CN104618068B - 用于无线广播通信系统的比特交织编码调制装置及方法 - Google Patents

用于无线广播通信系统的比特交织编码调制装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供用于无线广播通信系统的比特交织编码调制装置及方法，对所述无线广播通信系统内传输的数据进行纠错编码并输出编码块；进行比特交织步骤，包括：按预设子块大小划分所述编码块，根据所采用通信调制方式对应地将所述编码块依次经子块交织及行列交织后输出比特交织块；进行星座映射步骤，包括：将所述比特交织块映射为预设长度的元组，并将所述元组映射为比特交织编码调制块，其中，所述预设长度关联于所述通信调制方式的调制阶数；本发明针对下一代无线广播通信系统（包含并不仅限于NGB‑W系统）的业务需求和技术需求，进一步提高下一代无线广播通信系统的性能，使其更加逼近香农限。

Description

用于无线广播通信系统的比特交织编码调制装置及方法
技术领域
本发明涉及无线广播通信技术领域，特别是涉及下一代广播电视无线(NGB-W)通信系统中的比特交织编码调制装置及方法。
背景技术
随着世界经济文化的快速发展，用户对无线信息业务的需求量快速增长。单独依靠传统无线广播网或传统无线双向通信网，已无法实现信息业务的最优化传输。与此同时，人们不再满足于仅仅收看传统的无线广播电视业务，而是对新型无线广播电视业务有着越来越强烈的需求。下一代广播电视网无线(NGB-W)系统，可实现无线广播和无线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，也是支撑有线、无线融合创新业务的必要途径。
在复杂多变的无线环境中，NGB-W系统业务传输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好的码，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。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网格编码调制(TCM)技术，其核心思想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好码的设计和搜索的复杂度较高，衰落信道下系统性能不理想，所以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)。具体而言，BCM技术包括多层编码(MLC)技术和比特交织编码调制(BICM)技术。MLC技术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，MLC可以逼近最大似然译码所能达到的信道容量。但是，由于MLC结构设计不灵活、低层编码存在较大差错概率会导致错误传播，因此，在实际系统中应用MLC较为困难。于是基于MLC技术，发展出了BICM技术，BICM技术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，从而增加了设计的灵活性，并且当采用Gray映射时，BICM可以逼近MLC理论上的信道容量。在实际系统应用时，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。
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用于无线广播通信系统的比特交织编码调制装置及方法。
本发明提供一种用于无线广播通信系统的比特交织编码调制装置，包括：前向纠错模块，用于对所述无线广播通信系统内传输的数据进行纠错编码并输出编码块；比特交织模块，用于按预设子块长度划分所述编码块，根据所采用通信调制方式对应地将所述编码块依次经子块交织及行列交织后输出比特交织块；星座映射模块，用于将所述比特交织块映射为预设长度的元组，并将所述元组映射为比特交织编码调制块，其中，所述预设长度关联于所述通信调制方式的调制阶数。
可选的，所述前向纠错模块采用外编码和内编码级联的前向纠错编码形式；所述外编码包括BCH码，所述内编码包括LDPC码。
可选的，所述前向纠错模块，用于将所述无线广播通信系统的基带帧作为BCH码的信息比特进行BCH编码，得到BCH码校验比特并将其附加在所述基带帧之后，得到BCH码字，并将所述BCH码字作为LDPC码的信息比特进行LDPC编码，得到LDPC码校验比特并将其附加在BCH码字之后，得到LDPC码字。
可选的，所述LDPC码包含一组短码与一组长码；其中，LDPC短码的码长为19200，包含9种码率，分别为1/5、1/4、1/3、5/12、1/2、7/12、2/3、3/4和4/5；所述LDPC长码的码长为57600，包含10种码率，分别为1/5、1/4、1/3、5/12、1/2、7/12、2/3、3/4、4/5和5/6。可选的，所述比特交织模块包括：子块交织器及行列交织器；所述子块交织器，用于将所述LDPC码字划分为个长度为Z比特的子块，并交换子块的位置以令其中第i个子块经过位置变换后成为第π(i)个子块，其中，π(i)为预设交织图样参数；所述行列交织器，用于将进行子块交织后输出的比特序列逐列写入存储空间，并逐行从该存储空间读出，形成比特交织块。
可选的，所述星座映射模块，用于将所述行列交织器输出的每个比特交织块映射为一系列长度为ηMOD的元组其中，ηMOD是与所采用通信调制方式对应的调制阶数，0≤g≤NLDPC/ηMOD-1；所述星座映射模块进而将每一个元组wg分别映射为一个数据单元各个数据单元组成比特交织编码调制块其中，ND_Cell，BICM_block＝NLDPC/ηMOD。
可选的，所述无线广播通信系统为NGB-W系统，所述通信调制方式包括：QPSK、NU-16QAM、NU-64QAM、NU-256QAM和NU-1024QAM。
为实现上述目标及其他相关目标，本发明提供一种用于无线广播通信系统的比特交织编码调制方法，包括：对所述无线广播通信系统内传输的数据进行纠错编码并输出编码块；进行比特交织步骤，包括：按预设子块大小划分所述编码块，根据所采用通信调制方式对应地将所述编码块依次经子块交织及行列交织后输出比特交织块；进行星座映射步骤，包括：将所述比特交织块映射为预设长度的元组，并将所述元组映射为比特交织编码调制块，其中，所述预设长度关联于所述通信调制方式的调制阶数。
可选的，所述纠错编码采用外编码和内编码级联的前向纠错编码形式；所述外编码包括BCH码，所述内编码包括LDPC码。
可选的，所述纠错编码包括：将所述无线广播通信系统的基带帧作为BCH码的信息比特进行BCH编码，得到BCH码校验比特并将其附加在所述基带帧之后，得到BCH码字，并将所述BCH码字作为LDPC码的信息比特进行LDPC编码，得到LDPC码校验比特并将其附加在BCH码字之后，得到LDPC码字。
可选的，所述LDPC码包含一组短码与一组长码；其中，LDPC短码的码长为19200，包含9种码率，分别为1/5、1/4、1/3、5/12、1/2、7/12、2/3、3/4和4/5；所述LDPC长码的码长为57600，包含10种码率，分别为1/5、1/4、1/3、5/12、1/2、7/12、2/3、3/4、4/5和5/6。
可选的，所述比特交织步骤包括：进行子块交织步骤，包括：将所述LDPC码字划分为个长度为Z比特的子块，并交换子块的位置以令其中第i个子块经过位置变换后成为第π(i)个子块，其中，π(i)为预设交织图样参数；进行行列交织步骤，包括：将进行子块交织后输出的比特序列逐列写入存储空间，并逐行从该存储空间读出，形成比特交织块。
可选的，所述星座映射步骤，包括：将所述行列交织器输出的每个比特交织块映射为一系列长度为ηMOD的元组其中，ηMOD是与所采用通信调制方式对应的调制阶数，0≤g≤NLDPC/ηMOD-1；星座映射模块进而将每一个元组wg分别映射为一个数据单元各个数据单元组成比特交织编码调制块其中，ND_Cell，BICM_block＝NLDPC/ηMOD。
可选的，所述无线广播通信系统为NGB-W系统，所述通信调制方式包括：QPSK、NU-16QAM、NU-64QAM、NU-256QAM和NU-1024QAM。
如上所述，本发明提供用于无线广播通信系统的比特交织编码调制装置及方法，对所述无线广播通信系统内传输的数据进行纠错编码并输出编码块；进行比特交织步骤，包括：按预设子块大小划分所述编码块，根据所采用通信调制方式对应地将所述编码块依次经子块交织及行列交织后输出比特交织块；进行星座映射步骤，包括：将所述比特交织块映射为预设长度的元组，并将所述元组映射为比特交织编码调制块，其中，所述预设长度关联于所述通信调制方式的调制阶数；本发明针对下一代无线广播通信系统(包含并不仅限于NGB-W系统)的业务需求和技术需求，进一步提高下一代无线广播通信系统(包含并不仅限于NGB-W系统)的性能，使其更加逼近香农限。
附图说明
图1显示为本发明一实施例中的比特交织编码调制装置的结构示意图。
图2显示为本发明一实施例中的纠错编码获得LDPC码字的结构示意图。
图3显示为本发明一实施例中的子块交织前后的对照原理示意图。
图4a及4b分别显示为本发明一实施例中的行列交织中写操作及读操作的原理示意图。
图5显示为本发明一实施例中的比特交织块映射为元组的原理示意图。
元件标号说明
1 比特交织编码调制装置
11 前向纠错模块
111 BCH编码器
112 LDPC编码器
12 比特交织模块
121 子块交织器
122 行列交织器
13 星座映射模块
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。需说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
如图1所示，本发明提供一种用于无线广播通信系统的比特交织编码调制(BICM)装置1，在一实施例中，所述无线广播通信系统为NGB-W系统，所采用通信调制方式包括：QPSK、NU-16QAM、NU-64QAM、NU-256QAM和NU-1024QAM，而不同调制方式下的调制阶数ηMOD如下表所示，之后会详细介绍各调制方式下的具体技术内容。
表1：不同调制方式下的调制阶数
调制方式 ηMOD
QPSK 2
NU-16QAM 4
NU-64QAM 6
NU-256QAM 8
NU-1024QAM 10
所述比特交织编码调制装置1包括：前向纠错模块11、比特交织模块12及星座映射模块13。
所述前向纠错模块11，具体为前向纠错编码(FEC)，用于对所述无线广播通信系统内传输的数据(例如基带帧)进行纠错编码并输出编码块(FEC编码块)。
在一实施例中，所述前向纠错模块11采用外编码和内编码级联的纠错编码形式；所述外编码包括BCH码，所述内编码包括LDPC码，即可由BCH编码器111及LDPC编码器112级联而成。
举例来说明所述纠错编码：
首先，将长度为KBCH的NGB-W系统(在其他实施例中亦可为其他通信系统)基带帧作为BCH码的信息比特进行BCH编码，得到BCH码校验比特并将其附加在基带帧之后，得到长度为NBCH的BCH码字；然后，将长度为KLDPC(即等于NBCH)的BCH码字作为LDPC码的信息比特进行LDPC编码，得到LDPC码校验比特并将其附加在BCH码字之后，得到长度为NLDPC的LDPC码字，记为FEC编码后所生成的LDPC码字的结构如图2所示。
在一实施例中，所述LDPC码包含一组短码与一组长码。LDPC短码的码长度为NLDPC＝19200比特，包含9个不同码率，分别为1/5、1/4、1/3、5/12、1/2、7/12、2/3、3/4和4/5。LDPC长码的码长度NLDPC＝57600比特，包含10个不同码率，分别为1/5、1/4、1/3、5/12、1/2、7/12、2/3、3/4、4/5和5/6；在本实施例中，所述长码和短码的字块大小Z均为320。
所述比特交织模块12由子块交织器121和行列交织器122级联构成，请参阅图3来说明子块交织的原理，首先将长度为NLDPC(为19200比特或57600比特)的LDPC码字u分为个长度为所述Z比特的子块(Z＝320)，并交换子块的位置，其中第i个子块经过位置变换后成为第π(i)个子块并请见说明书文末的表2，给出了不同码长、码率和调制方式对应的交织图案参数
如图4a至4b所示，说明行列交织的原理，行列交织器将经过子块交织后的比特序列逐列写入存储空间，并逐行从该存储空间读出。该存储空间的行数和列数分别为Nr和Nc，。表1给出了不同码长和调制方式对应的Nr和Nc的取值。比特交织后输出的比特交织块(BI块)为在本实施例中，行列交织的参数可例如以下表3所示：
表3：比特交织器行列交织参数
以下介绍所述星座映射模块13的星座映射的处理过程，首先，星座映射根据调制方式将一个比特交织块映射为一系列长度为ηMOD的元组其中0≤g≤NLDPC/ηMOD-1，星座映射的原理如图5所示。
然后，星座映射再将每一个元组wg(0≤g≤NLDPC/ηMOD-1)分别映射为一个数据单元zg(0≤g≤NLDPC/ηMOD-1)；在不同调制方式和不同LDPC码码率的条件下，从元组至数据单元的映射方法有所不同。
每个比特交织块经过星座映射之后所生成的所有数据单元称为一个比特交织编码调制块(BICM块)，记为其中，每一个BICM块包含的数据单元的数量为ND_Cell，BICM_block＝NLDPC/ηMOD。
根据上述实施例中的BICM方案，短码(码长19200)在各种调制方式下的译码门限如表4所示，长码(码长57600)在各种调制方式下的译码门限如表5所示，
表4：BICM工作门限(短码@BER＝1e-6)
表5：BICM工作门限(长码@BER＝1e-6)
再以一具体实施例说明本发明的具体运作过程，以1/2码、NU-64QAM为例，NGB-W系统业务逻辑信道比特交织编码调制过程如下：长度为KBCH比特的待传输数据依次经过BCH编码和LDPC编码，得到长度为NLDPC的LDPC码系统码字将LDPC编码器的输出比特ui按子块大小Z分为子块，子块之间按照表3中1/2+NU-64QAM+19200的π(i)取值(8 056 4 10 22 14 20 24 54 23 18 27 50 15 33 6 45 32 34 7 16 11 49 52 37 3 29 4058 35 39 17 25 5 9 41 44 13 55 26 36 46 57 59 2 21 43 47 19 12 30 51 28 31 4853 42 1 38)进行置换，即第0块置换为第8块，第1块置换为第0块，…，第59块置换为第38块；将子块交织后的输出比特按列的顺序写入行列交织器，再按行的顺序将其读出，构成比特交织输出比特流v。其中，根据表1，行列交织器的行数为3200，列数为6；将v的每连续6个比特按照图5的方式成一个元组将该元组按照NU-64QAM的星座图映射为调制符号(即数据单元)，而形成比特交织编码调制块。
结合上述，原理相似的，本发明提供一种用于无线广播通信系统的比特交织编码调制方法，包括：对所述无线广播通信系统内传输的数据进行纠错编码并输出编码块；进行比特交织步骤，包括：按预设子块大小划分所述编码块，根据所采用通信调制方式对应地将所述编码块依次经子块交织及行列交织后输出比特交织块；进行星座映射步骤，包括：将所述比特交织块映射为预设长度的元组，并将所述元组映射为比特交织编码调制块，其中，所述预设长度关联于所述通信调制方式的调制阶数。
可选的，所述纠错编码采用外编码和内编码级联的前向纠错编码形式；所述外编码包括BCH码，所述内编码包括LDPC码。
可选的，所述纠错编码包括：将所述无线广播通信系统的基带帧作为BCH码的信息比特进行BCH编码，得到BCH码校验比特并将其附加在所述基带帧之后，得到BCH码字，并将所述BCH码字作为LDPC码的信息比特进行LDPC编码，得到LDPC码校验比特并将其附加在BCH码字之后，得到LDPC码字。
可选的，所述LDPC码包含一组短码与一组长码；其中，LDPC短码的码长为19200，包含9种码率，分别为1/5、1/4、1/3、5/12、1/2、7/12、2/3、3/4和4/5；所述LDPC长码的码长为57600，包含10种码率，分别为1/5、1/4、1/3、5/12、1/2、7/12、2/3、3/4、4/5和5/6。
可选的，所述比特交织步骤包括：进行子块交织步骤，包括：将所述LDPC码字划分为个长度为Z比特的子块，并交换子块的位置以令其中第i个子块经过位置变换后成为第π(i)个子块，其中，π(i)为预设交织图样参数；进行行列交织步骤，包括：将进行子块交织后输出的比特序列逐列写入存储空间，并逐行从该存储空间读出，形成比特交织块。
可选的，所述星座映射步骤，包括：将所述行列交织器输出的每个比特交织块映射为一系列长度为ηMOD的元组其中，ηMOD是与所采用通信调制方式对应的调制阶数，0≤g≤NLDPC/ηMOD-1；所述星座映射模块进而将每一个元组wg分别映射为一个数据单元各个数据单元组成比特交织编码调制块其中，
可选的，所述无线广播通信系统为NGB-W系统，所述通信调制方式包括：QPSK、NU-16QAM、NU-64QAM、NU-256QAM和NU-1024QAM
综上所述，本发明提供用于无线广播通信系统的比特交织编码调制装置及方法，对所述无线广播通信系统内传输的数据进行纠错编码并输出编码块；进行比特交织步骤，包括：按预设子块大小划分所述编码块，根据所采用通信调制方式对应地将所述编码块依次经子块交织及行列交织后输出比特交织块；进行星座映射步骤，包括：将所述比特交织块映射为预设长度的元组，并将所述元组映射为比特交织编码调制块，其中，所述预设长度关联于所述通信调制方式的调制阶数；本发明针对下一代无线广播通信系统(包含并不仅限于NGB-W系统)的业务需求和技术需求，进一步提高下一代无线广播通信系统(包含并不仅限于NGB-W系统)的性能，使其更加逼近香农限。
以下给出本实施例中π(i)相关的表2：
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 (8)

1.一种用于无线广播通信系统的比特交织编码调制装置，其特征在于，包括：
前向纠错模块，用于对所述无线广播通信系统内传输的数据进行纠错编码并输出编码块；所述前向纠错模块，用于将所述无线广播通信系统的基带帧作为BCH码的信息比特进行BCH编码，得到BCH码校验比特并将其附加在所述基带帧之后，得到BCH码字，并将所述BCH码字作为LDPC码的信息比特进行LDPC编码，得到LDPC码校验比特并将其附加在BCH码字之后，得到LDPC码字；
比特交织模块，用于按预设子块长度划分所述编码块，根据所采用通信调制方式对应地将所述编码块依次经子块交织及行列交织后输出比特交织块；
星座映射模块，用于将所述比特交织块映射为预设长度的元组，并将所述元组映射为比特交织编码调制块，其中，所述预设长度关联于所述通信调制方式的调制阶数；
其中，前向纠错模块采用外编码和内编码级联的前向纠错编码形式；所述外编码包括BCH码，所述内编码包括LDPC码；
比特交织模块包括：子块交织器及行列交织器；
子块交织器，用于将所述LDPC码字划分为个长度为Z比特的子块，并交换子块的位置以令其中第i个子块经过位置变换后成为第π(i)个子块，其中，π(i)为预设交织图样参数；
行列交织器，用于将进行子块交织后输出的比特序列逐列写入存储空间，并逐行从该存储空间读出，形成比特交织块；
子块交织器交织图样π(i)为：
行列交织器的参数为：
2.根据权利要求1所述的比特交织编码调制装置，其特征在于，所述LDPC码包含一组短码与一组长码；其中，LDPC短码的码长为19200，包含9种码率，分别为1/5、1/4、1/3、5/12、1/2、7/12、2/3、3/4和4/5；所述LDPC长码的码长为57600，包含10种码率，分别为1/5、1/4、1/3、5/12、1/2、7/12、2/3、3/4、4/5和5/6。
3.根据权利要求1所述的比特交织编码调制装置，其特征在于，所述星座映射模块，用于将所述行列交织器输出的每个比特交织块映射为一系列长度为ηMOD的元组其中，ηMOD是与所采用通信调制方式对应的调制阶数，0≤g≤NLDPC/ηMOD-1，NLDPC为LDPC码字的长度；所述星座映射模块进而将每一个元组wg分别映射为一个数据单元各个数据单元组成比特交织编码调制块其中，ND_Cell，BICM_block＝NLDPC/ηMOD。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的比特交织编码调制装置，其特征在于，所述无线广播通信系统为NGB-W系统，所述通信调制方式包括：QPSK、NU-16QAM、NU-64QAM、NU-256QAM和NU-1024QAM。
5.一种用于无线广播通信系统的比特交织编码调制方法，其特征在于，包括：
对所述无线广播通信系统内传输的数据进行纠错编码并输出编码块；所述纠错编码包括：将所述无线广播通信系统的基带帧作为BCH码的信息比特进行BCH编码，得到BCH码校验比特并将其附加在所述基带帧之后，得到BCH码字，并将所述BCH码字作为LDPC码的信息比特进行LDPC编码，得到LDPC码校验比特并将其附加在BCH码字之后，得到LDPC码字；
进行比特交织步骤，包括：按预设子块大小划分所述编码块，根据所采用通信调制方式对应地将所述编码块依次经子块交织及行列交织后输出比特交织块；
进行星座映射步骤，包括：将所述比特交织块映射为预设长度的元组，并将所述元组映射为比特交织编码调制块，其中，所述预设长度关联于所述通信调制方式的调制阶数；纠错编码采用外编码和内编码级联的前向纠错编码形式；所述外编码包括BCH码，所述内编码包括LDPC码；
其中，所述子块交织步骤，包括：将所述LDPC码字划分为个长度为Z比特的子块，并交换子块的位置以令其中第i个子块经过位置变换后成为第π(i)个子块，其中，π(i)为预设交织图样参数；
所述行列交织步骤，包括：将进行子块交织后输出的比特序列逐列写入存储空间，并逐行从该存储空间读出，形成比特交织块；
子块交织器交织图样π(i)为：
行列交织器的参数为：
6.根据权利要求5所述的比特交织编码调制方法，其特征在于，所述LDPC码包含一组短码与一组长码；其中，LDPC短码的码长为19200，包含9种码率，分别为1/5、1/4、1/3、5/12、1/2、7/12、2/3、3/4和4/5；所述LDPC长码的码长为57600，包含10种码率，分别为1/5、1/4、1/3、5/12、1/2、7/12、2/3、3/4、4/5和5/6。
7.根据权利要求5所述的比特交织编码调制方法，其特征在于，所述星座映射步骤，包括：将所述行列交织器输出的每个比特交织块映射为一系列长度为ηMOD的元组其中，ηMOD是与所采用通信调制方式对应的调制阶数，0≤g≤NLDPC/ηMOD-1，NLDPC为LDPC码字的长度；星座映射模块进而将每一个元组wg分别映射为一个数据单元各个数据单元组成比特交织编码调制块其中，ND_Cell，BICM_block＝NLDPC/ηMOD。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的比特交织编码调制方法，其特征在于，所述无线广播通信系统为NGB-W系统，所述通信调制方式包括：QPSK、NU-16QAM、NU-64QAM、NU-256QAM和NU-1024QAM。
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