CN1694390A - 通信系统中的混合编码调制和功率分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种通信系统中的混合编码调制和功率分配方法，包括步骤：(1)在发送端，将经过信道编码后的数据根据编码比特重要性的不同，分离重组为多个支路的比特序列；(2)对分离重组后的多个支路的比特序列分别进行比特交织；(3)对交织后的多个支路的比特序列分别进行调制；(4)对不同支路调制后的符号分配功率；(5)将调制后的信号映射到物理信道；(6)在接收端，对接收到的不同支路的符号采用对应的解调方式进行解调，并且对解调后的多个支路信号进行解交织，解分离重组，从而得到发送端所发送的数据。

Description

通信系统中的混合编码调制 和功率分配方法

技术领域

本发明涉及一种具有较高功率效率和频谱效率的混合编码调制和功率分配方法。

背景技术

可以预见音频、视频、图像以及Internet等多媒体业务将成为未来移动通信的主导业务，而这些业务对于无线链路传输能力的要求明显提高(这些业务的峰值业务速率大于20Mbps)，在此情况下，为了传输高速率数据，提高系统的频谱效率，多进制调制方式获得了广泛的应用。然而，多进制调制系统频谱效率的提高是通过牺牲功率效率来换取的。当信号受到噪声和干扰的损害时，接收信号错误概率也将随之增大。虽然可以采用幅度相位联合键控(APK)方式来克服上述问题，但是在实际应用中效果并不明显，特别是随着调制阶数的提高，性能恶化的程度加剧。

另一方面，移动通信系统的信号传输环境是非常恶劣的。信道编码技术是移动通信中提高系统传输数据可靠性的有效方法，使接收机能够检测和纠正传输媒介带来的信号误差。为了传输高速率数据，提高频谱效率，同时保证传输的可靠性，高阶调制和信道编码的结合问题成为当前研究的热点技术。许多研究者对高阶调制和信道编码的结合问题进行了广泛而深入的研究，主要包括格形编码调制(TCM，trellis code modulation)技术、分组编码调制(BCM，block codedmodulation)技术、多阶编码(MLC，multilevel coding)技术、比特交织编码调制(BICM，bit-interleaved coded modulation)技术。然而，上述四种方法在与高阶调制相结合时的性能并不尽如人意，从而使其在实际中应用也受到了一定的限制。寻找一种实用高效的调制和信道编码结合方法，特别是高阶调制和编码的结合方法具有十分重要的意义。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提出了一种广泛适用的混合编码调制及功率分配方法，对于编码比特按照一定原则进行分离重组，采用多种调制方式的组合并且分配不同的功率，因而具有较好的功率效率和较高的频率效率。

根据本发明，提供了一种通信系统中的混合编码调制和功率分配方法，包括步骤：

(1)在发送端，将经过信道编码后的数据根据编码比特重要性的不同，分离重组为多个支路的比特序列；

(2)对分离重组后的多个支路的比特序列分别进行比特交织；

(3)对交织后的多个支路的比特序列分别进行调制；

(4)对不同支路调制后的符号分配功率；

(5)将调制后的信号映射到物理信道；

(6)在接收端，对接收到的不同支路的符号采用对应的解调方式进行解调，并且对解调后的多个支路信号进行解交织，解分离重组，从而得到发送端所发送的数据。

在本发明中，根据比特重要性将编码比特进行分离重组，并分别进行处理，包括采用不同调制方式、分配不同功率、分配不同信道，并且随着信道质量的变化，自适应改变调制组合和功率分配。具体地说，在发送端原始信息经过信道编码后，根据编码比特重要性不同，并分别进行处理，包括采用不同调制方式、分配不同功率、分配不同信道。例如，针对不同重要性的比特采用不同的调制方式，对于重要性高的信息比特用较低阶调制，对于重要性低的校验比特用较高阶调制。而且根据比特的重要性不同，在发送端按照一定原则分配不同的发射功率，以进一步提高性能。此外，当信道质量变化以后，可以按照一定自适应原则，采用不同的编码调制组合和功率分配方法，可进一步提高系统吞吐量。

根据本发明的方法，针对信道编码后不同比特的重要性的高低将其分离重组，并对不同重要性的比特采用不同的调制方式和分配不同的发送功率。在保持数据速率不变的条件下有效地降低了高阶调制对系统性能的影响，从而提高了整个系统的误码性能和功率效率。另一方面，本方法根据信道质量的变化选择不同的编码调制组合和功率分配，可以进一步提高系统性能。此外，本发明在保证较低复杂度的同时降低交织深度，也使得其硬件实现的复杂度降低。

附图说明

图1示出了根据本发明的发射端的原理图。

图2示出了根据本发明的接收端的原理图。

具体实施方式

在本发明中，对发送端经过信道编码和速率匹配(打孔、重复或插零)后的比特序列按照不同比特的重要性将其分离重组为多个支路，对各个支路比特序列分别进行比特交织，这里也可以采用现有的多种交织方法。

针对分离重组后的多个支路的比特序列分别处理，包括：

(1)对不同支路比特序列采用不同调制方式，例如对于重要性高的比特采用低阶调制方式，重要性低的比特采用高阶调制方式。

(2)对不同支路信号分配不同的功率，例如对于重要性较高的比特序列分配较高发送功率，对于重要性较低的比特序列分配较低发送功率。

(3)将不同支路信号分配在不同增益信道上传输，对于重要性较高的比特序列分配在增益较好的信道上传输，对于重要性较低的比特序列分配在增益稍差的信道上传输

在本发明中，可以采用方式(1)～(3)的任意组合，并且可以采用现有的多种功率分配方法来分配功率。

针对不同的信道质量(可由测量获得)可以采用不同的编码调制组合按上述方法进行编码和调制，当信道条件好时采用相对更高阶的编码调制组合方法来进一步提高吞吐量，当信道条件差时通过降低调制阶数来保证通信质量。

在接收端中，根据发送端的不同操作相应的进行解调、解交织、解分离重组、解速率匹配和解码操作。

下面参照附图并结合优选实施例来描述针对分离重组后的多个支路的比特序列分别采用不同调制方式和分配不同的功率的方案。

图1为本发明的发送端的原理图。在从信息源接收到信息后进行循环冗余码检验(CRC)。图1中的信道编码可以是任何可以按比特区分重要性的编码方式。候选调制方式可以选择从低阶到高阶任意种调制方式，例如{BPSK，QPSK，16QAM，64QAM，128QAM}。根据图1所示，在发送端，信息比特经过信道编码和速率匹配后的比特序列为{ci}。速率匹配后的比特按照不同比特重要性的高低进行分离重组为L个比特序列，分别为{c_i1}，{c_i2}...{c_iL}，此过程由分离重组模块完成，并且可以针对不同编码方式及速率匹配方式灵活选择重组方法。对L个支路的比特序列分别经过交织器交织后，成为为{c_π(i1)}，{c_π(i2)}...{c_π(iL)}。对不同支路比特序列采用不同的调制方式，调制后的序列为{s_i1}，{s_i2}...{s_iL}。然后，对不同路信号按照一定原则分配功率，例如对于低阶调制后的符号分配较多的功率，高阶调制后的符号分配较少的功率。最后，经过剩余的发送处理后发送出去。

在本发明中，分离重组模块如何区分重要性需要根据具体的编码和速率匹配方案而定。例如在发送端采用1/3 Turbo编码，将编码比特分离为信息位支路，第一校验位支路和第二校验位支路，再将两路校验位支路组合为一路(因为其重要性相同)，这样经过分离重组模块后形成两个重要性不同的支路：信息位支路重要性较高，校验位支路重要性次之。或者，在发送端采用1/3卷积码，编码比特经过速率匹配后，将其分离为信息位支路，第一校验位支路和第二校验位支路，这样经过分离重组模块后形成三个重要性不同的支路：信息位支路重要性较高，第二校验位支路重要性次之，第一校验位支路重要性最低。

图2为本发明的接收端的原理图。所接收的数据分别经过数据检测、解映射、符号重组、解调、解交织，解分离重组、解速率匹配和译码过程完成对原始数据的恢复。

具体地说，接收数据经过信道估计、检测、解映射后，根据接收端检测过程中不同的数据排列对符号进行重组，使重组后的各路数据与发送端相应的调制方式相对应，然后再根据不同的调制方式进行解调和信道译码。

对于不同的调制方式，I路、Q路信号的软比特值都可以由同样的计算公式得到，即：

$\mathrm{LLR}\left(b_{l,k}\right)=\frac{|G_{\mathrm{ch}}\left(i\right){|}^2}{4}\left\{\underset{\mathrm{\α}\∈S_{l,k}^{\left(0\right)}}{\min }\right|y\left[i\right]-\mathrm{\α}{|}^2-\underset{\mathrm{\α}\∈S_{I,K}^{\left(1\right)}}{\min }\left|y\right[i]-\mathrm{\α}{|}^2\}---\left(1\right)$

$\mathrm{LLR}\left(b_{Q,k}\right)=\frac{|G_{\mathrm{ch}}\left(i\right){|}^2}{{2\mathrm{\σ}}^2}\left\{\underset{\mathrm{\α}\∈S_{\mathrm{Qk}}^{\left(0\right)}}{\min }\right|y\left[i\right]-\mathrm{\α}{|}^2-\underset{\mathrm{\α}\∈S_{\mathrm{Qk}}^{\left(1\right)}}{\min }\left|y\right[i]-\mathrm{\α}{|}^2\}---\left(2\right)$

其中{G_ch(i)}是信道状态信息，y[i]＝r[i]/G_ch(i)，r[i]是接收信号，b_Ik，b_Qk分别表示发送端I路、Q路信号的第k个比特。对于不同的调制方式，(1)式和(2)式是通用的，只是针对不同的调制方式α按照不同的星座点选取。

解调后的软比特信息经过解交织、解速率匹配后，即可针对发送端的信道编码方式进行信道译码。

还应该指出的是，比特分离重组模块的位置是可变的，也就是说，既可以在速率匹配前进行分离重组操作也可以在速率匹配后进行分离重组，这里应该遵循的原则就是尽量的使不同的编码比特能够按照不同的重要性简便而有效的进行分离。

最后，针对不同的信道条件可以有若干个可供选择的编码调制组合方法。当信道条件好的时候为不同支路选择相对高阶的调制方法来提高通信的有效性，当信道条件差的时候为不同支路选择相对低阶的调制方法以保证通信的可靠性。

本方法着眼于针对不同编码比特的重要性将其分离重组，并对分离重组后的比特采用不同的调制方式和功率分配方法。另一方面，随着信道质量的变化，本方法自适应改变编码调制组合和功率分配。该方法能在保证高传输速率的同时有效的降低调制阶数升高对系统性能的影响。另外，由于进行比特分离在起到了空间交织的作用，该方法还能在不影响性能的同时降低交织的深度，从而方便了硬件实现。

Claims (10)

1、一种通信系统中的混合编码调制和功率分配方法，包括步骤：

(1)在发送端，将经过信道编码后的数据根据编码比特重要性的不同，分离重组为多个支路的比特序列；

(2)对分离重组后的多个支路的比特序列分别进行比特交织；

(3)对交织后的多个支路的比特序列分别进行调制；

(4)对不同支路调制后的符号分配功率；

(5)将调制后的信号映射到物理信道；

(6)在接收端，对接收到的不同支路的符号采用对应的解调方式进行解调，并且对解调后的多个支路信号进行解交织，解分离重组，从而得到发送端所发送的数据。

2、根据权利要求1所述的方法，其中步骤(1)中还包括步骤：

对信道编码后的数据进行速率匹配后，再进行分离重组。

3、根据权利要求1所述的方法，其中步骤(6)还包括步骤：

对解分离重组后的比特序列进行速率匹配以及信道译码。

4、根据权利要求1所述的方法，其中步骤(3)还包括步骤：

对不同支路信号采用不同调制方式，对于重要性较高的支路的比特序列采用较低阶的调制方式，对于重要性较低的支路的比特序列采用较高阶的调制方式。

5、根据权利要求1所述的方法，其中步骤(4)还包括步骤：

对不同支路信号分配不同功率，对于重要性较高的支路的信号分配较大的发送功率进行发送，对于重要性较低的支路的信号分配较小的发送功率进行发送。

6、根据权利要求1所述的方法，其中步骤(5)还包括步骤：

将不同支路信号映射到增益不同的物理信道，对于重要性较高的支路的信号在增益较大的信道上传输，对于重要性较低的支路的信号在增益较差的信道上传输。

7、根据权利要求4所述的方法，还包括步骤：

在所述通信系统的信道条件较好时，分别增加这些支路的比特序列的调制阶数；

在所述通信系统的信道条件较差时，分别降低这些支路的比特序列的调制阶数。

8、根据权利要求4所述的方法，还包括步骤：

在所述通信系统的信道条件较好时，增加部分支路的比特序列的调制阶数；

在所述通信系统的信道条件较差时，降低部分支路的比特序列的调制阶数。

9、根据权利要求1所述的方法，步骤(1)还包括步骤：

在发送端采用1/3特播编码时，将编码比特分离为信息位支路、第一校验位支路和第二校验位支路，将两路校验位支路组合为重要性相同的一路，从而形成重要性较高的信息位支路以及重要性较低的校验位支路。

10、根据权利要求1所述的方法，步骤(1)还包括步骤：

在发送端采用采用1/3卷积码时，编码比特经过速率匹配后，将其分离为信息位支路、第一校验位支路和第二校验位支路，从而形成重要性较高的信息位支路、重要性次之的第二校验位支路以及重要性最低的第一校验位支路。

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