本發(fā)明涉及一種信息編碼調(diào)制方法，特別涉及一種結(jié)構(gòu)化無(wú)速率編碼調(diào)制方法，屬于物理層編碼調(diào)制領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展，如何提升系統(tǒng)吞吐量成為了當(dāng)前產(chǎn)業(yè)界研究的熱點(diǎn)之一。為了更加有效地利用信道的傳輸能力，提升頻譜效率，通常需要使用自適應(yīng)速率傳輸技術(shù)，即編碼和調(diào)制的選擇隨著信道條件的變化而進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。在傳統(tǒng)的編碼調(diào)制方案中，系統(tǒng)首先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行信道編碼，然后通過(guò)數(shù)字調(diào)制技術(shù)生成發(fā)送的射頻信號(hào)。由于每種信道編碼和調(diào)制方式都具有一定的糾錯(cuò)能力。如果在糾錯(cuò)能力范圍內(nèi)，接收端可以從射頻信號(hào)中恢復(fù)數(shù)據(jù)，否則，數(shù)據(jù)將丟失。如果將某一個(gè)編碼和調(diào)制組合的吞吐量與對(duì)應(yīng)信噪比畫成曲線圖，會(huì)發(fā)現(xiàn)在某個(gè)信噪比附近吞吐量隨著信噪比降低急劇下降，形狀像懸崖一樣，所以稱之為懸崖效應(yīng)。

因此，在自適應(yīng)速率傳輸技術(shù)中，發(fā)送端需要獲取信道條件，包括信道增益和信道噪聲。這些信息需要接收端對(duì)信道進(jìn)行估計(jì)并通過(guò)反饋方式傳輸?shù)桨l(fā)送端，基于此信息發(fā)送端選定一個(gè)合適的信道編碼和調(diào)制組合。信道估計(jì)通常是基于有限個(gè)參考信號(hào)完成的。由于樣本數(shù)量有限，很難保證估計(jì)的準(zhǔn)確性。如果實(shí)際情況比估計(jì)的信道好，則所選的速率不能充分利用信道容量。反之，信道容量低于所選傳輸速率會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。而且自適應(yīng)速率傳輸是由多組編碼調(diào)制參數(shù)組合而成的，不能隨著信道質(zhì)量進(jìn)行靈活變化，無(wú)法做到細(xì)顆粒度的速率變化，因此其系統(tǒng)吞吐量呈現(xiàn)出階梯狀。因此無(wú)速率編碼調(diào)制方案由于其速率的靈活性受到了關(guān)注。

傳統(tǒng)的無(wú)速率編碼調(diào)制方案首先通過(guò)無(wú)速率編碼生成無(wú)速率信息，再通過(guò)數(shù)字調(diào)制生成調(diào)制信號(hào)。為了保證最大化利用信道傳輸能力，需要選擇合適的調(diào)制方式。這使得信息的調(diào)制方式依然需要通過(guò)信道環(huán)境來(lái)選擇，影響了無(wú)速率編碼調(diào)制的實(shí)用性。與此同時(shí)，無(wú)速率編碼時(shí)隨機(jī)選擇信息比特，使得部分比特的保護(hù)程度非常低，嚴(yán)重影響系統(tǒng)誤碼率性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述無(wú)速率編碼調(diào)制方式存在的需要通過(guò)信道環(huán)境選擇調(diào)制方式以及無(wú)速率編碼隨機(jī)選擇信息比特導(dǎo)致的系統(tǒng)誤碼率高的問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種結(jié)構(gòu)化無(wú)速率編碼調(diào)制方法，設(shè)計(jì)了一種結(jié)構(gòu)化的編碼調(diào)制生成矩陣，提供一種能夠自適應(yīng)不同的信道狀態(tài)的無(wú)速率編碼調(diào)制方法，提出了一種能夠保證信息比特具有相同可靠性的權(quán)重選擇方法，降低傳輸誤碼率。

本發(fā)明的實(shí)質(zhì)是通過(guò)權(quán)重選擇方式，設(shè)計(jì)基于置換矩陣的結(jié)構(gòu)化生成矩陣，構(gòu)造出具有保護(hù)程度相同的編碼序列；

本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

步驟一、確定調(diào)制生成矩陣的權(quán)重集合；

具體為：調(diào)制生成矩陣的權(quán)重集合用符號(hào)w表示，w＝{w1,w2,…,wf}(w1>w2>…>wf>0)，共需要確定f個(gè)不同的實(shí)數(shù)權(quán)重值；

步驟二、進(jìn)行低密度奇偶校驗(yàn)碼編碼；

具體為：讀取數(shù)據(jù)信息，數(shù)據(jù)信息的長(zhǎng)度記為k，對(duì)此長(zhǎng)度為k的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行高碼率的ldpc(lowdensityparitycode，低密度奇偶校驗(yàn)碼)編碼，得到長(zhǎng)度為n的ldpc編碼序列，n是f的整倍數(shù)；

步驟三、序列映射；

具體為：將步驟二得到的編碼序列，記為b∈{0,1}^n；將b按比特映射，得到映射序列，記為b′∈{-1,1}^n，具體可以采用映射方式0→1,1→-1或0→-1,1→1；

步驟四、序列分段；

具體為：將步驟三得到的映射序列b′平均分成f段，分別記作b′1,b′2,…,b′f，每一段長(zhǎng)度為l＝n/f比特；

步驟五、構(gòu)造生成矩陣子矩陣；

具體為：記矩陣為生成矩陣子矩陣，wi從權(quán)重集合w中選取，i∈{1,2,…,f}，其中p代表大小為l*l的置換矩陣:

步驟六、構(gòu)造生成矩陣g，進(jìn)行比特到符號(hào)(bit-to-symbol)映射，得到調(diào)制符號(hào)序列并發(fā)送；

具體為：發(fā)送端根據(jù)步驟一得到的權(quán)重集合，步驟二得到的ldpc編碼序列的長(zhǎng)度以及步驟五得到的生成矩陣子矩陣，構(gòu)造生成矩陣g，進(jìn)行比特到符號(hào)(bit-to-symbol)映射，得到調(diào)制符號(hào)序列并將其變?yōu)閺?fù)調(diào)制符號(hào)序列發(fā)送；

步驟六(a)：構(gòu)造生成矩陣i∈{1,2,…,f}為步驟五中矩陣的列向量隨機(jī)重排，隨機(jī)重排的權(quán)重判決序列記為

其中，

步驟六(b)：生成第i個(gè)調(diào)制符號(hào)，記為ci，具體通過(guò)公式ci＝g(i,:)*b′^t生成，其中，g(i,:)表示步驟六(a)中生成矩陣的第i行，b′^t表示步驟四中映射序列b′矩陣的轉(zhuǎn)置；同理可生成第i+1個(gè)調(diào)制符號(hào)ci+1；

步驟六(c)：將得到的調(diào)制符號(hào)ci和ci+1對(duì)應(yīng)到星座圖上的一個(gè)星座點(diǎn)，其中ci為星座點(diǎn)的橫坐標(biāo)，ci+1為星座點(diǎn)的縱坐標(biāo)，得到一個(gè)復(fù)調(diào)制符號(hào)，將得到的復(fù)調(diào)制符號(hào)傳輸?shù)浇邮斩诉M(jìn)行解調(diào)；

步驟七、接收端收到步驟六發(fā)送的復(fù)調(diào)制符號(hào)序列后先進(jìn)行解調(diào)，再通過(guò)ldpc譯碼器譯碼，并對(duì)譯碼信息進(jìn)行crc校驗(yàn)，若通過(guò)校驗(yàn)，則對(duì)發(fā)送端反饋ack，發(fā)送端收到ack后開始傳輸下一段信息，否則繼續(xù)接收調(diào)制符號(hào)序列直到譯碼成功；具體為：

若接收端收到并且成功解調(diào)恢復(fù)出了調(diào)制符號(hào)序列，則發(fā)送ack信號(hào)到發(fā)送端或發(fā)送符號(hào)數(shù)超過(guò)系統(tǒng)所設(shè)最大值，則發(fā)送端停止發(fā)送調(diào)制符號(hào)序列；若發(fā)送端未收到ack信號(hào)且i+1≤lg,lg表示矩陣g的行數(shù)，重復(fù)步驟六(b)和步驟六(c)來(lái)生成和發(fā)送下一個(gè)調(diào)制符號(hào)序列；若發(fā)送端未收到ack信號(hào)且i+1>lg，構(gòu)造新的生成矩陣其中系數(shù){w′1,w′2,…,w′f}為權(quán)重序列{w1,w2,…,wf}的重新排列，得到權(quán)重判決序列；權(quán)重序列重新排列的規(guī)則遵循為：

其中，si為步驟六(a)中的原判決序列的第i項(xiàng)，重排后權(quán)重判決序列更新為將新的生成矩陣與原生成矩陣進(jìn)行拼接，得到更新的生成矩陣重復(fù)步驟六(b)和步驟六(c)來(lái)生成和發(fā)送新的調(diào)制符號(hào)；

其中，更新的生成矩陣g可在線下預(yù)先生成一個(gè)足夠大的矩陣并存儲(chǔ)在寄存器內(nèi)；

至此，從步驟一到步驟七，完成了一種結(jié)構(gòu)化無(wú)速率編碼調(diào)制方法。

有益效果

本發(fā)明提出的一種結(jié)構(gòu)化無(wú)速率編碼調(diào)制方法，與已有技術(shù)相比較具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1)由于無(wú)速率調(diào)制模式下可以源源不斷地產(chǎn)生調(diào)制符號(hào)，發(fā)送信息的碼率可以靈活變化，系統(tǒng)吞吐量曲線平滑，不出現(xiàn)階梯性變化，保證了最大化利用信道傳輸能力，保證了高效的傳輸效率；

2)由于無(wú)速率調(diào)制模式下可以源源不斷地產(chǎn)生調(diào)制符號(hào)，僅在成功傳輸后發(fā)送一次反饋，發(fā)送端不需要獲取信道信息，降低了系統(tǒng)受反饋時(shí)延的影響；

3)對(duì)傳輸數(shù)據(jù)的各個(gè)比特使用了相同的保護(hù)能力，降低了系統(tǒng)的誤碼底限，從而提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕?/p>

4)本發(fā)明設(shè)計(jì)了基于置換矩陣的結(jié)構(gòu)化生成矩陣，在實(shí)現(xiàn)時(shí)可以通過(guò)移位寄存器實(shí)現(xiàn)，保證了低實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明一種結(jié)構(gòu)化無(wú)速率編碼調(diào)制方法以及實(shí)施例1中所依托的結(jié)構(gòu)化無(wú)速率編碼調(diào)制系統(tǒng)框圖；

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

實(shí)施例1

本實(shí)施例闡述了本發(fā)明一種結(jié)構(gòu)化無(wú)速率編碼調(diào)制方法所依托的結(jié)構(gòu)化無(wú)速率編碼調(diào)制系統(tǒng)框圖。

圖1為本發(fā)明一種結(jié)構(gòu)化無(wú)速率編碼調(diào)制方法所依托的結(jié)構(gòu)化無(wú)速率編碼調(diào)制系統(tǒng)框圖。從圖1可以看出，本發(fā)明的編碼調(diào)制傳輸模型包含crc校驗(yàn)單元、低密度奇偶校驗(yàn)碼編碼單元、無(wú)速率調(diào)制單元、解調(diào)單元、譯碼單元和crc校驗(yàn)單元，其中無(wú)速率調(diào)制單元通過(guò)使用結(jié)構(gòu)化的生成矩陣和權(quán)重選擇算法對(duì)信息進(jìn)行無(wú)速率調(diào)制；

實(shí)施例2

本實(shí)施例闡述了基于本發(fā)明所述的一種結(jié)構(gòu)化無(wú)速率編碼調(diào)制方法的具體實(shí)施時(shí)的步驟與細(xì)節(jié)。

步驟1、確定調(diào)制生成矩陣的權(quán)重集合(用符號(hào)w表示)，共計(jì)8個(gè)不同的權(quán)重值。

步驟2、讀取數(shù)據(jù)信息，長(zhǎng)度記為k＝1000，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行碼率0.95的低密度奇偶校驗(yàn)碼(ldpc，lowdensityparitycode)編碼，則編碼后長(zhǎng)度為

步驟3、將ldpc編碼后的信息序列b∈{0,1}{1*1056}按比特映射為b′∈{-1,1}{1*1056}，采用比特映射方式0→1,1→-1。

步驟4、將長(zhǎng)度為1056的信息序列b′平均分成8段，分別記作b′1,b′2,…,b′8，每一段長(zhǎng)度為l＝132比特。

步驟5、記矩陣其中p代表大小為132*132的置換矩陣:

步驟6、發(fā)送端根據(jù)ldpc編碼數(shù)據(jù)以及權(quán)重集合，構(gòu)造生成矩陣g，進(jìn)行比特到符號(hào)(bit-to-symbol)映射，得到調(diào)制符號(hào)序列并發(fā)送。

具體操作步驟為：

步驟6.1：構(gòu)造生成矩陣為矩陣的列向量隨機(jī)重排，權(quán)重判決序列記為

步驟6.2：生成第i個(gè)調(diào)制符號(hào)ci＝g(i,:)*b′^t，同理可生成第i+1個(gè)調(diào)制符號(hào)ci+1。

步驟6.3：將得到的調(diào)制符號(hào)ci和ci+1對(duì)應(yīng)到星座圖上的一個(gè)星座點(diǎn)，其中ci為星座點(diǎn)的橫坐標(biāo)，ci+1為星座點(diǎn)的縱坐標(biāo)，并傳輸?shù)浇邮斩诉M(jìn)行解調(diào)。

步驟6.4：若收到接收端成功恢復(fù)信息序列并反饋ack信號(hào)或發(fā)送符號(hào)數(shù)超過(guò)系統(tǒng)所設(shè)最大值m＝2500，則停止發(fā)送。若未收到ack信號(hào)且i+1≤lg,lg表示矩陣g的行數(shù)，重復(fù)步驟6.2和6.3來(lái)生成和發(fā)送下一個(gè)調(diào)制符號(hào)。若i+1>lg，構(gòu)造生成矩陣其中系數(shù){w′1,w′2,…,w′8}為權(quán)重序列{w1,w2,…,wf}的重新排列。重排規(guī)則遵循其中si為原判決序列的第i項(xiàng)，重排后權(quán)重判決序列更新為更新生成矩陣重復(fù)步驟6.2和6.3來(lái)生成和發(fā)送新的調(diào)制符號(hào)。

生成矩陣g可在線下預(yù)先生成一個(gè)足夠大的矩陣并存儲(chǔ)在寄存器內(nèi)，在此實(shí)施例中，可以預(yù)存矩陣：

作為生成矩陣。

步驟7、接收端收到步驟6發(fā)送的信號(hào)后先進(jìn)行解調(diào)，再通過(guò)ldpc譯碼器譯碼，并對(duì)譯碼信息進(jìn)行crc校驗(yàn)，若通過(guò)校驗(yàn)，則對(duì)發(fā)送端反饋ack，發(fā)送端收到ack后開始傳輸下一段信息，否則繼續(xù)接收調(diào)制符號(hào)直到譯碼成功。

以上所述的具體描述，對(duì)發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。