CN104301071A - 支持比特加载及比特映射的编码调制方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种支持比特加载及比特映射的编码调制方法及系统，其中，该方法包括：将待传输数据前向纠错编码、比特交织、以资源颗粒为基本单位划分、资源颗粒内交织，获取内交织后全部资源颗粒比特，根据预设比特加载表中每个资源颗粒对应的子载波标号及加载比特数目，将其划分为多个子载波加载比特组，根据预设比特置换图样，将其进行比特置换，将比特置换后的子载波加载比特组填到对应的待传输子载波中进行星座映射，获取待传输星座映射符号，将其处理，获取适于传输的信号。上述方法能使系统支持以资源颗粒为单位的不同子载波采用不同调制方式的比特加载技术，能在较低的信令开销和实现复杂度下实现比特映射技术，提高系统传输吞吐率和鲁棒性。

Description

支持比特加载及比特映射的编码调制方法及系统
技术领域
本发明涉及数字信息传输技术领域，尤其涉及一种支持比特加载及比特映射的编码调制方法、编码调制及解码解调系统。
背景技术
宽带通信系统广泛采用正交频分复用(Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing，简称OFDM)技术，该系统将信道分割为若干个并行正交子载波，高速串行数据流被分割并调制到不同的子载波上进行传输，从而使每个子载波对应的符号周期增加，抵抗多径时延扩展带来的码间干扰。
在OFDM系统中，每个子载波可视为独立经历一个平坦衰落信道，不同子载波的信道质量不同，其传输数据的能力也各不相同。因此，可以通过自适应资源分配提高系统的总体传输性能。比特加载技术是一种常用的自适应资源分配技术，支持每个子载波采用不同的调制参数，包括加载比特数目、星座映射、发射功率，以提高系统的传输速率和鲁棒性。在发射端，基于每个子载波的信道质量，自适应地对该载波的调制参数进行匹配，对于信道质量较好的子载波，可以获得更多发射功率，采用高阶数的星座映射图，提供更高的传输速率；对于信道质量较差的子载波，可以降低发射功率，采用低阶数的星座映射图，以提高整个系统的传输容量。
然而，如果要支持每个比特都采用不同的调制方式，就需要在系统信令中将调制信息传递给接收端，这样会导致非常庞大的信令开销。因此，一种折中的方法是将比特分配到不同的资源颗粒，每个资源颗粒映射到一簇规律分布的子载波，并采用同样的加载比特数目和星座映射方式。不同资源颗粒之间可采用不同的加载比特数目和星座映射方式，这种方法可以在提升传输性能的同时维持较低的信令开销。
编码调制系统通常采用低密度奇偶校验(Low Density ParityCheck Code，简称LDPC)码和高阶调制以逼近香农限的优越性能，获得高鲁棒性和高频谱效率。性能优越的非规则LDPC码中，不同列重的比特具有不均等的差错保护UEP特性。同时，高阶星座映射中，一个星座映射符号包含的不同位置的比特也因其传输可靠性的不同而具有UEP特性。这种双重UEP特性，导致不同列重分布的编码比特到星座映射符号中不同位置比特的比特映射关系会影响编码调制系统的纠错性能。
为了提升编码调制系统的性能，可采用比特映射技术。最早的比特映射技术认为应当在信道质量好时，将列重大的变量节点映射到保护能力强的星座映射符号比特，在信道质量差时，反之而行。该方法在一定程度上能提高系统性能，但并非平均互信息最大化的比特映射策略。一种成熟的比特映射技术通过合理设计比特交织和比特置换实现：首先选择合适的比特交织使得划分到各子载波的比特组中的列重分布具有一定的规律，而后根据比特的列重分布和星座映射中每个位置比特的保护能力设计比特置换图样，对交织比特进行进一步的位置置换，从而优化比特映射关系。该方法不仅能提高系统性能，而且实现简单、复杂度低。然而，这一方法只适用于所有子载波采用同样比特加载数目和星座映射图的系统。
鉴于此，如何在支持比特加载的系统中实现低复杂度的比特置换技术，使得系统可以通过简单的交织和置换，以较低的信令开销和实现复杂度为代价，优化编码比特到星座映射符号比特位置之间的映射关系，提高系统性能，是需要解决的问题。
发明内容
为解决上述的技术问题，本发明提供一种支持比特加载及比特映射的编码调制方法及其系统，能够使得系统能支持以资源颗粒为单位的不同子载波采用不同调制方式的比特加载技术，同时能够在较低的信令开销和实现复杂度下实现比特映射技术，提高系统传输吞吐率和鲁棒性。
第一方面，本发明提供一种支持比特加载及比特映射的编码调制方法，包括：
将待传输数据进行前向纠错编码，获取编码比特；
将所述编码比特进行比特交织，获取交织比特；
将所述交织比特以资源颗粒为基本单位进行划分，获取全部资源颗粒中的比特；
将所述全部资源颗粒中的比特进行资源颗粒内交织，获取内交织后的全部资源颗粒比特；
根据预设的比特加载表中的每个资源颗粒对应的子载波标号及加载比特数目，将所述内交织后的全部资源颗粒比特划分为多个子载波加载比特组；
根据预设的比特置换图样，将每个子载波加载比特组进行比特置换；
将比特置换后的子载波加载比特组填充到对应的待传输子载波中，进行星座映射，获取待传输的星座映射符号；
将所述待传输的星座映射符号进行处理，获取适于传输的信号。
可选地，所述将所述编码比特进行比特交织，获取交织比特，包括：
将所述编码比特的符号序列依次按行逐行写入Nr行的交织器，得到矩阵C；
采用行置换方法将所述矩阵C进行交织，得到交织后的矩阵
将按列逐列读取，得到交织比特；
其中， C = c 0 c 1 . . . c N r - 1 T , C ~ = c ~ 0 c ~ 1 . . . c ~ N r - 1 T , 是通过第一公式计算得到的；
其中，第一公式为：
c ~ l = c N r / G × l G + l d
G为行置换参数，G值为每个资源颗粒包含的比特数目，G、Nr为正整数，lG是通过第二公式计算得到的，ld是通过第三公式计算得到的；
其中，第二公式为：
lG＝mod(l,G)
l为[0,Nr-1]的整数；
第三公式为：
可选地，将所述交织比特以资源颗粒为基本单位进行划分后，每个资源颗粒包含G个连续比特，一个资源颗粒中的比特完全填充整数个子载波，同一资源颗粒填充的子载波视为一个子载波簇。
可选地，一个资源颗粒填充的子载波簇中的所有子载波加载相同数目的比特，并采用相同的星座映射图和发射功率。
可选地，所述将所述全部资源颗粒中的比特进行资源颗粒内交织，获取内交织后的全部资源颗粒比特，包括：
将每个资源颗粒中的G个比特r按行逐行写入矩形交织器；
将r按列逐列读取，得到内交织后的资源颗粒比特
其中，r＝(r0,r1,…,rG-1)，所述矩形交织器的列数为G/m，所述矩形交织器的行数等于资源颗粒在比特加载表中对应的每个子载波的加载比特数目m，m、G为正整数。
可选地，G的值为24或120。
可选地，所述根据预设的比特加载表中的每个资源颗粒对应的子载波标号及加载比特数目，将所述内交织后的全部资源颗粒比特划分为多个子载波加载比特组，包括：
将所述资源颗粒内交织后的比特连续以每m个比特组成一个子载波加载比特组，得到多个子载波加载比特组
其中，m为资源颗粒在比特加载表中对应的每个子载波的加载比特数目， b ~ = ( b ~ 0 , b ~ 1 , . . . , b ~ m - 1 ) , m为正整数。
可选地，所述子载波簇在预设的比特加载表中的子载波标号上连续分布；
或，
所述子载波簇在预设的比特加载表中的子载波标号上不连续分布。
可选地，所述根据预设的比特置换图样，将每个子载波加载比特组进行比特置换，实现比特映射，包括：
根据预设的比特置换图样p，调整每个子载波加载比特组的比特顺序，得到比特组b；
其中，p＝(p0,p1,…,pm-1)，b＝(b0,b1,…,bm-1)，对应关系为0≤i<m，i为自然数。
第二方面，本发明提供一种支持比特加载及比特映射的编码调制系统，包括：
编码模块，用于将待传输数据进行前向纠错编码，获取编码比特；
交织模块，用于将所述编码比特进行比特交织，获取交织比特；
第一划分模块，用于将所述交织比特以资源颗粒为基本单位进行划分，获取全部资源颗粒中的比特；
内交织模块，用于将所述全部资源颗粒中的比特进行资源颗粒内交织，获取内交织后的全部资源颗粒比特；
第二划分模块，用于根据预设的比特加载表中的每个资源颗粒对应的子载波标号及加载比特数目，将所述内交织后的全部资源颗粒比特划分为多个子载波加载比特组；
置换模块，用于根据预设的比特置换图样，将每个子载波加载比特组进行比特置换，实现比特映射；
星座映射模块，用于将比特置换后的子载波加载比特组填充到对应的待传输子载波中，进行星座映射，获取待传输的星座映射符号，并发送至第一处理模块；
第一处理模块，用于将所述待传输的星座映射符号进行处理，获取适于传输的信号；
相应地，本发明提供一种支持比特加载及比特映射的解码解调系统，包括：
第二处理模块，用于将适于传输的信号进行处理，获取待传输的星座映射符号并发送至解映射模块；
解映射模块，用于将所述待传输的星座映射符号进行解星座映射，获取多个第一子载波加载比特组；
解置换模块，用于根据预设的比特置换图样，将所述第一子载波加载比特组进行解比特置换，获取多个第二子载波加载比特组；
第一组合模块，用于根据预设的比特加载表中的每个资源颗粒对应的子载波标号及加载比特数目，将所述多个第二子载波加载比特组组合，获取第一全部资源颗粒比特；
解内交织模块，用于将所述第一全部资源颗粒比特进行解内交织，获取第二全部资源颗粒比特；
第二组合模块，用于将所述第二全部资源颗粒比特进行组合，获取交织比特；
解交织模块，用于将所述交织比特进行解交织，获取编码比特；
解编码模块，用于将所述编码比特进行解编码，获取传输数据。
由上述技术方案可知，本发明的支持比特加载及比特映射的编码调制方法及系统，通过将待传输数据进行前向纠错编码、比特交织、以资源颗粒为基本单位进行划分、资源颗粒内交织，获取内交织后全部资源颗粒比特，根据预设的比特加载表中每个资源颗粒对应的子载波标号及加载比特数目，将其划分为多个子载波加载比特组，根据预设的比特置换图样，将其进行比特置换，将比特置换后的子载波加载比特组填重到对应的待传输子载波中进行星座映射，获取待传输星座映射符号，将其进行处理，获取适于传输的信号，由此，使得系统能够支持以资源颗粒为单位的不同子载波采用不同调制方式的比特加载技术，同时能够在较低的信令开销和实现复杂度下实现比特映射技术，提高系统传输吞吐率和鲁棒性。
附图说明
图1为本发明第一实施例提供的支持比特加载及比特映射的编码调制方法的流程示意图；
图2为本发明第二实施例提供的采用的64APSK星座图；
图3为本发明第二实施例提供的采用的256APSK星座图；
图4为本发明第二实施例提供的采用256APSK星座映射图时使用和不使用比特映射的编码调制系统的接收端互信息迭代性能；
图5为本发明对第二实施例提供的支持比特映射的系统和不支持比特映射的系统进行计算机仿真得到的误码率曲线；
图6为本发明第三实施例提供的电力线15径多径信道的频率响应图；
图7为本发明第三实施例提供的一种根据15径多径信道频率响应特性设计的比特加载表；
图8为本发明第三实施例提供的支持比特加载和比特映射的改进系统和不支持比特加载和比特映射的初始系统进行计算机仿真得到的误码率曲线；
图9为本发明第四实施例提供的支持比特加载及比特映射的编码调制系统及其相应地的解码解调系统的结构示意图。
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。
第一实施例
图1示出了本发明第一实施例提供的支持比特加载及比特映射的编码调制方法的流程示意图，如图1所示，本实施例的支持比特加载及比特映射的编码调制方法如下所述。
101、将待传输数据进行前向纠错编码，获取编码比特。
102、将所述编码比特进行比特交织，获取交织比特。
可理解的是，本步骤的比特交织是按照第一规则进行比特交织，举例来说，所述第一规则可以为：按行写入按列读取或按列写入按行读取等其他规则，本实施例优选第一规则为：按行写入按列读取。
在具体应用中，步骤102可包括图中未示出的步骤102a-102c：
102a、将所述编码比特的符号序列依次按行逐行写入Nr行的交织器，得到矩阵C。
102b、采用行置换方法将所述矩阵C进行交织，得到交织后的矩阵
102c、将按列逐列读取，得到交织比特
其中， C = c 0 c 1 . . . c N r - 1 T , C ~ = c ~ 0 c ~ 1 . . . c ~ N r - 1 T , 是通过第一公式计算得到的；其中，第一公式为：G为行置换参数，G值为每个资源颗粒包含的比特数目，G、Nr为正整数，lG是通过第二公式计算得到的，ld是通过第三公式计算得到的；其中，第二公式为：lG＝mod(l,G)，l为[0,Nr-1]的整数；第三公式为：
103、将所述交织比特以资源颗粒为基本单位进行划分，获取全部资源颗粒中的比特。
在具体应用中，本实施例将所述交织比特以资源颗粒为基本单位进行划分后，每个资源颗粒包含G个连续比特，一个资源颗粒中的比特完全填充整数个子载波，同一资源颗粒填充的子载波视为一个子载波簇。
可理解的是，在本实施例中一个资源颗粒填充的子载波簇中的所有子载波加载相同数目的比特，并采用相同的星座映射图和发射功率。
104、将所述全部资源颗粒中的比特进行资源颗粒内交织，获取内交织后的全部资源颗粒比特。
可理解的是，本实施例的资源颗粒内交织是按照第二规则进行资源颗粒内交织，所述第二规则可以为：按行写入按列读取或按行写入按列读取等其他规则，本实施例优选第二规则为：按行写入按列读取。
在具体应用中，步骤104可包括图中未示出的步骤104a和104b：
104a、将每个资源颗粒中的G个比特r按行逐行写入矩形交织器。
104b、将r按列逐列读取，得到内交织后的资源颗粒比特
其中，r＝(r0,r1,…,rG-1)，所述矩形交织器的列数为G/m，所述矩形交织器的行数等于资源颗粒在比特加载表中对应的每个子载波的加载比特数目m，m、G为正整数。
105、根据预设的比特加载表中的每个资源颗粒对应的子载波标号及加载比特数目，将所述内交织后的全部资源颗粒比特划分为多个子载波加载比特组。
在具体应用中，步骤105可包括：
将所述资源颗粒内交织后的比特连续以每m个比特组成一个子载波加载比特组，得到多个子载波加载比特组
其中，m为资源颗粒在比特加载表中对应的每个子载波的加载比特数目， b ~ = ( b ~ 0 , b ~ 1 , . . . , b ~ m - 1 ) , m为正整数。
应说明的是，在本实施例中预设的比特加载表是根据接收端实际的信道估计结果动态设置的，其包括：每个资源颗粒映射到的子载波的标号和每个资源颗粒对应的子载波簇中每个子载波的加载比特数目。
举例来说，在预设的比特加载表中所述子载波簇的在其子载波标号上可以连续分布，也可以不连续分布，允许部分子载波不加载资源颗粒中的比特。
应说明的是，在本实施例中同一个资源颗粒对应的子载波上的加载比特数目相同。
106、根据预设的比特置换图样，将每个子载波加载比特组进行比特置换。
在具体应用中，步骤106可包括：
根据预设的比特置换图样p，调整每个子载波加载比特组的比特顺序，得到比特组b；
其中，p＝(p0,p1,…,pm-1)，b＝(b0,b1,…,bm-1)，对应关系为0≤i<m，i为自然数。
应说明的是，在本实施例中预设的比特置换图样p是根据前向纠错编码中的编码、星座映射图、交织方式设置的。
可理解的是，本步骤可实现比特映射。
107、将比特置换后的子载波加载比特组填充到对应的待传输子载波中，进行星座映射，获取待传输的星座映射符号。
108、将所述待传输的星座映射符号进行处理，获取适于传输的信号。
其中，所述处理可为：调制、组帧、上变频等处理。在处理后应将所获取的适于传输的信号，发射到信道中。
应说明的是，在本实施例中，G的值可以为任一正整数，举例来说，G的值可以优选为24或120。
本实施例的支持比特加载及比特映射的编码调制方法，通过将待传输数据进行前向纠错编码、比特交织、以资源颗粒为基本单位进行划分、资源颗粒内交织，获取内交织后全部资源颗粒比特，根据预设的比特加载表中每个资源颗粒对应的子载波标号及加载比特数目，将其划分为多个子载波加载比特组，根据预设的比特置换图样，将其进行比特置换，将比特置换后的子载波加载比特组填重到对应的待传输子载波中进行星座映射，获取待传输星座映射符号，将其进行处理，获取适于传输的信号，使得系统能够支持以资源颗粒为单位的不同子载波采用不同调制方式的比特加载技术，同时能够在较低的信令开销和实现复杂度下实现比特映射技术，提高系统传输吞吐率和鲁棒性。
第二实施例
本发明第二实施例提供的针对地面数字电视广播系统的支持比特加载及比特映射的编码调制方法如下图中未示出的步骤201-208所述。
201、使用低密度奇偶校验码将待传输数据进行前向纠错编码，获取编码比特。
可理解的是，低密度奇偶校验码LDPC的信息比特长度为40960，码长为61440，码率为2/3。
应说明的是，在本实施例中使用LDPC将待传输数据进行前向纠错编码，但本实施例并不对其进行限制，也可以使用其他校验码将待传输数据进行前向纠错编码。
202、按照按行写入按列读取规则将所述编码比特进行比特交织，获取交织比特。
在具体应用中，步骤202根据块交织和行内交织来实现，可优选为：
将所述编码比特的符号序列依次按行逐行写入Nr＝120行的交织器，得到矩阵C；将C进行行内交织，采用行置换方法得到交织后的矩阵将按列逐列读取，得到交织比特；
其中， C = c 0 c 1 . . . c N r - 1 T , C ~ = c ~ 0 c ~ 1 . . . c ~ N r - 1 T , 是通过第一公式计算得到的；其中，第一公式为：G＝24为行置换参数，G值为每个资源颗粒包含的比特数目，lG是通过第二公式计算得到的，ld是通过第三公式计算得到的；其中，第二公式为：lG＝mod(l,G)，l为[0,Nr-1]的整数；第三公式为：
应说明的是，本步骤使用按行写入按列读取规则进行比特交织，但本实施例并不对其进行限定，也可以使用按列写入按行读取等其他规则进行比特交织。
203、将所述交织比特以资源颗粒为基本单位进行划分，获取全部资源颗粒中的比特。
在具体应用中，本实施例将所述交织比特以资源颗粒为基本单位进行划分后，每个资源颗粒包含G个连续比特，一个资源颗粒中的比特完全填充整数个子载波，同一资源颗粒填充的子载波视为一个子载波簇。
应说明的是，本实施例的地面数字电视广播系统支持的星座映射包括正交相移键控(Quadrature Phase Shift Keying，简称QPSK)、16振幅移相键控(Amplitude Phase Shift Keying，简称APSK)、64APSK、256APSK，即每个子载波可选的加载比特数为2、4、6、8；本实施例采用APSK为格雷映射的均匀APSK星座映射，其呈同心圆环状，每个环上的点数相等且在相位上均匀分布，图2和图3给出了64APSK和256APSK的示意图，在具体应用中，本实施例可选择G＝24，将所述交织比特以每连续24个比特划分为一个资源颗粒，61440个交织比特一共划分到2560个资源颗粒，记为RE0到RE2559。
可理解的是，在本实施例中，一个资源颗粒填充的子载波簇中的所有子载波加载相同数目的比特，并采用相同的星座映射图和发射功率。
204、按照按行写入按列读取规则将所述全部资源颗粒中的比特进行资源颗粒内交织，获取内交织后的全部资源颗粒比特。
在具体应用中，步骤204可优选为：
将第i个资源颗粒中所包含的G＝24个比特ri＝(r0,r1,…,rG-1)按行逐行写入交织器矩阵；将ri按列逐列读取，得到比特流
其中，所述矩形交织器的列数为G/mi，行数为第i个资源颗粒对应的加载比特数目mi，mi为正整数，i为自然数，0≤i≤2559。
应说明的是，本步骤使用按行写入按列读取规则进行资源颗粒内交织，但本实施例并不对其进行限定，也可以使用按列写入按行读取等其他规则进行资源颗粒内交织。
205、根据预设的比特加载表中的每个资源颗粒对应的子载波标号及加载比特数目，将所述内交织后的全部资源颗粒比特划分为多个子载波加载比特组。
在具体应用中，步骤205可包括：
将所述资源颗粒内交织后的比特连续以每m个比特组成一个子载波加载比特组，得到多个子载波加载比特组其中，m为资源颗粒在比特加载表中对应的每个子载波的加载比特数目， b ~ = ( b ~ 0 , b ~ 1 , . . . , b ~ m - 1 ) , m为正整数。
应说明的是，在本实施例中预设的比特加载表是根据接收端实际的信道估计结果动态设置的，其包括：每个资源颗粒映射到的子载波的标号和每个资源颗粒对应的子载波簇中每个子载波的加载比特数目。
举例来说，在预设的比特加载表中所述子载波簇的在其子载波标号上可以连续分布，也可以不连续分布，允许部分子载波不加载资源颗粒中的比特。
应说明的是，在本实施例中同一个资源颗粒对应的子载波上的加载比特数目相同。
表1示为本实施例预设的国际电信联盟(InternationalTelecommunications Union，简称ITU)多径信道下的一种比特加载表，在本实施例中可以根据加载比特表1，将第i个资源颗粒按顺序划分为G/mi个子载波加载比特组，每个加载比特组包含mi个比特，对应到其待填充的子载波。
表1
此外，本实施例还可选支持基于功率加载表的自适应功率分配方案，功率加载表包括：每个资源颗粒对应的子载波标号及分配的发送功率。
206、根据预设的比特置换图样，将每个子载波加载比特组进行比特置换。
在具体应用中，步骤206可包括：
将划分到第i个资源颗粒对应的第j个子载波的加载比特组为根据预设的比特置换图样p，调整这mi个比特的顺序，得到比特向量 b i , j = ( b 0 , b 1 , . . . , b m i - 1 ) , 对应关系为 b p k = b ~ k , 0≤k<mi，其中 p = ( p 0 , p 1 , . . . , p m i - 1 ) , k为自然数。
应说明的是，在本实施例中预设的比特置换图样p是根据前向纠错编码中的编码、星座映射图、交织方式设置的，表2为预设的针对每种星座映射图的一种比特置换图样。
表2
星座映射 比特置换图样
QPSK (0,1)
16APSK (1,2,3,0)
64APSK (0,2,3,4,5,1)
256APSK (1,0,2,4,5,3,6,7)
可理解的是，本步骤可实现比特映射。
本实施例可使用外信息传递图EXIT工具，分析使用与不使用比特置换情况下接收端解置换和解编码之间的互信息迭代效果。外信息传递图将LDPC译码模块视为重复码译码VND和校验码译码CND串行级联的迭代系统，解码过程中，VND和CND之间会进行互信息的迭代；对于每个分量译码模块，将其输入先验信息记为IA，输出外信息记为IE，得到每个分量译码模块的EXIT曲线；将VND的EXIT曲线图和CND的EXIT曲线反转后画在同一张图上，VND曲线与CND曲线之间的译码通道面积代表译码损失的信息速率，因此，通道面积越小，译码损失越少。图4示出了采用256APSK星座映射图时使用和不使用比特映射(置换)的编码调制系统的接收端互信息迭代性能。使用比特映射(置换)的情况下，分量译码模块之间互信息迭代收敛的信噪比门限为17.92dB，相比不使用比特映射(置换)的情况下提升约0.5dB；且使用比特映射(置换)的情况下，译码通道明显较窄，其信息速率损失远小于不使用比特映射(置换)的情况。
207、将比特置换后的子载波加载比特组填充到对应的待传输子载波中，进行星座映射，获取待传输的星座映射符号。
208、将所述待传输的星座映射符号进行处理，获取适于传输的信号。
其中，所述处理可为：调制、组帧、上变频等处理。在处理后应将所获取的适于传输的信号，发射到信道中。
本实施例进一步通过计算机仿真得到了上述方案的误码性能，其仿真信道为ITU多径信道，比特加载表如表1所示。仿真参数对照设置如下：一种仿真系统仅采用块交织作为交织方案，支持比特加载但不支持资源颗粒内交织和比特映射，一种仿真系统遵循本标准所提出的比特加载及比特映射方法，所得误码率BER仿真结果如图5所示，在BER为10-5时，支持比特映射的编码调制方案的信噪比门限值为10.4dB，不支持比特映射的编码调制方案的信噪比门限值为10.6dB，可见本实施例的支持比特映射的编码调制方案可获得约0.2dB的增益。
本实施例的支持比特加载及比特映射的编码调制方法，使得系统能够支持以资源颗粒为单位的不同子载波采用不同调制方式的比特加载技术，同时能够在较低的信令开销和实现复杂度下实现比特映射技术，提高系统传输吞吐率和鲁棒性。
第三实施例
本发明第三实施例提供的针对宽带电力线载波通信系统的支持比特加载及比特映射的编码调制方法如下图中未示出的步骤301-308所述。
301、使用G.hn标准的低密度奇偶校验码LDPC将待传输数据进行前向纠错编码，获取编码比特。
可理解的是，G.hn标准的LDPC的码长为6480，码率为2/3。
应说明的是，在本实施例中使用G.hn标准的LDPC将待传输数据进行前向纠错编码，但本实施例并不对其进行限制，也可以使用其他校验码将待传输数据进行前向纠错编码。
302、将所述编码比特进行比特交织，获取交织比特。
在具体应用中，步骤302根据块交织和行内交织来实现，可优选为：
将所述编码比特的符号序列依次按行逐行写入Nr＝120行的交织器，得到矩阵C；将C进行行内交织，采用行置换方法得到交织后的矩阵将按列逐列读取，得到交织比特；
其中， C = c 0 c 1 . . . c N r - 1 T , C ~ = c ~ 0 c ~ 1 . . . c ~ N r - 1 T , 是通过第一公式计算得到的；其中，第一公式为：G＝24为行置换参数，G值为每个资源颗粒包含的比特数目，，lG是通过第二公式计算得到的，ld是通过第三公式计算得到的；其中，第二公式为：lG＝mod(l,G)，l为[0,Nr-1]的整数；第三公式为：
应说明的是，本步骤使用按行写入按列读取规则进行比特交织，但本实施例并不对其进行限定，也可以使用按列写入按行读取等其他规则进行比特交织。
303、将所述交织比特以资源颗粒为基本单位进行划分，获取全部资源颗粒中的比特。
在具体应用中，本实施例将所述交织比特以资源颗粒为基本单位进行划分后，每个资源颗粒包含G个连续比特，一个资源颗粒中的比特完全填充整数个子载波，同一资源颗粒填充的子载波视为一个子载波簇。
应说明的是，本实施例的宽带电力线载波通信系统支持的星座映射包括16APSK、64APSK、256APSK，即每个子载波可选的加载比特数为4、6、8，在具体应用中，本实施例可选择G＝24，将所述交织比特以每连续24个比特划分为一个资源颗粒，6480个交织比特一共划分到270个资源颗粒，记为RE0到RE269。
可理解的是，在，本实施例中一个资源颗粒填充的子载波簇中的所有子载波加载相同数目的比特，并采用相同的星座映射图和发射功率。
304、将所述全部资源颗粒中的比特进行资源颗粒内交织，获取内交织后的全部资源颗粒比特。
在具体应用中，步骤304可优选为：
将第i个资源颗粒中所包含的G＝24个比特ri＝(r0,r1,…,rG-1)按行逐行写入交织器矩阵；将ri按列逐列读取，得到比特流其中，所述矩形交织器的列数为G/mi，行数为第i个资源颗粒对应的加载比特数目mi，mi为正整数，i为自然数，0≤i≤269。
应说明的是，本步骤使用按行写入按列读取规则进行资源颗粒内交织，但本实施例并不对其进行限定，也可以使用按列写入按行读取等其他规则进行资源颗粒内交织。
305、根据预设的比特加载表中的每个资源颗粒对应的子载波标号及加载比特数目，将所述内交织后的全部资源颗粒比特划分为多个子载波加载比特组。
在具体应用中，步骤305可包括：
将所述资源颗粒内交织后的比特连续以每m个比特组成一个子载波加载比特组，得到多个子载波加载比特组其中，m为资源颗粒在比特加载表中对应的每个子载波的加载比特数目，m为正整数。举例来说，可根据比特加载表将第i个资源颗粒按顺序划分为G/mi个子载波加载比特组，每个加载比特组包含mi个比特，对应到其待填充的子载波。
应说明的是，在本实施例中预设的比特加载表是根据接收端实际的信道估计结果动态设置的，其包括：每个资源颗粒映射到的子载波的标号和每个资源颗粒对应的子载波簇中每个子载波的加载比特数目。
举例来说，在预设的比特加载表中所述子载波簇的在其子载波标号上可以连续分布，也可以不连续分布，允许部分子载波不加载资源颗粒中的比特。
应说明的是，在本实施例中同一个资源颗粒对应的子载波上的加载比特数目相同。
表3为电力线15径多径信道参数，15径多径信道的频率响应由公式 H ( f ) = &Sigma; i = 1 L g i e - ( &alpha; 0 + &alpha; 1 f k ) d i &CenterDot; e - j 2 &pi;f ( d i &epsiv; r / c 0 ) 计算，式中各参数如表3所示：表3
图6示出了电力线15径多径信道的频率响应图，可根据该信道设置比特加载表，图7示出了一种根据15径多径信道频率响应特性设计的比特加载表，其横轴为子载波标号，纵轴为对应的加载比特数目。根据该比特分配方案得到的系统的频谱效率为4bits/s/Hz。
306、根据预设的比特置换图样，将每个子载波加载比特组进行比特置换。
在具体应用中，步骤306可包括：
将划分到第i个资源颗粒对应的第j个子载波的加载比特组为根据预设的比特置换图样p，调整这mi个比特的顺序，得到比特向量 b i , j = ( b 0 , b 1 , . . . , b m i - 1 ) , 对应关系为 b p k = b ~ k , 0≤k<mi，其中 p = ( p 0 , p 1 , . . . , p m i - 1 ) , k为自然数。
应说明的是，在本实施例中预设的比特置换图样p是根据前向纠错编码中的编码、星座映射图、交织方式设置的，表4为预设的针对每种星座映射图的一种比特置换图样。
表4
星座映射 比特置换图样
16APSK (1,2,3,0)
64APSK (0,3,4,1,2,5)
256APSK (0,1,3,4,6,5,2,7)
可理解的是，本步骤可实现比特映射。
307、将比特置换后的子载波加载比特组填充到对应的待传输子载波中，进行星座映射，获取待传输的星座映射符号。
308、将所述待传输的星座映射符号进行处理，获取适于传输的信号。
其中，所述处理可为：调制、组帧、上变频等处理。在处理后应将所获取的适于传输的信号，发射到信道中。
图8示出了本发明第三实施例提供的支持比特加载和比特映射的改进系统和不支持比特加载和比特映射的初始系统进行计算机仿真得到的误码率曲线，前者仿真信道为电力线15径多径信道，后者统一采用64APSK作为星座映射图(所有子载波统一加载6个编码比特)，通过合理设置比特加载表使得满足信道质量好的子载波加载更多数目的比特的前提下，使两种系统的总频谱效率均为4bits/s/Hz，其仿真结果如图8所示，对于系统信息传输速率相同的两种系统，采用比特加载自适应地根据每个子载波的信道质量分配加载比特数目，并采用比特映射提高编码调制纠错性能的改进系统，在BER为10-5时，相比不采用比特加载和比特映射技术的系统有0.6dB的性能增益。
本实施例的支持比特加载及比特映射的编码调制方法，使得系统能够支持以资源颗粒为单位的不同子载波采用不同调制方式的比特加载技术，同时能够在较低的信令开销和实现复杂度下实现比特映射技术，提高系统传输吞吐率和鲁棒性。
第四实施例
图9示出了本发明第四实施例提供的支持比特加载及比特映射的编码调制系统及其相应地的解码解调系统的结构示意图，如图9所示，第四实施例提供的支持比特加载及比特映射的编码调制系统1，可以为基于DVB-T2的数字电视广播通信的编码调制系统，其位于发送端，包括：编码模块11、交织模块12、第一划分模块13、内交织模块14、第二划分模块15、置换模块16、星座映射模块17、第一处理模块18；
编码模块11，用于将待传输数据进行前向纠错编码，获取编码比特；
交织模块12，用于将所述编码比特进行比特交织，获取交织比特；
第一划分模块13，用于将所述交织比特以资源颗粒为基本单位进行划分，获取全部资源颗粒中的比特；
内交织模块14，用于将所述全部资源颗粒中的比特进行资源颗粒内交织，获取内交织后的全部资源颗粒比特；
第二划分模块15，用于根据预设的比特加载表中的每个资源颗粒对应的子载波标号及加载比特数目，将所述内交织后的全部资源颗粒比特划分为多个子载波加载比特组；
置换模块16，用于根据预设的比特置换图样，将每个子载波加载比特组进行比特置换，实现比特映射；
星座映射模块17，用于将比特置换后的子载波加载比特组填充到对应的待传输子载波中，进行星座映射，获取待传输的星座映射符号，并发送至第一处理模块；
第一处理模块18，用于将所述待传输的星座映射符号进行处理，获取适于传输的信号。
在具体应用中，所述第一处理模块18，可以用于将星座映射符号进行调制、组帧、上变频等处理，获取适于传输的信号，发射到信道中。
应说明的是，在本实施例中，预设的比特置换图样是根据前向纠错编码中的编码、星座映射图、交织方式设置的；预设的比特加载表是根据接收端实际的信道估计结果动态设置的，其包括：每个资源颗粒映射到的子载波的标号和每个资源颗粒对应的子载波簇中每个子载波的加载比特数目；在本实施例中的同一个资源颗粒对应的子载波上的加载比特数目相同。
举例来说，在预设的比特加载表中所述子载波簇的在其子载波标号上可以连续分布，也可以不连续分布，允许部分子载波不加载资源颗粒中的比特。
本实施例的支持比特加载及比特映射的编码调制系统，能够使得系统能支持以资源颗粒为单位的不同子载波采用不同调制方式的比特加载技术，同时能够在较低的信令开销和实现复杂度下实现比特映射技术，提高系统传输吞吐率和鲁棒性。
本实施例的支持比特加载及比特映射的编码调制系统，可以用于执行前述第一、二、三实施例所示方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。
相应地，如图9所示，本发明实施例中的支持比特加载及比特映射的编码调制系统1对应支持比特加载及比特映射的解码解调系统2，可以为基于DVB-T2的数字电视广播通信的解码解调系统，其位于接收端，包括：第二处理模块21、解映射模块22、解置换模块23、第一组合模块24、解内交织模块25、第二组合模块26、解交织模块27、解编码模块28；
第二处理模块21，用于将适于传输的信号进行处理，获取待传输的星座映射符号并发送至解映射模块；
解映射模块22，用于将所述待传输的星座映射符号进行解星座映射，获取多个第一子载波加载比特组；
解置换模块23，用于根据预设的比特置换图样，将所述第一子载波加载比特组进行解比特置换，获取多个第二子载波加载比特组；
第一组合模块24，用于根据预设的比特加载表中的每个资源颗粒对应的子载波标号及加载比特数目，将所述多个第二子载波加载比特组组合，获取第一全部资源颗粒比特；
解内交织模块25，用于将所述第一全部资源颗粒比特进行解内交织，获取第二全部资源颗粒比特；
第二组合模块26，用于将所述第二全部资源颗粒比特进行组合，获取交织比特；
解交织模块27，用于将所述交织比特进行解交织，获取编码比特；
解编码模块28，用于将所述编码比特进行解编码，获得传输数据。
在具体应用中，所述第二处理模块21，可以用于对接收到信号进行下变频、同步、提取数据帧、解调、信道均衡等处理，发送到解映射模块。
应说明的是，在本实施例中，预设的比特置换图样是根据前向纠错编码中的编码、星座映射图、交织方式设置的；预设的比特加载表是根据接收端实际的信道估计结果动态设置的，其包括：每个资源颗粒映射到的子载波的标号和每个资源颗粒对应的子载波簇中每个子载波的加载比特数目；在本实施例中的同一个资源颗粒对应的子载波上的加载比特数目相同。
举例来说，在预设的比特加载表中所述子载波簇的在其子载波标号上可以连续分布，也可以不连续分布，允许部分子载波不加载资源颗粒中的比特。
本实施例的支持比特加载及比特映射的解码解调系统，能够使得系统能支持以资源颗粒为单位的不同子载波采用不同调制方式的比特加载技术，同时能够在较低的信令开销和实现复杂度下实现比特映射技术，提高系统传输吞吐率和鲁棒性。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种支持比特加载及比特映射的编码调制方法，其特征在于，包括：
将待传输数据进行前向纠错编码，获取编码比特；
将所述编码比特进行比特交织，获取交织比特；
将所述交织比特以资源颗粒为基本单位进行划分，获取全部资源颗粒中的比特；
将所述全部资源颗粒中的比特进行资源颗粒内交织，获取内交织后的全部资源颗粒比特；
根据预设的比特加载表中的每个资源颗粒对应的子载波标号及加载比特数目，将所述内交织后的全部资源颗粒比特划分为多个子载波加载比特组；
根据预设的比特置换图样，将每个子载波加载比特组进行比特置换；
将比特置换后的子载波加载比特组填充到对应的待传输子载波中，进行星座映射，获取待传输的星座映射符号；
将所述待传输的星座映射符号进行处理，获取适于传输的信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述编码比特进行比特交织，获取交织比特，包括：
将所述编码比特的符号序列依次按行逐行写入Nr行的交织器，得到矩阵C；
采用行置换方法将所述矩阵C进行交织，得到交织后的矩阵
将按列逐列读取，得到交织比特；
其中， C = c 0 c 1 . . . c N r - 1 T , C ~ = c ~ 0 c ~ 1 . . . c ~ N r - 1 T , 是通过第一公式计算得到的；
其中，第一公式为：
C ~ 1 = C N r / G &times; l G + l d
G为行置换参数，G值为每个资源颗粒包含的比特数目，G、Nr为正整数，lG是通过第二公式计算得到的，ld是通过第三公式计算得到的；
其中，第二公式为：
lG＝mod(l,G)
l为[0,Nr-1]的整数；
第三公式为：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述交织比特以资源颗粒为基本单位进行划分后，每个资源颗粒包含G个连续比特，一个资源颗粒中的比特完全填充整数个子载波，同一资源颗粒填充的子载波视为一个子载波簇。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，一个资源颗粒填充的子载波簇中的所有子载波加载相同数目的比特，并采用相同的星座映射图和发射功率。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述全部资源颗粒中的比特进行资源颗粒内交织，获取内交织后的全部资源颗粒比特，包括：
将每个资源颗粒中的G个比特r按行逐行写入矩形交织器；
将r按列逐列读取，得到内交织后的资源颗粒比特
其中，r＝(r0,r1,…,rG-1)，所述矩形交织器的列数为G/m，所述矩形交织器的行数等于资源颗粒在比特加载表中对应的每个子载波的加载比特数目m，m、G为正整数。
6.根据权利要求2-5中任一项所述的方法，其特征在于，G的值为24或120。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据预设的比特加载表中的每个资源颗粒对应的子载波标号及加载比特数目，将所述内交织后的全部资源颗粒比特划分为多个子载波加载比特组，包括：
将所述资源颗粒内交织后的比特连续以每m个比特组成一个子载波加载比特组，得到多个子载波加载比特组
其中，m为资源颗粒在比特加载表中对应的每个子载波的加载比特数目， b ~ = ( b ~ 0 , b ~ 1 , . . . , b ~ n - 1 ) , m为正整数。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述子载波簇在预设的比特加载表中的子载波标号上连续分布；
或，
所述子载波簇在预设的比特加载表中的子载波标号上不连续分布。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据预设的比特置换图样，将每个子载波加载比特组进行比特置换，实现比特映射，包括：
根据预设的比特置换图样p，调整每个子载波加载比特组的比特顺序，得到比特组b；
其中，p＝(p0,p1,…,pm-1)，b＝(b0,b1,…,bm-1)，对应关系为0≤i<m，i为自然数。
10.一种支持比特加载及比特映射的编码调制系统，其特征在于，包括：
编码模块，用于将待传输数据进行前向纠错编码，获取编码比特；
交织模块，用于将所述编码比特进行比特交织，获取交织比特；
第一划分模块，用于将所述交织比特以资源颗粒为基本单位进行划分，获取全部资源颗粒中的比特；
内交织模块，用于将所述全部资源颗粒中的比特进行资源颗粒内交织，获取内交织后的全部资源颗粒比特；
第二划分模块，用于根据预设的比特加载表中的每个资源颗粒对应的子载波标号及加载比特数目，将所述内交织后的全部资源颗粒比特划分为多个子载波加载比特组；
置换模块，用于根据预设的比特置换图样，将每个子载波加载比特组进行比特置换，实现比特映射；
星座映射模块，用于将比特置换后的子载波加载比特组填充到对应的待传输子载波中，进行星座映射，获取待传输的星座映射符号，并发送至第一处理模块；
第一处理模块，用于将所述待传输的星座映射符号进行处理，获取适于传输的信号；
相应地，一种支持比特加载及比特映射的解码解调系统，其特征在于，包括：
第二处理模块，用于将适于传输的信号进行处理，获取待传输的星座映射符号并发送至解映射模块；
解映射模块，用于将所述待传输的星座映射符号进行解星座映射，获取多个第一子载波加载比特组；
解置换模块，用于根据预设的比特置换图样，将所述第一子载波加载比特组进行解比特置换，获取多个第二子载波加载比特组；
第一组合模块，用于根据预设的比特加载表中的每个资源颗粒对应的子载波标号及加载比特数目，将所述多个第二子载波加载比特组组合，获取第一全部资源颗粒比特；
解内交织模块，用于将所述第一全部资源颗粒比特进行解内交织，获取第二全部资源颗粒比特；
第二组合模块，用于将所述第二全部资源颗粒比特进行组合，获取交织比特；
解交织模块，用于将所述交织比特进行解交织，获取编码比特；
解编码模块，用于将所述编码比特进行解编码，获取传输数据。
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