[發明專利]基于多維星座映射的編碼調制方法、解調解碼方法及系統

有效

• 申請號: 200910237769.4
• 申請日: 2009-11-25
• 公開（公告）號: CN102075487A
• 公開（公告）日: 2011-05-25
• 發明（設計）人: 楊知行;謝求亮;楊昉;彭克武;宋健
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H04L27/34
• 分類號: H04L27/34;H04L1/00
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 胡小永

技術領域

本發明涉及數字信息傳輸領域，尤其涉及一種基于多維星座映射的編碼調制方法、解調解碼方法及系統。

背景技術

數字通信系統，特別是無線通信系統的根本任務是利用有限帶寬提供數字信息的高速、高效的無誤傳輸。為了適應數字信息在常見模擬信道下的傳輸需求，信道編碼技術通常需要與數字調制技術結合。編碼調制技術是實現無線通信系統根本任務的有效方法和重要手段。信道編碼與調制的結合構成編碼調制系統，它是數字通信系統發射端的子系統，也是其核心模塊之一，對應的編碼調制技術也是數字通信系統的核心技術。與編碼調制系統相對應，解調和信道解碼的結合構成數字通信系統接收端的解調解碼系統，對應的解調解碼技術也是數字通信系統的核心技術。

一般來說，信道編碼是針對無記憶信道設計和優化的，為了適應接收端的信道解碼，提高編碼調制系統的分集階數(Diversity?Order)，最常見的手段是采用交織技術使得輸入解調器和解碼器的信息體現出近似無記憶特性。

所謂調制，表示對輸入數據或信號進行變換處理，以得到適于信道傳輸的信號，包括各種模擬調制和數字調制技術。對典型的數字通信系統，數字調制技術主要包括星座映射技術以及后續處理技術，如多載波調制技術和成型濾波技術。所謂星座映射，就是將攜帶數字信息的有限域“比特”序列映射成適于傳輸的“符號”序列。每個符號的取值空間可以是一維實數空間、二維實數空間(即復數空間或復數平面)、或更高維的實數空間(例如多天線MIMO系統信號傳輸對應的空間)。星座映射包含兩個要素，即星座圖和星座點映射方式。星座圖代表星座映射輸出符號的所有取值組成的集合，其中，星座圖的每個點對應輸出符號的一種取值。星座點映射方式代表輸入比特(組)到星座點的特定映射關系，或者星座點到比特(組)的特定映射關系，通常每個星座點與一個比特或多個比特組成的比特組一一對應。目前最為常見以及實用的復數空間的星座圖主要有QAM(QuadratureAmplitude?Modulation，正交幅度調制)、PSK(Phase?Shift?Keying，相移鍵控)、和APSK(Amplitude-Phase?Shift?Keying，幅度相移鍵控)調制技術；實數空間的星座圖主要為PAM(Pulse?AmplitudeModulation，脈沖幅度調制)。在接收端的解碼解調系統中，對應星座映射的是星座解映射，簡稱解映射。通常，星座解映射依據星座圖和星座點映射方式，結合信道狀態信息得到對應接收符號的一個或多個比特的比特軟信息。

衡量編碼調制技術的一個根本指標是：給定頻譜效率和差錯控制目標的條件下，所需信噪比門限距離信息論界的差距。頻譜效率通常以星座圖M維實數空間的每一維能傳輸的有效信息比特表示，例如，對于不加信道編碼的傳統64QAM系統，其頻譜效率為3比特/符號/維度，其中，每星座符號由兩維實數組成，可攜帶6比特信息。差錯控制目標通常以比特錯誤率或者碼字錯誤率(又稱誤塊率)表示。信息論界通常以達到無誤傳輸所需的最低信噪比表示。根據信息論基本知識，對于給定的編碼調制系統以及給定的信道條件，信息論界(假設以信噪比表示)是頻譜效率的單調遞增函數，由頻譜效率唯一確定。

編碼調制技術的基礎理論是香農信息論，主要是點對點的單用戶信息論，其核心思想是：從互信息最大化的角度來看，在加性白高斯噪聲(Additive?White?Gaussian?Noise，AWGN)信道下，當發射功率受限時，只有當編碼調制系統的輸出滿足白高斯分布時，才能達到信道容量。同時信息論中信道編碼定理指出，只要傳信率小于信道容量，則必然存在無誤傳輸的編碼調制系統。然而基礎理論只解決編碼調制的存在性問題，如何構造一個逼近極限的切實可行的編碼調制系統是數十年來通信領域一直努力追求的目標。

對典型的功率和帶寬均受限制的惡劣傳輸信道，如寬帶無線移動通信和地面數字廣播系統的傳輸信道，編碼調制技術是傳輸可靠性和系統頻譜效率的重要保證，因此，最新的寬帶無線移動通信和地面數字廣播系統采用的作為工業界標準的編碼調制技術代表了當前實際應用的編碼調制技術的最高水平。歐洲第二代地面數字電視廣播標準(DVB-T2)采用了低密度奇偶校驗(Low?Density?Parity?Check，LDPC)編碼技術、比特交織技術、和高階QAM調制技術(包括星座旋轉技術和IQ交織技術)；歐洲第二代衛星數字電視廣播標準(DVB-S2)采用了比特交織技術、LDPC編碼技術、和高階APSK調制技術；3GPP組織的LTE?V8.1提案采用了Turbo編碼技術、比特交織技術、和高階QAM調制技術。