CN107566312A - 一种基于循环迭代编码的正交振幅调制方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供了一种基于循环迭代编码的正交振幅调制方法、装置及电子设备，该方法包括：将输入的一路比特流进行串并变换，得到四路并行的比特流；将第一路比特流与第二路比特流进行循环迭代编码处理，将第三路比特流与第四路比特流分别进行比特交织处理；针对目标电平信号中每个时刻的电平值，从预设的星座图中选择与该时刻的电平值对应的子星座，针对每个时刻的电平值对应的子星座，从该时刻的电平值对应的子星座内选择与两路目标比特值对应的目标信号点，将每个该目标信号点的实部和虚部分别调制在相互正交的两个载波信号上，得到复信号，完成信号调制。应用本发明实施例提供的方案进行信号调制时，降低了信号的发射功率。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域，特别是涉及一种基于循环迭代编码的正交振幅调制方法及装置。
背景技术
随着信息技术的高速发展，视频点播、社交媒体和云计算等各种各样网络应用产生的网络流量增长十分迅猛，社会经济发展对通信网络的带宽要求越来越高。因此，为了适应现代通信系统的新要求，QAM(Quadrature Amplitude Modulation，正交振幅调制)技术应运而生。QAM是一种高效地利用载波幅度和相位联合调制的技术，极大地提高了传输系统的频谱利用率，目前已经被广泛应用于卫星通信、数字电视高速数据传输等领域，基于QAM调制的各种新技术被广泛关注。
QAM可用于数字调制，QAM有4QAM、8QAM、16QAM、32QAM等数字调制方式。下面以16QAM为例介绍其工作流程：将输入的一路比特流进行串并变换，得到四路并行的比特流。这四路比特流两两组合，分别进入两个电平转换器，转换成两路电平信号。例如，00转换成–3，01转换成–1，10转换成1，11转换成3。这两路电平信号中每个时刻的两路电平值唯一对应星座图中的目标信号点，利用每个目标信号点的实部和虚部分别调制在相互正交的两个载波信号上，得到复信号，即得到16QAM的调制信号。
现有的QAM编码调制方法，电平信号中各个电平值的分布概率相同，按照这种编码方案，各个电平值对应的信号点中，能量低的信号点与能量高的信号点出现的概率相同，故对载波信号进行调制，在信号传输中需要的发射功率大。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种基于循环迭代编码的正交振幅调制方法、装置及电子设备，以实现降低信号传输中的发射功率。具体技术方案如下：
第一方面，本发明实施例提供了一种基于循环迭代编码的正交振幅调制方法，所述方法包括：
将输入的一路比特流进行串并变换，得到四路并行的比特流；
将第一路比特流与第二路比特流进行循环迭代编码处理，得到一路目标电平信号，其中，所述目标电平信号中各个电平值的分布概率不同，分布概率最高的电平值小于分布概率最低的电平值；将第三路比特流与第四路比特流分别进行比特交织处理，得到第五路比特流与第六路比特流；
针对所述目标电平信号中每个时刻的电平值，利用预设的电平值的分布概率与星座图中的子星座对应关系，从预设的星座图中选择与该时刻的电平值对应的子星座，其中，所述预设的电平值的分布概率与子星座对应关系包括：电平值的分布概率越高，其对应的子星座的能量越低；
针对每个时刻的电平值对应的子星座，利用预设的两路比特值与子星座内信号点的对应关系，从该时刻的电平值对应的子星座内选择与两路目标比特值对应的目标信号点，其中，所述两路目标比特值为所述第五路比特流与所述第六路中处于该时刻的比特值；
将每个所述目标信号点的实部和虚部分别调制在相互正交的两个载波信号上，得到复信号，完成信号调制。
可选的，所述将所述第一路比特流与所述第二路比特流进行循环迭代编码处理，得到一路目标电平信号，包括：
对所述第一路比特流与所述第二路比特流分别进行预编码，得到第一路预编码信号与第二路预编码信号；
对所述第一路预编码信号与所述第二路预编码信号分别进行电平变换，得到第一路电平变换信号与第二路电平变换信号；
对所述第一路电平变换信号与所述第二路电平变换信号分别进行编码，得到第一路编码信号与第二路编码信号；
对所述第二路编码信号进行衰减后与所述第一路编码信号进行叠加，得到第一电平信号，并对所述第一电平信号的电平值取绝对值，得到所述目标电平信号。
可选的，对所述第一路比特流与所述第二路比特流分别进行预编码，得到第一路预编码信号与第二路预编码信号，包括：
针对所述第一路比特流中每个时刻的比特值，将该时刻的比特值进行非运算后，与该时刻的上一时刻的第一路预编码信号进行异或叠加，得到该时刻的第一路预编码信号；
针对所述第二路比特流中每个时刻的比特值，将该时刻的比特值进行非运算后，与该时刻的上一时刻的第二路预编码信号进行异或叠加，得到该时刻的第二路预编码信号。
可选的，对所述第一路电平变换信号与所述第二路电平变换信号分别进行编码，得到第一路编码信号与第二路编码信号，包括：
针对所述第一路电平变换信号中每个时刻的电平值，将该时刻的电平值与该时刻的上一时刻的电平值进行叠加，得到该时刻的第一路编码信号；
针对所述第二路电平变换信号中每个时刻的电平值，将该时刻的电平值与该时刻的上一时刻的电平值进行叠加，得到该时刻的第二路编码信号。
可选的，将第三路比特流与第四路比特流分别进行比特交织处理，得到第五路比特流与第六路比特流，包括：
将所述第三比特流按行转换成第一矩阵，所述第一矩阵的每行元素表示所述第三比特流中前后相邻的比特值；按列从头到尾读取所述第一矩阵中的各个元素，得到所述第五路比特流；
将所述第四比特流按行转换成第二矩阵，所述第二矩阵的每行元素表示所述第四比特流中前后相邻的比特值；按列从头到尾读取所述第二矩阵中的各个元素，得到所述第六路比特流。
可选的，所述星座图包括四个子星座，每个所述子星座内包括四个能量相同的信号点。
第二方面，本发明实施例提供了一种基于循环迭代编码的正交振幅调制装置，所述装置包括：
第一获得模块，用于将输入的一路比特流进行串并变换，得到四路并行的比特流；
第二获得模块，用于将第一路比特流与第二路比特流进行循环迭代编码处理，得到一路目标电平信号，其中，所述目标电平信号中各个电平值的分布概率不同，分布概率最高的电平值小于分布概率最低的电平值；将第三路比特流与第四路比特流分别进行比特交织处理，得到第五路比特流与第六路比特流；
第一选择模块，用于针对所述目标电平信号中每个时刻的电平值，利用预设的电平值的分布概率与星座图中的子星座对应关系，从预设的星座图中选择与该时刻的电平值对应的子星座，其中，所述预设的电平值的分布概率与子星座对应关系包括：电平值的分布概率越高，其对应的子星座的能量越低；
第二选择模块，用于针对每个时刻的电平值对应的子星座，利用预设的两路比特值与子星座内信号点的对应关系，从该时刻的电平值对应的子星座内选择与两路目标比特值对应的目标信号点，其中，所述两路目标比特值为所述第五路比特流与所述第六路中处于该时刻的比特值；
调制模块，用于将每个所述目标信号点的实部和虚部分别调制在相互正交的两个载波信号上，得到复信号，完成信号调制。
可选的，所述第二获得模块，还用于：
对所述第一路比特流与所述第二路比特流分别进行预编码，得到第一路预编码信号与第二路预编码信号；
对所述第一路预编码信号与所述第二路预编码信号分别进行电平变换，得到第一路电平变换信号与第二路电平变换信号；
对所述第一路电平变换信号与所述第二路电平变换信号分别进行编码，得到第一路编码信号与第二路编码信号；
对所述第二路编码信号进行衰减后与所述第一路编码信号进行叠加，得到第一电平信号，并对所述第一电平信号的电平值取绝对值，得到所述目标电平信号。
可选的，所述第二获得模块，还用于：
针对所述第一路比特流中每个时刻的比特值，将该时刻的比特值进行非运算后，与该时刻的上一时刻的第一路预编码信号进行异或叠加，得到该时刻的第一路预编码信号；
针对所述第二路比特流中每个时刻的比特值，将该时刻的比特值进行非运算后，与该时刻的上一时刻的第二路预编码信号进行异或叠加，得到该时刻的第二路预编码信号。
可选的，所述第二获得模块，还用于：
针对所述第一路电平变换信号中每个时刻的电平值，将该时刻的电平值与该时刻的上一时刻的电平值进行叠加，得到该时刻的第一路编码信号；
针对所述第二路电平变换信号中每个时刻的电平值，将该时刻的电平值与该时刻的上一时刻的电平值进行叠加，得到该时刻的第二路编码信号。
可选的，所述第二获得模块，还用于：
将所述第三比特流按行转换成第一矩阵，所述第一矩阵的每行元素表示所述第三比特流中前后相邻的比特值；按列从头到尾读取所述第一矩阵中的各个元素，得到所述第五路比特流；
将所述第四比特流按行转换成第二矩阵，所述第二矩阵的每行元素表示所述第四比特流中前后相邻的比特值；按列从头到尾读取所述第二矩阵中的各个元素，得到所述第六路比特流。
可选的，所述星座图包括四个子星座，每个所述子星座内包括四个能量相同的信号点。
第三方面，本发明实施例还提供了一种电子设备，该电子设备包括：处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；
存储器，用于存放计算机程序；
处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现本发明实施例所提供的基于循环迭代编码的正交振幅调制方法的步骤。
第四方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明实施例所提供的基于循环迭代编码的正交振幅调制方法的步骤。
应用本发明实施例提供的技术方案，通过循环迭代编码处理，使得目标电平信号的电平值概率分布发生变化，将分布概率高的电平值对应到低能量的子星座，将分布概率低的电平值对应到高能量的子星座，且分布概率最高的电平值小于分布概率最低的电平值。与现有的QAM编码调制方案比较，采用本发明实施例提供的方案对信号进行调制时，可以降低信号的发射功率，进一步，能够降低误码率和色散损耗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种基于循环迭代编码的正交振幅调制方法的流程示意图；
图2为图1所示实施例中循环迭代编码方法的运行示意图；
图3为本发明实施例提供的一种星座图的示意图；
图4为本发明实施例提供的一种基于循环迭代编码的正交振幅调制方法的通信系统原理图；
图5为本发明实施例提供的一种基于循环迭代编码的正交振幅调制装置的结构示意图；
图6本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种基于循环迭代编码的正交振幅调制方法、装置及电子设备，以下分别进行详细说明。
参见图1，图1为本发明实施例提供的一种基于循环迭代编码的正交振幅调制方法的流程示意图，该方法包括如下步骤：
S101，将输入的一路比特流进行串并变换，得到四路并行的比特流。
具体的，比特流可以为二进制比特流。输入的比特流即为待调制的数据信号。理论上，串并变换是指把一个连续数据信号变换成为表示相同信息的一组相应的并行出现的数据信号的过程。实际应用中，通过将输入的一路比特流进行串并变换，可以得到四路并行的比特流。具体的串并变换过程属于现有技术，本发明实施例在此不再赘述。
S102，将第一路比特流与第二路比特流进行循环迭代编码处理，得到一路目标电平信号，将第三路比特流与第四路比特流分别进行比特交织处理，得到第五路比特流与第六路比特流。
其中，目标电平信号中各个电平值的分布概率不同，分布概率最高的电平值小于分布概率最低的电平值。
例如，目标电平信号可以为四电平信号，即目标电平信号包括四个电平值，分别为{0、1、2、3}，各个电平值的分布概率可以为：电平值1的分布概率最高，电平值3的分布概率最低，电平值0和电平值2的分布概率相同，满足分布概率最高的电平值小于分布概率最低的电平值的条件。
第一路比特流、第二路比特流、第三路比特流、第四路比特流、第五路比特流与第六路比特流可以均为二进制比特流，各路比特流中的比特值包括{0、1}，比特值0和比特值1的分布概率相同。各路比特流可以相同，也可以不同。
具体的，将第一路比特流与第二路比特流进行循环迭代编码处理，得到一路目标电平信号，可以包括以下几个步骤：
步骤A1，对所述第一路比特流与所述第二路比特流分别进行预编码，得到第一路预编码信号与第二路预编码信号；
理论上，预编码处理不会改变比特流的性质，即如果第一路比特流与第二路比特流均为二进制比特流，则第一路预编码信号与第二路预编码信号也为二进制比特流。
实际应用中，步骤A1的实现过程可以为：
针对第一路比特流中每个时刻的比特值，将该时刻的比特值进行非运算后，与该时刻的上一时刻的第一路预编码信号进行异或叠加，得到该时刻的第一路预编码信号；同理，针对第二路比特流中每个时刻的比特值，将该时刻的比特值进行非运算后，与该时刻的上一时刻的第二路预编码信号进行异或叠加，得到该时刻的第二路预编码信号。
以对第一路比特流中第k时刻的比特值进行预编码，得到第k时刻的第一路预编码信号为例进行说明。第k时刻可以为任一时刻，例如，第1时刻、第2时刻、第3时刻、第4时刻、第5时刻等等。
针对第一路比特流中第k时刻的比特值a(k)，将a(k)进行非运算后，得到将与第k-1时刻的第一路预编码信号b(k-1)进行异或叠加，得到第k时刻的第一路预编码信号b(k)。其中，k-1表示第k-1时刻，即第k时刻的上一时刻。可以看出，b(k)的计算公式可以表示为：
其中，表示逻辑异或运算，将b(k)经过时间T的延时可得到b(k-1)。
以对第二路比特流中第k时刻的比特值进行预编码，得到第k时刻的第二路预编码信号为例进行说明。
针对第二路比特流中第k时刻的比特值a′(k)，将a′(k)进行非运算后，得到将与第k-1时刻的第一路预编码信号b′(k-1)进行异或叠加，得到第k时刻的第二路预编码信号b′(k)。
b′(k)的计算公式为
其中，将b′(k)经过时间T的延时可得到b′(k-1)。
可以看出，本发明实施例可一次性接收并处理两路比特流，以达到提高数据信号传输速率的目的；同时，本发明实施例采用了循环迭代的方式，即每个时刻的预编码信号，都与该时刻的上一时刻的预编码信号有关，从而增加了数据信号的相关性，增强了数据信号的色散性能，有效的避免了数据信号之间由于干扰导致的信号失真的问题，从而避免了差错传播。
步骤A2，对第一路预编码信号与第二路预编码信号分别进行电平变换，得到第一路电平变换信号与第二路电平变换信号；
具体地，对各个时刻的第一路预编码信号电平变换，可以得到各个时刻的第一路电平变换信号；对各个时刻的第二路预编码信号电平变换，可以得到各个时刻的第二路电平变换信号。
以对第k时刻的第一路预编码信号b(k)进行电平变换，得到第k时刻的第一路电平变换信号c(k)，以及对第k时刻的第二路预编码信号b′(k)进行电平变换，得到第k时刻的第二路电平变换信号c′(k)为例进行说明。第k时刻可以为任一时刻，例如，第1时刻、第2时刻、第3时刻、第4时刻、第5时刻等等。
实际应用中，可以预先设置电平变换规则，即：
当b(k)＝1时，c(k)＝1；当b(k)＝0时，c(k)＝-1，
当b′(k)＝1时，c′(k)＝1；当b′(k)＝1时，c′(k)＝-1，即可以表示为：
可以看出，将第一路预编码信号与第二路预编码信号分别进行电平变换后，得到的第一路电平变换信号和第二路电平变换信号的信号值为1或-1，实现了将二进制比特流转换为双极性信号。
步骤A3，对第一路电平变换信号与第二路电平变换信号分别进行编码，得到第一路编码信号与第二路编码信号；
具体的，步骤A3的实现过程可以为：
针对第一路电平变换信号中每个时刻的电平值，将该时刻的电平值与该时刻的上一时刻的电平值进行叠加，得到该时刻的第一路编码信号；针对第二路电平变换信号中每个时刻的电平值，将该时刻的电平值与该时刻的上一时刻的电平值进行叠加，得到该时刻的第二路编码信号。
例如，将第一路电平变换信号中第k时刻的电平值c(k)与第k-1时刻的电平值c(k-1)进行叠加，得到第k时刻的第一路编码信号d(k)，即d(k)＝c(k)+c(k-1)，其中，将c(k)经过时间T的延时得到可c(k-1)。
将第二路电平变换信号中第k时刻的电平值c′(k)与第k-1时刻的电平值c′(k-1)进行叠加，得到第k时刻的第二路编码信号d′(k)，即d′(k)＝c′(k)+c′(k-1)，其中，将c′(k)经过时间T的延时得到可c′(k-1)。
在本发明实施例中，由于c(k)和c′(k)的取值为1或-1，故d(k)和d′(k)的电平值为2、0或-2，即第一路编码信号与第二路编码信号均为三电平信号。
可以看出，对第一路电平变换信号与第二路电平变换信号分别进行编码，得到第一路编码信号与第二路编码信号，实现了将双极性信号转换为三电平信号。
步骤A4，对第二路编码信号进行衰减后与第一路编码信号进行叠加，得到第一电平信号，并对第一电平信号的电平值取绝对值，得到所述目标电平信号。
具体地，对每个时刻的第二路编码信号进行衰减后，与该时刻的第一路编码信号进行叠加，得到该时刻的第一电平信号，并对该时刻的第一电平信号的电平值取绝对值，得到该时刻的目标电平信号。
例如，将第k时刻的第二路编码信号d′(k)经过6dB的电衰弱，衰减到原来信号的一半后，得到e′(k)，由于d′(k)的电平值为2、0或-2，故e′(k)的电平值可以为-1、0或1。
然后，将e′(k)与第k时刻的第一路编码信号d(k)进行叠加，得到第k时刻的第一电平信号f(k)，即f(k)＝e′(k)+d(k)，则f(k)的电平值可以为-3、-2、-1、0、1、2或3。
最后，对第k时刻的的第一电平信号f(k)的电平值取绝对值，得到第k时刻的目标电平信号g(k)，则g(k)的电平值可以为0、1、2或3，即g(k)为四电平信号，由于电平值是等差和非负的，目标电平信号属于强度电平信号，这对于采用强度调制和直接探测的数据信号是有利的。
可以看出，将第一路比特流与第二路比特流进行循环迭代编码处理，得到一路目标电平信号，实现了将两路二进制比特流编码成四电平信号。
下面通过一个具体实施来对S102中将第一路比特流与第二路比特流进行循环迭代编码处理，得到一路目标电平信号的步骤进行说明。
如图2所示，循环迭代编码处理可以分为：预编码、电平转换、编码、取绝对值四个部分，每个部分包括上下两路，分别处理第一路比特流与第二路比特流。由于上下两路结构具有的对称性，下面以图2中的上半部分为例，对循环迭代编码的处理过程进行说明。
预编码部分包括逻辑非门、逻辑异或门、和一比特时延，可以看出，第一路比特流中第k时刻的比特值a(k)，经过逻辑非门后变为将与第k-1时刻的第一路预编码信号b(k-1)经过逻辑异或门进行异或叠加，得到第k时刻的第一路预编码信号b(k)；
电平转换部分可以包括电平移位器，将b(k)经过电平移位器进行电平变换，得到第k时刻的第一路电平变换信号c(k)；
编码器部分可以包括一比特时延和加法器，从而实现将第一路电平变换信号中第k时刻的电平值c(k)与第k-1时刻的电平值c(k-1)进行叠加，得到第k时刻的第一路编码信号d(k)；
类似的，第二路比特流中第k时刻的比特值a′(k)经过预编码、电平转换以及编码器的处理之后，得到第k时刻的第二路编码信号d′(k)，然后，将d′(k)经过一个6dB的衰减器处理以得到d′(k)电平幅度的一半，即得到e′(k)。
将e′(k)与d(k)通过加法器进行叠加，得到第k时刻的第一电平信号f(k)，即f(k)＝e′(k)+d(k)，并对f(k)的电平值取绝对值，得到第k时刻的目标电平信号g(k)。
假设第一路比特流包括从第0时刻到第8时刻的比特值，第二路比特流包括从第0时刻到第8时刻的比特值，则将第一路比特流与第二路比特流进行循环迭代编码处理，得到一路目标电平信号的过程中，各个参数的变化情况参见表1。
表1
如表1所示，k表示时刻，k取值-1时，表示初始时刻，k取值0-8时，表示第0-8时刻，即第一路预编码信号b(k)、第二路预编码信号b′(k)、第一路电平变换信号c(k)、第二路电平变换信号c′(k)的初始值均为1。第k时刻的第一路输入信号a(k)和第k时刻的第二路输入信号a′(k)取不同电平值时，对应的第k时刻的第一路预编码信号b(k)、第二路预编码信号b′(k)、第一路电平变换信号c(k)、第二路电平变换信号c′(k)、第一路编码信号d(k)、第二路编码信号d′(k)、第二路编码信号的一半e′(k)、第一电平信号f(k)和目标电平信号g(k)的电平值的取值情况。
实际应用中，第一路预编码信号b(k)和第二路预编码信号b′(k)的初始值可以为1或0，第一路电平变换信号c(k)和第二路电平变换信号c′(k)的初始值可以为1或-1，随着初始值设置的不同，各个参数的取值情况也会发生变化，本法发明实施例对初始值的设置不做限定。
比特交织处理用于将第三路比特流与第四路比特流中的比特值的顺序重新进行机排列，从而可以是差错随机化。比特交织处理是针对有记忆信道而提出的，通过将信道中的突发错误在时间上扩散，而转化为随机的错误，以此提升编码的健壮性，从而降低误码率。
实际应用中，比特交织处理有多种实现方式，本发明实施例对具体的比特交织处理的实现方式不做限定。
在一种具体的实施方式中，S102中将第三路比特流与第四路比特流分别进行比特交织处理，得到第五路比特流与第六路比特流的步骤，可以为：
将第三比特流按行转换成第一矩阵，第一矩阵的每行元素表示第三比特流中前后相邻的比特值；按列从头到尾读取第一矩阵中的各个元素，得到第五路比特流；将第四比特流按行转换成第二矩阵，第二矩阵的每行元素表示第四比特流中前后相邻的比特值；按列从头到尾读取第二矩阵中的各个元素，得到第六路比特流。
下面以对第三路比特流进行比特交织处理的过程为例进行说明。
示例性的，第三比特流可以为a1、a2、a3、a4、b1、b2、b3、b4、c1、c2、c3、c4，对第三比特流进行比特交织处理时，首先，将第三比特流按行转换成的第一矩阵，如表2所示，第一矩阵的每行元素表示第三比特流中前后相邻的比特值，然后按列从头到尾读取第一矩阵中的各个元素，得到第五路比特流，即第五路比特流为a1、b1、c1、d1、a2、b2、c2、d2、a3、b3、c3、d3、a4、b4、c4、d4。
表2
| a1 | a2 | a3 | a4 |
| b1 | b2 | b3 | b4 |
| c1 | c2 | c3 | c4 |
| d1 | d2 | d3 | d4 |
可以看出，本例提供了一种简单高效的比特交织处理方法，能够将第三路比特流中前后相关的比特值，以间隔固定分散开，即使在数据信号的传输过程中遇到突发的状况，在接收端解码时也会将错误分散开，从而避免了无法解码的情况，提升了编码的健壮性，降低了误码率。对第四比特流进行比特交织处理的过程与该处理过程类似，本实施例不再赘述。
S103，针对目标电平信号中每个时刻的电平值，利用预设的电平值的分布概率与星座图中的子星座对应关系，从预设的星座图中选择与该时刻的电平值对应的子星座。
其中，预设的电平值的分布概率与子星座对应关系包括：电平值的分布概率越高，其对应的子星座的能量越低；
本发明实施例以16QAM调制格式为例进行说明，如图3所示，星座图包括四个子星座，每个子星座内包括四个能量相同的信号点，每个信号点均对应于一个四比特的组合S0S1，S0包含2比特信息，用于指示在星座图中的子星座，S1包含2比特信息，用于指示子星座内部的信号点。
如图3所示，子星座1、子星座2、子星座3、子星座4的S0可以分别为：00、01、10、11，可以看出相邻的子星座的两位比特值中，只有一位比特值不一样，有利于降低误码率。
具体的，假设电平值1的分布概率最高，其次是电平值2和电平值0，电平值3的分布概率最低，且电平值2和电平值0的分布概率相同，由于星座图中，信号点越靠近原点，能量越低，故S0为00的信号点的能量最低，其次是S0为01和10的信号点，S0为11的信号点的能量最高，则由电平值的分布概率越高，其对应的子星座的能量越低的对应关系可知，电平值和子星座S0的对应关系如下：
根据(1)式，可以看出，每个不同时刻的电平值g(k)唯一对应于一个S0，所以目标电平信号中各电平值的分布概率决定子星座S0的选择概率。
假设循环迭代编码处理之后，目标电平信号g(k)中的电平值1的分布概率最高，电平值3的分布概率最低，则目标电平信号g(k)中的电平值会向低电平1倾斜，而高电平3则明显减少。所以，可以将分布概率最高的电平1对应星座图的中心区域子星座1，即星座图中能量最低的子星座，而将分布概率最低的电平3对应星座图的边缘区域子星座4，即星座图中能量最高的子星座。
由于电平值越高，需要的发射功率越大，相对于现有技术中选择能量低的信号点与能量高的信号点的概率相同的情况，应用本发明实施例，由于分布概率最高的电平值小于分布概率最低的电平值，因此，选择能量最低的信号点的概率大于选择能量最低的信号点的概率，实现了降低信号的发射功率。
S104，针对每个时刻的电平值对应的子星座，利用预设的两路比特值与子星座内信号点的对应关系，从该时刻的电平值对应的子星座内选择与两路目标比特值对应的目标信号点。
其中，两路目标比特值为第五路比特流与第六路中处于该时刻的比特值。
具体的，两路比特值与子星座内信号点的对应关系可以为：
S1＝b1(k)b1'(k) (2)
其中，b1(k)表示第五路比特流中第k时刻的比特值，b1'(k)表示第六路比特流中第k时刻的比特值。
例如，第2时刻的电平值对应的子星座为子星座1，即S0为00，第五路比特流中第2时刻的比特值b1(2)为0，第六路比特流中第2时刻的比特值b1′(2)为0，则S1为00，从子星座1内选择与S1对应的目标信号点，即第2时刻的目标信号点为0000。
S105，将每个目标信号点的实部和虚部分别调制在相互正交的两个载波信号上，得到复信号，完成信号调制。
可以理解的是，目标信号点的实部和虚部分别对应图3所示星座图中的同向支路和正交支路，正交支路和同向支路的相位相差90度。具体的，将每个目标信号点的实部和虚部分别调制在相互正交的两个载波信号上，得到复信号属于现有技术，本发明实施例在此不再赘述。
可见，应用本发明实施例提供的技术方案，通过循环迭代编码处理，使得目标电平信号的电平值概率分布不相同，将分布概率高的电平值对应到低能量的子星座，将分布概率低的电平值对应到高能量的子星座，且分布概率最高的电平值小于分布概率最低的电平值。与现有的QAM编码调制方案比较，采用本发明实施例提供的方案对信号进行调制时，可以降低信号的发射功率，进一步，能够降低误码率和色散损耗。
如图4所示，为本发明实施例提供的通信系统的原理图。可以将本发明实施例应用于通信系统中的发射端，发射端首先对一路二进制比特流进行串并变换，得到四路并行的比特流，然后，将四路并行的比特流进行循环迭代编码处理以及16QAM调制，得到16QAM符号，即目标信号点，之后，将16QAM符号通过调制器调制成两路频带不同的16QAM光信号，进而，16QAM光信号经由光纤链路被发送到接收端。其中，光衰减器用于改变光功率。
在通信系统中的接收端，首先，利用预放大器调整光功率，并利用光带通滤波器从被噪声拓宽的频谱中过滤出有效带宽，然后，利用低通滤波器过滤有效带宽中基带以外的噪声，将探测得到的数据信号送入解码电路执行解码，其中，解码过程是编码过程的逆过程，主要由概率整形译码和16QAM解调单元组成，最后，将解码后的数据信号进行并串变换，得到该二进制比特流。
与上述的方法实施例相对应，本发明实施例还提供一种基于循环迭代编码的正交振幅调制装置。
参见图5，图5为本发明实施例所提供的一种基于循环迭代编码的正交振幅调制装置的结构示意图，包括：
第一获得模块501，用于将输入的一路比特流进行串并变换，得到四路并行的比特流；
第二获得模块502，用于将第一路比特流与第二路比特流进行循环迭代编码处理，得到一路目标电平信号，其中，所述目标电平信号中各个电平值的分布概率不同，分布概率最高的电平值小于分布概率最低的电平值；将第三路比特流与第四路比特流分别进行比特交织处理，得到第五路比特流与第六路比特流；
第一选择模块503，用于针对所述目标电平信号中每个时刻的电平值，利用预设的电平值的分布概率与星座图中的子星座对应关系，从预设的星座图中选择与该时刻的电平值对应的子星座，其中，所述预设的电平值的分布概率与子星座对应关系包括：电平值的分布概率越高，其对应的子星座的能量越低；
第二选择模块504，用于针对每个时刻的电平值对应的子星座，利用预设的两路比特值与子星座内信号点的对应关系，从该时刻的电平值对应的子星座内选择与两路目标比特值对应的目标信号点，其中，所述两路目标比特值为所述第五路比特流与所述第六路中处于该时刻的比特值；
调制模块505，用于将每个所述目标信号点的实部和虚部分别调制在相互正交的两个载波信号上，得到复信号，完成信号调制。
可见，应用本发明实施例提供的技术方案，通过循环迭代编码处理，使得目标电平信号的电平值概率分布发生变化，将分布概率高的电平值对应到低能量的子星座，将分布概率低的电平值对应到高能量的子星座，且分布概率最高的电平值小于分布概率最低的电平值。与现有的QAM编码调制方案比较，采用本发明实施例提供的方案对信号进行调制时，可以降低信号的发射功率，进一步，能够降低误码率和色散损耗。
其中，所述第二获得模块502，还用于：
对所述第一路比特流与所述第二路比特流分别进行预编码，得到第一路预编码信号与第二路预编码信号；
对所述第一路预编码信号与所述第二路预编码信号分别进行电平变换，得到第一路电平变换信号与第二路电平变换信号；
对所述第一路电平变换信号与所述第二路电平变换信号分别进行编码，得到第一路编码信号与第二路编码信号；
对所述第二路编码信号进行衰减后与所述第一路编码信号进行叠加，得到第一电平信号，并对所述第一电平信号的电平值取绝对值，得到所述目标电平信号。
其中，所述第二获得模块502，还用于：
针对所述第一路比特流中每个时刻的比特值，将该时刻的比特值进行非运算后，与该时刻的上一时刻的第一路预编码信号进行异或叠加，得到该时刻的第一路预编码信号；
针对所述第二路比特流中每个时刻的比特值，将该时刻的比特值进行非运算后，与该时刻的上一时刻的第二路预编码信号进行异或叠加，得到该时刻的第二路预编码信号。
其中，所述第二获得模块502，还用于：
针对所述第一路电平变换信号中每个时刻的电平值，将该时刻的电平值与该时刻的上一时刻的电平值进行叠加，得到该时刻的第一路编码信号；
针对所述第二路电平变换信号中每个时刻的电平值，将该时刻的电平值与该时刻的上一时刻的电平值进行叠加，得到该时刻的第二路编码信号。
其中，所述第二获得模块502，还用于：
将所述第三比特流按行转换成第一矩阵，所述第一矩阵的每行元素表示所述第三比特流中前后相邻的比特值；按列从头到尾读取所述第一矩阵中的各个元素，得到所述第五路比特流；
将所述第四比特流按行转换成第二矩阵，所述第二矩阵的每行元素表示所述第四比特流中前后相邻的比特值；按列从头到尾读取所述第二矩阵中的各个元素，得到所述第六路比特流。
其中，所述星座图包括四个子星座，每个所述子星座内包括四个能量相同的信号点。
本发明实施例还提供了一种电子设备，如图6所示，包括处理器601、通信接口602、存储器603和通信总线604，其中，处理器601，通信接口602，存储器603通过通信总线604完成相互间的通信，
存储器603，用于存放计算机程序；
处理器601，用于执行存储器603上所存放的程序时，实现本发明实施例提供的基于循环迭代编码的正交振幅调制方法，具体的，该方法如下步骤：
将输入的一路比特流进行串并变换，得到四路并行的比特流；
将第一路比特流与第二路比特流进行循环迭代编码处理，得到一路目标电平信号，其中，所述目标电平信号中各个电平值的分布概率不同，分布概率最高的电平值小于分布概率最低的电平值；将第三路比特流与第四路比特流分别进行比特交织处理，得到第五路比特流与第六路比特流；
针对所述目标电平信号中每个时刻的电平值，利用预设的电平值的分布概率与星座图中的子星座对应关系，从预设的星座图中选择与该时刻的电平值对应的子星座，其中，所述预设的电平值的分布概率与子星座对应关系包括：电平值的分布概率越高，其对应的子星座的能量越低；
针对每个时刻的电平值对应的子星座，利用预设的两路比特值与子星座内信号点的对应关系，从该时刻的电平值对应的子星座内选择与两路目标比特值对应的目标信号点，其中，所述两路目标比特值为所述第五路比特流与所述第六路中处于该时刻的比特值；
将每个所述目标信号点的实部和虚部分别调制在相互正交的两个载波信号上，得到复信号，完成信号调制。
可选的，所述将所述第一路比特流与所述第二路比特流进行循环迭代编码处理，得到一路目标电平信号，包括：
对所述第一路比特流与所述第二路比特流分别进行预编码，得到第一路预编码信号与第二路预编码信号；
对所述第一路预编码信号与所述第二路预编码信号分别进行电平变换，得到第一路电平变换信号与第二路电平变换信号；
对所述第一路电平变换信号与所述第二路电平变换信号分别进行编码，得到第一路编码信号与第二路编码信号；
对所述第二路编码信号进行衰减后与所述第一路编码信号进行叠加，得到第一电平信号，并对所述第一电平信号的电平值取绝对值，得到所述目标电平信号。
可选的，对所述第一路比特流与所述第二路比特流分别进行预编码，得到第一路预编码信号与第二路预编码信号，包括：
针对所述第一路比特流中每个时刻的比特值，将该时刻的比特值进行非运算后，与该时刻的上一时刻的第一路预编码信号进行异或叠加，得到该时刻的第一路预编码信号；
针对所述第二路比特流中每个时刻的比特值，将该时刻的比特值进行非运算后，与该时刻的上一时刻的第二路预编码信号进行异或叠加，得到该时刻的第二路预编码信号。
可选的，对所述第一路电平变换信号与所述第二路电平变换信号分别进行编码，得到第一路编码信号与第二路编码信号，包括：
针对所述第一路电平变换信号中每个时刻的电平值，将该时刻的电平值与该时刻的上一时刻的电平值进行叠加，得到该时刻的第一路编码信号；
针对所述第二路电平变换信号中每个时刻的电平值，将该时刻的电平值与该时刻的上一时刻的电平值进行叠加，得到该时刻的第二路编码信号。
可选的，将第三路比特流与第四路比特流分别进行比特交织处理，得到第五路比特流与第六路比特流，包括：
将所述第三比特流按行转换成第一矩阵，所述第一矩阵的每行元素表示所述第三比特流中前后相邻的比特值；按列从头到尾读取所述第一矩阵中的各个元素，得到所述第五路比特流；
将所述第四比特流按行转换成第二矩阵，所述第二矩阵的每行元素表示所述第四比特流中前后相邻的比特值；按列从头到尾读取所述第二矩阵中的各个元素，得到所述第六路比特流。
可选的，所述星座图包括四个子星座，每个所述子星座内包括四个能量相同的信号点.
上述电子设备提到的通信总线可以是外设部件互连标准(Peripheral ComponentInterconnect，PCI)总线或扩展工业标准结构(Extended Industry StandardArchitecture，EISA)总线等。该通信总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
通信接口用于上述电子设备与其他设备之间的通信。
存储器可以包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，也可以包括非易失性存储器(Non-Volatile Memory，NVM)，例如至少一个磁盘存储器。可选的，存储器还可以是至少一个位于远离前述处理器的存储装置。
上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(Network Processor，NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital SignalProcessing，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明实施例所提供的基于循环迭代编码的正交振幅调制方法的步骤。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置、电子设备、计算机可读存储介质实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种基于循环迭代编码的正交振幅调制方法，其特征在于，所述方法包括：
将输入的一路比特流进行串并变换，得到四路并行的比特流；
将第一路比特流与第二路比特流进行循环迭代编码处理，得到一路目标电平信号，其中，所述目标电平信号中各个电平值的分布概率不同，分布概率最高的电平值小于分布概率最低的电平值；将第三路比特流与第四路比特流分别进行比特交织处理，得到第五路比特流与第六路比特流；
针对所述目标电平信号中每个时刻的电平值，利用预设的电平值的分布概率与星座图中的子星座对应关系，从预设的星座图中选择与该时刻的电平值对应的子星座，其中，所述预设的电平值的分布概率与子星座对应关系包括：电平值的分布概率越高，其对应的子星座的能量越低；
针对每个时刻的电平值对应的子星座，利用预设的两路比特值与子星座内信号点的对应关系，从该时刻的电平值对应的子星座内选择与两路目标比特值对应的目标信号点，其中，所述两路目标比特值为所述第五路比特流与所述第六路中处于该时刻的比特值；
将每个所述目标信号点的实部和虚部分别调制在相互正交的两个载波信号上，得到复信号，完成信号调制。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述第一路比特流与所述第二路比特流进行循环迭代编码处理，得到一路目标电平信号，包括：
对所述第一路比特流与所述第二路比特流分别进行预编码，得到第一路预编码信号与第二路预编码信号；
对所述第一路预编码信号与所述第二路预编码信号分别进行电平变换，得到第一路电平变换信号与第二路电平变换信号；
对所述第一路电平变换信号与所述第二路电平变换信号分别进行编码，得到第一路编码信号与第二路编码信号；
对所述第二路编码信号进行衰减后与所述第一路编码信号进行叠加，得到第一电平信号，并对所述第一电平信号的电平值取绝对值，得到所述目标电平信号。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，对所述第一路比特流与所述第二路比特流分别进行预编码，得到第一路预编码信号与第二路预编码信号，包括：
针对所述第一路比特流中每个时刻的比特值，将该时刻的比特值进行非运算后，与该时刻的上一时刻的第一路预编码信号进行异或叠加，得到该时刻的第一路预编码信号；
针对所述第二路比特流中每个时刻的比特值，将该时刻的比特值进行非运算后，与该时刻的上一时刻的第二路预编码信号进行异或叠加，得到该时刻的第二路预编码信号。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，对所述第一路电平变换信号与所述第二路电平变换信号分别进行编码，得到第一路编码信号与第二路编码信号，包括：
针对所述第一路电平变换信号中每个时刻的电平值，将该时刻的电平值与该时刻的上一时刻的电平值进行叠加，得到该时刻的第一路编码信号；
针对所述第二路电平变换信号中每个时刻的电平值，将该时刻的电平值与该时刻的上一时刻的电平值进行叠加，得到该时刻的第二路编码信号。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将第三路比特流与第四路比特流分别进行比特交织处理，得到第五路比特流与第六路比特流，包括：
将所述第三比特流按行转换成第一矩阵，所述第一矩阵的每行元素表示所述第三比特流中前后相邻的比特值；按列从头到尾读取所述第一矩阵中的各个元素，得到所述第五路比特流；
将所述第四比特流按行转换成第二矩阵，所述第二矩阵的每行元素表示所述第四比特流中前后相邻的比特值；按列从头到尾读取所述第二矩阵中的各个元素，得到所述第六路比特流。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述星座图包括四个子星座，每个所述子星座内包括四个能量相同的信号点。
7.一种基于循环迭代编码的正交振幅调制装置，其特征在于，所述装置包括：
第一获得模块，用于将输入的一路比特流进行串并变换，得到四路并行的比特流；
第二获得模块，用于将第一路比特流与第二路比特流进行循环迭代编码处理，得到一路目标电平信号，其中，所述目标电平信号中各个电平值的分布概率不同，分布概率最高的电平值小于分布概率最低的电平值；将第三路比特流与第四路比特流分别进行比特交织处理，得到第五路比特流与第六路比特流；
第一选择模块，用于针对所述目标电平信号中每个时刻的电平值，利用预设的电平值的分布概率与星座图中的子星座对应关系，从预设的星座图中选择与该时刻的电平值对应的子星座，其中，所述预设的电平值的分布概率与子星座对应关系包括：电平值的分布概率越高，其对应的子星座的能量越低；
第二选择模块，用于针对每个时刻的电平值对应的子星座，利用预设的两路比特值与子星座内信号点的对应关系，从该时刻的电平值对应的子星座内选择与两路目标比特值对应的目标信号点，其中，所述两路目标比特值为所述第五路比特流与所述第六路中处于该时刻的比特值；
调制模块，用于将每个所述目标信号点的实部和虚部分别调制在相互正交的两个载波信号上，得到复信号，完成信号调制。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第二获得模块，还用于：
对所述第一路比特流与所述第二路比特流分别进行预编码，得到第一路预编码信号与第二路预编码信号；
对所述第一路预编码信号与所述第二路预编码信号分别进行电平变换，得到第一路电平变换信号与第二路电平变换信号；
对所述第一路电平变换信号与所述第二路电平变换信号分别进行编码，得到第一路编码信号与第二路编码信号；
对所述第二路编码信号进行衰减后与所述第一路编码信号进行叠加，得到第一电平信号，并对所述第一电平信号的电平值取绝对值，得到所述目标电平信号。
9.一种电子设备，其特征在于，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；
存储器，用于存放计算机程序；
处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现权利要求1-6任一所述的方法步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-6任一所述的方法步骤。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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