CN101764773A

CN101764773A - 格雷编码m-qam调制的并行软比特信息计算的实现方法

Info

Publication number: CN101764773A
Application number: CN200910255806A
Authority: CN
Inventors: 孙健; 岑楠; 袁东风
Original assignee: Shandong University
Current assignee: Shandong University
Priority date: 2009-12-30
Filing date: 2009-12-30
Publication date: 2010-06-30

Abstract

格雷编码M-QAM调制的并行软比特信息计算的实现方法，属于无线通信技术领域。具体实现步骤如下：发送端的信号处理步骤如下：发送端信号经过编码，得到编码后的信号，然后对其进行格雷编码M-QAM调制；对格雷编码M-QAM调制后的信号进行功率归一化，得到功率归一化的调制信号；发送功率归一化的调制信号。接收端的信号处理步骤如下：对接收端接收到的经过信道之后的信号进行信道估计，得到信道冲激响应；根据信道冲激响应对接收的信号进行并行软比特信息计算，实现M-QAM软解调，得到软解调信号；将解调符号输出，送入译码模块。上述实现方法是采用XILINX公司的系统建模工具System Generator for DSP，在XILINX Virtex-4 FPGA上实现的。

Description

格雷编码M-QAM调制的并行软比特信息计算的实现方法

技术领域

本发明涉及一种格雷编码M-QAM调制的并行软比特信息计算的实现方法，属于无线通信技术领域。

背景技术

在有限的频谱资源上实现高速率和大容量的无线通信，是当今无线通信领域的研究热点。为了达到上述目的，需要频谱效率极高的技术。基于格雷编码的多进制正交幅度调制(M-QAM调制)是一种振幅和相位相结合的高阶调制方式，具有较高的频谱利用率，被广泛应用于现代无线通信系统中。采用格雷编码的星座图映射方式，使得每两个相邻码元之间只有一位码元不同，当信噪比较大的时候，大部分错误都是错成相邻的点，此时错一个符号基本就是错一个比特，与高效的编码方式结合，可以降低通信系统的误码率。

传统的M-QAM调制，在接收端解调的时候，信号需要经过均衡后，采用星座点最小欧氏距离搜索的方法，计算量大，在硬件系统中实现复杂。现有的发送端采用格雷编码M-QAM调制，接收端采用软判决解调的无线调制解调方法涉及到除法均衡，计算复杂，不利于硬件实现。因而在实际系统中实现复杂度低的格雷编码M-QAM调制的并行软比特信息计算，是实现无线通信系统的一项重要技术。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种格雷编码M-QAM调制的并行软比特信息计算的实现方法。

文献：F.Tosato and P.Bisaglia，“Simplified soft-output demapper for binary interleavedCOFDM with application to HIPERLAN/2，”in Proc.IEEE ICC’02，vol.2，pp.664-668，2002，提出了格雷编码M-QAM调制的对数似然比LLR(Log-Likelihood Ratio)简化计算算法。由于M-QAM信号的IQ可分离，I路和Q路的并行软比特信息计算的实现方法相同，下面仅以I路为例进行说明。映射到I轴的log2(M)/2个比特的LLR值表示为：

D_{I, k} = \{\begin{matrix} Re ({\tilde{z}}_{i}) . . . . . . . . . . . . k = 1 \\ - | D_{I, k - 1} | + d_{I, k} . . . . . . k > 1 \end{matrix}

{LLR}_{{i, I}_{k}} = {| H_{i} |}^{2} \cdot D_{I, k}

上式中的

{\tilde{z}}_{i} = z_{i} / H_{i},

为均衡后的符号，H_i为信道估计值，k为比特位，d_I，k为相应比特的判决区域宽度的一半，表示为：

d_{I, k} = \sqrt{M} / 2^{k - 1} . . . . . . . . . . . . . . . . k > 1

映射到Q轴的log₂(M)/2个比特的LLR值表示方法同I轴。在上述算法中用到除法均衡的符号，硬件实现除法运算复杂，计算量大。由于

{| H_{i} |}^{2} = H_{i} H_{i}^{*}

，对上述算法进行相应的修改，将LLR的计算改为乘法形式，便于硬件的实现，即

{LLR}_{i, I_{K}} = \{\begin{matrix} Re (H_{i}^{*} z_{i}) . . . . . . . . . . . . . . k = 1 \\ - | {LLR}_{I, k - 1} | + d_{I, k} {| H_{i} |}^{2} . . . . . . k > 1 \end{matrix}

基于上述分析，本发明在硬件中实现改进的LLR计算，进行相关M-QAM逆映射解调，软比特信息的正负代表硬判决的结果，值的大小用来指示硬判决的可靠性。本发明以软比特信息计算为设计重点，实现格雷编码M-QAM调制的并行软比特信息计算，复杂度大大减少。

一种格雷编码M-QAM调制的并行软比特信息计算的实现方法，具体实现步骤如下：

发送端的信号处理步骤如下：

1)发送端信号经过编码，得到编码后的信号，然后对其进行格雷编码M-QAM调制；

2)对格雷编码M-QAM调制后的信号进行功率归一化，得到功率归一化的调制信号；

3)发送功率归一化的调制信号。

接收端的信号处理步骤如下：

1)对接收端接收到的经过信道之后的信号进行信道估计，得到信道冲激响应；

2)根据信道冲激响应对接收的信号进行并行软比特信息计算，实现M-QAM软解调，得到软解调信号；

3)将解调符号输出，送入译码模块。

上述实现方法是采用XILINX公司的系统建模工具System Generator for DSP，在XILINX Virtex-4FPGA上实现的。

步骤2)的实现方法为(注：图示可以最多进行到256QAM调制，但不影响本发明的一般性，可根据个人系统要求进行扩展)：

a)将接收的信号z_i与信道冲激响应相乘，得到

{\tilde{z}}_{i} = H_{i}^{*} z_{i};

b)根据

d_{I, k} = \sqrt{M} / 2^{k - 1},

k＝2，计算得到d_I，2，存到存储器中，跟据设定的M值从存储器中取出与M相应的d_I，2；

c)将d_I，2与信道估计估计得到的信道冲激响应的模的平方相乘得到修正值d_I，2H_i ²；

d)对修正值d_I，2H_i ²进行右移一位得到k＝3对应的d_I，3H_i ²，右移两位得到k＝4对应的d_I，4H_i ²；

e)对步骤a)得到的信号

分离，得到的实部和虚部，实部和虚部信号处理方法相同；

f)本级软比特信息计算的实现方法为：将上一级软比特信息取绝对值取反，与相应的修正值相加，得到本级的软比特信息。第一个比特的软信息如下：

{LLR}_{i, I_{1}} = Re ({\tilde{z}}_{i})

根据第一个比特的软信息，计算第二个比特的软信息：

{LLR}_{i, I_{2}} = - | {LLR}_{i, I_{1}} | + d_{I, 2} {| H_{i} |}^{2}

根据调制阶数M，依次计算所需比特的软信息值。

g)得到的软比特信息值，截取其高位，作为判决的比特值，然后将判决后的比特组合。

h)跟据调制阶数M对步骤g)比特组合得到的数据进行截取log₂(M)/2个比特，然后按照I路在高位，Q路在低位的形式组合数据，得到最终的解调符号。

上述提到的M-QAM调制功率归一化参数如下表所示：

表1M-QAM调制功率归一化参数

本发明的主要优点是：

1)将传统的除法均衡去掉，解决了除法均衡复杂度高的问题，便于硬件的实现；

2)将传统的星座点最小欧氏距离搜索的解调方法，改为通过并行计算软比特信息进行格雷编码M-QAM的逆映射，计算量大大减少，实现容易；

3)M-QAM调制阶数M可编程，只需要从程序外部设定即可，便于更改调制方法，进行相关的性能对比。

本发明解决了传统的M-QAM解调在硬件中实现复杂度高、计算量大的问题，且具有一般性，设计灵活，调制阶数M可以设定，具有可编程的优点。本发明可以用在第四代无线通信关键技术MIMO，OFDM等。目前，实验室正在开发MIMO-OFDM实时平台，本发明已经应用于此平台，使得硬件平台避免了复杂的除法设计，相比传统M-QAM调制，本发明大大降低了硬件使用资源，便于硬件实现。

附图说明

图1为本发明的应用系统框图。

图2为I路并行计算软比特信息实现框图。

图3为16-QAM格雷编码调制的实施例。

具体实施方式

下面给出本发明的一个具体的实施例。需要说明：下面给出的参数不影响本发明的一般性。

实施例：

一种格雷编码16-QAM调制的并行软比特信息计算的实现方法，具体实现步骤如下：

发送端的信号处理步骤如下：

1)发送端信号经过码率为1/2，生成多项式为g₀＝133₈，g₁＝171₈的卷积码编码，得到编码后的信号，然后对其进行格雷编码16-QAM调制(如图3所示)；

2)对格雷编码16-QAM调制后的信号进行功率归一化，得到功率归一化的调制信号；

3)发送功率归一化的调制信号。

接收端的信号处理步骤如下：

2)根据信道冲激响应对接收的信号进行并行软比特信息计算，实现16-QAM软解调，得到软解调信号；

3)将解调符号输出，送入译码模块。

上述实现方法是通过XILINX公司的系统建模工具System Generator for DSP，在XILINX Virtex-4 FPGA上实现的。

Claims

1.一种格雷编码M-QAM调制的并行软比特信息计算的实现方法，其特征在于，具体实现步骤如下：

发送端的信号处理步骤如下：

3)发送功率归一化的调制信号。

接收端的信号处理步骤如下：

3)将解调符号输出，送入译码模块。

2.如权利要求1所述的格雷编码M-QAM调制的并行软比特信息计算的实现方法，其特征在于，上述实现方法是采用XILINX公司的系统建模工具System Generator forDSP，在XILINX Virtex-4FPGA上实现的。