CN105959082A - 基于多进制编码与高阶调制的联合编码调制方法、装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于多进制编码与高阶调制的联合编码调制方法，属于通信技术领域。本发明针对2^p进制编码与2^q阶调制相结合的联合编码调制系统(其中p、q均为大于等于2的整数)，分别选取M个2^p编码符号和N个2^q阶调制符号，在满足N*p＝M*q的约束关系下，构建了一个混合的符号层映射关系(体现为交织索引序列)，可使得任意高阶调制符号和任意多进制编码符号通过多符号混合映射形成一种基于符号层的编码交织关联，从而兼顾了通讯系统的实现复杂度与系统传输性能，且调制符号的比特映射不需要考虑格雷映射准则，适用范围广泛。本发明还公开了一种基于多进制编码与高阶调制的联合编码调制装置，以及一种数字信号发射装置、通讯系统。

Description

基于多进制编码与高阶调制的联合编码调制方法、装置

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种基于多进制编码与高阶调制的联合编码调制方法、装置。

背景技术

多进制编码的出现为二进制编码的研究开拓了一个全新的领域，其在低码率的情况下比二元域的纠错性能更为优越。现代通信系统发展的一个趋势是传输速率越来越高，为提高传输数据量往往采用高维调制技术，使用多进制纠错码与之结合可以在提高数据传输速率的同时，有效增强系统在衰落信道中的抗突发错误能力，减少比特概率与符号概率间相互转换导致的信息损失，获得较低的误码平层。其中，常用的编码方式有多进制LDPC码，具体多元域LDPC码的编码和译码公式请参考文献[6]。

多进制编码，在相同参数的情况下比二进制编码的具有以下优势：1)可以设计出有更低错误平层和更强纠错能力的好码；2)较强的抗突发错误能力，因为多进制编码将多个突发比特错误合并成了较少的多元符号错误。虽然多进制编码相较于二进制编码有很多优点，但是相应的，其编译码复杂度也较高。

高阶调制，例如2^q进制QAM和PSK等高阶调制技术，有利于满足高速传输的需求。高阶调制的频带利用率为η_b＝R_b/B，R_b为比特速率，B为无线信号的带宽。每个星座点代表q比特，叫做星座的比特映射。通常采用格雷映射，其规则是：相邻的星座点只差一个比特，特别是对于比特方式解调是否采用格雷映射性能差距很大。

格雷码是一种错误最小化的编码方式,其编码特点是任意两相邻代码之间只有一位数码不同,即相邻整数在格雷码中只有一位不同。格雷码大大地减少了由某一个状态转入下一个状态时所引起的逻辑上的混淆。这也是比特级别解调采用格雷码性能不如符号级别解调的原因所在。

误码率主要取决于星座图中信号点之间的最小距离，对于2^q-QAM，q为偶数的时候，星座图为正方形，其正确判决的概率为P_c＝(1-P_L)²，所以误码率为P_e＝1-P_c＝1-(1-P_L)²。若把方形2^q-QAM看成相互正交的两个ASK(Amplitude Shift Keying),即幅移键控的叠加可以得到误码率为：

$P_e^k=\frac{1}{\sqrt{2^q}}\underset{i=0}{\overset{(1-2^{-k})\sqrt{2^q}-1}{\Σ}}{X}_i\left(k\right)erfc\left(Y_i\right(k\left)\sqrt{\frac{3q}{2(2^q-1)}\left(\frac{E_b}{N_0}\right)}\right),1\≤k\≤q$

其中，Y_i(k)＝2i+1。

若q为奇数，则利用多电平分析法，将正交两路信号分为I路和Q路，星座图是一个I×Q的矩阵，可以得到误码率为：

${P_e^k}_I=\frac{1}{I}\underset{i=0}{\overset{(1-2^{-k})I-1}{\Σ}}{X}_i{\left(k\right)}_{I}erfc\left(Y_i\right(k\left)\sqrt{\frac{3{\log }_2\left(IQ\right)}{I^2+Q^2-1}\left(\frac{E_b}{N_0}\right)}\right),1\≤k\≤I$

${P_e^k}_Q=\frac{1}{I}\underset{i=0}{\overset{(1-2^{-k})I-1}{\Σ}}{X}_i{\left(k\right)}_{I}erfc\left(Y_i\right(k\left)\sqrt{\frac{3{\log }_2\left(IQ\right)}{I^2+Q^2-1}\left(\frac{E_b}{N_0}\right)}\right),1\≤k\≤Q$

其中，

$X_i{\left(k\right)}_I={(-1)}^{\[\frac{i{2}^{k-1}}{I}\]}\×(2^{k-1}-\[\frac{i{2}^{k-1}}{I}+\frac{1}{2}\]),$ Y_i(k)＝2i+1。

高阶调制作为宽带无线通信系统的主要调制方式，通过与多进制编码结合，可以达到较好的纠错性能。以下是现有多进制编码与高阶调制结合几种技术方案：

二进制编码与高阶调制：二进制编码已被普遍研究，而多进制编码则是在此基础上的演变，性能更优，编解码复杂度更高。在高阶调制情况下，二元域编码的性能一般会低于多进制编码、

多进制编与BPSK：多进制编码与BPSK的结合，由于BPSK的缘故，导致其是一种完全比特层面的解码。并且BPSK本身的频带利用率低，所以应用价值不高。

GF(2^p)域编码与2^p阶调制：多进制阶数与高阶调制阶数相等的情况是多进制编码最常见得使用方式，其结果也在很多文献中给出，如文献[Nowak S,Smietanka G,KaysR.High efficiency broadband transmission with LDPC codes over GF(2s)[C]//Broadband Multimedia Systems and Broadcasting(BMSB),2011IEEE InternationalSymposium on.IEEE,2011:1-6]、[Suthisopapan P,Kasai K,Meesomboon A,etal.Achieving Near Capacity of Non-Binary LDPC Coded Large MIMO Systems with aNovel Ultra Low-Complexity Soft-Output Detector[J].IEEE Transactions onWireless Communications,2013,12(10):5185-5199.]、[Guo F,Hanzo L.Low complexitynon-binary LDPC and modulation schemes communicating over MIMO channels[C]//Vehicular Technology Conference,1988,IEEE 38th.2004:1294-1298Vol.2][Wymeersch,Henk and Steendam,Heidi and Moeneclaey,Marc},0-7803-8533-0,2004IEEE INTERNATIONAL CONFERENCE ON COMMUNICATIONS,VOLS 1-7,IEEE,2004:772--776]。这种组合方式的优势在于，多进制符号和调制符号数量相同，可以采取完全直接映射的方式，方法简单，且解码效果好。但是由于多进制编码随着阶数的上升，编解码复杂度会大幅度提高，特别是解码时间过长，缺少实际应用价值，所以在较高阶数的调制下，采用同等阶数的多进制码，如果对解码及时性有很高要求，则实际可操作性较低。

GF(2^p)域编码与2^2p阶调制：这种方法一定程度上弥补了高阶调制和多进制编码结合的局限性，保证在高阶调制阶数过高的情况下，由于对应同等阶数的多进制LDPC复杂度过高，耗时过久而带来的缺陷，并且也优于二元域编码方案，一定程度上做到了性能与复杂度的平衡。但是这种方案存在局限性。一方面只能用于符号2^2p，p为正整数，不适用于所有高阶调制；另一方面，当选定高阶调制后，其能选取的多进制阶数也就相应固定，若其解码性能达不到所需要求，则此方案的应用价值也就无法体现了。

GF(2^p)域编码与2^q阶调制的比特级别解调：这个方案虽然可以适用于任意阶高阶调制和任意阶多进制编码，但是解码由于是在比特级别，所以解码性能并不一定能好于同样阶数的高阶调制和更低阶的多进制码结合的符号级别方案。而且，由于解码拆分到了比特级别，导致对于高阶调制有了较大局限性。只能用于格雷映射星座图下的高阶调制方案，若一般映射星座图下的高阶调制则性能会受到很大影响，对于深入研究高阶调制与多进制码方案产生了很大局限。

综上可知，大部分现有文献中主要研究的还是高阶调制阶数与多进制编码阶数相等，或者两倍的情况。由于缺少对高阶调制阶数与多进制编码阶数完全不相等的情况的分析，所以造成了在固定调制阶数的情况下，局限了多进制编码的阶数的选取。尤其是当调制阶数较高的时候，也需要选取较高阶的多进制编码，但是多进制编码的译码复杂度随着阶数的上升，会不断升高，这会降低其实际的应用价值。所以有必要研究：当高阶调制阶数与多进制编码阶数不相等的情况下，如何找到一个通用的映射方案，可以在降低阶数，从而保证较低编译码复杂度的同时，保证解码性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种基于多进制编码与高阶调制的联合编码调制方法、装置，可使得任意高阶调制符号和任意多进制编码符号通过多符号混合映射形成符号层的编码交织关联，在降低实现复杂度的同时保证了较好的传输性能，且由于不需要遵循格雷映射准则，因此具有更广地适用范围。

本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种基于多进制编码与高阶调制的联合编码调制方法，首先对信源信息进行多进制编码，然后将所得到的编码序列进行交织处理，最后对交织处理后的比特序列进行高阶调制映射；所述交织处理的交织索引序列通过以下方法得到：

步骤1、假设所述多进制编码为2^p进制编码，所述高阶调制为2^q阶调制，p、q均为大于等于2的整数；根据(p,q)的最小公倍数T，选取M个2^p域编码符号和N个2^q阶调制符号，其中M＝T/p，N＝T/q；

步骤2、根据2^q阶调制符号中各个比特检测的误码率上界，对2^q阶调制符号的原始比特序列进行重新排序，具体如下：首先对2^q阶调制符号的比特序列中的各比特进行分组，具有相同误码率上界值的比特分为一组，将各分组按照误码率上界值从小到大的次序排列，同一分组中的各比特按照其在原始比特序列中的次序排列，得到第一比特序列；然后，先从第一比特序列中的每一分组中各抽取其中的第一个比特并按照其所在分组的排列次序进行排列，形成第一个比特子序列，接着从剩余的每一分组中各抽取其中的第一个比特并按照其所在分组的排列次序进行排列，形成第二个比特子序列，依此类推，直到第一比特序列中的所有比特抽取完；最后，从第一个比特子序列开始，将所得到的所有比特子序列依次排列，得到第二比特序列；

步骤3、将N个2^q阶调制符号的第二比特序列依次排列，并将所生成的新的比特序列中的每一个比特替换为该比特在原始比特序列中的序号，即得到总长度为N*q的交织索引序列。

进一步地，所述交织处理的具体方法为：将所述M个2^p域编码符号按照多进制编码规则所分解成的比特序列中的每个比特，利用所述交织索引序列映射到N个2^q阶调制符号的映射比特位，具体如下：对于比特序列B中的比特在交织索引序列D里找到第(m-1)p+j个元素按照元素的取值，将比特交织到第比特位，全部交织完毕后得到交织处理后的比特序列C＝{c₁,c₂,…,c_T}。

进一步地，所述对交织处理后的比特序列进行高阶调制映射，具体方法为：将交织处理后的比特序列等分为N个长度为q的比特分段，并将每个比特分段映射成一个2^q阶调制符号，这N个2^q阶调制符号依次排列，即得到待发送的2^q阶调制符号序列。

根据相同的发明思路还可以得到以下技术方案：

一种基于多进制编码与高阶调制的联合编码调制装置，包括依次级联的多进制编码单元、交织单元、高阶调制单元，多进制编码单元用于对信源信息进行多进制编码，交织单元用于对多进制编码单元所输出的编码序列进行交织处理，高阶调制单元用于对交织处理后的比特序列进行高阶调制映射；所述交织单元的交织索引序列通过以下方法得到：

步骤1、假设所述多进制编码为2^p进制编码，所述高阶调制为2^q阶调制，p、q均为大于等于2的整数；根据(p,q)的最小公倍数T，选取M个2^p域编码符号和N个2^q阶调制符号，其中M＝T/p，N＝T/q；

步骤2、根据2^q阶调制符号中各个比特检测的误码率上界，对2^q阶调制符号的原始比特序列进行重新排序，具体如下：首先对2^q阶调制符号的比特序列中的各比特进行分组，具有相同误码率上界值的比特分为一组，将各分组按照误码率上界值从小到大的次序排列，同一分组中的各比特按照其在原始比特序列中的次序排列，得到第一比特序列；然后，先从第一比特序列中的每一分组中各抽取其中的第一个比特并按照其所在分组的排列次序进行排列，形成第一个比特子序列，接着从剩余的每一分组中各抽取其中的第一个比特并按照其所在分组的排列次序进行排列，形成第二个比特子序列，依此类推，直到第一比特序列中的所有比特抽取完；最后，从第一个比特子序列开始，将所得到的所有比特子序列依次排列，得到第二比特序列；

步骤3、将N个2^q阶调制符号的第二比特序列依次排列，并将所生成的新的比特序列中的每一个比特替换为该比特在原始比特序列中的序号，即得到总长度为N*q的交织索引序列。

进一步地，所述交织处理的具体方法为：将所述M个2^p域编码符号按照多进制编码规则所分解成的比特序列中的每个比特，利用所述交织索引序列映射到N个2^q阶调制符号的映射比特位，具体如下：对于比特序列B中的比特在交织索引序列D里找到第(m-1)p+j个元素按照元素的取值，将比特交织到第比特位，全部交织完毕后得到交织处理后的比特序列C＝{c₁,c₂,…,c_T}。

进一步地，高阶调制单元通过以下方法对交织处理后的比特序列进行高阶调制映射：将交织处理后的比特序列等分为N个长度为q的比特分段，并将每个比特分段映射成一个2^q阶调制符号，这N个2^q阶调制符号依次排列，即得到待发送的2^q阶调制符号序列。

一种数字信号发射装置，包括如上任一技术方案所述联合编码调制装置。

一种通讯系统，包括数字信号发射装置及相应的数字信号接收装置，所述数字信号发射装置为上述数字信号发射装置；所述数字信号接收装置包括由高阶解调单元、解交织单元、多进制解码单元依次级联而成的联合解码解调装置，高阶解调单元用于对所接收的数字信号进行高阶解调，解交织单元利用数字信号发射装置中交织单元的交织索引序列对高阶解调后的符号序列进行解交织处理，多进制解码单元用于对解交织后的编码序列进行解码。

相比现有技术，本发明技术方案具有以下有益效果：

(1)由于采用跨多进制编码符号和高阶调制符号的混合映射方案，在接收检测时可以实现基于符号级别的检测信息传递，无需完全拆分到比特级别，所以不局限于传统的随机比特交织编码调制方案，对调制符号的比特标签映射也不需要考虑格雷映射准则，适用范围广泛。

(2)本发明采用的混合映射方案可以使得发送端采用较低阶的多进制编码和高阶调制组合，达到接近高阶多进制编码调制方案的性能，在降低实现复杂度的同时保证了较好的传输性能。

(3)本发明可适用于任意阶数的多进制编码与高阶调制的组合，特别是当调制阶数固定，而需要改变编码规则的情况。针对不同的高阶调制条件可以对方案进行灵活调整，按需要寻找出适合实际情况的混合映射方法。

附图说明

图1为本发明联合编码调制装置的工作流程示意图；

图2为2²-PAM星座图；

图3为具体实施方式中得到误码率上界分组方式{Φ₁,Φ₂,…,Φ_K}的算法流程图；

图4为具体实施方式中得到交织索引序列的算法流程图；

图5为2⁶-QAM星座图；

图6为2⁶-QAM下，GF(2⁴)实例中各方案的BER性能对比结果，包括本发明方案，和直接符号映射的GF(2⁶)域LDPC码，AR4A矩阵下的二元域LDPC码性能，以及常用Turbo码；

图7为2⁶-QAM下，选取GF(2⁴)混合映射符号级别、比特级别方案，和GF(2⁶)域的直接映射符号级别、比特级别方案做BER，GF(2⁴)域的全局比特交织方案作比较的结果。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：

本发明针对GF(2^p)进制编码与2^q阶调制相结合的联合编码调制系统(其中p、q均为大于等于2的整数)，分别选取M个GF(2^p)编码符号和N个2^q阶调制符号，在满足N*p＝M*q的约束关系下，构建了一个混合的符号层映射关系(体现为交织索引序列)，可使得任意高阶2^q阶调制符号和任意GF(2^p)进制编码符号通过多符号混合映射形成一种基于符号层的编码交织关联，从而兼顾了通讯系统的实现复杂度与系统传输性能，且调制符号的比特映射不需要考虑格雷映射准则，适用范围广泛。

本发明的通讯系统，包括数字信号发射装置及相应的数字信号接收装置。所述数字信号发射装置包括基于多进制编码与高阶调制的联合编码调制装置；所述联合编码调制装置包括依次级联的多进制编码单元、交织单元、高阶调制单元，多进制编码单元用于对信源信息进行多进制编码，交织单元用于对多进制编码单元所输出的编码序列进行交织处理，高阶调制单元用于对交织处理后的比特序列进行高阶调制映射；其中交织单元所使用的交织索引序列是通过选取M个GF(2^p)编码符号和N个2^q阶调制符号，在满足N*p＝M*q的约束关系下，所构建的混合的符号层映射关系。

所述数字信号接收装置包括由高阶解调单元、解交织单元、多进制解码单元依次级联而成的联合解码解调装置，其工作过程相当于数字信号发射装置的逆过程，具体地，高阶解调单元用于对所接收的数字信号进行高阶解调，解交织单元利用数字信号发射装置中交织单元的交织索引序列对高阶解调后的符号序列进行解交织处理，多进制解码单元用于对解交织后的编码序列进行解码。

其中的多进制编/解码单元可采用多进制低密度奇偶校验(LDPC)码、Turbo码等现有或将有的各种多进制编码技术，高阶调制/解调单元可采用8PSK、16QAM、64QAM等现有或将有的各种高阶调制技术。

图1显示了本发明联合编码调制装置的工作流程。如图1所示，联合编码调制装置的工作流程包括：

步骤一、信源向多进制编码单元发送信息比特；

步骤二、多进制编码单元对信息比特进行p阶(具体阶数根据系统所采用的多进行编码单元而定)多进制编码。

步骤三、交织单元利用交织索引序列D对多进制编码单元所输出的编码序列进行交织处理：

该步骤是本发明的核心部分，通过交织索引序列D可使得任意高阶2^q阶调制符号和任意GF(2^p)进制编码符号通过多符号混合映射形成一种基于符号层的编码交织关联。所述交织索引序列D具体通过以下方法得到：

步骤1、根据系统所采用的GF(2^p)进制编码和2^q阶调制的具体系统参数p和q，根据(p,q)的最小公倍数T，选取M个GF(2^p)域符号和N个2^q阶调制符号，其中M＝T/p，N＝T/q。

步骤2、根据2^q阶调制符号中各个比特检测的误码率上界，对2^q阶调制符号的原始比特序列进行重新排序，具体如下：首先对2^q阶调制符号的比特序列中的各比特进行分组，具有相同误码率上界值的比特分为一组，将各分组按照误码率上界值从小到大的次序排列，同一分组中的各比特按照其在原始比特序列中的次序排列，得到第一比特序列；然后，先从第一比特序列中的每一分组中各抽取其中的第一个比特并按照其所在分组的排列次序进行排列，形成第一个比特子序列，接着从剩余的每一分组中各抽取其中的第一个比特并按照其所在分组的排列次序进行排列，形成第二个比特子序列，依此类推，直到第一比特序列中的所有比特抽取完；最后，从第一个比特子序列开始，将所得到的所有比特子序列依次排列，得到第二比特序列；

高阶调制，例如2^q进制QAM和PSK等高阶调制技的频带利用率为η_b＝R_b/B,R_b为比特速率，B为无线信号的带宽。每个星座点代表q比特，叫做星座的比特映射，通常采用格雷映射，其规则是：相邻的星座点只差一个比特。特别是对于比特方式解调是否采用格雷映射性能差距很大，但是本发明中使用了混合符号映射方案结果就不受格雷映射的局限。2^q阶高阶调制的理论误码率上界判断遵循一个原则，信号点间的距离越大，误判概率越小。因此可根据2^q阶调制具体的星座图和比特映射方案计算出2^q阶调制符号中各个比特检测的误码率上界：

$P=\{P_e^1,P_e^2,...,P_e^q\}$

以2²-PAM调制方案为例，2²-PAM的每个调制符号中含有2比特信息，即每次调制由2个比特组成，共有4种组合，即00，01，10，11，代表四进制4个符号中的1个符号。是第k个比特的误码率上界。则第1个比特，从图2所示的2²-PAM星座图上可以看出依照第1个比特是否为0可以给出一条划分线，即图中实线。若设00,10到划分线距离为d，则11,01到划分线距离为3d，可以给出如下误码率公式：

$P_e^1=\frac{1}{4}\[2erfc\left(\frac{d}{\sqrt{N_0}}\right)+erfc\left(\frac{3d}{\sqrt{N_0}}\right)\]$

同理，第2个比特按照1,0划分，可以得出如下公式：

$P_e^2=\frac{1}{4}\[2erfc\left(\frac{d}{\sqrt{N_0}}\right)+erfc\left(\frac{3d}{\sqrt{N_0}}\right)-erfc\left(\frac{5d}{\sqrt{N_0}}\right)\]$

$erfc=\frac{2}{\sqrt{\mathrm{\π}}}{\∫}_{\mathrm{\π}}^{\mathrm{\∞}}{e}^{-u^2}du$

可以看出分为2组，两个误码率上界分别为：

根据所计算出的误码率上界即可对2^q阶调制符号的原始比特序列进行重新排序。

步骤3、将N个2^q阶调制符号的第二比特序列依次排列，并将所生成的新的比特序列中的每一个比特替换为该比特在原始比特序列中的序号，即得到总长度为N*q的交织索引序列。

本领域技术人员可根据实际情况灵活设计相应的实现算法，从而根据误码率上界获得交织索引序列D；以下为一种具体的实现算法，包括以下步骤：

(1)、如图3所示，按2^q阶调制符号各映射比特的误码率上界取值，对比特标签序号进行分组，具有相同误码率上界的比特序号归属于一个组，共计K个分组：

Φ_k＝{Φ_k[1],…,Φ_k[L_k]},k＝1,…,K，

其中参数L_k,k＝1,…,K为各组的元素个数；各组内对应序号的比特位有相同的误码率上界：

K个分组的组间顺序按误码率上界升序排列

同组内比特序号按原符号映射比特序号升序排列，Φ_k[1]<…<Φ_k[L_k],k＝1,…,K；

(2)、依次对第n,1≤n≤N,个2^q阶调制符号，按照上一步骤获得的误码率上界分组顺序，依次无放回地从每组中抽取当前组内最小的比特序号，若抽取到的比特序号组元素已空则跳过，将每次抽取出的序号顺序排列，如图4所示，其具体过程如下：

2.0)初始化：k＝0,i＝1；

2.1)更新分组k＝(k+1)mod K，更新计算后若k＝0则k＝K；

2.2)若L_k＝0表明当前分组元素已分配完毕，跳转2.1)重新选择分组；

2.3)抽取当前组内最小的比特序号

2.4)更新i＝i+1，若i>q表明所有序号分配完结束排序，跳转2.7)；

2.5)若L_k>1，则根据Φ_k分组元素排列顺序依次更新Φ_k[j]＝Φ_k[j+1],j＝1,…,L_k-1；

2.6)更新分组Φ_k中待分配元素个数L_k＝L_k-1，跳转2.1)；

2.7)结束序号排列，得到

(3)、将分别重新排序后的N个2^q阶调制符号的映射标签比特序列，顺序合成一个总长度N*q的索引序列：

根据所得到的交织索引序列就可以实现对编码符号的交织处理，即将所述M个GF(2^p)域符号按照多进制编码规则所分解成的比特序列中的每个比特，利用所述交织索引序列映射到N个2^q阶调制符号的映射比特位，具体如下：对于比特序列B中的比特在交织索引序列D里找到第(m-1)p+j个元素按照元素的取值，将比特交织到第比特位，全部交织完毕后得到交织处理后的比特序列C＝{c₁,c₂,…,c_T}。

步骤四、高阶调制单元对交织处理后的比特序列进行高阶调制映射；

具体方法如下：将交织处理后的比特序列C＝{c₁,c₂,…,c_T}等分为N个长度为q的比特分段，并将每个比特分段映射成一个2^q阶调制符号，这N个2^q阶调制符号依次排列，即得到待发送的2^q阶调制符号序列S＝{S₁,S₂,…,S_N}。

至此即完成了本发明的联合编码调制过程，信号发送端将联合编码调制传输至信号接收端，信号接收端对所接收信号的解调解码处理过程为上述联合编码调制过程的逆过程，对于本领域技术人员而言显而易见的，为节省篇幅起见，此处不再赘述。

根据上述描述可以看出，本发明可以将总符号长度Y*M个GF(2^p)多进制编码序列映射成Y*N个2^q阶调制符号，其中每一组M个多进制编码符号和N个高阶调制符号独立进行混合符号映射。因此，本发明方案将每M个发送符号看成一个整体，而不同于一般比特方案需要拆分成全局，需将Y*M个符号一起合并讨论，提高了解码性能。

为了验证本发明方案的优势，采用以下几种情况的具体实例进行比较：

1)2⁶-QAM和GF(2⁴)相结合情况下，采用本发明给出的混合符号映射方案；

2)2⁶-QAM，GF(2⁶)域符号相结合的直接符号映射方案，具体实施方式可参考文献[Nowak S,Smietanka G,Kays R.High efficiency broadband transmission with LDPCcodes over GF(2s)[C]//Broadband Multimedia Systems and Broadcasting(BMSB),2011IEEE International Symposium on.IEEE,2011:1-6]；

3)2⁶-QAM和GF(2⁴)相结合情况下，比特级别全局交织方案，具体实施方式可参考文献[Suthisopapan P,Kasai K,Meesomboon A,et al.Achieving Near Capacity of Non-Binary LDPC Coded Large MIMO Systems with a Novel Ultra Low-Complexity Soft-Output Detector[J].IEEE Transactions on Wireless Communications,2013,12(10):5185-5199]；

4)2⁶-QAM与二进制LDPC码结合，具体实施方式可参考文献[Guo F,Hanzo L.Lowcomplexity non-binary LDPC and modulation schemes communicating over MIMOchannels[C]//Vehicular Technology Conference,1988,IEEE 38th.2004:1294-1298Vol.2]，采用AR4A分布矩阵，迭代次数100次，编码后比特长度为8000；

5)2⁶-QAM与Turbo码结合，具体实施方式可参考文献[C.Berrou,A.Glavieux,Punya.Thitimajshima.‘Near Shannon limit error correcting coding and decoding:Turbo codes’.In Proc.,IEEE Int.Conf.on Commun.,1993.pp1064～1071,May]、[Ryan WE.A turbo code tutorial[C].In:Proceedings of IEEE Globecom.1998]，采用Turbo码，迭代50次，编码后比特长度为8000；

其中，多进制LDPC码采用(2,4)规则分布矩阵，迭代次数50次，比特长度为8000。而且给出了比特级别和符号级别解调，也是为了体现本发明方案相比通用的比特级别全局交织后只能采用比特级别解调的方案，可以采用符号级别解调，得到更好的性能。

实例1)是本发明方案在2⁶-QAM下AWGN通信系统的GF(2⁴)域下的具体实现，首先3×4＝2×6，所以需要2个2⁶-QAM调制符号和3个GF(2⁴)域符号进行混合符号映射。实验中采用格雷映射方式的2⁶-QAM星座图(如图5所示)。理论误码率上界关系如下：P_e通过排序后为：按照本发明方案，可得符号序列为：

$S=\{S_1,S_2\},S_1=\{b_1^1,b_1^2,b_1^3,b_1^4,b_2^1,b_2^2\},S_2=\{b_2^3,b_2^4,b_3^1,b_3^2,b_3^3,b_3^4\}$

将几种方案通过AWGN信道，信道条件为单天线系统，AWGN信道h，噪声为加性高斯白噪声,期望为0，噪声方差为

从图6中可以看出，在ber＝10^-4的情况下，GF(2⁶)解码对应的曲线虽然性能比本发明的GF(2⁴)解码略好0.15dB左右。并且，在ber＝10^-3的情况下，本发明的解码性能又比AR4A矩阵下的二进制LDPC码好0.25dB，比Turbo码好0.5dB。并且GF(2⁶)解码复杂度远高于GF(2⁴)。综合解码性能和解码复杂度可证明，本发明有较好应用价值。

从图7可以看出，ber＝10^-3时，同样使用比特解调，本发明方案解码性能比基于比特映射方案的全局交织后GF(2⁴)解码性能好0.3dB。使用相同映射方案的情况下，符号解调方式优于比特解调方式，因此，多进制编码相较于只能使用比特解调的二进制编码来说，有更优的性能。

Claims (8)

1.一种基于多进制编码与高阶调制的联合编码调制方法，首先对信源信息进行多进制编码，然后将所得到的编码序列进行交织处理，最后对交织处理后的比特序列进行高阶调制映射；其特征在于，所述交织处理的交织索引序列通过以下方法得到：

步骤1、假设所述多进制编码为2^p进制编码，所述高阶调制为2^q阶调制，p、q均为大于等于2的整数；根据(p,q)的最小公倍数T，选取M个2^p域编码符号和N个2^q阶调制符号，其中M＝T/p，N＝T/q；

步骤2、根据2^q阶调制符号中各个比特检测的误码率上界，对2^q阶调制符号的原始比特序列进行重新排序，具体如下：首先对2^q阶调制符号的比特序列中的各比特进行分组，具有相同误码率上界值的比特分为一组，将各分组按照误码率上界值从小到大的次序排列，同一分组中的各比特按照其在原始比特序列中的次序排列，得到第一比特序列；然后，先从第一比特序列中的每一分组中各抽取其中的第一个比特并按照其所在分组的排列次序进行排列，形成第一个比特子序列，接着从剩余的每一分组中各抽取其中的第一个比特并按照其所在分组的排列次序进行排列，形成第二个比特子序列，依此类推，直到第一比特序列中的所有比特抽取完；最后，从第一个比特子序列开始，将所得到的所有比特子序列依次排列，得到第二比特序列；

步骤3、将N个2^q阶调制符号的第二比特序列依次排列，并将所生成的新的比特序列中的每一个比特替换为该比特在原始比特序列中的序号，即得到总长度为N*q的交织索引序列。

2.如权利要求1所述联合编码调制方法，其特征在于，所述交织处理的具体方法为：将所述M个2^p域编码符号按照多进制编码规则所分解成的比特序列中的每个比特，利用所述交织索引序列映射到N个2^q阶调制符号的映射比特位，具体如下：对于比特序列B中的比特在交织索引序列D里找到第(m-1)p+j个元素按照元素的取值，将比特交织到第比特位，全部交织完毕后得到交织处理后的比特序列C＝{c₁,c₂,…,c_T}。

3.如权利要求1所述联合编码调制方法，其特征在于，所述对交织处理后的比特序列进行高阶调制映射，具体方法为：将交织处理后的比特序列等分为N个长度为q的比特分段，并将每个比特分段映射成一个2^q阶调制符号，这N个2^q阶调制符号依次排列，即得到待发送的2^q阶调制符号序列。

4.一种基于多进制编码与高阶调制的联合编码调制装置，包括依次级联的多进制编码单元、交织单元、高阶调制单元，多进制编码单元用于对信源信息进行多进制编码，交织单元用于对多进制编码单元所输出的编码序列进行交织处理，高阶调制单元用于对交织处理后的比特序列进行高阶调制映射；其特征在于，所述交织单元的交织索引序列通过以下方法得到：

步骤1、假设所述多进制编码为2^p进制编码，所述高阶调制为2^q阶调制，p、q均为大于等于2的整数；根据(p,q)的最小公倍数T，选取M个2^p域编码符号和N个2^q阶调制符号，其中M＝T/p，N＝T/q；

步骤2、根据2^q阶调制符号中各个比特检测的误码率上界，对2^q阶调制符号的原始比特序列进行重新排序，具体如下：首先对2^q阶调制符号的比特序列中的各比特进行分组，具有相同误码率上界值的比特分为一组，将各分组按照误码率上界值从小到大的次序排列，同一分组中的各比特按照其在原始比特序列中的次序排列，得到第一比特序列；然后，先从第一比特序列中的每一分组中各抽取其中的第一个比特并按照其所在分组的排列次序进行排列，形成第一个比特子序列，接着从剩余的每一分组中各抽取其中的第一个比特并按照其所在分组的排列次序进行排列，形成第二个比特子序列，依此类推，直到第一比特序列中的所有比特抽取完；最后，从第一个比特子序列开始，将所得到的所有比特子序列依次排列，得到第二比特序列；

步骤3、将N个2^q阶调制符号的第二比特序列依次排列，并将所生成的新的比特序列中的每一个比特替换为该比特在原始比特序列中的序号，即得到总长度为N*q的交织索引序列。

5.如权利要求4所述联合编码调制装置，其特征在于，所述交织处理的具体方法为：将所述M个2^p域编码符号按照多进制编码规则所分解成的比特序列中的每个比特，利用所述交织索引序列映射到N个2^q阶调制符号的映射比特位，具体如下：对于比特序列B中的比特在交织索引序列D里找到第(m-1)p+j个元素按照元素的取值，将比特交织到第比特位，全部交织完毕后得到交织处理后的比特序列C＝{c₁,c₂,…,c_T}。

6.如权利要求4所述联合编码调制装置，其特征在于，高阶调制单元通过以下方法对交织处理后的比特序列进行高阶调制映射：将交织处理后的比特序列等分为N个长度为q的比特分段，并将每个比特分段映射成一个2^q阶调制符号，这N个2^q阶调制符号依次排列，即得到待发送的2^q阶调制符号序列。

7.一种数字信号发射装置，包括如权利要求4～6任一项所述联合编码调制装置。

8.一种通讯系统，包括数字信号发射装置及相应的数字信号接收装置，其特征在于，所述数字信号发射装置为权利要求7所述数字信号发射装置；所述数字信号接收装置包括由高阶解调单元、解交织单元、多进制解码单元依次级联而成的联合解码解调装置，高阶解调单元用于对所接收的数字信号进行高阶解调，解交织单元利用数字信号发射装置中交织单元的交织索引序列对高阶解调后的符号序列进行解交织处理，多进制解码单元用于对解交织后的编码序列进行解码。