CN102244556B - 多维星座图的构造方法、编码调制、解调解码方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多维星座图的构造方法以及基于该星座图的编码调制系统和解调解码系统。所述多维星座图为K维星座图，所述构造方法包括步骤：取M点K₀＜K维星座图；对所述K₀维星座图进行维数扩展，得到K₀L维星座图；对所述K₀L维星座图进行星座旋转，得到K₀L维旋转星座图；从K₀L维旋转星座图得到K维星座图。本发明的构造方法简单；使用多维星座图的系统能显著减小Shaping损失、提高系统的分集阶数，以获得衰落信道下的分集增益；使用该构造方法的接收端的整体性能在中低频谱效率和多种信道条件下均可逼近信道容量。

Description

多维星座图的构造方法、编码调制、解调解码方法及系统

技术领域

本发明涉及数字信息传输技术领域，尤其涉及一种多维星座图的构造方法以及基于该星座图的编码调制系统和解调解码系统。

背景技术

星座映射是一种数字调制技术。星座映射的过程，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)、或更高维的实数空间。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，其中，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(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。

BICM-ID(Bit-Interleaved Coded Modulation with IterativeDecoding，比特交织编码调制迭代译码)是一种典型的编码调制技术，由Xiaodong Li等人和Ten Brink等人于1998年独立提出。因为在AWGN(Additive White Gaussian Noise，加性高斯白噪声)信道和衰落信道下都有优异的性能，BICM-ID技术自从被提出以来，一直受到学术界和产业界的广泛关注。但是，传统的BICM-ID系统通常需要采用高阶星座映射以搜索最优的星座点映射方式，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。为了兼顾低频谱效率的需求，一种方法是在BICM-ID系统中采用低码率的外码。但外码的码率一般情况下是受限的，不可能非常低，不能很好地满足低频谱效率的需求。另一种方法就是采用多维星座映射，多维星座映射在兼顾低频谱效率的同时，还可以提供更多星座点映射方式的选择，以便搜索最佳的星座点映射方式，达到与外码匹配的效果。

衰落信道下分集阶数的提高能够增大信道容量，比特交织提高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则受到星座图的限制。信号空间分集(Signal Space Diversity，SSD)技术最先由J.Boutros提出，结合适当的星座图旋转可有效地提高星座映射和解映射的分集阶数。SSD技术的基本操作为：将经过星座旋转后信号的每一维坐标进行交织，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技术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，结合多维星座映射及其星座旋转，可以进一步提高系统的分集阶数，从而获得在衰落信道下的分集增益和容量增益。

目前最为常见并得到广泛应用的星座图主要有一维实数空间的PAM(Pulse Amplitude Modulation，脉冲幅度调制)，二维实数空间的QAM(Quadrature Amplitude Modulation，正交幅度调制)、PSK(PhaseShift Keying，相移键控)。受星座图形状的约束，其输出均不服从高斯分布，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，这种损失称为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。目前的Shaping技术主要包括两类，一类是采用非等概星座映射，另一类是采用非均匀星座图。对于采用非等概星座映射的Shaping技术，主要技术手段是通过Shaping Code，使得低能量的星座点出现的概率大，而高能量的星座点出现的概率小，从而使得在均匀星座图的情况下，输出信号更接近高斯分布。对于采用非均匀星座图的Shaping技术，基本思路是使星座图中低能量的星座点数多而高能量的星座点数少，从而使得在等概映射的情况下输出信号更接近高斯分布。这种能够减小Shaping损失的非均匀星座图也被称为类高斯星座图。

综上，现有的BICM-ID技术存在的缺陷如下：多维类高斯星座图构造复杂；无法满足低频谱效率的需求；星座点映射方式受限；分集阶数受到输出符号限制；Shaping损失大。

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：通过简单地构造多维星座图来显著减小系统的Shaping损失，提高系统的分集阶数，以获得衰落信道下的分集增益和更高分集阶数，并使得接收端的整体性能在中低频谱效率和多种信道条件下均可逼近信道容量。

(二)技术方案

针对现有技术的不足，提供了一种多维星座图的构造方法，所述多维星座图为K维星座图，其中K为大于2的整数，包括以下步骤：

S01.取M点二维类高斯星座图，M为大于1的整数，所述二维类高斯星座图表示在该星座图限制下的信道容量高于M点QAM星座图限制下的信道容量的星座图；

S02.对所述二维星座图进行维数扩展，得到2L维星座图，其中，当K为偶数时，取L＝K/2，K为奇数时，选择L＝K；

S03.对所述2L维星座图进行星座旋转，得到2L维旋转星座图；

其中，在步骤S02中，所述维数扩展的方法是取所述二维星座图的L次笛卡尔积，得到的该2L维星座图用集合的方式表示为

χ_(2L)＝{(x₁，y₁，x₂，y₂…，x_L，y_L)|(x₁，y₁)∈χ₍₂₎，(x₂，y₂)∈χ₍₂₎，…，(x_L，y_L)∈χ₍₂₎}，

其中χ_(2L)代表所述2L维星座图，χ₍₂₎代表所述二维星座图，χ_(2L)包含M^L个星座点，每一个星座点对应一个2L维实数向量；

当K为偶数时，K＝2L，在执行步骤S03之后直接得到K维星座图；当K为奇数时，K＝L，在执行所述步骤S03之后继续执行如下步骤：

S04.将所述2L维旋转星座图拆分为两个K维星座图；

其中，步骤S04中，所述2L维旋转星座图包含M^K个星座点，每个星座点对应一个2K维实数向量，拆分方法为：取每个2K维实数向量的任意K维分量构成第一K维实数向量，取余下的K维分量构成第二K维实数向量，M^K个所述第一K维实数向量和M^K个所述第二K维实数向量分别构成两个K维星座图。

本发明还提供了一种多维星座图的构造方法，所述多维星座图为K维星座图，其中K为大于1的整数，包括以下步骤：

S05.取M点K₀维类高斯星座图，M为大于1的整数，K₀为小于K的正整数，所述K₀维类高斯星座图表示在该星座图限制下的信道容量高于M点K₀维PAM星座图限制下的信道容量的星座图；

S06.对所述K₀维星座图进行维数扩展，得到K₀L维星座图，选择K＝K₀L；

S07.对所述K₀L维星座图进行星座旋转，得到K＝K₀L维旋转星座图；

其中，在步骤S06中，所述维数扩展的方法是取所述K₀维星座图的L次笛卡尔积，得到的该K₀L维星座图用集合的方式表示为

${\mathrm{\χ}}_{\left(K_{0}L\right)}=\{(x_1^{\left(1\right)},x_2^{\left(1\right)},...,x_{K_0}^{\left(1\right)},...,x_1^{\left(L\right)},x_2^{\left(L\right)},..,x_{K_0}^{\left(L\right)})$

$|(x_1^{\left(1\right)},x_2^{\left(1\right)},...,x_{K_0}^{\left(1\right)})\∈{\mathrm{\χ}}_{\left(K_0\right)},...,(x_1^{\left(L\right)},x_2^{\left(L\right)},...,x_{K_0}^{\left(L\right)})\∈{\mathrm{\χ}}_{\left(K_0\right)}\},$

其中

代表所述K₀L维星座图，

代表所述K₀维星座图，

包含M^L个星座点，每一个星座点对应一个K₀L维实数向量。

其中，在步骤S03或S07中，所述星座旋转的方法为使用满秩矩阵对所述2L维或K₀L维实数向量进行矩阵变换。

其中，所述满秩矩阵为正交矩阵。

本发明还提供了一种基于上述多维星座图的编码调制方法，该编码调制方法包括步骤：

S08.对输入信息比特进行信道编码和比特交织，得到编码与交织后的比特，称为编码交织比特；

S09.按照所述多维星座图和预设的星座点映射方式，对编码交织比特进行多维星座映射，得到多维星座映射符号；

S10.对所述多维星座映射符号进行坐标组合、符号交织和维数转换，得到编码与调制后的符号，称为编码调制符号，并输出，所述坐标组合、符号交织和维数转换的执行顺序任意。

在步骤S10中，所述坐标组合是将输入的N个K₁维实数向量重新组合为输出的N个K₁维实数向量，N和K₁为大于1的整数，且N≥K₁，具体方法为：将N个K₁维实数向量每一维上所有的共NK₁个实数坐标，重新排序之后组成输出的N个K₁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K₁维分量分散到K₁个不同的输出实数向量中。

在步骤S10中，所述符号交织是通用的K₂维符号交织，其方法为，将输入的K₂维符号序列，重新排序之后，得到输出的K₂维符号序列，K₂为正整数。

在步骤S10中，所述维数转换是将输入的K_in维实数向量转换为K_out维实数向量，具体方法为，将N_in个K_in维实数向量每一维上所有的共K_inN_in个实数坐标重新组成N_out个K_out维实数向量，其中，N_inK_in＝N_outK_out，K_in和K_out均为正整数。

本发明还提供了一种基于上述多维星座图的编码调制系统，该编码调制系统包括：

编码交织模块，用于对输入信息比特进行信道编码和比特交织，得到编码与交织后的比特，称为编码交织比特；

星座映射模块，用于按照所述多维星座图和预设的星座点映射方式，对编码交织比特进行多维星座映射，得到多维星座映射符号；

编码调制模块，用于对所述多维星座映射符号进行坐标组合、符号交织和维数转换，得到编码与调制后的符号，称为编码调制符号，并输出，所述坐标组合、符号交织和维数转换的执行顺序任意。

本发明还提供了一种基于上述多维星座图的解调解码方法，该解调解码方法与所述编码调制方法对应，该解调解码方法包括步骤：

S11.设置最大迭代次数，并设置当前迭代次数为1，初始化信道解码反馈的解码后的比特软信息为零，接收外部输入的经过信道状态信息校正的接收符号；

S12.对所述接收符号进行维数逆转换、符号解交织和坐标解组合，得到星座解映射所需的解坐标交织符号，所述维数逆转换、符号解交织和坐标解组合的顺序与所述编码调制方法中步骤S10中的维数转换、符号交织和坐标组合的顺序相反；

S13.按照所述编码调制方法中的所述K维星座图和预设的星座点映射方式，以及所述信道解码反馈的解码后的比特软信息，对所述解坐标交织符号进行星座解映射，得到解映射后的比特软信息，称为解映射比特软信息；

S14.对所述解映射比特软信息进行比特软信息解交织和信道解码，得到新的解码后的比特软信息，将所述新的解码后的比特软信息经过再交织后反馈到步骤S13中，并对所述解码后的比特软信息进行判决得到输出信息比特；

S15.如果信道解码成功或者迭代次数达到预设的最大迭代次数，则停止迭代，输出信息比特，否则，迭代次数加一，返回步骤S10。

本发明还提供了一种基于所述多维星座图的解调解码系统，该解调解码系统包括：

初始化模块，用于设置最大迭代次数，并设置当前迭代次数为1，初始化信道解码反馈的解码后的比特软信息为零，接收外部输入的经过信道状态信息校正的接收符号；

解坐标交织模块，用于对所述接收符号进行维数逆转换、符号解交织和坐标解组合，得到星座解映射所需的解坐标交织符号，所述维数逆转换、符号解交织和坐标解组合的顺序与所述编码调制方法中步骤S10中的维数转换、符号交织和坐标组合的顺序相反；

星座解映射模块，用于按照所述编码调制方法中的K维星座图和预设的星座点映射方式，以及所述信道解码反馈的解码后的比特软信息，对所述解坐标交织符号进行星座解映射，得到解映射后的比特软信息，称为解映射比特软信息；

信道解码模块，用于对所述解映射比特软信息进行比特软信息解交织和信道解码，得到新的解码后的比特软信息，将所述新的解码后的比特软信息经过再交织后反馈到所述星座解映射模块中，并得到输出信息比特；如果信道解码成功或者迭代次数达到预设的最大迭代次数，则停止迭代，输出信息比特，否则，迭代次数加一，返回星座解映射模块继续进行星座解映射。

(三)有益效果

本发明的技术方案通过使用低维类高斯星座图经过维数扩展来构造多维类高斯星座图，构造方法简单；通过使用多维类高斯星座图，能够在中低频谱效率下提供更多的星座点映射方式以便和外码匹配，并能显著减小Shaping损失；发射端(编码调制系统)通过结合坐标组合和符号交织，可以达到坐标交织的目的，从而提高系统的分集阶数，以获得衰落信道下的分集增益；发射端通过结合坐标交织和星座旋转，有效地提高衰落信道下的分集阶数；接收端(解调解码系统)采用BICM-ID迭代解调解码方法，使得接收端的整体性能在中低频谱效率和多种信道条件下均可逼近信道容量。

附图说明

图1为本发明实施例的多维类高斯星座图的构造方法流程图；

图2为本发明实施例的基于多维类高斯星座图的编码调制方法流程图；

图3为本发明实施例的基于多维类高斯星座图的解调解码方法流程图；

图4为现有技术中的规则16QAM星座图；

图5为现有技术中的一种NU-16QAM星座图；

图6为本发明实施例1的构造方法中选择的一种二维16APSK星座图；

图7为利用本发明实施例1的构造方法构造的一种4D-16APSK星座图的示意图；

图8显示了16QAM、NU-16QAM星座图以及利用本发明实施例1的构造方法所得到的R4D-16APSK星座图在AWGN信道下的最大信息传输率；

图9为本发明实施例2的构造方法中选择的一种二维8APSK星座图；

图10为本发明实施例3的采用多维类高斯星座图的BICM-ID发射端的编码调制方法流程图；

图11为本发明实施例3的采用多维类高斯星座图的BICM-ID接收端的解调解码方法流程图；

图12示出了本发明实施例4的一种采用多维类高斯星座图的BICM-ID系统的误码性能。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

首先需要说明的是，本发明中所指的Shaping技术属于背景技术中所提及的“采用非均匀星座图”这一类，但不同于传统的非均匀PAM(称为NU-PAM，其中NU代表非均匀)星座图，也不同于由传统NU-PAM直接推广得到的多维NU-PAM(称为KD-NU-PAM，其中K代表维数)星座图。本发明中的星座图为一种多维类高斯星座图，该类高斯星座图也就是背景技术中提到的非均匀星座图，此星座图较KD-NU-PAM星座图有着更好的Shaping增益。一般情况下，很难直接构造高Shaping增益的多维星座图，而本发明的多维类高斯星座图通过低维类高斯星座图(如二维APSK)经过维数扩展和星座旋转得到，构造方法简单，且有益效果显著。

如图1所示，依照本发明实施方式的K维(K为大于2的整数)类高斯星座图的构造方法包括步骤：

S01.取M点二维类高斯星座图，M为大于1的整数，所述二维类高斯星座图表示在该星座图限制下的信道容量高于M点QAM星座图限制下的信道容量的星座图；

该二维类高斯星座图包括但不限于二维APSK星座图。

S02.对所述二维类高斯星座图进行维数扩展，得到2L维星座图，其中，当K为偶数时，选择L＝K/2，K为奇数时，选择L＝K。

传统的1D-PAM(一维脉冲幅度调制)星座图经过维数扩展可以推广得到LD-PAM(L维脉冲幅度调制)星座图，LD-PAM星座图是1D-PAM星座图的L次笛卡尔积，最为常见的例子就是将一维PAM星座图扩展成二维QAM星座图，如图4所示。由于一个复数对应一个二维实数向量，所以，如果将二维星座图看作一维复数星座图，2L维星座图看作L维复数星座图，则所述二维星座图到2L维星座图的维数扩展方式就可以看作是复数的一维星座图到复数的L维星座图的扩展，其扩展方法与1D-PAM到LD-PAM的扩展方法一致。

所述2L维星座图是所述二维类高斯星座图的L次笛卡尔积，用集合的方式表示为

χ_(2L)＝{(x₁，y₁，x₂，y₂…，x_L，y_L)|(x₁，y₁)∈χ₍₂₎，(x₂，y₂)∈χ₍₂₎，…，(x_L，y_L)∈χ₍₂₎}

其中χ_(2L)代表所述2L维星座图，χ₍₂₎代表所述二维类高斯星座图。χ_(2L)包含M^L个星座点，每一个星座点对应一个2L维实数向量。

S03.对所述2L维星座图进行星座旋转，得到2L维旋转星座图。

所述2L维星座图可以看作是L维复数星座图，由于它是通过一维复数星座图直接扩展得到的，所以每一个复数维度相互独立，通过星座旋转可以打破各个复数维度之间的独立性，结合坐标交织能够有效地提高对应的编码调制系统在衰落信道下的分集阶数。

星座旋转的方法为：使用变换矩阵(即星座旋转矩阵)R对2L维实数向量α进行矩阵变换，得到新的2L维实数向量β，即

其中，α＝(α₁ α₂…α_2L)是星座旋转前的2L维实数向量，β＝(β₁ β₂…β_2L)是星座旋转后的2L维实数向量。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2L维分量经线性组合得到。变换矩阵R优选为满秩矩阵，并且为了保证星座旋转前后符号的平均能量及空间结构特性的一致，变换矩阵R优选为正交矩阵，例如可以选择2L维实数空间中一组单位正交基的2L个正交向量作为变换矩阵R的2L行或2L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。

当K为偶数时，K＝2L，在执行步骤S03之后直接得到K维星座图；当K为奇数时，K＝L，在执行所述步骤S03之后继续执行如下步骤：

S04.将所述2L维旋转星座图拆分为两个K维类高斯星座图。

其中，所述2L维旋转星座图包含M^K个星座点，每个星座点对应一个2K维实数向量。拆分方法为：取每个2K维实数向量的任意K维分量构成第一K维实数向量，取余下的K维分量构成第二K维实数向量，所述M^K个第一K维实数向量和M^K个第二K维实数向量分别构成两个K维类高斯星座图。

依照本发明实施方式的K维(K为大于1的整数)类高斯星座图的构造方法包括步骤：

S05.取M点K₀维类高斯星座图，M为大于1的整数，K₀为小于K的整数，所述K₀维类高斯星座图表示在该星座图限制下的信道容量高于M点K₀维PAM星座图限制下的信道容量的星座图；

S06.对所述K₀维星座图进行维数扩展，得到K₀L维星座图，选择K＝K₀L；

S07.对所述K₀L维星座图进行星座旋转，得到K＝K₀L维旋转星座图；

其中，在步骤S06中，所述维数扩展的方法是取所述K₀维星座图的L次笛卡尔积，得到的该K₀L维星座图用集合的方式表示为

${\mathrm{\χ}}_{\left(K_{0}L\right)}=\{(x_1^{\left(1\right)},x_2^{\left(1\right)},...,x_{K_0}^{\left(1\right)},...,x_1^{\left(L\right)},x_2^{\left(L\right)},..,x_{K_0}^{\left(L\right)})$

$|(x_1^{\left(1\right)},x_2^{\left(1\right)},...,x_{K_0}^{\left(1\right)})\∈{\mathrm{\χ}}_{\left(K_0\right)},...,(x_1^{\left(L\right)},x_2^{\left(L\right)},...,x_{K_0}^{\left(L\right)})\∈{\mathrm{\χ}}_{\left(K_0\right)}\},$

其中代表所述K₀L维星座图，

代表所述K₀维星座图，包含M^L个星座点，每一个星座点对应一个K₀L维实数向量。该方法通过低维(K₀维)星座图扩展得到K维星座图，只要K₀＜K即可，这是对前面由二维星座图扩展得到K维星座图的方法的一种自然延伸，但要求K必须为K₀的整数倍。后面的实施例仅以二维星座图作为低维星座图的典型代表对该方法予以说明。

定义频谱效率r为平均每个符号每个维度传输的信息比特数，单位为“比特每符号每维度(bits/sym/dim)”。对码率为rate的信道编码和M点的K维等概星座图，频谱效率为

r＝rate*log₂(M)/K(bits/sym/dim)。

因此，若码率rate相同，M点的K₀维星座图和M^L点的K₀L维星座图具有相同的频谱效率rate*log₂(M)/K₀，或者说在码率和频谱效率相同的情况下，多维星座图具有更大的星座点集合。所以，在相同频谱效率，尤其是中低频谱效率时，多维星座图能够提供更多的星座点映射方式，以便搜索最优的星座点映射方式与外码匹配。

如图2所示，依照本发明一种实施方式的基于多维类高斯星座图的编码调制方法包括步骤：

S08.对输入信息比特进行信道编码及比特交织，得到编码与交织后的比特，称为编码交织比特。

其中，信道编码方法包括但不限于奇偶校验码、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、串行级联信道编码、并行级联信道编码、或以上各种编码的组合。

S09.按照所述多维类高斯星座图和预设的星座点映射方式，对编码交织比特进行多维星座映射，得到多维星座映射符号。

S10.对所述多维星座映射符号进行坐标组合、符号交织和维数转换，得到编码调制后的符号，称为编码调制符号，并输出，所述坐标组合、符号交织和维数转换的执行顺序任意。

其中，所述坐标组合将输入的N个K₁维实数向量重新组合为输出的N个K₁维实数向量，其方法为，将N个K₁维实数向量每一维上所有的共NK₁个实数坐标，重新排序之后组成输出的N个K₁维实数向量，其中，N和K₁为大于1的整数。一般地，取N≥K₁，并且在坐标组合的过程中，使得每一个输入实数向量的K₁维分量分散到K₁个不同的输出实数向量中。经过坐标组合，原本属于同一个符号的各维分量(即坐标)被分散到相邻的不同符号中，但是相邻的符号之间仍然可能存在相关性。经过符号交织，可以消除相邻符号之间的相关性。于是，原本应该经历相同衰落的属于同一个符号的各维分量变得相互独立，可以经历不同的衰落。所以坐标组合结合符号交织可以达到坐标交织的目的，从而提高系统的分集阶数，以获得衰落信道下的分集增益。

其中，所述符号交织是通用的K₂维符号交织，其方法为，将输入的K₂维符号序列，按照一定规则重新排序之后，得到输出的K₂维符号序列，K₂为正整数。

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K_inN_in个实数坐标重新组成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。

本发明还提供了一种基于上述多维星座图的编码调制系统，该编码调制系统包括：

编码交织模块，用于对输入信息比特进行信道编码和比特交织，得到编码与交织后的比特，称为编码交织比特；

星座映射模块，用于按照所述多维星座图和预设的星座点映射方式，对编码交织比特进行多维星座映射，得到多维星座映射符号；

编码调制模块，用于对所述多维星座映射符号进行坐标组合、符号交织和维数转换，得到编码与调制后的符号，称为编码调制符号，并输出，所述坐标组合、符号交织和维数转换的执行顺序任意。

如图3所示，依照本发明一种实施方式的基于多维类高斯星座图的解调解码方法包括步骤：

S11.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解码后的比特软信息(也就是解码器输出的比特软信息，因此也称为解码后的比特软信息)为零，接收外部输入的经过信道状态信息校正的接收符号；

S12.对所述接收符号进行维数逆转换、符号解交织和坐标解组合，得到星座解映射所需的解坐标交织符号，所述维数逆转换、符号解交织和坐标解组合的顺序与所述编码调制方法中步骤S10中的维数转换、符号交织和坐标组合的顺序相反；

S13.按照所述编码调制方法中的所述K维星座图和预设的星座点映射方式，以及所述信道解码反馈的解码后的比特软信息，对所述解坐标交织符号进行星座解映射，得到解映射后的比特软信息，称为解映射比特软信息；

S14.对解映射比特软信息进行比特软信息解交织和信道解码，得到新的解码后的比特软信息，将所述新的解码后的比特软信息经过再交织后反馈到步骤S13中，并对所述解码后的比特软信息进行判决得到输出信息比特；

S15.如果信道解码成功或者迭代次数达到设置的最大迭代次数，则停止迭代，输出信息比特，否则，迭代次数加一，返回步骤S10。

本发明还提供了一种基于所述多维星座图的解调解码系统，该解调解码系统包括：

初始化模块，用于设置最大迭代次数，并设置当前迭代次数为1，初始化信道解码反馈的解码后的比特软信息为零，接收外部输入的经过信道状态信息校正的接收符号；

解坐标交织模块，用于对所述接收符号进行维数逆转换、符号解交织和坐标解组合，得到星座解映射所需的解坐标交织符号，所述维数逆转换、符号解交织和坐标解组合的顺序与所述编码调制方法中步骤S10中的维数转换、符号交织和坐标组合的顺序相反；

星座解映射模块，用于按照所述编码调制方法中的K维星座图和预设的星座点映射方式，以及所述信道解码反馈的解码后的比特软信息，对所述解坐标交织符号进行星座解映射，得到解映射后的比特软信息，称为解映射比特软信息；

信道解码模块，用于对所述解映射比特软信息进行比特软信息解交织和信道解码，得到新的解码后的比特软信息，将所述新的解码后的比特软信息经过再交织后反馈到所述星座解映射模块中，并得到输出信息比特；如果信道解码成功或者迭代次数达到预设的最大迭代次数，则停止迭代，输出信息比特，否则，迭代次数加一，返回星座解映射模块继续进行星座解映射。

以下举例说明本发明的方法。

实施例1由二维16APSK星座图构造256点四维类高斯星座图：

本实施例提出一种依照本发明的实施方式构造256点四维类高斯星座图的方法，其步骤包括：

A1.选择二维16APSK星座图，如图6所示。

所述二维16APSK星座图的所有星座点集合具体为χ_16APSK＝{X₁，X₂，X₃，X₄，X₅，X₆，X₇，X₈，X₉，X₁₀，X₁₁，X₁₂，X₁₃，X₁₄，X₁₅，X₁₆}，其中

X₁＝(x₁，y₁)＝(0.7660，0.3173)      X₂＝(x₂，y₂)＝(-0.3173，0.7660)

X₃＝(x₃，y₃)＝(-0.3173，0.7660)     X₄＝(x₄，y₄)＝(-0.7660，0.3173)

X₅＝(x₅，y₅)＝(-0.7660，-0.3173)    X₆＝(x₆，y₆)＝(-0.3173，-0.7660)

X₇＝(x₇，y₇)＝(0.3173，-0.7660)     X₈＝(x₈，y₈)＝(0.7660，-0.3173)

X₉＝(x₉，y₉)＝(1.2870，1.2870)      X₁₀＝(x₁₀，y₁₀)＝(0.0000，1.8200)

X₁₁＝(x₁₁，y₁₁)＝(-1.2870，1.2870)  X₁₂＝(x₁₂，y₁₂)＝(-1.8200，0.0000)

X₁₃＝(x₁₃，y₁₃)＝(-1.2870，-1.2870) X₁₄＝(x_14，14)＝(0.0000，-1.8200)

X₁₅＝(x₁₅，y₁₅)＝(1.2870，-1.2870)  X₁₆＝(x₁₆，y₁₆)＝(1.8200，0.0000)

上述星座图是归一化星座图，即每符号每维度的平均功率为一。

A2.对步骤A1的16APSK星座图进行维数扩展，得到四维星座图，该星座图中每一个星座点对应一个四维实数向量(等效为二维复数向量)。所述四维星座图的所有星座点具体为

χ_4D-16APSK＝{α_i，j＝(x_i，y_i，x_j，y_j)|i＝1，2，…，16，j＝1，2，…，16}。

A3.对步骤A2得到的四维星座图进行星座旋转，得到四维旋转星座图。所述星座旋转的方法具体为使用满秩矩阵对所述四维实数向量进行矩阵变换，这里的满秩矩阵取归一化四阶Hadamard矩阵

$H_4=\frac{1}{2}\left[\begin{array}{cccc}1& 1& 1& 1\\ 1& -1& 1& -1\\ 1& 1& -1& -1\\ 1& -1& -1& 1\end{array}\right].$

经过旋转后，星座点由α_i，j变成β_i，j，即

α_i，j＝(x_i，y_i，x_j，y_j)→β_i，j＝(a_i，j，b_i，j，c_i，j，d_i，j)，

其中i＝1，2，...，16，j＝1，2，...，16。旋转后的星座图为

χ_R4D-16APSK＝{β_i，j＝(a_i，j，b_i，j，c_i，j，d_i，j)|i＝1，2，…，16，j＝1，2，…，16}，

所述旋转后的星座图即是所需构造的四维类高斯星座图。

传统的APSK星座图是一种二维类高斯星座图，或者说是一维复数空间的类高斯星座图，可以利用幅度和相位两个自由度调整星座点分布。本实施例中步骤A1的二维16APSK(如图6所示)通过优化星座点分布可以很好地逼近理想高斯分布，所以，通过它构造的四维星座图(称为四维16APSK星座图，或4D-16APSK星座图)也能够逼近理想高斯分布，从而减小Shaping损失。图7是4D-16APSK的一个示意图，图中的横坐标轴和纵坐标轴均代表复数轴，图中的每一个星座点都是四维星座点，这些星座点在横坐标轴或纵坐标轴上的投影构成二维16APSK星座图。4D-16APSK星座图经过星座旋转得到旋转的4D-16APSK星座图(称为R4D-16APSK星座图，R代表旋转)，该星座图是一种多维类高斯星座图，能够有效地减小Shaping损失，最终获得逼近信道容量的传输性能。

QAM星座图是目前最为常用的星座图，相当于2D-PAM星座图；非均匀QAM(记为NU-QAM，NU代表non-uniform(非均匀))是对QAM的改进，它也是一种类高斯星座图，相当于2D-NU-PAM。如图4所示，为规则的16QAM星座图，如图5所示，为NU-16QAM星座图，图4和图5中星座点的坐标均经过平均功率归一化，即每个符号每维度的平均功率为一。NU-16QAM比16QAM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。

在码率rate相同的情况下，R4D-16APSK星座图与16QAM、NU-16QAM星座图具有相同的频谱效率2*rate(bits/sym/dim)。为了展示本发明所提出的多维类高斯星座图的性能，本实施例将R4D-16APSK星座图分别与一种规则16QAM星座图、一种NU-16QAM星座图的性能进行比较。如图8所示，示出了AWGN信道下对应图4的16QAM、图5的NU-16QAM星座图和R4D-16APSK星座图的最大信息传输率，横坐标为信噪比，单位是dB，纵坐标为最大信息传输率，单位是比特每符号每维度。图8中还给出了对应理想高斯输入的信道容量。可以看出，在4dB～10dB的信噪比范围内，R4D-16APSK的信息传输率明显优于16QAM，也优于NU-16QAM，而Shaping损失大大减小。

实施例2由二维8APSK星座图构造512点三维类高斯星座图：

本实施例提出一种依照本发明的实施方式构造512点三维类高斯星座图的方法，其步骤包括：

B1.选择二维8APSK星座图，如图9所示。

所述二维8APSK星座图的所有星座点集合具体为χ_8APSK＝{X₁，X₂，X₃，X₄，X₅，X₆，X₇，X₈}，其中

X₁＝(x₁，y₁)＝(0.5863，0.5863)       X₂＝(x₂，y₂)＝(-0.5863，0.5863)

X₃＝(x₃，y₃)＝(-0.5863，-0.5863)     X₄＝(x₄，y₄)＝(0.5863，-0.5863)

X₅＝(x₅，y₅)＝(0.0000，1.8200)       X₆＝(x₆，y₆)＝(-1.8200，0.0000)

X₇＝(x₇，y₇)＝(0.0000，-1.8200)      X₈＝(x₈，y₈)＝(1.8200，0.0000)

上述星座图是归一化星座图，即每符号每维度的平均功率为一。

B2.对步骤B1中的8APSK星座图进行维数扩展，得到六维星座图，该星座图中每一个星座点对应一个六维实数向量。所述六维星座图的所有星座点集合表示为

χ_6D-8APSK＝{α_i，j，k＝(x_i，y_i，x_i，y_j，x_k，y_k)|i＝1，2，…，8，j＝1，2，…，8，k＝1，2，…，8}。

B3.对步骤B2得到的六维星座图进行星座旋转，得到六维旋转星座图。所述星座旋转的方法为使用满秩矩阵对所述六维实数向量进行矩阵变换，这里选择的满秩矩阵为

$\frac{1}{2\sqrt{3}}\left[\begin{array}{cccccc}2& 0& 2& 0& 2& 0\\ 0& 2& 0& 2& 0& 2\\ 2& 0& -1& \sqrt{3}& 1& -\sqrt{3}\\ 0& 2& -\sqrt{3}& -1& \sqrt{3}& 1\\ 2& 0& 1& -\sqrt{3}& -1& \sqrt{3}\\ 0& 2& \sqrt{3}& 1& -\sqrt{3}& -1\end{array}\right].$

经过旋转后，星座点由α_i，j，k变成β_m，即

α_i，j，k＝(x_i，y_i，x_j，y_j，x_k，y_k)→β_m＝(a_m，b_m，c_m，d_m，e_m，f_m)，

其中i＝1，2，...，8，j＝1，2，...，8，k＝1，2，...，8，m＝64(i-1)+8(j-1)+k。旋转后的星座图为

χ_R6D-8APSK＝{β_m＝(a_m，b_m，c_m，d_m，e_m，f_m)|m＝1，2，…，512}。

B4.将步骤B3得到的六维旋转星座图拆分为两个三维类高斯星座图，其拆分方法为：取χ_R6D-8APSK中的每一个星座点β_m的任意三维分量构成第一三维星座点

取余下的三维分量构成第二三维星座点

其中m＝1，2，...，512，集合

和

分别构成两个三维类高斯星座图。

特别地，可以取β_m的第一至第三维分量构成第一三维星座点

取第四至第六维分量构成第二三维星座点

即

实施例3采用多维类高斯星座图的BICM-ID方法及系统：

本实施例提出了一种依照本发明一种实施方式的采用多维类高斯星座图的BICM-ID方法。为了使得BICM-ID系统能够在中低频谱效率下，同时在AWGN和衰落信道下提供逼近香农极限的性能，本实施例提出在BICM-1D编码调制系统中采用多维类高斯星座图，同时结合信号空间分集(SSD)技术，包括星座旋转技术和坐标交织技术。

该BICM-ID系统发射端的编码调制方法包括步骤：

C01.对输入信息比特进行信道编码及比特交织，得到编码与交织后的比特，称为编码交织比特；

C02.对步骤C01的编码交织比特进行K维类高斯星座映射，得到K维类高斯星座映射符号；

本实施例还提出一种适于多维星座图的坐标交织技术，对步骤C02得到的所述K维类高斯星座映射符号进行如下操作：

C03.对步骤C02的K维类高斯星座映射符号进行坐标组合，得到重组符号；

C04.对步骤C03的重组符号进行符号交织，得到坐标交织符号；

C05.对步骤C04坐标交织符号进行维数转换，得到编码调制符号并输出。

图10所示为采用多维类高斯星座图并结合SSD技术的BICM-ID系统发射端的编码调制系统框图。待传输信息比特先经过编码交织模块进行信道编码和比特交织，接着在星座映射模块进行K维类高斯星座映射，然后在坐标组合模块进行坐标组合，随后在符号交织模块进行符号交织，最后在维数转换模块进行维数转换得到所需维度的信号(通常是二维实数信号)，并发送给发射端的后续模块。

该编码调制方法中：

1)步骤C01中的信道编码包括奇偶校验码、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、串行级联信道编码、并行级联信道编码、或以上各种编码的组合。

2)根据系统的需要，步骤C03坐标组合、C04符号交织和C05维数转换之间的顺序可以互相交换，一共有六种可能的顺序：

C03→C04→C05；C03→C05→C04；C04→C03→C05；

C04→C05→C03；C05→C03→C04；C05→C04→C03；

无论采用何种顺序，都能够达到坐标交织以及维数转换的目的。

BICM-ID系统接收端的解调解码方法包括步骤：

C06.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解码后的比特软信息为零，接收外部输入的经过信道状态信息校正的接收符号；

C07.对步骤C06的接收符号进行维数逆转换，得到K维实数符号；

C08.对步骤C07的K维实数符号进行符号解交织，得到解交织符号；

C09.对步骤C08的解交织符号进行坐标解组合，得到星座解映射所需的解坐标交织符号；

C10.按照步骤C02中的K维星座图和预设的星座点映射方式，以及所述信道解码反馈的解码后的比特软信息，对步骤C09的解坐标交织符号进行星座解映射，得到解映射后的比特软信息，称为解映射比特软信息；

C11.对步骤C10的解映射比特软信息进行比特软信息解交织和信道解码，得到新的解码后的比特软信息，并对所述解码后的比特软信息进行判决得到输出信息比特；

C12.将步骤C11的解码后的比特软信息经过比特软信息再交织后反馈到步骤C10；

C13.如果信道解码成功或者迭代次数达到设置的最大迭代次数，则停止迭代，输出信息比特，否则，迭代次数加一，返回C10。

图11所示为采用多维类高斯星座图并结合SSD技术的BICM-ID系统接收端的解调解码系统框图。在接收端，经过信道信息校正的接收信号在维数逆转换模块中转换成K维实数信号(与发射端的C05对应)，再经过符号解交织模块进行符号解交织(与发射端的C04对应)，然后在坐标解组合模块中完成坐标解组合(与发射端的C03对应)，随后在星座解映射模块中进行星座解映射，得到解映射比特软信息，接着在解交织解码模块中对解映射比特软信息进行解交织和解码，并将得到的解码后的比特软信息反馈给星座解映射模块，最后控制模块进行判断，如果信道解码成功或者迭代次数达到最大值，则停止迭代，输出信息比特，否则返回C10。

该解调解码方法中：

1)根据系统方案需要，步骤C07维数逆转换、C08坐标解组合、C09符号解交织之间的顺序可以互相交换，其顺序与编码调制系统中与它们相对应的C05、C04、C03的顺序相反；

2)步骤C10的星座解映射和步骤C11的信道解码通过步骤C11的解交织和步骤C12的再交织形成一个环路，迭代进行。

实施例4：

为了进一步显示本发明提出的采用多维类高斯星座图并结合SSD技术的BICM-ID系统的性能优势，本实施例给出一个采用R4D-16APSK星座图的带有各项具体参数的BICM-ID系统，并给出该系统的误码性能。

该BICM-ID系统中，编码调制方法包括步骤：

D1.对输入信息比特进行信道编码及比特交织，得到编码与交织后的比特，称为编码交织比特。

该系统采用的信道编码采用码率为1/2的系统反馈卷积码RSC(2，[7，5]，7)，通过打孔得到码率为2/3的卷积码，码长取15360。其中，RSC(v，G_r，G)表示反馈卷积码，v代表寄存器级数，G_r代表前馈多项式，G代表反馈多项式，多项式均以八进制数表示。比特交织采用S-伪随机交织。Doping码字采用码率为1的2状态系统卷积码，Doping率设为50，即每50个信息比特的第50个被校验比特取代；

D2.对步骤D1得到的编码交织比特进行四维类高斯星座映射，得到四维类高斯星座映射符号。

该系统采用的四维类高斯星座图为R4D-16APSK星座图，即实施例1中的四维类高斯星座图，其星座点映射方式如下：

0C→β(1，1)    4C→β(1，2)    FC→β(1，3)    F8→β(1，4)     B3→β(1，5)

33→β(1，6)    13→β(1，7)    53→β(1，8)    C4→β(1，9)     75→β(1，10)

FF→β(1，11)   76→β(1，12)   F2→β(1，13)   94→β(1，14)    C9→β(1，15)

E0→β(1，16)   8C→β(2，1)    CC→β(2，2)    EC→β(2，3)     B0→β(2，4)

B2→β(2，5)    32→β(2，6)    12→β(2，7)    73→β(2，8)     44→β(2，9)

55→β(2，10)   FE→β(2，11)   36→β(2，12)   F6→β(2，13)    84→β(2，14)

D9→β(2，15)   A0→β(2，16)   D1→β(3，1)    51→β(3，2)     91→β(3，3)

B1→β(3，4)    90→β(3，5)    92→β(3，6)    93→β(3，7)     D3→β(3，8)

40→β(3，9)    15→β(3，10)   EE→β(3，11)   B6→β(3，12)    09→β(3，13)

80→β(3，14)   59→β(3，15)   AC→β(3，16)   C1→β(4，1)     01→β(4，2)

11→β(4，3)    31→β(4，4)    3D→β(4，5)    7D→β(4，6)     7F→β(4，7)

81→β(4，8)    41→β(4，9)    05→β(4，10)   BE→β(4，11)    B4→β(4，12)

19→β(4，13)   00→β(4，14)   5D→β(4，15)   A8→β(4，16)    E1→β(5，1)

21→β(5，2)    20→β(5，3)    30→β(5，4)    39→β(5，5)     79→β(5，6)

7E→β(5，7)    A1→β(5，8)    49→β(5，9)    25→β(5，10)    BA→β(5，11)

F4→β(5，12)   1D→β(5，13)    BF→β(5，14)    5C→β(5，15)     E9→β(5，16)

61→β(6，1)    69→β(6，2)     29→β(6，3)     28→β(6，4)      38→β(6，5)

C6→β(6，6)    46→β(6，7)     4E→β(6，8)     4D→β(6，9)      2D→β(6，10)

CD→β(6，11)   D4→β(6，12)    1C→β(6，13)    9F→β(6，14)     58→β(6，15)

E8→β(6，16)   60→β(7，1)     68→β(7，2)     78→β(7，3)      7A→β(7，4)

3A→β(7，5)    E6→β(7，6)     66→β(7，7)     64→β(7，8)      45→β(7，9)

6D→β(7，10)   CF→β(7，11)    D6→β(7，12)    E3→β(7，13)     9D→β(7，14)

48→β(7，15)   EA→β(7，16)    2C→β(8，1)     6C→β(8，2)      7C→β(8，3)

FA→β(8，4)    BB→β(8，5)     3B→β(8，6)     1B→β(8，7)      E4→β(8，8)

C5→β(8，9)    65→β(8，10)    DF→β(8，11)    56→β(8，12)     F3→β(8，13)

95→β(8，14)   C8→β(8，15)    E2→β(8，16)    CA→β(9，1)      4A→B(9，2)

6A→β(9，3)    62→β(9，4)     72→β(9，5)     52→β(9，6)      5A→β(9，7)

DA→β(9，8)    C2→β(9，9)     D5→β(9，10)    F7→β(9，11)     8D→β(9，12)

D2→β(9，13)   85→β(9，14)    D8→β(9，15)    C0→β(9，16)     63→β(10，1)

67→β(10，2)   27→β(10，3)    07→β(10，4)    03→β(10，5)     02→β(10，6)

22→β(10，7)   23→β(10，8)    43→β(10，9)    77→β(10，10)    6E→β(10，11)

37→β(10，12)  42→β(10，13)   04→β(10，14)   A3→β(10，15)    5B→β(10，16)

C3→β(11，1)   B9→β(11，2)    F9→β(11，3)    F1→β(11，4)     F5→β(11，5)

FD→β(11，6)   82→β(11，7)    83→β(11，8)    BD→β(11，9)     06→β(11，10)

AE→β(11，11)  B5→β(11，12)   0A→β(11，13)   10→β(11，14)    A2→β(11，15)

3C→β(11，16)  3E→β(12，1)    34→β(12，2)    35→β(12，3)     24→β(12，4)

DB→β(12，5)   FB→β(12，6)    7B→β(12，7)    3F→β(12，8)     CB→β(12，9)

A5→β(12，10)  BC→β(12，11)   A4→β(12，12)   18→β(12，13)    EF→β(12，14)

5F→β(12，15)  A9→β(12，16)   8F→β(13，1)    AF→β(13，2)     2F→β(13，3)

2E→β(13，4)   26→β(13，5)    A6→β(13，6)    86→β(13，7)     87→β(13，8)

B7→β(13，9)   AD→β(13，10)   2A→β(13，11)   D0→β(13，12)    14→β(13，13)

96→β(13，14)  A7→β(13，15)   ED→β(13，16)   F0→β(14，1)     0F→β(14，2)

0B→β(14，3)   2B→β(14，4)    AB→β(14，5)    8B→β(14，6)     74→β(14，7)

70→β(14，8)   4F→β(14，9)    0D→β(14，10)   4B→β(14，11)    54→β(14，12)

EB→β(14，13)  9B→β(14，14)   50→(14，15)     71→β(14，16)    8E→β(15，1)

9E→β(15，2)   DE→β(15，3)    DC→β(15，4)    9C→β(15，5)     98→β(15，6)

88→β(15，7)   8A→β(15，8)    CE→β(15，9)    6F→β(15，10)    DD→β(15，11)

5E→β(15，12)  E7→β(15，13)   99→β(15，14)   08→β(15，15)    AA→β(15，16)

B8→β(16，1)   47→β(16，2)    57→β(16，3)    17→β(16，4)     16→β(16，5)

1E→β(16，6)   1A→β(16，7)    9A→β(16，8)    C7→(16，9)       D7→β(16，10)

97→β(16，11)  89→β(16，12)   0E→β(16，13)   6B→β(16，14)    E5→β(16，15)1F→β(16，16)

其中，对于XX→β(i，j)，XX是用十六进制表示的编码交织比特，β(i，j)代表星座点β_i，j(i＝1，2，...，16，j＝1，2，...，16)。

D3.对步骤D2的四维星座映射符号进行坐标组合，得到重组符号。

坐标组合将输入的四个四维星座映射符号βⁱ，βⁱ⁺¹，βⁱ⁺²，βⁱ⁺³重新组合为输出的四个四维重组符号γⁱ，γⁱ⁺¹，γⁱ⁺²，γⁱ⁺³，其中的上标表示先后的时序。坐标组合的具体方法如下所示：

$\begin{array}{c}{\mathrm{\β}}^i=(a^i,b^i,c^i,d^i)\\ {\mathrm{\β}}^{i+1}=(a^{i+1},b^{i+1},c^{i+1},d^{i+1})\\ {\mathrm{\β}}^{i+2}=(a^{i+2},b^{i+2},c^{i+2},d^{i+2})\\ {\mathrm{\β}}^{i+3}=(a^{i+3},b^{i+3},c^{i+3},d^{i+3})\end{array}\⇒\begin{array}{c}{\mathrm{\γ}}^i=(a^i,b^{i+1},c^{i+2},d^{i+3})\\ {\mathrm{\γ}}^{i+1}=(a^i,b^{i+2},c^{i+3},d^i)\\ {\mathrm{\γ}}^{i+2}=(a^{i+2},b^{i+3},c^i,d^{i+1})\\ {\mathrm{\γ}}^{i+3}=(a^{i+3},b^i,c^{i+1},d^{i+2})\end{array}.$

由上式可以看出，原本属于符号βⁱ的各维分量aⁱ，bⁱ，cⁱ，dⁱ分别分散到重组符号γⁱ，γⁱ⁺¹，γⁱ⁺²，γⁱ⁺³中；原本属于符号βⁱ⁺¹的各维分量aⁱ⁺¹，bⁱ⁺¹，cⁱ⁺¹，dⁱ⁺¹也分别分散到重组符号γⁱ⁺¹，γⁱ，γⁱ⁺³，γⁱ⁺²中；原本属于符号βⁱ⁺²的各维分量aⁱ⁺²，bⁱ⁺²，cⁱ⁺²，dⁱ⁺²也分别分散到重组符号γⁱ⁺²，γⁱ⁺¹，γⁱ，γⁱ⁺³中；原本属于符号βⁱ⁺³的各维分量aⁱ⁺³，bⁱ⁺³，cⁱ⁺³，dⁱ⁺³也分别分散到重组符号γⁱ⁺³，γⁱ⁺²，γⁱ⁺¹，γⁱ中。

D4.对步骤D3的重组符号进行符号交织，得到坐标交织符号。

D5.对步骤D4的坐标交织符号进行维数转换，得到编码调制符号并输出。

为了与发射端需要输出的二维实数向量进行接口，设置了维数转换步骤。维数转换将输入的四维实数向量转换为二维实数向量，其操作为，将N₁个四维实数向量每一维上的所有实数坐标(共4N₁个)重新组成N₂个二维实数向量，其中，2N₁＝N₂，N₁、N₂为正整数。

接收端采用实施例3所述的解调解码方法，其中的具体参数与发射端的编码调制方法对应，最大迭代次数设置为36。该BICM-ID系统的误码性能如图12所示。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于多维星座图的编码调制方法，所述多维星座图为K维星座图，其中K为大于1的整数，该多维星座图的构造方法包括以下步骤：

A1.取M点K₀维类高斯星座图，M为大于1的整数，K₀为小于K的正整数，所述K₀维类高斯星座图表示在该星座图限制下的信道容量高于M点K₀维PAM星座图限制下的信道容量的星座图；

A2.对所述K₀维类高斯星座图进行维数扩展，得到K₀L维星座图，选择K=K₀L；所述维数扩展的方法是取步骤A1中所述K₀维类高斯星座图的L次笛卡尔积，得到的该K₀L维星座图用集合的方式表示为

${\mathrm{\χ}}_{\left(K_{0}L\right)}=\{(x_1^{\left(1\right)},x_2^{\left(1\right)},...,x_{K_0}^{\left(1\right)},...,x_1^{\left(L\right)},x_2^{\left(L\right)},...,x_{K_0}^{\left(L\right)})$

$|(x_1^{\left(1\right)},x_2^{\left(1\right)},...,x_{K_0}^{\left(1\right)})\∈{\mathrm{\χ}}_{\left(K_0\right)},...,(x_1^{\left(L\right)},x_2^{\left(L\right)},...,x_{K_0}^{\left(L\right)}){\∈\mathrm{\χ}}_{\left(K_0\right)}\},$

其中

代表所述K₀L维星座图，

代表所述K₀维类高斯星座图，

包含ML个星座点，每一个星座点对应一个K₀L维实数向量；

A3.对所述K₀L维星座图进行星座旋转，得到K=K₀L维旋转星座图；

其特征在于，该编码调制方法包括以下步骤：

S1.对输入信息比特进行信道编码和比特交织，得到编码与交织后的比特，称为编码交织比特；

S2.按照所述多维星座图和预设的星座点映射方式，对编码交织比特进行多维星座映射，得到多维星座映射符号；

S3.对所述多维星座映射符号进行坐标组合、符号交织和维数转换，得到编码与调制后的符号，称为编码调制符号，并输出，所述坐标组合、符号交织和维数转换的执行顺序任意。

2.如权利要求1所述的编码调制方法，其特征在于，步骤S3中，所述坐标组合是将输入的N个K₁维实数向量重新组合为输出的N个K₁维实数向量，N和K₁为大于1的整数，且N≥K₁，具体方法为：将N个K₁维实数向量每一维上所有的共NK₁个实数坐标，重新排序之后组成输出的N个K₁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K₁维分量分散到K₁个不同的输出实数向量中。

3.如权利要求2所述的编码调制方法，其特征在于，步骤S3中，所述符号交织是通用的K₂维符号交织，其方法为，将输入的K₂维符号序列，重新排序之后，得到输出的K₂维符号序列，K₂为正整数。

4.如权利要求3所述的编码调制方法，其特征在于，步骤S3中，所述维数转换是将输入的K_in维实数向量转换为K_out维实数向量，具体方法为，将N_in个K_in维实数向量每一维上所有的共K_inN_in个实数坐标重新组成N_out个K_out维实数向量，其中，N_inK_in=N_outK_out，K_in和K_out均为正整数。

5.一种基于多维星座图的编码调制系统，所述多维星座图为K维星座图，其中K为大于1的整数，该多维星座图的构造方法包括以下步骤：

B1.取M点K₀维类高斯星座图，M为大于1的整数，K₀为小于K的正整数，所述K₀维类高斯星座图表示在该星座图限制下的信道容量高于M点K₀维PAM星座图限制下的信道容量的星座图；

B2.对所述K₀维类高斯星座图进行维数扩展，得到K₀L维星座图，选择K=K₀L；所述维数扩展的方法是取步骤B1中所述K₀维类高斯星座图的L次笛卡尔积，得到的该K₀L维星座图用集合的方式表示为

${\mathrm{\χ}}_{\left(K_{0}L\right)}=\{(x_1^{\left(1\right)},x_2^{\left(1\right)},...,x_{K_0}^{\left(1\right)},...,x_1^{\left(L\right)},x_2^{\left(L\right)},...,x_{K_0}^{\left(L\right)})$

$|(x_1^{\left(1\right)},x_2^{\left(1\right)},...,x_{K_0}^{\left(1\right)})\∈{\mathrm{\χ}}_{\left(K_0\right)},...,(x_1^{\left(L\right)},x_2^{\left(L\right)},...,x_{K_0}^{\left(L\right)}){\∈\mathrm{\χ}}_{\left(K_0\right)}\},$

其中

代表所述K₀L维星座图，

代表所述K₀维类高斯星座图，

包含ML个星座点，每一个星座点对应一个K₀L维实数向量；

B3.对所述K₀L维星座图进行星座旋转，得到K=K₀L维旋转星座图；

其特征在于，该编码调制系统包括：

编码交织模块，用于对输入信息比特进行信道编码和比特交织，得到编码与交织后的比特，称为编码交织比特；

星座映射模块，用于按照所述多维星座图和预设的星座点映射方式，对编码交织比特进行多维星座映射，得到多维星座映射符号；

编码调制模块，用于对所述多维星座映射符号进行坐标组合、符号交织和维数转换，得到编码与调制后的符号，称为编码调制符号，并输出，所述坐标组合、符号交织和维数转换的执行顺序任意。

6.一种基于多维星座图的解调解码方法，所述多维星座图为K维星座图，其中K为大于1的整数，该多维星座图的构造方法包括以下步骤：

C1.取M点K₀维类高斯星座图，M为大于1的整数，K₀为小于K的正整数，所述K₀维类高斯星座图表示在该星座图限制下的信道容量高于M点K₀维PAM星座图限制下的信道容量的星座图；

C2.对所述K₀维类高斯星座图进行维数扩展，得到K₀L维星座图，选择K=K₀L；所述维数扩展的方法是取步骤C1中所述K₀维类高斯星座图的L次笛卡尔积，得到的该K₀L维星座图用集合的方式表示为

${\mathrm{\χ}}_{\left(K_{0}L\right)}=\{(x_1^{\left(1\right)},x_2^{\left(1\right)},...,x_{K_0}^{\left(1\right)},...,x_1^{\left(L\right)},x_2^{\left(L\right)},...,x_{K_0}^{\left(L\right)})$

$|(x_1^{\left(1\right)},x_2^{\left(1\right)},...,x_{K_0}^{\left(1\right)})\∈{\mathrm{\χ}}_{\left(K_0\right)},...,(x_1^{\left(L\right)},x_2^{\left(L\right)},...,x_{K_0}^{\left(L\right)}){\∈\mathrm{\χ}}_{\left(K_0\right)}\},$

其中代表所述K₀L维星座图，

代表所述K₀维类高斯星座图，

包含ML个星座点，每一个星座点对应一个K₀L维实数向量；

C3.对所述K₀L维星座图进行星座旋转，得到K=K₀L维旋转星座图；

其特征在于，该解调解码方法包括以下步骤：

S4.设置最大迭代次数，并设置当前迭代次数为1，初始化信道解码反馈的解码后的比特软信息为零，接收外部输入的经过信道状态信息校正的接收符号；

S5.对所述接收符号进行维数逆转换、符号解交织和坐标解组合，得到星座解映射所需的解坐标交织符号，所述维数逆转换、符号解交织和坐标解组合的顺序与权利要求1所述的编码调制方法中步骤S3中的维数转换、符号交织和坐标组合的顺序相反；

S6.按照权利要求1所述的编码调制方法中的所述K维星座图和预设的星座点映射方式，以及所述信道解码反馈的解码后的比特软信息，对所述解坐标交织符号进行星座解映射，得到解映射后的比特软信息，称为解映射比特软信息；

S7.对所述解映射比特软信息进行比特软信息解交织和信道解码，得到新的解码后的比特软信息，将所述新的解码后的比特软信息经过再交织后反馈到步骤S6中，并对所述解码后的比特软信息进行判决得到输出信息比特；

S8.如果信道解码成功或者迭代次数达到预设的最大迭代次数，则停止迭代，输出信息比特，否则，迭代次数加一，返回步骤S6。

7.一种多维星座图的解调解码系统，所述多维星座图为K维星座图，其中K为大于1的整数，该多维星座图的构造方法包括以下步骤：

D1.取M点K₀维类高斯星座图，M为大于1的整数，K₀为小于K的正整数，所述K₀维类高斯星座图表示在该星座图限制下的信道容量高于M点K₀维PAM星座图限制下的信道容量的星座图；

D2.对所述K₀维类高斯星座图进行维数扩展，得到K₀L维星座图，选择K=K₀L；所述维数扩展的方法是取步骤D1中所述K₀维类高斯星座图的L次笛卡尔积，得到的该K₀L维星座图用集合的方式表示为

${\mathrm{\χ}}_{\left(K_{0}L\right)}=\{(x_1^{\left(1\right)},x_2^{\left(1\right)},...,x_{K_0}^{\left(1\right)},...,x_1^{\left(L\right)},x_2^{\left(L\right)},...,x_{K_0}^{\left(L\right)})$

$|(x_1^{\left(1\right)},x_2^{\left(1\right)},...,x_{K_0}^{\left(1\right)})\∈{\mathrm{\χ}}_{\left(K_0\right)},...,(x_1^{\left(L\right)},x_2^{\left(L\right)},...,x_{K_0}^{\left(L\right)}){\∈\mathrm{\χ}}_{\left(K_0\right)}\},$

其中

代表所述K₀L维星座图，代表所述K₀维类高斯星座图，

包含ML个星座点，每一个星座点对应一个K₀L维实数向量；

D3.对所述K₀L维星座图进行星座旋转，得到K=K₀L维旋转星座图；

其特征在于，该解调解码系统包括：

初始化模块，用于设置最大迭代次数，并设置当前迭代次数为1，初始化信道解码反馈的解码后的比特软信息为零，接收外部输入的经过信道状态信息校正的接收符号；

解坐标交织模块，用于对所述接收符号进行维数逆转换、符号解交织和坐标解组合，得到星座解映射所需的解坐标交织符号，所述维数逆转换、符号解交织和坐标解组合的顺序与权利要求1所述的编码调制方法中步骤S3中的维数转换、符号交织和坐标组合的顺序相反；

星座解映射模块，用于按照权利要求1所述的编码调制方法中的所述K维星座图和预设的星座点映射方式，以及所述信道解码反馈的解码后的比特软信息，对所述解坐标交织符号进行星座解映射，得到解映射后的比特软信息，称为解映射比特软信息；

信道解码模块，用于对所述解映射比特软信息进行比特软信息解交织和信道解码，得到新的解码后的比特软信息，将所述新的解码后的比特软信息经过再交织后反馈到所述星座解映射模块中，并得到输出信息比特；如果信道解码成功或者迭代次数达到预设的最大迭代次数，则停止迭代，输出信息比特，否则，迭代次数加一，返回星座解映射模块继续进行星座解映射。

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