CN103731386A - 一种基于gpp和simd技术的高速调制方法 - Google Patents

Abstract

一种基于GPP和SIMD技术的高速调制方法，是将输入的k个比特流信息流进行并行调制，并以调制后星座点坐标的实部数据（I路）和虚部数据（Q路）形式输出；k为调制系数，调制方式为BPSK时，k=1；调制方式为QPSK时，k=2；调制方式为2²ⁿ-QAM时，k=2n。本发明根据不同的调制系数k采取不同的处理方式，基本流程为：先将各路输入的比特信息分别进行并行的“映射”操作，再使用并行的“加”或“异或”操作，将各路映射后的比特信息结合在一起，产生I路和Q路输出。相比于传统的查表调制方法，本发明提高了数据处理并行度；同时对所有通用调制方式设计了定点数算法，节省了浮点数的运算时间和存储空间，简化计算流程；且时间复杂度和空间复杂度随着调制系数的变化呈线性增长，具有扩展性。

Description

一种基于GPP和SIMD技术的高速调制方法

技术领域

本发明涉及一种基于通用处理器GPP（General Purpose Processor）和单指令多数据流SIMD（Single Instruction Multiple Data）技术的高速调制方法，属于无线通信中的调制解调技术领域。

背景技术

调制技术是对信号源的信息进行处理并叠加到载波上，使其变换为适宜于信道传输的形式的过程。信源的信息通常包含直流分量和频率较低的频率分量，被称为基带信号。基带信号往往不能作为传输信号，因此必须把基带信号转变为一个与基带相比较、其频率非常高的信号，即载波，以适合于信道传输。

调制技术伴随着通信技术的进步而不断发展。数字通信系统在淘汰模拟通信系统的同时，也带来了数字调制技术。当代数字通信系统对传输效率要求越来越高，迫切需要专门研究和尽快开发出一些抗干扰性强、误码性能好、频谱利用率高的数字调制技术。因此，3G系统或4G系统或其他通信系统中使用的调制方式基本相同或趋同。比如：二相相移键控调制BPSK（Binary Phase ShiftKeying）使用于宽带码分多址WCDMA（Wideband Code Division MultipleAccess）通信系统、码分多址2000系列CDMA2000（Code Division MultipleAccess2000）通信系统和802.11n通信系统中；四相相移键控调制QPSK使用于WCDMA通信系统、CDMA2000通信系统、时分-同步码分多址TD-SCDMA（Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access）通信系统、长期演进LTE（Long Term Evolution）通信系统和802.11n通信系统中；16进制正交振幅调制16-QAM使用于TD-SCDMA通信系统、LTE通信系统和802.11n通信系统中；64进制正交振幅调制64-QAM在LTE通信系统和802.11n通信系统中。上述各种调制方式都是通用的调试方式，作为此类调制方式的扩展，任意2²ⁿ-QAM都具有类似的星座图形状和映射关系，其中n为大于1的自然数。

上述通用调制方式的调制过程为：每产生1个星座点（星座点由I路数据和Q路数据组成），需要使用k个输入的比特信息(k为调制系数，各调制方式的k值是不同的：BPSK时，取值为1；QPSK时，取值为2；16-QAM时，取值为4；64-QAM时，取值为6；2²ⁿ-QAM时，取值为2n。跟据这些比特信息进行映射，分别得到I路输出和Q路输出的值。

下面以BPSK、QPSK、16-QAM、64-QAM为例，进行说明：

BPSK调制的星座图映射关系如图1所示，每产生1个星座点，需要输入1个比特信息、即b₀，其映射关系的公式为： $\begin{array}{c}I=\left\{\begin{array}{c}-1,\mathrm{if}(b_0=0)\\ 1,\mathrm{if}(b_0=1);\end{array}\right.\\ Q=0\end{array}$

QPSK调制的星座图映射关系如图2所示，每产生1个星座点，需要输入2个比特信息，即b₀和b₁，其映射关系的公式为： $\begin{array}{c}I=\left\{\begin{array}{c}-1,\mathrm{if}(b_0=0)\\ 1,\mathrm{if}(b_0=1)\end{array}\right.\\ Q=\left\{\begin{array}{c}-1,\mathrm{if}(b_1=0)\\ 1,\mathrm{if}(b_1=1)\end{array}\right.\end{array};$

16-QAM调制的星座图映射关系如图3所示，每产生1个星座点，需要输入4个比特信息，即b₀、b₁、b₂和b₃，其映射关系的公式如下：

$I=\left\{\begin{array}{c}-3,\mathrm{if}(b_0=0,b_1=0)\\ -1,\mathrm{if}(b_0=0,b_1=1)\\ 1,\mathrm{if}(b_0=1,b_1=1)\\ 3,\mathrm{if}(b_0=1,b_1=0)\end{array}\right.,Q=\left\{\begin{array}{c}-3,\mathrm{if}(b_2=0,b_3=0)\\ -1,\mathrm{if}(b_2=0,b_3=1)\\ 1,\mathrm{if}(b_2=1,b_3=1)\\ 3,\mathrm{if}(b_2=1,b_3=0)\end{array}\right.;$

64-QAM调制的星座图映射关系如图4所示，每产生1个星座点，需要输入6个的比特信息，即b₀、b₁、b₂、b₃、b₄和b₅，其映射关系公式如下：

$I=\left\{\begin{array}{c}-7,\mathrm{if}(b_0=0,b_1=0,b_2=0)\\ -5,\mathrm{if}(b_0=0,b_1=0,b_2=1)\\ -3,\mathrm{if}(b_0=0,b_1=1,b_2=1)\\ -1,\mathrm{if}(b_0=0,b_1=1,b_2=0)\\ 1,\mathrm{if}(b_0=1,b_1=1,b_2=0)\\ 3,\mathrm{if}(b_0=1,b_1=1,b_2=1)\\ 5,\mathrm{if}(b_0=1,b_1=0,b_2=1)\\ 7,\mathrm{if}(b_0=1,b_1=0,b_2=0)\end{array}\right.,Q=\left\{\begin{array}{c}-7,\mathrm{if}(b_3=0,b_4=0,b_5=0)\\ -5,\mathrm{if}(b_3=0,b_4=0,b_5=1)\\ -3,\mathrm{if}(b_3=0,b_4=1,b_5=1)\\ -1,\mathrm{if}(b_3=0,b_4=1,b_5=0)\\ 1,\mathrm{if}(b_3=1,b_4=1,b_5=0)\\ 3,\mathrm{if}(b_3=1,b_4=1,b_5=1)\\ 5,\mathrm{if}(b_3=1,b_4=0,b_5=1)\\ 7,\mathrm{if}(b_3=1,b_4=0,b_5=0)\end{array}\right.;$

从上述各个公式可见，随着调制系数的增加，其计算公式越来越复杂。由于数字系统的数据量非常大，而系统的传输速率要求又高，如何降低信号调制过程产生的时延，已经成为数字信号调制技术优化与改进的主要方向。

目前，在通用处理器GPP芯片架构下，实现调制的传统算法是使用“查表法”：需要提前将映射关系制成数组C，首先将k个输入的比特信息通过移位和异或的操作，计算得到数组的下标x_I和x_Q，再在映射关系数组C中，使用x_I和x_Q查表得到输出的I路和Q路的数值。其中，BPSK的I路有输出值，Q路输出值全部为0。QPSK、16-QAM、64-QAM以及任意2²ⁿ-QAM中任何一个调制方式的I路和Q路都有输出值，且两者的映射关系是一致的，因此对于其中任何一种调制方式，其映射关系数组C是唯一的（下标表示该表适用的调制方式）。以BPSK、QPSK、16-QAM、64-QAM为例，分别说明之：

在BPSK调制时，产生数组下标的方法如下述公式：x_I=b₀，其映射关系数组C_BPSK的计算公式为：C_BPSK[2]={-1,1}。

在QPSK时，产生数组下标的方法如下述公式： $\begin{array}{c}{x}_I=b_0\\ x_Q=b_1\end{array},$ 其映射关系数组C_QPSK的计算公式为：C_QPSK[2]={-1,1}。

在16-QAM调制时，产生数组下标的方法如下述公式：

$\begin{array}{c}{x}_I=(b_1<<1)^b_0\\ x_Q=(b_3<<1)^b_2\end{array},$ 其映射关系数组C_16-QAM的计算公式为：C_16-QAM[4]={-3,3,-1,1}。

在64-QAM调制时，产生数组下标的方法如下述公式：

$\begin{array}{c}{x}_I=(b_2<<2)^(b_1<<1)^b_0\\ x_Q=(b_5<<2)^(b_4<<1)^b_3\end{array},$ 其映射关系数组C64-QAM的计算公式为：

C_64-QAM[8]={-7,7,-1,1,-5,5,-3,3}。

故在传统查表方法中，每个星座点的输出可表示为公式； $\begin{array}{c}I+C\left[x_I\right]\\ Q=\left\{\begin{array}{c}0,\mathrm{if}\left(\mathrm{BPSK}\right)\\ C\left[x_Q\right],\mathrm{else}\end{array}\right.\end{array}.$

查表法的主要缺点有两条：（1）数组下标的计算和查表的操作很难对数据执行并行计算。（2）随着调制系数的增大，表的大小或容量呈指数式增长.这样无疑使得调制过程的时延更加厉害。

单指令多数据流SIMD（Single Instruction Multiple Data）技术是一种采用一个控制器来控制多个处理器，以便能够同时对一组数据（又称“数据矢量”）中的每个数据分别执行相同的操作，从而实现空间上的并行性处理的技术。在微处理芯片器中，单指令多数据流技术则是一个控制器控制多个平行的处理微元，例如Intel的MMX或SSE以及AMD的3D Now技术。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于GPP和SIMD技术的高速调制方法，本发明方法在保证传输性能和正确性的基础上，在GPP芯片支撑架构下，能够高速完成包括BPSK、QPSK、16-QAM、64-QAM和任意2²ⁿ-QAM的通用调制过程的全部操作，且具有时延小、成本低、可移植性好和扩展性强等多项优秀特性。

为了达到上述目的，本发明提供了一种基于通用处理器GPP和单指令多数据流SIMD技术的高速调制方法，其特征在于：首先设置调制参数k和k个输入比特信息流B₀,B₁,...,B_k-1，其中，每个输入比特信息流各自包含t个输入比特信息，用于进行调制生成t个星座点：即输出的t个调制后星座点坐标的I路实部数据和Q路虚部数据；然后，根据不同的调制系数k采取相应的不同处理方式：先将各路输入的比特信息分别进行并行的“映射”操作，再使用并行的“加”或“异或”操作，将各路映射后的比特信息结合在一起，产生I路和Q路输出；式中，k和t均为自然数，且t=M×s，自然数M和s分别是SIMD封装数据的长度和个数；

为k个输入比特信息流中的任意一个比特信息，其涵义是第a个输入比特信息流中的第d个比特信息，a和d的取值范围分别为[0,k-1]和[0,t-1]；在序号为a的输入比特信息流B_a中，存储有产生每个星座点所对应的比特信息序列中的第a个比特信息，且

而且，每个输入比特信息流的第d个比特信息构成的信息序列

就是产生第d个星座点的I路和Q路的输出所对应的比特信息序列；其中，I路输出为I₀,I₁,...,I_t-1，Q路输出为Q₀,Q₁,...,Q_t-1；然后，将k个字长为t的输入比特信息流分别封装成为s个字长为M的SIMD格式数据。

本发明基于GPP和SIMD的高速调制方法，其不同于传统调制方法或创新技术的特点是：（1）本发明是基于GPP和SIMD技术设计的适用于多核、多处理器芯片的高速通用调制方法，其将比特信息按位置进行分类，以实现并行计算，提高了处理并行度。（2）本发明适用于BPSK、QPSK、16-QAM、64-QAM和任意2²ⁿ-QAM通用调制模式的处理，具有良好的可移植性和扩展性。（3）相较于传统的查表法，本发明方法对SIMD适用的调制算法进行了重大创新：使用并行计算代替了查表映射，节省了计算时延和存储空间。因此，本发明具有很好的推广应用前景。

附图说明

图1是BPSK调制的星座映射示意图。

图2是QPSK调制的星座映射示意图。

图3是16-QAM调制的星座映射示意图。

图4是64-QAM调制的星座映射示意图。

图5是“映射”SIMD指令的操作示意图。

图6是“异或”SIMD指令的操作示意图。

图7是“加”SIMD指令的操作示意图。

图8是本发明基于GPP和SIMD的高速调制方法接口示意图。

图9是本发明基于GPP和SIMD的高速调制方法操作步骤流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。

本发明方法的特点是在GPP架构下利用SIMD、即单指令多数据流技术，简化了查表方法，使用并行计算解决了调制映射处理。本发明使用的SIMD技术在执行单条指令时，能够对两组各自包含M个元素的封装数据（分别设为X₀,X₁,...X_M-1和Y₀,Y₁,...Y_M-1；少部分情况下、也可只处理一组封装数据）进行并行操作，每对数据元素X_i,Y_i(0≤i≤M-1)同时执行相同操作（本发明中为“映射”、“加”和“异或”中的一种），得到的M个结果作为数据元素被封装在一组数据（Z₀,Z₁,...Z_M-1）中。

由于可以并行处理大量数据，SIMD指令能够提高GPP架构的运算速度。SIMD的封装数据长度M取决于封装数据的比特长度P和数据元素类型所占的比特长度R：其中P=64×2^T(T=0,1,2,...)，数据元素类型为字节时，所对应的R=8，数据元素类型为字时，所对应的R=16。

参见图5，介绍“映射”SIMD指令的操作功能：输入的两组封装数据为X₀,X₁,...X_M-1和Y₀,Y₁,...Y_M-1，输出的封装数据为Z₀,Z₁,...Z_M-1，并行地完成M对映射操作，第i(0≤i≤M-1)对使用Y_i作为下标，寻找X₀,X₁,...X_M-1中的对应值作为输出，即 $Z_i=X_{Y_i}.$

参见图6，介绍“异或”SIMD指令的操作功能：输入的两组封装数据为X₀,X₁,...X_M-1和Y₀,Y₁,...Y_M-1，输出的封装数据为Z₀,Z₁,...Z_M-1，并行地完成M对与操作，即Z_i=X_i^Y_i，(0≤i≤M-1)。

参见图7，介绍“加”SIMD指令的操作功能：输入的两组封装数据为X₀,X₁,...X_M-1和Y₀,Y₁,...Y_M-1，输出的封装数据为Z₀,Z₁,...Z_M-1，并行地完成M对与操作，即Z_i=X_i+Y_i，(0≤i≤M-1)。

参见图8，介绍本发明高速调制方法的接口示意图：本发明方法需要外界提供或设置调制参数k和k个输入比特信息流B₀,B₁,...,B_k-1，其中，每个输入比特信息流各自包含t个输入比特信息，用于进行调制产生t个星座点（即输出的t个调制后星座点坐标的I路实部数据和Q路虚部数据）；然后，根据不同的调制系数k采取相应的不同处理方式：先将各路输入的比特信息分别进行并行的“映射”操作，再使用并行的“加”或“异或”操作，将各路映射后的比特信息结合在一起，产生I路和Q路输出；式中，k和t均为自然数，且t=M×s，自然数M和s分别是SIMD封装数据的长度和个数；

为k个输入比特信息流中的任意一个比特信息，其涵义是第a个输入比特信息流中的第d个比特信息，a的取值范围为[0,k-1]，d的取值范围为[0,t-1]。在序号为a的输入比特信息流B_a中，存储有产生每个星座点所对应的比特信息序列中的第a个比特信息，且

而且，每个输入比特信息流的第d个比特信息构成的信息序列

就是产生第d个星座点的I路和Q路的输出所对应的比特信息序列；其中，I路输出为I₀,I₁,...,I_t-1，Q路输出为Q₀,Q₁,...,Q_t-1；然后，将k个字长为t的输入比特信息流分别封装成为s个字长为M的SIMD格式数据。

参见图9，介绍本发明调制方法的下述具体操作步骤：

步骤1，根据输入的调制参数k判断要进行的调制模式：

当k=1时，选取二相相移键控调制BPSK（Binary Phase Shift Keying）；

当k=2时，选取四相相移键控调制QPSK（Quadrature Phase Shift Keying）；

当k>2时，选取2^k正交幅度调制2^k-QAM（Quadrature AmplitudeModulation），其中，k为大于2的偶数自然数。

步骤2，根据下述三种不同的调制方式，执行相应的调制操作内容：

（2A）当调制方式为BPSK时，执行高速二相相移键控调制BPSK调制方法；此时，需要设置1个输入比特信息流B₀，并对其执行并行的“映射”SIMD指令，完成下述调制操作内容：

依次对B₀中的s个SIMD封装数据分别执行“映射”SIMD指令，该“映射”SIMD指令的X输入的SIMD封装数据为：

其中，r为执行“映射”SIMD指令的操作次数序号，其取值范围为[0,s-1]；“映射”SIMD指令的Y输入的SIMD封装数据为：-1,1,0,...,0；完成该“映射”SIMD指令操作后，得到的输出Z为最终输出数据流中的I路输出：I_rM+0,I_rM+1,...,I_rM+M-1，而最终输出数据流中的Q路输出为全0。

（2B）当调制方式为QPSK时，执行高速四相相移键控调制QPSK调制方法；此时，需要设置2个输入比特信息流B₀和B₁，并分别对其执行并行的“映射”SIMD指令，完成下述调制操作内容：

（21）依次对B₀中的s个SIMD封装数据分别执行“映射”SIMD指令，该“映射”SIMD指令的X输入的SIMD封装数据为：其中，u为执行“映射”SIMD指令的操作次数序号，其取值范围为[0,s-1]；“映射”SIMD指令的Y输入的SIMD封装数据为：-1,1,0,...,0；则完成该“映射”SIMD指令操作后，得到的输出Z为最终输出数据流中的I路输出：I_uM+0,I_uM+1,...,I_uM+M-1。

（22）依次对B₁中的s个SIMD封装数据分别执行“映射”SIMD指令，该“映射”SIMD指令的X输入的SIMD封装数据为：

其中，v为执行“映射”SIMD指令的操作次数序号，其取值范围为[0,s-1]；“映射”SIMD指令的Y输入的SIMD封装数据为：-1,1,0,...,0；则完成该“映射”SIMD指令操作后，得到的输出Z为最终输出数据流中的Q路输出：Q_vM+0,Q_vM+1,...,Q_vM+M-1。

（2C）当调制方式为任意的2^k-QAM时，执行高速正交振幅调制QAM调制方法；当k=2n时，需要设置2n个输入比特信息流B₀,B₁,B₂,...,B_2n-1，并分别对其执行并行的“映射”SIMD指令，完成下述调制操作内容：

（2a）依次对B₀中的s个SIMD封装数据分别执行“映射”SIMD指令，该“映射”SIMD指令的X输入的SIMD封装数据为：

其中，w为执行“映射”SIMD指令的操作次数序号，其取值范围为[0,s-1]；“映射”SIMD指令的Y输入的SIMD封装数据为：-1,1,0,...,0；则完成该“映射”SIMD指令后，得到的输出Z为第一中间数据流：

（2b）分别对输入比特信息流B₁,B₂,...,B_n-2中每个输入比特信息流的s个SIMD封装数据执行“映射”SIMD指令，该“映射”SIMD指令的X输入的SIMD封装数据为：

其中，y为执行“映射”SIMD指令的操作次数序号，其取值范围为[0,s-1]；z为输入比特信息流序号，其取值范围为[1,n-2]；“映射”SIMD指令的Y输入的SIMD封装数据为：1,-1,0,...,0；则完成该“映射”SIMD指令后，得到的输出Z为第一中间数据流：

（2c）依次对B_n-1中的s个SIMD封装数据分别执行“映射”SIMD指令，该“映射”SIMD指令的X输入的SIMD封装数据为：其中，f为执行“映射”SIMD指令的操作次数序号，其取值范围为[0,s-1]；“映射”SIMD指令的Y输入的SIMD封装数据为：2,0,...,0；则完成该“映射”SIMD指令后，得到的输出Z为第一中间数据流：

（2d）依次对B_n中的s个SIMD封装数据分别执行“映射”SIMD指令，该“映射”SIMD指令的X输入的SIMD封装数据为：其中，g为执行“映射”SIMD指令的操作次数序号，其取值范围为[0,s-1]；“映射”SIMD指令的Y输入的SIMD封装数据为：-1,1,0,...,0；则完成该“映射”SIMD指令后，得到的输出Z为第一中间数据流：

（2e）分别对B_n+1,B_n+2,...,B_2n-2中每个输入比特信息流的s个SIMD封装数据执行“映射”SIMD指令，该“映射”SIMD指令的X输入的SIMD封装数据为：

其中，l为执行“映射”SIMD指令的操作次数序号，其取值范围为[0,s-1]；h为输入比特信息流序号，其取值范围为：[n+1,2n-2]；“映射”SIMD指令的Y输入的SIMD封装数据为：1,-1,0,...,0；则完成该“映射”SIMD指令后，得到的输出Z为第一中间数据流：

（2f）依次对B_2n-1中的s个SIMD封装数据分别执行“映射”SIMD指令，该“映射”SIMD指令的X输入的SIMD封装数据为：

其中，c为执行“映射”SIMD指令的操作次数序号，其取值范围为：[0,s-1]；“映射”SIMD指令的Y输入的SIMD封装数据为：2,0,...,0；则完成该“映射”SIMD指令后，得到的输出Z为第一中间数据流：

（2g）依次对第一中间数据流F_n-1和F_n-2的s个SIMD封装数据分别执行“异或”SIMD指令，该“异或”SIMD指令的X输入的SIMD封装数据为：

其中，e为执行“异或”SIMD指令的操作次数序号，其取值范围为：[0,s-1]；“异或”SIMD指令的Y输入的SIMD封装数据为：

则完成该“异或”SIMD指令后，得到的输出Z为第二中间数据流：G_eM+0,G_eM+1,...,G_eM+M-1。

（2h）循环执行下述操作：使用第二中间数据流G更新第三中间数据流H，再使用更新后的第三中间数据流H和第一中间数据流F_n-3-W执行异或SIMD指令，将其运算结果反馈给新的第二中间数据流G，其中，W为循环操作次数序号，其取值范围是：[0,n-4]，且呈递增趋势变化：

先对第二中间数据流G中的s个SIMD封装数据分别执行“加”SIMD指令，该“加”SIMD指令的X输入的SIMD封装数据为：G_jM+0,G_jM+1,...,G_jM+M-1，其中，j为执行“加”SIMD指令的操作次数序号，其取值范围为：[0,s-1]；“加”SIMD指令的Y输入的SIMD封装数据为：2^W+2-1,2^W+2-1,2^W+2-1,...,2^W+2-1；则完成该“加”SIMD指令后，得到的输出Z为新的第三中间数据流：H_jM+0,H_jM+1,...,H_jM+M-1。

再对该新的第三中间数据流H和第一中间数据流F_n-3-W中的s个SIMD封装数据分别执行“异或”SIMD指令，该“异或”SIMD指令的X输入的SIMD封装数据为：H_mM+0,H_mM+1,...,H_mM+M-1，其中，m为执行“异或”SIMD指令的操作次数序号，其取值范围为：[0,s-1]；“异或”SIMD指令的Y输入的SIMD封装数据为：

则完成该“异或”SIMD指令后，得到的输出Z为新的第二中间数据流：G_mM+0,G_mM+1,...,G_mM+M-1。

（2i）对步骤（2h）得到的第二中间数据流中的s个SIMD封装数据分别执行“加”SIMD指令，该“加”SIMD指令的X输入的SIMD封装数据为：G_oM+0,G_oM+1,...,G_oM+M-1，其中，o为执行“加”SIMD指令的操作次数序号，其取值范围为：[0,s-1]；“加”SIMD指令的Y输入的SIMD封装数据为：2^n-1-1,2^n-1-1,2^n-1-1,...,2^n-1-1；则完成该“加”SIMD指令后，得到的输出Z为新的第三中间数据流：H_oM+0,H_oM+1,...,H_oM+M-1。

（2j）对该新的第三中间数据流H和第一中间数据流F₀的s个SIMD封装数据分别执行“异或”SIMD指令，该“异或”SIMD指令的X输入的SIMD封装数据为：H_pM+0,H_pM+1,...,H_pM+M-1，其中，p为执行“异或”SIMD指令的操作次数序号，其取值范围为：[0,s-1]；“异或”SIMD指令的Y输入的SIMD封装数据为：

则完成该“异或”SIMD指令后，得到的输出Z为最终输出数据流中的I路输出：I_pM+0,I_pM+1,...,I_pM+M-1。

（2k）依次对第一中间数据流F_2n-1和F_2n-2中的s个SIMD封装数据分别执行“异或”SIMD指令，该“异或”SIMD指令的X输入的SIMD封装数据为：

其中，q为执行“异或”SIMD指令的操作次数序号，其取值范围为：[0,s-1]；“异或”SIMD指令的Y输入的SIMD封装数据为：

则完成该“异或”SIMD指令后，得到的输出Z为第二中间数据流：G_qM+0,G_qM+1,...,G_qM+M-1。

（2l）循环执行下述操作：使用第二中间数据流G更新第三中间数据流H，再使用更新后的第三中间数据流H和第一中间数据流F_2n-3-A执行异或SIMD指令，将其运算结果反馈给新的第二中间数据流G，其中，A为循环操作次数序号，其取值范围是：[0,n-4]，且呈递增趋势变化。

先对第二中间数据流G中的s个SIMD封装数据分别执行“加”SIMD指令，该“加”SIMD指令的X输入的SIMD封装数据为：G_DM+0,G_DM+1,...,G_DM+M-1，其中，D为执行“加”SIMD指令的操作次数序号，其取值范围为[0,s-1]；“加”SIMD指令的Y输入的SIMD封装数据为：2^A+2-1,2^A+2-1,2^A+2-1,...,2^A+2-1；则完成该“加”SIMD指令后，得到的输出Z为新的第三中间数据流：H_DM+0,H_DM+1,...,H_DM+M-1。

再对该新的第三中间数据流H和第一中间数据流F_2n-3-A中的s个SIMD封装数据分别执行“异或”SIMD指令，该“异或”SIMD指令的X输入的SIMD封装数据为：H_JM+0,H_JM+1,...,H_JM+M-1，其中，J为执行“异或”SIMD指令的操作次数序号，其取值范围为[0,s-1]；“异或”SIMD指令的Y输入的SIMD封装数据为：

则完成该“异或”SIMD指令后，得到的输出Z为新的第二中间数据流：G_JM+0,G_JM+1,...,G_JM+M-1。

（2m）对步骤（2l）得到的第二中间数据流G中的s个SIMD封装数据分别执行“加”SIMD指令，该“加”SIMD指令的X输入的SIMD封装数据为：G_KM+0,G_KM+1,...,G_KM+M-1，其中，K为执行“加”SIMD指令的操作次数序号，其取值范围为：[0,s-1]；“加”SIMD指令的Y输入的SIMD封装数据为：2^n-1-1,2^n-1-1,2^n-1-1,...,2^n-1-1；则完成该“加”SIMD指令后，得到的输出Z为新的第三中间数据流：H_KM+0,H_KM+1,...,H_KM+M-1。

（2n）对该新的第三中间数据流H和第一中间数据流F_n中的s个SIMD封装数据分别执行“异或”SIMD指令，该“异或”SIMD指令的X输入的SIMD封装数据为：H_LM+0,H_LM+1,...,H_LM+M-1，其中，L为执行“异或”SIMD指令的操作次数序号，其取值范围为：[0,s-1]，“异或”SIMD指令的Y输入的SIMD封装数据为：

则完成该“异或”SIMD指令后，得到的输出Z为最终输出数据流中的Q路输出：Q_LM+0,Q_LM+1,...,Q_LM+M-1。

本发明已经进行了多次实施试验，试验场景参数如下：在

Core^TMi7-3610QM、主频为2.3GHz的CPU上进行传统的查表法和本发明高速通用调制方法的测试，并对处理217个输入比特信息的调制所需要的时间进行比较：

BPSK调制：传统查表方法耗费了3185微秒，本发明方法耗费了225微秒；

QPSK调制：传统查表方法耗费了2863微秒，本发明方法耗费了197微秒；

16-QAM调制：传统查表方法耗费了592微秒，本发明方法耗费了70微秒；

64-QAM调制：传统查表方法耗费了379微秒，本发明方法耗费了55微秒。因此，从速度上来看，本发明较传统的查表方法有了显著提高，而且，本发明的调制方法不需要预先存储调制映射数组。

因此，本发明实施例验证了该基于GPP和SIMD技术的高速调制方法的良好性能，实验结果是成功的，实现了发明目的。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (5)

1.一种基于通用处理器GPP和单指令多数据流SIMD技术的高速调制方法，其特征在于：首先设置调制参数k和k个输入比特信息流B₀,B₁,...,B_k-1，其中，每个输入比特信息流各自包含t个输入比特信息，用于进行调制生成t个星座点：即输出的t个调制后星座点坐标的I路实部数据和Q路虚部数据；然后，根据不同的调制系数k采取相应的不同处理方式：先将各路输入的比特信息分别进行并行的“映射”操作，再使用并行的“加”或“异或”操作，将各路映射后的比特信息结合在一起，产生I路和Q路输出；式中，k和t均为自然数，且t=M×s，自然数M和s分别是SIMD封装数据的长度和个数；为k个输入比特信息流中的任意一个比特信息，其涵义是第a个输入比特信息流中的第d个比特信息，a和d的取值范围分别为[0,k-1]和[0,t-1]；在序号为a的输入比特信息流B_a中，存储有产生每个星座点所对应的比特信息序列中的第a个比特信息，且

而且，每个输入比特信息流的第d个比特信息构成的信息序列

就是产生第d个星座点的I路和Q路的输出所对应的比特信息序列；其中，I路输出为I₀,I₁,...,I_t-1，Q路输出为Q₀,Q₁,...,Q_t-1；然后，将k个字长为t的输入比特信息流分别封装成为s个字长为M的SIMD格式数据。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述方法包括下列操作步骤：

步骤1，根据输入的调制参数k判断要进行的调制模式：

当k=1时，选取二相相移键控调制BPSK（Binary Phase Shift Keying）；

当k=2时，选取四相相移键控调制QPSK（Quadrature Phase Shift Keying）；

当k>2时，选取2^k正交幅度调制2^k-QAM（Quadrature AmplitudeModulation），其中，k为大于2的偶数自然数；

步骤2，根据不同的调制方式，执行相应的调制操作内容：

当调制方式为BPSK时，执行高速二相相移键控调制BPSK调制方法；

当调制方式为QPSK时，执行高速四相相移键控调制QPSK调制方法；

当调制方式为任意的2^k-QAM时，执行高速正交振幅调制QAM调制方法。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述步骤2在执行高速BPSK调制方法时，需要设置1个输入比特信息流B₀，并对其执行并行的“映射”SIMD指令，完成下述调制操作内容：

依次对B₀中的s个SIMD封装数据分别执行“映射”SIMD指令，该“映射”SIMD指令的X输入的SIMD封装数据为：其中，r为执行“映射”SIMD指令的操作次数序号，其取值范围为[0,s-1]；“映射”SIMD指令的Y输入的SIMD封装数据为：-1,1,0,...,0；完成该“映射”SIMD指令操作后，得到的输出Z为最终输出数据流中的I路输出：I_rM+0,I_rM+1,...,I_rM+M-1，而最终输出数据流中的Q路输出为全0。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述步骤2在执行高速QPSK调制方法时，需要设置2个输入比特信息流B₀和B₁，并分别对其执行并行的“映射”SIMD指令，完成下述调制操作内容：

（21）依次对B₀中的s个SIMD封装数据分别执行“映射”SIMD指令，该“映射”SIMD指令的X输入的SIMD封装数据为：

其中，u为执行“映射”SIMD指令的操作次数序号，其取值范围为[0,s-1]；“映射”SIMD指令的Y输入的SIMD封装数据为：-1,1,0,...,0；则完成该“映射”SIMD指令操作后，得到的输出Z为最终输出数据流中的I路输出：I_uM+0,I_uM+1,...,I_uM+M-1；

（22）依次对B₁中的s个SIMD封装数据分别执行“映射”SIMD指令，该“映射”SIMD指令的X输入的SIMD封装数据为：

其中，v为执行“映射”SIMD指令的操作次数序号，其取值范围为[0,s-1]；“映射”SIMD指令的Y输入的SIMD封装数据为：-1,1,0,...,0；则完成该“映射”SIMD指令操作后，得到的输出Z为最终输出数据流中的Q路输出：Q_vM+0,Q_vM+1,...,Q_vM+M-1。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述步骤2在执行高速QAM调制方法、且k=2n时，需要设置2n个输入比特信息流B₀,B₁,B₂,...,B_2n-1，并分别对其执行并行的“映射”SIMD指令，完成下述调制操作内容：

（2a）依次对B₀中的s个SIMD封装数据分别执行“映射”SIMD指令，该“映射”SIMD指令的X输入的SIMD封装数据为：

其中，w为执行“映射”SIMD指令的操作次数序号，其取值范围为[0,s-1]；“映射”SIMD指令的Y输入的SIMD封装数据为：-1,1,0,...,0；则完成该“映射”SIMD指令后，得到的输出Z为第一中间数据流：

（2b）分别对输入比特信息流B₁,B₂,...,B_n-2中每个输入比特信息流的s个SIMD封装数据执行“映射”SIMD指令，该“映射”SIMD指令的X输入的SIMD封装数据为：

其中，y为执行“映射”SIMD指令的操作次数序号，其取值范围为[0,s-1]；z为输入比特信息流序号，其取值范围为[1,n-2]；“映射”SIMD指令的Y输入的SIMD封装数据为：1,-1,0,...,0；则完成该“映射”SIMD指令后，得到的输出Z为第一中间数据流：

（2c）依次对B_n-1中的s个SIMD封装数据分别执行“映射”SIMD指令，该“映射”SIMD指令的X输入的SIMD封装数据为：

其中，f为执行“映射”SIMD指令的操作次数序号，其取值范围为[0,s-1]；“映射”SIMD指令的Y输入的SIMD封装数据为：2,0,...,0；则完成该“映射”SIMD指令后，得到的输出Z为第一中间数据流：

（2d）依次对B_n中的s个SIMD封装数据分别执行“映射”SIMD指令，该“映射”SIMD指令的X输入的SIMD封装数据为：

其中，g为执行“映射”SIMD指令的操作次数序号，其取值范围为[0,s-1]；“映射”SIMD指令的Y输入的SIMD封装数据为：-1,1,0,...,0；则完成该“映射”SIMD指令后，得到的输出Z为第一中间数据流：

（2e）分别对B_n+1,B_n+2,...,B_2n-2中每个输入比特信息流的s个SIMD封装数据执行“映射”SIMD指令，该“映射”SIMD指令的X输入的SIMD封装数据为：

其中，l为执行“映射”SIMD指令的操作次数序号，其取值范围为[0,s-1]；h为输入比特信息流序号，其取值范围为：[n+1,2n-2]；“映射”SIMD指令的Y输入的SIMD封装数据为：1,-1,0,...,0；则完成该“映射”SIMD指令后，得到的输出Z为第一中间数据流：

（2f）依次对B_2n-1中的s个SIMD封装数据分别执行“映射”SIMD指令，该“映射”SIMD指令的X输入的SIMD封装数据为：其中，c为执行“映射”SIMD指令的操作次数序号，其取值范围为：[0,s-1]；“映射”SIMD指令的Y输入的SIMD封装数据为：2,0,...,0；则完成该“映射”SIMD指令后，得到的输出Z为第一中间数据流：

（2g）依次对第一中间数据流F_n-1和F_n-2的s个SIMD封装数据分别执行“异或”SIMD指令，该“异或”SIMD指令的X输入的SIMD封装数据为：

其中，e为执行“异或”SIMD指令的操作次数序号，其取值范围为：[0,s-1]；“异或”SIMD指令的Y输入的SIMD封装数据为：则完成该“异或”SIMD指令后，得到的输出Z为第二中间数据流：G_eM+0,G_eM+1,...,G_eM+M-1；

（2h）循环执行下述操作：使用第二中间数据流G更新第三中间数据流H，再使用更新后的第三中间数据流H和第一中间数据流F_n-3-W执行异或SIMD指令，将其运算结果反馈给新的第二中间数据流G，其中，W为循环操作次数序号，其取值范围是：[0,n-4]，且呈递增趋势变化：

先对第二中间数据流G中的s个SIMD封装数据分别执行“加”SIMD指令，该“加”SIMD指令的X输入的SIMD封装数据为：G_jM+0,G_jM+1,...,G_jM+M-1，其中，j为执行“加”SIMD指令的操作次数序号，其取值范围为：[0,s-1]；“加”SIMD指令的Y输入的SIMD封装数据为：2^W+2-1,2^W+2-1,2^W+2-1,...,2^W+2-1；则完成该“加”SIMD指令后，得到的输出Z为新的第三中间数据流：H_jM+0,H_jM+1,...,H_jM+M-1；

再对该新的第三中间数据流H和第一中间数据流F_n-3-W中的s个SIMD封装数据分别执行“异或”SIMD指令，该“异或”SIMD指令的X输入的SIMD封装数据为：H_mM+0,H_mM+1,...,H_mM+M-1，其中，m为执行“异或”SIMD指令的操作次数序号，其取值范围为：[0,s-1]；“异或”SIMD指令的Y输入的SIMD封装数据为：

则完成该“异或”SIMD指令后，得到的输出Z为新的第二中间数据流：G_mM+0,G_mM+1,...,G_mM+M-1；

（2i）对步骤（2h）得到的第二中间数据流中的s个SIMD封装数据分别执行“加”SIMD指令，该“加”SIMD指令的X输入的SIMD封装数据为：G_oM+0,G_oM+1,...,G_oM+M-1，其中，o为执行“加”SIMD指令的操作次数序号，其取值范围为：[0,s-1]；“加”SIMD指令的Y输入的SIMD封装数据为：2^n-1-1,2^n-1-1,2^n-1-1,...,2^n-1-1；则完成该“加”SIMD指令后，得到的输出Z为新的第三中间数据流：H_oM+0,H_oM+1,...,H_oM+M-1；

（2j）对该新的第三中间数据流H和第一中间数据流F₀的s个SIMD封装数据分别执行“异或”SIMD指令，该“异或”SIMD指令的X输入的SIMD封装数据为：H_pM+0,H_pM+1,...,H_pM+M-1，其中，p为执行“异或”SIMD指令的操作次数序号，其取值范围为：[0,s-1]；“异或”SIMD指令的Y输入的SIMD封装数据为：

则完成该“异或”SIMD指令后，得到的输出Z为最终输出数据流中的I路输出：I_pM+0,I_pM+1,...,I_pM+M-1；

（2k）依次对第一中间数据流F_2n-1和F_2n-2中的s个SIMD封装数据分别执行“异或”SIMD指令，该“异或”SIMD指令的X输入的SIMD封装数据为：其中，q为执行“异或”SIMD指令的操作次数序号，其取值范围为：[0,s-1]；“异或”SIMD指令的Y输入的SIMD封装数据为：

则完成该“异或”SIMD指令后，得到的输出Z为第二中间数据流：G_qM+0,G_qM+1,...,G_qM+M-1；

（2l）循环执行下述操作：使用第二中间数据流G更新第三中间数据流H，再使用更新后的第三中间数据流H和第一中间数据流F_2n-3-A执行异或SIMD指令，将其运算结果反馈给新的第二中间数据流G，其中，A为循环操作次数序号，其取值范围是：[0,n-4]，且呈递增趋势变化：

先对第二中间数据流G中的s个SIMD封装数据分别执行“加”SIMD指令，该“加”SIMD指令的X输入的SIMD封装数据为：G_DM+0,G_DM+1,...,G_DM+M-1，其中，D为执行“加”SIMD指令的操作次数序号，其取值范围为[0,s-1]；“加”SIMD指令的Y输入的SIMD封装数据为：2^A+2-1,2^A+2-1,2^A+2-1,...,2^A+2-1；则完成该“加”SIMD指令后，得到的输出Z为新的第三中间数据流：H_DM+0,H_DM+1,...,H_DM+M-1；

再对该新的第三中间数据流H和第一中间数据流F_2n-3-A中的s个SIMD封装数据分别执行“异或”SIMD指令，该“异或”SIMD指令的X输入的SIMD封装数据为：H_JM+0,H_JM+1,...,H_JM+M-1，其中，J为执行“异或”SIMD指令的操作次数序号，其取值范围为[0,s-1]；“异或”SIMD指令的Y输入的SIMD封装数据为：

则完成该“异或”SIMD指令后，得到的输出Z为新的第二中间数据流：G_JM+0,G_JM+1,...,G_JM+M-1；

（2m）对步骤（2l）得到的第二中间数据流G中的s个SIMD封装数据分别执行“加”SIMD指令，该“加”SIMD指令的X输入的SIMD封装数据为：G_KM+0,G_KM+1,...,G_KM+M-1，其中，K为执行“加”SIMD指令的操作次数序号，其取值范围为：[0,s-1]；“加”SIMD指令的Y输入的SIMD封装数据为：2^n-1-1,2^n-1-1,2^n-1-1,...,2^n-1-1；则完成该“加”SIMD指令后，得到的输出Z为新的第三中间数据流：H_KM+0,H_KM+1,...,H_KM+M-1；

（2n）对该新的第三中间数据流H和第一中间数据流F_n中的s个SIMD封装数据分别执行“异或”SIMD指令，该“异或”SIMD指令的X输入的SIMD封装数据为：H_LM+0,H_LM+1,...,H_LM+M-1，其中，L为执行“异或”SIMD指令的操作次数序号，其取值范围为：[0,s-1]，“异或”SIMD指令的Y输入的SIMD封装数据为：

则完成该“异或”SIMD指令后，得到的输出Z为最终输出数据流中的Q路输出：Q_LM+0,Q_LM+1,...,Q_LM+M-1。

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