CN104618072B

CN104618072B - Ngb‑w 系统中逻辑帧信令信道的编码与调制方法

Info

Publication number: CN104618072B
Application number: CN201510086393.7A
Authority: CN
Inventors: 王芳; 徐扬; 寇亚军; 李明齐; 缪军; 封松林
Original assignee: Shanghai Advanced Research Institute of CAS
Current assignee: Shanghai Advanced Research Institute of CAS
Priority date: 2015-02-16
Filing date: 2015-02-16
Publication date: 2017-11-03
Anticipated expiration: 2035-02-16
Also published as: CN104618072A

Abstract

本发明提供一种NGB‑W系统中逻辑帧信令信道的编码与调制方法，包括对逻辑帧信令附加CRC比特后进行分块；对逻辑帧信令分块进行加扰；将加扰后的逻辑帧信令分块映射至BCH码信息比特；对BCH码信息比特进行前向纠错编码；生成逻辑帧信令分块编码块；生成逻辑帧信令编码比特序列；生成比特交织块；将比特交织块进行星座映射，生成BICM块。本发明的NGB‑W系统中逻辑帧信令信道的编码与调制方法支持任意长度逻辑帧信令的传输，使不同长度的逻辑帧信令具有基本相同的传输可靠性；在每种调制方式下提供四种等级的传输可靠性和传输效率选择。

Description

NGB-W系统中逻辑帧信令信道的编码与调制方法

技术领域

本发明涉及通信系统中的物理层传输的技术领域，特别是涉及下一代广播电视网无线(Next Generation BroadcastNetwork-Wireless，NGB-W)系统中逻辑帧信令的编码与调制方法。

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。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NGB-W系统中，信令的可靠传输是正确接收业务数据的前提条件，通常要求信令的传输可靠性高于业务数据的传输可靠性。而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，所以通常采用鲁棒性更高的纠错编码技术对信令进行保护。

DVB-T2(第二代欧洲数字地面电视广播传输)标准是采用BCH码作为内码，LDPC码作为外码对L1-post信令(DVB-T2的一种信令，包含业务数据传输参数和资源映射参数等信息)进行保护。在DVB-T2标准中，L1-post信令采用的BCH码校验比特数为168，LDPC码码长为16200，码率为4/9，BCH码与LDPC码级联后，支持最大L1-post信令长度为7032比特。

然而，上述传输方式存在以下几个问题：

(1)采用了与数据信道相同的BCH码，可以与数据信道及物理帧信令信道共用同一套编译码器，但当物理层管道(PLP)数少的时候，L1-post信令长度仅为数百比特，此时若采用168个校验比特的BCH码，会导致L1-post信令传输效率过低。

(2)L1-post信令的长度与PLP数有关，例如当PLP＝1时，L1-post信令长度为278比特；当PLP＝4时，L1-post信令长度为689比特。当L1-post信令长度大于7032比特时，需要将L1-post信令分块；同时，当L1-post信令或分块后的L1-post信令长度小于7032比特，则需要对BCH码编码前的信息比特进行补零操作。为了维持相对稳定的传输可靠性，补零后需要对LDPC码校验比特打孔以进行码率控制。由于LDPC码码长为16200，大量的补零和打孔操作，破坏了LDPC码原有的校验矩阵结构，使其实际误码性能损失较大。

(3)由于L1-post信令长度随着PLP数不同而不同，DVB-T2标准采用了码率控制技术，其原理是短信令长度适当降低实际码率，长信令长度适当增加实际码率，以保证信令的传输可靠性随着信令长度的变化而基本稳定。DVB-T2标准通过简单地控制校验比特数量实现对码率的控制，其打孔比特数是补零比特数的5/6。这种码率控制方法无法兼顾信令长度在278～7031之间的大范围变化。

针对以上问题，需要在NGB-W系统中提供一种更可靠、高效的逻辑帧信令传输方案。

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NGB-W系统中逻辑帧信令信道的编码与调制方法，通过对逻辑帧信令传输的内外码级联、具有合理结构和参数的前向纠错编码、支持任意信令长度的逻辑帧信令分块、逻辑帧信令分块至BCH码信息比特的映射、码率控制、分块编码块生成、逻辑帧信令分块编码块至逻辑帧的映射，为逻辑帧信令传输提供多等级的可靠性保证，支持任意长度的逻辑帧信令传输，并保证逻辑帧信令传输的可靠性随着信令长度变化而相对稳定。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种NGB-W系统中逻辑帧信令信道的编码与调制方法，包括以下步骤：步骤S1、对逻辑帧信令附加CRC比特；步骤S2、对逻辑帧信令进行分块；步骤S3、对逻辑帧信令分块进行加扰；步骤S4、将加扰后的逻辑帧信令分块映射至BCH码信息比特；步骤S5、采用BCH编码和LDPC编码级联的方式对BCH码信息比特进行前向纠错编码；步骤S6、生成逻辑帧信令分块校验比特，将经过加扰处理的逻辑帧信令分块、BCH码校验比特和逻辑帧信令分块校验比特依次级联，生成逻辑帧信令分块编码块；步骤S7、将逻辑帧信令分块编码块映射至逻辑帧，生成逻辑帧信令编码比特序列；步骤S8、对映射后的逻辑帧信令编码比特序列进行比特交织，生成比特交织块；步骤S9、将比特交织块进行星座映射，生成BICM块。

根据上述的NGB-W系统中逻辑帧信令信道的编码与调制方法，其中：所述步骤S2包括以下步骤：

21)计算逻辑帧信令分块数其中，K_LFS,CRC为附加CRC比特后的逻辑帧信令的长度；K_BCH为BCH码的信息比特长度；表示向上取整运算；逻辑帧信令包括LF-config信令、当前逻辑帧LF-dyn信令、下一逻辑帧的LF-dyn信令和扩展信令域；

22)在逻辑帧信令的LF-config信令、当前逻辑帧LF-dyn信令、下一逻辑帧的LF-dyn信令和扩展信令域分别填充零比特，得到填零后的LF-config信令的长度为K_{LFS_config,padded}＝K_{LFS_config}+K_{Zero_pad,LFS_config}；填零后的当前逻辑帧LF-dyn信令的长度为填零后的下一逻辑帧LF-dyn信令的长度为填零后的逻辑帧扩展信令域与CRC的长度为K_{LFS_ext,padded}＝K_{LFS_ext}+32+K_{Zero_pad,LFS_ext}；

其中，K_{LFS_config}表示LF-config信令的长度，表示当前逻辑帧的LF-dyn信令的长度，表示下一逻辑帧的LF-dyn信令的长度，K_{LFS_ext}表示逻辑帧扩展信令域的长度；

23)将填零后的逻辑帧信令均匀分配到个分块中，每一个逻辑帧信令分块的长度为

根据上述的NGB-W系统中逻辑帧信令信道的编码与调制方法，其中：所述步骤S4包括以下步骤：

41)将BCH码信息比特m的索引矢量记为I＝[0 1 … i … K_BCH-1]^T，其中，K_BCH为BCH码的信息比特长度；

42)将索引矢量I分为个索引分组，其中，表示第j个索引分组，表示向下取整运算；

43)确定置零索引矢量I_Φ，由索引矢量I和置零索引矢量I_Φ的补集生成映射索引矢量I_M；

44)将BCH码信息比特初始化为全零矢量，再将加扰后的逻辑帧信令分块逐比特映射至BCH码信息比特中映射索引矢量I_Μ标识的位置，得到BCH码信息比特。

根据上述的NGB-W系统中逻辑帧信令信道的编码与调制方法，其中：所述步骤S5包括以下步骤：

a)对BCH码信息比特进行BCH编码，得到BCH码校验比特，并将BCH码校验比特附加在BCH码信息比特之后，得到BCH码字；

b)将BCH码字作为LDPC码信息比特进行LDPC编码，得到LDPC码校验比特，并将LDPC码校验比特附加在BCH码字之后，得到LDPC码字。

根据上述的NGB-W系统中逻辑帧信令信道的编码与调制方法，其中：所述步骤S6中，生成逻辑帧信令分块校验比特包括以下步骤：

61)计算逻辑帧信令分块校验比特的数量

当LFS_AP_RATIO_CURRENT＝0时，

当LFS_AP_RATIO_CURRENT＝1时，

当LFS_AP_RATIO_CURRENT＝2时，

当LFS_AP_RATIO_CURRENT＝3时，

其中，LFS_AP_RATIO_CURRENT表示逻辑帧信令附加校验比特长度与当前校验比特长度的比例关系，LFS_AP_DEPTH表示承载和连续传输当前逻辑帧内逻辑帧信令附加校验比特的前续逻辑帧的数量，η_MOD为调制阶数；为逻辑帧信令分块的长度；表示向上取整运算；

62)当时，对LDPC码的校验比特Δ进行打孔，生成逻辑帧信令分块校验比特；

当时，对LDPC码码字u的一部分进行重复，重复编码比特的总数为生成逻辑帧信令分块校验比特。

进一步地，根据上述的NGB-W系统中逻辑帧信令信道的编码与调制方法，其中：所述步骤62)中，当时，打孔比特的总数为包括以下步骤：

将LDPC码校验比特分为个校验比特分组；

从所有LDPC码校验比特分组中选出个打孔分组，将前面个打孔分组中的比特全部打孔，再将最后一个打孔分组中的最后个比特打孔；

LDPC码校验比特中剩余的个比特构成逻辑帧信令分块校验比特。

进一步地，根据上述的NGB-W系统中逻辑帧信令信道的编码与调制方法，其中：所述步骤62)中，当时，重复编码比特的总数为包括以下步骤：

将LDPC码码字分为个编码比特分组；

从所有编码比特分组中选出个重复分组；将前面个重复分组中的比特全部重复，再将最后一个重复分组中的最后个比特重复，得到长度为的重复编码比特；

LDPC码校验比特和重复编码比特级联构成逻辑帧信令分块校验比特。

进一步地，根据上述的NGB-W系统中逻辑帧信令信道的编码与调制方法，其中：所述步骤S7中，每一个LFS分块编码块包括LFS_AP_DEPTH+2个逻辑帧信令分块编码块分段；分段0由长度为的逻辑帧信令分块、长度为N_BCH-K_BCH的BCH码校验比特和LFS分块校验比特前面个比特构成，其中N_BCH为BCH码字的长度，K_BCH为BCH码的信息比特长度；

分段1至分段LFS_AP_DEPTH+1的长度均为其中，

分段j由LFS分块校验比特的比特至比特构成；其中，j＝1,2,…,LFS_AP_DEPTH+1；

对于第m个逻辑帧中的每一个逻辑帧信令分块编码块，分段0由逻辑帧m承载，分段1至分段LFS_AP_DEPTH+1分别由逻辑帧m-LFS_AP_DEPTH-1至逻辑帧m-1承载。

根据上述的NGB-W系统中逻辑帧信令信道的编码与调制方法，其中：所述步骤S8包括以下步骤：

81)将映射至逻辑帧m的长度为N_LFS的LFS编码比特序列作为比特交织器的输入，；将u′逐列写入行数和列数分别为N_r和N_c的矩形存储空间，其中，N_r＝N_LFS/η_MOD，N_c＝η_MOD，η_MOD为调制阶数；

82)将该矩形存储空间的每一列数据进行循环下移操作，其中，第i列循环下移个比特，其中，表示向下取整运算；

83)将该矩形存储空间的数据逐行读出，得到比特交织块。

根据上述的NGB-W系统中逻辑帧信令信道的编码与调制方法，其中：所述步骤S9中，逻辑帧信令星座映射支持的调制方式包括BPSK、QPSK、NU-16QAM、NU-64QAM和NU-256QAM调制。

如上所述，本发明的NGB-W系统中逻辑帧信令信道的编码与调制方法，具有以下有益效果：

(1)保证NGB-W系统的逻辑帧信令的传输可靠性高于业务逻辑信道的传输可靠性；

(2)支持任意长度逻辑帧信令的传输；

(3)逻辑帧信令的实际传输码率随着逻辑帧信令分块的实际长度增加而增加，使不同长度的逻辑帧信令具有基本相同的传输可靠性；

(4)在每种调制方式下，提供四种等级的传输可靠性和传输效率选择；在AWGN信道、BPSK调制方式下，相邻等级之间的译码门限相差约2.5dB。

附图说明

图1显示为逻辑帧信令的结构示意图；

图2显示为本发明的NGB-W系统中逻辑帧信令信道的编码与调制方法的流程图；

图3显示为本发明的逻辑帧信令分块的原理示意图；

图4显示为本发明中时的逻辑帧信令分块编码块的结构示意图；

图5显示为本发明中时的逻辑帧信令分块编码块的结构示意图；

图6显示为本发明的逻辑帧信令分块编码块分段的示意图；

图7显示为本发明的逻辑帧信令分块编码块映射至逻辑帧的示意图；

图8显示为本发明的逻辑帧信令比特交织的示意图；

图9显示为本发明的逻辑帧信令实际传输码率随逻辑帧信令分块的长度变化的示意图；

图10显示为本发明的逻辑帧信令在不同调制方式下的传输可靠性比较示意图。

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。

NGB-W系统中包含多种信令，其中逻辑帧信令(Logical Frame Signal，LFS)包含业务传输信道参数和资源映射参数，其长度随着传输信道数量的变化而变化。

逻辑帧信令的基本结构如图1所示。逻辑帧信令为接收机解析目标传输信道提供了所需的信令信息。逻辑帧信令主要包括LF-config信令、LF-dyn信令和信令扩展域，信令扩展域为可选配置。LF-config信令在一个逻辑超帧内保持不变；LF-dyn信令只提供当前逻辑帧相关信息，其长度在一个逻辑超帧内保持不变，其信令域取值可以在逻辑超帧内不同逻辑帧之间改变。为了提高LF-dyn信令传输的鲁棒性，获得动态信道下的时间分集增益，LF-dyn信令数据可以在两个连续的逻辑帧信令中重复传输，并可在前续若干个逻辑帧传输当前逻辑帧的附加校验比特。

本发明的NGB-W系统中逻辑帧信令信道的编码与调制方法包括循环冗余校验(CRC)、分块、分块加扰、分块信息比特映射、分块前向纠错编码、分块编码块生成、分块编码块至逻辑帧映射、比特交织和星座映射等几个阶段。

逻辑帧信令长度与传输信道(Transmission channel，TCH)数量有关。当TCH数量较多时，LFS长度较大，此时应将经过循环冗余校验的LFS分为多个分块；当TCH数量较少时，LFS长度较小，此时应可将经过循环冗余校验的LFS作为一个分块。每一个LFS分块依次经过加扰、信息比特映射、前向纠错编码、分块编码块生成等处理，得到LFS分块编码块。其中，前向纠错编码采用BCH编码和LDPC编码级联的方式；BCH码的信息比特记为其长度为K_BCH；BCH码的校验比特记为其长度为N_BCH-K_BCH；LDPC码的信息比特记为其长度为K_LDPC；LDPC码的校验比特记为其长度为N_LDPC-K_LDPC；LDPC码的码字记为其长度为N_LDPC。为了获得时间分集增益，由当前LFS生成的分块编码块可以由当前逻辑帧和其它逻辑帧共同承载。相应地，当前逻辑帧中承载的LFS编码比特可以来自于当前逻辑帧和其它逻辑帧的分块编码块。当前逻辑帧承载的LFS编码比特经过比特交织和星座映射之后，生成当前LFS数据单元。

参照图2，本发明的NGB-W系统中逻辑帧信令信道的编码与调制方法包括以下步骤：

步骤S1、对逻辑帧信令附加CRC比特。

为了便于在接收端检验LFS传输的正确性，本发明在LFS之后附加32位CRC比特。CRC-32编码器的移位寄存器组初始化为全1状态，其生成多项式为：

G₃₂(x)＝x³²+x²⁶+x²³+x²²+x¹⁶+x¹²+x¹¹+x¹⁰+x⁸+x⁷+x⁵+x⁴+x²+x+1

附加CRC比特之后的LFS长度为K_LFS,CRC，其中，K_LFS,CRC＝K_LFS+32，K_LFS为LFS的长度。且其中，K_{LFS_config}表示LF-config信令的长度，表示当前逻辑帧的LF-dyn信令的长度，表示下一逻辑帧的LF-dyn信令的长度，K_{LFS_ext}表示逻辑帧扩展信令域的长度。

步骤S2、对逻辑帧信令进行分块。

其中，逻辑帧信令的分块过程与DVB-T2系统的分块过程类似。

当附加CRC比特的LFS长度超过一个BCH码编码器所支持的最大信息比特长度时，即K_LFS,CRC>K_BCH时，本发明将LFS均匀地分配到多个分块中，如图3所示。

具体地，对逻辑帧信令进行分块包括以下步骤：

21)计算LFS分块数其中，K_LFS,CRC是附加CRC比特后的LFS的长度；K_BCH为传输LFS所采用的BCH码的信息比特长度；表示向上取整运算。

优选地，K_BCH＝900。

22)在LFS各部分分别填充零比特，得到填零后的LF-config信令的长度为：K_{LFS_config,padded}＝K_{LFS_config}+K_{Zero_pad,LFS_config}；填零后的当前逻辑帧LF-dyn信令的长度为：填零后的下一逻辑帧LF-dyn信令的长度为：填零后的逻辑帧扩展信令域与CRC的长度为：K_{LFS_ext,padded}＝K_{LFS_ext}+32+K_{Zero_pad,LFS_ext}；填零后的LFS总长度为：其中：

23)将填零后的LFS均匀分配到个分块中，每一个LFS分块的长度为

具体地，第个分块由以下四个部分组成：填零后的LF-config信令的比特至比特填零后的当前逻辑帧LF-dyn信令的比特至比特填零后的下一逻辑帧LF-dyn信令的比特至比特填零后的逻辑帧扩展信令域与CRC的比特至比特

步骤S3、对逻辑帧信令分块进行加扰。

为了对LFS分块进行随机化处理，采用扰码序列对LFS分块进行加扰。优选地，扰码序列的生成多项式为1+x¹⁴+x¹⁵，初始化序列为100101010000000。

步骤S4、将加扰后的逻辑帧信令分块映射至BCH码信息比特。

具体地，将加扰后的LFS分块映射至BCH码信息比特的某些特定位置，其余位置设置为零，从而得到BCH码信息比特。需要说明的是，经过BCH编码和LDPC编码之后，BCH码信息比特上述置零的位置不需要进行传输。

将加扰后的LFS分块映射至BCH码信息比特包括以下步骤：

41)将BCH码信息比特m的索引矢量记为I＝[0 1 … i … K_BCH-1]^T。

优选地，K_BCH＝900。

42)将索引矢量I分为个索引分组，其中，表示第j个索引分组，表示向下取整运算；K_BCH＝900，在索引矢量I中，前面11个索引分组每组包含80个元素，第12个索引分组包含20个元素。

43)确定置零索引矢量I_Φ，映射索引矢量为索引矢量I和置零索引矢量I_Φ的补集，记为I_Μ＝I\I_Φ。其中，I_Φ的长度为

I_Φ的取值如下：

其中，π_s(j)由表1给出。

表1、LFS分块索引分组的数量、顺序与位置

44)将BCH码信息比特m初始化为全零矢量，再将加扰后的LFS分块逐比特映射至BCH码信息比特m中映射索引矢量I_Μ标识的位置，得到BCH码信息比特m。

步骤S5、采用BCH编码和LDPC编码级联的方式对BCH码信息比特进行前向纠错编码。

其中，所采用的BCH码和LDPC码与NGB-W系统物理帧信令所采用的BCH码及LDPC码相同，以降低接收机的实现复杂度。

逻辑帧信令采用定义在域GF(2¹²)上的本原BCH系统码作为外码，最多能纠正5个比特错误，其生成多项式十六进制表示为：12EEA57D94CA8F97。

逻辑帧信令采用长度为4800比特的LDPC码作为内码，码率为1/5。LDPC码为系统码，其校验矩阵H是一个定义在域GF(2)上维度为M_LDPC×N_LDPC的分块矩阵：

其中，M_LDPC＝N_LDPC-K_LDPC，每一个子块是一个维度为Z×Z的循环矩阵，H_i,j的第k行(1≤k≤Z-1)可以由H_i,j的第0行循环右移k个元素得到。校验矩阵H可以由其第kZ行的所有元素唯一确定。

具体地，前向纠错编码包括以下步骤：

a)对BCH码信息比特m进行BCH编码，得到BCH码校验比特d，并将其附加在BCH码信息比特之后，得到长度为N_BCH的BCH码字Λ。

b)将长度为K_LDPC＝N_BCH的BCH码字Λ作为LDPC码信息比特进行LDPC编码，得到LDPC码校验比特Δ，并将其附加在BCH码字Λ之后，得到长度为N_LDPC的LDPC码字u。

步骤S6、生成逻辑帧信令分块校验比特，将经过加扰处理的逻辑帧信令分块、BCH码校验比特和逻辑帧信令分块校验比特依次级联，生成逻辑帧信令分块编码块。

具体地，生成逻辑帧信令分块校验比特包括以下步骤：

61)计算逻辑帧信令分块校验比特的数量

优选地，采用下式计算逻辑帧信令分块校验比特的数量

当LFS_AP_RATIO_CURRENT＝0时，

当LFS_AP_RATIO_CURRENT＝1时，

当LFS_AP_RATIO_CURRENT＝2时，

当LFS_AP_RATIO_CURRENT＝3时，

其中，PFS信令域LFS_AP_RATIO_CURRENT表示LFS附加校验比特长度与当前校验比特长度的比例关系，PFS信令域LFS_AP_DEPTH表示承载和连续传输当前逻辑帧内LFS附加校验比特的前续逻辑帧的数量，取值为0～7，η_MOD为调制阶数。

62)当时，对LDPC码的校验比特Δ进行打孔，打孔比特的总数为生成逻辑帧信令分块校验比特，如图4所示。

具体包括以下步骤：

·将LDPC码校验比特Δ分为个校验比特分组，即其中，表示第j个校验比特分组，i＝0,1,...,N_LDPC-K_LDPC-1，每组包含80个比特。

优选地，

·从所有LDPC码校验比特分组中选出个打孔分组，记为其中，其中π_p(j)由表2至表5获得，将前面个打孔分组中的比特全部打孔，再将最后一个打孔分组中的最后个比特打孔。

表2、逻辑帧信令分块打孔分组的数量、顺序与位置 (LFS_AP_RATIO_CURRENT＝0)

表3、逻辑帧信令分块打孔分组的数量、顺序与位置 (LFS_AP_RATIO_CURRENT＝1)

表4、逻辑帧信令分块打孔分组的数量、顺序与位置 (LFS_AP_RATIO_CURRENT＝2)

表5、逻辑帧信令分块打孔分组的数量、顺序与位置 (LFS_AP_RATIO_CURRENT＝3)

·LDPC码校验比特Δ中剩余的个比特构成逻辑帧信令分块校验比特，记为

当时，对LDPC码码字u的一部分进行重复，重复编码比特的总数为生成逻辑帧信令分块校验比特，如图5所示。

具体包括以下步骤：

·将LDPC码码字u分为个编码比特分组，即其中，表示第j个编码比特分组，i＝0,1,...,N_LDPC-1，每组包含80个比特。

优选地，

·从所有编码比特分组中选出个重复分组，记为其中，π_r(j)由表6获得，将前面个重复分组中的比特全部重复，再将最后一个重复分组中的最后个比特重复，得到长度为的重复编码比特，记为

表6、逻辑帧信令分块重复分组的数量、顺序与位置

·LDPC码校验比特Δ和重复编码比特级联构成逻辑帧信令分块校验比特，记为

步骤S7、将逻辑帧信令分块编码块映射至逻辑帧，生成逻辑帧信令编码比特序列。

其中，对于第m个逻辑帧中的每一个LFS分块编码块，分段0由逻辑帧m承载，分段1至分段LFS_AP_DEPTH+1分别由逻辑帧m-LFS_AP_DEPTH-1至逻辑帧m-1承载。

如图6所示，每一个LFS分块编码块包括LFS_AP_DEPTH+2个LFS分块编码块分段。其中，第m个逻辑帧的第个LFS分块编码块的分段0和分段j(j＝1,2,…,LFS_AP_DEPTH+1)分别记为和分段0由长度为的LFS分块、长度为N_BCH-K_BCH的BCH码校验比特和LFS分块校验比特前面个比特构成，其中

分段1至分段LFS_AP_DEPTH+1的长度均为其中，分段j(j＝1,2,…,LFS_AP_DEPTH+1)由LFS分块校验比特的比特至比特构成。

具体地，在第m个逻辑帧中，不仅承载了逻辑帧m所生成的LFS分块编码块分段0，还承载了逻辑帧m+1至逻辑帧m+LFS_AP_DEPTH+1所生成的LFS分块编码块其它分段。LFS分块编码块映射至逻辑帧m的顺序为：第m个逻辑帧第0个分块的第0个分段…，第m个逻辑帧第i个分块的第0个分段…，第m个逻辑帧第个分块的第0个分段第m+1个逻辑帧第0个分块的第LFS_AP_DEPTH+1个分段…，第m+j个逻辑帧第0个分块的第LFS_AP_DEPTH–j+2个分段…，第m+LFS_AP_DEPTH+1个逻辑帧第0个分块的第1个分段…，第m+1个逻辑帧第i个分块的第LFS_AP_DEPTH+1个分段…，第m+j个逻辑帧第i个分块的第LFS_AP_DEPTH–j+2个分段…，第m+LFS_AP_DEPTH+1个逻辑帧第i个分块的第1个分段…，第m+1个逻辑帧第个分块的第LFS_AP_DEPTH+1个分段…，第m+j个逻辑帧第个分块的第LFS_AP_DEPTH–j+2个分段…，第m+LFS_AP_DEPTH+1个逻辑帧第个分块的第1个分段第m个逻辑帧承载的LFS编码比特序列的总长度定义为N_LFS，如图7所示。

步骤S8、对映射后的逻辑帧信令编码比特序列进行比特交织，生成比特交织块。

如图8所示，LFS比特交织包括逐列写入、循环下移和逐行读出三个处理阶段。具体包括以下步骤：

81)将映射至逻辑帧m的长度为N_LFS的LFS编码比特序列作为比特交织器的输入，记为将u′逐列写入行数和列数分别为N_r和N_c的矩形存储空间，其中，N_r＝N_LFS/η_MOD，N_c＝η_MOD。

82)将该矩形存储空间的每一列数据进行循环下移操作，其中，第i(i＝0,1,...,N_c-1)列循环下移个比特，其中，

83)将该矩形存储空间的数据逐行读出，比特交织器输出的比特交织块记为

步骤S9、将比特交织块进行星座映射，生成BICM块。

在本发明中，LFS星座映射支持的调制方式包括BPSK、QPSK、NU-16QAM、NU-64QAM和NU-256QAM调制。表7至表11给出了不同调制方式下从元组至数据单元的具体映射方法。

具体包括以下步骤：

91)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η_MOD的元组其中0≤g≤N_LFS/η_MOD-1；

92)星座映射再将每一个元组w_g(0≤g≤N_LFS/η_MOD-1)分别映射为一个数据单元z_g(0≤g≤N_LFS/η_MOD-1)，LFS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LFS比特交织编码调制块(BICM块)，记为其中，该BICM块包含的数据单元的数量为

表7、BPSK调制方式下从元组至数据单元的映射方法

元组w_g	数据单元
		0	1
1	-1

表8、QPSK调制方式下从元组至数据单元的映射方法

元组w_g	数据单元
		00	0.7071+0.7071i
01	0.7071-0.7071i
		10	-0.7071+0.7071i
11	-0.7071-0.7071i

表9、NU-16QAM调制方式下从元组至数据单元的映射方法

表10、NU-64QAM调制方式下从元组至数据单元的映射方法

表11、NU-256QAM调制方式下从元组至数据单元的映射方法

由图9可知，逻辑帧信令的实际传输码率随着逻辑帧信令分块的实际长度增加而增加，使不同长度的逻辑帧信令具有基本相同的传输可靠性。

由图10可知，在每种调制方式下，提供四种等级的传输可靠性和传输效率选择；在AWGN信道、BPSK调制方式下，相邻等级之间的译码门限相差约2.5dB。

下面以逻辑帧信令长度为1500比特(16-QAM)为例进一步说明本发明的NGB-W系统中逻辑帧信令的编码与调制方法。具体包括以下步骤：

1)长度为K_LFS＝1500的逻辑帧信令添加32个CRC比特后，长度变为K_LFS,CRC＝1532。

2)将添加CRC比特后的逻辑帧信令分为个分块，假设各部分填充的比特数量均为0，则每个分块包含个比特；将LF-config信令、当前逻辑帧LF-dyn信令、下一逻辑帧LF-dyn信令、逻辑帧扩展信令域与CRC-32的校验比特分别一分为二地分配到分块0和1中。

3)对分块0，1分别加扰，加扰后的分块长度不变。

4)置零索引矢量I_Φ的长度为134，将每个分块的BCH码信息比特m初始化为全零矢量，再将LFS分块逐比特映射至BCH码信息比特m中映射索引矢量I_Μ＝I\I_Φ标识的位置，最终得到BCH码信息比特m；对分块0和1的处理相同。

5)对于每个分块，BCH编码器将长度为K_BCH＝900的BCH信息比特m编码成为长度为K_LDPC＝960的BCH码编码比特Λ；LDPC编码器将Λ编码成长度为N_LDPC的系统码字u。

6)假设LFS_AP_RATIO_CURRENT＝3，LFS_AP_DEPTH＝0，则LFS分块校验比特的数量为重复编码比特的总数为从所有编码比特分组中选出个重复分组将前面17个重复分组中的比特全部重复，再将最后一个重复分组中的最后50个比特重复，得到长度为1410的LDPC码校验比特Δ和重复编码比特级联构成长度为5250的LFS分块校验比特由经过加扰处理的长度为766的LFS分块、长度为60的BCH码校验比特和长度为5250的LFS分块校验比特依次级联，组成LFS分块编码块。

7)每一个LFS分块编码块包括2个LFS分块编码块分段，其中，第m个逻辑帧第(i,i＝0,1)个LFS分块编码块的分段0和分段1分别记为和分段0由长度为766的LFS分块、长度为60的BCH码校验比特和LFS分块校验比特前面1314个比特构成，分段1由LFS分块校验比特的后3936个比特构成。对于第m个逻辑帧中的每一个LFS分块编码块，分段0由逻辑帧m承载，分段1由逻辑帧m-1承载。

8)将映射至逻辑帧m的长度为N_LFS＝12152的LFS编码比特序列作为比特交织器的输入u′，将u′逐列写入行数和列数分别为3038和4的矩形存储空间；然后将该矩形存储空间的每一列数据分别循环下移0、759、1518和2277个比特；最后，将该矩形存储空间的数据逐行读出，得到比特交织块v。

9)根据表9中LFS_AP_RATIO_CURRENT＝3时元组至数据单元的映射方法，将比特交织块映射为LFS比特交织编码调制块。

综上所述，本发明的NGB-W系统中逻辑帧信令信道的编码与调制方法保证NGB-W系统的逻辑帧信令的传输可靠性高于业务逻辑信道的传输可靠性；支持任意长度逻辑帧信令的传输；逻辑帧信令的实际传输码率随着逻辑帧信令分块的实际长度增加而增加，使不同长度的逻辑帧信令具有基本相同的传输可靠性；在每种调制方式下，提供四种等级的传输可靠性和传输效率选择；在AWGN信道、BPSK调制方式下，相邻等级之间的译码门限相差约2.5dB。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而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

1.一种NGB-W系统中逻辑帧信令信道的编码与调制方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤S1、对逻辑帧信令附加CRC比特；

步骤S2、对逻辑帧信令进行分块；

步骤S3、对逻辑帧信令分块进行加扰；

步骤S4、将加扰后的逻辑帧信令分块映射至BCH码信息比特；

步骤S5、采用BCH编码和LDPC编码级联的方式对BCH码信息比特进行前向纠错编码；

步骤S6、生成逻辑帧信令分块校验比特，将经过加扰处理的逻辑帧信令分块、BCH码校验比特和逻辑帧信令分块校验比特依次级联，生成逻辑帧信令分块编码块；

步骤S7、将逻辑帧信令分块编码块映射至逻辑帧，生成逻辑帧信令编码比特序列；

步骤S8、对映射后的逻辑帧信令编码比特序列进行比特交织，生成比特交织块；

步骤S9、将比特交织块进行星座映射，生成BICM块；

所述步骤S4包括以下步骤：

41)将BCH码信息比特m的索引矢量记为I＝[0 1…i…K_BCH-1]^T，其中，K_BCH为BCH码的信息比特长度；

44)将BCH码信息比特初始化为全零矢量，再将加扰后的逻辑帧信令分块逐比特映射至BCH码信息比特中映射索引矢量I_Μ标识的位置，得到BCH码信息比特；

所述步骤S6中，生成逻辑帧信令分块校验比特包括以下步骤：

61)计算逻辑帧信令分块校验比特的数量

当LFS_AP_RATIO_CURRENT＝0时，

当LFS_AP_RATIO_CURRENT＝1时，

<mrow> <msubsup> <mi>M</mi> <mrow> <mi>P</mi> <mi>a</mi> <mi>r</mi> <mo>,</mo> <mi>t</mi> <mi>e</mi> <mi>m</mi> <mi>p</mi> </mrow> <mrow> <mi>L</mi> <mi>F</mi> <mi>S</mi> </mrow> </msubsup> <mo>=</mo> <mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <mo>-</mo> <mn>2</mn> <mo>&times;</mo> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>K</mi> <mrow> <mi>B</mi> <mi>C</mi> <mi>H</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>K</mi> <mrow> <mi>S</mi> <mi>e</mi> <mi>g</mi> </mrow> <mrow> <mi>L</mi> <mi>F</mi> <mi>S</mi> </mrow> </msubsup> <mo>)</mo> </mrow> <mo>+</mo> <mn>2160</mn> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mi>i</mi> <mi>f</mi> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <msubsup> <mi>K</mi> <mrow> <mi>S</mi> <mi>e</mi> <mi>g</mi> </mrow> <mrow> <mi>L</mi> <mi>F</mi> <mi>S</mi> </mrow> </msubsup> <mo>&le;</mo> <mn>260</mn> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mo>-</mo> <mn>2</mn> <mo>&times;</mo> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>K</mi> <mrow> <mi>B</mi> <mi>C</mi> <mi>H</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>K</mi> <mrow> <mi>S</mi> <mi>e</mi> <mi>g</mi> </mrow> <mrow> <mi>L</mi> <mi>F</mi> <mi>S</mi> </mrow> </msubsup> <mo>)</mo> </mrow> <mo>+</mo> <mn>2080</mn> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mi>i</mi> <mi>f</mi> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mn>260</mn> <mo><</mo> <msubsup> <mi>K</mi> <mrow> <mi>S</mi> <mi>e</mi> <mi>g</mi> </mrow> <mrow> <mi>L</mi> <mi>F</mi> <mi>S</mi> </mrow> </msubsup> <mo>&le;</mo> <mn>660</mn> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>K</mi> <mrow> <mi>B</mi> <mi>C</mi> <mi>H</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>K</mi> <mrow> <mi>S</mi> <mi>e</mi> <mi>g</mi> </mrow> <mrow> <mi>L</mi> <mi>F</mi> <mi>S</mi> </mrow> </msubsup> <mo>)</mo> </mrow> <mo>+</mo> <mn>1800</mn> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mi>i</mi> <mi>f</mi> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <msubsup> <mi>K</mi> <mrow> <mi>S</mi> <mi>e</mi> <mi>g</mi> </mrow> <mrow> <mi>L</mi> <mi>F</mi> <mi>S</mi> </mrow> </msubsup> <mo>></mo> <mn>660</mn> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> </mrow>

当LFS_AP_RATIO_CURRENT＝2时，

<mrow> <msubsup> <mi>M</mi> <mrow> <mi>P</mi> <mi>a</mi> <mi>r</mi> <mo>,</mo> <mi>t</mi> <mi>e</mi> <mi>m</mi> <mi>p</mi> </mrow> <mrow> <mi>L</mi> <mi>F</mi> <mi>S</mi> </mrow> </msubsup> <mo>=</mo> <mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <mo>-</mo> <mn>4</mn> <mo>&times;</mo> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>K</mi> <mrow> <mi>B</mi> <mi>C</mi> <mi>H</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>K</mi> <mrow> <mi>S</mi> <mi>e</mi> <mi>g</mi> </mrow> <mrow> <mi>L</mi> <mi>F</mi> <mi>S</mi> </mrow> </msubsup> <mo>)</mo> </mrow> <mo>+</mo> <mn>4320</mn> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mi>i</mi> <mi>f</mi> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <msubsup> <mi>K</mi> <mrow> <mi>S</mi> <mi>e</mi> <mi>g</mi> </mrow> <mrow> <mi>L</mi> <mi>F</mi> <mi>S</mi> </mrow> </msubsup> <mo>&le;</mo> <mn>260</mn> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mo>-</mo> <mn>3</mn> <mo>&times;</mo> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>K</mi> <mrow> <mi>B</mi> <mi>C</mi> <mi>H</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>K</mi> <mrow> <mi>S</mi> <mi>e</mi> <mi>g</mi> </mrow> <mrow> <mi>L</mi> <mi>F</mi> <mi>S</mi> </mrow> </msubsup> <mo>)</mo> </mrow> <mo>+</mo> <mn>3520</mn> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mi>i</mi> <mi>f</mi> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mn>260</mn> <mo><</mo> <msubsup> <mi>K</mi> <mrow> <mi>S</mi> <mi>e</mi> <mi>g</mi> </mrow> <mrow> <mi>L</mi> <mi>F</mi> <mi>S</mi> </mrow> </msubsup> <mo>&le;</mo> <mn>500</mn> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mo>-</mo> <mn>2</mn> <mo>&times;</mo> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>K</mi> <mrow> <mi>B</mi> <mi>C</mi> <mi>H</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>K</mi> <mrow> <mi>S</mi> <mi>e</mi> <mi>g</mi> </mrow> <mrow> <mi>L</mi> <mi>F</mi> <mi>S</mi> </mrow> </msubsup> <mo>)</mo> </mrow> <mo>+</mo> <mn>3120</mn> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mi>i</mi> <mi>f</mi> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <msubsup> <mi>K</mi> <mrow> <mi>S</mi> <mi>e</mi> <mi>g</mi> </mrow> <mrow> <mi>L</mi> <mi>F</mi> <mi>S</mi> </mrow> </msubsup> <mo>></mo> <mn>500</mn> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> </mrow> 1

当LFS_AP_RATIO_CURRENT＝3时，

<mrow> <msubsup> <mi>M</mi> <mrow> <mi>P</mi> <mi>a</mi> <mi>r</mi> <mo>,</mo> <mi>t</mi> <mi>e</mi> <mi>m</mi> <mi>p</mi> </mrow> <mrow> <mi>L</mi> <mi>F</mi> <mi>S</mi> </mrow> </msubsup> <mo>=</mo> <mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <mo>-</mo> <mn>5</mn> <mo>&times;</mo> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>K</mi> <mrow> <mi>B</mi> <mi>C</mi> <mi>H</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>K</mi> <mrow> <mi>S</mi> <mi>e</mi> <mi>g</mi> </mrow> <mrow> <mi>L</mi> <mi>F</mi> <mi>S</mi> </mrow> </msubsup> <mo>)</mo> </mrow> <mo>+</mo> <mn>6080</mn> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mi>i</mi> <mi>f</mi> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <msubsup> <mi>K</mi> <mrow> <mi>S</mi> <mi>e</mi> <mi>g</mi> </mrow> <mrow> <mi>L</mi> <mi>F</mi> <mi>S</mi> </mrow> </msubsup> <mo>&le;</mo> <mn>260</mn> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mo>-</mo> <mn>5</mn> <mo>&times;</mo> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>K</mi> <mrow> <mi>B</mi> <mi>C</mi> <mi>H</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>K</mi> <mrow> <mi>S</mi> <mi>e</mi> <mi>g</mi> </mrow> <mrow> <mi>L</mi> <mi>F</mi> <mi>S</mi> </mrow> </msubsup> <mo>)</mo> </mrow> <mo>+</mo> <mn>5840</mn> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mi>i</mi> <mi>f</mi> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mn>260</mn> <mo><</mo> <msubsup> <mi>K</mi> <mrow> <mi>S</mi> <mi>e</mi> <mi>g</mi> </mrow> <mrow> <mi>L</mi> <mi>F</mi> <mi>S</mi> </mrow> </msubsup> <mo>&le;</mo> <mn>500</mn> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mo>-</mo> <mn>5</mn> <mo>&times;</mo> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>K</mi> <mrow> <mi>B</mi> <mi>C</mi> <mi>H</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>K</mi> <mrow> <mi>S</mi> <mi>e</mi> <mi>g</mi> </mrow> <mrow> <mi>L</mi> <mi>F</mi> <mi>S</mi> </mrow> </msubsup> <mo>)</mo> </mrow> <mo>+</mo> <mn>5920</mn> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mi>i</mi> <mi>f</mi> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <msubsup> <mi>K</mi> <mrow> <mi>S</mi> <mi>e</mi> <mi>g</mi> </mrow> <mrow> <mi>L</mi> <mi>F</mi> <mi>S</mi> </mrow> </msubsup> <mo>></mo> <mn>500</mn> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> </mrow>

当时，对LDPC码码字u的一部分进行重复，重复编码比特的总数为生成逻辑帧信令分块校验比特；

其中，K_LDPC为LDPC码的信息比特的长度；N_LDPC为LDPC码的码字的长度；

所述步骤62)中，当时，打孔比特的总数为包括以下步骤：

将LDPC码校验比特分为个校验比特分组；

LDPC码校验比特中剩余的个比特构成逻辑帧信令分块校验比特；

所述步骤62)中，当时，重复编码比特的总数为包括以下步骤：

将LDPC码码字分为个编码比特分组；

2.根据权利要求1所述的NGB-W系统中逻辑帧信令信道的编码与调制方法，其特征在于：所述步骤S2包括以下步骤：

23)将填零后的逻辑帧信令均匀分配到个分块中，每一个逻辑帧信令分块的长度为其中，填零后的LFS总长度

3.根据权利要求1所述的NGB-W系统中逻辑帧信令信道的编码与调制方法，其特征在于：所述步骤S5包括以下步骤：

4.根据权利要求1所述的NGB-W系统中逻辑帧信令信道的编码与调制方法，其特征在于：所述步骤S7中，每一个LFS分块编码块包括LFS_AP_DEPTH+2个逻辑帧信令分块编码块分段；分段0由长度为的逻辑帧信令分块、长度为N_BCH-K_BCH的BCH码校验比特和LFS分块校验比特前面个比特构成，其中N_BCH为BCH码字的长度，K_BCH为BCH码的信息比特长度；

分段1至分段LFS_AP_DEPTH+1的长度均为其中，

5.根据权利要求1所述的NGB-W系统中逻辑帧信令信道的编码与调制方法，其特征在于：所述步骤S8包括以下步骤：

81)将映射至逻辑帧m的长度为N_LFS的LFS编码比特序列作为比特交织器的输入；将u′逐列写入行数和列数分别为N_r和N_c的矩形存储空间，其中，N_r＝N_LFS/η_MOD，N_c＝η_MOD，η_MOD为调制阶数；

82)将该矩形存储空间的每一列数据进行循环下移操作，其中，第i列循环下移个比特，其中，i＝0,1,...,N_c-1；表示向下取整运算；

83)将该矩形存储空间的数据逐行读出，得到比特交织块。

6.根据权利要求1所述的NGB-W系统中逻辑帧信令信道的编码与调制方法，其特征在于：所述步骤S9中，逻辑帧信令星座映射支持的调制方式包括BPSK、QPSK、NU-16QAM、NU-64QAM和NU-256QAM调制。