CN103001920B - 信道编码调制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种信道编码调制方法，具体包括：所述信道编码调制方法包括32阶星座映射图生成方法，所述32阶星座映射图生成方法包括以下步骤：在复数平面内选择32个星座点组成星座映射图，所述星座点位于以原点为圆心、以三个互不相等的正数为半径的三个圆环上，上述三个圆环从内到外依次记为环1、环2、环3；所述环1上分配4个星座点，所述环2上分配8个星座点，所述环3上分配20个星座点；设计星座映射方案，使得每个星座点对应一组二进制映射比特序列，不同星座点所对应的二进制映射比特序列互不相同，且每个星座点和与其欧氏距离最近的星座点所对应的二进制映射比特序列相差1比特。基于本发明方法得到的32阶星座映射图，在峰值功率受限信道和多种常用码率情况下都能得到优异的传输性能，实现高可靠性的通信传输。
Description
技术领域
本发明涉及编码调制技术领域，具体涉及一种适用于峰值功率受限信道的32阶星座映射图生成方法。
背景技术
调制技术在数字通信系统中具有十分重要的作用，近几十年来一直是通信领域中的研究热点。通信系统的频谱效率和传输可靠性在很大程度上受到调制的影响，可以说，通信系统的性能依赖于调制技术的选择。
在过去，研究人员通常针对平均功率受限信道来设计调制方案。与此相比，针对峰值功率受限信道的调制方案研究却没有得到太多的关注。然而，在许多通信系统中，调制信号的峰值功率需要受到一定的限制。如果调制信号的功率变化范围过大，超出了功率放大器、数/模转换器和模/数转换器等部件的工作范围，就会引起削波失真，导致系统通信质量下降。尤其在卫星通信系统中，由于高功率放大器的使用，通信信道具有显著的非线性特性，当调制信号功率过高时，对通信质量的损害尤为显著。因此，设计适用于峰值功率受限信道的调制方案具有相当重要的意义。
随着通信技术的高速发展，对高频谱效率通信业务的需求越来越大，高阶调制技术开始受到研究人员的青睐。在高阶调制技术中，正交幅度调制(Quadrature Amplitude Modulation，QAM)和幅度相移键控(Amplitude Phase Shift Keying，APSK)是较为流行的两种调制方式。QAM凭借其高频谱效率、易于设计和硬件实现的优势，广泛应用于广播系统、移动通信、网络通信等通信系统和标准中，在当今通信领域中扮演着重要的角色。相比于QAM调制方式，APSK调制方式能使得输入信号的分布更接近于高斯分布，在AWGN信道和衰落信道、独立解映射和迭代解映射情况下都能带来一定的Shaping增益，参见文献Z.Yang,Q.Xie,K.Peng,and Z.Wang,“A novel BICM-ID systemapproaching Shannon-limit at high spectrum efficiency,”IEICE Trans.Commun.,vol.E94-B,no.3,pp.793–795,Mar.2011和Z.Liu,Q.Xie,K.Peng,and Z.Yang,“APSK constellation with Gray mapping,”IEEECommun.Letters,vol.15,no.12,pp.1271–1273,Dec.2011。此外，APSK还具有峰均比低的优点，十分适用于信道峰值功率受限的通信系统。在近年来，APSK调制技术发展迅速，在许多通信标准和通信系统中已经得到了应用，如DVB-S2中已经采用了16APSK和32APSK，DTMB-A中也已采用多种APSK星座图作为调制方案，针对峰值功率受限信道的APSK星座映射的设计和研究也逐渐开始受到各标准研发组织的重视。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：如何提供一种32阶星座映射方法，使其在信道峰值功率受限的通信系统中能获得逼近信道容量限的传输性能，实现高可靠性的通信传输。
(二)技术方案
为解决上述问题，本发明提供了一种32阶星座映射图生成方法，包括以下步骤：
S1、在复数平面内选择32个星座点组成星座映射图，所述星座点位于以原点为圆心、以三个互不相等的正数为半径的三个圆环上，上述三个圆环从内到外依次记为环1、环2、环3；
S2、所述环1上分配4个星座点，所述环2上分配8个星座点，所述环3上分配20个星座点；
S3、设计星座映射方案，使得每个星座点对应一组二进制映射比特序列，不同星座点所对应的二进制映射比特序列互不相同，且每个星座点和与其欧氏距离最近的星座点所对应的二进制映射比特序列相差1比特，所述欧氏距离指多维空间中两个点之间的真实距离。
优选的，所述星座映射图中，每个圆环上的星座点在该圆环上均匀分布。
优选的，所述星座映射图中，当峰值功率归一化时，即所述环3的半径为1时，所述环1的半径的取值范围为0.2到0.4，所述环2的半径的取值范围为0.5到0.7。
优选的，所述星座映射图中，所述环2相对于所述环1的相位偏移的取值范围为0到π/4，所述环3相对于所述环1的相位偏移的取值范围为0到π/10，所述相位偏移为圆环上的星座点的最小相位值，所述星座点的相位值的范围为[0，2π)。
优选的，步骤S3中，所述与某一星座点欧氏距离最近的星座点的个数为一个或多个。
优选的，所述星座映射图中，所述环1的半径为0.28、相位偏移为0，所述环2的半径为0.61、相位偏移为0.17π，所述环3的半径为1，相位偏移为0.04π，从x轴正半轴开始逆时针方向上，所述环1上的4个星座点对应的二进制映射比特序列为00100、00101、00111、00110，所述环2上的8个星座点对应的二进制映射比特序列为01100、01101、00001、00011、01111、01110、00010、00000，所述环3上的20个星座点对应的二进制映射比特序列为11100、11000、01000、01001、11001、11101、10101、10001、10011、10111、11111、11011、01011、01010、11010、11110、10110、10010、10000、10100。
优选的，所述各圆环的相位偏移能够同时增加或减去一个相同的数值。
优选的，步骤S3所述的星座映射方案中，所述二进制映射比特序列中的二进制位能够以任意次序重排。
优选的，步骤S3所述的星座映射方案中，所述二进制映射比特序列能够进行如下变换：
所有的0比特变为1比特，同时所有的1比特变为0比特。
(三)有益效果
基于本发明所述的方法得到的32阶星座映射图，在峰值功率受限信道和多种常用的码率，如1/2码率、2/3码率、3/4码率等情况下都能得到优异的性能。该方法可应用到卫星通信、深空通信、电力线通信等通信系统中作为调制方式。
附图说明
图1是本发明方法的流程图；
图2是依照本发明实施例一得到的32阶星座映射图；
图3是独立解映射的编码调制系统总体框图；
图4是迭代解映射的编码调制系统总体框图；
图5是依照本发明实施例一得到的32阶星座映射图在AWGN信道下的误码性能；
图6是依照本发明实施例二得到的32阶星座映射图；
图7是依照本发明实施例三得到的32阶星座映射图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
图1是本发明方法的流程图，本发明提供一种32阶星座映射图生成方法，具体包括以下步骤：
S1、在复数平面内选择32个星座点组成星座映射图，所述星座点位于以原点为圆心、以三个互不相等的正数为半径的三个圆环上，上述三个圆环从内到外依次记为环1、环2、环3；
S2、所述环1上分配4个星座点，所述环2上分配8个星座点，所述环3上分配20个星座点；
S3、设计星座映射方案，使得每个星座点对应一组二进制映射比特序列，不同星座点所对应的二进制映射比特序列互不相同，且每个星座点和与其欧氏距离最近的星座点所对应的二进制映射比特序列相差1比特，所述欧氏距离指多维空间中两个点之间的真实距离。
优选的，所述星座映射图中，每个圆环上的星座点在该圆环上均匀分布。
优选的，所述星座映射图中，当峰值功率归一化时，即所述环3的半径为1时，所述环1的半径的取值范围为0.2到0.4，所述环2的半径的取值范围为0.5到0.7。
优选的，所述星座映射图中，所述环2相对于所述环1的相位偏移的取值范围为0到π/4，所述环3相对于所述环1的相位偏移的取值范围为0到π/10，所述相位偏移为圆环上的星座点的最小相位值，所述星座点的相位值的范围为[0，2π)。
优选的，步骤S3中，所述与某一星座点欧氏距离最近的星座点的个数为一个或多个。
优选的，所述星座映射图中，所述环1的半径为0.28、相位偏移为0，所述环2的半径为0.61、相位偏移为0.17π，所述环3的半径为1，相位偏移为0.04π，从x轴正半轴开始逆时针方向上，所述环1上的4个星座点对应的二进制映射比特序列为00100、00101、00111、00110，所述环2上的8个星座点对应的二进制映射比特序列为01100、01101、00001、00011、01111、01110、00010、00000，所述环3上的20个星座点对应的二进制映射比特序列为11100、11000、01000、01001、11001、11101、10101、10001、10011、10111、11111、11011、01011、01010、11010、11110、10110、10010、10000、10100。
优选的，所述各圆环的相位偏移能够同时增加或减去一个相同的数值。
优选的，步骤S3所述的星座映射方案中，所述二进制映射比特序列中的二进制位能够以任意次序重排。
优选的，步骤S3所述的星座映射方案中，所述二进制映射比特序列能够进行如下变换：
所有的0比特变为1比特，同时所有的1比特变为0比特。
实施例一
本实施例给出根据本发明提出的32阶星座映射图生成方法得到的一种适用于峰值功率受限信道的星座映射图。依照本发明一种实施方式的32阶星座映射图生成方法包括步骤：
S101、该星座映射图由复数平面内以原点为圆心、以三个互不相等的正数为半径的三个圆环上的32个星座点组成，三个圆环从内到外记为环1、环2、环3；
其中，环1的半径为0.28，环2的半径为0.61，环3的半径为1。
S102、环1上分配4个星座点，环2上分配8个星座点，环3上分配20个星座点；
其中，环1上星座点的相位偏移为0，环2上星座点的相位偏移为0.17π，环3上星座点的相位偏移为0.04π。
S103、设计星座映射方案，使得每个星座点对应一组包括二进制位b0b1b2b3b4的映射比特序列，不同星座点对应的映射比特序列互不相同，且每个星座点和与其欧氏距离最近的星座点所对应的二进制映射比特序列相差1比特。
设计的星座映射方案如下：从x轴正半轴开始逆时针方向上，环1上的4个星座点对应的二进制映射比特序列为00100、00101、00111、00110，环2上的8个星座点对应的二进制映射比特序列为01100、01101、00001、00011、01111、01110、00010、00000，环3上的20个星座点对应的二进制映射比特序列为11100、11000、01000、01001、11001、11101、10101、10001、10011、10111、11111、11011、01011、01010、11010、11110、10110、10010、10000、10100。
依照本实施例得到的星座映射图如图2所示。为了验证该星座映射图的性能，将其应用在编码调制系统中进行仿真。编码调制系统中采用DVB-S2标准中给定的长度为64800、码率为3/4的LDPC码作为差错控制编码，采用和积译码算法作为译码方式，译码最大迭代次数为50。解映射采用Log-MAP算法，信道为AWGN信道。仿真同时考虑了独立解映射和迭代解映射的情况。图3给出了独立解映射的编码调制系统总体框图，图4给出了迭代解映射的编码调制系统总体框图。如图5所示，误比特率达到10-5时，本实施例所得到的星座映射图的信噪比门限在独立解映射情况下为14.55dB，在迭代解映射情况下为14.07dB，而峰值功率受限信道下的信道容量限为13.36dB。由仿真结果可知，本实施例所得到的星座映射图性能接近于信道容量限，应用在信道峰值功率受限的通信系统中，能得到较高的传输可靠性。
实施例二
本实施例给出根据本发明提出的32阶星座映射图生成方法得到的一种适用于峰值功率受限信道的星座映射图。依照本发明一种实施方式的32阶星座映射图生成方法包括步骤：
S201、该星座映射图由复数平面内以原点为圆心、以三个互不相等的正数为半径的三个圆环上的32个星座点组成，三个圆环从内到外记为环1、环2、环3；
其中，环1的半径为0.20，环2的半径为0.50，环3的半径为1。
S202、环1上分配4个星座点，环2上分配8个星座点，环3上分配20个星座点；
其中，环1上星座点的相位偏移为0，环2上星座点的相位偏移为π/8，环3上星座点的相位偏移为0。
S203、设计星座映射方案，使得每个星座点对应一组包括二进制位b0b1b2b3b4的映射比特序列，不同星座点对应的映射比特序列互不相同，且每个星座点和与其欧氏距离最近的星座点所对应的二进制映射比特序列相差1比特。
设计的星座映射方案如下：从x轴正半轴开始逆时针方向上，环1上的4个星座点对应的二进制映射比特序列为00100、00101、00111、00110，环2上的8个星座点对应的二进制映射比特序列为01100、01101、00001、00011、01111、01110、00010、00000，环3上的20个星座点对应的二进制映射比特序列为11100、11000、01000、01001、11001、11101、10101、10001、10011、10111、11111、11011、01011、01010、11010、11110、10110、10010、10000、10100。将所述二进制映射比特序列中所有的0比特变为1比特，同时所有的1比特变为0比特。变换后的星座映射方案如下：从x轴正半轴开始逆时针方向上，环1上的4个星座点对应的二进制映射比特序列为11011、11010、11000、11001，环2上的8个星座点对应的二进制映射比特序列为10011、10010、11110、11100、10000、10001、11101、11111，环3上的20个星座点对应的二进制映射比特序列为00011、00111、10111、10110、00110、00010、01010、01110、01100、01000、00000、00100、10100、10101、00101、00001、01001、01101、01111、01011。
依照本实施例得到的星座映射图如图6所示。
实施例三
本实施例给出根据本发明提出的32阶星座映射图生成方法得到的一种适用于峰值功率受限信道的星座映射图。依照本发明一种实施方式的32阶星座映射图生成方法包括步骤：
S301、该星座映射图由复数平面内以原点为圆心、以三个互不相等的正数为半径的三个圆环上的32个星座点组成，三个圆环从内到外记为环1、环2、环3；
其中，环1的半径为0.28，环2的半径为0.61，环3的半径为1。
S302、环1上分配4个星座点，环2上分配8个星座点，环3上分配20个星座点；
其中，环1上星座点的相位偏移为0，环2上星座点的相位偏移为0.17π，环3上星座点的相位偏移为0.04π。
S303、设计星座映射方案，使得每个星座点对应一组包括二进制位b0b1b2b3b4的映射比特序列，不同星座点对应的映射比特序列互不相同，且每个星座点和与其欧氏距离最近的星座点所对应的二进制映射比特序列相差1比特。
设计的星座映射方案如下：从x轴正半轴开始逆时针方向上，环1上的4个星座点对应的二进制映射比特序列为00100、00101、00111、00110，环2上的8个星座点对应的二进制映射比特序列为01100、01101、00001、00011、01111、01110、00010、00000，环3上的20个星座点对应的二进制映射比特序列为11100、11000、01000、01001、11001、11101、10101、10001、10011、10111、11111、11011、01011、01010、11010、11110、10110、10010、10000、10100。对所述二进制映射比特序列中的二进制位进行重排，重排后的星座映射方案如下：从x轴正半轴开始逆时针方向上，环1上的4个星座点对应的二进制映射比特序列为01000、01001、01011、01010，环2上的8个星座点对应的二进制映射比特序列为11000、11001、00001、00011、11011、11010、00010、00000，环3上的20个星座点对应的二进制映射比特序列为11100、10100、10000、10001、10101、11101、01101、00101、00111、01111、11111、10111、10011、10010、10110、11110、01110、00110、00100、01100。
依照本实施例得到的星座映射图如图7所示。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种用于信道编码调制方法，其特征在于，所述信道编码调制方法包括32阶星座映射图生成方法，所述32阶星座映射图生成方法包括以下步骤：
S1、在复数平面内选择32个星座点组成星座映射图，所述星座点位于以原点为圆心、以三个互不相等的正数为半径的三个圆环上，上述三个圆环从内到外依次记为环1、环2、环3；
S2、所述环1上分配4个星座点，所述环2上分配8个星座点，所述环3上分配20个星座点；
S3、设计星座映射方案，使得每个星座点对应一组二进制映射比特序列，不同星座点所对应的二进制映射比特序列互不相同，且每个星座点和与其欧氏距离最近的星座点所对应的二进制映射比特序列相差1比特，所述欧氏距离指多维空间中两个点之间的真实距离；
其中，所述星座映射图中，当峰值功率归一化时，即所述环3的半径为1时，所述环1的半径的取值范围为0.2到0.4，所述环2的半径的取值范围为0.5到0.7。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述星座映射图中，每个圆环上的星座点在该圆环上均匀分布。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述星座映射图中，所述环2相对于所述环1的相位偏移的取值范围为0到π/4，所述环3相对于所述环1的相位偏移的取值范围为0到π/10，所述相位偏移为圆环上的星座点的最小相位值，所述星座点的相位值的范围为[0，2π)。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3中，所述与某一星座点欧氏距离最近的星座点的个数为一个或多个。
5.如权利要求1至3中任何一项所述的方法，其特征在于，所述星座映射图中，所述环1的半径为0.28、相位偏移为0，所述环2的半径为0.61、相位偏移为0.17π，所述环3的半径为1，相位偏移为0.04π，从x轴正半轴开始逆时针方向上，所述环1上的4个星座点对应的二进制映射比特序列为00100、00101、00111、00110，所述环2上的8个星座点对应的二进制映射比特序列为01100、01101、00001、00011、01111、01110、00010、00000，所述环3上的20个星座点对应的二进制映射比特序列为11100、11000、01000、01001、11001、11101、10101、10001、10011、10111、11111、11011、01011、01010、11010、11110、10110、10010、10000、10100。
6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述各圆环的相位偏移能够同时增加或减去一个相同的数值。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3所述的星座映射方案中，所述二进制映射比特序列中的二进制位能够以任意次序重排。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3所述的星座映射方案中，所述二进制映射比特序列能够进行如下变换：
所有的0比特变为1比特，同时所有的1比特变为0比特。
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| CN101150378A (zh) * | 2006-09-18 | 2008-03-26 | 国家广播电影电视总局广播科学研究院 | 低密度奇偶校验编码的32apsk系统的交织方案 |
| CN102752261A (zh) * | 2011-04-20 | 2012-10-24 | 清华大学 | 基于apsk星座图的星座映射方法、编码调制方法及系统 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108881098A (zh) * | 2018-09-17 | 2018-11-23 | 陕西师范大学 | 通信系统中扩缩调制的方法和装置 |
| CN108881098B (zh) * | 2018-09-17 | 2021-04-20 | 陕西师范大学 | 通信系统中扩缩调制的方法和装置 |
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| CN103001920A (zh) | 2013-03-27 |
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