基于多進制編碼與高階調制的聯合編碼調制方法、裝置的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于多進制編碼與高階調制的聯合編碼調制方法，屬于通信技術領域。本發明針對2p進制編碼與2q階調制相結合的聯合編碼調制系統(其中p、q均為大于等于2的整數)，分別選取M個2p編碼符號和N個2q階調制符號，在滿足N*p＝M*q的約束關系下，構建了一個混合的符號層映射關系(體現為交織索引序列)，可使得任意高階調制符號和任意多進制編碼符號通過多符號混合映射形成一種基于符號層的編碼交織關聯，從而兼顧了通訊系統的實現復雜度與系統傳輸性能，且調制符號的比特映射不需要考慮格雷映射準則，適用范圍廣泛。本發明還公開了一種基于多進制編碼與高階調制的聯合編碼調制裝置，以及一種數字信號發射裝置、通訊系統。
【專利說明】
基于多進制編碼與高階調制的聯合編碼調制方法、裝置
技術領域
[0001] 本發明涉及通信技術領域，尤其涉及一種基于多進制編碼與高階調制的聯合編碼 調制方法、裝置。
【背景技術】
[0002] 多進制編碼的出現為二進制編碼的研究開拓了一個全新的領域，其在低碼率的情 況下比二元域的糾錯性能更為優越。現代通信系統發展的一個趨勢是傳輸速率越來越高， 為提高傳輸數據量往往采用高維調制技術，使用多進制糾錯碼與之結合可以在提高數據傳 輸速率的同時，有效增強系統在衰落信道中的抗突發錯誤能力，減少比特概率與符號概率 間相互轉換導致的信息損失，獲得較低的誤碼平層。其中，常用的編碼方式有多進制LDPC 碼，具體多元域LDPC碼的編碼和譯碼公式請參考文獻[6]。
[0003] 多進制編碼，在相同參數的情況下比二進制編碼的具有以下優勢：1)可以設計出 有更低錯誤平層和更強糾錯能力的好碼;2)較強的抗突發錯誤能力，因為多進制編碼將多 個突發比特錯誤合并成了較少的多元符號錯誤。雖然多進制編碼相較于二進制編碼有很多 優點，但是相應的，其編譯碼復雜度也較高。
[0004] 高階調制，例如2q進制QAM和PSK等高階調制技術，有利于滿足高速傳輸的需求。高 階調制的頻帶利用率為nb = Rb/B，Rb為比特速率，B為無線信號的帶寬。每個星座點代表q比 特，叫做星座的比特映射。通常采用格雷映射，其規則是:相鄰的星座點只差一個比特，特別 是對于比特方式解調是否采用格雷映射性能差距很大。
[0005] 格雷碼是一種錯誤最小化的編碼方式，其編碼特點是任意兩相鄰代碼之間只有一 位數碼不同，即相鄰整數在格雷碼中只有一位不同。格雷碼大大地減少了由某一個狀態轉 入下一個狀態時所引起的邏輯上的混淆。這也是比特級別解調采用格雷碼性能不如符號級 別解調的原因所在。
[0006] 誤碼率主要取決于星座圖中信號點之間的最小距離，對于2q_QAM，q為偶數的時 候，星座圖為正方形，其正確判決的概率為P c = (1-PL)2，所以誤碼率為Pe = 1 -Pc = 1 - (1 -PL )2。若把方形2q_QAM看成相互正交的兩個ASK(Amplitude Shift Keying)，即幅移鍵控的疊 加可以得到誤碼率為：
[0009]若q為奇數，則利用多電平分析法，將正交兩路信號分為I路和Q路，星座圖是一個I XQ的矩陣，可以得到誤碼率為：
[0014] 高階調制作為寬帶無線通信系統的主要調制方式，通過與多進制編碼結合，可以 達到較好的糾錯性能。以下是現有多進制編碼與高階調制結合幾種技術方案：
[0015] 二進制編碼與高階調制：二進制編碼已被普遍研究，而多進制編碼則是在此基礎 上的演變，性能更優，編解碼復雜度更高。在高階調制情況下，二元域編碼的性能一般會低 于多進制編碼、
[0016] 多進制編與BPSK:多進制編碼與BPSK的結合，由于BPSK的緣故，導致其是一種完全 比特層面的解碼^并且BPSK本身的頻帶利用率低，所以應用價值不高。
[0017] GF(2P)域編碼與2P階調制：多進制階數與高階調制階數相等的情況是多進制編碼 最常見得使用方式，其結果也在很多文獻中給出，如文獻[Nowak S，Smietanka G，Kays R.High efficiency broadband transmission with LDPC codes over GF(2s)[C]// Broadband Multimedia Systems and Broadcasting(BMSB),2011IEEE International Symposium on?IEEE，2011:1-6]、[Suthisopapan P,Kasai K，Meesomboon A，et al.Achieving Near Capacity of Non-Binary LDPC Coded Large MIM0 Systems with a Novel Ultra Low-Complexity Soft-Output Detector[J].IEEE Transactions on Wireless Communications，2013，12(10):5185-5199?]、[Guo F，Hanzo L.Low complexity non-binary LDPC and modulation schemes communicating over MIM0 channels[C]// Vehicular Technology Conference,1988,IEEE 38th.2004:1294-1298Vol.2] [ffymeersch,Henk and Steendam,Heidi and Moeneclaey,Marc},0-7803-8533-0, 2004IEEE INTERNATIONAL CONFERENCE ON COMMUNICATIONS，V0LS 1-7,IEEE,2004:772- 776]。這種組合方式的優勢在于，多進制符號和調制符號數量相同，可以采取完全直接映射 的方式，方法簡單，且解碼效果好。但是由于多進制編碼隨著階數的上升，編解碼復雜度會 大幅度提高，特別是解碼時間過長，缺少實際應用價值，所以在較高階數的調制下，采用同 等階數的多進制碼，如果對解碼及時性有很高要求，則實際可操作性較低。
[0018] GF(2P)域編碼與22p階調制:這種方法一定程度上彌補了高階調制和多進制編碼結 合的局限性，保證在高階調制階數過高的情況下，由于對應同等階數的多進制LDPC復雜度 過高，耗時過久而帶來的缺陷，并且也優于二元域編碼方案，一定程度上做到了性能與復雜 度的平衡。但是這種方案存在局限性。一方面只能用于符號2 2p，p為正整數，不適用于所有高 階調制；另一方面，當選定高階調制后，其能選取的多進制階數也就相應固定，若其解碼性 能達不到所需要求，則此方案的應用價值也就無法體現了。
[0019] GF(2P)域編碼與2q階調制的比特級別解調：這個方案雖然可以適用于任意階高階 調制和任意階多進制編碼，但是解碼由于是在比特級別，所以解碼性能并不一定能好于同 樣階數的高階調制和更低階的多進制碼結合的符號級別方案。而且，由于解碼拆分到了比 特級別，導致對于高階調制有了較大局限性。只能用于格雷映射星座圖下的高階調制方案， 若一般映射星座圖下的高階調制則性能會受到很大影響，對于深入研究高階調制與多進制 碼方案產生了很大局限。
[0020] 綜上可知，大部分現有文獻中主要研究的還是高階調制階數與多進制編碼階數相 等，或者兩倍的情況。由于缺少對高階調制階數與多進制編碼階數完全不相等的情況的分 析，所以造成了在固定調制階數的情況下，局限了多進制編碼的階數的選取。尤其是當調制 階數較高的時候，也需要選取較高階的多進制編碼，但是多進制編碼的譯碼復雜度隨著階 數的上升，會不斷升高，這會降低其實際的應用價值。所以有必要研究：當高階調制階數與 多進制編碼階數不相等的情況下，如何找到一個通用的映射方案，可以在降低階數，從而保 證較低編譯碼復雜度的同時，保證解碼性能。
【發明內容】
[0021] 本發明所要解決的技術問題在于克服現有技術不足，提供一種基于多進制編碼與 高階調制的聯合編碼調制方法、裝置，可使得任意高階調制符號和任意多進制編碼符號通 過多符號混合映射形成符號層的編碼交織關聯，在降低實現復雜度的同時保證了較好的傳 輸性能，且由于不需要遵循格雷映射準則，因此具有更廣地適用范圍。
[0022] 本發明具體采用以下技術方案解決上述技術問題：
[0023] -種基于多進制編碼與高階調制的聯合編碼調制方法，首先對信源信息進行多進 制編碼，然后將所得到的編碼序列進行交織處理，最后對交織處理后的比特序列進行高階 調制映射;所述交織處理的交織索引序列通過以下方法得到：
[0024]步驟1、假設所述多進制編碼為21)進制編碼，所述高階調制為2q階調制，p、q均為大 于等于2的整數;根據(p，q)的最小公倍數T，選取M個2P域編碼符號和N個2q階調制符號，其中 M=T/p，N=T/q;
[0025]步驟2、根據2q階調制符號中各個比特檢測的誤碼率上界，對2q階調制符號的原始 比特序列進行重新排序，具體如下:首先對2q階調制符號的比特序列中的各比特進行分組， 具有相同誤碼率上界值的比特分為一組，將各分組按照誤碼率上界值從小到大的次序排 列，同一分組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， 先從第一比特序列中的每一分組中各抽取其中的第一個比特并按照其所在分組的排列次 序進行排列，形成第一個比特子序列，接著從剩余的每一分組中各抽取其中的第一個比特 并按照其所在分組的排列次序進行排列，形成第二個比特子序列，依此類推，直到第一比特 序列中的所有比特抽取完;最后，從第一個比特子序列開始，將所得到的所有比特子序列依 次排列，得到第二比特序列；
[0026]步驟3、將N個2q階調制符號的第二比特序列依次排列，并將所生成的新的比特序 列中的每一個比特替換為該比特在原始比特序列中的序號，即得到總長度為N*q的交織索 引序列。
[0027]進一步地，所述交織處理的具體方法為:將所述Mf2p域編碼符號按照多進制編碼 規則所分解成的比特序列B ={封…………b^}中的每個比特，利用所述交織 索引序列映射到N個2 q階調制符號的映射比特位，具體如下：對于比特序列B中的比特 仏,1 S m fS M, 1 y S p，在交織索引序列D里找到第(m-l)p+j個元素 說,〇i - _1)_ * g + _i. = (to - 1) * p +>按照元素成的取值，將比特4交織到第 t = (n _ 1) * q + 比特位，cf = 14 ;全部交織完畢后得到交織處理后的比特序列C={ci， C2,…，Ct} 〇
[0028] 進一步地，所述對交織處理后的比特序列進行高階調制映射，具體方法為:將交織 處理后的比特序列等分為N個長度為q的比特分段，并將每個比特分段映射成一個2 q階調制 符號，這N個2q階調制符號依次排列，即得到待發送的2q階調制符號序列。
[0029] 根據相同的發明思路還可以得到以下技術方案：
[0030] -種基于多進制編碼與高階調制的聯合編碼調制裝置，包括依次級聯的多進制編 碼單元、交織單元、高階調制單元，多進制編碼單元用于對信源信息進行多進制編碼，交織 單元用于對多進制編碼單元所輸出的編碼序列進行交織處理，高階調制單元用于對交織處 理后的比特序列進行高階調制映射;所述交織單元的交織索引序列通過以下方法得到：
[0031] 步驟1、假設所述多進制編碼為21)進制編碼，所述高階調制為2q階調制，p、q均為大 于等于2的整數;根據(p，q)的最小公倍數T，選取M個2 P域編碼符號和N個2q階調制符號，其中 M=T/p，N=T/q;
[0032]步驟2、根據2q階調制符號中各個比特檢測的誤碼率上界，對2q階調制符號的原始 比特序列進行重新排序，具體如下:首先對2q階調制符號的比特序列中的各比特進行分組， 具有相同誤碼率上界值的比特分為一組，將各分組按照誤碼率上界值從小到大的次序排 列，同一分組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， 先從第一比特序列中的每一分組中各抽取其中的第一個比特并按照其所在分組的排列次 序進行排列，形成第一個比特子序列，接著從剩余的每一分組中各抽取其中的第一個比特 并按照其所在分組的排列次序進行排列，形成第二個比特子序列，依此類推，直到第一比特 序列中的所有比特抽取完;最后，從第一個比特子序列開始，將所得到的所有比特子序列依 次排列，得到第二比特序列；
[0033]步驟3、將N個2q階調制符號的第二比特序列依次排列，并將所生成的新的比特序 列中的每一個比特替換為該比特在原始比特序列中的序號，即得到總長度為N*q的交織索 引序列。
[0034]進一步地，所述交織處理的具體方法為:將所述Mf2p域編碼符號按照多進制編碼 規則所分解成的比特序列B = ……bg}中的每個比特，利用所述交織 索引序列映射到N個2 q階調制符號的映射比特位，具體如下：對于比特序列B中的比特 1 2 m S M, 1 S S p，在交織索引序列D里找到第(m-l)p+j個元素 忠 ,(n - 1) * g + i = (m - 1) * p +/，控照元素成的取值，將比特4交織到第 t = (n - 1) * qr +忠比特位，;全部交織完畢后得到交織處理后的比特序列c= {C1， C2，."，Ct}〇
[0035] 進一步地，高階調制單元通過以下方法對交織處理后的比特序列進行高階調制映 射:將交織處理后的比特序列等分為N個長度為q的比特分段，并將每個比特分段映射成一 個2q階調制符號，這N個2q階調制符號依次排列，即得到待發送的2q階調制符號序列。
[0036] -種數字信號發射裝置，包括如上任一技術方案所述聯合編碼調制裝置。
[0037] -種通訊系統，包括數字信號發射裝置及相應的數字信號接收裝置，所述數字信 號發射裝置為上述數字信號發射裝置;所述數字信號接收裝置包括由高階解調單元、解交 織單元、多進制解碼單元依次級聯而成的聯合解碼解調裝置，高階解調單元用于對所接收 的數字信號進行高階解調，解交織單元利用數字信號發射裝置中交織單元的交織索引序列 對高階解調后的符號序列進行解交織處理，多進制解碼單元用于對解交織后的編碼序列進 行解碼。
[0038] 相比現有技術，本發明技術方案具有以下有益效果：
[0039] (1)由于采用跨多進制編碼符號和高階調制符號的混合映射方案，在接收檢測時 可以實現基于符號級別的檢測信息傳遞，無需完全拆分到比特級別，所以不局限于傳統的 隨機比特交織編碼調制方案，對調制符號的比特標簽映射也不需要考慮格雷映射準則，適 用范圍廣泛。
[0040] (2)本發明采用的混合映射方案可以使得發送端采用較低階的多進制編碼和高階 調制組合，達到接近高階多進制編碼調制方案的性能，在降低實現復雜度的同時保證了較 好的傳輸性能。
[0041] (3)本發明可適用于任意階數的多進制編碼與高階調制的組合，特別是當調制階 數固定，而需要改變編碼規則的情況。針對不同的高階調制條件可以對方案進行靈活調整， 按需要尋找出適合實際情況的混合映射方法。
【附圖說明】
[0042] 圖1為本發明聯合編碼調制裝置的工作流程示意圖；
[0043] 圖2為22_PAM星座圖；
[0044] 圖3為【具體實施方式】中得到誤碼率上界分組方式…，〇K}的算法流程圖；
[0045] 圖4為【具體實施方式】中得到交織索引序列D = {4…4,4……站…丨的算 法流程圖；
[0046] 圖5為26-QAM星座圖；
[0047]圖6為26-QAM下，GF(24)實例中各方案的BER性能對比結果，包括本發明方案，和直 接符號映射的GF(26)域LDPC碼，AR4A矩陣下的二元域LDPC碼性能，以及常用Turbo碼；
[0048]圖7為26-QAM下，選取GF(24)混合映射符號級別、比特級別方案，和GF(2 6)域的直接 映射符號級別、比特級別方案做BER，GF(24)域的全局比特交織方案作比較的結果。
【具體實施方式】
[0049]下面結合附圖對本發明的技術方案進行詳細說明：
[0050]本發明針對GF(2P)進制編碼與2q階調制相結合的聯合編碼調制系統(其中p、q均為 大于等于2的整數），分別選取M個GF(2P)編碼符號和N個2q階調制符號，在滿足N*p=M*q的約 束關系下，構建了一個混合的符號層映射關系（體現為交織索引序列），可使得任意高階2 q 階調制符號和任意GF(2P)進制編碼符號通過多符號混合映射形成一種基于符號層的編碼 交織關聯，從而兼顧了通訊系統的實現復雜度與系統傳輸性能，且調制符號的比特映射不 需要考慮格雷映射準則，適用范圍廣泛。
[0051] 本發明的通訊系統，包括數字信號發射裝置及相應的數字信號接收裝置。所述數 字信號發射裝置包括基于多進制編碼與高階調制的聯合編碼調制裝置;所述聯合編碼調制 裝置包括依次級聯的多進制編碼單元、交織單元、高階調制單元，多進制編碼單元用于對信 源信息進行多進制編碼，交織單元用于對多進制編碼單元所輸出的編碼序列進行交織處 理，高階調制單元用于對交織處理后的比特序列進行高階調制映射;其中交織單元所使用 的交織索引序列是通過選取M個GF(2 P)編碼符號和N個2q階調制符號，在滿足N*p=M*q的約 束關系下，所構建的混合的符號層映射關系。
[0052] 所述數字信號接收裝置包括由高階解調單元、解交織單元、多進制解碼單元依次 級聯而成的聯合解碼解調裝置，其工作過程相當于數字信號發射裝置的逆過程，具體地，高 階解調單元用于對所接收的數字信號進行高階解調，解交織單元利用數字信號發射裝置中 交織單元的交織索引序列對高階解調后的符號序列進行解交織處理，多進制解碼單元用于 對解交織后的編碼序列進行解碼。
[0053] 其中的多進制編/解碼單元可采用多進制低密度奇偶校驗(LDPC)碼、Turbo碼等現 有或將有的各種多進制編碼技術，高階調制/解調單元可采用8PSK、16QAM、64QAM等現有或 將有的各種尚階調制技術。
[0054]圖1顯示了本發明聯合編碼調制裝置的工作流程。如圖1所示，聯合編碼調制裝置 的工作流程包括：
[0055] 步驟一、信源向多進制編碼單元發送信息比特；
[0056] 步驟二、多進制編碼單元對信息比特進行p階(具體階數根據系統所采用的多進行 編碼單元而定)多進制編碼。
[0057] 步驟三、交織單元利用交織索引序列D對多進制編碼單元所輸出的編碼序列進行 交織處理：
[0058]該步驟是本發明的核心部分，通過交織索引序列D可使得任意高階2q階調制符號 和任意GF(2P)進制編碼符號通過多符號混合映射形成一種基于符號層的編碼交織關聯。所 述交織索引序列D具體通過以下方法得到：
[0059] 步驟1、根據系統所采用的GF(2P)進制編碼和2q階調制的具體系統參數p和q，根據 (P，q)的最小公倍數T，選取M個GF(2P)域符號和N個2q階調制符號，其中M=T/p，N=T/q。
[0060] 步驟2、根據2q階調制符號中各個比特檢測的誤碼率上界，對2q階調制符號的原始 比特序列進行重新排序，具體如下:首先對2 q階調制符號的比特序列中的各比特進行分組， 具有相同誤碼率上界值的比特分為一組，將各分組按照誤碼率上界值從小到大的次序排 列，同一分組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， 先從第一比特序列中的每一分組中各抽取其中的第一個比特并按照其所在分組的排列次 序進行排列，形成第一個比特子序列，接著從剩余的每一分組中各抽取其中的第一個比特 并按照其所在分組的排列次序進行排列，形成第二個比特子序列，依此類推，直到第一比特 序列中的所有比特抽取完;最后，從第一個比特子序列開始，將所得到的所有比特子序列依 次排列，得到第二比特序列；
[00611 高階調制，例如2q進制QAM和PSK等高階調制技的頻帶利用率為nb = Rb/B，Rb為比特 速率，B為無線信號的帶寬。每個星座點代表q比特，叫做星座的比特映射，通常采用格雷映 射，其規則是:相鄰的星座點只差一個比特。特別是對于比特方式解調是否采用格雷映射性 能差距很大，但是本發明中使用了混合符號映射方案結果就不受格雷映射的局限。2 q階高 階調制的理論誤碼率上界判斷遵循一個原則，信號點間的距離越大，誤判概率越小。因此可 根據2 q階調制具體的星座圖和比特映射方案計算出2q階調制符號中各個比特檢測的誤碼率 上界：
[0062] P = [Pc\Pa2，…，
[0063]以22-PAM調制方案為例，22-PAM的每個調制符號中含有2比特信息，即每次調制由2 個比特組成，共有4種組合，即00,01，10，11，代表四進制4個符號中的1個符號。控是第1^個比 特的誤碼率上界。則第1個比特，從圖2所示的2 2-PAM星座圖上可以看出依照第1個比特是否 為0可以給出一條劃分線，即圖中實線。若設〇〇，1〇到劃分線距離為d，則11，01到劃分線距離 為3d，可以給出如下誤碼率公式：
[0065]同理，第2個比特按照1，0劃分，可以得出如下公式：
[0068] 可以看出拉 > 吃，分為2組，兩個誤碼率上界分別為：
[0069] (pt = Pel, (p2 = P}；
[0070] 根據所計算出的誤碼率上界即可對2q階調制符號的原始比特序列進行重新排序。
[0071] 步驟3、將N個2q階調制符號的第二比特序列依次排列，并將所生成的新的比特序 列中的每一個比特替換為該比特在原始比特序列中的序號，即得到總長度為N*q的交織索 引序列。
[0072] 本領域技術人員可根據實際情況靈活設計相應的實現算法，從而根據誤碼率上界 獲得交織索引序列D;以下為一種具體的實現算法，包括以下步驟：
[0073] (1)、如圖3所示，按2q階調制符號各映射比特的誤碼率上界取值，對比特標簽序號 進行分組，具有相同誤碼率上界的比特序號歸屬于一個組，共計K個分組：
[0074] 〇k={(E)k[l],---,cl)k[Lk]},k=l,---,K,
[0075] 其中參數Lk，k=l，…，K為各組的元素個數;各組內對應序號的比特位有相同的誤 碼率上界：
[0076] p4，-l1l = = ... = p^Alk\ ^ (.)ki k
[0077] K個分組的組間順序按誤碼率上界升序排列<少2 <…< ?^，
[0078] 同組內比特序號按原符號映射比特序號升序排列，Ok[l]〈~〈Ok[Lk]，k=l，"-， K;
[0079] (2)、依次對第n，l<n<N，個2q階調制符號，按照上一步驟獲得的誤碼率上界分組 順序，依次無放回地從每組中抽取當前組內最小的比特序號，若抽取到的比特序號組元素 已空則跳過，將每次抽取出的序號順序排列，如圖4所示，其具體過程如下：
[0080] 2.0)初始化:k = 0, i = l;
[0081] 2.1)更新分組k=(k+l)mod K，更新計算后若k = 0則k=K;
[0082] 2.2)若Lk = 0表明當前分組元素已分配完畢，跳轉2.1)重新選擇分組；
[0083] 2.3)抽取當前組內最小的比特序號<=%[1];
[0084] 2.4)更新i = i+1，若i>q表明所有序號分配完結束排序，跳轉2.7);
[0085] 2.5)若Lk>l，則根據① k分組元素排列順序依次更新① k[ j]=① k[ j+1]，j = l，???， Lk_l ；
[0086] 2.6)更新分組如中待分配元素個數1^ = 1^-1，跳轉2.1);
[0087] 2.7)結束序號排列，得到{￡4~，〇;
[0088] (3)、將分別重新排序后的N個2q階調制符號的映射標簽比特序列，順序合成一個 總長度N*q的索引序列:D = {d丨…df,d!…4.…4…
[0089]根據所得到的交織索引序列就可以實現對編碼符號的交織處理，即將所述M個GF (2P)域符號按照多進制編碼規則所分解成的比特序列B = {以…W………bU中 的每個比特，利用所述交織索引序列映射到N個2q階調制符號的映射比特位，具體如下：對 于比特序列B中的比特1 S m S M, 1 sy S p.在交織索引序列D里找到第(m-l)p+j個元 素.c4,:.(n - 1) *孕+〖=(m - 1) * p +y',按照元素屯的取值，將比特私交織到第 t = - 1) * g + 比特位，ct = 全部交織完畢后得到交織處理后的比特序列C= {Cl， C2,…，Ct} 〇
[0090] 步驟四、高階調制單元對交織處理后的比特序列進行高階調制映射；
[0091] 具體方法如下：將交織處理后的比特序列C={C1，c2，…，cT}等分為N個長度為q的 比特分段，并將每個比特分段映射成一個2 q階調制符號，這N個2q階調制符號依次排列，即得 到待發送的2q階調制符號序列S= {&，&，…，SN}。
[0092] 至此即完成了本發明的聯合編碼調制過程，信號發送端將聯合編碼調制傳輸至信 號接收端，信號接收端對所接收信號的解調解碼處理過程為上述聯合編碼調制過程的逆過 程，對于本領域技術人員而言顯而易見的，為節省篇幅起見，此處不再贅述。
[0093]根據上述描述可以看出，本發明可以將總符號長度Y*M個GF(2P)多進制編碼序列 映射成Y*N個2q階調制符號，其中每一組M個多進制編碼符號和N個高階調制符號獨立進行 混合符號映射。因此，本發明方案將每M個發送符號看成一個整體，而不同于一般比特方案 需要拆分成全局，需將Y*M個符號一起合并討論，提高了解碼性能。
[0094] 為了驗證本發明方案的優勢，采用以下幾種情況的具體實例進行比較：
[0095] 1)26_QAM和GF(24)相結合情況下，采用本發明給出的混合符號映射方案；
[0096] 2)26_QAM，GF(26)域符號相結合的直接符號映射方案，【具體實施方式】可參考文獻
[Nowak S,Smietanka G,Kays R.High efficiency broadband transmission with LDPC codes over GF(2s)[C]//Broadband Multimedia Systems and Broadcasting(BMSB), 2011IEEE International Symposium on.IEEE,2011:1-6]；
[0097] 3)26_QAM和GF(24)相結合情況下，比特級別全局交織方案，【具體實施方式】可參考文 獻[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]；
[0098] 4)26-QAM與二進制LDPC碼結合，【具體實施方式】可參考文獻[Guo F，Hanzo L.Low complexity non-binary LDPC and modulation schemes communicating over MIMO channels[C]//Vehicular Technology Conference,1988,IEEE 38th.2004:1294-1298V〇1.2]，采用AR4A分布矩陣，迭代次數100次，編碼后比特長度為8000;
[0099] 5)26-QAM與Turbo碼結合，【具體實施方式】可參考文獻[C.Berrou，A.Glavieux， Punya.Thitimajshima.'Near Shannon limit error correcting coding and decoding: Turbo codes'?In Proc.，IEEE Int.Conf.on Commun.,1993.ppl064~1071,May]>[Ryan ff E.A turbo code tutorial[C]. In:Proceedings of IEEE Globecom. 1998]，米用Turbo碼， 迭代50次，編碼后比特長度為8000;
[0100]其中，多進制LDPC碼采用（2,4)規則分布矩陣，迭代次數50次，比特長度為8000。而 且給出了比特級別和符號級別解調，也是為了體現本發明方案相比通用的比特級別全局交 織后只能采用比特級別解調的方案，可以采用符號級別解調，得到更好的性能。
[0101] 實例1)是本發明方案在26-QAM下AWGN通信系統的GF(24)域下的具體實現，首先3X 4 = 2X6,所以需要2個26-QAM調制符號和3個GF(24)域符號進行混合符號映射。實驗中采用 格雷映射方式的26-QAM星座圖（如圖5所示）。理論誤碼率上界關系如下： 拉=Pe 4 <吃=if < if 通過排序后為按照本發明方案， 可得符號序列為：
[0102] S = {^!，Sz},5i - , bl，bf ,bl，&|},S2 - bl，b§}
[0103] 將幾種方案通過AWGN信道，信道條件為單天線系統，AWGN信道h，噪聲為加性高斯 白噪聲，期望為〇,噪聲方差為ffK = iVo/2。
[0104]從圖6中可以看出，在ber=l(T4的情況下，GF(26)解碼對應的曲線雖然性能比本發 明的GF(24)解碼略好0.15dB左右。并且，在ber= 10-3的情況下，本發明的解碼性能又比AR4A 矩陣下的二進制LDPC碼好0.25dB，比Turbo碼好0.5dB。并且GF(26)解碼復雜度遠高于GF (24)。綜合解碼性能和解碼復雜度可證明，本發明有較好應用價值。
[0105]從圖7可以看出，ber = l(T3時，同樣使用比特解調，本發明方案解碼性能比基于比 特映射方案的全局交織后GF(24)解碼性能好0.3dB。使用相同映射方案的情況下，符號解調 方式優于比特解調方式，因此，多進制編碼相較于只能使用比特解調的二進制編碼來說，有 更優的性能。
【主權項】
1 · 一種基于多進制編碼與尚階調制的聯合編碼調制方法，首先對?目源?目息進行多進制 編碼，然后將所得到的編碼序列進行交織處理，最后對交織處理后的比特序列進行高階調 制映射;其特征在于，所述交織處理的交織索引序列通過以下方法得到： 步驟1、假設所述多進制編碼為^進制編碼，所述高階調制為2q階調制，p、q均為大于等 于2的整數;根據(p，q)的最小公倍數T，選取Μ個2P域編碼符號和N個2q階調制符號，其中M = T/p，N=T/q; 步驟2、根據2q階調制符號中各個比特檢測的誤碼率上界，對2q階調制符號的原始比特 序列進行重新排序，具體如下:首先對2q階調制符號的比特序列中的各比特進行分組，具有 相同誤碼率上界值的比特分為一組，將各分組按照誤碼率上界值從小到大的次序排列，同 一分組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，先從第 一比特序列中的每一分組中各抽取其中的第一個比特并按照其所在分組的排列次序進行 排列，形成第一個比特子序列，接著從剩余的每一分組中各抽取其中的第一個比特并按照 其所在分組的排列次序進行排列，形成第二個比特子序列，依此類推，直到第一比特序列中 的所有比特抽取完；最后，從第一個比特子序列開始，將所得到的所有比特子序列依次排 列，得到第二比特序列； 步驟3、將N個2q階調制符號的第二比特序列依次排列，并將所生成的新的比特序列中的 每一個比特替換為該比特在原始比特序列中的序號，即得到總長度為N*q的交織索引序列。2. 如權利要求1所述聯合編碼調制方法，其特征在于，所述交織處理的具體方法為:將所述Μ 個2?或編碼符號按照多進制編碼規則所分解成的比特序列Β =巧丨...bfa 中的每個比特，利用所述交織索引序列映射到N個2q階調制符號的映射比特位，具體如下： 對于比特序列B中的比特義，1 S m幺Μ, 1仝y幺p,在交織索引序列D里找到第(m-l)p+j個 元素 Kn - 1) * c/ + i = (rn. - 1) * p + y，按照元素 d;,的取值，將比特交織到第 t = (η - 1) * g + 4比特位，q =成;全部交織完畢后得到交織處理后的比特序列C= {d， C2,-·· ,Ct} ο3. 如權利要求1所述聯合編碼調制方法，其特征在于，所述對交織處理后的比特序列進 行高階調制映射，具體方法為:將交織處理后的比特序列等分為Ν個長度為q的比特分段，并 將每個比特分段映射成一個2 q階調制符號，這N個2q階調制符號依次排列，即得到待發送的 2q階調制符號序列。4. 一種基于多進制編碼與高階調制的聯合編碼調制裝置，包括依次級聯的多進制編碼 單元、交織單元、高階調制單元，多進制編碼單元用于對信源信息進行多進制編碼，交織單 元用于對多進制編碼單元所輸出的編碼序列進行交織處理，高階調制單元用于對交織處理 后的比特序列進行高階調制映射;其特征在于，所述交織單元的交織索引序列通過以下方 法得到： 步驟1、假設所述多進制編碼為^進制編碼，所述高階調制為2q階調制，p、q均為大于等 于2的整數;根據(p，q)的最小公倍數T，選取Μ個2P域編碼符號和N個2q階調制符號，其中M = T/p，N=T/q; 步驟2、根據2q階調制符號中各個比特檢測的誤碼率上界，對2q階調制符號的原始比特 序列進行重新排序，具體如下:首先對2q階調制符號的比特序列中的各比特進行分組，具有 相同誤碼率上界值的比特分為一組，將各分組按照誤碼率上界值從小到大的次序排列，同 一分組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，先從第 一比特序列中的每一分組中各抽取其中的第一個比特并按照其所在分組的排列次序進行 排列，形成第一個比特子序列，接著從剩余的每一分組中各抽取其中的第一個比特并按照 其所在分組的排列次序進行排列，形成第二個比特子序列，依此類推，直到第一比特序列中 的所有比特抽取完；最后，從第一個比特子序列開始，將所得到的所有比特子序列依次排 列，得到第二比特序列； 步驟3、將N個2q階調制符號的第二比特序列依次排列，并將所生成的新的比特序列中的 每一個比特替換為該比特在原始比特序列中的序號，即得到總長度為N*q的交織索引序列。5. 如權利要求4所述聯合編碼調制裝置，其特征在于，所述交織處理的具體方法為:將所述Μ 個2?或編碼符號按照多進制編碼規則所分解成的比特序列B = [bj 中的每個比特，利用所述交織索引序列映射到N個2q階調制符號的映射比特位，具體如下： 對于比特序列B中的比特/4,1 5 ?η S Μ,Ι旬玄P，在交織索引序列D里找到第(m-l)p+j個 元素 A :(n. - 1) * q: + i: = (m - 1) * p +/，.按照元素啦的取值，將比特私.交織到第 t二(n _ 1) * g + #比特位，Ci = ;全部交織完畢后得到交織處理后的比特序列C= {C1， C2,-·· ,Ct} ο6. 如權利要求4所述聯合編碼調制裝置，其特征在于，高階調制單元通過以下方法對交 織處理后的比特序列進行高階調制映射:將交織處理后的比特序列等分為N個長度為q的比 特分段，并將每個比特分段映射成一個2 q階調制符號，這N個2q階調制符號依次排列，即得到 待發送的2q階調制符號序列。7. -種數字信號發射裝置，包括如權利要求4~6任一項所述聯合編碼調制裝置。8. -種通訊系統，包括數字信號發射裝置及相應的數字信號接收裝置，其特征在于，所 述數字信號發射裝置為權利要求7所述數字信號發射裝置;所述數字信號接收裝置包括由 高階解調單元、解交織單元、多進制解碼單元依次級聯而成的聯合解碼解調裝置，高階解調 單元用于對所接收的數字信號進行高階解調，解交織單元利用數字信號發射裝置中交織單 元的交織索引序列對高階解調后的符號序列進行解交織處理，多進制解碼單元用于對解交 織后的編碼序列進行解碼。
【文檔編號】H04L1/00GK105959082SQ201610256249
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年4月22日
【發明人】姜明, 趙春明, 潘曉青
【申請人】東南大學