CN110213193B - 不等概高阶星座点设计方法与解映射方法 - Google Patents

不等概高阶星座点设计方法与解映射方法 Download PDF

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CN110213193B CN201910394831.4A CN201910394831A CN110213193B CN 110213193 B CN110213193 B CN 110213193B CN 201910394831 A CN201910394831 A CN 201910394831A CN 110213193 B CN110213193 B CN 110213193B
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Abstract

本发明属于高速卫星通信编码调制技术领域，为提出一种不等概高阶星座点设计方法与解映射方法，该方法在高功率放大器引起的非线性失真条件下可获得良好的错误性能，本发明采取的技术方案是，不等概高阶星座点设计方法与解映射方法，步骤如下：基于64阶正交幅度调制QAM方形星座图设计用S表示的二维信号星座与每个信号点出现的概率；完成不等概符号到不等概星座点的映射，成型滤波并上变频，完成信号发送；接收端首先对接收信号匹配滤波并下采样，非线性解映射后，依据一一映射原则，直接得到4比特符号
Figure DDA0002057828340000012
的概率；最后，将
Figure DDA0002057828340000011
的概率信息送入多进制编码或者二进制码的译码器进行译码。本发明主要应用于高速卫星通信编码调制场合。

Description

不等概高阶星座点设计方法与解映射方法
技术领域
本发明属于高速卫星通信编码调制技术领域，具体涉及一种非线性信道下实现高阶调制信号星座的非等概映星座点设计方法与解映射方法。
背景技术
空间应用中，图像遥感、激光雷达等产生的数据量不断增长，数据传输的数据带宽也要求不断增长。针对这一问题，采用高阶调制提高频谱利用率，逐渐成为未来卫星数据传输发展的必然要求。但是，高阶调制信号的包络起伏较大，对星载功率放大器的非线性比较敏感。为充分提高卫星功率的利用效率，卫星信道中的高功率放大器一般工作在饱和点附近，因而会带来较大的非线性失真，尤其是幅度大的信号点失真更为严重。
为降低卫星非线性失真的影响，将调制符号映射到星座的信号点上也成为一个重要研究内容。已经提出的星座映射的优化主要分为几何优化和概率优化两种。星座点几何优化包括对星座图形状、星座点位置、星座点间隔等优化；概率优化的基本原理是对星座点概率的非均匀设计，从而降低发射功率或者获得性能增益。星座点非均匀概率分布可通过在信号空间叠加的方法来实现，也可利用成型码使能量较低的信号被使用得概率大于能量较高的信号。有研究者利用一个成型编码器使得输出为0的概率高于输出为1的概率，从而实现不等概率映射，或者通过调整星座点并使用不等间隔信号星座点优化概率分布。也有研究者通过在比特上进行概率成型来获得逼近香农容量限的性能。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明旨在提出一种不等概高阶星座点设计方法与解映射方法，该方法在高功率放大器引起的非线性失真条件下可获得良好的错误性能。为此，本发明采取的技术方案是，不等概高阶星座点设计方法与解映射方法，步骤如下：
(1)基于64阶正交幅度调制QAM方形星座图设计用S表示的二维信号星座与每个信号点出现的概率，即设计每个信号点的三个变量，I/Q分量的坐标
Figure BDA0002057828320000011
与该信号点的出现概率pn，n＝0,1…63，确定不同幅度等级星座点非均匀的参考概率分布方案，九种幅度等级星座点出现概率从内到外分别为1/32、1/32、1/32、3/128、1/64、1/96、1/128、0、0；
(2)信道编码后的码字采用非线性映射实现特定的4比特到6比特非线性映射，实现码字中0和1的非均匀化，然后将每个6比特符号拆分成两个3比特为基本单元作为子符号，并按照子符号随机交织，交织后可以进一步组合得到概率分布不均匀的6比特符号，最后完成不等概符号到不等概星座点的映射，成型滤波并上变频，完成信号发送；
(3)接收端首先对接收信号匹配滤波并下采样，计算得到6比特符号
Figure BDA0002057828320000012
的符号概率，i＝0,1…N-1，N表示总符号数；然后，根据
Figure BDA0002057828320000013
的两个子符号组成
Figure BDA0002057828320000014
通过计算边缘概率得到各自的子符号概率；进一步，与发送端的交织重组进行逆处理，将两个子符号
Figure BDA0002057828320000021
Figure BDA0002057828320000022
的概率相乘得到原始符号
Figure BDA0002057828320000023
的符号概率，j＝0,1…N-1；非线性解映射后，依据一一映射原则，直接得到4比特符号
Figure BDA0002057828320000024
的概率；最后，将
Figure BDA0002057828320000025
的概率信息送入多进制编码或者二进制码的译码器进行译码。
所述基于64QAM方形星座图设计用S表示的二维信号星座与每个信号点出现的概率，即设计每个信号点的三个变量，I/Q分量的坐标
Figure BDA0002057828320000026
与该信号点的出现概率pn，n＝0,1…63，设计不同幅度等级星座点非均匀的参考概率分布方案，九种幅度等级星座点出现概率从内到外分别为1/32、1/32、1/32、3/128、1/64、1/96、1/128、0、0，具体的步骤为：
(1.1)选取64QAM方形星座图作为星座图原图设计星座点的位置及出现概率；
(1.2)设计不同幅度等级星座点非均匀的参考概率分布方案，九种不同幅度等级星座点出现概率从内到外分别为1/32、1/32、1/32、3/128、1/64、1/96、1/128、0、0。
所述信道编码后的码字采用非线性映射实现4比特到6比特的映射，实现码字中0和1的非均匀化，然后将6比特符号拆分成两个3比特为基本单元作为子符号并随机交织，在交织后进一步组合为概率分布不均匀的6比特符号，最后完成信号到星座点的映射、成型滤波并实现上变频，完成信号的发送，具体的步骤为：
(2.1)从64个6比特符号中选出16个符号作为非线性映射符号集，给出4比特符号到6比特符号的非线性映射关系，将4比特和6比特符号均采用十进制表示，4比特对应的0到15分别一一映射为6比特对应的0、1、11、3、4、29、15、31、32、33、43、35、36、61、62、63，这里，每个4比特符号与6比特符号的概率均为1/16；
(2.2)将非线性映射后的6比特符号拆分为两个3比特子符号，将子符号用十进制表示为0到7，则得到的3比特子符号的对应概率分别为：0.1875、0.125、0、0.1875、0.1875、0.09375、0.03125、0.1875；
(2.3)将子符号作为基本单元送入子符号交织器进行交织，交织器采用具有随机性的分组交织器；
(2.4)将交织后的3比特子符号两两组合，得到多种概率等级的6比特映射符号，其概率分布近似满足步骤(1)中的星座点非均匀概率分布；
(2.5)将重组的6比特符号按照对应的设计概率分布映射到64QAM星座图的星座点上；
(2.6)对调制后的信号进行上采样以及成型滤波等处理后送入信道。
所述接收端首先对接收信号匹配滤波并下采样，计算得到6比特符号
Figure BDA0002057828320000027
的符号概率，i＝0,1…N-1，N表示总符号数；然后将
Figure BDA0002057828320000028
用子符号表示为
Figure BDA0002057828320000029
通过计算边缘概率得到各自的子符号概率；进一步，对应发送端的交织重组进行逆处理，将两个子符号
Figure BDA00020578283200000210
Figure BDA00020578283200000211
的概率相乘得到
Figure BDA00020578283200000212
的符号概率，j＝0,1…N-1；非线性解映射后，由于一一映射的关系，可直接得到4比特符号
Figure BDA00020578283200000213
的符号概率；最后，将
Figure BDA00020578283200000214
的软信息送入译码器进行译码，具体的步骤为：
(3.1)对接收信号完成匹配滤波并进行下采样得到
Figure BDA0002057828320000031
N表示总符号数；
(3.2)根据不等概星座图计算6比特符号
Figure BDA0002057828320000032
的符号概率，用sn表示星座图S上的星座点，n＝0,1…63，并且假设噪声为高斯白噪声，其方差为σ2，则
Figure BDA0002057828320000033
若噪声为其它分布，则直接计算
Figure BDA0002057828320000034
(3.3)考虑到
Figure BDA0002057828320000035
可以用子符号表示
Figure BDA0002057828320000036
进而计算3比特子符号的概率，
Figure BDA0002057828320000037
Figure BDA0002057828320000038
的概率根据下列公式计算得到
Figure BDA0002057828320000039
其中，子符号取值范围c＝0,1,…,7，P(sn)为所实现不等概星座点对应的先验概率；
(3.4)对应发送端交织重组进行逆处理，将两个子符号
Figure BDA00020578283200000310
的概率相乘得到
Figure BDA00020578283200000311
的符号概率，j＝0,1,…,N-1，χm(m＝0,1…15)为非线性映射集，用子符号表示为χm＝(cL,cR)，其中，0≤L,R≤7，则符号
Figure BDA00020578283200000312
的概率表示为
Figure BDA00020578283200000313
(3.5)由非线性解映射，即6比特符号
Figure BDA00020578283200000314
一一逆映射对应4比特符号
Figure BDA00020578283200000315
得到符号
Figure BDA00020578283200000316
的概率
Figure BDA00020578283200000317
(3.6)信道编码若为阶数为16进制的多进制编码，直接将上述概率赋给符号概率；若信道编码为二进制编码，则计算每一个比特
Figure BDA00020578283200000318
的概率，k＝0,…,3，用公式表示为
Figure BDA00020578283200000319
其中，C＝0,1，
Figure BDA00020578283200000320
为χm非线性解映射对应4比特符号的二进制表示；将
Figure BDA00020578283200000321
的比特软信息送入信道译码器完成初始化进行译码。
本发明的特点及有益效果是：
本发明的不等概星座点的整体错误性能优越。针对卫星非线性信道，在高阶正交幅度调制星座的基础之上，发明一种不等概高阶星座点设计方法与解映射方法。与传统均匀概率分布方案相比，提出的方案在功率放大器工作在饱和区及其附近时，具有更好的错误性能。
附图说明：
图1为非线性信道不等概高阶星座点设计方法与解映射方法的系统框图；
图2是发送端非等概符号设计的流程图；
图3为非线性映射关系示意图；
图4为6比特映射符号概率分布图；
图5为不等概64QAM星座图；
图6为接收端非等概星座图解映射的流程图；
图7是三种星座在在非线性信道在IBO＝3dB时的误比特性能曲线；
图8是三种星座在在非线性信道在IBO＝0dB时的误比特性能曲线。
具体实施方式
本发明面向卫星非线性信道，基于优化星座映射的思想，提出了一种不等概高阶星座点概率分布设计方法以及接收端对应的解映射方法，与均匀概率分布的星座点相比较，发明的方法降低了信号星座的平均功率，在性能上也有一定程度上的改善，从而在整体上优化了卫星非线性信道下的高阶信号的能量有效性。
本发明的特征在于面向卫星非线性信道，以64QAM信号星座为基础，根据卫星非线性信道高阶调制符号的失真特点，优化设计星座点的位置以及出现概率，给出星座点非均匀概率分布、映射方法以及解映射方法。具体而言，在信道编码后利用一种非线性映射方法，通过扩展映射、符号拆分和交织重组等步骤实现近似满足该种星座点非等概的概率分布，同时，提供了针对非等概调制信号的接收端处理方法。
本发明提出一种非线性信道下不等概高阶星座点设计方法与解映射方法，包括非等概符号设计、非等概高阶星座点设计与映射以及非等概星座图解映射等部分。它在卫星通信系统中依次按照以下步骤实现：
(1)基于64QAM方形星座图设计二维信号星座(用S表示)与每个信号点出现的概率，即设计每个信号点的三个变量，I/Q分量的坐标
Figure BDA0002057828320000041
与该信号点的出现概率pn，n＝0,1…63，确定不同幅度等级星座点非均匀的参考概率分布方案，九种幅度等级星座点出现概率从内到外分别为1/32、1/32、1/32、3/128、1/64、1/96、1/128、0、0；
(2)信道编码后的码字采用非线性映射实现特定的4比特到6比特非线性映射，实现码字中0和1的非均匀化，然后将每个6比特符号拆分成两个3比特为基本单元作为子符号，并按照子符号随机交织，交织后可以进一步组合得到概率分布不均匀的6比特符号，最后完成不等概符号到不等概星座点的映射，成型滤波并上变频，完成信号发送；
(3)接收端首先对接收信号匹配滤波并下采样，计算得到6比特符号
Figure BDA0002057828320000042
的符号概率，i＝0,1…N-1，N表示总符号数；然后，根据
Figure BDA0002057828320000043
的两个子符号组成
Figure BDA0002057828320000044
通过计算边缘概率得到各自的子符号概率；进一步，与发送端的交织重组进行逆处理，将两个子符号
Figure BDA0002057828320000045
Figure BDA0002057828320000046
的概率相乘得到原始符号
Figure BDA0002057828320000047
的符号概率，j＝0,1…N-1；非线性解映射后，依据一一映射原则，直接得到4比特符号
Figure BDA0002057828320000048
的概率；最后，将
Figure BDA0002057828320000049
的概率信息送入多进制编码或者二进制码的译码器进行译码。
所述基于64QAM方形星座图设计二维信号星座(用S表示)与每个信号点出现的概率，即设计每个信号点的三个变量，I/Q分量的坐标
Figure BDA0002057828320000051
与该信号点的出现概率pn，n＝0,1…63，设计不同幅度等级星座点非均匀的参考概率分布方案，九种幅度等级星座点出现概率从内到外分别为1/32、1/32、1/32、3/128、1/64、1/96、1/128、0、0，具体的步骤为：
(1.2)选取64QAM方形星座图作为星座图原图设计星座点的位置及出现概率；
(1.2)设计不同幅度等级星座点非均匀的参考概率分布方案，九种不同幅度等级星座点出现概率从内到外分别为1/32、1/32、1/32、3/128、1/64、1/96、1/128、0、0。
所述信道编码后的码字采用非线性映射实现4比特到6比特的映射，实现码字中0和1的非均匀化，然后将6比特符号拆分成两个3比特为基本单元作为子符号并随机交织，在交织后进一步组合为概率分布不均匀的6比特符号，最后完成信号到星座点的映射、成型滤波并实现上变频，完成信号的发送，具体的步骤为：
(2.1)从64个6比特符号中选出16个符号作为非线性映射符号集，给出4比特符号到6比特符号的非线性映射关系，将4比特和6比特符号均采用十进制表示，4比特对应的0到15分别一一映射为6比特对应的0、1、11、3、4、29、15、31、32、33、43、35、36、61、62、63，这里，每个4比特符号与6比特符号的概率均为1/16；
(2.2)将非线性映射后的6比特符号拆分为两个3比特子符号，将子符号用十进制表示为0到7，则得到的3比特子符号的对应概率分别为：0.1875、0.125、0、0.1875、0.1875、0.09375、0.03125、0.1875；
(2.3)将子符号作为基本单元送入子符号交织器进行交织，交织器可以采用伪随机交织器，也包括采用任何具有一定随机性的分组交织器等；
(2.4)将交织后的3比特子符号两两组合，可得到多种概率等级的6比特映射符号，其概率分布可以近似满足步骤(1)中的星座点非均匀概率分布；
(2.5)将重组的6比特符号按照对应的设计概率分布映射到64QAM星座图的星座点上；
(2.6)对调制后的信号进行上采样以及成型滤波等处理后送入信道。
所述接收端首先对接收信号匹配滤波并下采样，计算得到6比特符号
Figure BDA0002057828320000052
的符号概率，i＝0,1…N-1，N表示总符号数；然后将
Figure BDA0002057828320000053
用子符号表示为
Figure BDA0002057828320000054
通过计算边缘概率得到各自的子符号概率；进一步，对应发送端的交织重组进行逆处理，将两个子符号
Figure BDA0002057828320000055
Figure BDA0002057828320000056
的概率相乘得到
Figure BDA0002057828320000057
的符号概率，j＝0,1…N-1；非线性解映射后，由于一一映射的关系，可直接得到4比特符号
Figure BDA0002057828320000058
的符号概率；最后，将
Figure BDA0002057828320000059
的软信息送入译码器进行译码，具体的步骤为：
(3.1)对接收信号完成匹配滤波并进行下采样得到
Figure BDA00020578283200000510
N表示总符号数；
(3.2)根据不等概星座图计算6比特符号
Figure BDA00020578283200000511
的符号概率，用sn(n＝0,1…63)表示星座图S上的星座点，并且假设噪声为高斯白噪声，其方差为σ2，则
Figure BDA0002057828320000061
若噪声为其它分布，可以直接计算
Figure BDA0002057828320000062
(3.3)考虑到
Figure BDA0002057828320000063
可以用子符号表示
Figure BDA0002057828320000064
进而可以计算3比特子符号的概率，
Figure BDA0002057828320000065
的概率根据下列公式计算得到
Figure BDA0002057828320000066
其中，子符号取值范围c＝0,1,…,7，P(sn)为所实现不等概星座点对应的先验概率；
(3.4)对应发送端交织重组进行逆处理，将两个子符号
Figure BDA0002057828320000067
的概率相乘得到
Figure BDA0002057828320000068
的符号概率，j＝0,1,…,N-1，χm(m＝0,1…15)为非线性映射集，用子符号表示为χm＝(cL,cR)，其中，0≤L,R≤7，则符号
Figure BDA0002057828320000069
的概率表示为
Figure BDA00020578283200000610
(3.5)由非线性解映射，即6比特符号
Figure BDA00020578283200000611
一一逆映射对应4比特符号
Figure BDA00020578283200000612
得到符号
Figure BDA00020578283200000613
的概率
Figure BDA00020578283200000614
(3.6)信道编码若为阶数为16进制的多进制编码，直接将上述概率赋给符号概率；若信道编码为二进制编码，则计算每一个比特
Figure BDA00020578283200000615
的概率，用公式表示为
Figure BDA00020578283200000616
其中，C＝0,1，
Figure BDA00020578283200000617
为χm非线性解映射对应4比特符号的二进制表示；将
Figure BDA00020578283200000618
的比特软信息送入信道译码器完成初始化进行译码。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明的实施方式作进一步地详细描述。
本发明面向卫星非线性信道，针对64QAM信号星座提出一种不等概星座点设计方法与解映射方法，包括非等概符号设计、非等概高阶星座点设计与映射以及非等概星座图解映射，参见图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7和图8。下面结合附图对本发明中非线性信道不等概高阶星座点设计方法与解映射方法做出详细说明。
本发明包括以下3个步骤：
(1)基于64QAM方形星座图设计二维信号星座(用S表示)与每个信号点出现的概率，即设计每个信号点的三个变量，I/Q分量的坐标
Figure BDA00020578283200000619
与该信号点的出现概率pn，n＝0,1…63，设计不同幅度等级星座点非均匀的参考概率分布方案，九种幅度等级星座点出现概率从内到外分别为1/32、1/32、1/32、3/128、1/64、1/96、1/128、0、0；
(2)信道编码后的码字采用非线性映射实现4比特到6比特的映射，实现码字中0和1的非均匀化，然后将6比特符号拆分成两个3比特为基本单元作为子符号并随机交织，在交织后进一步组合为概率分布不均匀的6比特符号，最后完成信号到星座点的映射、成型滤波并实现上变频，完成信号的发送；
(3)接收端首先对接收信号匹配滤波并下采样，计算得到6比特符号
Figure BDA0002057828320000071
的符号概率，i＝0,1…N-1，N表示总符号数；然后将
Figure BDA0002057828320000072
用子符号表示为
Figure BDA0002057828320000073
通过计算边缘概率得到各自的子符号概率；进一步，对应发送端的交织重组进行逆处理，将两个子符号
Figure BDA0002057828320000074
Figure BDA0002057828320000075
的概率相乘得到
Figure BDA0002057828320000076
的符号概率，j＝0,1…N-1；非线性解映射后，由于一一映射的关系，可直接得到4比特符号
Figure BDA0002057828320000077
的符号概率；最后，计算符号
Figure BDA0002057828320000078
的二进制表示形式
Figure BDA0002057828320000079
的软信息并送入译码器进行译码。
所述基于64QAM方形星座图设计二维信号星座(用S表示)与每个信号点出现的概率，即设计每个信号点的三个变量，I/Q分量的坐标
Figure BDA00020578283200000710
与该信号点的出现概率pn，n＝0,1…63，设计不同幅度等级星座点非均匀的参考概率分布方案，九种幅度等级星座点出现概率从内到外分别为1/32、1/32、1/32、3/128、1/64、1/96、1/128、0、0，具体的步骤为：
(1.1)选取64QAM方形星座图作为星座图原图设计星座点的位置及出现概率；
(1.2)设计不同幅度等级星座点非均匀的参考概率分布方案，九种不同幅度等级星座点出现概率从内到外分别为1/32、1/32、1/32、3/128、1/64、1/96、1/128、0、0。
所述信道编码后的码字采用非线性映射实现4比特到6比特的映射，实现码字中0和1的非均匀化，然后将6比特符号拆分成两个3比特为基本单元作为子符号并随机交织，在交织后进一步组合为概率分布不均匀的6比特符号，最后完成信号到星座点的映射、成型滤波并实现上变频，完成信号的发送，参考图2所示，具体的步骤为：
(2.1)从64个6比特符号中选出16个符号作为非线性映射符号集，给出4比特符号到6比特符号的非线性映射关系，将4比特和6比特符号均采用十进制表示，4比特对应的0到15分别一一映射为6比特对应的0、1、11、3、4、29、15、31、32、33、43、35、36、61、62、63，这里，每个4比特符号与6比特符号的概率均为1/16；
(2.2)将非线性映射后的6比特符号拆分为两个3比特子符号，将子符号用十进制表示为0到7，则得到的3比特子符号的对应概率分别为：0.1875、0.125、0、0.1875、0.1875、0.09375、0.03125、0.1875；
(2.3)将子符号作为基本单元送入子符号交织器进行交织，交织器可以采用伪随机交织器，也包括采用任何具有一定随机性的分组交织器等；
(2.4)将交织后的3比特子符号两两组合，可得到多种概率等级的6比特映射符号，其概率分布可以近似满足步骤(1)中的星座点非均匀概率分布；
(2.5)将重组的6比特符号按照对应的设计概率分布映射到64QAM星座图的星座点上；
(2.6)对调制后的信号进行上采样以及成型滤波等处理后送入信道。
所述接收端首先对接收信号匹配滤波并下采样，计算得到6比特符号
Figure BDA0002057828320000081
的符号概率，i＝0,1…N-1，N表示总符号数；然后将
Figure BDA0002057828320000082
用子符号表示为
Figure BDA0002057828320000083
通过计算边缘概率得到各自的子符号概率；进一步，对应发送端的交织重组进行逆处理，将两个子符号
Figure BDA0002057828320000084
Figure BDA0002057828320000085
的概率相乘得到
Figure BDA0002057828320000086
的符号概率，j＝0,1…N-1；非线性解映射后，由于一一映射的关系，可直接得到4比特符号
Figure BDA0002057828320000087
的符号概率；最后，计算符号
Figure BDA0002057828320000088
的二进制表示形式
Figure BDA0002057828320000089
的软信息并送入译码器进行译码，参考图6所示，具体的步骤为：
(3.1)对接收信号完成匹配滤波并进行下采样得到
Figure BDA00020578283200000810
N表示总符号数；
(3.2)根据不等概星座图计算6比特符号
Figure BDA00020578283200000811
的符号概率，用sn(n＝0,1…63)表示星座图S上的星座点，并且假设噪声为高斯白噪声，其方差为σ2，则
Figure BDA00020578283200000812
若噪声为其它分布，可以直接计算
Figure BDA00020578283200000813
(3.3)考虑到
Figure BDA00020578283200000814
可以用子符号表示
Figure BDA00020578283200000815
进而可以计算3比特子符号的概率，
Figure BDA00020578283200000816
的概率根据下列公式计算得到
Figure BDA00020578283200000817
其中，子符号取值范围c＝0,1,…,7，P(sn)为所实现不等概星座点对应的先验概率；
(3.4)对应发送端交织重组进行逆处理，将两个子符号
Figure BDA00020578283200000818
的概率相乘得到
Figure BDA00020578283200000819
的符号概率，j＝0,1,…,N-1，χm(m＝0,1…15)为非线性映射集，用子符号表示为χm＝(cL,cR)，其中，0≤L,R≤7，则符号
Figure BDA00020578283200000820
的概率表示为
Figure BDA00020578283200000821
(3.5)由非线性解映射，即6比特符号
Figure BDA00020578283200000822
一一逆映射对应4比特符号
Figure BDA00020578283200000823
得到符号
Figure BDA00020578283200000824
的概率
Figure BDA00020578283200000825
(3.6)信道编码若为阶数为16进制的多进制编码，直接将上述概率赋给符号概率；若信道编码为二进制编码，则计算每一个比特
Figure BDA00020578283200000826
的概率，用公式表示为
Figure BDA0002057828320000091
其中，C＝0,1，
Figure BDA0002057828320000092
为χm非线性解映射对应4比特符号的二进制表示；将
Figure BDA0002057828320000093
的比特软信息送入信道译码器完成初始化进行译码。
下面给出一个具体的实施例，说明本发明给出的非线性信道不等概高阶星座点设计方法与解映射方法的可行性。方法中涉及到的编码方法，可以选择任意的码字中0和1分布均匀的信道编码，本实施例选择采用低密度奇偶校验(LDPC)码验证其性能。为保证整体码率统一，本发明采用IEEE802.16e标准中码长为2304，码率1/2的LDPC码采用等概率分布64QAM和64阶幅度相移键控(APSK)与3/4码率伽罗华域GF(16)上的多进制LDPC码采用不等概率分布64QAM三种方案的性能仿真，LDPC码译码器最大迭代20次。在非线性信道下，仿真了三种调制方案在不同输入回退条件下的误比特性能。
在步骤(1)中，综合考虑符号在非线性信道下的失真情况和错误率性能以及设计子符号(3比特)概率分布实现的可能性，给出一种不同幅度等级星座点的非均匀概率分布方案，对应九种幅度等级从内到外分别为1/32、1/32、1/32、3/128、1/64、1/96、1/128、0、0。
在步骤(2)中，首先，基于步骤(1)给出的不同幅度等级星座点概率分布，从64个6比特符号中选出16个6比特符号作为非线性映射符号集，并给出4比特到6比特的非线性映射关系，将4比特符号和6比特符号均采用十进制表示，0到15分别一一映射为0、1、11、3、4、29、15、31、32、33、43、35、36、61、62、63；然后，将6比特符号拆分成两个3比特的子符号，子符号的十进制表示形式0到7的对应概率分别为：0.1875、0.125、0、0.1875、0.1875、0.09375、0.03125、0.1875；最后，通过交织重组等处理，实现映射符号的非均匀化，进一步将信号映射到星座图上，将映射后的符号进行上采样、成型滤波等处理完成信号的发送。
在本发明方法的评估中，非线性信道模型选用Saleh模型，输入输出特性表示为，
Figure BDA0002057828320000094
信号经过非线性变换后，对信号进行归一化处理。
在步骤(3)中，接收端首先对信号进行匹配滤波和下采样处理，然后对应于发送端符号拆分、交织重组等进行逆处理，计算比特软信息并送入译码器进行译码。
在非线性信道下，对不等概64QAM星座点设计方案进行仿真。附图7和附图8给出了1/2码率LDPC码采用等概率分布64QAM和64APSK与3/4码率伽罗华域GF(16)上的多进制LDPC码采用不等概率分布64QAM三种方案在非线性信道下的性能比较。在功率回退为3dB时，相对于采用等概率分布的64QAM和64APSK情况，不等概率分布的方案在BER＝10-6时分别获得0.55dB、0.2dB的性能增益，在功率回退为0dB时，相对于采用等概率分布的64QAM和64APSK情况，不等概率分布的方案在BER＝10-6时分别获得0.75dB、0.25dB的性能增益。
本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅为了描述，不代表实施例的优劣。
以上所述仅为本发明较佳的实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神原则内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种不等概高阶星座点设计方法与解映射方法，其特征是，步骤如下：
(1)基于64阶正交幅度调制QAM方形星座图设计用S表示的二维信号星座与每个信号点出现的概率，即设计每个信号点的三个变量，I/Q分量的坐标
Figure FDA0003179405440000011
与该信号点的出现概率pn，n＝0，1...63，确定不同幅度等级星座点非均匀的参考概率分布方案，九种幅度等级星座点出现概率从内到外分别为1/32、1/32、1/32、3/128、1/64、1/96、1/128、0、0；
(2)信道编码后的码字采用非线性映射实现特定的4比特到6比特非线性映射，实现码字中0和1的非均匀化，然后将每个6比特符号拆分成两个3比特为基本单元作为子符号，并按照子符号随机交织，交织后可以进一步组合得到概率分布不均匀的6比特符号，最后完成不等概符号到不等概星座点的映射，成型滤波并上变频，完成信号发送，具体步骤如下：
(2.1)从64个6比特符号中选出16个符号作为非线性映射符号集，给出4比特符号到6比特符号的非线性映射关系，将4比特和6比特符号均采用十进制表示，4比特对应的0到15分别一一映射为6比特对应的0、1、11、3、4、29、15、31、32、33、43、35、36、61、62、63，这里，每个4比特符号与6比特符号的概率均为1/16；
(2.2)将非线性映射后的6比特符号拆分为两个3比特子符号，将子符号用十进制表示为0到7，则得到的3比特子符号的对应概率分别为：0.1875、0.125、0、0.1875、0.1875、0.09375、0.03125、0.1875；
(2.3)将子符号作为基本单元送入子符号交织器进行交织，交织器采用具有随机性的分组交织器；
(2.4)将交织后的3比特子符号两两组合，得到多种概率等级的6比特映射符号，其概率分布近似满足步骤(1)中的星座点非均匀概率分布；
(2.5)将重组的6比特符号按照对应的设计概率分布映射到64QAM星座图的星座点上；
(2.6)对调制后的信号进行上采样以及成型滤波等处理后送入信道；
(3)接收端首先对接收信号匹配滤波并下采样，计算得到6比特符号
Figure FDA0003179405440000012
的符号概率，i＝0，1...N-1，N表示总符号数；然后，根据
Figure FDA0003179405440000013
的两个子符号组成
Figure FDA0003179405440000014
通过计算边缘概率得到各自的子符号概率；进一步，与发送端的交织重组进行逆处理，将两个子符号
Figure FDA0003179405440000015
的概率相乘得到原始符号
Figure FDA0003179405440000016
的符号概率，j＝0，1...N-1；非线性解映射后，依据一一映射原则，直接得到4比特符号
Figure FDA0003179405440000017
的概率；最后，将
Figure FDA0003179405440000018
的概率信息送入多进制编码或者二进制码的译码器进行译码；具体步骤如下：
(3.1)对接收信号完成匹配滤波并进行下采样得到
Figure FDA0003179405440000019
i＝0，1...N-1，N表示总符号数；
(3.2)根据不等概星座图计算6比特符号
Figure FDA00031794054400000110
的符号概率，用sn表示星座图S上的星座点，n＝0，1...63，并且假设噪声为高斯白噪声，其方差为σ2，则
Figure FDA0003179405440000021
若噪声为其它分布，则直接计算
Figure FDA0003179405440000022
(3.3)考虑到
Figure FDA0003179405440000023
可以用子符号表示
Figure FDA0003179405440000024
进而计算3比特子符号的概率，
Figure FDA0003179405440000025
Figure FDA0003179405440000026
的概率根据下列公式计算得到
Figure FDA0003179405440000027
其中，子符号取值范围c＝0，1，...，7，P(sn)为所实现不等概星座点对应的先验概率；
(3.4)对应发送端交织重组进行逆处理，将两个子符号
Figure FDA0003179405440000028
的概率相乘得到
Figure FDA0003179405440000029
的符号概率，j＝0，1，...，N-1，χm(m＝0，1...15)为非线性映射集，用子符号表示为χm＝(cL，cR)，其中，0≤L，R≤7，则符号
Figure FDA00031794054400000210
的概率表示为
Figure FDA00031794054400000211
(3.5)由非线性解映射，即6比特符号
Figure FDA00031794054400000212
一一逆映射对应4比特符号
Figure FDA00031794054400000213
得到符号
Figure FDA00031794054400000214
的概率
Figure FDA00031794054400000215
(3.6)信道编码若为阶数为16进制的多进制编码，直接将上述概率赋给符号概率；若信道编码为二进制编码，则计算每一个比特
Figure FDA00031794054400000216
的概率，k＝0，...，3，用公式表示为
Figure FDA00031794054400000217
其中，C＝0，1，
Figure FDA00031794054400000218
为χm非线性解映射对应4比特符号的二进制表示；将
Figure FDA00031794054400000219
的比特软信息送入信道译码器完成初始化进行译码。
2.如权利要求1所述的不等概高阶星座点设计方法与解映射方法，其特征是，所述基于64QAM方形星座图设计用S表示的二维信号星座与每个信号点出现的概率，即设计每个信号点的三个变量，I/Q分量的坐标
Figure FDA00031794054400000220
与该信号点的出现概率pn，n＝0，1...63，设计不同幅度等级星座点非均匀的参考概率分布方案，九种幅度等级星座点出现概率从内到外分别为1/32、1/32、1/32、3/128、1/64、1/96、1/128、0、0，具体的步骤为：
(1.1)选取64QAM方形星座图作为星座图原图设计星座点的位置及出现概率；
(1.2)设计不同幅度等级星座点非均匀的参考概率分布方案，九种不同幅度等级星座点出现概率从内到外分别为1/32、1/32、1/32、3/128、1/64、1/96、1/128、0、0。
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