CN101989887A - 一种编码调制方法、解调解码方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于数字通信系统中的编码调制方法、解调解码方法及系统。所述编码调制方法包括步骤：对输入信息比特进行信道编码以及比特交织，得到编码比特并对编码比特进行M点K维类高斯星座映射，得到星座映射符号，即K维实数向量，其中M、K均为大于1的正整数。本发明的方法及系统可在AWGN和衰落等多种信道条件下，使得编码调制系统及其对应的解调解码系统的性能在高低频谱效率下均逼近信道容量，同时兼顾系统的吞吐能力。

Description

一种编码调制方法、解调解码方法及系统

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。

在学术界，经过几十年的发展，编码调制技术取得了长足发展，最为典型的当数G.Ungerboeck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.)，以及E.Zehavi提出的比特交织编码调制(Bit-InterleavedCoded Modulation，BICM)，参见文献E.Zehavi，“8PSK trellis codes fora Rayleigh 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译码的BICM系统，即BICM-ID系统(BICM withIterative Demapping and 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 coded modulation with iterative decoding using softfeedback，”Electronics Letters，vol.34，no.10，pp.942-943，May 1998.和S.T.Brink，J.Speidel，and R.-H.Yan，“Iterative demapping and decodingfor multilevel modulation，”in Globecom’98，1998，pp.579-584.BICM-ID系统通过将译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。但是，传统BICM-ID有一个较高的误码平台，这是因为即使所有反馈的比特信息都是无误的，系统的误码率依然由外码的特性(对于线性码，主要取决于码本中最小非零码重及其个数)和解映射时的Harmonic欧氏距离决定，而传统码字的最小码距较小且其对应的个数非常多。

已有的编码调制技术已经达到了很高水平，但是仍存在如下问题：

1、Shaping损失：实际编码调制系统通常采用QAM星座图，受QAM星座图的约束，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，相比QAM星座图，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。

2、编码调制独立：实际编码调制系统的信道编码通常在有限域，而调制输出在实数或复数域，编码调制相互独立，不是一个有机的整体。

3、多种频谱效率：实际编码调制系统通常需要进行参数调整或配置，以适应不同频谱效率的需求。现有编码调制技术通常不能兼顾高低频谱效率，不能在高低频谱效率两端和之间同时逼近信道容量。

4、多种信道条件：实际编码调制系统通常需要进行参数调整或配置，以适应不同信道条件的需求。现有编码调制技术通常不能兼顾不同信道条件，如典型的AWGN信道和平坦独立瑞利衰落信道。

5、多个传输目标：实际编码调制系统通常需要兼顾多个传输目标，包括高传输可靠性、低复杂度、高吞吐能力、高频谱效率、鲁棒的信道适应性、低发射功率等。

Shaping技术由来已久，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，“Efficient modulation for band-limited channels，”IEEE J.Select.AreasCommun.，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Forney提出的TrellisShaping，参见文献G.Fomey，“Trellis shaping，”IEEE Trans.Inform.Theory，vol.38，pp.281-300，Mar.1992.即通过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。还包括采用非等概率映射的Shaping技术，采用的技术手段是通过Shaping Code达到非等概映射的目的，参见文献A.Calderbank and L.Ozarow，“Nonequiprobablesignaling on the Gaussian channel，”IEEE Trans.Inform.Theory，vol.36，pp.726-740，July 1990.和F.R.Kschischang and S.Pasupathy，“Optimalnonuniform signaling for Gaussian channels，”IEEE Trans.Inform.Theory，vol.39，no.3，pp.913-929，1993.此外，还包括一大类Shaping技术，即使得星座图各点呈现非均匀特性，其基本思路是低能量的点数多而高能量的点数少从而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.van Tilborg，“Approachingcapacity by equiprobable signaling on the Gaussian Channel，”IEEETrans.Inform.Theory，vol.39，no.5，pp.1714-1716，Sept.1993.本发明中所指的Shaping技术属于最后一类，但是不同于Sun的一维非均匀PAM星座图，也不同于非均匀PAM直接推广的二维或者更高维数的非均匀QAM星座图，本发明中的星座图为类高斯星座图，不同于QAM星座图之处在于本发明的高维类高斯星座图具有圆或球对称特点，此星座图较非均匀QAM星座图有着更好的Shaping增益。

现有的通信、广播系统通常采用BICM技术，其编码和调制部分是相互独立的，虽然TCM技术将编码调制技术联合起来优化，但衰落信道下的性能欠佳。学术界提出的BICM-ID技术是一个很好的结合编码调制的技术，但是现有的BICM-ID技术还有诸多弱点，因此不利于应用到工业标准中来。比如传统BICM-ID有较高误码平台、由于它需要高阶映射因此低频谱效率时要采用码率很低的外码、以及对信道条件的鲁棒性不够例如，针对AWGN信道设计良好的BICM-ID系统在衰落信道下的往往表现不理想。

发明内容

本发明的目的是提供一种编码调制方法、解调解码方法及系统，该方法及系统可在AWGN和衰落等多种信道条件下，使得编码调制系统及其对应的解调解码系统的性能在高低频谱效率下均逼近信道容量，同时兼顾系统的吞吐能力，以克服现有技术的诸多不足。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。

依照本发明一种实施方式的编码调制方法，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，得到编码比特；

S2.对所述编码比特进行M点K维类高斯星座映射，得到星座映射符号，即K维实数向量，其中M为大于1的正整数，K为正整数。

其中，当K＝1时，所述K维类高斯星座映射为一维非均匀M点PAM脉冲幅度调制星座映射；当K＝2时，所述K维类高斯星座映射为二维M点APSK幅度相移键控星座映射。

其中，所述M点K维类高斯星座映射的星座图特征如下：星座点均匀分布于K维实数空间的一个或多个超球面上，且位于所有超球面上的点的总数为M，所述超球面为距离所述K维实数空间原点的欧氏距离相同的点的集合。

其中，所述二维M点APSK幅度相移键控星座映射的星座图特征如下：星座点均匀分布于复数空间的一个或多个圆环上，且位于所有圆环上的点的点数为M，所述圆环为距离所述复数空间原点的欧式距离相同的点的集合。

其中，所述步骤S2后，直接输出所述星座映射符号，或进行如下步骤：

S3.对所述K维实数向量进行星座旋转，得到星座旋转符号。

其中，所述星座旋转方法为：使用满轶矩阵对所述K维实数向量进行矩阵变换，所述满轶矩阵包括正交矩阵，所述正交矩阵包括单位矩阵。

其中，所述星座旋转方法为：对所述每个超球面进行独立的预定角度向量的旋转，所述每个超球面的预定角度向量相同或不同，所述角度向量的维数为K-1维。

其中，所述星座旋转的方法为：对所述每个圆环进行独立的预定角度的旋转，每个圆环的预定角度相同或不同。

其中，所述步骤S3后，将所述星座旋转符号直接输出，或进行如下步骤：

S4.对所述星座旋转符号进行维数转换，得到第一一维实数符号；

S5.对所述第一一维实数符号进行通用实数交织，得到第二一维实数符号；

S6.对所述第二一维实数符号进行维数转换，得到编码调制符号，并输出。

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

其中，步骤S1进一步包括：

B1.1对所述信息比特进行第一分量码或第一分量码组编码，得到第一编码比特；

B1.2对所述信息比特进行比特交织后进行第二分量码或第二分量码组编码，得到第二编码比特；

B1.3合并所述第一编码比特及第二编码比特，得到编码比特。

其中，步骤S1进一步包括：

C1.1对所述信息比特进行第一分量码或第一分量码组编码，得到第一编码比特；

C1.2对所述第一编码比特进行比特交织，得到交织比特；

C1.3对所述交织比特进行第二分量码或第二分量码组编码，得到第二编码比特，即为编码比特。

其中，所述分量码为卷积码或分组码；所述分量码组由多个分量码并行组成，所述分量码组的每个分量码为卷积码或分组码。

其中，所述第一分量码为基本码率为1/k₁的凿孔卷积码，并提供多种凿孔选项，实现多码率；所述第二分量码为基本码率为1/k₂的凿孔反馈卷积码，并提供一种凿孔选项，码率接近或等于1；k₁、k₂为大于1的正整数。

其中，所述第一分量码组的每个分量码为卷积码，其码长、码率、生成多项式和凿孔选项独立进行配置；所述第二分量码组的每个分量码为卷积码，其码长、码率相同，生成多项式和凿孔选项独立进行配置；所述第二分量码组的每个分量码的码率接近或等于1。

其中，步骤B1.1、步骤B1.2、步骤C1.1、或步骤C1.3所述的分量码或分量码组的每个分量码采用带校验的卷积编码，具体编码步骤如下：

D1.1对所述信息比特进行校验编码，得到校验比特；

D1.2所述校验比特与所述信息比特一起进行卷积编码，得到分量码输出比特。

其中，所述校验编码包括奇偶校验编码、CRC编码、BCH分组编码、以及RS分组编码。

本发明另一实施方式提供一种编码调制系统，该系统包括：编码与交织模块，用于对输入信息比特进行信道编码及比特交织，得到编码比特；星座映射模块，用于对所述编码比特进行M点K维类高斯星座映射，得到星座映射符号，即K维实数向量，其中M、K均为大于1的正整数。

其中，该系统还包括：星座旋转模块，用于对所述K维实数向量进行星座旋转，得到星座旋转符号。

其中，该系统还包括：第一维数转换模块，用于对所述星座旋转符号进行维数转换，得到第一一维实数符号；通用实数交织模块，用于对所述第一一维实数符号进行通用实数交织，得到第二一维实数符号；第二维数转换模块，用于对所述第二一维实数符号进行维数转换，得到编码调制符号，并输出。

其中，所述编码与交织模块进一步包括：第一编码单元，用于对所述信息比特进行第一分量码或第一分量码组编码，得到第一编码比特；第二编码单元，用于对所述信息比特进行比特交织后进行第二分量码或第二分量码组编码，得到第二编码比特；合并单元，用于合并所述第一编码比特及第二编码比特，得到编码比特。

其中，所述编码与交织模块进一步包括：第一编码单元，用于对所述信息比特进行第一分量码或第一分量码组编码，得到第一编码比特；比特交织单元，用于对所述第一编码比特进行比特交织，得到交织比特；第二编码单元，用于对所述交织比特进行第二分量码或第二分量码组编码，得到第二编码比特，即为编码比特。

本发明另一实施方式提供一种解调解码方法，该方法包括步骤：

E1.初始化，设置最大迭代次数，设置当前迭代次数为1，初始化信道解码反馈的外部比特软信息为零，接收外部输入的包含信道状态信息的经过了相位校正的接收符号；

E2.对所述接收符号进行维数转换，得到第二一维实数符号；

E3.对所述第二一维实数符号进行通用实数解交织，得到第一一维实数符号；

E4.对所述第一一维实数符号进行维数转换，得到星座解映射所需的K维实数符号；

E5.结合外部的星座旋转信息、星座图信息、星座点映射方式、以及内部的信道解码反馈的外部比特软信息，对所述K维实数符号进行星座解映射，得到第一比特软信息；

E6.对所述第一比特软信息进行第二分量码或第二分量码组解码，得到第二比特软信息；

E7.对所述第二比特软信息进行比特软信息解交织，得到第三比特软信息；

E8.对所述第三比特软信息进行第一分量码或第一分量码组解码，得到外部比特软信息，经过比特软信息交织后反馈到E5，并得到输出信息比特和校验比特，进行校验；

E9.如果校验成功或者迭代次数已满，则停止迭代，输出信息比特，否则，迭代次数加一，返回E5。

本发明的方法及系统通过使用K维类高斯星座映射(包括APSK星座映射)，显著降低了编码调制系统的Shaping损失；通过K维类高斯星座图的星座旋转以及结合维数转换的通用实数交织，极大地提高衰落信道下的分集阶数；通过实施串行级联编码，有效地提高了BICM-ID系统的误码性能；通过带校验的并行编码，提高了串行级联编码的吞吐能力；结合BICM-ID接收端解调解码方法，使编码调制系统的整体性能在高低频谱效率均逼近信道容量。

附图说明

图1为BICM及BICM-ID系统发射端的编码调制方框图；

图2(a)-图2(b)为BICM及BICM-ID系统接收端的解调解码方框图；

图3为实施例1的依照本发明一种实施方式的编码调制方法流程图；

图4为一种64APSK星座图；

图5为AWGN信道下对应一种64APSK及64QAM星座图的信息传输率；

图6为实施例2的依照本发明一种实施方式的编码调制方法流程图；

图7为实施例3的依照本发明一种实施方式的编码调制方法流程图；

图8(a)-图8(b)为采用级联信道编码的BICM及BICM-ID系统发射端的编码调制方框图；

图9(a)-图9(b)为实施例4的依照本发明一种实施方式的采用级联信道编码的BICM及BICM-ID系统发射端的编码调制方框图；

图10(a)-图10(b)为实施例4的依照本发明一种实施方式的采用级联信道编码的编码调制方法流程图；

图11(a)-图11(b)为实施例5的依照本发明一种实施方式的BICM及BICM-ID系统发射端编码调制方框图；

图12(a)-图12(b)为实施例5的依照本发明一种实施方式的采用级联信道编码的编码调制方法流程图；

图13为具有并行特征的分量码组示意图；

图14为以卷积码为分量码的具有并行特征的分量码组示意图；

图15为实施例6的依照本发明一种实施方式的带校验的卷积编码方框图；

图16为实施例7的依照本发明一种实施方式的编码调制方法流程图；

图17(a)-图17(c)为实施例7的编码调制方法的信道编码及比特交织具体流程图；

图18为依照本发明一种实施方式的编码调制系统方框图；

图19为依照本发明一种实施方式的解调解码方法流程图。

具体实施方式

本发明提出的编码调制方法、解调解码方法及系统，结合附图和实施例说明如下。

以下简称基于BICM技术和BICM-ID技术的数字通信系统分别为BICM系统和BICM-ID系统，或统称为BICM和BICM-ID系统。

如图1所示，表示BICM和BICM-ID系统发射端的编码调制系统及方法示意图，二者只是星座点映射方式(未示出)可能不同。在采用BICM和BICM-ID技术的编码调制系统中，输入信息比特经信道编码后得到编码比特，编码比特经比特交织后得到交织比特，交织比特经星座映射后得到输出符号。

如图2(a)和2(b)所示，分别表示BICM和BICM-ID系统接收端的解调解码系统及方法示意图，二者的根本区别在于：BICM-ID系统采用迭代解映射和解码技术，而BICM系统不采用迭代解映射和解码技术。由于接收端通常采用软入软出解映射和解码技术，因此比特以比特软信息表示，图中接收端比特交织和比特解交织具体为比特软信息交织和比特软信息解交织。

如图2(a)所示，在BICM系统接收端的解调解码系统中，外部接收机前端处理、信号同步、和信道估计等(未示出)首先得到包含信道状态信息的接收符号(假设经过了相位校正)；接收符号经解映射得到对应比特软信息，比特软信息经解交织后送给信道解码模块，解交织后的比特软信息经信道解码后得到输出信息比特，完成解调解码。

如图2(b)所示，在BICM-ID系统接收端的解调解码系统中，外部接收机前端处理、信号同步、和信道估计等(未示出)首先得到包含信道状态信息的接收符号(假设经过了相位校正)；解映射模块的输入不仅包括接收符号，还包括信道解码模块反馈的经过交织的外部比特软信息；解映射模块得到比特软信息，经解交织后送给信道解码模块；信道解码模块进行软入软出信道解码，得到外部比特软信息，经交织后反馈到解映射模块；解映射和信道解码迭代进行，迭代完成后由信道解码模块得到输出信息比特，完成解调解码。需要指出的是，在实际系统的具体实现时，接收符号可以不进行相位校正，则相应的信道状态信息通常为复数，后续的交织、解交织和解映射需要相应的调整，但是本质上与经过相位校正的系统是等效的。不失一般性，本发明均假设接收符号经过了相位校正。

传统BICM和BICM-ID技术的一个根本特征在于：信道编码和星座映射之间引入了比特交织模块。比特交织模块可以有效地提高编码调制系统的分集阶数，因此BICM和BICM-ID系统在衰落信道下性能优异。BICM-ID技术的另一个根本特征在于：接收端采用迭代解映射和解码。迭代解映射和解码可以有效地增大编码调制系统解映射时的欧式距离，因此BICM-ID系统在AWGN信道和衰落信道下性能均优异。但是传统的BICM和BICM-ID系统存在如下缺陷：

1.星座映射通常采用规则QAM星座映射或规则PSK星座映射，Shaping损失大；

2.BICM-ID系统的星座映射需要高阶映射，在低频谱效率需求下，二维映射需要结合极低码率的信道编码，系统复杂度高；

3.比特交织提高的分集阶数主要表现在信道编解码模块，而对应星座映射和解映射的分集阶数受到星座映射输出符号的限制；

4.高信噪比时，系统的差错控制性能由外码特性和解映射时的Harmonic欧氏距离决定，BICM-ID系统存在较高的误码平台；

5.采用传统的卷积码作为信道编码或级联信道编码的分量码时时，由于卷积码特有的串行编解码特性，编码调制和解调解码的吞吐能力受限；

6.采用传统的卷积码作为信道编码或级联信道编码的分量码时，由于迭代解映射和解码没有停止迭代的条件，因此需要预设最高迭代次数，在信道条件很好时，会带来极大的运算资源浪费。

针对传统BICM和BICM-ID技术存在的缺陷，本发明的方法及系统对应的创新点列举如下：

实施例1

如图3所示，为了降低BICM和BICM-ID系统的Shaping损失，本实施例依照本发明一种实施方式的编码调制方法包括：

S1.对输入信息比特进行信道编码及比特交织，得到编码比特；

S2.对编码比特进行M点APSK星座映射，其中M为大于1的正整数。

APSK是一种复数空间的类高斯星座映射。利用幅度和相位两个自由度，本实施例通过优化APSK星座点分布可以很好地逼近理想的高斯分布，从而有效地减小Shaping损失，最终获得逼近信道容量的传输性能。

与传统QAM星座映射类似，针对不同的频谱效率需求，需要设计不同点数的APSK星座图。定义点数为M的APSK星座映射为MAPSK星座映射，其中M为正整数。通常选择M＝2^m，其中m为正整数，表示每个星座点最多可携带m个编码比特。MAPSK星座点的概率可以是相等的，称为MAPSK等概率星座映射；也可以是不相等的，称为MAPSK非等概率星座映射。

为了更好地逼近高斯分布，根据对称性以及复高斯变量的模值呈现Rayleigh分布的特点，本实施例的MAPSK星座图的星座点位于复数空间的一个或多个圆环上，且每个圆环上的点均匀分布，且位于所有圆环的点的总数为M，其中，距离复数空间原点的欧式距离相同的点的集合构成圆环。

其中，圆环总数为1时，MAPSK星座图蜕化为MPSK(M点相移键控)星座图。

如图4所示，左图表示一种64APSK星座图，星座点位于5个圆环上。每个圆环的星座点数由内到外依次为8、8、12、20和16，共64个点。右图为规则64QAM星座图。图4中星座点的坐标均经过平均功率的归一化。可看出，64APSK比64QAM更接近高斯分布，表现为其能量低的星座点较多而能量高的星座点较少。

如图5所示，表示AWGN信道下对应图4的64APSK和64QAM星座图的信息传输率，横坐标为信噪比，以dB表示，纵坐标为信息传输率，以比特每(复数)符号表示。图中还给出了对应理想高斯星座图的信道容量。可以看出，在8dB至18dB的信噪比范围内，64APSK的信息传输率明显优于传统的64QAM，Shaping损失大大减小。

实施例2

实施例1中的MAPSK在高频谱效率时对降低Shaping损失效果明显，在低频谱效率时效果受到限制。原因在于，低频谱效率的编码调制系统，通常采用M很小的低阶调制，如M＝8或4，星座点分布难以逼近理想的高斯分布，并且此时的Shaping损失本来就小，此外，星座点映射方式也受到限制。

为了有效地降低多种频谱效率下的Shaping损失，本实施例的编码调制方法特别适用于低频谱效率的编码调制系统，也适用于中高频谱效率的编码调制系统。

如图6所示，为本实施例依照本发明一种实施方式的编码调制方法流程图，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，得到编码比特；

S2.对编码比特进行M点K维类高斯星座映射，其中M为大于1的正整数，K为正整数。

K维类高斯星座映射是一种将比特或比特组映射到K维实数空间点的星座映射。当K＝1时，K维类高斯星座映射蜕化为一维的非均匀PAM星座映射；当K＝2时，K维实数空间蜕化为复数空间(即复数平面)，特例对应APSK星座映射、PSK星座映射、或非均匀QAM星座映射等。比特组包含的比特数m由星座点数M决定，对于等概率星座映射，m＝log2(M)。对M＝2的特例，得到m＝1，即比特组只包含一个比特。K维实数空间的每个星座点是K个实数组成的K维实数向量(即K维实数符号)，以x＝[x₁x₂…x_K]表示。向量的范数定义为

表示向量x距离K维实数空间原点的欧式距离。向量范数相同的星座点构成K维实数空间的一个超球面。当K＝2时，K维空间的超球面蜕化为复数空间的圆环(如实施例1)。等概率和非等概率星座映射的概念也适用于K为类高斯星座映射。

K维星座映射具有K个维度(即空间自由度)，每个维度对应一维实数空间。定义频谱效率R为平均每个维度传输的信息比特数，单位为“比特每维度(bit/dim)”。对码率为rate的信道编码和M点的K维等概率星座映射，频谱效率为

R＝rate*log2(M)/K(bit/dim)

可以预见，相同频谱效率下，K越大，星座点数M越大，越容易逼近高斯分布，Shaping损失越小，最终获得更加逼近信道容量的传输性能。

与实施例1的APSK星座图类似，针对不同的频谱效率需求，通常选择M＝2^m个星座点，其中m为正整数。

为了更好地逼近高斯分布，根据对称性以及K维高斯变量的范数呈现Nakagami分布的特点，本实施例的M点K维类高斯星座图的星座点位于K维实数空间的一个或多个超球面上，且每个超球面上的点均匀分布，且位于所有超球面的点的总数为M。其中，K＝2时，M点K维类高斯星座图蜕化为实施例1中的MAPSK星座图。

实施例3

BICM和BICM-ID系统的信道编码和星座映射是针对无记忆信道进行设计和优化的。使得信道无记忆化是为了最大限度地提高编码调制系统和解调解码系统的分集阶数，对衰落信道下的传输十分重要。由于采用了比特交织技术，接收端信道解码的输入可以等效为无记忆输入，这也是BICM和BICM-ID系统的优势所在。

为了保证BICM和BICM-ID系统在衰落信道下的传输性能，还要最大限度地优化接收端星座解映射的输入，因此，本实施例的编码调制方法提出星座旋转技术和结合维数转换的通用实数交织技术，与BICM和BICM-ID技术一起，保证星座解映射的输入最大限度地等效为无记忆输入，从而使相应的BICM和BICM-ID系统获得最大分集阶数(Diversity Order)。

如图7所示，为依照本发明一种实施方式的编码调制方法，该方法在实施例1-2的步骤S2后还包括如下步骤：

S3.对K维实数向量进行星座旋转，得到星座旋转符号。

S4.对星座旋转符号进行维数转换，得到一维实数标量，即第一一维实数符号；

S5.对第一一维实数符号进行通用实数交织，得到一维实数标量，即第二一维实数符号；

S6.对第二一维实数符号进行维数转换，得到K₁维的实数向量，即编码调制符号，并输出。

星座旋转将K维实数向量α经过矩阵变换A后得到新的K维实数向量β，即

β＝Aα， $A=\left[\begin{array}{cccc}{a}_{11}& a_{12}& ...& a_{1K}\\ a_{21}& a_{22}& ...& a_{2K}\\ ...& ...& ...& ...\\ a_{K1}& a_{K2}& ...& a_{\mathrm{KK}}\end{array}\right]$

其中α＝[α₁α₂…α_K]是星座旋转前的K维实数向量，β＝[β₁β₂…β_K]是星座旋转后的K维实数向量，A是变换矩阵。经过星座旋转后向量的每一维，即β_i，均由星座旋转前向量α的K维分量经线性组合得到，因此星座旋转可以有效地提高整个系统的分集阶数。变换矩阵是满秩矩阵，并且为了保证星座旋转前后符号的平均能量一致，变换矩阵优选正交矩阵，例如可以选择K维实数空间中一组正交基的K个正交向量作为变换矩阵的K行或K列。不进行星座旋转是星座旋转的一个特例，此时，变换矩阵为单位矩阵。

对应实施例1和2提出的APSK星座映射和K维类高斯星座映射，星座旋转的矩阵变换操作可以简化。

对应APSK星座图的星座旋转方法为：对APSK星座图的每个圆环进行独立的预定角度的旋转，每个圆环的预定角度可以相同也可以不同。类似地，对于K维类高斯星座图的星座旋转方法为：对K维星座图的每个超球面进行独立的预定角度向量的旋转，每个超球面的预定角度向量可以相同也可以不同，角度向量的维数为K-1维，其中K为大于1的正整数。为了在给定信道条件和频谱效率下得到最大分集阶数，可优化每个圆环的预定角度或每个超球面的预定角度向量。

步骤S5的通用实数交织的输入输出均为一维实数，完成实数符号交织功能。为了与星座旋转输出的K维实数向量进行接口，增加了第一维数转换步骤；为了与编码调制系统需要输出的K₁维实数向量进行接口，增加了第二维数转换步骤，其中K₁为正整数，典型值为2。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，其操作为，将N_in个K_in维实数向量每一维上的所有实数符号(共N_inK_in个)重新组成N_out个K_out维实数向量，其中，N_inK_in＝N_outK_out，N_in、N_out、K_in和K_out为正整数。

类似地，通用实数交织可以替换为更普遍的通用K₂维实数交织，其输入输出为K₂维实数向量，其中K₂为大于1的正整数。结合相应的维数转换步骤，同样可以完成实数符号交织功能。

实施例4

高信噪比时，传统采用BICM-ID技术的编码调制系统的差错控制性能主要由外码特性和解映射时的Harmonic欧氏距离决定，存在较高的误码平台。为了提高采用BICM和BICM-ID技术的编码调制系统的误码性能，本实施例提出结合级联信道编码技术和BICM或BICM-ID技术的编码调制方法。

级联信道编码技术包括并行级联和串行级联两种技术。如图8(a)和8(b)，分别表示采用并行级联和串行级联信道编码的BICM和BICM-ID系统发射端的编码调制方框图。其中，并行级联信道编码的典型实例是以卷积码作为分量码的并行级联Turbo码，串行级联信道编码的典型实例是以卷积码作为分量码的串行级联Turbo码。编码调制方框图采用了两个交织单元，包括级联信道编码内部的交织单元和级联信道编码与星座映射之间的比特交织单元，增加了编码调制和解调解码的复杂度。

在达到降低BICM和BICM-ID系统的误码平台的前提下，本实施例提出两种简化的采用级联信道编码的BICM和BICM-ID系统。参照图9(a)和9(b)，表示两种BICM和BICM-ID系统发射端的编码调制方框图，分别采用简化的并行级联信道编码和简化的串行级联信道编码(包括比特交织)，整个编码调制系统只有一个比特交织单元，位于级联信道编码单元的两个分量码之间。可采用卷积码或分组码作为级联信道编码的分量码。

如图10(a)所示，本实施例采用并行级联信道编码的编码调制方法，在实施例1-3的步骤S1中进一步包括步骤：

B1.1对信息比特进行第一分量码的编码，得到第一编码比特；

B1.2对信息比特进行比特交织后进行第二分量码编码，得到第二编码比特；

B1.3合并第一编码比特及第二编码比特，得到编码比特。

如图10(b)所示，本实施例的采用串行级联信道编码的编码调制方法，在实施例1-3的步骤S1中进一步包括步骤：

C1.1对信息比特进行第一分量码编码，得到第一编码比特；

C1.2对第一编码比特进行比特交织，得到交织比特；

C1.3对交织比特进行第二分量码编码，得到第二编码比特，即为编码比特。

其中，分量码可以为卷积码或分组码。优选卷积码作为分量码，第一分量码的卷积码是基本码率为1/k₁的凿孔卷积码，并提供多种凿孔选项，不同的凿孔选项可以提供不同的第一编码速率rate₁；第二分量码的卷积码是1/k₂的凿孔反馈卷积码，并提供一种凿孔选项，凿孔选项提供极高的第二编码速率rate₂，接近或等于1，k₁、k₂为大于1的正整数。

实施例5

对于BICM-ID系统，接收端需要进行迭代解映射和解码，在吞吐能力要求很高时，必然要求并行操作；BICM系统在吞吐能力要求很高时，也要求并行操作。星座映射和解映射的每个星座点或每个星座点对应的符号可以独立运算，具有天然的并行特征；比特交织也可以设计成并行比特交织，因此BICM和BICM-ID系统吞吐能力的瓶颈在于信道编解码。

传统BICM和BICM-ID系统的信道编码通常选用卷积码；实施例4分量码通常采用卷积码。然而，迭代解码过程中卷积码的解码通常是串行操作，因此极大限制了系统的吞吐能力。

如图11(a)和11(b)，分别表示本实施例提出的两种BICM和BICM-ID系统发射端编码调制方框图，采用具有并行特征的分量码组取代传统的单个分量码，其中，图11(a)表示采用并行级联信道编码的系统方框图，图11(b)表示采用串行级联信道编码的系统方框图。

如图12(a)所示，本实施例的采用并行级联信道编码的编码调制方法，在实施例1-3的步骤S1中进一步包括步骤：

B1.1对信息比特进行第一分量码组的编码，得到第一编码比特；

B1.2对信息比特进行比特交织后进行第二分量码组编码，得到第二编码比特；

B1.3合并第一编码比特及第二编码比特，得到编码比特。

如图12(b)所示，本实施例的采用串行级联信道编码的编码调制方法，在实施例1-3的步骤S1进一步包括步骤：

C1.1对信息比特进行第一分量码组编码，得到第一编码比特；

C1.2对第一编码比特进行比特交织，得到交织比特；

C1.3对交织比特进行第二分量码组编码，得到第二编码比特，即为编码比特。

其中，分量码组由多个分量码并行组成，分量码组的每个分量码可以是卷积码或分组码。分量码组的每个分量码的码长、码率、和码的结构可以独立进行配置。

分量码组的每个分量码优选卷积码，并且在采用串行级联信道编码的编码调制系统中，第一分量码组的每个分量码的码长、码率、生成多项式和凿孔选项独立进行配置；第二分量码组的每个分量码的码长、码率相同，生成多项式和凿孔选项独立进行配置；第二分量码组的每个分量码的码率接近或等于1。

本实施例用分量码组取代传统单个分量码的技术简称为并行编码技术，接收端对应并行解码技术。根据本专业的基本知识，并行编码也可以直接应用于图8(a)和8(b)所示的BICM和BICM-ID系统发射端的编码调制系统。

如图13，表示本实施例提出的具有并行特征的分量码组示意图，分量码组由N个分量码组成，N是大于1的整数。显然，在发射端，分量码组的多个分量码可以同时进行编码；在接收端，分量码组的多个分量码可以同时进行解码，因此信道编解码具有并行特征，可显著提高系统的吞吐能力。

通常来说，采用并行编码技术后，分量码组的每个分量码长度必然相应地变短，其差错控制能力受到限制，但是对于采用比特交织技术与接收端迭代解映射和解码技术的BICM-ID系统，其整体可以看做是一个信道编码码字，整体码长并未受影响。对于采用卷积码的BICM-ID系统，如果采用并行编码技术，即将卷积码分块并且每一个分块都使得其状态归零，则整个系统的误码性能较不采用并行编码技术的系统没有任何损失，反而可以有所提高。同时，采用并行编码技术后，每个分量码的码率、码长、和码的结构等均可以单独配置，增加了编码调制系统的整体优化空间，对BICM-ID系统尤为有益。

基于上述考虑，并考虑到卷积码在码率、码长和码的结构等方面具有的灵活选项，本实施例提出采用卷积码作为分量码的分量码组构造方法。

如图14，表示本实施例提出的一种以卷积码作为分量码的分量码组，该分量码组由N个卷积码组成，N是大于1的整数；并且N个卷积码的码长、码率、生成多项式、和凿孔位置等独立设置；并且N个卷积码的状态是否归零也独立设置。显然，N个卷积码的码长、码率、生成多项式、凿孔位置、和是否归零等选项可以相同也可以不同。

实施例6

传统的BICM-ID系统通常选择卷积码作为实施例4和5中的信道编码(即外码)、级联信道编码的分量码、或级联信道编码的分量码组的分量码，主要原因在于卷积码具有软信息传递方面的优势，适于软入软出的信道解码。但是对卷积码进行信道解码时没有停止迭代的可靠条件，因此在迭代解映射和解码时，需要预设最高迭代次数，并且总是按最高迭代次数进行迭代解映射和解码，即使信道条件很好时也是如此，从而带来极大的运算资源浪费。因此，本实施例在上述实施例的步骤S1中提出一种带校验的卷积编码方法，用于BICM和BICM-ID系统。

如图15，表示带校验的卷积编码方框图，包括步骤：

D1.1对信息比特进行校验编码，得到校验比特；

D1.2校验比特与信息比特一起进行卷积编码，得到带校验的卷积编码作为分量码或分量码组的每个分量码。

其中，校验编码的选项包括但不限于奇偶校验编码、CRC编码、BCH分组编码、和RS分组编码。

本实施例提出的带校验的卷积编码可以直接用于替换上述实施例的分量码或分量码组的每个分量码，例如实施例4、5中的步骤B1.1、B1.2、C1.1、或C1.3的分量码或分量码组的每个分量码，即可得到新的BICM和BICM-ID系统。

实施例7

结合实施例1至6提出的APSK星座映射、高维类高斯映射、星座旋转、通用实数(符号)交织、级联信道编码、并行编码、和带校验的卷积编码，如图16为依照本发明一种实施方式的用于数字通信系统发射端的编码调制方法，该方法包括以下步骤：

S1.对输入信息比特进行信道编码及比特交织，得到编码比特；

S2.对编码比特进行M点APSK星座映射或M点K维类高斯星座映射，得到星座映射符号，其中，M为大于1的正整数，K为正整数；

S3.对星座映射符号进行星座旋转，得到星座旋转符号；

S4.对星座旋转符号进行维数转换，得到第一一维实数符号；

S5.对第一一维实数符号进行通用实数交织，得到第二一维实数符号；

S6.对第二一维实数符号进行维数转换，得到编码调制符号；

根据现有技术，步骤S2的K维类高斯星座映射可以推广至任意K维星座映射，包括类高斯星座映射和规则的星座映射。步骤S2得到的星座映射符号、步骤S3得到的星座旋转符号、或者步骤S6得到的编码调制符号均可以直接作为输出符号，送给数字通信系统发射端的后续模块。

步骤S2中M点APSK星座映射的星座图具有如下特征：星座点位于复数空间的一个或多个圆环上；每个圆环上的点均匀分布，且位于所有圆环的总点数为M，其中，圆环定义为距离复数空间原点的欧式距离相同的点的集合；M点K维类高斯星座映射的星座图具有如下特征：星座点位于K维实数空间的一个或多个超球面上；每个超球面上的点均匀分布，且位于所有超球面的总点数为M，其中，超球面定义为距离K维实数空间原点的欧式距离相同的点的集合。

步骤S3中星座旋转具有如下特征：将输入的K维实数向量(即K维实数符号)进行矩阵变换，得到输出的K维实数向量(即K维实数符号)，其中变换矩阵优选为正交矩阵，并且变换矩阵也可以选择为单位矩阵(即不旋转)，其中K为正整数。

对APSK星座映射，步骤S3中星座旋转具有如下特征：对APSK星座图的每个圆环进行独立的预定角度的旋转，每个圆环的预定角度可以相同也可以不同。

对K维类高斯星座映射，步骤S3中星座旋转具有如下特征：对K维星座图的每个超球面进行独立的预定角度向量的旋转，每个超球面的预定角度向量可以相同也可以不同，角度向量的维数为K-1维，其中，K为大于1的正整数。

如图17(a)、17(b)、和17(c)，步骤S1的信道编码及比特交织的具体步骤如下：

A1.1对信息比特进行信道编码；

A1.2对信道编码输出的比特进行比特交织，得到编码比特(即交织后比特)；

其中，步骤A1.1信道编码可以是卷积码、分组码、LDPC码、串行级联信道编码、或并行级联信道编码；

或者，步骤S1所述的信道编码及比特交织的具体步骤如下：

F1.1对信息比特进行第一分量码或第一分量码组编码，得到第一编码比特；

F1.2对信息比特进行比特交织后进行第二分量码或第二分量码组编码，得到第二编码比特；

F1.3将第一编码比特和第二编码比特合并得到编码比特；

或者，步骤S1所述的信道编码及比特交织的具体步骤如下：

G1.1对信息比特进行第一分量码或第一分量码组的编码，得到第一编码比特；

G1.2对第一编码比特进行比特交织，得到交织比特；

G1.3对交织比特进行第二分量码或第二分量码组的编码，得到第二编码比特，第二编码比特就是编码比特；

其中，分量码可以是卷积码或分组码；分量码组由多个分量码并行组成，分量码组的每个分量码可以是卷积码或分组码。

步骤G1.1和G1.3中第一分量码或者第二分量码，当分量码为卷积码时，具有如下特征：

第一分量码采用基本码率为1/k₁的凿孔卷积码，并提供多种凿孔选项，实现多码率；

第二分量码采用基本码率为1/k₂的凿孔反馈卷积码，提供一种凿孔选项，其码率接近或等于1；

第一分量码和第二分量码的码率、生成多项式、是否归零、和凿孔选项独立进行配置。

对步骤G1.1的第一分量码组或者步骤G1.3的第二分量码组，当分量码组的每个分量码为卷积码时，具有如下特征：

第一分量码组的每个分量码为卷积码，其码长、码率、生成多项式、是否归零、和凿孔选项独立进行配置；

第二分量码组的每个分量码为卷积码，其码长和码率相同，生成多项式和凿孔选项独立进行配置；

第二分量码组的每个分量码的码率接近或等于1。

对步骤F1.1和F1.2以及步骤G1.1和G1.3中的分量码或分量码组，分量码或者分量码组的每个分量码为带校验的卷积码(简称校验卷积编码)，具体编码步骤如下：信息比特首先经过校验编码得到校验比特；校验比特和信息比特一起进行卷积编码得到分量码输出比特；

其中校验编码的选项包括但不限于奇偶校验编码、CRC编码、BCH分组编码、和RS分组编码。

实施例8

结合实施例1至6提出的APSK星座映射、高维类高斯星座映射、星座旋转、通用实数(符号)交织、级联信道编码、并行编码、和带校验的卷积编码，以及实施例7提出的一种编码调制方法，参照图18的方框图，本实施例提出一种用于数字通信系统发射端的编码调制系统，该系统包括：

控制模块100，根据外部配置信息产生其它模块所需的控制信号和时序信号，其中控制信号包括参数配置信号。

编码与交织模块200，用于对输入信息比特进行信道编码以及比特交织，得到编码比特。本实施例中的该模块可进一步包括：第一编码单元201，用于对信息比特进行第一分量码或第一分量码组编码，得到第一编码比特；比特交织单元202，用于对第一编码比特进行比特交织，得到交织比特；第二编码单元203，用于对交织比特进行第二分量码或第二分量码组的编码，得到第二编码比特，即为编码比特。第一编码单元201首先对输入信息比特进行串并转换，然后进行N路带校验的卷积编码(简称校验卷积编码)，最后将N路编码后的比特经并串转换后送给交织单元202，其中，N为正整数，取值由外部控制信号确定，N个校验卷积编码的参数，包括校验码参数、卷积码码长码率、卷积码生成多项式、卷积码凿孔位置，均由外部控制信号确定；N＝1时，分量码组蜕化为分量码；交织单元202对第一编码单元201输出的比特进行交织，并将结果送给第二编码单元203；第二编码单元203对交织单元202输出的比特进行串并转换，然后进行J路卷积编码，最后将J路编码后的比特合并后送给星座映射模块300，其中，J为正整数，取值由外部控制信号确定，J个卷积码的参数，包括码长、码率、生成多项式、和凿孔位置，由外部控制信号确定。编码与交织模块200也可进一步包括：第一编码单元，用于对信息比特进行第一分量码或第一分量码组的编码，得到第一编码比特；第二编码单元，用于对信息比特进行比特交织后进行第二分量码或第二分量码组编码，得到第二编码比特；合并单元，用于合并第一编码比特及第二编码比特，得到编码比特。

星座映射模块300，用于对编码比特进行M点K维类高斯星座映射，得到星座映射符号，即K维实数向量，其中M为大于1的正整数，K为正整数。具体地，将第二编码单元203输出的编码比特映射成K维实数向量(即K维实数符号)，其中，K取值由外部控制信号确定，并且K维类高斯星座映射的星座图和星座点映射方式由外部控制信号确定；K＝2时，K维类高斯星座映射蜕化为二维APSK星座映射。

星座旋转模块400，用于对K维实数向量进行星座旋转，得到星座旋转符号。

第一维数转换模块500，用于对星座旋转符号进行维数转换，得到第一一维实数符号。

通用实数交织模块600，用于对第一一维实数符号进行通用实数交织，得到第二一维实数符号，显然，其输入输出均为一维实数符号。

第二维数转换模块700，用于对所述第二一维实数符号进行维数转换，得到编码调制符号，并输出。

其中，维数转换将输入的K_in维实数符号转换为输出的K_out维实数符号，其中K_in和K_out均为正整数，取值由外部控制信号确定。

如果外部配置信息是固定的，则本实施例的编码调制系统对应参数固定的实现装置。需要注意的是，不进行校验编码是第一编码单元的一个特例，此时不产生校验比特。

实施例9

如图19，本实施例提出一种依照本发明一种实施方式的对应实施例8所述编码调制系统的解调解码方法，该方法包括步骤：

E1.初始化，设置最大迭代次数，设置当前迭代次数为1，初始化信道解码反馈的外部比特软信息，接收外部输入的包含信道状态信息的接收符号，其中接收符号经过了相位校正(即只有幅度衰落，此时信道状态信息为实数)；

E2.对外部输入的包含信道状态信息的接收符号进行维数转换，得到第二一维实数符号；

E3.对第二一维实数符号进行通用实数解交织得到第一一维实数符号；

E4.对第一一维实数符号进行维数转换，得到星座解映射所需的K维实数符号；

E5.结合外部的星座旋转信息、星座图信息、星座点映射方式、和内部的信道解码反馈的外部比特软信息，对所述K维实数符号进行星座解映射，得到第一比特软信息；

E6.对第一比特软信息进行第二分量码或第二分量码组解码，得到第二比特软信息；

E7.对第二比特软信息进行比特软信息解交织，得到第三比特软信息；

E8.对第三比特软信息进行第一分量码或第一分量码组解码，得到外部比特软信息，经过比特软信息交织后反馈到步骤E5，并得到输出信息比特和校验比特，进行校验；

E9.如果校验成功或者迭代次数已满，则停止迭代，输出信息比特，否则，迭代次数加一，返回步骤E5。

根据本发明提出的方法设计了两个BICM-ID系统的编码调制方案，如下表所示：

参与比较的方案为：3GPP组织的LTE V8.1版本的Turbo编码调制方案(简称LTE V8.1方案)和DVB-T2标准的LDPC编码调制方案(简称DVB-T2方案)。LTE V8.1方案的具体参数为：64QAM星座映射、2/3码率Turbo码、码长7200比特。DVB-T2方案的具体参数为：64QAM星座映射、2/3码率LDPC码、码长64800比特。为了公平比较衰落信道下的编码调制性能，LTE V8.1方案和DVB-T2方案的符号交织也采用通用实数交织。比较结果如下表所示，其中，SNR表示信噪比，BER表示比特错误率，BLER表示码字错误率。由于DVB-T2方案码字很长，因此未列出码字错误率结果。需要指出的是：四个待比较方案的频谱效率相同。

表中可以看出，无论是AWGN信道还是独立瑞利衰落信道，无论是以BER还是以BLER作为性能指标，无论是256APSK还是64APSK星座映射，无论是1/2码率还是2/3码率，根据本发明技术提出的方案1和2均优于LTE的V8.1方案，并且性能提高是可观的。

本发明提出的方案1和2，其码长仅为DVB-T2码长的1/9和约1/7，并且解调解码端迭代次数只是DVB-T2方案迭代次数的1/2，因此复杂度大大低于DVB-T2方案；但是，可以看出，无论是AWGN信道还是独立瑞利衰落信道，无论是256APSK还是64APSK星座映射，无论是1/2码率还是2/3码率，根据本发明技术提出的方案1和2均优于DVB-T2方案，并且性能提高是可观的。性能提升的原因之一在于APSK星座映射显著减小了Shaping损失；原因之二在于采用了迭代解映射和解码，减小了独立解映射带来的信息传输率损失。

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 (23)

1.一种编码调制方法，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，得到编码比特；

S2.对所述编码比特进行M点K维类高斯星座映射，得到星座映射符号，即K维实数向量，其中M为大于1的正整数，K为正整数。

2.如权利要求1所述的编码调制方法，其特征在于，

当K＝1时，所述K维类高斯星座映射为一维非均匀M点PAM脉冲幅度调制星座映射；

当K＝2时，所述K维类高斯星座映射为二维M点APSK幅度相移键控星座映射。

3.如权利要求1所述的编码调制方法，其特征在于，所述M点K维类高斯星座映射的星座图特征如下：星座点均匀分布于K维实数空间的一个或多个超球面上，且位于所有超球面上的点的总数为M，所述超球面为距离所述K维实数空间原点的欧氏距离相同的点的集合。

4.如权利要求2所述的编码调制方法，其特征在于，所述二维M点APSK幅度相移键控星座映射的星座图特征如下：星座点均匀分布于复数空间的一个或多个圆环上，且位于所有圆环上的点的点数为M，所述圆环为距离所述复数空间原点的欧式距离相同的点的集合。

5.如权利要求1所述的编码调制方法，其特征在于，所述步骤S2后，直接输出所述星座映射符号，或进行如下步骤：

S3.对所述K维实数向量进行星座旋转，得到星座旋转符号。

6.如权利要求5所述的编码调制方法，其特征在于，所述星座旋转方法为：使用满轶矩阵对所述K维实数向量进行矩阵变换，所述满轶矩阵包括正交矩阵，所述正交矩阵包括单位矩阵。

7.如权利要求3或5所述的编码调制方法，其特征在于，所述星座旋转方法为：对所述每个超球面进行独立的预定角度向量的旋转，所述每个超球面的预定角度向量相同或不同，所述角度向量的维数为K-1维。

8.如权利要求4或5所述的编码调制方法，其特征在于，所述星座旋转的方法为：对所述每个圆环进行独立的预定角度的旋转，每个圆环的预定角度相同或不同。

9.如权利要求5所述的编码调制方法，其特征在于，所述步骤S3后，将所述星座旋转符号直接输出，或进行如下步骤：

S4.对所述星座旋转符号进行维数转换，得到第一一维实数符号；

S5.对所述第一一维实数符号进行通用实数交织，得到第二一维实数符号；

S6.对所述第二一维实数符号进行维数转换，得到编码调制符号，并输出。

10.如权利要求9所述的编码调制方法，其特征在于，所述维数转换将输入的K_in维实数向量转换为K_out维实数向量，其方法为，将N_in个K_in维实数向量每一维上所有的共N_inK_in个实数符号重新组成N_out个K_out维实数向量，其中，N_inK_in＝N_outK_out，K_in和K_out为正整数。

11.如权利要求1所述的编码调制方法，其特征在于，步骤S1进一步包括：

B1.1对所述信息比特进行第一分量码或第一分量码组编码，得到第一编码比特；

B1.2对所述信息比特进行比特交织后进行第二分量码或第二分量码组编码，得到第二编码比特；

B1.3合并所述第一编码比特及第二编码比特，得到编码比特。

12.如权利要求1所述的编码调制方法，其特征在于，步骤S1进一步包括：

C1.1对所述信息比特进行第一分量码或第一分量码组编码，得到第一编码比特；

C1.2对所述第一编码比特进行比特交织，得到交织比特；

C1.3对所述交织比特进行第二分量码或第二分量码组编码，得到第二编码比特，即为编码比特。

13.如权利要求11或12所述的编码调制方法，其特征在于，所述分量码为卷积码或分组码；所述分量码组由多个分量码并行组成，所述分量码组的每个分量码为卷积码或分组码。

14.如权利要求12所述的编码调制方法，其特征在于，

所述第一分量码为基本码率为1/k₁的凿孔卷积码，并提供多种凿孔选项，实现多码率；

所述第二分量码为基本码率为1/k₂的凿孔反馈卷积码，并提供一种凿孔选项，码率接近或等于1；

k₁、k₂为大于1的正整数。

15.如权利要求12所述的编码调制方法，其特征在于，

所述第一分量码组的每个分量码为卷积码，其码长、码率、生成多项式和凿孔选项独立进行配置；

所述第二分量码组的每个分量码为卷积码，其码长、码率相同，生成多项式和凿孔选项独立进行配置；

所述第二分量码组的每个分量码的码率接近或等于1。

16.如权利要求11或12所述的编码调制方法，其特征在于，步骤B1.1、步骤B1.2、步骤C1.1、或步骤C1.3所述的分量码或分量码组的每个分量码采用带校验的卷积编码，其具体编码步骤如下：

D1.1对所述信息比特进行校验编码，得到校验比特；

D1.2所述校验比特与所述信息比特一起进行卷积编码，得到分量码输出比特。

17.如权利要求16所述的编码调制方法，其特征在于，所述校验编码包括奇偶校验编码、CRC编码、BCH分组编码、以及RS分组编码。

18.一种编码调制系统，其特征在于，该系统包括：

编码与交织模块，用于对输入信息比特进行信道编码及比特交织，得到编码比特；

星座映射模块，用于对所述编码比特进行M点K维类高斯星座映射，得到星座映射符号，即K维实数向量，其中M、K均为大于1的正整数。

19.如权利要求18所述的编码调制系统，其特征在于，该系统还包括：

星座旋转模块，用于对所述K维实数向量进行星座旋转，得到星座旋转符号。

20.如权利要求19所述的编码调制系统，其特征在于，该系统还包括：

第一维数转换模块，用于对所述星座旋转符号进行维数转换，得到第一一维实数符号；

通用实数交织模块，用于对所述第一一维实数符号进行通用实数交织，得到第二一维实数符号；

第二维数转换模块，用于对所述第二一维实数符号进行维数转换，得到编码调制符号，并输出。

21.如权利要求18所述的编码调制系统，其特征在于，所述编码与交织模块进一步包括：

第一编码单元，用于对所述信息比特进行第一分量码或第一分量码组编码，得到第一编码比特；

第二编码单元，用于对所述信息比特进行比特交织后进行第二分量码或第二分量码组编码，得到第二编码比特；

合并单元，用于合并所述第一编码比特及第二编码比特，得到编码比特。

22.如权利要求18所述的编码调制系统，其特征在于，所述编码与交织模块进一步包括：

第一编码单元，用于对所述信息比特进行第一分量码或第一分量码组编码，得到第一编码比特；

比特交织单元，用于对所述第一编码比特进行比特交织，得到交织比特；

第二编码单元，用于对所述交织比特进行第二分量码或第二分量码组编码，得到第二编码比特，即为编码比特。

23.一种解调解码方法，其特征在于，该方法包括步骤：

E1.初始化，设置最大迭代次数，设置当前迭代次数为1，初始化信道解码反馈的外部比特软信息为零，接收外部输入的包含信道状态信息的经过了相位校正的接收符号；

E2.对所述接收符号进行维数转换，得到第二一维实数符号；

E3.对所述第二一维实数符号进行通用实数解交织，得到第一一维实数符号；

E4.对所述第一一维实数符号进行维数转换，得到星座解映射所需的K维实数符号；

E5.结合外部的星座旋转信息、星座图信息、星座点映射方式、以及内部的信道解码反馈的外部比特软信息，对所述K维实数符号进行星座解映射，得到第一比特软信息；

E6.对所述第一比特软信息进行第二分量码或第二分量码组解码，得到第二比特软信息；

E7.对所述第二比特软信息进行比特软信息解交织，得到第三比特软信息；

E8.对所述第三比特软信息进行第一分量码或第一分量码组解码，得到外部比特软信息，经过比特软信息交织后反馈到E5，并得到输出信息比特和校验比特，进行校验；

E9.如果校验成功或者迭代次数已满，则停止迭代，输出信息比特，否则，迭代次数加一，返回E5。

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