CN103560861A

CN103560861A - 星座映射方法

Info

Publication number: CN103560861A
Application number: CN201310459494.5A
Authority: CN
Inventors: 张文军; 管云峰; 史毅俊; 何大治; 尧勇仕; 李虎
Original assignee: Shanghai National Engineering Research Center of Digital Television Co Ltd
Current assignee: Shanghai National Engineering Research Center for Nanotechnology Co Ltd; Shanghai National Engineering Research Center of Digital Television Co Ltd
Priority date: 2013-10-08
Filing date: 2013-10-08
Publication date: 2014-02-05

Abstract

一种星座映射方法，包括将比特数据依照非规则星座映射方式进行映射以得到星座符号，其中所述非规则星座映射方式满足如下条件：1）将至少两个不同的比特数据映射到同一个星座符号上；2）在所述星座符号的集合中至少存在第一星座符号和第二星座符号，以使所有星座符号中与所述第一星座符号之间的欧式距离的最小值和与第二星座符号之间的欧式距离的最小值不相同，其中所述最小值大于零。本技术方案提高通信系统的Shaping增益、并改善信道估计和消除子载波间干扰。

Description

星座映射方法

技术领域

本发明涉及数字信息编码传输领域，特别涉及一种星座映射方法。

背景技术

星座映射是指将携带数字信息的比特序列映射成适于传输的符号序列。星座映射包含两个要素，分别是星座图（constellation）和星座点映射（Labeling）方式。其中，星座图代表星座映射输出符号的所有取值组成的集合，星座图中的每一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或比特组到星座点的特定映射关系、或者星座点到比特或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。

正交振幅调制（Quadrature Amplitude Modulation ，QAM）星座映射（简称QAM星座映射）是通信系统中常见的星座映射方法。QAM是一种振幅和相位的联合调制，也即将已调信号的振幅和相位均随数字基带信号的变化而变化。采用M（M>2）进制的QAM可记作MQAM（例如16QAM、64QAM等），M越大，频带利用率就越高。

信息比特经过调制、信道编码后被映射到星座图上。受星座图形状的约束，星座映射输出与理想的高斯分布相差较远，因此在星座图约束下的信息传输速率与信道容量之间存在差距，这种差距称为Shaping损失，而使得星座图约束下的输出更接近高斯分布而带来的增益称为Shaping增益。

另一方面，对于接收端而言，需要从接收到的星座符号进行星座解映射以得到解映射后的比特软信息，对于星座图上各个星座点通过硬判决来确定该星座点对应的比特软信息，因此对传输信道估计的准确性和减少子载波间干扰提出更高的要求，但现有技术中没有较理想的解决方案。

发明内容

本发明解决的问题是提高通信系统的Shaping增益、并改善信道估计和消除子载波间干扰。

为解决上述问题，本发明实施例提供一种星座映射方法，包括：将比特数据依照非规则星座映射方式进行映射以得到星座符号，其中所述非规则星座映射方式满足如下条件：1）将至少两个不同的比特数据映射到同一个星座符号上； 2）在所述星座符号的集合中至少存在第一星座符号和第二星座符号，以使所有星座符号中与所述第一星座符号之间的欧式距离的最小值和与第二星座符号之间的欧式距离的最小值不相同，其中所述最小值大于零。

可选地，在所述步骤：将输入的比特数据依照非规则星座映射方式进行映射以得到星座符号之前还包括：对输入的信息比特进行编码以得到所述比特数据，其中所述比特数据为比特或比特组。

可选地，所述非规则星座映射方式采用QAM星座图或者APSK星座图进行映射。

与现有技术相比，本发明技术方案具有以下有益效果：

在发射端对信息比特进行星座映射过程中，适用的非规则星座映射方式至少满足：条件1）通过将不同的比特数据映射到同一星座符号上，从而可以提高接收端对星座点的硬判决能力，以改善信道估计和消除子载波间干扰；条件2）通过在星座图上的所有星座点中距离其中两个星座点的欧式距离的最小值（大于零）不同，使得在星座图约束下的输出更接近高斯分布而带来Shaping增益。

附图说明

图1是本发明的一种星座映射方法的实施方式的流程示意图；

图2是本发明的一种星座映射方法的一个具体实施例的星座映射图。

具体实施方式

发明人发现现有技术中对于在星座图约束下的信息传输速率与信道容量之间存在差距，以及对传输信道估计的偏差和子载波间干扰的问题没有较理想的解决方案。

针对上述问题，发明人经过研究，提供了一种星座映射方法，提高了通信系统的Shaping增益、并改善信道估计和消除子载波间干扰。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

如图1所示的是本发明的一种星座映射方法的实施方式的流程示意图。参考图1，该星座映射方法包括如下步骤：

步骤S1：对输入的信息比特进行编码以得到所述比特数据，其中所述比特数据为比特或比特组；

步骤S2：将比特数据依照非规则星座映射方式进行映射以得到星座符号，其中所述非规则星座映射方式满足如下条件：

1）将至少两个不同的比特数据映射到同一个星座符号上；

2）在所述星座符号的集合中至少存在第一星座符号和第二星座符号，以使所有星座符号中与所述第一星座符号之间的欧式距离的最小值和与第二星座符号之间的欧式距离的最小值不相同，其中所述最小值大于零。

在本实施例中，对于通信系统而言，在发射端输入的是信息比特，例如可以是发射端接收到的语音、图像等模拟信号通过数字化和信源编码得到的数字信息比特，也可以是发射端接收自计算机等数字设备的数字信息比特等。

因此，发射端需要先对输入的信息比特进行编码以得到所述比特数据，其中所述比特数据为比特或比特组（如步骤S1所述）。例如可以通过Turbo编码或者其他编码方式对信息比特进行编码等，其中各种编码方式可以采用现有技术来实现，在此不再赘述。在实际应用中，对信息比特进行编码后还需要经过比特交织、比特删除等处理从而得到所需的比特数据，其中比特交织、比特删除也可以利用现有技术来实现。

然后，执行所述步骤S2。具体来说，在本步骤中，所述非规则星座映射方式是指采用一种星座图和一种以上星座点映射方式完成比特数据到星座符号的映射过程。其中，所述非规则星座映射方式可以采用QAM星座图进行映射，也可以采用APSK星座图进行映射。利用非规则星座映射可以减少Shaping损失，其原理是使得星座图中低能量的星座点数多而高能量的星座点数少，从而使得在等概率映射的情况下输出信号更接近高斯分布。

进一步地，在本实施例中，所述非规则星座映射方式需要满足如下两个条件：

1）将至少两个不同的比特数据映射到同一个星座符号上，这样在将比特数据映射到星座图上星座符号时，相比于现有的一个星座点对应一个比特数据，本实施例可以提供通信系统的容量，即一个星座符号可以对应至少两个比特数据。而且，对于接收端而言，由于星座图上星座符号的数目减少，从而可以提高接收端对星座点的硬判决能力，以改善信道估计和消除子载波间干扰。

2）在满足所述非规则星座映射方式得到的星座符号的集合中至少存在两个星座符号（设为第一星座符号和第二星座符号），以使所有星座符号中与所述第一星座符号之间的欧式距离的最小值和与第二星座符号之间的欧式距离的最小值不相同。

需要说明的是，在星座图上的所有星座符号中，与其中一个星座符号之间的欧氏距离的最小值是零（即该星座符号与其自身之间欧式距离最小，此时欧式距离为零）。但是，在本实施例中，所述非规则星座映射方式满足的条件中排除了欧式距离为零的情况。也就是说，在本条件中，与第一星座符号（或第二星座符号）之间的欧式距离最小的星座符号是指在所有星座符号中除所述第一星座符号（或第二星座符号）自身之外的其他星座符号中与第一星座符号（或第二星座符号）之间的欧式距离最小的星座符号。

采用满足本条件的非规则星座映射方式可以使得在星座图约束下的输出更接近高斯分布而带来Shaping增益。

下面结合具体实施例对上述星座映射方法进行描述。

实施例一

输入的比特数据为多组长度为M的比特向量，经过非规则星座映射方式对比特数据进行映射后得到的星座符号，输出的是长度为N的实数向量。例如，输入的第k个比特向量为X_k=[b_k，0、b_k，1、…、b_k，M-1]，输出的第k个实数向量为Y_k=[y_k，0、y_k，1、…、y_k，M-1]。本实施例中，将X_k映射到Y_k，因此可以用一个从{0,1}^M到R^N的函数F来描述，其中{0,1}^M 表示M维的比特向量，该比特向量以0、1表示，例如0011（M=4）、0100010（M=6）等，R^N表示N维的实数向量，R是星座点与星座图的圆心之间的欧氏距离，R为实数。

其中，函数F满足如下两个条件：

1.函数F将至少两个不同的{0,1}^M中的向量映射到R^N中相同的点，即星座点上。

2. 定义所有通过函数F能够得到的R^N中的向量的集合为S。S中存在两个向量Y₁和Y₂，使得集合S中与Y₁欧式距离不为零（即不是向量Y₁本身）的点中与Y₁欧式距离最小的向量到Y₁的欧式距离，与集合S中与Y₂欧式距离不为零（即不是向量Y₂本身）的点中与Y₂欧式距离最小的向量到Y₂的欧式距离不同。

如下表1所示，函数F将{0,1}^M映射到R^N（也就是将X映射到Y），其中M=4、N=1。

X	Y
		[0,0,0,0]	[16.9]
[0,0,0,1]	[13.1]
		[0,0,1,0]	[8.2]
[0,0,1,1]	[9.9]
		[0,1,0,0]	[1.8]
[0,1,0,1]	[1.8]
		[0,1,1,0]	[5.1]
[0,1,1,1]	[5.1]
		[1,0,0,0]	[-16.9]
[1,0,0,1]	[-13.1]
		[1,0,1,0]	[-8.2]
[1,0,1,1]	[-9.9]
		[1,1,0,0]	[-1.8]
[1,1,0,1]	[-1.8]
		[1,1,1,0]	[-5.1]
[1,1,1,1]	[-5.1]

表1

从表1中可以看到，函数F将[0，1，0，0]和[0，1，0，1]都映射到了[1.8]。并且距离[16.9]最近的星座点为[13.1]，它们之间的欧式距离为3.8，而距离[8.2]最近的星座点为[9.9]，它们之间的欧式距离为1.7。

实施例二

本实施例与上述实施例一中所采用的非规则星座映射方式是一样的，不同的是，在本实施例中，函数F将{0,1}^M映射到R^N中，M=6、N=2。

如图2所示的是一种星座映射方法的一个具体实施例的星座映射图。

参考图2，函数F将[0，0，0，0，0，0]映射到[-6.5， 6.5]，其中两个-6.5和6.5分别对应图2中的横坐标和纵坐标。

从图2中可以看出，函数F将[0，0，0，0，1，0]和[0，0，0，0，1，1]映射到同一个星座点（即[-1，6.5]）上。函数F将[0，1，1，0，1，0]、[0，1，0，0，1，0]、[0，1，1，0，1，1]以及[0，1，0，0，1，1]映射到同一个星座点上（即[-1，1]）上。

同时，距离[-6.5，-6.5]最近的星座点（包括[-6.5，-5]和[-5，-6.5]）与其欧式距离为1.5，而距离[1，1]最近的星座点（包括[-1，1]和[1，-1]）与其欧式距离为2。

综上所述，本技术方案在发射端对信息比特进行星座映射过程中，适用的非规则星座映射方式至少满足：条件1）通过将不同的比特数据映射到同一星座符号上，从而可以提高接收端对星座点的硬判决能力，以改善信道估计和消除子载波间干扰；条件2）通过在星座图上的所有星座点中距离其中两个星座点的欧式距离的最小值（大于零）不同，使得在星座图约束下的输出更接近高斯分布而带来Shaping增益。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims

1.一种星座映射方法，其特征在于，包括：

将比特数据依照非规则星座映射方式进行映射以得到星座符号，其中所述非规则星座映射方式满足如下条件：

1）将至少两个不同的比特数据映射到同一个星座符号上；

2. 如权利要求1所述的星座映射方法，其特征在于，在所述步骤：将输入的比特数据依照非规则星座映射方式进行映射以得到星座符号之前还包括：

对输入的信息比特进行编码以得到所述比特数据，其中所述比特数据为比特或比特组。

3.如权利要求1所述的星座映射方法，其特征在于，所述非规则星座映射方式采用QAM星座图或者APSK星座图进行映射。