本书在传统编码调制技术的基础上，针对未来移动通信的发展趋势和需求，介绍或提出了概率成形编码调制技术及方案。全书分为7章，内容包括：移动通信发展历程和发展方向，新型编码调制理论与技术，分时混合概率成形编码调制技术，基于概率成形的超奈奎斯特预编码技术，概率成形在衰落信道条件下的应用研究，基于概率成形的调制分集MIMO系统编码调制方案研究，以及基于概率成形的调制分集多用户MIMO系统编码调制方案研究。

前 言 　　第六代移动通信系统（6G）需要满足超高吞吐量以及比第五代移动通信系统（5G）更高频谱效率和更高可靠性的要求。开展 6G 关键技术研究，对于提升我国现代化新型基础设施体系、强化国家战略科技力量、发展壮大战略性新型产业具有重要意义。 　　针对高频谱效率、高可靠性的数据传输，本书阐述或提出概率成形（PS）编码调制技术及方案。经过理论分析和仿真验证，这些技术及方案与目前的传输技术及方案相比可以取得显著的性能优势。 　　首先，在传统的概率成形编码调制方案中，AWGN信道中低密度奇偶校验码（LDPC码）的码率是不灵活的。对此，本书提出一种分时混合概率成形多元LDPC编码调制方案。其中，多元LDPC码的信息位符号通过分布匹配，生成不等概分布的星座符号；而其校验位符号经过星座映射后，得到等概均匀分布的星座符号。所提方案的LDPC码的码率不受限，速率匹配更灵活。通过平均互信息（AMI）理论分析和误码率（BER）性能的仿真，验证所提方案的有效性。当系统采用非格雷映射的8QAM、32QAM和128QAM星座调制时，与传统的概率成形编码调制方案相比，本书提出的分时混合概率成形多元LDPC编码调制方案可以获得更高的可 靠性。 　　其次，针对超奈奎斯特（FTN）高频谱效率的传输，传统方案采用规则的QAM星座调制，为了提升系统的可靠性，本书将概率成形技术与FTN传输相结合，针对16QAM和8QAM星座调制提出FTN概率成形方案，可获得成形增益。在此基础上，为了进一步提升系统的可靠性，本书还提出一种基于概率成形的FTN预编码方案，并基于AMI准则，提出一种基于概率成形（PS）的FTN系统预编码优化算法，优化FTN PS系统的预编码系数。相比于未预编码的FTN PS方案，所提出的FTN PS预编码方案可以获得预编码增益。 　　再次，目前大多数概率成形编码调制方案考虑的是AWGN信道，而在无线衰落信道中进行概率成形研究的方案较少。为了获得分集增益和成形增益，提升系统的可靠性，本书在衰落信道中考虑将概率成形用于二维QAM星座调制，并在此基础上提出在瑞利衰落信道中的概率成形二元/多元LDPC编码调制方案。同时，针对概率成形二元/多元LDPC编码调制系统，基于AMI准则，通过遍历搜索来寻找最优的星座旋转角度，以获得分集增益。 　　最后，针对单用户和多用户MIMO系统，本书提出在衰落信道中基于概率成形的调制分集MIMO编码调制系统方案和基于概率成形的调制分集多用户MIMO编码调制系统方案。基于AMI准则，通过遍历搜索来寻找最优的星座旋转角度，从而获得分集增益，并通过性能仿真验证所提方案的可靠性和有效性。 　　本书由浅入深地对移动通信系统的关键技术，如二元LDPC码、多元LDPC码、星座调制技术、FTN传输技术、调制分集技术、MIMO技术等，以及相应的概率成形编码调制方案进行了介绍。本书可作为高等院校通信工程、电子信息工程等专业高年级本科生及通信相关专业研究生的参考书，也可供移动通信研究领域开发人员阅读参考。 　　本书的研究工作得到了中北大学高层次人才引进科研启动费的大力资助，在此表示深深的谢意。 　　由于著者学识有限，书中难免存在错误，希望读者不吝赐教。 　　 　　 　　 著 者 　　 2023年1月

目 录 第1章 绪论 1 　　1.1 移动通信发展历程 1 　　1.2 移动通信发展方向 3 　　1.3 本书结构安排 9 第2章 新型编码调制理论与技术 11 　　2.1 编码技术 11 2.1.1 二元LDPC码 11 2.1.2 多元LDPC码 12 　　2.2 星座调制技术 17 　　2.3 超奈奎斯特（FTN）传输技术 21 　　2.4 调制分集（MD）技术 27 　　2.5 MIMO技术 28 　　2.6 小结 29 第3章 分时混合概率成形编码调制技术 30 　　3.1 引言 30 　　3.2 传统概率成形编码调制系统 31 　　3.3 分时混合概率成形多元LDPC编码调制系统 39 　　3.4 平均互信息（AMI）理论分析 42 3.4.1 正交规则系统的CM-AMI和传统概率成形系统的CM-AMI/BICM-AMI 43 3.4.2 分时混合概率成形系统的CM-AMI 43 3.4.3 平均互信息对比 44 　　3.5 仿真结果分析 59 　　3.6 小结 73 第4章 基于概率成形的超奈奎斯特预编码技术 75 　　4.1 引言 75 　　4.2 概率成形在FTN系统中的应用 76 4.2.1 系统模型 76 4.2.2 平均互信息 81 　　4.3 基于概率成形的FTN预编码优化 87 4.3.1 系统模型 88 4.3.2 预编码优化算法 88 4.3.3 平均互信息 90 　　4.4 仿真结果分析 92 4.4.1 FTN PS系统性能仿真 93 4.4.2 FTN PS预编码系统性能仿真 97 　　4.5 小结 99 第5章 概率成形在衰落信道条件下的应用研究 100 　　5.1 引言 100 　　5.2 概率成形在衰落信道条件下的应用 101 　　5.3 平均互信息理论分析及最优星座旋转角度设计 104 　　5.4 仿真结果分析 113 5.4.1 16QAM编码调制系统 113 5.4.2 64QAM编码调制系统 116 5.4.3 256QAM编码调制系统 120 5.4.4 1024QAM编码调制系统 124 　　5.5 小结 126 第6章 基于概率成形的调制分集MIMO编码调制系统方案研究 127 　　6.1 引言 127 　　6.2 概率成形在调制分集MIMO编码调制系统中的应用 128 　　6.3 平均互信息理论分析及最优星座旋转角度设计 130 　　6.4 仿真结果分析 139 6.4.1 16QAM 2×2 MIMO编码调制系统 139 6.4.2 16QAM 4×4 MIMO编码调制系统 142 6.4.3 64QAM 2×2 MIMO编码调制系统 146 6.4.4 64QAM 4×4 MIMO编码调制系统 149 　　6.5 小结 152 第7章 基于概率成形的调制分集多用户MIMO编码调制系统方案研究 153 　　7.1 引言 153 　　7.2 概率成形在调制分集多用户MIMO系统中的应用 153 　　7.3 平均互信息理论分析及最优星座旋转角度设计 157 　　7.4 仿真结果分析 162 　　7.5 小结 166 附录A 关于LDPC码的校验位比特服从等概分布或近似等概分布的证明 167 附录B 缩略语中英文对照 171 参考文献 175