CN104426630A - 一种比特交织编码调制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种比特交织编码调制方法及系统，该方法包括：对输入通信系统的原业务信道数据进行前向纠错编码处理，生成编码比特流；对所述编码比特流进行比特交织处理，生成单元字；所述比特交织处理的过程包括：将所述编码比特流按列写入比特交织器，将比特交织器进行列置换，按照行将比特交织器的比特读出，获得输出比特流，再将输出比特流映射成单元字；将所述单元字映射成调制符号。本发明设计了LDPC码参数和结构，使通信系统在AWGN信道下的工作范围可以下探至-3.6dB，在所设计的LDPC码基础上，设计了配套的比特交织方案，将下一代无线广播通信系统的业务数据传输性能进一步提高0.05~0.3dB，降低了接收机在设计和实现方面的复杂度，保证了业务数据的传输可靠性。

Description

一种比特交织编码调制方法及系统

技术领域

本发明属于通信系统中的物理层传输技术领域，涉及一种编码调制方法，特别是涉及一种用于下一代广播电视无线（NGB-W）通信系统的比特交织编码调制（BICM）方法及系统。

背景技术

随着世界经济文化的快速发展，移动用户对信息业务的需求量快速增长。单独依靠传统广播网或传统双向通信网，都无法实现移动信息业务的最优化传输。而下一代广播电视网无线（NGB-W）通信系统，可实现无线广播和双向通信的融合共存，是解决移动信息业务数据量快速增长和无线网络传输容量受限之间矛盾的有效途径。NGB-W通信系统业务主要面向地面传输，而地面传输环境的复杂多变，使其面临严重的干扰和噪声问题。

纠错编码是通信系统保证信息传输的可靠性、克服噪声和干扰的最有效的技术之一，传统的纠错编码技术主要针对二进制输入信道来设计编码，其所获得的编码增益是以更大的信道带宽为代价的。而随着现代移动通信系统的大容量、高可靠性、快速移动、实时通信的发展，若直接将纠错编码用于高阶调制系统，与同频谱效率的未编码系统相比，增益并不明显。Massey提出，如果将纠错编码和调制进行联合设计优化，可以在不降低系统有效传输效率的前提下，提高系统的性能。最初的编码调制技术主要是Ungerboeck提出的网格编码调制（TCM）技术，其核心是通过二进制集合分割方法将二进制标签矢量映射到星座点上，通过编码引入的冗余比特来扩展信号星座图的大小，最大化码字之间的最小欧式距离，无需增加带宽即可实现明显的编码增益。但是，TCM编码的设计和搜索的复杂度较高，在衰落信道下的系统性能不理想。因此通信系统中多采用一种简单实用的编码调制技术——分组编码调制（BCM）。BCM结合分组编码和信号集来构造带宽有效码，分为多层编码（MLC）和比特交织编码调制（BICM）。MLC将构成高阶调制信号点的二进制标签看成多个独立的层，每层用独立的码字加以保护，使得码字之间的最小欧式距最大。当接收机采用多阶译码(MSD)算法时，MLC可以逼近最大似然译码所能达到的信道容量。但是，MLC结构设计不灵活、低层编码较大的差错概率会导致错误传播，因而在实际系统中应用较为困难。在MLC基础上，Zehavi和Caire等人提出了BICM的方案，在编码器和调制器之间引入一个比特交织器，在理想交织条件下，纠错编码和调制星座可以独立设计，增加了设计的灵活性，且当采用Gray映射时，BICM可以逼近MLC理论上的信道容量。在实际系统应用中，编码器和调制器之间的理想比特交织器通常采用块交织器的形式代替，根据已设计好的纠错编码和调制方式，设计块交织器的结构使其性能逼近理想交织器。由于设计灵活简单、性能逼近信道容量等优点，使得BICM在实际的通信系统中得到了广泛应用。

与此同时，纠错编码领域，Turbo码和LDPC码以其逼近香农限的优异性能，成为通信系统中最重要、应用最广泛的两类信道编码。与Turbo相比，LDPC码具有以下优点：1）结构简单，有严格的理论分析工具；2）错误平层低于Turbo码；3）长码长、高码率时性能优于Turbo码；4）易于实现并行译码，译码复杂度低；5）不需要额外的CRC校验等。鉴于以上优点，LDPC码被广泛应用到各种通信系统中，例如欧洲第二代数字视频广播卫星标准DVB-S2、第二代欧洲数字地面电视广播传输标准DVB-T2、空间数据咨询委员会（CCSDS）遥测信道编码标准、宽带无线接入标准IEEE802.16e等。

在下一代无线广播通信系统中，不仅需要支撑面向固定接收的无线广播业务，也需要支撑面向移动接收的多媒体广播业务。因此，下一代无线广播通信系统业务信道数据传输方案必须同时满足多种业务的不同技术需求。在传统无线广播系统中，应用于业务信道数据传输的比特交织编码调制（BICM）方案，无法兼顾传输性能和接收机复杂度，因此无法满足下一代无线广播通信系统的业务需求和技术需求。那么，如何设计出同时满足下一代无线广播通信系统的业务需求和技术需求的统一一致的BICM方案，解决下一代无线广播通信业务数据的传输干扰和噪声问题，保证业务数据的传输效率也是亟待解决的一个问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种比特交织编码调制方法及系统，用于解决现有比特交织编码调制（BICM）方案无法兼顾传输性能和接收机复杂度，不能满足下一代无线广播通信系统的业务需求和技术需求的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种比特交织编码调制方法及系统。

一种比特交织编码调制方法，包括：对输入通信系统的原业务信道数据进行前向纠错编码处理，生成编码比特流；对所述编码比特流进行比特交织处理，生成单元字；所述比特交织处理的过程包括：将所述编码比特流按列写入比特交织器，将比特交织器进行列置换，按照行将比特交织器的比特读出，获得输出比特流，再将输出比特流映射成单元字；将所述单元字映射成调制符号。

一种比特交织编码调制系统，包括：编码器，比特交织器，映射器；所述编码器对输入NGB-W通信系统的原业务信道数据进行前向纠错编码处理，生成编码比特流；所述比特交织器与所述编码器相连，对所述编码比特流进行比特交织处理，生成单元字；所述比特交织器包括写入单元，置换单元，读出单元和映射单元；所述写入单元与所述编码器相连，将所述编码比特流按列写入比特交织器；所述置换单元与所述写入单元相连，将比特交织器进行列置换；所述读出单元与所述置换单元相连，按照行将比特交织器的比特读出，获得输出比特流；所述映射单元与所述读出单元相连，将输出比特流映射成单元字；所述映射器与所述映射单元相连，将所述单元字映射成调制符号。

如上所述，本发明所述的比特交织编码调制方法及系统，具有以下有益效果：

本发明设计了LDPC码参数和结构，使NGB-W通信系统在AWGN信道下的工作范围可以下探至-3.6dB，在LDPC码基础上，设计了配套的比特交织方案，将下一代无线广播通信系统的业务数据传输性能进一步提高0.05～0.3dB，降低了接收机在设计和实现方面的复杂度，保证了业务数据的传输可靠性。

附图说明

图1为本发明所述的比特交织编码调制方法的流程示意图。

图2为本发明所述的进行比特交织处理后的编码比特流的码字格式示意图。

图3为本发明所述的比特交织处理的原理和过程示意图。

图4为本发明所述的比特到单元字的映射原理示意图。

图5为本发明所述的比特交织编码调制系统的结构示意图。

图6为AWGN信道下，QPSK调制方式，9600码长LDPC码仿真性能曲线图。

图7为AWGN信道下，QPSK调制方式，67200码长LDPC码仿真性能曲线图。

图8为实施例二所述的1/2码率，9600码长，16-QAM调制下比特交织器写入结果示意图。

图9为实施例二所述的1/2码率，9600码长，16-QAM调制下比特交织器列置换结果示意图。

元件标号说明

200         比特交织编码调制系统

210         编码器

211         第一编码单元

212         第二编码单元

220         比特交织器

221         写入单元

222         置换单元

223         读出单元

224         映射单元

230         映射器

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅附图。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

本发明属于通信系统中的物理层传输技术领域，涉及移动通信编码调制技术，尤其涉及下一代广播电视无线（NGB-W）通信系统中业务逻辑信道的比特交织编码调制方法。本发明所要解决的技术问题是为NGB-W系统设计BICM方案，在设计了LDPC码参数和结构的基础上，设计了配套的比特交织方案，保证NGB-W业务数据的传输可靠性和传输效率。

下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明。

实施例一

本实施例提供一种比特交织编码调制方法，如图1所示，所述比特交织编码调制方法包括：

对输入通信系统的原业务信道数据进行前向纠错编码处理，生成编码比特流。进一步的具体实施过程包括：对输入通信系统的原业务信道数据进行第一层前向纠错编码处理，生成第一编码比特流；所述原业务信道数据由基带帧组成，所述基带帧包括至少1个BB帧，每个BB帧的长度为K_bch比特；当所述第一层前向纠错编码处理采用的纠错码为BCH码时，每个BB帧构成BCH码的信息比特 $m={\left[\begin{array}{ccccc}{m}_0& m_1& ...& m_{K_{\mathrm{bch}}-2}& m_{K_{\mathrm{bch}}-1}\end{array}\right]}^T,$ 其中m₀为BB帧首位比特，为BB帧末位比特；对m进行BCH编码得到BCH校验比特 $d={\left[\begin{array}{ccccc}{d}_0& d_1& ...& d_{N_{\mathrm{bch}}-K_{\mathrm{bch}}-2}& d_{N_{\mathrm{bch}}-K_{\mathrm{bch}}-1}\end{array}\right]}^T;$ 将d附加在m之后得到第一编码比特流：

$\mathrm{\Λ}={\left[\begin{array}{cccc}{\mathrm{\λ}}_0& {\mathrm{\λ}}_1& ...& {\mathrm{\λ}}_{K_{\mathrm{ldpc}}-1}\end{array}\right]}^T={\left[\begin{array}{cccc}{m}_0& m_1& ...& m_{K_{\mathrm{bch}}-1}\end{array},\begin{array}{cccc}{d}_0& d_1& ...& d_{N_{\mathrm{bch}}-K_{\mathrm{bch}}-1}\end{array}\right]}^T;$

对所述第一编码比特流进行第二层前向纠错编码处理，生成第二编码比特流；当所述第二层前向纠错编码处理采用的纠错码为LDPC码时，对Λ进行LDPC编码得到LDPC校验比特 $p={\left[\begin{array}{cccc}{p}_0& p_1& ...& p_{N_{\mathrm{ldpc}}-K_{\mathrm{ldpc}}-1}\end{array}\right]}^T;$ 将LDPC校验比特p附加在Λ之后得到长度为N_ldpc的系统码字 $u={\left[\begin{array}{cccc}{u}_0& u_1& ...& u_{N_{\mathrm{ldpc}}-1}\end{array}\right]}^T={\left[\begin{array}{cccccccc}{\mathrm{\λ}}_0& {\mathrm{\λ}}_1& ...& {\mathrm{\λ}}_{K_{\mathrm{ldpc}}-1}& p_0& p_1& ...& p_{N_{\mathrm{ldpc}}-K_{\mathrm{ldpc}}-1}\end{array}\right]}^T,$ 即为第二编码比特流。所述第二编码比特流即为所述编码比特流。

更进一步，所述LDPC码的校验矩阵为：

其中H_i,j是大小为b×b的矩阵，b=160或b=1120，0≤i≤c-1,0≤j≤t-1，c表示矩阵H的行数，t表示矩阵H的列数；如果H_i,j=0，则表示矩阵H是一个全零矩阵；如果H_i,j=k，则表示矩阵H是一个偏移量为k的循环置换矩阵，0≤k≤b-1；即矩阵H的第1行的第k个元素为1，其余元素为0；矩阵的各行均是上一行的向右循环移位。

对于具体的编码实现方式，本发明提供两种实施方案，方案1为：所述BCH码为定义在域GF(2¹³)上的、最多能纠正15个比特错误的本原BCH系统码，生成多项式十六进制表示为：99815BEB3FE430D048B8E16B3F03AAEEBF13DC4A3B1CAF2CD；所述LDPC码的长度为9600比特，b=160，码率分别为1/5、1/4、1/3、5/12、1/2、7/12、2/3、3/4、/4/5时纠错编码参数参见表1所示：

表1：方案1的纠错编码参数表

LDPC码率	Kbch	Nbch	BCH纠错能力	Nbch-Kbch	Kldpc	Nldpc
							1/5	1725	1920	15	195	1920	9600
1/4	2205	2400	15	195	2400	9600
							1/3	3005	3200	15	195	3200	9600

5/12	3805	4000	15	195	4000	9600
							1/2	4605	4800	15	195	4800	9600
7/12	5405	5600	15	195	5600	9600
							2/3	6205	6400	15	195	6400	9600
3/4	7005	7200	15	195	7200	9600
							4/5	7485	7680	15	195	7680	9600

方案2为：所述BCH码为定义在域GF(2¹⁶)上的、最多能纠正18个比特错误的本原BCH系统码，生成多项式十六进制表示为：

159E10723894674429395DD5883F42BD8620B7CC05E0C9C4F6564CCCD15A575C938C254E9；所述LDPC码的长度为67200比特，b=1120，码率分别为1/5、1/4、1/3、5/12、1/2、7/12、2/3、3/4、/4/5、5/6时纠错编码参数参见表2所示：

表2：方案2的纠错编码参数表

LDPC码率	Kbch	Nbch	BCH纠错能力	Nbch-Kbch	Kldpc	Nldpc
							1/5	13152	13440	18	288	13440	67200
1/4	16512	16800	18	288	16800	67200
							1/3	22112	22400	18	288	22400	67200
5/12	27712	28000	18	288	28000	67200
							1/2	33312	33600	18	288	33600	67200
7/12	38912	39200	18	288	39200	67200
							2/3	44512	44800	18	288	44800	67200
3/4	50112	50400	18	288	50400	67200
							4/5	53472	53760	18	288	53760	67200
5/6	55712	56000	18	288	56000	67200

表3（1）至表3（10）给出了长度为9600和67200的LDPC码校验矩阵。表中每4个数字i,j,.k₁,k₂为一组，i,j分别表示校验矩阵H中每个循环置换矩阵所在的行和列，k₁表示方案1中LDPC码长为9600时所对应的偏移量，k₂表示方案2中LDPC码长为67200时所对应的偏移量。表中没有定义的位置则为全零矩阵。

表3（1）：1/5码率LDPC码校验矩阵

表3（2）：1/4码率LDPC码校验矩阵

表3（3）：1/3码率LDPC码校验矩阵

表3（4）：5/12码率LDPC码校验矩阵

表3（5）：1/2码率LDPC码校验矩阵

表3（6）：7/12码率LDPC码校验矩阵

表3（7）：2/3码率LDPC码校验矩阵

表3（8）：3/4码率LDPC码校验矩阵

表3（9）：4/5码率LDPC码校验矩阵

表3（10）：5/6码率LDPC码校验矩阵

对所述编码比特流进行比特交织处理，生成单元字。对于QPSK，不做比特交织和列置换，有v=u。在不同调制方式（16-QAM、64-QAM、256-QAM）下，比特交织器的配置如表4所示。

表4：比特交织器配置

参见图3，所述比特交织处理的过程包括：将所述编码比特流按列写入比特交织器，将比特交织器进行列置换，按照行将比特交织器的比特读出，获得输出比特流，再将输出比特流映射成单元字。

进一步，将所述编码比特流按列写入比特交织器的具体过程包括：设所述编码比特流为 $u={\left[\begin{array}{cccc}{u}_0& u_1& ...& u_{N_{\mathrm{ldpc}}-1}\end{array}\right]}^T,$ u_i表示编码比特流u中的第i个比特，0≤i≤N_ldpc-1；将编码比特流u中每一列的写起始位置偏移t_c个比特位写入比特交织器，即u_i写入比特交织器的第c_i列第r_i行，其中 $\begin{array}{c}{c}_i=i{\mathrm{div}N}_r\\ r_i=i+t_{c_i}\mathrm{mod}{N}_r\end{array},$ N_r表示比特交织器的行数，表示写入比特交织器的列旋转参数。

针对所述方案1和方案2中的具有不同码长和码率的LDPC码，以及不同调制方式，优化后的比特交织器的列旋转参数参见表5所示。

表5：优化后的比特交织器的列旋转参数表

将比特交织器进行列置换的具体过程包括：将比特交织器的列之间进行序号置换，第c_i列经过置换后成为第π(c_i)列，比特交织器的输入比特u_i在列置换后成为交织器的第π(c_i)列第r_i行；函数π()为置换函数。

针对方案1和方案2中的具有不同码长和码率的LDPC码，以及不同调制方式，优化后的比特交织器的列置换参数参见表6所示。

表6：优化后的比特交织器的列置换参数表

按照行将比特交织器的比特读出，获得输出比特流的具体过程包括：将第π(c_i)列第r_i行的比特u_i读成为输出比特v_j，j=r_i×N_c+π(c_i)；获得的输出比特流为 $0\≤j\≤N_{\mathrm{ldpc}-1}.$

参见图4，将输出比特流映射成单元字的具体过程包括：输出比特流v的每连续η_MOD个比特组成一个单元字0≤q<N_ldpc/η_MOD，不同调制方式下η_MOD的取值参见表7所示。

表7：不同调制方式下η_MOD的取值

调制方式	ηMOD
		QPSK	2
16-QAM	4
		64-QAM	6
256-QAM	8

输出比特v_j成为第q个单元字的第p个比特y_p,q，其中

p=j modη_MOD

              。

q=j div η_MOD

本发明的保护范围不限于比特交织处理的写入、置换、读出、映射的具体实现方式（即如何写入、如何置换、如何读出、如何映射的实现过程），凡是以写入、置换、读出、映射方式进行交织处理的方案都包括在本发明的保护范围之内。

将所述单元字映射成调制符号。进一步，将所述单元字映射成调制符号的具体过程包括：根据调制方式将比特交织器输出的单元字映射为星座点z_q；所述调制方式与DVB-T2的单元字到星座点的映射关系相对应；所述调制方式包括BPSK、QPSK、16-QAM、64-QAM或/和256-QAM。

本发明还提供一种比特交织编码调制系统，该系统可以实现本发明所述的比特交织编码调制方法，但该调制方法的实现装置不限于本发明所述的调制系统。

如图5所示，所述比特交织编码调制系统200包括：编码器210，比特交织器220，映射器230。

所述编码器210对输入通信系统的原业务信道数据进行前向纠错编码处理，生成编码比特流。

进一步，所述编码器210包括：第一编码单元211，第二编码单元212；所述第一编码单元211对输入通信系统的原业务信道数据进行第一层前向纠错编码处理，生成第一编码比特流；所述原业务信道数据由至少1个BB帧，每个BB帧的长度为K_bch比特；当所述第一层前向纠错编码处理采用的纠错码为BCH码时，每个BB帧构成BCH码的信息比特 $m={\left[\begin{array}{ccccc}{m}_0& m_1& ...& m_{K_{\mathrm{bch}}-2}& m_{K_{\mathrm{bch}}-1}\end{array}\right]}^T,$ 其中m₀为BB帧首位比特，为BB帧末位比特；对m进行BCH编码得到BCH校验比特 $d={\left[\begin{array}{ccccc}{d}_0& d_1& ...& d_{N_{\mathrm{bch}}-K_{\mathrm{bch}}-2}& d_{N_{\mathrm{bch}}-K_{\mathrm{bch}}-1}\end{array}\right]}^T,$ 将d附加在m之后，得到第一编码比特流 $\mathrm{\&Lambda;}={\left[\begin{array}{cccc}{\mathrm{\&lambda;}}_0& {\mathrm{\&lambda;}}_1& ...& {\mathrm{\&lambda;}}_{K_{\mathrm{ldpc}}-1}\end{array}\right]}^T={\left[\begin{array}{cccc}{m}_0& m_1& ...& m_{K_{\mathrm{bch}}-1}\end{array},\begin{array}{cccc}{d}_0& d_1& ...& d_{N_{\mathrm{bch}}-K_{\mathrm{bch}}-1}\end{array}\right]}^T.$

所述第二编码单元212与所述第一编码单元211相连，对所述第一编码比特流进行第二层前向纠错编码处理，生成第二编码比特流；当所述第二层前向纠错编码处理采用的纠错码为LDPC码时，对Λ进行LDPC编码得到LDPC校验比特 $p={\left[\begin{array}{cccc}{p}_0& p_1& ...& p_{N_{\mathrm{ldpc}}-K_{\mathrm{ldpc}}-1}\end{array}\right]}^T;$ 将LDPC校验比特p附加在Λ之后得到长度为N_ldpc的系统码字 $u={\left[\begin{array}{cccc}{u}_0& u_1& ...& u_{N_{\mathrm{ldpc}}-1}\end{array}\right]}^T={\left[\begin{array}{cccccccc}{\mathrm{\&lambda;}}_0& {\mathrm{\&lambda;}}_1& ...& {\mathrm{\&lambda;}}_{K_{\mathrm{ldpc}}-1}& p_0& p_1& ...& p_{N_{\mathrm{ldpc}}-K_{\mathrm{ldpc}}-1}\end{array}\right]}^T,$ 即为第二编码比特流。所述第二编码比特流即为编码比特流。

更进一步，所述LDPC码的校验矩阵为：

其中，H_i,j是大小为b×b的矩阵，b=160或b=1120，0≤i≤c-1,0≤j≤t-1，c表示矩阵H的行数，t表示矩阵H的列数；如果H_i,j=0，则表示矩阵H是一个全零矩阵；如果H_i,j=k，则表示矩阵H是一个偏移量为k的循环置换矩阵，0≤k≤b-1；即矩阵H的第1行的第k个元素为1，其余元素为0；矩阵H的各行均是上一行的向右循环移位。

对于具体的编码实现方式，本发明提供两种实施方案，方案1为：所述BCH码为定义在域GF(2¹³)上的、最多能纠正15个比特错误的本原BCH系统码，生成多项式十六进制表示为：99815BEB3FE430D048B8E16B3F03AAEEBF13DC4A3B1CAF2CD；所述LDPC码的长度为9600比特，b=160，码率分别为1/5、1/4、1/3、5/12、1/2、7/12、2/3、3/4、/4/5时纠错编码参数参见表1所示。

方案2为：所述BCH码为定义在域GF(2¹⁶)上的、最多能纠正18个比特错误的本原BCH系统码，生成多项式十六进制表示为：

159E10723894674429395DD5883F42BD8620B7CC05E0C9C4F6564CCCD15A575C938C254E9；所述LDPC码的长度为67200比特，b=1120，码率分别为1/5、1/4、1/3、5/12、1/2、7/12、2/3、3/4、/4/5、5/6时纠错编码参数参见表2所示。

对于QPSK，不做比特交织和列置换，有v=u。在不同调制方式（16-QAM、64-QAM、256-QAM）下，比特交织器的配置如表4所示。

所述比特交织器220与所述编码器210相连，对所述编码比特流进行比特交织处理，生成单元字。

进一步，所述比特交织器220包括写入单元221，置换单元222，读出单元223和映射单元224。

所述写入单元221与所述编码器210相连，将所述编码比特流按列写入比特交织器。具体地，所述写入单元将所述编码比特流u中每一列的写起始位置旋转t_c个比特位写入比特交织器，其中 ${u=\left[\begin{array}{cccc}{u}_0& u_1& ...& u_{N_{\mathrm{ldpc}}-1}\end{array}\right]}^T$ u_i表示编码比特流u中的第i个比特，0≤i≤N_ldpc-1；即u_i写入比特交织器的第c_i列第r_i行，其中 $\begin{array}{c}{c}_i=i\mathrm{div}{N}_r\\ r_i=i+t_{c_i}\mathrm{mod}{N}_r\end{array}$ N_r表示比特交织器的行数，表示写入比特交织器的列旋转参数。针对所述方案1和方案2中的具有不同码长和码率的LDPC码，以及不同调制方式，优化后的比特交织器的列旋转参数参见表5所示。

所述置换单元222与所述写入单元221相连，将比特交织器进行列置换。具体地，所述置换单元将写入单元写入的比特流进行列置换，即第c_i列比特流经过置换后成为第π(c_i)列，输入比特u_i在列置换后成为第π(c_i)列第r_i行的比特；函数π()为置换函数。针对方案1和方案2中的具有不同码长和码率的LDPC码，以及不同调制方式，优化后的比特交织器的列置换参数参见表6所示。

所述读出单元223与所述置换单元222相连，按照行将比特交织器的比特读出，获得输出比特流。具体地，所述读出单元按照行读出置换单元输出的比特流，即将第π(c_i)列第r_i行的比特u_i读成为输出比特v_j，j=r_i×N_c+π(c_i)；获得的输出比特流为 $0\&le;j\&le;N_{\mathrm{ldpc}-1}.$

所述映射单元224与所述读出单元223相连，将输出比特流映射成单元字。具体地，所述映射单元将所述读出单元输出的比特流v的每连续η_MOD个比特组成一个单元字0≤q<N_ldpc/η_MOD，使得输出比特v_j成为第q个单元字的第p个比特y_p,q，其中 $\begin{array}{c}p=j\mathrm{mod}{\mathrm{\&eta;}}_{\mathrm{MOD}}\\ q=j\mathrm{div}{\mathrm{\&eta;}}_{\mathrm{MOD}}\end{array}.$ 不同调制方式下η_MOD的取值参见表7所示。

本发明所述的比特交织器220的保护范围不限于写入单元221，置换单元222，读出单元223和映射单元224的具体实现方式，凡是包括写入单元221，置换单元222，读出单元223和映射单元224的功能在内的比特交织器都属于本发明的保护范围。

所述映射器230与所述映射单元224相连，将所述单元字映射成调制符号。具体地，所述映射器根据调制方式将比特交织器输出的单元字映射为星座点z_q；所述调制方式与DVB-T2的单元字到星座点的映射关系相对应；所述调制方式包括BPSK、QPSK、16-QAM、64-QAM或/和256-QAM。本发明方法及系统，包括具有合理结构和参数的前向纠错编码方法，以及与之对应的比特交织与比特映射方法，

本发明为NGB-W系统提供了长度为9600比特，码率为1/5、1/4、1/3、5/12、1/2、7/12、2/3、3/4、4/5共计9种LDPC码校验矩阵；还为NGB-W系统提供了长度为67200比特，码率为1/5、1/4、1/3、5/12、1/2、7/12、2/3、3/4、4/5、5/6共计10种LDPC码校验矩阵。各码率之间的译码门限相差1dB左右，提供了灵活的参数选择。

采用本发明所提供的LDPC码矩阵，使下一代无线广播（NGB-W）通信系统在AWGN信道下的工作范围可以下探至-3.6dB。具体结果见图6～图7。此外，在AWGN信道及高阶调制下，本发明可以将下一代无线广播通信系统的业务数据传输性能提高0.05～0.3dB。

由于比特交织器的作用是用于匹配纠错编码和调制星座图，故需要针对特定的纠错编码结构设计特定的比特交织器，因此，本发明在设计LDPC码参数和结构的同时，设计了配套的比特交织方案，在提升业务信道数据传输的质量和效率的同时，降低了接收机在设计和实现方面的复杂度，保证了业务数据的传输可靠性。

实施例二

本实施例以短FEC长度（N_ldpc=9600）、码率1/2、16-QAM调制为例进一步说明本发明所述的比特交织编码调制方法的具体实现过程：

BCH编码器将长度为K_bch=4605的信息比特m=[m₀,m₁…m₄₆₀₄]^T编码成为长度为N_bch=K_ldpc=4800的BCH码编码比特Λ=[λ₀ λ₁ … λ₄₇₉₉]^T=[m₀,m₁…m₄₆₀₄,d₀,d₁,...,d₁₉₄]^T。

LDPC编码器将Λ编码成长度为N_ldpc=9600的系统码字u=[u₀ u₁ … u₉₅₉₉]^T=[λ₀ λ₁ … λ₄₇₉₉ p₀ p₁ … p₄₇₉₉]^T。

依次将LDPC编码器的输出比特u_i写入比特交织器，每一列的写起始位置根据表5旋转t_c={0 0 0 0 2 4 4 4}个比特位，写入后交织器的内部结构如图8所示。

比特交织器的列之间进行序号置换，根据表6可知，第c_i={0 1 2 3 4 5 6 7}列经过置换后成为第π(c_i)={6 5 4 0 7 3 2 1}列，列置换后比特交织器的内部数据存储方式如图9所示。

按照行将比特交织器的比特读出，组成比特交织器的输出比特流 $v={[v_0,v_1,...,v_{N_{\mathrm{ldpc}}-1}]}^T=$ $[u_{3600},u_{9596},u_{8396},u_{7196},u_{2400},u_{1200},u_0,u_{5998},u_{3601},u_{9597},u_{8397},u_{7197},u_{2401},u_{1201},u_1,u_{5999},u_{3602},u_{9598},u_{8398},$ $u_{7198},u_{2402},u_{1202},u_2,u_{4800},u_{3603},u_{9599},u_{8399},u_{7199},u_{2403},u_{1203},u_3,u_{4801},...,u_{4798},u_{9594},u_{8394},u_{7194},u_{3598},u_{2398},$ $u_{1198},u_{5996},u_{4799},u_{9595},u_{8395},u_{7195},u_{3599},u_{2399},u_{1199},u_{5997}{]}^T$

比特交织器输出比特流v的每连续η_MOD=4个比特组成一个单元字，Y₀＝{y_0，0，y_１，0，...，y_3，0]^T＝[u₃₆₀₀，u₉₅₉₆，u₈₃₉₆，u₇₁₉₆]^T，Y₁＝[u₂₄₀₀，u₁₂₀₀，u₀，u₅₉₉₈]^T，...，Y₂₃₉₉=[u₃₅₉₉,u₂₃₉₉,u₁₁₉₉,u₅₉₉₇]^T。

将比特交织器的输出单元字Y₀,Y₁,...,Y₂₃₉₉按照与DVB-T2系统相同的方式映射为星座点z₀,z₁,...,z₂₃₉₉。

综上所述，本发明具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (21)

1.一种比特交织编码调制方法，其特征在于，所述比特交织编码调制方法包括：

对输入通信系统的原业务信道数据进行前向纠错编码处理，生成编码比特流；

对所述编码比特流进行比特交织处理，生成单元字；所述比特交织处理的过程包括：将所述编码比特流按列写入比特交织器，将比特交织器进行列置换，按照行将比特交织器的比特读出，获得输出比特流，再将输出比特流映射成单元字；

将所述单元字映射成调制符号。

2.根据权利要求1所述的比特交织编码调制方法，其特征在于，对输入通信系统的原业务信道数据进行前向纠错编码处理，生成编码比特流的具体过程包括：

对输入通信系统的原业务信道数据进行第一层前向纠错编码处理，生成第一编码比特流；所述原业务信道数据由至少1个BB帧组成，每个BB帧的长度为K_bch比特；当所述第一层前向纠错编码处理采用的纠错码为BCH码时，每个BB帧构成BCH码的信息比特 $m={\left[\begin{array}{ccccc}{m}_0& m_1& ...& m_{K_{\mathrm{bch}}-2}& m_{K_{\mathrm{bch}}-1}\end{array}\right]}^T,$ 其中m₀为BB帧首位比特，为BB帧末位比特；对m进行BCH编码得到BCH校验比特 $d={\left[\begin{array}{ccccc}{d}_0& d_1& ...& d_{N_{\mathrm{bch}}-K_{\mathrm{bch}}-2}& d_{N_{\mathrm{bch}}-K_{\mathrm{bch}}-1}\end{array}\right]}^T,$ 将d附加在m之后，得到第一编码比特流 $\mathrm{\&Lambda;}={\left[\begin{array}{cccc}{\mathrm{\&lambda;}}_0& {\mathrm{\&lambda;}}_1& ...& {\mathrm{\&lambda;}}_{K_{\mathrm{ldpc}}-1}\end{array}\right]}^T={\left[\begin{array}{cccc}{m}_0& m_1& ...& m_{K_{\mathrm{bch}}-1}\end{array},\begin{array}{cccc}{d}_0& d_1& ...& d_{N_{\mathrm{bch}}-K_{\mathrm{bch}}-1}\end{array}\right]}^T$

对所述第一编码比特流进行第二层前向纠错编码处理，生成第二编码比特流；当所述第二层前向纠错编码处理采用的纠错码为LDPC码时，对Λ进行LDPC编码得到LDPC校验比特 $p={\left[\begin{array}{cccc}{p}_0& p_1& ...& p_{N_{\mathrm{ldpc}}-K_{\mathrm{ldpc}}-1}\end{array}\right]}^T;$ 将LDPC校验比特p附加在Λ之后得到长度为的系统码字 $u={\left[\begin{array}{cccc}{u}_0& u_1& ...& u_{N_{\mathrm{ldpc}}-1}\end{array}\right]}^T={\left[\begin{array}{cccccccc}{\mathrm{\&lambda;}}_0& {\mathrm{\&lambda;}}_1& ...& {\mathrm{\&lambda;}}_{K_{\mathrm{ldpc}}-1}& p_0& p_1& ...& p_{N_{\mathrm{ldpc}}-K_{\mathrm{ldpc}}-1}\end{array}\right]}^T,$ 即为第二编码比特流；

所述第二编码比特流即为所述编码比特流。

3.根据权利要求2所述的比特交织编码调制方法，其特征在于，所述LDPC码的校验矩阵为：

其中，H_i,j是大小为b×b的矩阵，b=160或b=1120，0≤i≤c-1,0≤j≤t-1，c表示矩阵H的行数，t表示矩阵H的列数；如果H_i,j=0，则表示矩阵H是一个全零矩阵；如果H_i,j=k，则表示矩阵H是一个偏移量为k的循环置换矩阵，0≤k≤b-1；即矩阵H的第1行的第k个元素为1，其余元素为0；矩阵的各行均是上一行的向右循环移位。

4.根据权利要求3所述的比特交织编码调制方法，其特征在于：所述BCH码为定义在域GF(2¹³)上的、最多能纠正15个比特错误的本原BCH系统码，生成多项式十六进制表示为：99815BEB3FE430D048B8E16B3F03AAEEBF13DC4A3B1CAF2CD；所述LDPC码的长度为9600比特，b=160，码率分别为1/5、1/4、1/3、5/12、1/2、7/12、2/3、3/4、/4/5时纠错编码参数如下表所示：

LDPC码率 K_bch N_bch BCH纠错能力 N_bch-K_bch K_ldpc N_ldpc 1/5 1725 1920 15 195 1920 9600 1/4 2205 2400 15 195 2400 9600 1/3 3005 3200 15 195 3200 9600 5/12 3805 4000 15 195 4000 9600 1/2 4605 4800 15 195 4800 9600 7/12 5405 5600 15 195 5600 9600 2/3 6205 6400 15 195 6400 9600 3/4 7005 7200 15 195 7200 9600 4/5 7485 7680 15 195 7680 9600

5.根据权利要求3所述的比特交织编码调制方法，其特征在于：所述BCH码为定义在域GF(2¹⁶)上的、最多能纠正18个比特错误的本原BCH系统码，生成多项式十六进制表示为：159E10723894674429395DD5883F42BD8620B7CC05E0C9C4F6564CCCD15A575C938C254E9；所述LDPC码的长度为67200比特，b=1120，码率分别为1/5、1/4、1/3、5/12、1/2、7/12、2/3、3/4、/4/5、5/6时的纠错编码参数如下表所示：

LDPC码率 K_bch N_bch BCH纠错能力 N_bch-K_bch K_ldpc N_ldpc 1/5 13152 13440 18 288 13440 67200

1/4 16512 16800 18 288 16800 67200 1/3 22112 22400 18 288 22400 67200 5/12 27712 28000 18 288 28000 67200 1/2 33312 33600 18 288 33600 67200 7/12 38912 39200 18 288 39200 67200 2/3 44512 44800 18 288 44800 67200 3/4 50112 50400 18 288 50400 67200 4/5 53472 53760 18 288 53760 67200 5/6 55712 56000 18 288 56000 67200

6.根据权利要求4或5所述的比特交织编码调制方法，其特征在于，将所述编码比特流按列写入比特交织器的具体过程包括：

设所述编码比特流为 $u={\left[\begin{array}{cccc}{u}_0& u_1& ...& u_{N_{\mathrm{ldpc}}-1}\end{array}\right]}^T,$ u_i表示编码比特流u中的第i个比特， $0\&le;i\&le;N_{\mathrm{ldpc}-1};$

将编码比特流u中每一列的写起始位置偏移t_c个比特位写入比特交织器，即u_i写入比特交织器的第c_i列第r_i行，其中

c_i=i div N_r

$r_i=i+t_{c_i}\mathrm{mod}{N}_r$

N_r表示比特交织器的行数，表示写入比特交织器的列旋转参数，不同码率下的列旋转参数如下表所示：

7.根据权利要求6所述的比特交织编码调制方法，其特征在于：将比特交织器进行列置换的具体过程包括：

将比特交织器的列之间进行序号置换，第c_i列经过置换后成为第π(c_i)列，比特交织器的输入比特u_i在列置换后成为交织器的第π(c_i)列第r_i行；函数π()为置换函数；不同码率下的列置换参数如下表所示：

8.根据权利要求7所述的比特交织编码调制方法，其特征在于：按照行将比特交织器的比特读出，获得输出比特流的具体过程包括：

将第π(c_i)列第r_i行的比特u_i读成为输出比特v_j，j=r_i×N_c+π(c_i)；获得的输出比特流为 $v={[v_0,v_1,...,v_{N_{\mathrm{ldpc}}-1}]}^T,$ 0≤j≤N_ldpc-1。

9.根据权利要求8所述的比特交织编码调制方法，其特征在于：将输出比特流映射成单元字的具体过程包括：

输出比特流v的每连续η_MOD个比特组成一个单元字0≤q<N_ldpc/η_MOD，不同调制方式下η_MOD的取值如下：

调制方式 η_MOD QPSK 2 16-QAM 4 64-QAM 6 256-QAM 8

输出比特v_j成为第q个单元字的第p个比特y_p,q，其中

p＝j mod η_MOD

              。

q＝j div η_MOD

10.根据权利要求9所述的比特交织编码调制方法，其特征在于：将所述单元字映射成调制符号的具体过程包括：根据调制方式将比特交织器输出的单元字映射为星座点z_q；所述调制方式与DVB-T2的单元字到星座点的映射关系相对应；所述调制方式包括BPSK、QPSK、16-QAM、64-QAM或/和256-QAM。

11.根据权利要求4或5所述的比特交织编码调制方法，其特征在于，不同码率下长度为9600和67200的LDPC码校验矩阵如下表所示，其中每4个数字i,j,.k₁,k₂为一组，i,j分别表示校验矩阵H中每个循环置换矩阵所在的行和列，k₁表示LDPC码长为9600时所对应的偏移量，k₂表示LDPC码长为67200时所对应的偏移量，没有定义的位置则为全零矩阵；

1/5码率LDPC码校验矩阵为：

1/4码率LDPC码校验矩阵为：

1/3码率LDPC码校验矩阵为：

5/12码率LDPC码校验矩阵为：

1/2码率LDPC码校验矩阵为：

7/12码率LDPC码校验矩阵为：

2/3码率LDPC码校验矩阵为：

3/4码率LDPC码校验矩阵为：

4/5码率LDPC码校验矩阵为：

5/6码率LDPC码校验矩阵为：

12.一种比特交织编码调制系统，其特征在于，所述比特交织编码调制系统包括：

编码器，对输入通信系统的原业务信道数据进行前向纠错编码处理，生成编码比特流；

比特交织器，与所述编码器相连，对所述编码比特流进行比特交织处理，生成单元字；所述比特交织器包括写入单元，置换单元，读出单元和映射单元；所述写入单元与所述编码器相连，将所述编码比特流按列写入比特交织器；所述置换单元与所述写入单元相连，将比特交织器进行列置换；所述读出单元与所述置换单元相连，按照行将比特交织器的比特读出，获得输出比特流；所述映射单元与所述读出单元相连，将输出比特流映射成单元字；

映射器，与所述映射单元相连，将所述单元字映射成调制符号。

13.根据权利要求12所述的比特交织编码调制系统，其特征在于，所述编码器包括：

第一编码单元，对输入通信系统的原业务信道数据进行第一层前向纠错编码处理，生成第一编码比特流；所述原业务信道数据由至少1个BB帧组成，每个BB帧的长度为K_bch比特；当所述第一层前向纠错编码处理采用的纠错码为BCH码时，每个BB帧构成BCH码的信息比特 $m={\left[\begin{array}{ccccc}{m}_0& m_1& ...& m_{K_{\mathrm{bch}}-2}& m_{K_{\mathrm{bch}}-1}\end{array}\right]}^T,$ 其中m₀为BB帧首位比特，为BB帧末位比特；对m进行BCH编码得到BCH校验比特 $d={\left[\begin{array}{ccccc}{d}_0& d_1& ...& d_{N_{\mathrm{bch}}-K_{\mathrm{bch}}-2}& d_{N_{\mathrm{bch}}-K_{\mathrm{bch}}-1}\end{array}\right]}^T,$ 将d附加在m之后，得到第一编码比特流

$\mathrm{\&Lambda;}={\left[\begin{array}{cccc}{\mathrm{\&lambda;}}_0& {\mathrm{\&lambda;}}_1& ...& {\mathrm{\&lambda;}}_{K_{\mathrm{ldpc}}-1}\end{array}\right]}^T={\left[\begin{array}{cccc}{m}_0& m_1& ...& m_{K_{\mathrm{bch}}-1}\end{array},\begin{array}{cccc}{d}_0& d_1& ...& d_{N_{\mathrm{bch}}-K_{\mathrm{bch}}-1}\end{array}\right]}^T;$

第二编码单元，与所述第一编码单元相连，对所述第一编码比特流进行第二层前向纠错编码处理，生成第二编码比特流；当所述第二层前向纠错编码处理采用的纠错码为LDPC码时，对Λ进行LDPC编码得到LDPC校验比特 $p={\left[\begin{array}{cccc}{p}_0& p_1& ...& p_{N_{\mathrm{ldpc}}-K_{\mathrm{ldpc}}-1}\end{array}\right]}^T;$ 将LDPC校验比特p附加在Λ之后得到长度为N_ldpc的系统码字 $u={\left[\begin{array}{cccc}{u}_0& u_1& ...& u_{N_{\mathrm{ldpc}}-1}\end{array}\right]}^T={\left[\begin{array}{cccccccc}{\mathrm{\&lambda;}}_0& {\mathrm{\&lambda;}}_1& ...& {\mathrm{\&lambda;}}_{K_{\mathrm{ldpc}}-1}& p_0& p_1& ...& p_{N_{\mathrm{ldpc}}-K_{\mathrm{ldpc}}-1}\end{array}\right]}^T,$ 即为第二编码比特流；

所述第二编码比特流即为编码比特流。

14.根据权利要求13所述的比特交织编码调制系统，其特征在于：所述LDPC码的校验矩阵为：

其中，H_i,j是大小为b×b的矩阵，b=160或b=1120，0≤i≤c-1,0≤j≤t-1，c表示矩阵H的行数，t表示矩阵H的列数；如果H_i,j=0，则表示矩阵H是一个全零矩阵；如果H_i,j=k，则表示矩阵H是一个偏移量为k的循环置换矩阵，0≤k≤b-1；即矩阵H的第1行的第k个元素为1，其余元素为0；矩阵H的各行均是上一行的向右循环移位。

15.根据权利要求14所述的比特交织编码调制系统，其特征在于：所述BCH码为定义在域GF(2¹³)上的、最多能纠正15个比特错误的本原BCH系统码，生成多项式十六进制表示为：99815BEB3FE430D048B8E16B3F03AAEEBF13DC4A3B1CAF2CD；所述LDPC码的长度为9600比特，b=160，码率分别为1/5、1/4、1/3、5/12、1/2、7/12、2/3、3/4、/4/5时纠错编码参数如下表所示：

LDPC码率 K_bch N_bch BCH纠错能力 N_bch-K_bch K_ldpc N_ldpc 1/5 1725 1920 15 195 1920 9600 1/4 2205 2400 15 195 2400 9600 1/3 3005 3200 15 195 3200 9600 5/12 3805 4000 15 195 4000 9600 1/2 4605 4800 15 195 4800 9600 7/12 5405 5600 15 195 5600 9600 2/3 6205 6400 15 195 6400 9600 3/4 7005 7200 15 195 7200 9600 4/5 7485 7680 15 195 7680 9600

16.根据权利要求14所述的比特交织编码调制系统，其特征在于：所述BCH码为定义在域GF(2¹⁶)上的、最多能纠正18个比特错误的本原BCH系统码，生成多项式十六进制表示为：

159E10723894674429395DD5883F42BD8620B7CC05E0C9C4F6564CCCD15A575C938C254E9；所述LDPC码的长度为67200比特，b=1120，码率分别为1/5、1/4、1/3、5/12、1/2、7/12、2/3、3/4、/4/5、5/6时纠错编码参数如下表所示：

LDPC码率 K_bch N_bch BCH纠错能力 N_bch-K_bch K_ldpc N_ldpc

1/5 13152 13440 18 288 13440 67200 1/4 16512 16800 18 288 16800 67200 1/3 22112 22400 18 288 22400 67200 5/12 27712 28000 18 288 28000 67200 1/2 33312 33600 18 288 33600 67200 7/12 38912 39200 18 288 39200 67200 2/3 44512 44800 18 288 44800 67200 3/4 50112 50400 18 288 50400 67200 4/5 53472 53760 18 288 53760 67200 5/6 55712 56000 18 288 56000 67200

17.根据权利要求15或16所述的比特交织编码调制系统，其特征在于：所述写入单元将所述编码比特流u中每一列的写起始位置偏移t_c个比特位写入比特交织器，其中 $u={\left[\begin{array}{cccc}{u}_0& u_1& ...& u_{N_{\mathrm{ldpc}}-1}\end{array}\right]}^T$ u_i表示编码比特流u中的第i个比特，0≤i≤N_ldpc-1；即u_i写入比特交织器的第c_i列第r_i行，其中

c_i=i div N_r

$r_i=i+t_{c_i}\mathrm{mod}{N}_r$

N_r表示比特交织器的行数，表示写入比特交织器的列旋转参数，所述不同码率下的列旋转参数如下表所示：

18.根据权利要求17所述的比特交织编码调制系统，其特征在于：所述置换单元将写入单元写入的比特流进行列置换，即第c_i列比特流经过置换后成为第π(c_i)列，输入比特u_i在列置换后成为第π(c_i)列第r_i行的比特；函数π()为置换函数；所述不同码率下的列置换参数如下表所示：

19.根据权利要求18所述的比特交织编码调制系统，其特征在于：所述读出单元按照行读出置换单元输出的比特流，即将第π(c_i)列第r_i行的比特u_i读成为输出比特v_j，j=r_i×N_c+π(c_i)；获得的输出比特流为0≤j≤N_ldpc-1。

20.根据权利要求19所述的比特交织编码调制系统，其特征在于：所述映射单元将所述读出单元输出的比特流v的每连续η_MOD个比特组成一个单元字0≤q<N_ldpc/η_MOD，使得输出比特v_j成为第q个单元字的第p个比特y_p,q，其中

p=j modη_MOD

             ；

q=j divη_MOD；

不同调制方式下η_MOD的取值如下：

调制方式 η_MOD QPSK 2 16-QAM 4 64-QAM 6 256-QAM 8

21.根据权利要求20所述的比特交织编码调制系统，其特征在于：所述映射器根据调制方式将比特交织器输出的单元字映射为星座点z_q；所述调制方式与DVB-T2的单元字到星座点的映射关系相对应；所述调制方式包括BPSK、QPSK、16-QAM、64-QAM或/和256-QAM。