CN108900463B - 基于apsk星座映射的编码调制系统 - Google Patents

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Abstract

一种基于APSK星座映射的编码调制系统，包括：分组单元，适于基于所获取的差错保护程度对待传输的信息比特进行分组，得到对应的多个比特分组；编码单元，适于对所得到的所述多个比特分组中的信息比特分别采用与其差错保护程度相应的低密度奇偶校验码进行编码，以使得所述多个比特分组中的信息比特的译码误码率之间的差异位于预设范围内，得到对应的编码比特；交织单元，适于将所得到的多个比特分组对应的编码比特进行比特交织，得到对应的交织比特；APSK调制单元，适于将所得到的交织比特进行APSK星座映射，得到对应的APSK星座映射符号。上述的方案，可以在基于APSK星座映射对输入的信息进行编码时降低误码率，提高通信系统的通信质量。

Description

基于APSK星座映射的编码调制系统
技术领域
本发明涉及通信技术领域，具体地涉及一种基于APSK星座映射的编码调制系统。
背景技术
振幅移相键控(Amplitude and Phase Shift Keying，APSK)是一种高阶的幅度与相位联合调制技术。与正交幅度调制(Quadrature Amplitude Modulation，QAM)不同，振幅移相键控具有独特的星型星座结构，具备优良的抗非线性失真能力，非常适用于卫星通信等非线性信道环境，具备很高的研究价值。其中，在信道容量方面，振幅移相键控要优于传统的正交幅度调制；在误码率方面，当采用了低密度奇偶校验码(Low Density ParityCheck Code，LDPC)对输入的信息比特进行编码时，振幅移相键控的性能与正交幅度调制十分接近，甚至略优于正交幅度调制。因此第二代数字卫星广播标准(DVB-S2)和中国宽带电力线通信标准化白皮书等标准文件中均使用了振幅移相键控调制与低密度奇偶校验码的组合。
传统的低密度奇偶校验码-振幅移相键控调制系统往往省略比特交织器，这是因为低密度奇偶校验码本身具有随机性，低密度奇偶校验码矩阵设计良好的前提下，可以认为其码字具有内在的交织性，故经过低密度奇偶校验码编码器出来的码字序列直接送往振幅移相键控调制模块进行星座映射，连续的m个比特会被映射为APSK星座图上的一个星座符号点上。
但是，采用现有的基于APSK星座映射的编码调制系统，在对输入的信息比特进行编码时，存在着误码率高的问题，严重影响了通信系统的通信质量。
发明内容
本发明解决的技术问题是如何在基于APSK星座映射对输入的信息进行编码时降低误码率，提高通信系统的通信质量。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种基于APSK星座映射的编码调制系统，所述系统包括：
分组单元，适于基于所获取的差错保护程度对待传输的信息比特进行分组，得到对应的多个比特分组；
编码单元，适于对所得到的所述多个比特分组中的信息比特分别采用与其差错保护程度相应的低密度奇偶校验码进行编码，以使得所述多个比特分组中的信息比特的译码误码率之间的差异位于预设范围内，得到对应的编码比特；
交织单元，适于将所得到的多个比特分组对应的编码比特进行比特交织，得到对应的交织比特；
APSK调制单元，适于将所得到的交织比特进行APSK星座映射，得到对应的APSK星座映射符号。
可选地，所述装置还包括：
确定单元，适于通过对2m-APSK映射和软解映射系统进行建模仿真，计算预设信噪比条件下映射到一个APSK星座符号上的m个信息比特之间的误码率；m为大于或等于3的整数；基于计算得到的m个信息比特之间误码率，确定所述预设信噪比条件下所述m个信息比特的差错保护程度。
可选地，所述交织单元，适于基于编码比特与映射比特之间的对应关系，将所述的多个比特分组的编码比特分别写入交织矩阵的对应行，并将所述交织矩阵中的编码比特按列输出，得到对应的交织比特。
可选地，m等于6。
可选地，所述预设信噪比的取值范围为0至15dB。
可选地，所述2m-APSK软解映射系统，适于采用如下的公式进行软解映射：
Figure BDA0001778178380000021
其中，LLR(bi，k)表示APSK星座映射符号中第i个星座符号的第k个比特的解映射比特，x表示发送端发送的信息，yi表示接收端接收到的第i个信息，
Figure BDA0001778178380000031
和
Figure BDA0001778178380000032
分别表示星座图上第k个比特为1和0的所有符号点的集合，σ2表示高斯白噪声的方差，h表示信道增益。
与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：
上述的方案，通过基于差错保护程度对待传输的信息比特进行分组，并对所得到的所述多个比特分组中的信息比特分别采用与其差错保护程度相应的低密度奇偶校验码进行编码，可以在不增加编码冗余度的下，缩小不同差错保护程度的信息比特之间的误码率差距，从而可以降低通信系统的误码率，提高通信系统的通信质量。
附图说明
图1是本发明实施例中的一种基于APSK星座映射的编码调制方法的流程示意图；
图2是为信噪比为0～35dB的条件下映射到一个APSK星座符号点上的六个信息比特的误码率-信噪比示意图；
图3是为信噪比为0～15dB的条件下映射到一个APSK星座符号点上的六个信息比特的误码率-信噪比示意图；
图4是为本发明实施例中的映射到一个APSK星座符号点上的六个信息比特中b1b2b3b5比特所在的比特分组与b4b6所在的比特分组的误码性能示意图；
图5是本发明实施例中对于不同比特分组中的信息比特进行编码后得到的编码比特进行交织的示意图；
图6是本发明实施例中的基于64-APSK星座映射的编码调制系统的结构示意图；
图7是本发明实例中综合码率为0.5的编码调制方案与采用相同码率LDPC码的传统编码调制方案的误码性能对比示意图；
图8是本发明实施例中的一种基于APSK星座映射的编码调制系统的结构示意图。
具体实施方式
现有技术中，基于APSK星座映射的编码调制方法，因映射到每个符号点上的m个比特之间具有不均等的差错保护，当采用相同码率的LDPC码对不同差错保护程度的信息比特进行编码时，一部分差错低程度保护的信息比特，使得LDPC码的译码性能降低，增加了通信系统的误码率，影响了通信系统的通信质量。
本发明实施例中的技术方案通过基于差错保护程度对待传输的信息比特进行分组，并对所得到的所述多个比特分组中的信息比特分别采用与其差错保护程度相应的低密度奇偶校验码进行编码，可以在不增加编码冗余度的条件下，缩小不同差错保护程度的信息比特之间的误码率差距，从而可以降低通信系统的误码率，提高通信系统的通信质量。
为使本发明的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
图1是本发明实施例的一种基于APSK星座映射的编码调制方法的流程示意图。如图1所示，本发明实施例的一种基于APSK星座映射的编码调制方法，具体可以包括如下的步骤：
步骤S101：基于差错保护程度对待传输的信息比特进行分组，得到对应的多个比特分组。
在具体实施中，可以通过对2m-APSK映射和软解映射系统进行建模仿真，确定预设信噪比条件下，映射到一个APSK星座符号上的m(m为大于或等于3的整数)个连续的信息比特之间的差错保护程度。具体而言，通过对2m-APSK映射和软解映射系统进行建模仿真，计算预设信噪比条件下映射到一个APSK星座符号上的m个信息比特之间的误码率，并基于计算得到的m个信息比特之间误码率，确定所述预设信噪比条件下所述m个信息比特的差错保护程度。其中，误码率即为m个信息比特差错保护的具体数据体现。其中，误码率越高，差错保护程度越弱，误码率越低，差错保护的程度越强。
在本发明一实施例中，基于差错保护程度对待传输的信息比特进行分组，得到对应的多个比特分组时，对于阶数为256以及低于256的APSK，为降低硬件复杂度，可将m个信息比特分为两组；而对于较高阶数的APSK，则视各比特具体误码率情况可将m个信息比特分为三组或三组以上。具体地，可以首先对2m-APSK每个符号上的m个信息比特中预设的信噪比区间内误码率性能相近的星座比特归为同一组。其中，将误码率显著恶化的星座比特提取作为同一组，并使得该组内星座比特的数目少于m/2。然后，依据星座比特的分组方法对待传输的信息比特进行相应分组，只要确保信息比特不同组比特数之比与星座比特不同组比特数之比相同即可。
在本发明一实施例中，所述2m-APSK软解映射系统采用如下的公式进行软解映射：
Figure BDA0001778178380000051
其中，LLR(bi，k)表示APSK星座映射符号中第i个星座符号的第k个比特的解映射比特，x表示发送端发送的信息，yi表示接收端接收到的第i个信息，
Figure BDA0001778178380000052
和
Figure BDA0001778178380000053
分别表示星座图上第k个比特为1和0的所有符号点的集合，σ2表示高斯白噪声的方差，h表示信道增益。当确定待传输的信息比特中映射到一个APSK星座符号上的m个连续的信息比特之间的差错保护程度时，可以将待传输的信息比特中每m个连续的信息比特中差错保护程度位于预设的范围内的信息比特作为一个比特分组，也即将差错保护程度相近的多个比特划分为同一组，从而得到对应的多个比特分组。
步骤S102：对所得到的所述多个比特分组中的信息比特分别采用与其差错保护程度相应的低密度奇偶校验码进行编码，以使得所述多个比特分组中的信息比特的译码误码率之间的差异位于预设范围内，得到对应的编码比特。
在具体实施中，当得到对应的多个比特分组时，可以对差错保护保护程度较低的比特分组中的信息比特采用码率较低、纠错性能较好的LDPC码进行编码，而对差错保护程度较高的比特分组中的信息比特则可以采用码率较高、相对纠错性能较差的LDPC码进行编码，以缩小APSK不均匀差错保护数据之间的误码率差距，从而使得提升编码调制系统整体性能。
在本发明一实施例中，通过在对2m-APSK映射和软解映射系统进行建模仿真，将映射到一个APSK星座符号上的m个连续的信息比特比特分组完成后，通过遍历的方式对各个比特分组对应的LDPC码的码率分别进行调整，以使得最终所确定的各个比特分组所采用的LDPC码的码率可以使得所得到的多个比特分组的数据译码后的误码率之间非常接近，以缩小受到不同差错保护程度的信息比特的数据译码后的误码率之间的差距。
步骤S103：将所得到的多个比特分组对应的编码比特进行比特交织，得到对应的交织比特。
在具体实施中，当将待传输的信息比特中每m个连续的信息比特分别采用对应码率的LDPC码进行编码得到对应的编码比特时，可以将不同比特分组对应的编码比特按照与映射比特之间的对应关系，分别写入该比特分组在交织矩阵中对应的行中，。接着，再将所得到的交织矩阵中的编码比特按列输出，便可以得到对应的交织比特，即码字。
步骤S104：将所得到的交织比特进行APSK星座映射，得到对应的APSK星座映射符号。
在具体实施中，当得到对应的交织比特时，对所得到的交织比特进行APSK调制，即可以得到对应的APSK星座映射符号。
为了使得本发明实施例中的技术方案更加便于理解，下面将结合具体的实例对本发明实施例中的基于APSK星座映射的编码调制方法进行介绍。
首先，按照从高位到低位的顺序，以b1、b2、b3、b4、b5和b6分别表示映射到一个APSK符号上的6个比特，对APSK映射和软解映射系统进行建模仿真，采用加性高斯白噪声(Additive White Gaussian Noise，AWGN)信道，计算在不同信噪比条件下，六个比特b1、b2、b3、b4、b5和b6的误码率，具体请参见图2和图3。
从图2和图3可知，在0～15dB的信噪比区间，64-APSK对于b4和b6两个比特的差错保护程度要低于b1、b2、b3、b5四个比特，故将b1、b2、b3、b5比特分为一组，采用码率较高、纠错性能相对较弱的LDPC码进行编码，将b4和b6比特分为一组，采用码率较低、纠错性能相对较好的LDPC码进行编码。
当将六个比特b1、b2、b3、b4、b5和b6分为两个比特分组时，通过遍历的方式，分别对b1、b2、b3、b5所在的比特分组，以及b4和b6所在的比特分组所采用的LDPC码的码率分别进行调整，最终选用低压电力线通信标准中码率分别为0.6和0.3的LDPC码矩阵。其中，0.6码率的LDPC码码长为15360，0.3码率LDPC码码长为7680，对应的性能测试结果请参见图4。
从图4可以看出，b4和b6所在的比特分组的数据译码后的误码率，与b1、b2、b3、b5四个比特所在的比特分组的数据译码后的误码率非常接近，在误码率为10-4时仅有约0.06dB的差异，因此本发明实施例中的基于APSK星座映射的编码调制方法所采用的LDPC码的码率与比特分组的差错保护程度之间的搭配合理。
在确定了两个比特分组所采用的LDPC码后，可以设计对应的比特交织器，以使得不同LDPC码编码比特与APSK中不同的映射比特之间的对应关系保持一致。参见图5，b4和b6所在的比特分组对应的LDPC编码器输出的码字
Figure BDA0001778178380000071
按行写入对应的交织矩阵的1、2、3、5行，b1、b2、b3、b5四个比特所在的比特分组对应的LDPC编码器输出的码字
Figure BDA0001778178380000072
写入第4行和第6行，然后按列读取并输出交织器，得到交织后的序列S＝(s1，s2，s3……s6N)。
图6示出了本发明实施例中的基于APSK星座映射的编码调制方法对应的通信系统的结构示意图。参见图6，在发送端，输入的信息比特首先进入串并转换器61，分为两路并行的数据分别LDPC编码器62和LDPC编码器63，LDPC编码器62采用码率为0.6的LDPC码，对b1、b2、b3和b5四个比特进行编码，LDPC编码器63采用码率为0.3的LDPC码，对b4和b6两个比特进行编码。LDPC编码器62和LDPC编码器63输出的编码序列同时进入交织器64进行比特交织，得到交织后的序列S＝(s1，s2，s3……s6N)，并接着经过APSK调制单元65进行APSK后进入AWGN信道66。在接收端，AWGN信道输出的信道比特，依次经过APSK调制单元67、解交织器68、LDPC译码器69、LDPC译码器610和并串转换器611，依次分别对APSK调制单元65、交织器64、LDPC编码器63、LDPC编码器62和串并转换器61所执行的操作进行对应的逆向操作，最终判决输出。
参见图7，上述的实例中分别采用0.3与0.6码率的LDPC码，其综合码率为0.5，与采用相同码率LDPC码的传统编码调制方案进行误码性能对比，以性能较差的b4和b6比特的数据译码后的误码性能作为本发明实施例中的基于APSK星座映射的编码调制方法的整体误码率性能，其优于电力线通信标准中均采用0.5码率LDPC码进行编码调制的方案约0.3dB。因此，本发明实施例中的基于APSK星座映射的编码调制方法的误码性能优于现有方案。其中，上述的额LDPC译码器分别采用归一化最小和(min-sum)算法，最大迭代次数为50。
图8示出了本发明实施例还提供了一种基于APSK星座映射的编码调制系统的结构示意图。参见图8，一种基于APSK星座映射的编码调制系统，可以包括分组单元801、编码单元802、交织单元803和APSK调制单元804，其中：
所述分组单元801，适于基于所获取的差错保护程度对待传输的信息比特进行分组，得到对应的多个比特分组；
所述编码单元802，适于对所得到的所述多个比特分组中的信息比特分别采用与其差错保护程度相应的低密度奇偶校验码进行编码，以使得所述多个比特分组中的信息比特的译码误码率之间的差异位于预设范围内，得到对应的编码比特；
所述交织单元803，适于将所得到的多个比特分组对应的编码比特进行比特交织，得到对应的交织比特；在本发明一实施例中，所述交织单元703，适于基于编码比特与映射比特之间的对应关系，将所述的多个比特分组的编码比特分别写入交织矩阵的对应行，并将所述交织矩阵中的编码比特按列输出，得到对应的交织比特。
所述APSK调制单元804，适于将所得到的交织比特进行APSK星座映射，得到对应的APSK星座映射符号。
在具体实施中，所述装置80还可以包括确定单元805，其中：
所述确定单元805，适于通过对2m-APSK映射和软解映射系统进行建模仿真，计算预设信噪比条件下映射到一个APSK星座符号上的m个信息比特之间的误码率；m为大于或等于3的整数；基于计算得到的m个信息比特之间误码率，确定所述预设信噪比条件下所述m个信息比特的差错保护程度。在本发明一实施例中，m等于6；所述预设信噪比的取值范围为0至15dB。其中，所述2m-APSK软解映射系统，适于采用如下的公式进行软解映射：
Figure BDA0001778178380000091
其中，LLR(bi，k)表示APSK星座映射符号中第i个星座符号的第k个比特的解映射比特，x表示发送端发送的信息，yi表示接收端接收到的第i个信息，
Figure BDA0001778178380000092
和
Figure BDA0001778178380000093
分别表示星座图上第k个比特为1和0的所有符号点的集合，σ2表示高斯白噪声的方差，h表示信道增益。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，所述计算机指令运行时执行所述的基于APSK星座映射的编码调制方法的步骤。其中，所述基于APSK星座映射的编码调制方法请参见前述部分的介绍，不再赘述。
本发明实施例还提供了一种终端，所述终端包括存储器和处理器，所述存储器上储存有能够在所述处理器上运行的计算机指令，所述处理器运行所述计算机指令时执行所述的基于APSK星座映射的编码调制方法的步骤。其中，所述基于APSK星座映射的编码调制方法请参见前述部分的介绍，不再赘述。
采用本发明实施例中的上述的方案，通过基于差错保护程度对待传输的信息比特进行分组，并对所得到的所述多个比特分组中的信息比特分别采用与其差错保护程度相应的低密度奇偶校验码进行编码，可以不同差错保护程度的信息比特之间的误码率差距，从而在不增加编码冗余度的条件下，降低通信系统的误码率，提高通信系统的通信质量。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：ROM、RAM、磁盘或光盘等。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (5)

1.一种基于APSK星座映射的编码调制系统，其特征在于，包括：
分组单元，适于基于所获取的差错保护程度对待传输的信息比特进行分组，得到对应的多个比特分组；
编码单元，适于对所得到的所述多个比特分组中的信息比特分别采用与其差错保护程度相应的低密度奇偶校验码进行编码，以使得所述多个比特分组中的信息比特的译码误码率之间的差异位于预设范围内，得到对应的编码比特；其中，多个比特分组中的信息比特对应的差错保护程度由确定单元进行确定，具体地，所述确定单元，适于通过对2m-APSK映射和软解映射系统进行建模仿真，计算预设信噪比条件下映射到一个APSK星座符号上的m个信息比特之间的误码率；m为大于或等于3的整数；基于计算得到的m个信息比特之间误码率，确定所述预设信噪比条件下所述m个信息比特的差错保护程度；
交织单元，适于将所得到的多个比特分组对应的编码比特进行比特交织，得到对应的交织比特；
APSK调制单元，适于将所得到的交织比特进行APSK星座映射，得到对应的APSK星座映射符号。
2.根据权利要求1所述的基于APSK星座映射的编码调制系统，其特征在于，所述交织单元，适于基于编码比特与映射比特之间的对应关系，将所述的多个比特分组的编码比特分别写入交织矩阵的对应行，并将所述交织矩阵中的编码比特按列输出，得到对应的交织比特。
3.根据权利要求1所述的基于APSK星座映射的编码调制系统，其特征在于，m等于6。
4.根据权利要求3所述的基于APSK星座映射的编码调制系统，其特征在于，所述预设信噪比的取值范围为0至15dB。
5.根据权利要求1- 4任一项所述的基于APSK星座映射的编码调制系统，其特征在于，所述2m-APSK软解映射系统，适于采用如下的公式进行软解映射：
Figure FDA0002662410000000021
其中，LLR(bi,k)表示APSK星座映射符号中第i个星座符号的第k个比特的解映射比特，x表示发送端发送的信息，yi表示接收端接收到的第i个信息，
Figure FDA0002662410000000022
和
Figure FDA0002662410000000023
分别表示星座图上第k个比特为1和0的所有符号点的集合，σ2表示高斯白噪声的方差，h表示信道增益。
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采用 LDPC 码的联合信源信道编码研究;雷永俊;《中国优秀硕士学位论文全文数据库（信息科技辑）》;20090315;全文 *

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