CN101515919A - 一种数字通信方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及通信领域中的数字调制与解调技术，提出一种数字通信方法，在对传统映射和解映射模块中使用一种新的N为奇数情况下的2NQAM星座图实现映射和解映射功能，从而提高了低信噪比情况下的误码性能，并降低映射和解映射的复杂度。而且，映射模块和解映射模块中所采用的星座图与卷积码等编码结合使用后，抵抗噪声等干扰的能力提升得更为显著。

Description

一种数字通信方法
技术领域：
本发明涉及通信领域中的数字调制与解调技术，提出一种新的N为奇数的2NQAM数字通信方法，在对传统映射和解映射模块中使用其根据新的一种N为奇数情况下的2NQAM(Quadrature Amplitude Modulation，正交幅度调制)星座图实现映射和解映射功能。
背景技术：
数字调制与解调是目前各种通信系统中必不可少的关键技术。QAM作为数字调制的方式之一，被广泛应用于IEEE 802.11、IEEE 802.16、DVB-T(Digital Video Broadcasting-Terrestrial，地面数字视频广播)以及DVB-C(Digital Video Broadcasting-Cable，电缆数字视频广播)等多种无线和有线通信系统。
现有数字通信系统可分解为3个基本构成部分，包括数据源模块、映射模块和解映射模块，如图1所示。数据源模块产生比特形式的二进制数据流；映射模块根据星座图所确定的映射表，将比特形式的二进制数据流映射为符号形式的发送数据s(n)；解映射模块同样根据星座图所确定的映射表，将符号形式的接收数据r(n)反向映射为比特形式的二进制数据流。
其中，映射模块和解映射模块通常采用QAM方式对数据进行数字调制和解调。映射时，首先将输入比特流分组，如8QAM是3比特一组，然后根据比特组中的比特组合，确定其对应的星座点的位置，进而得到映射后所对应的数字信号的值，该值为一个复数。解映射时，则是根据接收到的数字信号的值，查找星座图中与其最接近的星座点，并将该星座点对应的比特组作为解调输出。因此，数字通信系统的抗干扰性能与其所采用的星座图有密切关系。
在信号传输过程中，由于各种干扰的存在，接收端接收到的数字信号在复数平面上对应的位置，将偏离实际发送的星座点。如果干扰较大，解映射时会将实际发送星座点周围的星座点误判为实际发送星座点，从而产生错误比特。而且，解映射时错判至相邻星座点的概率最大。因此，为了在星座点判决出错的情况下减少错误比特的数目，需要使星座图中相邻星座点所对应的比特组中的不同比特数尽可能少。设计星座图时，通常依据格雷码规则编排各星座点对应的比特组，而传统的N为奇数情况下的2NQAM星座图无法采用格雷码规则。
此外，在数字通信系统中，通常对二进制数据采用各种信道编码，以提高系统抵抗干扰的能力。对于卷积码和部分分组码(如BCH码)来说，如果接收端解调所得二进制数据流中的错误比特的分布较为离散和均匀，则能够最大限度地发挥信道编码的纠错能力，从而提高系统的误码性能。因此，对于采用此类信道编码的数字通信系统，同样应当使星座点判决出错时的错误比特数尽可能少，也即是使星座图中相邻星座点所对应的比特组中的不同比特数尽可能少，即可提高通信效率。
发明内容：
本发明提出一种新的数字通信方法，对数字通信中的映射和解映射模块中的N为奇数的2NQAM星座图，采用新的星座图，因而抗噪声性能得到了较大的提高。
本发明是一种新的数字通信方法，其具体步骤为：
1.数据源模块产生比特形式的二进制数据流；
2.映射模块根据星座图确定映射表，其中星座图是N为奇数的2NQAM的星座图，产生方法如下：
1)首先产生8QAM的星座图：所述星座图在复数平面上呈正方形，8个星座点的均位于该正方形的四个顶角以及四条边的中点，而正方形的中心没有星座点；如图2所示，星座图所在平面为复数平面，两条轴分别代表实部和虚部，o为原点；正方形为图中虚线框，原点o为正方形中心；空心点(即原点o)表示未采用的可分配位置，实心点表示实际星座点；
2)产生32QAM星座图：所述星座图在复数平面上，每个象限包含8个星座点，且8个星座点的分布图与上述8QAM星座图相同；
3)依次类推，即得到N为奇数的2NQAM星座图；
3.映射模块根据上述星座图确定的映射表，将步骤1中产生的比特形式的二进制数据流映射为符号形式的数据，并发送出去；
4.解映射模块接收映射模块发送的符号形式的数据，根据上述星座图确定的映射表，解映射为比特形式的二进制数据流，并输出二进制数据流。
其中，关于星座图和映射表的说明：
以图2所示的8QAM为例，映射表具有如下形式：
  比特组   信号值
  “000”   1-j
  “001”   1
  “010”   J
  “011”   1+j
“100” -j
  “101”   -1-j
  “110”   -1+j
  “111”   -1
表中，第一列为8QAM中8个星座点代表的二进制数据比特组，第二列为映射后所得到的与各比特组所对应的数字信号的值。
在星座图中，每个星座点对应于相应的二进制数据比特组(图2中每个星座点所对应的比特组标于其左上方)，且星座点的位置对应于数字信号的数值。因此，由星座图可确定出映射表。
本发明的优点和技术效果在于：
1.本发明提出的新的数字通信系统，在信号传输过程中，可以更有效地抵抗信号传输过程中的噪声等干扰；
2.本发明中的映射模块和解映射模块所采用的星座图与卷积码等编码结合使用后，抵抗噪声等干扰的能力提升得更为显著；
3.本发明中的映射模块和解映射模块所采用的星座图具有良好的对称性，从而能够降低映射和解映射的复杂度。
附图说明：
图1现有数字通信系统的基本构成部分；
图2本发明的8QAM星座图；
图3传统的32QAM星座图；
图4本发明的32QAM星座图；
图5结合编码后的数字通信方法图；
图6本发明与传统方法未结合编码的数字通信性能比较图；
其中横纵坐标分别为信噪比、误比特率；
图7本发明与传统方法采用卷积码后的数字通信误码性能比较图；
其中横纵坐标分别为信噪比、误比特率。
具体实施方式：
下面分别列举本发明的2个具体实施例。
例1：本发明是一种新的数字通信方法，其具体步骤为：
1.数据源模块产生比特形式的二进制数据流；
2.映射模块根据星座图确定映射表，所述星座图是N为奇数的2NQAM的星座图，此处给出一种N为奇数的2NQAM的星座图的产生方法：
1)首先产生8QAM的星座图：8个星座点位于该正方形的四个边角以及四条边的中点，而正方形的中心没有星座点，且8个星座点符合格雷码规则(即相邻两个星座点之间只有1比特不同)；将其置于第一象限；(本发明中的8个星座点可以符合格雷码规则，也可以不符合，此处以8个星座点符号格雷码规则作为实施例。)
2)按照1)中方法，产生第二个8QAM星座图，将其右侧三个星座点对应的数据比特与1)中产生的星座图左侧三个星座点对应的数据比特一一对应；N比特数据中用于确定8QAM所在象限的2比特也要按照格雷码的规则进行分配；
3)按照1)中方法，产生第三个8QAM星座图，将其上侧三个星座点对应的数据比特与2)中产生的星座图下侧三个星座点对应的数据比特一一对应；N比特数据中用于确定8QAM所在象限的2比特也按照格雷码的规则进行分配；
4)按照1)中方法，产生第四个8QAM星座图，将其上侧三个星座点对应的数据比特与1)中产生的星座图下侧三个星座点对应的数据比特一一对应；且其左侧三个星座点对应的数据比特与3)中产生的星座图右侧三个星座点对应的数据比特一一对应；N比特数据中用于确定8QAM所在象限的2比特也按照格雷码的规则进行分配；此时得到32QAM的星座图；
依次类推，得到N为奇数的2NQAM星座图。
3.映射模块根据上述N为奇数的2NQAM星座图确定映射表，将上述比特形式的二进制数据流映射为符号形式的数据，并发送出去。
4.解映射模块接收映射模块发送的符号形式的数据，根据上述N为奇数的2NQAM星座图确定的映射表，解映射为比特形式的二进制数据流，并输出二进制数据流。
采用符合格雷码规则的QAM星座图，可以减少接收端解调过程中由于将实际发送星座点误判至相邻星座点所产生的误比特数，同时错误比特的分布特性使其与卷积码等编码方式结合使用时性能提升更为显著。
例2：本发明的方法与卷积码结合后的通信方法，流程图如图5所示：
1、数据源模块产生比特形式的二进制数据流；
2、编码模块对二进制数据流进行编码处理，得到编码后的二进制c(n)；
3、映射模块将编码后的二进制数据流c(n)映射为符号形式的数据s(n)，包括用于校验的比特，并发送出去；
4、解映射模块接收映射模块发送的符号形式的数据，解映射为比特形式的待译码二进制数据流d(n)；
5、译码模块对待译码的二进制数据流d(n)进行译码处理，根据编码时加入的用于校验的比特检测并纠正传输过程中出现错误的比特，并输出二进制数据流。
本发明未结合编码后的的数字通信性能与传统的数字通信性能比较图，如图6所示；本发明结合卷积码后的数字通信性能与传统的数字通信性能比较图，如图7所示；实验表明，本发明的数字通信方法与传统的方法相比，抵抗噪声等干扰的能力提升得更为显著。

Claims (4)

1.一种数字通信方法，其步骤为：
1)数据源模块产生比特形式的二进制数据流；
2)映射模块根据星座图确定数据表，其中星座图是N为奇数的2NQAM的星座图，产生方法如下：
(1)首先产生8QAM星座图：所述星座图在复数平面上呈正方形，8个星座点均位于正方形的四个顶点以及四边的中心，而正方形的中心没有星座点；
(2)产生32QAM星座图：所述星座图在复数平面上，每个象限包含8个星座点，且8个星座点的分布图与上述8QAM星座图相同；
(3)依次类推，即得到N为奇数的2NQAM星座图；
3)映射模块根据上述N为奇数的2NQAM星座图确定映射表，将步骤1)中产生的比特形式的二进制数据流映射为符号形式的数据，并发送出去；
4)解映射模块接收映射模块发送的符号形式的数据，根据上述N为奇数的2NQAM星座图确定的映射表，解映射为比特形式的二进制数据流，并输出二进制数据流。
2.如权利要求1所述的一种数字通信方法，其特征在于步骤2)中所述的8QAM星座图符合格雷码规则。
3.如权利要求1所述的一种数字通信方法，其特征在于步骤2)中所述的象限中的8QAM星座图是同一个星座图。
4.如权利要求1所述的一种数字通信方法，其特征在于步骤2)中所述的象限中的8QAM星座图是不同的星座图。
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