CN103731235A

CN103731235A - 基于比特映射的编码调制方法及其对应解调解码方法

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Publication number: CN103731235A
Application number: CN201210388598.7A
Authority: CN
Inventors: 彭克武; 程涛; 杨知行; 宋健; 潘长勇
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: National Engineering Lab. For DTV (Beijing); Tsinghua University
Priority date: 2012-10-12
Filing date: 2012-10-12
Publication date: 2014-04-16

Abstract

本发明公开了一种基于比特映射的编码调制及其对应解调解码方法，编码调制方法包括步骤：S1：对待传的信息比特进行低密度奇偶校验码编码，得到编码比特；S2：对S1中的编码比特进行比特映射，得到星座比特向量；S3：对S2中的星座比特向量进行M点的幅度相移键控星座映射，得到星座符号；S4：将S3得到的星座符号发送到后续处理单元进行后续处理，或者对S3得到的星座符号进行坐标交织和符号交织后，再发送至后续处理单元进行后续处理。本发明提出的基于比特映射的编码调制方法，利用比特交织和比特置换方法来实现比特映射，能够显著提升高阶映射下编码调制的性能。

Description

基于比特映射的编码调制方法及其对应解调解码方法

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。

高阶调制会引入不均等差错保护（Unequal Error Protection,UEP），即同一个星座符号中不同位置的比特（简称星座比特）在传输过程中经历不同的保护程度。M＝2^m阶星座映射最多有m种不同保护程度。独立解映射系统中，可以认为各比特经过虚拟的独立二进制输入（Binary Input,BI）信道传输，每个比特的保护程度用虚拟子信道的信道容量，即比特和接收符号之间的平均互信息I(b_i,Y)进行衡量，虚拟子信道容量越大，则该比特的保护程度越高。迭代解映射的系统虽然更为复杂，但不同的星座比特依然存在不均等差错保护特性。另一方面，非规则LDPC码也存在比特的UEP特性，列重越大的变量节点，其保护程度也越高。因为LDPC解码的和积算法（SumProduct Algorithm,SPA）可以看作重复码译码（列处理）和奇偶校验码译码（行处理）串行级联的迭代系统，H矩阵的每一列相当于一个重复编码，重复次数等于列重，显然重复次数越多，该变量节点的保护程度就越高。

综上所述，2^m阶星座映射最多包含m种不同保护程度的比特，LDPC码中不同列重的变量节点也对应不同的保护程度。设LDPC码有d₁,d₂,…,d_v共v种列重，v种变量节点到最多m种星座符号比特之间的映射方式，本发明称为比特映射（Bit Mapping）。可以预见，比特映射将对系统性能有着至关重要的影响。需要注意的是，本发明中特别区分星座映射和比特映射两个名词。星座映射是指比特组到星座符号的映射过程，在接收端与之对应的是星座解映射，是指由接收符号计算比特软信息的过程，严格来讲，它与星座映射过程并不是可逆的，因此用解映射来表述；而比特映射是指一个LDPC码字内的比特到星座符号包含的不同比特位置的映射关系，其实质是对码字内比特位置的重新排列，在接收端对应地需要将比特软信息按照原始方式排列回去，是比特映射的逆过程，因此称为比特逆映射。

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，针对现有技术的不足，提供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，将优选的比特映射方式用于高阶调制的编码调制及其对应解调译码方案，可有效提升系统性能。

（二）技术方案

本发明提供一种基于比特映射的编码调制方法，包括：

S1：对待传的信息比特进行低密度奇偶校验码编码，得到编码比特；

S2：对S1中的编码比特进行比特映射，得到星座比特向量；

S3：对S2中的星座比特向量进行M点的幅度相移键控星座映射，得到星座符号；

S4：将S3得到的星座符号发送到处理单元进行后续处理，或者对S3得到的星座符号进行坐标交织和符号交织后，再发送至处理单元进行后续处理。

其中，所述低密度奇偶校验码的码长为61440或15360，所述低密度奇偶校验码的码率为：1/2、2/3、3/4或5/6。

其中，所述S2具体包括：

S21：对S1所得编码比特进行比特交织，得到交织比特；

S22：对S21中的交织比特进行一个或多个星座符号内的比特置换，即，将映射到一个或多个星座符号内的所有比特进行顺序调整，得到置换后的比特向量，对置换后的比特向量进行拆分，得到星座比特向量，作为比特映射的结果。

其中，S21具体包括：

S211：将编码比特写入缓冲区，得到比特矩阵；

S212：对S211中的比特矩阵进行行内交织得到交织矩阵；

S213：读取交织矩阵，得到交织比特。

其中，在S3中，所述所述M点幅度相移键控星座图的特征在于，所有星座点分布于N_R个同心圆环上，各圆环的半径由小到大依次为

每个环上具有相同的星座点数，设为M_C，因此M＝N_R×M_C，各环上的星座点在相位上均匀分布于[0，2π），初始相位偏转为θ₀。星座图用下式表示：

x = {x_{n, k} | x_{n, k} = r_{n} \exp {j (\frac{2 π}{M_{C}} k + θ_{0})}} - - - (1)

其中，j为虚数单位

n＝0,1,…,N_R-1，k＝0,1,…,M_C-1。

其中，在S3中，所述M点的幅度相移键控为4幅度相移键控、16幅度相移键控、64幅度相移键控或256幅度相移键控。

本发明还提供一种与所述基于比特映射的编码调制方法对应的独立解调解码方法，包括：

B1：对接收符号进行符号解交织和坐标解交织，发送给解映射单元，所述符号解交织和坐标解交织与S4中的符号交织和坐标交织对应；若S4中没有进行坐标交织和符号交织，则符号解交织和坐标解交织也应省略，直接将接收符号发送给解映射单元；

B2：对送入解映射单元的符号进行星座解映射，得到解映射对数似然比软信息；

B3：将上述对数似然比软信息进行比特逆映射，得到逆映射后的比特软信息，并送至解码单元；其中，所述比特逆映射与S2中的比特映射对应，是比特映射的逆过程；

B4：对逆映射后的比特软信息进行低密度奇偶校验码解码，得到信宿比特。

本发明还提供一种与所述基于比特映射的编码调制方法对应的迭代解调解码方法，包括：

C1：对接收符号进行符号解交织和坐标解交织，发送给解映射单元，所述符号解交织和坐标解交织与S4中的符号交织和坐标交织对应；若S4中没有进行坐标交织和符号交织，则符号解交织和坐标解交织也应省略，直接将接收符号发送给解映射单元；

C2：基于C5反馈回的先验信息，对送入解映射单元的符号进行星座解映射，得到解映射对数似然比软信息；其中，初始迭代的先验信息置为0；

C3：将上述对数似然比软信息进行比特逆映射，得到逆映射后的比特软信息，并送至解码单元；其中，所述比特逆映射与S2中的比特映射对应，是比特映射的逆过程；

C4：对所述逆映射后的比特软信息进行低密度奇偶校验码解码，得到解码外信息，同时，如果达到解映射的最大迭代次数或者解码校验成功，则停止迭代并输出信宿比特，否则转C5；

C5：对C4输出的解码外信息再进行比特映射，其结果作为先验信息反馈回C2。

（三）有益效果

本发明提出的基于比特映射的编码调制方法及其对应解调解码方法，利用比特交织和比特置换方法来实现比特映射，能够显著提升高阶映射下编码调制的性能。

附图说明

图1为本发明基于比特映射的编码调制方法步骤流程图；

图2为本发明与编码调制方法对应的基于比特映射的独立解调解码方法步骤流程图；

图3为本发明与编码调制方法对应的基于比特映射的迭代解调解码方法步骤流程图；

图4为本发明实施例1基于比特映射的编码调制方法的Gray映射的64APSK的各个比特和接收符号之间的平均互信息示意图；

图5为发明实施例1基于比特映射的编码调制方法的QPSK星座映射示意图；

图6为发明实施例1基于比特映射的编码调制方法的16APSK星座映射示意图；

图7为发明实施例1基于比特映射的编码调制方法的64APSK星座映射示意图；

图8为发明实施例1基于比特映射的编码调制方法的256APSK星座映射示意图；

图9为发明实施例1基于比特映射的编码调制方法的AWGN信道下，不同星座映射限制下CM容量和BICM容量与高斯输入下的信道容量之间的差距示意图；

图10为发明实施例2基于比特映射的编码调制方法的接收端采用独立解映射的解调解码方法；

图11为发明实施例3基于比特映射的编码调制方法的接收端采用迭代解映射的解调解码方法。

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描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

如图1所示，一种基于比特映射的编码调制方法，包括：

S1：对待传的信息比特进行低密度奇偶校验码编码（LDPC编码），得到编码比特

其中N_LDPC表示LDPC码长。

所述低密度奇偶校验码的码长为61440或15360，所述低密度奇偶校验码的码率为：1/2、2/3、3/4或5/6。

优选地，LDPC码的校验矩阵按照各列的列重大小降序排列。

优选地，列重为三种，分别为[d₁,d₂,d₃]＝[2,3,12]。

S2：对S1中的编码比特进行比特映射，得到星座比特向量；

所述S2具体包括：

S21：对S1所得编码比特进行比特交织，得到交织比特；

S21具体包括：

S211：将编码比特c按行，逐行写入一个L行b列的缓冲区，得到比特矩阵C，即

C = [\begin{matrix} c_{0} \\ c_{1} \\ \cdot \\ \cdot \\ \cdot \\ c_{l} \\ \cdot \\ \cdot \\ \cdot \\ c_{L - 1} \end{matrix}],

S212：对S211中的比特矩阵进行行内交织得到交织矩阵

即

\tilde{C} = [\begin{matrix} {\tilde{c}}_{0} \\ {\tilde{c}}_{1} \\ \cdot \\ \cdot \\ \cdot \\ {\tilde{c}}_{l} \\ \cdot \\ \cdot \\ \cdot \\ {\tilde{c}}_{L - 1} \end{matrix}],

其中，c_l和

分别表示比特矩阵C和交织矩阵

第l行，0≤l≤L。

S213：按列，逐列读取交织矩阵

得到交织比特

\tilde{c} = ({\tilde{c}}_{0}, {\tilde{c}}_{1}, \cdot \cdot \cdot, {\tilde{c}}_{N_{LDPC - 1}}) .

其中，行内交织的一种优选方式为，与C的行与行之间的对应关系如下：令l_m＝mod(l,m)表示l模m的余数，其中

表示向下取整，m＝log₂M，M表示后续星座映射的阶数；则

优选地，参数L的取值为L=120，参数b的取值为b＝N_LDEC/L，即，当N_LDEC＝61440时，b=512，当N_LDEC＝15360时，b=128。

S22：对S21中的交织比特进行一个或多个星座符号内的比特置换，得到置换后的比特向量，对置换后的比特向量进行拆分，得到星座比特向量，作为比特映射的结果。

其中，所述比特置换是指将映射到一个或多个星座符号内的所有比特进行顺序调整。

其中，比特置换的具体步骤为，将

的每q个连续比特归为一组，得到比特向量

其中q的取值为m的正整数倍，设置换后的比特向量

则

与

的对应关系为

0≤i≤q-1，其中p＝(p₀,p₁,…,p_q-1)称为比特置换图样，p是由p₀,p₁,…,p_q-1构成的向量。

其中，对置换后的比特向量进行拆分，其特征在于，将的每m个连续比特归为一组，得到一个或多个星座比特向量b＝(b₀,b₁,…,b_m-1)。

优选地，根据不同LDPC码以及星座映射的组合，一个星座符号内的比特置换图样如下表所示。

优选地，不同码率的LDPC码的列重分布如下表所示。

码率	列重分布
		1/2	0.4167x²+0.4333x³+0.1500x¹²
2/3	0.3000x²+0.5500x³+0.1500x¹²
		3/4	0.2333x²+0.6167x³+0.1500x¹²
5/6	0.1417x²+0.7083x³+0.1500x¹²

其中，多项式

中，v代表LDPC码的列重种数，λ_i代表列重为d_i的变量节点占所有变量节点的比例。

S3：对S2中的星座比特向量进行M点的幅度相移键控（APSK）星座映射，得到星座符号；

其中，所述M点的APSK为4幅度相移键控、16幅度相移键控、64幅度相移键控或256幅度相移键控。

其中，所述M-APSK星座图的特征在于，所有星座点分布于N_R个同心圆环上，N_R为同心圆环的个数，各圆环的半径由小到大依次为

每个环上具有相同的星座点数，设为M_C，因此M＝N_R×M_C，各环上的星座点在相位上均匀分布于[0，2π），初始相位偏转为θ₀。因此，星座图可以用下式表示：

x = {x_{n, k} | x_{n, k} = r_{n} \exp {j (\frac{2 π}{M_{C}} k + θ_{0})}} - - - (1)

其中，j为虚数单位n＝0,1,…,N_R-1，k＝0,1,…,M_C-1。

优选地，若M＝4，则θ₀＝0，若M＝16,64,256，则θ₀＝π/M_C。

优选地，在不同M的情况下，圆环数N_R、每个环上的星座点数M_C、各环半径r的取值如下表所示，并且各环半径可以同比例放大或缩小。

其中，置换后的比特向量到星座符号的映射关系如下：令n_R＝log₂N_R，m_C＝log₂M_C，因此m＝n_R+m_C。将置换后的比特向量b＝(b₀,b₁，…,b_m-1分为两部分，其左侧的n_R个比特构成高位比特向量

右侧的m_C个比特构成低位比特向量

b_H决定星座符号的相位，即决定k的取值，b_L决定星座符号的幅度，即决定n的取值。按照最左最重要比特形式，向量b_H或b_L可与一个十进制标号d_H或d_L一一对应，即

d_{H} = Σ_{l = 0}^{N_{R} - 1} b_{l} \times 2^{N_{R} - 1 - l} - - - (2)

d_{L} = Σ_{{l = N}_{R}}^{m - 1} {b_{l} \times 2}^{m - 1 - l} - - - (3)

标号d_H或d_L与星座符号下标k或n的对应关系如下表所示。

k或n	d_H或d_L	k或n	d_H或d_L	k或n	d_H或d_L	k或n	d_H或d_L
								0	0	8	12	16	24	24	20
1	1	9	13	17	25	25	21
								2	3	10	15	18	27	26	23
3	2	11	14	19	26	27	22
								4	6	12	10	20	30	28	18
5	7	13	11	21	31	29	19
								6	5	14	9	22	29	30	17
7	4	15	8	23	28	31	16

本发明提供了一种用于编码调制系统的比特映射方法，通过比特交织和比特置换两个步骤实现比特映射，本发明提供的比特交织和比特置换可以降低硬件实现的复杂度。本发明提供的比特映射技术结合LDPC码和Gray-APSK星座映射的编码调制系统，无论是在独立解映射还是迭代解映射时，在常用码率下均优于采用传统QAM星座图的编码调制系统，也优于未采用比特映射技术的采用APSK星座图的编码调制系统。

本专利的核心是比特映射方法，其主要思想为：非规则LDPC编码和高阶调制均会引入比特的不均等差错保护（UEP）。其中，LDPC编码的UEP特性很好理解，因为LDPC解码的和积算法（SPA）可以看作重复码译码（列处理）和奇偶校验码译码（行处理）串行级联的迭代系统，LDPC码校验矩阵H的每一列相当于一个重复编码，重复次数等于列重，显然重复次数越多，该变量节点对应比特的保护程度就越高。对于高阶星座映射，在独立解映射时，可以认为各比特经过虚拟的独立二进制输入信道传输，每个比特的保护程度用虚拟子信道的信道容量，即比特和接收符号之间的平均互信息I(b_i,Y)，进行衡量，虚拟子信道容量越大，则该比特的保护程度越高；迭代解映射时虽然情况更为复杂，但不同的星座比特依然存在不均等差错保护特性。因此合理选择LDPC码的变量节点到星座符号不同比特位置的映射关系，可以提高编码调制系统的性能，这种映射关系称为比特映射。

如图2所示，本发明还提供一种与所述基于比特映射的编码调制方法对应的独立解调解码方法，包括：

B3：将上述对数似然比进行比特逆映射，得到逆映射后的比特软信息，并送至解码单元；其中，所述比特逆映射与S2中的比特映射对应，是比特映射的逆过程；

如图3所示，本发明还提供一种与所述基于比特映射的编码调制方法对应的迭代解调解码方法，包括：

C3：将上述对数似然比进行比特逆映射，得到逆映射后的比特软信息，并送至解码单元；其中，所述比特逆映射与S2中的比特映射对应，是比特映射的逆过程；

实施例2

为了提升高阶星座映射的LDPC编码调制系统的性能，本发明提出的一种基于比特映射的编码调制系统包括如下步骤：

S101：对待传的信息比特进行LDPC编码，得到编码比特

其中N_LDEC表示LDPC码长。

优选地，所述LDPC码的码长为61440或15360，码率为1/2、2/3、3/4或5/6。

优选地，所述LDPC码的校验矩阵按照各列的列重大小降序排列。

优选地，所述LDPC码的列重为三种，分别为[d₁,d₂,d₃]＝[2,3，12]。

优选地，为了便于编解码的硬件实现，采用一种具有特殊结构的LDPC码——准循环（Quasi-Cyclic,QC）LDPC码，其特征在于，其生成矩阵G_qc和校验矩阵H_qc均由子循环矩阵构成。例如，采用系统码形式表示的G_qc如下式所示：

其中，I是b×b阶单位矩阵，O是b×b阶零矩阵，G_i，j是b×b阶循环矩阵，其中0≤i≤K_b，0≤j≤N_b-K_b。类似的，校验矩阵可以写成

其中，A_i，j,0≤i≤N_b-K_b,0≤j≤N_b表示H_qc第i行第j列的子矩阵，其大小为b×b，显然，N_b＝N/b,K_b＝K/b。本发明优选地的LDPC码，其N_b,K_b,b的具体取值如下表所示。

表1 多码率QC-LDPC码参数

LDPC码属于线性分组码，在H矩阵对应校验位的部分满稚时，具有系统码形式的LDPC码的生成矩阵由校验矩阵唯一确定。

S102：对所述编码比特进行比特映射，得到星座比特向量，作为比特映射结果。

非规则LDPC编码和高阶调制均会引入比特的不均等差错保护（UEP），合理选择LDPC码的变量节点到星座符号不同比特位置的映射关系，可以提高编码调制系统的性能。但是，如果对比特映射的形式不加限制，其硬件实现可能非常复杂，需要大量的存储和逻辑单元，因此，本发明采用比特交织和比特置换两个步骤加以实现。其中，比特交织是一种类似行列交织的块交织方法，比特置换则是交换一个或多个星座符号内的比特的顺序，两者都具有高度结构化的特点，便于硬件实现。

具体地，所述比特映射进一步包括如下步骤：

S102-1：对S101所得编码比特进行比特交织，得到交织比特。

其中，所述比特交织的特征在于，将编码比特c按行逐行写入一个L行b列的缓冲区，得到矩阵C，即

C = [\begin{matrix} c_{0} \\ c_{1} \\ \cdot \\ \cdot \\ \cdot \\ c_{l} \\ \cdot \\ \cdot \\ \cdot \\ c_{L - 1} \end{matrix}],

对矩阵C进行行内交织，得到矩阵

即

\tilde{C} = [\begin{matrix} \tilde{c} \\ {\tilde{c}}_{1} \\ \cdot \\ \cdot \\ \cdot \\ {\tilde{c}}_{l} \\ \cdot \\ \cdot \\ \cdot \\ {\tilde{c}}_{L - 1} \end{matrix}],

其中c_l和

表示矩阵C和

的第l行，0≤l≤L。将

按列逐列读取，得到交织比特

\tilde{c} = ({\tilde{c}}_{0}, {\tilde{c}}_{1}, \cdot \cdot \cdot, {\tilde{c}}_{N_{LDPC - 1}}) .

其中，行内交织的特征在于，

与C的行与行之间的对应关系如下：令l_m＝mod(l,m)表示l模m的余数，

其中

表示向下取整，m＝log₂M，M表示后续星座映射的阶数；则

优选地，参数L的取值为L=120，参数b的取值为b＝N_LDPC/L，即，当N_LDPC＝61440时，b=512，当N_LDPC＝15360时，b=128。

S102-2：对所述交织比特进行一个或多个星座符号内的比特置换，简称比特置换，得到置换后的比特向量，对置换后的比特向量进行拆分，得到星座比特向量，作为比特映射结果。

其中，比特置换的具体步骤为，将

的每q个连续比特归为一组，得到比特向量

其中q的取值为m的正整数倍，设置换后的比特向量

则

与

的对应关系为

0≤i≤q，其中p＝(p₀,p₁,…,p_q-1)称为比特置换图样。

其中，对置换后的比特向量进行拆分，其特征在于，将

的每m个连续比特归为一组，得到一个或多个星座比特向量b＝(b₀,b₁，…,b_m-1)。

表2 各种星座映射及码率组合下的比特置换图样：

优选地，不同码率的LDPC码的列重分布如下表所示。

表3 不同码率下LDPC码的列重分布

其中，多项式

这里对高阶调制的不均等差错保护（UEP）特性作进一步说明。对于独立解映射的高阶调制系统，可以认为各比特经过虚拟的独立二进制输入信道传输，每个比特的保护程度用虚拟子信道的信道容量，即比特b_i和接收符号Y之间的平均互信息I(b_i,Y)进行衡量，虚拟子信道容量越大，则该比特的保护程度越高。作为示例，图4给出了加性高斯白噪声（AWGN）信道下，Gray映射的64APSK的不同比特对应的虚拟子信道的容量。给定信噪比，虚拟子信道的容量越大，对应比特的保护程度越强。迭代解映射的系统虽然更为复杂，但不同的星座彼特依然存在不均等差错保护特性。

S103：对所述星座比特向量进行M点的APSK星座映射，得到星座符号。

优选地，M的为4、16、64和256，即4APSK（即QPSK）、16APSK、64APSK和256APSK。

其中，所述M-APSK星座图的特征在于，所有星座点分布于N_R个同心圆环上，各圆环的半径由小到大依次为

每个环上具有相同的星座点数，设为M_C，因此M＝N_R×M_C，各环上的星座点在相位上均匀分布于[0，2π），初始相位偏转为θ₀。因此，星座图可以用下式表示

x = {x_{n, k} | x_{n, k} = r_{n} \exp {j (\frac{2 π}{M_{C}} k + θ_{0})}} - - - (6)

其中，j为虚数单位

n＝0,1,…,N_R-1，k＝0,1,…,M_C-1。

优选地，若M＝4，则θ₀＝0，若M＝16,64,256，则θ₀＝π/M_C。

表4 APSK星座图的优选参数

其中，置换后的比特向量到星座符号的映射关系如下：令n_R＝log₂N_R，m_C＝log₂M_C，因此m＝n_R+m_C。将置换后的比特向量b＝(b₀,b₁,…,b_m-1)分为两部分，其左侧的n_R个比特构成高位比特向量

右侧的m_C个比特构成低位比特向量

d_{H} = Σ_{l = 0}^{N_{R} - 1} b_{l} \times 2^{N_{R} - 1 - l} - - - (7)

d_{L} = Σ_{{l = N}_{R}}^{m - 1} {b_{l} \times 2}^{m - 1 - l} - - - (8)

，标号d_H或d_L与星座符号下标k或n的对应关系如下表所示。

表5 d_H或d_L与k或n的Gray映射关系

本发明中所述的APSK星座图是一种具有Gray映射的APSK星座图。其每个环上的点数相等且均为从而每个环均可以看成一个

环上存在格雷映射；由于这一APSK星座图的环数M_C也为2的幂次方且每个环的相位偏转均相等，因此从半径角度来看，对于某一固定的相位，同一相位上的

个点可以看成一个特殊的

也存在格雷映射。因此，可以认为整个APSK星座图存在Gray映射。M点APSK星座映射将m＝log₂M个比特b＝(b₀,b₁,…,b_m-1)映射到一个星座符号，为了更加直观地表示各种星座映射方式，本发明中将b的十进制标号

标识于星座图中各个对应的星座点旁边，以此来表示星座映射。依照本发明一种实施方式的4APSK(即QPSK)、16APSK、64APSK和256APSK星座映射分别如图5至图8所示。从图中可以看出，对于每个星座图，相邻星座点之间的标号仅有一个比特不同。

一个编码调制系统的最大传输速率受到星座图的限制，文献G.Caire,G. Taricco,E.Biglieri.Bit-interleaved coded modulation.IEEETrans.Inform.Theory,1998,44(3):927–946中称发射符号和接收符号之间的平均互信息为编码调制容量（CM容量），这是迭代解映射的编码调制方案所能达到的性能极限。在独立解映射的编码调制方案中，比如比特交织编码调制（BICM），独立解映射通常将带来一些损失，在上述文献中，定义这种独立解映射时编码调制的平均互信息为BICM容量。本发明中采用的Gray-APSK星座图，无论是CM容量还是BICM容量，在常用码率范围内，都优于传统QAM星座图的对应容量。这种容量上的增益如图9所示。

S104：将S103得到的星座符号送给后续处理单元，或者，对S103得到的星座符号进行坐标交织和符号交织，再发送至后续处理单元。

实施例3

本实施例给出了一种基于比特映射的编码调制及对应的解调解码方法，其中接收端采用独立解映射方案。如图10所示，所述编码调制和解调解码方法包括步骤：

发射端：

S201：对待传的信息比特进行LDPC编码，得到编码比特；

S202：对所述编码比特进行比特映射，得到作为比特映射结果的星座比特向量；

其中，比特映射包括比特交织和比特置换两步；

S203：对所述星座比特向量进行M点的APSK星座映射，得到星座符号；

S204：将S203得到的星座符号送给后续处理单元，或者，对S203得到的星座符号进行坐标交织和符号交织，再发送至后续处理单元。

接收端：

S205：对接收符号进行符号解交织和坐标解交织，发送给解映射单元，所述符号解交织和坐标解交织与S204中的符号交织和坐标交织对应；

若S204中没有进行坐标交织和符号交织，则符号解交织和坐标解交织也应省略，直接将接收符号发送给解映射单元；

S206：对送入解映射单元的符号进行星座解映射，得到解映射对数似然比（LLR）软信息；

S207：将上述对数似然比进行比特逆映射，得到逆映射后的比特软信息，并送至解码单元；

其中，所述比特逆映射与S202中的比特映射对应，是比特映射的逆过程；

S208：对逆映射后的比特软信息进行LDPC码解码，得到信宿比特。

为了展示本发明所提的基于比特映射的编码调制方法的优势，本实施例进一步给出上述编码调制及解调解码系统的具体参数，并通过计算机仿真得到其误码性能。具体仿真参数设置如下：

●LDPC码的码长61440，码率2/3；

●调制方式采用Gray映射的64APSK/256APSK；

●比特映射方式为：在“技术方案”的S2中，选择与上述编码和调制方式对应的优选比特映射方式；

●LDPC码解码采用和积算法（SPA），最大迭代50次；

●解映射采用最大后验概率（MAP）独立解映射方案；

●仿真信道为AWGN信道和独立同分布（i.i.d.）的Rayleigh衰落信道。

为了凸显本发明所提系统的优势，本实施例还对参照系统进行仿真。所选参照系统为DVB-T2的编码调制系统，仿真模式为：

●LDPC码的码长64800，码率2/3；

●调制方式采用Gray映射的64QAM/256QAM；

具体的码字、星座映射、比特交织和Demux方式（等效于本发明所述的比特置换）参见文献，Digital Video Broadcasting(DVB);Framestructure channel coding and modulation for a second generation digitalterrestrial television broadcasting system(DVB-T2),ETSI Std.EN 302755v1.3.1,Nov.2011.

在上述参数设置下，误码率（Bit Error Rate,BER）为10^-5时的SNR门限如表6所示。可以看出，在AWGN信道下，本发明所提的64APSK系统比参考的64QAM系统性能提升大约1.1dB，本发明所提的256APSK系统比参考的256QAM系统性能提升大约1.6dB；在Rayleigh衰落信道下，本发明所提的64APSK系统比参考的64QAM系统性能提升大约1.2dB，本发明所提的256APSK系统比参考的256QAM系统性能提升大约1.5dB。

表6 独立解映射系统信噪比门限（BER=10^-5）

	AWGN信道	Rayleigh信道
			64APSK	12.3	15.0

64QAM	13.4	16.2
			增益	1.1	1.2
256APSK	16.5	19.2
			256QAM	18.1	20.7
增益	1.6	1.5

实施例4

本实施例给出了一种基于比特映射的编码调制及对应的解调解码方法，其中接收端采用迭代解映射方案。如图11所示，所述编码调制和解调解码方法包括步骤：

发射端：

S301：对待传的信息比特进行LDPC编码，得到编码比特；

S302：对所述编码比特进行比特映射，得到作为比特映射结果的星座比特向量；

其中，比特映射包括比特交织和比特置换两步；

S303：对所述星座比特向量进行M点的APSK星座映射，得到星座符号；

S304：将S303得到的星座符号送给后续处理单元，或者，对S303得到的星座符号进行坐标交织和符号交织，再发送至后续处理单元。

接收端：

S305：对接收符号进行符号解交织和坐标解交织，发送给解映射单元，所述符号解交织和坐标解交织与S304中的符号交织和坐标交织对应；

若S304中没有进行坐标交织和符号交织，则符号解交织和坐标解交织也应省略，直接将接收符号发送给解映射单元；

S306：基于S309反馈回的先验信息，对送入解映射单元的符号进行星座解映射，得到解映射对数似然比（LLR）软信息；

其中，初始迭代的先验信息置为0；

S307：将上述对数似然比进行比特逆映射，得到逆映射后的比特软信息，并送至解码单元；

其中，所述比特逆映射与S302中的比特映射对应，是比特映射的逆过程；

S308：对所述逆映射后的比特软信息进行LDPC码解码，得到解码外信息，同时，如果达到解映射的最大迭代次数或者解码校验成功，则停止迭代并输出信宿比特，否则转S309；

S309：对S308输出的解码外信息再进行比特映射，其结果作为先验信息反馈回S306。

●LDPC码的码长61440，码率2/3；

●调制方式采用Gray映射的64/256APSK；

●LDPC码解码采用和积算法（SPA），最大迭代50次；

●解映射采用最大后验概率（MAP）迭代解映射方案，每完成1次解映射的同时，LDPC解码完成15次迭代；

在上述参数设置下，误码率（Bit Error Rate,BER）为10^-5时的SNR门限如表7所示。对比实施例2中的仿真结果可以看出，在AWGN信道下，64APSK迭代解映射系统比独立解映射系统性能提升大约0.3dB，256APSK迭代解映射系统比独立解映射系统性能提升大约0.3dB；在Rayleigh衰落信道下，64APSK迭代解映射系统比独立解映射系统性能提升大约0.3dB，256APSK迭代解映射系统比独立解映射系统性能提升大约0.4dB。由此可见，本发明所提的编码调制方法能够兼顾接收端的独立和迭代解映射两种方案，既能在复杂度较低的独立解映射情况下取得优于传统编码调制系统的性能，又能够在复杂度较高的迭代解映射情况下获得额外的性能增益。

表7 独立或迭代解映射系统信噪比门限（BER=10^-5）

	AWGN信道	Rayleigh信道
			64APSK（独立）	12.3	15.0
64APSK（迭代）	12.0	14.7
			增益	0.3	0.3
256APSK（独立）	16.5	19.2
			256APSK（迭代）	16.2	18.8
增益	0.3	0.4

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

1.一种基于比特映射的编码调制方法，其特征在于，包括：

S2：对S1中的编码比特进行比特映射，得到星座比特向量；

S4：将S3得到的星座符号发送到后续处理单元进行后续处理，或者对S3得到的星座符号进行坐标交织和符号交织后，再发送至后续处理单元进行后续处理。

2.如权利要求1所述的基于比特映射的编码调制方法，其特征在于，所述低密度奇偶校验码的码长为61440或15360，所述低密度奇偶校验码的码率为：1/2、2/3、3/4或5/6。

3.如权利要求1所述的基于比特映射的编码调制方法，其特征在于，所述S2具体包括：

S21：对S1所得编码比特进行比特交织，得到交织比特；

4.如权利要求3所述的基于比特映射的编码调制方法，其特征在于，S21具体包括：

S211：将编码比特写入缓冲区，得到比特矩阵；

S212：对S211中的比特矩阵进行行内交织得到交织矩阵；

S213：读取交织矩阵，得到交织比特。

5.如权利要求1所述的基于比特映射的编码调制方法，其特征在于，在S3中，所述M点幅度相移键控星座图的特征在于，所有星座点分布于N_R个同心圆环上，各圆环的半径由小到大依次为每个环上具有相同的星座点数，设为M_C，因此M＝N_R×M_C，各环上的星座点在相位上均匀分布于[0，2π），初始相位偏转为θ₀。星座图用下式表示：

x = {x_{n, k} | x_{n, k} = r_{n} \exp {j (\frac{2 π}{M_{C}} k + θ_{0})}}

其中，j为虚数单位

n＝0,1,…,N_R-1，k＝0,1,…,M_C-1。

6.如权利要求1所述的基于比特映射的编码调制方法，其特征在于，在S3中，所述M点的幅度相移键控为4幅度相移键控、16幅度相移键控、64幅度相移键控或256幅度相移键控。

7.一种与权利要求1所述的编码调制方法对应的基于比特映射的独立解调解码方法，其特征在于，包括：

8.一种与权利要求1所述的编码调制方法对应的基于比特映射的迭代解调解码方法，其特征在于，包括：