編碼調(diào)制方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及數(shù)字信息傳輸技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種編碼調(diào)制方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 在通信領(lǐng)域，通常采用信道編碼技術(shù)來保證在噪聲和干擾信道中通信的有效性和 可靠性。比如，在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，由于地理和環(huán)境因素的影響，存在大量的噪聲源。這些 通信信道有其理論上的最大通信容量（也就是信息論的香農(nóng)限），該容量可以使用給定信 道在特定信噪比（SNR)條件下的比特速率（bps)來表示。其中一種接近香農(nóng)限的差錯控制 編碼就是低密度奇偶校驗碼（LDPC)。目前，LDPC碼由于其逼近香農(nóng)限的糾錯性能，已經(jīng)得 到廣泛應(yīng)用。LDPC碼的研宄主要集中于三個方面，一是優(yōu)秀的LDPC碼的構(gòu)造；二是優(yōu)秀譯 碼算法；三是LDPC碼在多樣化需求環(huán)境下的應(yīng)用。其中LDPC碼的構(gòu)造是提升LDPC碼性能 且兼顧多用戶傳輸需求的最根本途徑。性能優(yōu)秀的LDPC碼的構(gòu)造也稱為好碼構(gòu)造，傾注了 研宄人員的眾多很有成效的努力，也取得了一系列優(yōu)秀的LDPC碼方案。
[0003] LDPC碼是一種線性分組碼，由N-K行N列的校驗矩陣H定義，其中N為碼字長度 (簡稱碼長），K為信息位長度，M = N-K -般稱為校驗位長度，對應(yīng)碼率R = K/N。H矩陣由 元素0或1組成，它的每一行表示一個校驗方程。在Tanner圖中稱為校驗節(jié)點，共N-K個； 每一列代表一個信息比特，在Tanner圖中稱為變量節(jié)點，共N個；H矩陣中的非零元素表示 其所在行的校驗節(jié)點和所在列的變量節(jié)點之間的連接關(guān)系，在Tanner圖中稱為邊。為了方 便敘述，此處定義矩陣H的列重分布Λ η(χ) =Sc^a1X1+. .JatXt，表示矩陣H每一列中非零 元素的個數(shù)分布，即非零元素個數(shù)為〇的列有&°列，非零元素個數(shù)為1的列有a ，依此類 推。同理，矩陣H的行重分布Ph(X)表示校驗矩陣H每一行中非零元素的個數(shù)分布。
[0004] 準循環(huán)LDPC碼（QC-LDPC)是LDPC碼的一個重要子類，它的校驗矩陣和生成矩陣 均具有準循環(huán)形式。QC-LDPC碼的校驗矩陣由Mc*Nc個子矩陣組成，且前Kc列子矩陣所在 的列對應(yīng)信息位，其中Mc = M/b，Ne = N/b，Kc = K/b，b為子矩陣階數(shù)，又稱擴展因子。每 個子矩陣都是b*b的方陣，這些方陣或為全零矩陣，或為循環(huán)移位矩陣，其特點在于，每一 行都是它上一行的右循環(huán)移位。QC-LDPC碼的循環(huán)移位子矩陣一般由單位矩陣平移得到，此 時該子矩陣的一行或一列中有且僅有一個非零元素，并由其偏移地址唯一確定。為了描述 方便，根據(jù)QC-LDPC碼H矩陣的準循環(huán)結(jié)構(gòu)，首先給出如下描述：
[0005] 子矩陣：QC-LDPC碼的H矩陣由Mc*Nc個子矩陣組成，子矩陣或是單位循環(huán)矩陣， 或是全零矩陣。
[0006] 基矩陣T :即QC-LDPC碼H矩陣的模板矩陣。T矩陣為Mc*Nc階矩陣，元素只有0 和1兩種，其中每個元素1代表H矩陣中的一個循環(huán)子矩陣，每個元素0代表一個全零子矩 陣。QC-LDPC碼的性能極限由基矩陣決定。
[0007] 偏移地址：QC-LDPC碼H矩陣中循環(huán)子矩陣較單位陣向右偏移的位置p (m，η)定義 為編號（m，η)的循環(huán)子矩陣的偏移地址，其中m，η僅取基矩陣T中為1的項。
[0008] 偏移地址矩陣A :當子矩陣階數(shù)b和各循環(huán)子矩陣偏移地址確定后，通過將原T矩 陣中的非零元素1用P (m，η)+1的值替換，得到Mc*Nc階矩陣，定義為偏移地址矩陣。
[0009] 通過上述描述可知，確定A矩陣及子矩陣階數(shù)b后，A矩陣與H矩陣一一對應(yīng)，H矩 陣可由A矩陣進行準循環(huán)子矩陣擴展后得到。
[0010] 現(xiàn)有的編碼調(diào)制方案所采用的信道編碼有局限性。例如LTE系統(tǒng)中采用的Turbo 碼，主碼率為1/3,其局限性如下：
[0011] 1、雖然該方案可以實現(xiàn)1/3?1之間的幾乎任意碼率，但沒有提供更低碼率的碼； 更低碼率的實現(xiàn)可以通過對已有碼率的碼字進行重復(fù)得到等效的低碼率碼字，這樣并未得 到編碼增益。
[0012] 2、從碼性能角度分析，1/3碼率的Turbo碼，其SNR門限距離香農(nóng)極限約2dB，仍有 提升的空間。
[0013] 3、該方案信息位長度恒定，為4800比特，改變信息位的長度需要重新對交織器進 行設(shè)計，無法適應(yīng)多種業(yè)務(wù)的需求且復(fù)雜度有所提升。
[0014] 4、該方案受到作為分量碼的卷積碼的解碼算法的限制，其最大吞吐能力和可擴展 性仍有提升的空間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015] 本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決上述相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。
[0016] 為此，本發(fā)明的一個目的在于提出一種編碼調(diào)制方法，該方法能夠同時滿足典型 傳輸系統(tǒng)的編碼調(diào)制方案對多碼率和多碼長的需求，提高了通信系統(tǒng)的靈活性，簡化了適 于多種業(yè)務(wù)的信道解碼器實現(xiàn)，并有助于提高編碼調(diào)制系統(tǒng)的吞吐能力和可擴展性。
[0017] 本發(fā)明的另一個目的在于提供一種編碼調(diào)制系統(tǒng)。
[0018] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明第一方面的實施例提出了一種編碼調(diào)制方法，包括以 下步驟：
[0019] 在發(fā)送端，編碼調(diào)制系統(tǒng)接收輸入的信息比特；根據(jù)QC-LDPC碼的校驗矩陣對所 述信息比特進行LDPC信道編碼以生成編碼比特，其中，所述QC-LDPC碼的模板矩陣包括5 個子矩陣，其中，A為行數(shù)為g的矩陣且A列重小于或等于g，B為g行g(shù)列的下三角矩陣，C 為〇矩陣，E為單位矩陣，其中多個碼率之間的模板矩陣有兼容關(guān)系，A和B矩陣保持不變， C和E矩陣隨著行列擴展而擴大，D矩陣根據(jù)實際系統(tǒng)的需求進行多個典型碼率的設(shè)計；通 過對所述編碼比特進行比特映射得到映射比特；以及對所述映射比特進行星座映射得到星 座映射符號，并將所述星座映射符號通過等效傳輸信道后得到接收符號；
[0020] 在接收端，在解映射比特的先驗信息的輔助下，對所述接收符號進行解映射，得到 映射比特的外信息；對所述映射比特外信息進行比特軟解交織以生成編碼比特的先驗信 息；對所述編碼比特的先驗信息進行解碼得到編碼比特的外信息；對所述編碼比特的外信 息進行比特軟交織以生成映射比特的先驗信息，并經(jīng)過多次迭代后輸出LDPC解碼結(jié)果，其 中，解碼器反饋比特的外信息對應(yīng)迭代解映射編碼，解碼器不反饋編碼比特的外信息對應(yīng) 獨立解映射解碼。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明實施例的編碼調(diào)制方法，使用一組Raptor-like Irregular QC-LDPC 碼，同時滿足典型傳輸系統(tǒng)的編碼調(diào)制方案對多碼率和多碼長的需求，兼顧多種信息位長 度，可以實現(xiàn)1/3以及更低碼率，在1/3等典型碼率上性能明顯優(yōu)于LTE中對應(yīng)碼率的 Turbo碼，并且與Turbo編碼調(diào)制采用的比特交織相比，LDPC編碼調(diào)制采用的等效比特交織 更簡單；多個碼率的校驗矩陣具有嵌套關(guān)系，有利于兼顧多碼率的硬件實現(xiàn)；通過QC結(jié)構(gòu) 實現(xiàn)信息位長度可變，提高了通信系統(tǒng)的靈活性，適用于多種業(yè)務(wù)的傳輸，有利于兼顧多種 信息位長度的硬件實現(xiàn)；通過比特映射技術(shù)簡化了 LTE系統(tǒng)中針對Turbo碼采用的比特交 織技術(shù)；Raptor-like Irregular QC-LDPC碼的半并行和并行解碼方式可有效提高傳輸系 統(tǒng)的最高吞吐能力，并且可擴展性強。
[0022] 另外，根據(jù)本發(fā)明上述實施例的編碼調(diào)制方法還可以具有如下附加的技術(shù)特征：
[0023] 在一些示例中，所述g為3。
[0024] 在一些示例中，所述LDPC信道編碼為Raptor-like Irregular QC-LDPC碼，其中， 所述Raptor-like Irregular QC-LDPC碼的信息位長度的整數(shù)倍與LTE系統(tǒng)的Turbo碼 信息長度相同，所述信息位長度為4800、2400、1600、1200、800、600比特；所述Raptor-1 ike Irregular QC-LDPC碼的最大碼長為信息位長度的6倍，可以實現(xiàn)1/6?1的幾乎任意碼 率，典型碼率集合為{2/3,1/2,1/3,1/4,1/5,1/6}。
[0025] 在一些示例中，其中，解碼器對應(yīng)QC-LDPC碼的最低碼率，解碼器的輸入是編碼比 特的先驗信息或者對編碼比特進行零填充的先驗信息，其中，所述編碼比特零填充指通過 填充零比特將編碼比特長度擴展成最低碼率對應(yīng)的長度。
[0026] 本發(fā)明第二方面的實施例提供了一種編碼調(diào)制系統(tǒng)，包括發(fā)送端和接收端，
[0027] 所述發(fā)射端包括：接收信息模塊，用于接收輸入的信息比特；編碼模塊，用于根 據(jù)QC-LDPC碼的校驗矩陣對所述信息比特進行LDPC信道編碼以生成編碼比特，其中，所述 QC-LDPC碼的模板矩陣包括5個子矩陣，其中，A為行數(shù)為g的矩陣且A列重小于或等于g， B為g行g(shù)列的下三角矩陣，C為0矩陣，E為單位矩陣，其中多個碼率之間的模板矩陣有兼 容關(guān)系，A和B矩陣保持不變，C和E矩陣隨著行列擴展而擴大，D矩陣根據(jù)實際系統(tǒng)的需求 進行多個典型碼率的設(shè)計；映射模塊，用于對所述編碼比特進行比特映射得到映射比特，并 對所述映射比特進行星座映射得到星座映射符號，并將所述星座映射符號通過等效傳輸信 道后得到接收符號；
[0028] 所述接收端包括：解映射模塊，用于在解映射比特的先驗信息的輔助下，對所述接 收符號進行解映射，得到映射比特的外信息；解碼模塊，用于對所述映射比特外信息進行比 特軟解交織以生成編碼比特的先驗信息，并對所述編碼比特的先驗信息進行解碼得到編碼 比特的外信息；輸出信息模塊，用于對所述編碼比特的外信息進行比特軟交織以生成映射 比特的先驗信息，并經(jīng)過多次迭代后輸出LDPC解碼結(jié)果，其中，解碼器反饋比例的外信息 對應(yīng)迭代解映射編碼，解碼器不反饋編碼比特的外信息對應(yīng)獨立解映射解碼。
[0029] 根據(jù)本發(fā)明實施例的編碼調(diào)制系統(tǒng)，使用一組Raptor-like Irregular QC-LDPC 碼，同時滿足典型傳輸系統(tǒng)的編碼調(diào)制方案對多碼率和多碼長的需求，兼顧多種信息位長 度，可以實現(xiàn)1/3以及更低碼率，在1/3等典型碼率上性能明顯優(yōu)于LTE中對應(yīng)碼率的 Turbo碼，并且與Turbo編碼調(diào)制采用的比特交織相比，LDPC編碼調(diào)制采用的等效比特交織 更簡單；多個碼率的校驗矩陣具有嵌套關(guān)系，有利于兼顧多碼率的硬件實現(xiàn)；通過QC結(jié)構(gòu) 實現(xiàn)信息位長度可變，提高了通信系統(tǒng)的靈活性，適用于多種業(yè)務(wù)的傳輸，有利于兼顧多種 信息位長度的硬件實現(xiàn)；通過比特映射技術(shù)簡化了 LTE系統(tǒng)中針對Turbo碼采用的比特交 織技術(shù)；Raptor-like Irregu