CN104579576A - 编码调制方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种采用Raptor-like Irregular QC-LDPC码的编码调制方法及系统，该方法包括：编码调制系统接收输入的信息比特；根据Raptor-like Irregular QC-LDPC码的校验矩阵对信息比特进行LDPC信道编码以生成编码比特；通过对编码比特进行比特映射得到映射比特；对映射比特进行星座映射得到星座映射符号，并将星座映射符号通过等效传输信道后得到接收符号；对映射比特外信息进行比特软解交织以生成编码比特的先验信息；对编码比特的先验信息进行解码得到编码比特的外信息；对编码比特的外信息进行比特软交织以生成映射比特的先验信息，并经过多次迭代后输出LDPC解码结果。发明的方法提高了通信系统的灵活性，简化了适于多种业务的信道解码器实现，并有助于提高编码调制系统的吞吐能力和可扩展性。

Description

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，特别涉及一种编码调制方法及系统。
背景技术
在通信领域，通常采用信道编码技术来保证在噪声和干扰信道中通信的有效性和可靠性。比如，在卫星通信系统中，由于地理和环境因素的影响，存在大量的噪声源。这些通信信道有其理论上的最大通信容量(也就是信息论的香农限)，该容量可以使用给定信道在特定信噪比(SNR)条件下的比特速率(bps)来表示。其中一种接近香农限的差错控制编码就是低密度奇偶校验码(LDPC)。目前，LDPC码由于其逼近香农限的纠错性能，已经得到广泛应用。LDPC码的研究主要集中于三个方面，一是优秀的LDPC码的构造；二是优秀译码算法；三是LDPC码在多样化需求环境下的应用。其中LDPC码的构造是提升LDPC码性能且兼顾多用户传输需求的最根本途径。性能优秀的LDPC码的构造也称为好码构造，倾注了研究人员的众多很有成效的努力，也取得了一系列优秀的LDPC码方案。
LDPC码是一种线性分组码，由N-K行N列的校验矩阵H定义，其中N为码字长度(简称码长)，K为信息位长度，M＝N-K一般称为校验位长度，对应码率R＝K/N。H矩阵由元素0或1组成，它的每一行表示一个校验方程。在Tanner图中称为校验节点，共N-K个；每一列代表一个信息比特，在Tanner图中称为变量节点，共N个；H矩阵中的非零元素表示其所在行的校验节点和所在列的变量节点之间的连接关系，在Tanner图中称为边。为了方便叙述，此处定义矩阵H的列重分布ΛH(x)＝a0+a1x1+...+atxt，表示矩阵H每一列中非零元素的个数分布，即非零元素个数为0的列有a0列，非零元素个数为1的列有a1列，依此类推。同理，矩阵H的行重分布PH(x)表示校验矩阵H每一行中非零元素的个数分布。
准循环LDPC码(QC-LDPC)是LDPC码的一个重要子类，它的校验矩阵和生成矩阵均具有准循环形式。QC-LDPC码的校验矩阵由Mc*Nc个子矩阵组成，且前Kc列子矩阵所在的列对应信息位，其中Mc＝M/b，Nc＝N/b，Kc＝K/b，b为子矩阵阶数，又称扩展因子。每个子矩阵都是b*b的方阵，这些方阵或为全零矩阵，或为循环移位矩阵，其特点在于，每一行都是它上一行的右循环移位。QC-LDPC码的循环移位子矩阵一般由单位矩阵平移得到，此时该子矩阵的一行或一列中有且仅有一个非零元素，并由其偏移地址唯一确定。为了描述 方便，根据QC-LDPC码H矩阵的准循环结构，首先给出如下描述：
子矩阵：QC-LDPC码的H矩阵由Mc*Nc个子矩阵组成，子矩阵或是单位循环矩阵，或是全零矩阵。
基矩阵T：即QC-LDPC码H矩阵的模板矩阵。T矩阵为Mc*Nc阶矩阵，元素只有0和1两种，其中每个元素1代表H矩阵中的一个循环子矩阵，每个元素0代表一个全零子矩阵。QC-LDPC码的性能极限由基矩阵决定。
偏移地址：QC-LDPC码H矩阵中循环子矩阵较单位阵向右偏移的位置p(m,n)定义为编号(m,n)的循环子矩阵的偏移地址，其中m,n仅取基矩阵T中为1的项。
偏移地址矩阵A：当子矩阵阶数b和各循环子矩阵偏移地址确定后，通过将原T矩阵中的非零元素1用p(m,n)+1的值替换，得到Mc*Nc阶矩阵，定义为偏移地址矩阵。
通过上述描述可知，确定A矩阵及子矩阵阶数b后，A矩阵与H矩阵一一对应，H矩阵可由A矩阵进行准循环子矩阵扩展后得到。
现有的编码调制方案所采用的信道编码有局限性。例如LTE系统中采用的Turbo码，主码率为1/3，其局限性如下：
1、虽然该方案可以实现1/3～1之间的几乎任意码率，但没有提供更低码率的码；更低码率的实现可以通过对已有码率的码字进行重复得到等效的低码率码字，这样并未得到编码增益。
2、从码性能角度分析，1/3码率的Turbo码，其SNR门限距离香农极限约2dB，仍有提升的空间。
3、该方案信息位长度恒定，为4800比特，改变信息位的长度需要重新对交织器进行设计，无法适应多种业务的需求且复杂度有所提升。
4、该方案受到作为分量码的卷积码的解码算法的限制，其最大吞吐能力和可扩展性仍有提升的空间。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决上述相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的一个目的在于提出一种编码调制方法，该方法能够同时满足典型传输系统的编码调制方案对多码率和多码长的需求，提高了通信系统的灵活性，简化了适于多种业务的信道解码器实现，并有助于提高编码调制系统的吞吐能力和可扩展性。
本发明的另一个目的在于提供一种编码调制系统。
为了实现上述目的，本发明第一方面的实施例提出了一种编码调制方法，包括以下步骤：
在发送端，编码调制系统接收输入的信息比特；根据QC-LDPC码的校验矩阵对所述信息比特进行LDPC信道编码以生成编码比特，其中，所述QC-LDPC码的模板矩阵包括5个子矩阵，其中，A为行数为g的矩阵且A列重小于或等于g，B为g行g列的下三角矩阵，C为0矩阵，E为单位矩阵，其中多个码率之间的模板矩阵有兼容关系，A和B矩阵保持不变，C和E矩阵随着行列扩展而扩大，D矩阵根据实际系统的需求进行多个典型码率的设计；通过对所述编码比特进行比特映射得到映射比特；以及对所述映射比特进行星座映射得到星座映射符号，并将所述星座映射符号通过等效传输信道后得到接收符号；
在接收端，在解映射比特的先验信息的辅助下，对所述接收符号进行解映射，得到映射比特的外信息；对所述映射比特外信息进行比特软解交织以生成编码比特的先验信息；对所述编码比特的先验信息进行解码得到编码比特的外信息；对所述编码比特的外信息进行比特软交织以生成映射比特的先验信息，并经过多次迭代后输出LDPC解码结果，其中，解码器反馈比特的外信息对应迭代解映射编码，解码器不反馈编码比特的外信息对应独立解映射解码。
根据本发明实施例的编码调制方法，使用一组Raptor-like Irregular QC-LDPC码，同时满足典型传输系统的编码调制方案对多码率和多码长的需求，兼顾多种信息位长度，可以实现1/3以及更低码率，在1/3等典型码率上性能明显优于LTE中对应码率的Turbo码，并且与Turbo编码调制采用的比特交织相比，LDPC编码调制采用的等效比特交织更简单；多个码率的校验矩阵具有嵌套关系，有利于兼顾多码率的硬件实现；通过QC结构实现信息位长度可变，提高了通信系统的灵活性，适用于多种业务的传输，有利于兼顾多种信息位长度的硬件实现；通过比特映射技术简化了LTE系统中针对Turbo码采用的比特交织技术；Raptor-like Irregular QC-LDPC码的半并行和并行解码方式可有效提高传输系统的最高吞吐能力，并且可扩展性强。
另外，根据本发明上述实施例的编码调制方法还可以具有如下附加的技术特征：
在一些示例中，所述g为3。
在一些示例中，所述LDPC信道编码为Raptor-like Irregular QC-LDPC码，其中，所述Raptor-like Irregular QC-LDPC码的信息位长度的整数倍与LTE系统的Turbo码信息长度相同，所述信息位长度为4800、2400、1600、1200、800、600比特；所述Raptor-like Irregular QC-LDPC码的最大码长为信息位长度的6倍，可以实现1/6～1的几乎任意码率，典型码率集合为{2/3，1/2，1/3，1/4，1/5，1/6}。
在一些示例中，其中，解码器对应QC-LDPC码的最低码率，解码器的输入是编码比特的先验信息或者对编码比特进行零填充的先验信息，其中，所述编码比特零填充指通过填充零比特将编码比特长度扩展成最低码率对应的长度。
本发明第二方面的实施例提供了一种编码调制系统，包括发送端和接收端，
所述发射端包括：接收信息模块，用于接收输入的信息比特；编码模块，用于根据QC-LDPC码的校验矩阵对所述信息比特进行LDPC信道编码以生成编码比特，其中，所述QC-LDPC码的模板矩阵包括5个子矩阵，其中，A为行数为g的矩阵且A列重小于或等于g，B为g行g列的下三角矩阵，C为0矩阵，E为单位矩阵，其中多个码率之间的模板矩阵有兼容关系，A和B矩阵保持不变，C和E矩阵随着行列扩展而扩大，D矩阵根据实际系统的需求进行多个典型码率的设计；映射模块，用于对所述编码比特进行比特映射得到映射比特，并对所述映射比特进行星座映射得到星座映射符号，并将所述星座映射符号通过等效传输信道后得到接收符号；
所述接收端包括：解映射模块，用于在解映射比特的先验信息的辅助下，对所述接收符号进行解映射，得到映射比特的外信息；解码模块，用于对所述映射比特外信息进行比特软解交织以生成编码比特的先验信息，并对所述编码比特的先验信息进行解码得到编码比特的外信息；输出信息模块，用于对所述编码比特的外信息进行比特软交织以生成映射比特的先验信息，并经过多次迭代后输出LDPC解码结果，其中，解码器反馈比例的外信息对应迭代解映射编码，解码器不反馈编码比特的外信息对应独立解映射解码。
根据本发明实施例的编码调制系统，使用一组Raptor-like Irregular QC-LDPC码，同时满足典型传输系统的编码调制方案对多码率和多码长的需求，兼顾多种信息位长度，可以实现1/3以及更低码率，在1/3等典型码率上性能明显优于LTE中对应码率的Turbo码，并且与Turbo编码调制采用的比特交织相比，LDPC编码调制采用的等效比特交织更简单；多个码率的校验矩阵具有嵌套关系，有利于兼顾多码率的硬件实现；通过QC结构实现信息位长度可变，提高了通信系统的灵活性，适用于多种业务的传输，有利于兼顾多种信息位长度的硬件实现；通过比特映射技术简化了LTE系统中针对Turbo码采用的比特交织技术；Raptor-like Irregular QC-LDPC码的半并行和并行解码方式可有效提高传输系统的最高吞吐能力，并且可扩展性强。
另外，根据本发明上述实施例的编码调制方法还可以具有如下附加的技术特征：
在一些示例中，所述g为3。
在一些示例中，所述LDPC信道编码为Raptor-like Irregular QC-LDPC码，其中，所述Raptor-like Irregular QC-LDPC码的信息位长度为4800、2400、1600、1200、800、600比特；所述Raptor-like Irregular QC-LDPC码的最大码长为所述信息位长度的6倍，可以实现1/6～1的几乎任意码率，典型码率集合为{2/3，1/2，1/3，1/4，1/5，1/6}。
在一些示例中，其中，解码器对应QC-LDPC码的最低码率，解码器的输入是编码比特的先验信息或者对编码比特进行零填充的先验信息，其中，所述编码比特零填充指通过填充零比特将编码比特长度扩展成最低码率对应的长度。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明一个实施例的编码调制方法的流程图；
图2是根据本发明另一个实施例的编码调制方法的流程示意图；
图3是根据本发明一个实施例的Raptor-like Irregular QC-LDPC码的模板矩阵的结构示意图；
图4是根据本发明一个实施例的对QC-LDPC码的D矩阵的扩展过程示意图；
图5是根据本发明一个实施例的各个码率对应的模板矩阵嵌套结构示意图；
图6是根据本发明一个实施例的1/3的Raptor-like Irregular QC-LDPC码的模板矩阵结构示意图；
图7为根据本发明一个实施例的一种1/3的模板矩阵设计方案的示意图；
图8为根据本发明一个实施例的1/3码率的Raptor-like Irregular QC-LDPC码与LTE系统中1/3码率的Turbo码在AWGN信道下通过BPSK调制的性能仿真结果的比较示意图；
图9是根据本发明一个实施例的码率为1/6的Raptor-like Irregular QC-LDPC码的模板矩阵的结构示意图；
图10是根据本发明一个实施例的一种1/6的模板矩阵设计结果示意图；
图11是根据本发明一个实施例的1/6码率的Raptor-like Irregular QC-LDPC码与LTE系统中通过重复1/3码率的Turbo得到的1/6码率的Turbo码在AWGN信道下通过BPSK调制的性能仿真结果的比较示意图；以及
图12是根据本发明一个实施例的编码调制系统的结构框图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
以下结合附图描述根据本发明实施例的编码调制方法及系统。
图1是根据本发明一个实施例的编码调制方法的流程图。图2是根据本发明另一个实施例的编码调制方法的流程示意图。结合图1和图2所示，该方法包括以下步骤：
步骤S101，在发送端，编码调制系统接收输入的信息比特。
步骤S102，根据QC-LDPC码的校验矩阵对信息比特进行LDPC信道编码以生成编码比特，其中，QC-LDPC码的模板矩阵包括5个子矩阵，其中，A为行数为g的矩阵且A列重小于或等于g，B为g行g列的下三角矩阵，C为0矩阵，E为单位矩阵，其中多个码率之间的模板矩阵有兼容关系，A和B矩阵保持不变，C和E矩阵随着行列扩展而扩大，D矩阵根据实际系统的需求多个典型码率的设计，例如图3所示。其中，在本发明的一个实施例中，例如，g为3。则作为具体地示例，A矩阵的结构如下所示：
1 1 1 1 1
1 1 1 1 1
1 1 1 1 1
那么，对应的B矩阵的结构例如为：
1
1 1
1 1 1
当然，A矩阵中的元素可以不全为1，在一些示例中，A矩阵的结构还可以如下所示：
1 1 0 1 1
1 0 1 1 0
0 1 1 0 1
那么，对应的B矩阵例如为：
1
1 1
0 1 1
步骤S103，通过对编码比特进行比特映射得到映射比特。
步骤S104，对映射比特进行星座映射得到星座映射符号，并将星座映射符号作为发送符号，通过等效传输信道后得到接收符号。
步骤S105，在接收端，结合信道状态信息，在解映射比特的先验信息的辅助下，对接收符号进行解映射，得到映射比特的外信息。
步骤S106，对映射比特外信息进行比特软解交织以生成编码比特的先验信息。
步骤S107，对编码比特的先验信息进行解码得到编码比特的外信息。
步骤S108，对编码比特的外信息进行比特软交织以生成映射比特的先验信息，并经过上述过程的多次迭代后输出LDPC解码结果。其中，在接收端，解码器反馈比特的外信息对应迭代解映射编码，解码器不反馈编码比特的外信息对应独立解映射解码。
在上述过程中，需要说明的是，编码比特可以直接映射为星座符号，或者经特定比特映射后再映射为星座符号。在一些示例中，比特映射例如包括行列交织和比特置换。
在本发明的一个实施例中，解码器对应发端QC-LDPC码的最低码率，解码器的输入是编码比特的先验信息或者对编码比特进行零填充的先验信息，其中，编码比特零填充指的是通过填充零比特将编码比特长度扩展成最低码率对应的长度。
在本发明的一个实施例中，信道编码采用的是一种特殊设计的LDPC码，即Raptor-like Irregular QC-LDPC码，其中，Raptor-like Irregular QC-LDPC码的信息位长度的整数倍与LTE系统的Turbo码信息位长度相同。在该示例中，信息位长度例如为4800、2400、1600、1200、800、600比特等，当然，信息位的长度不仅限于此，此处仅是处于示例性的目的进行展示。进一步地，Raptor-like Irregular QC-LDPC码的最大码长为信息位长度的6倍，可以实现1/6～1的几乎任意码率，典型码率集合例如为{2/3，1/2，1/3，1/4，1/5，1/6}，并且可以扩展到更低码率。
作为具体地示例，Raptor-like Irregular QC-LDPC码的模板矩阵的具体结构如图3所示。具体地，在该示例中，模板矩阵由5个子矩阵构成，其中A为全1矩阵，行数为g，例如，g＝3，B为g行g列的下三角矩阵，C为0矩阵，E为单位阵。多个码率之间模板矩阵有兼容关系，A和B矩阵保持不变，C和E矩阵随着行列扩展而扩大，D矩阵根据实际系统的需求进行多个典型码率的精心设计。
在一些示例中，首先构造待设计的最高码率的QC-LDPC码的模板矩阵，其他码率的模板矩阵依次对最高码率模板矩阵进行扩展，其中主要对D矩阵进行扩展，扩展过程示意图如4图所示，其中(Di-Di-1)为增量矩阵。然后，根据性能分析(优选EXIT分析和Density Evolution分析)结果确定增量矩阵的行列重分布，根据行列重分布依次构造出增量矩阵。进一步地，根据设计的各个码率的模板矩阵，以及根据PEG分析确定最终校验矩阵的设计方案。
作为具体地例子，以下结合图5-11对本发明实施例的编码调制方法做进一步详细地描述。
例如，各个码率对应的模板矩阵嵌套结构例如图5所示。
作为一个具体例子，本发明的一种实施方式例如为：编码调制系统接收输入的信息比特，其中编码方式采用码率为1/3的Raptor-like Irregular QC-LDPC码。根据所需码率，选择部分校验矩阵进行编码操作，得到对应的校验比特，与信息比特合并，得到所需码率的编码比特。 通过对编码比特进行比特映射得到映射比特，对该映射比特进行星座映射得到星座映射符号，并作为发送符号。然后通过等效传输信道后得到接收符号，接收端结合信道状态信息对接收符号进行解映射解码等操作。
换言之，在该示例中，给出了码率集合中1/3码率Raptor-like Irregular QC-LDPC码的模板矩阵结构、模板矩阵的具体设计方法以及校验矩阵。仿真结果给出1/3码率Raptor-like Irregular QC-LDPC码与LTE系统中1/3码率Turbo码的性能对比。以下进行详细说明：
具体地，码率为1/3的Raptor-like Irregular QC-LDPC码的模板矩阵结构如图6所示。其中，A为全1矩阵，行数为3，B为下三角矩阵，行列均为3，C为0矩阵，E为单位阵。多个码率之间模板矩阵有兼容关系，A、B矩阵保持不变，C、E矩阵随着行列扩展而扩大，D矩阵待定。通过性能分析辅助D矩阵的设计，同时提升对应LDPC码在多个典型码率下的性能。
码率为1/3的Raptor-like Irregular QC-LDPC码的模板矩阵的具体设计方法如图7(a)所示。其中，1/3码率的Raptor-like Irregular QC-LDPC码的模板矩阵大小为40*60，参数b＝240，码长为14400。其中，1/3码率的Raptor-like Irregular QC-LDPC码的模板矩阵兼容2/3码率以及1/2码率的Raptor-like Irregular QC-LDPC码，例如图7(b)所示。其中，2/3码率校验矩阵大小为10*30，1/2码率校验矩阵大小为20*40。2/3码率、1/2码率和1/3码率的模板矩阵具有嵌套结构，在设计过程中联合优化了各个码率的性能。
通过PEG算法构造校验矩阵如下，其中数字表示子矩阵的偏移地址(此处，24列-60列设计结果省略)。具体包括：
1-15列：
16-23列：
将设计的1/3码率的Raptor-like Irregular QC-LDPC码与LTE系统中1/3码率的Turbo码在AWGN信道下通过BPSK调制的性能仿真结果进行比较，如图8所示。从图8中可以看出，本发明设计的1/3码率的Raptor-like Irregular QC-LDPC码具有明显的性能优势。
作为另一个具体例子，本发明的另一种实施方式例如为：编码调制系统接收输入的信息比特，其中编码方式采用最低码率为1/6的Raptor-like Irregular QC-LDPC码。根据所需码率，选择部分校验矩阵进行编码操作，得到对应的校验比特，与信息比特合并，得到所需码率的编码比特。通过对编码比特直接进行星座映射得到星座映射符号，并作为发送符号。然后通过等效传输信道后得到接收符号，接收端结合信道状态信息对接收符号进行解映射解码等操作。
换言之，在该示例中，给出了码率集合中最低码率(即1/6码率)的Raptor-like Irregular QC-LDPC码的模板矩阵结构、模板矩阵的具体设计方法以及偏移地址矩阵。仿真结果给出1/6码率Raptor-like Irregular QC-LDPC码与LTE系统中1/6码率Turbo码的性能对比。以下进行详细说明：
具体地，码率为1/6的Raptor-like Irregular QC-LDPC码的模板矩阵结构如图9所示。其中，A为全1矩阵，行数为3，B为下三角矩阵，行列均为3，C为0矩阵，E为单位阵。多个码率之间模板矩阵有兼容关系，A、B矩阵保持不变，在1/6码率下，C、E矩阵规模最大，C矩阵大小为3*97，E矩阵大小为97*97。通过DE分析辅助D矩阵的设计，同时兼顾提升对应LDPC码在多个典型码率下的性能。
码率为1/6的Raptor-like Irregular QC-LDPC码的模板矩阵的设计结果如图10(a)所示。其中，1/6码率的Raptor-like Irregular QC-LDPC码的模板矩阵大小为100*120，参数b＝240，码长为28800，为最长码长。其中，1/6码率的Raptor-like Irregular QC-LDPC码的模板矩阵兼容2/3、1/2、1/3、1/4以及1/5等多种码率的Raptor-like Irregular QC-LDPC码，例如图10(b)所示。其中，1/3码率校验矩阵大小为40*60，1/4码率校验矩阵大小为60*80，1/5码率校验矩阵大小为80*100。上述多个码率的模板矩阵具有嵌套结构，在设计过程中联合优化了各个码率的性能。
通过PEG算法构造校验矩阵如下，其中数字表示子矩阵的偏移地址(此处，24列-120列的偏移地址略)。具体包括：
1-15列：
16-23列：
将设计的1/6码率的Raptor-like Irregular QC-LDPC码与LTE系统中通过重复1/3码率的Turbo得到的1/6码率的Turbo码在AWGN信道下通过BPSK调制进行性能仿真，将仿真结果进行比较，如图11所示。从图11中可以看出，本发明设计的1/6码率的Raptor-like Irregular QC-LDPC码具有明显的性能优势。
综上，根据本发明实施例的编码调制方法，使用一组Raptor-like Irregular QC-LDPC码，同时满足典型传输系统的编码调制方案对多码率和多码长的需求，兼顾多种信息位长度，可以实现1/3以及更低码率，在1/3等典型码率上性能明显优于LTE中对应码率的Turbo码，并且与Turbo编码调制采用的比特交织相比，LDPC编码调制采用的等效比特交织更简单；多个码率的校验矩阵具有嵌套关系，有利于兼顾多码率的硬件实现；通过QC结构实现信息位长度可变，提高了通信系统的灵活性，适用于多种业务的传输，有利于兼顾多种信息位长度的硬件实现；通过比特映射技术简化了LTE系统中针对Turbo码采用的比特交织技术；Raptor-like Irregular QC-LDPC码的半并行和并行解码方式可有效提高传输系统的最高吞吐能力，并且可扩展性强。
本发明的进一步实施例还提供了一种编码调制系统。
图12是根据本发明一个实施例的编码调制系统的结构框图。如图12所示，该系统200包括发送端210和接收端220。其中，发送端210包括：接收信息模块211、编码模块212和映射模块213。接收端220包括：解映射模块221、解码模块222和输出信息模块223。
其中，接收信息模块211用于接收输入的信息比特。
编码模块212用于根据QC-LDPC码的模板矩阵对信息比特进行LDPC信道编码以生成编码比特，其中，QC-LDPC码的模板矩阵包括5个子矩阵，其中，A为行数为g的矩阵且A列重小于或等于g，B为g行g列的下三角矩阵，C为0矩阵，E为单位矩阵，其中多个码率之间的模板矩阵有兼容关系，A和B矩阵保持不变，C和E矩阵随着行列扩展而扩大， D矩阵根据实际系统的需求进行多个典型码率的设计。在本发明的一个实施例中，例如，g为3。则作为具体地示例，A矩阵的结构如下所示：
1 1 1 1 1
1 1 1 1 1
1 1 1 1 1
那么，对应的B矩阵的结构例如为：
1
1 1
1 1 1
当然，A矩阵中的元素可以不全为1，在一些示例中，A矩阵的结构还可以如下所示：
1 1 0 1 1
1 0 1 1 0
0 1 1 0 1
那么，对应的B矩阵例如为：
1
1 1
0 1 1
映射模块213用于对编码比特进行比特映射得到映射比特，并对映射比特进行星座映射得到星座映射符号，并将星座映射符号作为发送符号，通过等效传输信道后得到接收符号。
解映射模块221用于综合信道状态信息，在解映射比特的先验信息的辅助下，对接收符号进行解映射，得到映射比特的外信息。
解码模块222用于对映射比特外信息进行比特软解交织以生成编码比特的先验信息，并对编码比特的先验信息进行解码得到编码比特的外信息。
输出信息模块223用于对编码比特的外信息进行比特软交织以生成映射比特的先验信息，并经过上述过程的多次迭代后输出LDPC解码结果，其中，解码器反馈比例的外信息对应迭代解映射编码，解码器不反馈编码比特的外信息对应独立解映射解码。
需要说明的是，编码比特可以直接映射为星座符号，或者经特定比特映射后再映射为星座符号。在一些示例中，比特映射例如包括行列交织和比特置换。
在本发明的一个实施例中，解码器对应发端QC-LDPC码的最低码率，解码器的输入是编码比特的先验信息或者对编码比特进行零填充的先验信息，其中，编码比特零填充指的是通过填充零比特将编码比特长度扩展成最低码率对应的长度。
在本发明的一个实施例中，信号编码采用的是一种特殊设计的LDPC码，即Raptor-like Irregular QC-LDPC码，其中，Raptor-like Irregular QC-LDPC码的信息位长度的整数倍与LTE系统的Turbo码信息位长度相同。在该示例中，信息位长度例如为4800、2400、1600、1200、800、600比特等，当然，信息位的长度不仅限于此，此处仅是处于示例性的目的进行展示。进一步地，Raptor-like Irregular QC-LDPC码的最大码长为信息位长度的6倍，可以实现1/6～1的几乎任意码率，典型码率集合例如为{2/3，1/2，1/3，1/4，1/5，1/6}，并且可以扩展到更低码率。
作为具体地示例，Raptor-like Irregular QC-LDPC码的模板矩阵的具体结构如图3所示。具体地，在该示例中，模板矩阵由5个子矩阵构成，其中A为全1矩阵，行数为g，例如，g＝3，B为g行g列的下三角矩阵，C为0矩阵，E为单位阵。多个码率之间模板矩阵有兼容关系，A和B矩阵保持不变，C和E矩阵随着行列扩展而扩大，D矩阵根据实际系统的需求进行多个典型码率的精心设计。
在一些示例中，首先构造待设计的最高码率的QC-LDPC码的模板矩阵，其他码率的模板矩阵依次对最高码率模板矩阵进行扩展，其中主要对D矩阵进行扩展，扩展过程示意图如图4所示，其中(Di-Di-1)为增量矩阵。然后，根据性能分析(优选EXIT分析和Density Evolution分析)结果确定增量矩阵的行列重分布，根据行列重分布依次构造出增量矩阵。进一步地，根据设计的各个码率的模板矩阵，以及根据PEG分析确定最终校验矩阵的设计方案。
对于本发明实施例的编码调制系统200的具体示例性描述参见上述对本发明的方法的描述部分，为减少冗余，此处不再赘述。
综上，根据本发明实施例的编码调制系统，使用一组Raptor-like Irregular QC-LDPC码，同时满足典型传输系统的编码调制方案对多码率和多码长的需求，兼顾多种信息位长度，可以实现1/3以及更低码率，在1/3等典型码率上性能明显优于LTE中对应码率的Turbo码，并且与Turbo编码调制采用的比特交织相比，LDPC编码调制采用的等效比特交织更简单；多个码率的校验矩阵具有嵌套关系，有利于兼顾多码率的硬件实现；通过QC结构实现信息位长度可变，提高了通信系统的灵活性，适用于多种业务的传输，有利于兼顾多种信息位长度的硬件实现；通过比特映射技术简化了LTE系统中针对Turbo码采用的比特交织技术；Raptor-like Irregular QC-LDPC码的半并行和并行解码方式可有效提高传输系统的最高吞吐能力，并且可扩展性强。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必 须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种编码调制方法，其特征在于，包括以下步骤：
在发送端，编码调制系统接收输入的信息比特；
根据Raptor-like Irregular QC-LDPC码的校验矩阵对所述信息比特进行LDPC信道编码以生成编码比特，其中，所述Raptor-like Irregular QC-LDPC码的模板矩阵包括5个子矩阵，其中，A为行数为g的矩阵且A列重小于或等于g，B为g行g列的下三角矩阵，C为0矩阵，E为单位矩阵，其中多个码率之间的模板矩阵有兼容关系，A和B矩阵保持不变，C和E矩阵随着行列扩展而扩大，D矩阵根据实际系统的需求进行多个典型码率的设计；
通过对所述编码比特进行比特映射得到映射比特；
对所述映射比特进行星座映射得到星座映射符号，并将所述星座映射符号通过等效传输信道后得到接收符号；
在接收端，在解映射比特的先验信息的辅助下，对所述接收符号进行解映射，得到映射比特的外信息；
对所述映射比特外信息进行比特软解交织以生成编码比特的先验信息；
对所述编码比特的先验信息进行解码得到编码比特的外信息；
对所述编码比特的外信息进行比特软交织以生成映射比特的先验信息，并经过多次迭代后输出LDPC解码结果，其中，解码器反馈比特的外信息对应迭代解映射编码，解码器不反馈编码比特的外信息对应独立解映射解码。
2.如权利要求1所述的编码调制方法，其特征在于，所述g为3。
3.如权利要求1所述的编码调制方法，其特征在于，所述LDPC信道编码为Raptor-likeIrregular QC-LDPC码，其中，
所述Raptor-like Irregular QC-LDPC码的信息位长度为4800、2400、1600、1200、800、600比特；
所述Raptor-like Irregular QC-LDPC码的最大码长为信息位长度的6倍，可以实现1/6～1的几乎任意码率，典型码率集合为{2/3，1/2，1/3，1/4，1/5，1/6}。
4.如权利要求1所述的编码调制方法，其特征在于，其中，解码器对应QC-LDPC码的最低码率，解码器的输入是编码比特的先验信息或者对编码比特进行零填充的先验信息，其中，所述编码比特零填充指通过填充零比特将编码比特长度扩展成最低码率对应的长度。
5.一种编码调制系统，其特征在于，包括发送端和接收端，
所述发送端包括：
接收信息模块，用于接收输入的信息比特；
编码模块，用于根据QC-LDPC码的校验矩阵对所述信息比特进行LDPC信道编码以生成编码比特，其中，所述QC-LDPC码的模板矩阵包括5个子矩阵，其中，A为行数为g的矩阵且A列重小于或等于g，B为g行g列的下三角矩阵，C为0矩阵，E为单位矩阵，其中多个码率之间的模板矩阵有兼容关系，A和B矩阵保持不变，C和E矩阵随着行列扩展而扩大，D矩阵根据实际系统的需求进行多个典型码率的设计；
映射模块，用于对所述编码比特进行比特映射得到映射比特，并对所述映射比特进行星座映射得到星座映射符号，并将所述星座映射符号通过等效传输信道后得到接收符号；
所述接收端包括：
解映射模块，用于在解映射比特的先验信息的辅助下，对所述接收符号进行解映射，得到映射比特的外信息；
解码模块，用于对所述映射比特外信息进行比特软解交织以生成编码比特的先验信息，并对所述编码比特的先验信息进行解码得到编码比特的外信息；
输出信息模块，用于对所述编码比特的外信息进行比特软交织以生成映射比特的先验信息，并经过多次迭代后输出LDPC解码结果，其中，解码器反馈比例的外信息对应迭代解映射编码，解码器不反馈编码比特的外信息对应独立解映射解码。
6.如权利要求5所述的编码调制系统，其特征在于，所述g为3。
7.如权利要求5所述的编码调制系统，其特征在于，所述LDPC信道编码为Raptor-likeIrregular QC-LDPC码，其中，
所述Raptor-like Irregular QC-LDPC码的信息位长度为4800、2400、1600、1200、800、600比特；
所述Raptor-like Irregular QC-LDPC码的最大码长为所述信息位长度的6倍，可以实现1/6～1的几乎任意码率，典型码率集合为{2/3，1/2，1/3，1/4，1/5，1/6}。
8.如权利要求5所述的编码调制系统，其特征在于，其中，解码器对应QC-LDPC码的最低码率，解码器的输入是编码比特的先验信息或者对编码比特进行零填充的先验信息，其中，所述编码比特零填充指通过填充零比特将编码比特长度扩展成最低码率对应的长度。
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