CN101867555A - 基于随机扩展星座映射的降低峰均比方法及其实现装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于随机扩展星座映射的降低峰均比方法及其实现装置，所述方法包括：S1：根据系统中的业务对峰均比的要求，在系统的N点调制星座图中设定进行M点星座映射的K点子集，其中，N、M、K均为大于1的整数，且N≥K、K≥M；S2：在所述K点子集中随机选取M个星座点进行星座映射，得到星座映射符号流输出；所述装置包括：扩展星座映射子集设定模块、随机扩展星座映射模块和控制模块。本发明的方法及其实现装置可在完全不改变原系统调制星座图的情况下，使用随机扩展星座映射的方法来降低由于扩展星座调制引起的峰均比增大，扩大了原星座映射和扩展星座映射的实际应用范围，而且频谱利用合理，节省了系统资源。

Description

基于随机扩展星座映射的降低峰均比方法及其实现装置

技术领域

本发明涉及数字信息传输技术领域，尤其涉及一种在有线或无线广播或通信系统中基于随机扩展星座映射的降低峰均比方法及其实现装置。

背景技术

随着现代通信技术的飞速发展，无线移动通信系统和地面数字广播系统等数字通信系统得到了广泛应用，例如，欧洲数字电视地面广播DVB(Digital Video Broadcasting)系统和中国数字电视地面广播DTMB(Digital Television Terrestrial Multimedia Broadcasting)系统等。数字通信系统是利用有限带宽为用户提供各自所需信息高效无误的传输。对典型的功率和带宽受限制的恶劣传输信道，如宽带无线移动通信和地面数字广播系统的传输信道，数字调制技术是传输可靠性和系统频谱效率的重要保证。

数字调制技术主要包括星座映射技术。所谓星座映射，就是将携带数字信息的有限域“比特”序列映射成适于传输的“符号”序列。每个符号的取值空间是一维实数空间或二维实数空间或更高维的实数空间(即复数空间)。目前最为常见以及实用的复数空间的星座图主要有QAM(Quadrature Amplitude Modulation，正交幅度调制)、PSK(Phase Shift Keying，相移键控)、和APSK(Amplitude-Phase ShiftKeying，幅度相移键控)等。

随着人们对数据业务多样性需求的不断增加，为用户提供各自所需的业务具有十分重要意义，其中最为经济实用的开发方法是利用有限的资源为用户提供多种业务的研究，如为了满足不同QoS需求，使用从高阶QAM扩展得到等效的低阶映射方式。(参见文献X.Wang，J.Wang.J.Wang，et al.“Embedded Fransmission of Multi-Service overDTMB System，”IEEE Trans.Broadcasting，to appear，Sep 2010.)。

然而，如图1所示(其中，各种实心点代表四种不同的64QAM到4QAM的扩展映射，各种圈代表三种不同的64QAM到16QAM的扩展映射)，在传统的固定扩展星座映射中，其频域符号相位和幅度都被固定，其OFDM信号的幅度分布将不再满足式(1)，

$f\left(r\right)=\frac{r}{{\mathrm{\σ}}^2}\exp (-\frac{r^2}{2{\mathrm{\σ}}^2}),---\left(1\right)$

而只是简单的固定叠加，根据式(2)，其出现高峰均比的概率收敛于1，而非0，

        CCDF(PAPR₀)＝P(PAPR＞PAPR₀).            (2)

事实上，较高的峰均比势必会严重影响系统在实际应用中的性能。例如，在定点OFDM系统中，高峰均比产生的同时常伴随OFDM中FFT的饱和溢出问题，使系统性能进一步恶化。Schroeder曾证明信号一个域(时域或频域)的相关度与另一个域的峰均比相对应(参见文献Schroder.“Synthesis of low-peak-factor signals and binarysequences with low autocorrelation，”IEEE Trans.Information Theory，Jan 1970.)，相应地，信号在一个域中的相关度越强，在另一个域中的峰均比就越高，因此，要降低时域峰均比就要减小频域符号的相关度(参见文献H.H.Seung and H.L.Jae，“Modified selected mappingtechnique for PAPR reduction of coded OFDM signal，”IEEE Trans.Broadcast.，vol.50，no.3，pp.335-341，Sep.2004.)。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题在于，在完全不改变原系统和扩展调制星座图的情况下，解决扩展星座映射技术由于固定信号的相关度而引起的峰均比非常高的问题。对已有的扩展星座映射技术进行延伸，利用随机技术，降低实际系统中的峰均比，扩大应用范围，能够合理利用频谱，节省系统资源。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明的技术方案提供一种基于随机扩展星座映射的降低峰均比方法，所述方法包括：

S1：根据系统中的业务对峰均比的要求，在系统的N点调制星座图中设定进行M点星座映射的K点子集，其中，N、M、K均为大于1的整数，且N≥K、K≥M；

S2：在所述K点子集中随机选取M个星座点进行星座映射，得到星座映射符号流输出。

其中，在步骤S1之前包括步骤：输入业务比特流。

其中，所述峰均比包括时域峰均比和频域峰均比。

其中，步骤S1中，所述系统的N点调制星座图中K点子集为K个星座点，均为系统的N点调制星座图中的点，且均匀分布于复数空间的所有象限中。每个所述象限包括K/4个所述星座点。

其中，步骤S1中，所述K个星座点包括距离所述复数空间原点的欧氏距离相同或不同的点的集合。

其中，步骤S1中，所述K个星座点包括与所述系统的N点调制星座图相同的星座图中所有的星座点。

其中，步骤S2中，所述随机选取的方法包括使用伪随机序列进行选取。

本发明还提供了一种上述降低峰均比方法的实现装置，包括：

扩展星座映射子集设定模块，用于在系统的N点调制星座图中设定进行M点星座映射的K点子集，得到K点调制星座，其中，N、M、K均为大于1的整数，且N≥K、K≥M；

随机扩展星座映射模块，用于在所述K点子集中随机选取M个星座点进行星座映射，得到星座映射符号流输出；

控制模块，用于根据系统中业务对峰均比的要求控制所述扩展星座映射子集设定模块中的所述K点调制星座的设定方式。

(三)有益效果

本发明通过利用随机映射方式，增加了扩展星座映射集合的度，使扩展星座映射的频域符号之间的相关性被减弱，从而可以达到降低峰均比的目的，而且增加了可以忽略的误比特率(BER)，使星座映射变得随机，从而成为一种行之有效的扩展星座调制方法，扩大了原星座映射和扩展星座映射的实际应用范围，而且频谱利用合理，节省了系统资源。

附图说明

图1为传统扩展星座映射图；

图2为本发明的方法流程图；

图3为本发明的装置结构示意图；

图4为本发明实施例1中16QAM随机扩展为4QAM的星座映射图；

图5为传统扩展星座映射方法和本发明实施例1的随机扩展星座映射方法在DTMB非编码系统中AWGN信道下的BER性能比较；

图6为本发明实施例2中64QAM随机扩展为4QAM的星座映射图；

图7为传统扩展星座映射方法和本发明实施例2的随机扩展星座映射方法在DTMB非编码系统中AWGN信道下的BER性能比较。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

如图2所示，依照本发明的一种基于随机扩展星座映射的降低峰均比方法包括步骤：

S1’：输入业务比特流；

S1：根据系统中的业务对峰均比的要求，在系统的N点调制星座图中设定M点扩展星座映射的K点子集，其中，N、M、K均为大于1的整数，且N≥K，K≥M；

其中，峰均比包括时域峰均比和频域峰均比。

其中，所述系统的N点调制星座图中K点子集为K个星座点，均为系统的N点调制星座图中的点，且均匀分布于复数空间的所有象限中。每个所述象限优选包括K/4个所述星座点。

其中，K个星座点包括距离所述复数空间原点的欧氏距离相同或不同的点的集合。

其中，K个星座点包括与系统的N点调制星座图相同的星座图中所有的星座点。

S2：在K点子集中随机均匀选取M个星座点进行星座映射，得到随机扩展星座映射符号流输出。

其中，随机选取的方法包括但不限于使用伪随机序列进行选取。

如图3所示，本发明还提供了一种实现上述基于随机扩展星座映射的降低峰均比方法的实现装置，该装置包括：

扩展星座映射子集设定模块101，用于在系统的N点调制星座图中设定进行M点扩展星座映射的K点子集，得到K点调制星座，其中，N、M、K均为大于1的正整数，且N≥K，K≥M；

随机扩展星座映射模块102，用于对K点子集中随机均匀选取M个星座点进行星座映射，得到星座映射符号流输出；

控制模块103，用于根据业务对峰均比的要求控制所述扩展星座映射子集设定模块中所述K点调制星座的设定方式。

实施例1

本实施例提出了一种依照本发明一种实施方式的降低峰均比方法。在本实施例中，设定DTMB非编码系统中N点星座调制方式为16QAM，M点扩展星座映射方式为4QAM。本实施例降低峰均比方法具体包括以下步骤：

S101：输入DTMB业务比特流；

S102：根据控制模块103传送的对峰均比小于10dB的要求，在DTMB系统16QAM星座图中设定4QAM扩展星座映射的8点子集，如图4所示；

S103：在4QAM扩展星座映射的8点子集中每个象限随机选取1个星座点进行4QAM扩展星座映射，得到随机4QAM扩展星座映射符号流输出，其中，图5表示了固定4QAM扩展星座映射和随机4QAM扩展星座映射在DTMB非编码系统中AWGN信道下BER性能比较，其中，“E-4QAM-R(7)理论值”的曲线与“E-4QAM-R(7)仿真值”的曲线几乎重合。

实施例2

本实施例提出了依照本发明一种实施方式的降低峰均比方法。在本实施例中，设定DTMB非编码系统中N点星座调制方式为64QAM，M点扩展星座映射为4QAM。本实施例降低峰均比方法具体包括以下步骤：

S201：输入DTMB业务比特流；

S202：根据控制模块103传送的对峰均比小于10dB的要求，在DTMB系统64QAM星座图中设定4QAM扩展星座映射的16点子集，如图6所示；

S203：在4QAM扩展星座映射的16点子集中每个象限随机选取1个星座点进行4QAM扩展星座映射，得到随机4QAM扩展星座映射符号流输出，其中，图7表示了固定4QAM扩展星座映射和随机4QAM扩展星座映射在DTMB非编码系统中AWGN信道下BER性能比较，其中，“E-4QAM-R(1)理论值”的曲线与“E-4QAM-R(1)仿真值”的曲线几乎重合。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (9)

1.一种基于随机扩展星座映射的降低峰均比方法，其特征在于，所述方法包括：

S1：根据系统中的业务对峰均比的要求，在系统的N点调制星座图中设定进行M点星座映射的K点子集，其中，N、M、K均为大于1的整数，且N≥K、K≥M；

S2：在所述K点子集中随机选取M个星座点进行星座映射，得到星座映射符号流输出。

2.如权利要求1所述的降低峰均比方法，其特征在于，在步骤S1之前包括步骤：输入业务比特流。

3.如权利要求1所述的降低峰均比方法，其特征在于，所述峰均比包括时域峰均比和频域峰均比。

4.如权利要求1所述的降低峰均比方法，其特征在于，步骤S1中，所述系统的N点调制星座图中K点子集为K个星座点，均为系统的N点调制星座图中的点，且均匀分布于复数空间的所有象限中。

5.如权利要求4所述的降低峰均比方法，其特征在于，步骤S1中，所述K个星座点包括距离所述复数空间原点的欧氏距离相同或不同的点的集合。

6.如权利要求5所述的降低峰均比方法，其特征在于，步骤S1中，所述K个星座点包括与所述系统的N点调制星座图相同的星座图中所有的星座点。

7.如权利要求4所述的降低峰均比方法，其特征在于，每个所述象限包括K/4个所述星座点。

8.如权利要求1所述的降低峰均比方法，其特征在于，步骤S2中，所述随机选取的方法包括使用伪随机序列进行选取。

9.一种权利要求1～8所述的降低峰均比方法的实现装置，其特征在于，包括：

扩展星座映射子集设定模块，用于在系统的N点调制星座图中设定进行M点星座映射的K点子集，得到K点调制星座，其中，N、M、K均为大于1的整数，且N≥K、K≥M；

随机扩展星座映射模块，用于在所述K点子集中随机选取M个星座点进行星座映射，得到星座映射符号流输出；

控制模块，用于根据系统中业务对峰均比的要求控制所述扩展星座映射子集设定模块中的所述K点调制星座的设定方式。

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