CN103236902A - 星座映射、解映射方法、编码调制及解码解调系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及数字信息传输技术领域，具体涉及一种星座映射、解映射方法、编码调制及解码解调系统。一种符号-幅度独立调制星座映射方法，其中，星座映射阶数M=2m，星座映射维数为D，包括步骤：S11.根据所述星座映射阶数M，将每m个输入比特分为一组；S12.待传输信号S=[s1，s2，…，sD]为D维实数向量，其中每一维的正负由每一组输入比特中的D个输入比特决定，每一组输入比特中其余m-D个输入比特决定待传输信号每一维幅度的绝对值|s1|，|s2|，…，|sD|。该方法以及采用该方法的系统拥有更低的解码复杂度，便于编码调制方案的设计和实现。
Description
技术领域
本发明涉及数字信息传输技术领域，具体涉及一种星座映射、解映射方法、编码调制及解码解调系统。
背景技术
数字通信系统，包括典型的无线移动通信系统和地面数字广播系统，其根本任务之一是实现数字信息的无误传输。利用信道编码进行差错控制是实现这一根本任务的最为有效的方法和手段。为了适应数字信息在常见模拟信道下的传输需求，信道编码技术通常需要与数字调制技术结合。信道编码与调制的结合构成编码调制系统，编码调制系统是数字通信系统发射端的子系统，也是其核心模块之一，对应的编码调制技术也是数字通信系统的核心技术。与编码调制系统相对应，解调和信道解码的结合构成数字通信系统接收端的解调解码系统，对应的解调解码技术也是数字通信系统的核心技术。
所谓调制，表示对输入数据或信号进行变换处理，以得到适于信道传输的信号，包括各种模拟调制和数字调制技术。对典型的数字通信系统，数字调制技术主要包括星座映射技术及其后续处理技术，如多载波调制技术和成形滤波技术等。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可以是一维实数空间，二维实数空间，即复数空间或复数平面，或者更高维的实数空间，例如多天线MIMO（Multiple InputMultiple Output，多入多出技术）系统信号传输对应的空间。星座映射包含两个要素，即星座图和星座点映射方式。星座图代表星座映射输出符号的所有取值组成的集合，其中，星座图的每个点对应输出符号的一种取值。星座点映射方式代表输入比特（组）到星座点的特定映射关系，或者星座点到比特（组）的特定映射关系，通常每个星座点与一个比特或多个比特组成的比特组一一对应。目前最为常见以及实用的复数空间的星座图主要有正交幅度调制（Quadrature AmplitudeModulation，QAM）、相移键控（Phase Shift Keying，PSK）、和幅度相移键控（Amplitude-Phase Shift Keying，APSK）调制技术。
数字通信系统中，二进制比特经过信道编码、比特交织和星座映射等后转换为离散符号，再进行正交频分复用技术（OrthogonalFrequency Division Multiplexing，OFDM）调制、组帧、正交调制等后续处理。对于带宽有限的信道，基于块传输技术或信道均衡技术，实际连续时间信道可以等效为离散时间信道，信道传输模型可以等效为离散符号表示的数字基带模型，其中，离散符号的信号空间可以为时域、频域和空域等，即时间、频率（或子载波）、空间资源（即天线资源）等均可携带待传输的离散符号。
然而，现有技术中的星座映射、解映射方法、编码调制及解码解调系统，还存在解码复杂度高，不便于编码调制方案的设计和实现等问题。
发明内容
（一）要解决的技术问题
本发明的目的在于提供一种符号-幅度独立调制的星座映射、解映射方法、编码调制及解码解调系统，从而降低解码复杂度，达到方便编码调制方案的设计和实现的目的。
（二）技术方案
本发明技术方案如下：
一种符号-幅度独立调制星座映射方法，其中，星座映射阶数M=2m，星座映射维数为D，其中，m，D为正整数，包括步骤：
S11.根据所述星座映射阶数M，将每m个输入比特分为一组；
S12.待传输信号S=[s1，s2，…，sD]为D维实数向量，其中每一维的正负由每一组输入比特中的D个输入比特决定，每一组输入比特中其余m-D个输入比特决定待传输信号每一维幅度的绝对值|s1|，|s2|，…，|sD|。
优选的，所述m-D个输入比特决定待传输信号每一维幅度的绝对值|s1|，|s2|，…，|sD|具体为：
所述待传输信号S=[s1，s2，…，sD]每一维幅度绝对值[|s1|，|s2|，…，|sD|]的映射空间有2(m-D)个元素，所述m-D个输入比特对应2(m-D)种选择，将每一种选择映射到所述映射空间中的一个对应元素。
本发明还提供了一种编码调制系统：
一种编码调制系统，包括依次设置的编码器模块、比特交织模块以及符号-幅度独立调制星座映射模块；
所述编码器模块，用于对待传输信息比特进行信道编码，得到编码比特；
所述比特交织模块，用于对所述编码比特进行比特交织，得到交织比特；
所述符号-幅度独立调制星座映射模块，以所述交织比特为输入比特，根据上述任意一种星座映射方法，得到星座映射后的传输信号。
优选的，所述信道编码包括但不限于分组码（例如低密度奇偶校验码、BCH码等）和/或卷积码。
对应上述任意一种符号-幅度独立调制星座映射方法的解映射方法：
一种解映射方法，包括步骤：
S21.结合信道状态信息，将接收信号作为D维二进制相移键控信号进行解映射，得到D个比特的解映射软信息；
S22.对接收信号每一维取绝对值，结合信道状态信息，在D维空间的第一象限中，对取绝对值后的接收信号进行解映射，得到其余m-D个比特的解映射软信息。
本发明还提供了一种解码解调系统：
一种解码解调系统，包括依次设置的解映射模块、软信息解交织模块以及解码器模块；
所述解映射模块，用于根据上述解映射方法对接收信号进行解映射，得到解映射软信息；
所述软信息解交织模块，用于对解映射软信息进行解交织；
所述解码器模块，用于根据解交织的解映射软信息解码得到信息比特的估计值。
优选的，对于迭代解映射解码系统，所述解码器模块还用于将解码所得软信息交织后返回给解映射模块。
优选的，所述解码器模块，对于独立解映射解码系统，采用软输入译码算法，对于迭代解映射解码系统，采用软输入软输出译码算法，根据解交织的解映射软信息解码得到信息比特的估计值。
（三）有益效果
本发明所提供的一种符号-幅度独立调制星座映射方法，根据星座映射阶数，将输入比特分组；待传输信号每一维的正负符号由每一组输入比特中的映射维数个输入比特决定，每一组输入比特中其余输入比特决定待传输信号每一维幅度的绝对值；该方法以及采用该方法的系统拥有更低的解码复杂度，便于编码调制方案的设计和实现。
附图说明
图1是本发明实施例一符号-幅度独立调制星座映射方法的流程示意图；
图2是本发明实施例一中Gray-16QAM星座图；
图3是本发明实施例一中Gray-64APSK的[|s1|，|s2|]的映射空间示意图；
图4是本发明实施例一中Gray-64APSK星座图；
图5是本发明实施例一中3维64阶球形调制与16QAM信道容量对比图。
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做进一步描述。以下实施例仅用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例一
本实施例中对本发明所提供的符号-幅度独立调制星座映射方法进行举例说明。
流程图如图1中所示的一种符号-幅度独立调制星座映射方法，其中，星座映射阶数M=2m，星座映射维数为D，其中，m，D为正整数，包括步骤：
S11.根据星座映射阶数M，将每m个输入比特分为一组；
S12.令星座映射结果，即待传输信号S，为一个D维实数向量，S=[s1，s2，…，sD]，其中每一维的正负符号由每一组输入比特中的D个输入比特决定，相当于一个D维BPSK（Binary Phase Shift Keying，二进制相移键控）；每一组输入比特中其余m-D个输入比特决定待传输信号每一维幅度的绝对值，具体为：待传输信号S=[s1，s2，…，sD]每一维幅度绝对值[|s1|，|s2|，…，|sD|]的映射空间有2(m-D)个元素，m-D个输入比特对应2(m-D)种选择，将每一种选择映射到映射空间中的一个对应元素。
例如，传统的Gray-QAM（格雷映射的正交幅度调制）的星座映射方法可以通过上述方法得到，具体步骤如下：
S11a.根据星座映射阶数M，将每m=logM个输入比特分为一组；
S12b.令星座映射结果，即待传输信号S，为一个2维实数向量，S=[s1，s2]，每一组m个输入比特中的第1个输入比特用于决定s1的正负符号，第2个输入比特用于决定s2的正负符号，0为正号，1为负号；其余m-2个输入比特分别用于决定s1和s2的绝对值。
Gray-16QAM（格雷映射的16样点正交幅度调制）星座图如图2中所示。
又例如，传统的Gray-APSK（格雷映射的幅度相移键控）的星座映射方法也可以通过上述方法得到，具体步骤如下：
S11a.根据星座映射阶数M，将每m=logM个输入比特分为一组；
S12b.令星座映射结果，即待传输信号S，为一个2维实数向量，S=[s1，s2]，每一组m个输入比特中的第1个输入比特用于决定s1的正负符号，第2个输入比特用于决定s2的正负符号，0为正号，1为负号；其余m-2个输入比特用于选择[|s1|，|s2|]映射空间中的2(m-2)个元素，例如Gray-64APSK（格雷映射的64样点幅度相移键控）中，[|s1|，|s2|]的映射空间如图3所示。
Gray-64APSK星座图如图4所示。
再例如，上述方法同样可以构造高阶星座映射，以一种3维64阶球形调制为例，具体步骤如下：
S11a.将m=6个输入比特分为一组；
S12b.令星座映射结果，即待传输信号S，为一个3维实数向量，S=[s1，s2，s3]，每一组6个输入比特中的第1个输入比特用于决定s1的正负符号，第2个输入比特用于决定s2的正负符号，第3个输入比特用于决定s3的正负符号，0为正号，1为负号；其余3个输入比特用于选择[|s1|，|s2|，|s3|]映射空间中的8个元素，映射空间中的8个元素的坐标分别为(0.4125，0.1709，0.5063)，(0.1709，0.4125，0.5063)，(0.6038，0.2501，0.1688)，(0.2501，0.6038，0.1688)，(0.7594，0.3146，0.9320)，(0.3146，0.7594，0.9320)，(1.1117，0.4605，0.3107)，(0.4605，1.1117，0.3107)。
3维64阶球形调制与16QAM有相同的频谱效率，信道容量对比如图5中所示，在常用码率下3维64阶球形调制拥有更高的信道容量，并且有更多种类的比特，比特层多业务分配更加灵活。
实施例二
本实施例中对本发明中对应实施例一所述的符号-幅度独立调制星座映射方法的解映射方法进行举例说明。
S21.结合信道状态信息，将接收信号作为D维二进制相移键控信号进行解映射，得到D个比特的解映射软信息；
S22.对接收信号每一维取绝对值，结合信道状态信息，在D维空间的第一象限中，对取绝对值后的接收信号进行解映射，得到其余m-D个比特的解映射软信息。
相对于现有技术中将星座映射看做一个整体的解映射方法，采用本本发明所提供的方法进行解映射，所需计算的星座点阶数降低为原来的1/2D，算法复杂度大幅度降低。
实施例三
本实施例中以基于符号-幅度独立调制的Gray-APSK星座映射的编码调制系统及解码解调系统对本发明所提供的编码调制系统及解码解调系统进行举例说明。
一种编码调制系统，其位于发射端，包括依次设置的编码器模块、比特交织模块以及符号-幅度独立调制星座映射模块；
编码器模块，用于对待传输信息比特进行信道编码，得到编码比特；
比特交织模块，用于对编码比特进行比特交织，得到交织比特；
符号-幅度独立调制星座映射模块，以交织比特为输入比特，根据实施例一中所述的星座映射方法，得到星座映射后的传输信号；具体为：根据Gray-APSK的星座映射阶数M=2m，将每m个交织比特分为一组；令星座映射结果，即待传输信号S，为一个2维实数向量，S=[s1，s2]，每一组m个交织比特中的第1个交织比特用于决定s1的正负符号，第2个交织比特用于决定s2的正负符号，0为正号，1为负号；其余m-2个交织比特分别用于选择[|s1|，|s2|]映射空间中的2(m-2)个元素。最后，符号-幅度独立调制星座映射模块将待传输信号发送至后续处理单元。
一种解码解调系统，其位于接收端，包括依次设置的解映射模块、软信息解交织模块以及解码器模块；
解映射模块，根据实施例二中所述的解映射方法对接收信号进行解映射，得到解映射软信息；具体为：结合信道状态信息，将接收信号作为一个QPSK进行解映射，得到第1个和第2个比特的解映射软信息；对接收信号每一维取绝对值，结合信道状态信息，在2维空间的第一象限中，对取绝对值后的接收信号进行解映射，得到其余m-2个比特的解映射软信息。
软信息解交织模块，用于对解映射软信息进行解交织；
解码器模块，对于独立解映射解码系统，采用软输入译码算法，根据解交织的解映射软信息解码得到信息比特的估计值，对于迭代解映射解码系统，采用软输入软输出译码算法，还需要将解码软信息交织后返回给解映射模块。
其中，信道编码包括但不限于常用分组码（例如低密度奇偶校验码、BCH（Bose、Ray-Chaudhuri、Hocquenghem）码等）以及卷积码。
实施例四
本实施例中以基于符号-幅度独立调制的Gray-APSK星座映射的传输两种不同优先级业务的编码调制系统及解码解调系统对本发明所提供的编码调制系统及解码解调系统进行举例说明。
一种编码调制系统，其位于发射端，包括依次设置的编码器模块、比特交织模块以及符号-幅度独立调制星座映射模块；
编码器模块，用于对两种不同优先级的业务分别进行信道编码，得到编码比特；
比特交织模块，用于对编码比特进行比特交织，得到交织比特；
符号-幅度独立调制星座映射模块，以交织比特为输入比特，根据实施例一中所述的星座映射方法，得到星座映射后的传输信号；具体为：根据Gray-APSK的星座映射阶数M=2m，将每2个高优先级业务的交织比特和m-2个低优先级业务的交织比特分为一组；令星座映射结果，即待传输信号S，为一个2维实数向量，S=[s1，s2]，高优先级业务的交织比特用于决定待传输信号的正负符号；低优先级业务的交织比特用于决定待传输信号每一维幅度的绝对值。最后，符号-幅度独立调制星座映射模块将待传输信号发送至后续处理单元。
一种解码解调系统，其位于接收端，包括依次设置的解映射模块、软信息解交织模块以及解码器模块；
解映射模块，根据实施例二中所述的解映射方法对接收信号进行解映射，得到解映射软信息；具体为：根据业务需求，如果是高优先级业务，结合信道状态信息，将接收信号作为一个QPSK进行解映射，得到高优先级业务的交织比特的解映射软信息；如果是低优先级业务，对接收信号每一维取绝对值，结合信道状态信息，在2维空间的第一象限中，对取绝对值后的接收信号进行解映射，得到低优先级业务的交织比特的解映射软信息。
软信息解交织模块，用于对解映射软信息进行解交织；
解码器模块，对解交织后的软信息进行信道译码，得到所需业务的信息比特的估计值。
实施例五
本实施例中以基于符号-幅度独立调制的3维64阶球形调制传输两种不同优先级业务的编码调制系统及解码解调系统对本发明所提供的编码调制系统及解码解调系统进行举例说明。
一种编码调制系统，其位于发射端，包括依次设置的编码器模块、比特交织模块以及符号-幅度独立调制星座映射模块；
编码器模块，用于对两种不同优先级的业务分别进行信道编码，得到编码比特；
比特交织模块，用于对编码比特进行比特交织，得到交织比特；
符号-幅度独立调制星座映射模块，以交织比特为输入比特，根据实施例一中所述的星座映射方法，得到星座映射后的传输信号；具体为：每x1个高优先级业务的交织比特和6-x1个低优先级业务的交织比特分为一组，按高优先级到低优先级排列；令星座映射结果，即待传输信号S，为一个3维实数向量，S=[s1，s2，s3]，前3个交织比特用于决定待传输信号的正负符号，后3个交织比特用于用于决定待传输信号每一维幅度的绝对值。最后，符号-幅度独立调制星座映射模块将待传输信号发送至后续处理单元。
一种解码解调系统，其位于接收端，包括依次设置的解映射模块、软信息解交织模块以及解码器模块；
解映射模块，根据实施例二中所述的解映射方法对接收信号进行解映射，得到解映射软信息；具体为：结合信道状态信息，将接收信号作为一个3D-BPSK进行解映射，得到前3个交织比特的解映射软信息；对接收信号每一维取绝对值，结合信道状态信息，在3维空间的第一象限中，对取绝对值后的接收信号进行解映射，得到后3个交织比特的解映射软信息；根据业务需求，取得相应的交织比特；
软信息解交织模块，用于对解映射软信息进行解交织；
解码器模块，对解交织后的软信息进行信道译码，得到所需业务的信息比特的估计值。
系统的频谱利用率和16-QAM相同，与16-QAM相比，16-QAM星座映射为4个比特一组，分配比为1:3、2:2、3:1，系统采用的3维64阶球形调制为6个比特一组，分配比可以是1:5，2:4，3:3，4:2，5:1，分配比更为灵活。
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保护范畴。
Claims (8)
1.一种符号-幅度独立调制星座映射方法，其中，星座映射阶数M=2m，星座映射维数为D，其中，m，D为正整数，其特征在于，包括步骤：
S11.根据所述星座映射阶数M，将每m个输入比特分为一组；
S12.待传输信号S=[s1，s2，…，sD]为D维实数向量，其中每一维的正负由每一组输入比特中的D个输入比特决定，每一组输入比特中其余m-D个输入比特决定待传输信号每一维幅度的绝对值|s1|，|s2|，…，|sD|。
2.根据权利要求1所述的星座映射方法，其特征在于，所述m-D个输入比特决定待传输信号每一维幅度的绝对值|s1|，|s2|，…，|sD|具体为：
所述待传输信号S=[s1，s2，…，sD]每一维幅度绝对值[|s1|，|s2|，…，|sD|]的映射空间有2(m-D)个元素，所述m-D个输入比特对应2(m-D)种选择，将每一种选择映射到所述映射空间中的一个对应元素。
3.一种编码调制系统，其特征在于，包括依次设置的编码器模块、比特交织模块以及符号-幅度独立调制星座映射模块；
所述编码器模块，用于对待传输信息比特进行信道编码，得到编码比特；
所述比特交织模块，用于对所述编码比特进行比特交织，得到交织比特；
所述符号-幅度独立调制星座映射模块，以所述交织比特为输入比特，根据如权利要求1或2所述的星座映射方法，得到星座映射后的传输信号。
4.根据权利要求3所述的编码调制系统，其特征在于，所述信道编码包括分组码和/或卷积码。
5.一种对应权利要求1或2所述符号-幅度独立调制星座映射方法的解映射方法，其特征在于，包括步骤：
S21.结合信道状态信息，将接收信号作为D维二进制相移键控信号进行解映射，得到D个比特的解映射软信息；
S22.对接收信号每一维取绝对值，结合信道状态信息，在D维空间的第一象限中，对取绝对值后的接收信号进行解映射，得到其余m-D个比特的解映射软信息。
6.一种解码解调系统，其特征在于，包括依次设置的解映射模块、软信息解交织模块以及解码器模块；
所述解映射模块，用于根据如权利要求5所述的解映射方法对接收信号进行解映射，得到解映射软信息；
所述软信息解交织模块，用于对解映射软信息进行解交织；
所述解码器模块，用于根据解交织的解映射软信息解码得到信息比特的估计值。
7.一种解码解调系统，其特征在于，对于迭代解映射解码系统，所述解码器模块还用于将解码所得软信息交织后返回给解映射模块。
8.根据权利要求6或7所述的解码解调系统，其特征在于，所述解码器模块，对于独立解映射解码系统，采用软输入译码算法，对于迭代解映射解码系统，采用软输入软输出译码算法，根据解交织的解映射软信息解码得到信息比特的估计值。
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