[发明专利]编码调制方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及数字信息传输技术领域，特别涉及一种编码调制方法及系统。

背景技术

在通信领域，通常采用信道编码技术来保证在噪声和干扰信道中通信的有效性和可靠性。比如，在卫星通信系统中，由于地理和环境因素的影响，存在大量的噪声源。这些通信信道有其理论上的最大通信容量(也就是信息论的香农限)，该容量可以使用给定信道在特定信噪比(SNR)条件下的比特速率(bps)来表示。其中一种接近香农限的差错控制编码就是低密度奇偶校验码(LDPC)。目前，LDPC码由于其逼近香农限的纠错性能，已经得到广泛应用。LDPC码的研究主要集中于三个方面，一是优秀的LDPC码的构造；二是优秀译码算法；三是LDPC码在多样化需求环境下的应用。其中LDPC码的构造是提升LDPC码性能且兼顾多用户传输需求的最根本途径。性能优秀的LDPC码的构造也称为好码构造，倾注了研究人员的众多很有成效的努力，也取得了一系列优秀的LDPC码方案。

LDPC码是一种线性分组码，由N-K行N列的校验矩阵H定义，其中N为码字长度(简称码长)，K为信息位长度，M＝N-K一般称为校验位长度，对应码率R＝K/N。H矩阵由元素0或1组成，它的每一行表示一个校验方程。在Tanner图中称为校验节点，共N-K个；每一列代表一个信息比特，在Tanner图中称为变量节点，共N个；H矩阵中的非零元素表示其所在行的校验节点和所在列的变量节点之间的连接关系，在Tanner图中称为边。为了方便叙述，此处定义矩阵H的列重分布Λ_H(x)＝a₀+a₁x¹+...+a_tx^t，表示矩阵H每一列中非零元素的个数分布，即非零元素个数为0的列有a⁰列，非零元素个数为1的列有a₁列，依此类推。同理，矩阵H的行重分布P_H(x)表示校验矩阵H每一行中非零元素的个数分布。

准循环LDPC码(QC-LDPC)是LDPC码的一个重要子类，它的校验矩阵和生成矩阵均具有准循环形式。QC-LDPC码的校验矩阵由Mc*Nc个子矩阵组成，且前Kc列子矩阵所在的列对应信息位，其中Mc＝M/b，Nc＝N/b，Kc＝K/b，b为子矩阵阶数，又称扩展因子。每个子矩阵都是b*b的方阵，这些方阵或为全零矩阵，或为循环移位矩阵，其特点在于，每一行都是它上一行的右循环移位。QC-LDPC码的循环移位子矩阵一般由单位矩阵平移得到，此时该子矩阵的一行或一列中有且仅有一个非零元素，并由其偏移地址唯一确定。为了描述 方便，根据QC-LDPC码H矩阵的准循环结构，首先给出如下描述：

子矩阵：QC-LDPC码的H矩阵由Mc*Nc个子矩阵组成，子矩阵或是单位循环矩阵，或是全零矩阵。

基矩阵T：即QC-LDPC码H矩阵的模板矩阵。T矩阵为Mc*Nc阶矩阵，元素只有0和1两种，其中每个元素1代表H矩阵中的一个循环子矩阵，每个元素0代表一个全零子矩阵。QC-LDPC码的性能极限由基矩阵决定。

偏移地址：QC-LDPC码H矩阵中循环子矩阵较单位阵向右偏移的位置p(m,n)定义为编号(m,n)的循环子矩阵的偏移地址，其中m,n仅取基矩阵T中为1的项。

偏移地址矩阵A：当子矩阵阶数b和各循环子矩阵偏移地址确定后，通过将原T矩阵中的非零元素1用p(m,n)+1的值替换，得到Mc*Nc阶矩阵，定义为偏移地址矩阵。

通过上述描述可知，确定A矩阵及子矩阵阶数b后，A矩阵与H矩阵一一对应，H矩阵可由A矩阵进行准循环子矩阵扩展后得到。

现有的编码调制方案所采用的信道编码有局限性。例如LTE系统中采用的Turbo码，主码率为1/3，其局限性如下：

1、虽然该方案可以实现1/3～1之间的几乎任意码率，但没有提供更低码率的码；更低码率的实现可以通过对已有码率的码字进行重复得到等效的低码率码字，这样并未得到编码增益。

2、从码性能角度分析，1/3码率的Turbo码，其SNR门限距离香农极限约2dB，仍有提升的空间。

3、该方案信息位长度恒定，为4800比特，改变信息位的长度需要重新对交织器进行设计，无法适应多种业务的需求且复杂度有所提升。

4、该方案受到作为分量码的卷积码的解码算法的限制，其最大吞吐能力和可扩展性仍有提升的空间。

发明内容