号进行设定的M点K维星座解映射，得到解映射后比特软信息；

解交织解码模块，用于对所述解映射后软信息进行解交织及信道解码，得到信道解码输出的外信息；

控制模块，用于在达到设定迭代次数或信道解码校验成功时，输出信道解码结果，否则，对所述信道解码输出的外信息进行再交织，得到星座解映射所需的先验信息，并返回到所述解映射模块。

Images