CN101540752B - Qam软解调方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种QAM软解调方法，包括如下步骤：(1)计算输入信号中的同相信号分量I和正交信号分量Q；(2)计算衰落因子幅度值G及中间参数P值；(3)根据步骤(1)和步骤(2)中的参数按如下公式设计QAM软解调装置，判断调制方式的类型，为每种调制方式计算各个比特的对数似然比值；(4)将步骤(3)的输出结果送入后续的信道解码单元。本发明采用加法和位移代替乘法运算，保证精度不受损的前提下使得QAM软解调的计算复杂度降低，从而能够采用简单的调制装置实现本发明的调制方法。

Description

QAM软解调方法

技术领域

本发明涉及一种无线信号通信系统中的解调方法，具体涉及一种采用正交调幅(QAM)的通信系统的软解调方法。

背景技术

地面数字电视广播国家标准是我国地面数字电视传输领域的首个国家标准，标准号为GB20600-2006。国标系统支持标清和高清的数字电视信号，需要采用高频谱效率的调制方式，以支持固定接收和移动接收。标准采用了4QAM、16QAM、32QAM和64QAM四种不同的调制方式，其中4QAM能够保证在较为恶劣的信道环境下接收机依然能够接收到低码率的信息，64QAM能够在信道环境非常好的时候满足用户对高码率信息的需求。

如图1所示为4QAM对应的信号星座图(constellation diagram)，4QAM每2比特对应于1个星座符号，FEC编码输出的比特数据被拆分成2比特为一组的符号(b1b0)，该符号的星座映射是同相分量I＝b0，正交分量Q＝b1，星座点坐标对应的I和Q的取值为-4.5和4.5。

如图2所示为16QAM对应的信号星座图，16QAM每4比特对应于1个星座符号，FEC编码输出的比特数据被拆分成4比特为一组的符号(b3b2b1b0)，该符号的星座映射是同相分量I＝b1b0，正交分量Q＝b3b2，星座点坐标对应的I和Q的取值为-6、-2、2和6。

如图3所示为32QAM对应的信号星座图，32QAM每5比特对应于1个星座符号，FEC编码输出的比特数据被拆分成5比特为一组的符号(b4b3b2b1b0)。星座点坐标对应的同相分量I和正交分量Q的取值为-7.5、-4.5、-1.5、1.5、4.5和7.5。

如图4所示为64QAM对应的信号星座图，64QAM每6比特对应于1个星座符号，FEC编码输出的比特数据被拆分成6比特为一组的符号(b5b4b3b2b1b0)，该符号的星座映射是同相分量I＝b2b1b0，正交分量Q＝b5b4b3，星座点坐标对应的I和Q的取值为-7、-5、-3、-1、1、3、5和7。

各种符号映射加入相应的功率归一化因子以完成星座点的归一化。

每3744个映射好的星座符号作为一个信号帧帧体的数据部分，前面添加36个符号的系统信息，系统信息包含有数据部分采用的信道编码码率，系统调制方式还有交织模式的指示信息，接收机首先需要解析这部分符号来获取相应的配置，才能完成数据部分的正确解调。

常用的QAM调制的解调方式分为硬解调与软解调。硬解调是指将接收到的含噪星座点，硬判为相应的调制比特，通常实现简单，但性能较差，适用于需求硬判决信道译码的场合，如DVB-C；软解调是指将接收到的含噪星座点，判决为相应调制比特的软信息，通常实现复杂，但性能较好，适用于需求软信道译码的场合，如DTMB、WIMAX系统等。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种QAM软解调方法，它可以保证精度不受损的前提下使得QAM软解调的计算复杂度降低。

为解决上述技术问题，本发明的QAM软解调方法包括以下步骤：

(1)根据如下公式计算输入信号中的同相信号分量I和正交信号分量Q：

RH＝R*conj(H)，

I＝real(RH)，

Q＝imag(RH)，

其中，RH为输入信号，R为频域接收信号，H为信道频域响应，conj()为求共轭的函数，real()为求实部的函数，imag()为求虚部的函数；

(2)根据如下公式计算衰落因子幅度值G及中间参数P：

G＝|H|²，

P＝floor((G*c′)＞＞7)，

c′＝round(c*128)，

其中，c为调制因子，c’为定点化c后的值，round()为四舍五入取整函数，floor()为舍余取整函数；

(3)根据步骤(1)和步骤(2)计算得到的参数，按如下公式设计QAM软解调装置的电路：

a、若调制方式为4QAM，则：

S₁＝Q

S₀＝I

b、若调制方式为16QAM，则：

S₃＝Q

S₂＝P-|Q|

S₁＝I

S₀＝P-|I|

c、若调制方式为32QAM，则：

$S_4=\left\{\begin{array}{c}\left|k\right|-4P,\mathrm{if}\left|k\right|\&GreaterEqual;2P\\ 2\left|k\right|-6P,\mathrm{if}\left|k\right|<2P\end{array}\right.,$ $k=\left\{\begin{array}{c}I,\mathrm{if}\left|I\right|\&GreaterEqual;\left|Q\right|\\ Q,\mathrm{if}\left|I\right|<\left|Q\right|\end{array}\right.$

S₃＝I

S₁＝Q

d、若调制方式为64QAM，则：

S₅＝Q

S₄＝P-|Q|

S₃＝P/2-|S₄|

S₂＝I

S₁＝P-|I|

S₀＝P/2-|S₁|

其中，Q、I为输入信号，S₀～S₅分别为输出的每个比特的对数似然比值；

(4)根据调制方式的类型，利用步骤(3)所述QAM软解调装置的电路输出该调制方式下的各个比特的对数似然比值。

本发明的QAM软解调方法采用加法和位移代替乘法运算，保证精度不受损的前提下使得QAM软解调的计算复杂度降低，从而能够采用简单的调制装置实现本发明的调制方法。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1为4QAM星座图；

图2为16QAM星座图；

图3为32QAM星座图；

图4为64QAM星座图；

图5为本发明4QAM、16QAM和64QAM解调数据的流程图；

图6为本发明32QAM解调数据的流程图；

图7为本发明一个实施例的硬件实现结构图。

具体实施方式

4QAM，16QAM，32QAM和64QAM的软判决解调算法都是基于似然比的处理，本文提出一种运算量最低的解决方法，软解调的具体步骤如下：

(1)由输入信号确定的R和H得到RH和G；

(2)4QAM的解调直接将实部I和虚部Q输出即可；

(3)16QAM、32QAM和64QAM的解调需要使用到G，同时也需要调制因子c及定点化后c’的取值，假设我们用10比特来表示RH和G，4QAM、16QAM、32QAM和64QAM的调制因子c分别为1/sqrt(2)、2/sqrt(10)、1/sqrt(20)和4/sqrt(42)，定点化之后16QAM、32QAM和64QAM的c’分别为79，29和81，然后按图5和图6所示的方法计算即可得到各个比特软信息，软输出结果送入后续的信道解码单元。

调制因子c定点化后的c’既可以乘在接收符号上，也可以乘在G上，但是如果对每个符号进行乘法运算复杂度较高，所以图5和图6中所示的方法都是在G上考虑调制因子c的。

在实现的时候79和81分别用80-1和80+1来实现，用一次加法和两次移位操作来代替乘法运算，29也是用32-2-1方式来实现，用两次加法和三次移位操作来代替乘法运算，从而最大程度地降低运算复杂度。

以16QAM为例，假如接收到的I+jQ＝10-13j，G＝|H|²＝14，则：

(1)RH＝I+jQ＝10-13j，I＝10，Q＝-13。

(2)c’＝round(c*128)＝round(2/sqrt(10)*128)＝81，P＝floor((G*c’)＞＞7)＝floor((14*81)＞＞7)＝8，

(3)根据步骤(1)得到的I和Q的参数，步骤(2)得到的G和中间参数P的参数，及各种调制方式的计算公式设计解调电路：

a、若调制方式为4QAM，则计算公式为：

S₁＝Q

S₀＝I

b、若调制方式为16QAM，则计算公式为：

S₃＝Q

S₂＝P-|Q|

S₁＝I

S₀＝P-|I|

c、若调制方式为32QAM，则计算公式为：

$S_4=\left\{\begin{array}{c}\left|k\right|-4P,\mathrm{if}\left|k\right|\&GreaterEqual;2P\\ 2\left|k\right|-6P,\mathrm{if}\left|k\right|<2P\end{array}\right.,$ $k=\left\{\begin{array}{c}I,\mathrm{if}\left|I\right|\&GreaterEqual;\left|Q\right|\\ Q,\mathrm{if}\left|I\right|<\left|Q\right|\end{array}\right.$

S₃＝I

S₁＝Q

d、若调制方式为64QAM，则计算公式为：

S₅＝Q

S₄＝P-|Q|

S₃＝P/2-|S₄|

S₂＝I

S₁＝P-|I|

S₀＝P/2-|S₁|

上述公式中，S₀～S₅分别为每个比特的对数似然比值。根据上述公式，解调装置的连接图可设计为如图7所示的解调电路，可以看出电路由一些比较简单的逻辑组成，包括寄存器，加法器，移位器，取绝对值运算和比较逻辑运算。其中输入参数QAM_Type用来确定接收数据的调制类型，输入到解调器的数据是I，Q和G，解调器根据数据的调制类型对输入数据进行一系列逻辑运算，最后输出各个比特的软信息值。前述16QAM各比特的软信息值如下：

S₃＝Q＝-13

S₂＝P-|Q|＝8-|-13|＝-5

S₁＝I＝10

S₀＝P-|I|＝8-|10|＝-2

最后将步骤(3)的输出结果后续的信道解码单元。

综上所述，图7为根据本发明的软解调方法设计出的一个解调电路，所示的解调电路其实现过程具体操作分为以下三个时钟周期：

第一时钟周期：

根据QAM_Type选择G的倍数，得到中间参数P并将结果存入触发器。将输入的I和Q输入触发器。

第二时钟周期：

根据本发明的软解调算法计算出QAM的输出软信息值。其中32QAM的S₀、S₂和S₄需要经过比较逻辑电路来选择输出值。

第三时钟周期：

将计算结果输出。其中4QAM_S₀、16QAM_S₁、64QAM_S₂和32QAM_S₃共用一个结果，4QAM_S₁、16QAM_S₃、64QAM_S₅和32QAM_S₁共用一个结果，16QAM_S₀和64QAM_S₁共用一个结果，16QAM_S₂和64QAM_S₄共用一个结果。

Claims (6)

1.一种正交调幅QAM软解调方法；其特征在于，包括如下步骤：

(1)根据如下公式计算输入信号中的同相信号分量I和正交信号分量Q：

RH＝R*conj(H)，

I＝real(RH)，

Q＝imag(RH)，

其中，RH为输入信号，R为频域接收信号，H为信道频域响应，conj()为求共轭的函数，real()为求实部的函数，imag()为求虚部的函数；

(2)根据如下公式计算衰落因子幅度值G及中间参数P：

G＝|H|²，

P＝floor((G*c′)＞＞7)，

c′＝round(c*128)，

其中，c为调制因子，c’为定点化c后的值，round()为四舍五入取整函数，floor()为舍余取整函数；

(3)根据步骤(1)和步骤(2)计算得到的参数，按如下公式设计正交调幅QAM软解调装置的电路：

a、若调制方式为4QAM，则：

S₁＝Q

S₀＝I

b、若调制方式为16QAM，则：

S₃＝Q

S₂＝P-|Q|

S₁＝I

S₀＝P-|I|

c、若调制方式为32QAM，则：

$S_4=\left\{\begin{array}{c}\left|k\right|-4P,\mathrm{if}\left|k\right|\&GreaterEqual;2P\\ 2\left|k\right|-6P,\mathrm{if}\left|k\right|<2P\end{array}\right.,$ $k=\left\{\begin{array}{c}I,\mathrm{if}\left|I\right|\&GreaterEqual;\left|Q\right|\\ Q,\mathrm{if}\left|I\right|<\left|Q\right|\end{array}\right.$

S₃＝I

S₁＝Q

d、若调制方式为64QAM，则：

S₅＝Q

S₄＝P-|Q|

S₃＝P/2-|S₄|

S₂＝I

S₁＝P-|I|

S₀＝P/2-|S₁|

其中，Q、I为输入信号，S₀～S₅分别为输出的每个比特的对数似然比值；

(4)根据调制方式的类型，利用步骤(3)所述正交调幅QAM软解调装置的电路输出该调制方式下的各个比特的对数似然比值。

2.如权利要求1所述的正交调幅QAM软解调方法，其特征在于，步骤(2)中4QAM、16QAM、32QAM和64QAM的调制因子c分别为1/sqrt(2)，2/sqrt(10)，1/sqrt(20)，4/sqrt(42)。

3.如权利要求2所述的正交调幅QAM软解调方法，其特征在于，步骤(2)中16QAM、32QAM和64QAM的调制因子c定点化后的结果c’分别为79、29和81。

4.如权利要求3所述的正交调幅QAM软解调方法，其特征在于，所述的16QAM和64QAM的调制因子c定点化后的结果c’，即79和81，分别采用80-1、和80+1实现，用一次加法和两次位移操作代替乘法运算。

5.如权利要求3所述的正交调幅QAM软解调方法，其特征在于，所述的32QAM的调制因子c定点化后的结果c’，即29，采用32-2-1实现，用两次加法和三次位移操作代替乘法运算。

6.如权利要求1所述的正交调幅QAM软解调方法，其特征在于，步骤(4)后将输出结果送入后续的信道解码单元。

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