CN104753843A - 一种基于h12qam调制的非二进制通信系统及通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于H12QAM调制的非二进制通信系统及通信方法，其包括数据分组模块，缓存模块，二进制三进制转换模块，编码模块，数据交织模块和调制模块；缓存模块包括二进制数据缓存模块和三进制数据缓存模块。与现有技术相比较本发明的有益效果在于：本发明结合H12QAM非二进制编码及基于六边形的调制，提出一种基于H12QAM调制的非二进制通信系统及通信方法，能够充分利用H12QAM六边形调制星座图的优势，提高系统吞吐量，降低每比特能量消耗。

Description

一种基于H12QAM调制的非二进制通信系统及通信方法

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种基于H12QAM调制的非二进制通信系统及通信方法。

背景技术

现有技术中，已有的基于四象限幅度调制(Quadrature Amplitude Modulation，QAM)的通信系统通常使用二进制编码调制，其主要原因有两个，一是易于实现，二是主流的信息处理系统是基于二进制的。对于QAM系统而言，其调制解调星座图可以看做是对二维信号平面的划分。在传统的QAM系统里，相当于是利用矩形对二维信号平面进行划分。然而，众所周知，对二维平面最有效的划分是六边形而不是矩形。因此，基于六边形划分设计得到的QAM星座图，其性能优于基于矩形划分设计得到的星座图。但是，六边形划分引入的一个问题就是其星座点数目不是二的整次幂，因此不能很好的兼容已有的二进制通信系统。

现有的针对这一问题已有的解决方案主要有两种，一是直接将编码后的二进制序列转换成三进制(三进制二进制混合)序列，但是这种方法会引起所谓的差错扩散问题，反而使得系统误码率升高；另一种方案即放弃部分基于六边形划分的QAM星座图中的星座点，强行使之兼容主流二进制通信系统，但是这一方案反而会使基于六边形的QAM星座设计效率低于传统的QAM星座设计。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于H12QAM调制的非二进制通信系统及其通信方法，能够充分利用H12QAM六边形的星座图的优势。

本发明提供一种基于H12QAM调制的非二进制通信系统，其包括数据分组模块，缓存模块，二进制三进制转换模块，编码模块，数据交织模块和调制模块；所述缓存模块包括二进制数据缓存模块和三进制数据缓存模块；

所述数据分组模块，用于对待处理数据进行分组，将需要二进制传输的二进制数据存储在所述二进制数据缓存模块中；将需要三进制传输的二进制数据或三进制数据发送至所述二进制/三进制转换模块中；

所述二进制数据缓存模块，用于存储所述需要二进制传输的数据；

所述二进制三进制转换模块，用于将所述需要三进制传输的数据中的二进制数据转化为三进制数据，并将所述转化后的数据存储至三进制数据缓存模块；

所述编码模块对所述二进制数据或三进制数据进行编码，将编码后的数据传输至数据交织模块中；

所述数据交织模块，用于对所述编码后的数据进行交织；

所述调制模块，用于对所述交织后的数据进行基于H12QAM的调制。

进一步地，所述编码模块包括二进制编码模块和三进制编码模块，所述二进制编码模块对所述二进制数据缓存模块中的二进制数据进行编码；所述三进制编码模块，对所述三进制数据缓存模块中的三进制数据进行编码。

进一步地，所述三进制编码模块中，包括一三进制卷积编码器，所述三进制卷积编码器包括四个移位寄存器和两个加法器；

输入信号为u，则输出的两个信号v1、v2分别为

V1＝u*1+u_-1*1+u_-2*2+u_-3*2+u_-4*1；

V2＝u*2+u_-2*2+u_-2*1+u_-3*1；

其中，加号为以3为基的伽罗华域加法运算，乘号表示以3为基的伽罗华域乘法运算。

进一步地，所述调制模块中每一个H12QAM符号所能承载的信息量为2bit和1trit。

本发明还提供一种基于H12QAM调制的非二进制通信系统的通信方法，包括

步骤a，对待处理数据进行分组，将需要二进制传输的二进制数据存储在所述二进制数据缓存模块中；将需要三进制传输的二进制数据或三进制数据发送至所述二进制三进制转换模块中；

步骤b，将所述需要三进制传输的数据中的二进制数据转化为三进制数据，并将所述转化后的数据存储至三进制数据缓存模块；

步骤c，对所述二进制数据或三进制数据进行编码，并将编码后的数据传输至数据交织模块中；

步骤d，对所述编码后的数据进行交织；

步骤e，对所述交织后的数据进行基于H12QAM的调制。

较佳的，所述步骤a中，

所述需要二进制传输的二进制数据为：待处理数据*2bit/(2bit+1trit)；

所述需要三进制传输的二进制数据或三进制数据为：待处理数据*1trit/(2bit+1trit)。

与现有技术相比较本发明的有益效果在于：本发明结合H12QAM的非二进制编码及基于六边形的调制，提出一种基于H12QAM调制的非二进制通信系统及通信方法，能够充分利用H12QAM六边形调制星座图的优势，提高系统吞吐量，降低每比特能量消耗。

附图说明

图1为本发明H12QAM调制的六边型星座图；

图2为本发明基于H12QAM调制的非二进制通信系统的结构示意图；

图3为本发明基于H12QAM调制的非二进制通信系统的编码器示意图；

图4为本发明基于H12QAM调制的非二进制通信系统的通信方法流程图。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

图1为本发明H12QAM调制六边型星座图，请参阅图1，基于六边形的调制星座点设计，在本发明中，基于六边形二维信号划分进行星座图设计，星座点是以六边形的方式划分的，因此在相同的平均能量下可以容纳更多的星座点，故而每个符号所承载的信息量相较于传统的基于矩形划分的星座点设计更多。由于六边形调制的星座图中所包含的星座点数可能不是2的整次幂，因此每个六边形调制符号所传递的信息量不一定是bit的整数倍，因此我们引入trit的概念，1trit约等于1.57bit。图1中的基于六边形星座图设计为例，H12QAM调制中，每个符号能够传递的信息量为：2bit+1trit。

图2为本发明基于H12QAM调制的非二进制通信系统的结构示意图，请参阅图2，包括数据分组模块1，缓存模块，二进制三进制转换模块31，编码模块，数据交织模块4和调制模块5；

数据分组模块1，用于对待处理数据进行分组，将需要二进制传输的二进制数据存储在所述二进制数据缓存模块21中；将需要三进制传输的二进制数据或三进制数据发送至所述二进制三进制转换模块31中；

其中，待处理数据可以看作是一串比特数据流，可以按照选用的调制方式将比特流的数据按比例分为传统的bit传输和新的trit传输。需要二进制传输的二进制数据为：待处理数据*2bit/(2bit+1trit)；需要三进制传输的二进制数据或三进制数据为：待处理数据*1trit/(2bit+1trit)。在H12QAM调制中，2bit+1trit，则有1.57/3.57的bit数据会传输至二进制三进制转换模块31中，2/3.57的数据则传输至二进制数据缓存模块21中。

缓存模块为了协同应用数据流与下层数据处理模块之间处理速度不同引入的，可以将待发送数据暂时缓存；缓存模块包括二进制数据缓存模块21和三进制数据缓存模块31；

所述二进制数据缓存模块21，用于存储所述需要二进制传输的数据；

二进制三进制转换模块31，用于将所述需要三进制传输的数据中的二进制数据转化为三进制数据；并将所述转化后的数据存储至三进制数据缓存模块31中。其中，需要三进制传输的比特流首先要经过bit/trit转换，将bit流转换为trit流以方便后续操作的顺利进行，这里为了权衡效率与性能之间的关系，可以采用查表的方法将11bit的二进制数据转换为7trit的三进制数据，即11个bit转为7个trit。

上述转换具体的依据为，按照香农对信息的度量1bit＝log22，因此一个trit可以传递1trit＝log23＝1.58bit(约等)。这种信息转换是有冗余，即无法无损的将特定长度的bit数据转换为整数个的trit数据，故而在这里我们将bit流截为11个bit一个单元进行转换，这是效率和性能的一个平衡，因为在理论上无限长的bit流可以无损的转为无限长的trit流，但无法实现。11个bit的信息量是11bit，7个trit的信息量是11*log23＝11.09bit，引入的冗余小于0.1/11＝0.8％。其转换是这样进行的，首先将11bit的二进制数转换为十进制数，然后将该十进制数转换为7位3进制数即可，例如(10101101110)2＝(1390)10＝(1220111)3；或者也可以记录这样的转换，建立一张转换表进行转换。

编码模块对所述二进制数据或三进制数据进行编码，将编码后的数据传输至数据交织模块4中；编码模块包括二进制编码模块22和三进制编码模块33，所述二进制编码模块22对所述二进制数据缓存模块21中的二进制数据进行编码；所述三进制编码模块33，对所述三进制数据缓存模块32中的三进制数据进行编码。

数据交织模块4，用于对所述编码后的数据进行交织。数据交织的目的是为了防止信道的突变，即利用伪随机数进行，这里的伪随机数是收发机双发事先约定的，随机的将数据之间的顺序打乱。

调制模块5，用于对交织后的数据基于六边形星座图进行调制。也就是通过调制模块将编码后的数据调制到基于六边形的星座图星座点上去。

图3为本发明基于H12QAM调制的非二进制通信系统的编码器示意图，请参阅图3，其中，在三进制编码模块中，包括一个码率为1/2的三进制卷积编码器，包括四个移位寄存器和两个加法器；在码率为1/2的三进制卷积编码器中，输入一个符号，输出两个符号，通过发送冗余信息达到纠错的目的。其中方格表示移位寄存器，即输入数据逐步的向右移位，数字(1，2)表示的是该位的权重，输入信号为u，则输出的两个信号v1、v2分别为：

V1＝u*1+u_-1*1+u_-2*2+u_-3*2+u_-4*1

V2＝u*2+u_-2*2+u_-2*1+u_-3*1

其中，加号为以3为基的伽罗华域加法运算，

加法表示的是GF(3)(以3为基的伽罗华域)里的操作，其定义如下：

0+0＝0 1+0＝1 2+0＝2

0+1＝0 1+1＝2 2+1＝0

0+2＝2 1+2＝0 2+2＝1

即代数相加然后对3取模。其中，乘号表示以3为基的伽罗华域乘法运算，即

0*0＝0 1*0＝0 2*0＝0

0*1＝0 1*1＝1 2*1＝2

0*2＝0 1*2＝2 2*2＝1

即可代数相乘，对3取模。在此基础上，我们就可以求出相应的编码序列，此时的到的是1/2码率的卷积码，

在1/2码率卷积码的基础上，可以通过“打孔”实现2/3或3/4码率的差错控制编码，对应于不同强度的保护需求。这里说的打孔是指对编码后的数据，按照一定的规则去掉其中几个特定的比特，这样就相当于缩减了编码后的数据长度，可以更加灵活平衡编码冗余与保护强度。

图4为本发明基于H12QAM调制的非二进制通信系统的方法流程图，请参阅图4，其与图2中个模块相对应，包括

步骤a，对待处理数据进行分组，将需要二进制传输的二进制数据存储在所述二进制数据缓存模块中；将需要三进制传输的二进制数据或三进制数据发送至所述二进制三进制转换模块中；

其中，待处理数据可以看作是一串比特数据流，可以按照选用的调制方式将比特流的数据按比例分为二进制bit传输和trit传输。

步骤b，将所述需要三进制传输的数据中的二进制数据转化为三进制数据，并将所述转化后的数据存储至三进制数据缓存模块；

其中，需要三进制传输的比特流首先要经过bit/trit转换，将bit流转换为trit流以方便后续操作的顺利进行，这里为了权衡效率与性能之间的关系，可以采用查表的方法将11bit的二进制数据转换为7trit的三进制数据，即11个bit转为7个trit。

步骤c，对所述二进制数据或三进制数据进行编码，并将编码后的数据传输至数据交织模块中；

步骤d，对所述编码后的数据进行交织；

步骤e，对所述交织后的数据进行基于H12QAM的调制。

本发明结合H12QAM的非二进制编码及基于六边形的调制，提出一种基于H12QAM调制的非二进制通信系统及通信方法，能够充分利用H12QAM六边形调制星座图的优势，提高系统吞吐量，降低每比特能量消耗。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于H12QAM调制的非二进制通信系统，其特征是，其包括数据分组模块，缓存模块，二进制三进制转换模块，编码模块，数据交织模块和调制模块；所述缓存模块包括二进制数据缓存模块和三进制数据缓存模块；

所述数据分组模块，用于对待处理数据进行分组，将需要二进制传输的二进制数据存储在所述二进制数据缓存模块中；将需要三进制传输的二进制数据或三进制数据发送至所述二进制/三进制转换模块中；

所述二进制数据缓存模块，用于存储所述需要二进制传输的数据；

所述二进制三进制转换模块，用于将所述需要三进制传输的数据中的二进制数据转化为三进制数据，并将所述转化后的数据存储至三进制数据缓存模块；

所述编码模块对所述二进制数据或三进制数据进行编码，将编码后的数据传输至数据交织模块中；

所述数据交织模块，用于对所述编码后的数据进行交织；

所述调制模块，用于对所述交织后的数据进行基于H12QAM的调制。

2.根据权利要求1所述的基于H12QAM调制的非二进制通信系统，其特征是，

所述编码模块包括二进制编码模块和三进制编码模块，所述二进制编码模块对所述二进制数据缓存模块中的二进制数据进行编码；所述三进制编码模块，对所述三进制数据缓存模块中的三进制数据进行编码。

3.根据权利要求2所述的基于H12QAM调制的非二进制通信系统，其特征是，所述三进制编码模块中，包括一三进制卷积编码器，所述三进制卷积编码器包括四个移位寄存器和两个加法器；

输入信号为u，则输出的两个信号v1、v2分别为

V1＝u*1+u_-1*1+u_-2*2+u_-3*2+u_-4*1；

V2＝u*2+u_-2*2+u_-2*1+u_-3*1；

其中，加号为以3为基的伽罗华域加法运算，乘号表示以3为基的伽罗华域乘法运算。

4.根据权利要求1所述的基于H12QAM调制的非二进制通信系统，其特征是，所述调制模块中每一个H12QAM符号所能承载的信息量为2bit和1trit。

5.一种基于H12QAM调制的非二进制通信系统的通信方法，其特征是，包括

步骤a，对待处理数据进行分组，将需要二进制传输的二进制数据存储在所述二进制数据缓存模块中；将需要三进制传输的二进制数据或三进制数据发送至所述二进制三进制转换模块中；

步骤b，将所述需要三进制传输的数据中的二进制数据转化为三进制数据，并将所述转化后的数据存储至三进制数据缓存模块；

步骤c，对所述二进制数据或三进制数据进行编码，并将编码后的数据传输至数据交织模块中；

步骤d，对所述编码后的数据进行交织；

步骤e，对所述交织后的数据进行基于H12QAM的调制。

6.根据权利要求5所述的基于H12QAM调制的非二进制通信系统的通信方法，其特征是，

所述步骤a中，

所述需要二进制传输的二进制数据为：待处理数据*2bit/(2bit+1trit)；

所述需要三进制传输的二进制数据或三进制数据为：待处理数据*1trit/(2bit+1trit)。