CN111835670A - 一种n维幅度相位联合调制方法及调制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种n维幅度相位联合调制方法及调制器，本发明分别从(n，n(n‑1)，n‑1)置换群码的码集合P_n中选择2^k个和两个置换码字，构成n维相位调制矢量集合Γ_n和n维幅度调制矢量集合Λ_n，基于待发送二进制信息序列，分别从Γ_n和Λ_n中取出置换码字u和v，使用置换码字u控制载波信号的相位，使用置换码字v控制载波信号的幅度，从而产生n维实欧式空间

上的幅度相位联合调制信号；所产生的幅度相位联合调制信号对应的星座图Ω_n，具有良好的欧式距离特性，在复杂度较低的情况下，仍然具有较强的抵抗瑞利衰落的能力，可靠性较高。

Description

一种n维幅度相位联合调制方法及调制器

技术领域

本发明属于通信传输系统中的信道编码和调制领域，更具体地，涉及一种基于(n，n(n-1)，n-1)置换群码的n维幅度相位联合调制方法及调制器。

背景技术

5G标准中超高可靠和超低延迟通信(Ultra High Reliable Low DelayCommunication，URLLC)对通信系统的可靠性提出了更严格的要求。然而，目前的信道编码和调制技术很难满足这个要求。(n，n(n-1)，n-1)置换群码是一类纠错能力强的置换码，具备良好的欧式距离参数和低复杂度的码集合代数产生方式。其中，陪集划分(n，n(n-1)，n-1)置换群码的构造方法及其码集合产生器已于2016年1月27日向中华人民共和国国家知识产权局申请了发明专利，申请号或专利号为：201610051144.9。同时向美国United StatesPatent and Trademark Office(USTPO，Application Number：15060111)(Title ofInvention：COSET PARTITION BASED CONSTRUCTION METHOD FOR(n，n(n-1)，n-1)PERMUTATION GROUP CODE AND CODE SET GENERATOR THEREOF)申请了海外发明专利，目前，已经获得发明专利授权。因此，研究一种基于(n，n(n-1)，n-1)置换群码的n维幅度相位联合调制方法及调制器存在重要的意义。

现有的相移键控调制方法是一种用载波相位表示输入信号信息的调制技术，使用固定的星座图进行调制，该星座图为2维欧式空间的星座图，最小欧式距离较小，解调时错误概率大，使得通信系统中数据传输的可靠性较低。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种n维幅度相位联合调制方法及调制器，用以解决现有技术由于其星座图的最小欧式距离小而导致数据传输的可靠性较低的技术问题。

为了实现上述目的，第一方面，本发明提出了一种n维幅度相位联合调制方法，包括以下步骤：

S1、从(n，n(n-1)，n-1)置换群码的码集合P_n中选择2^k个置换码字构成n维相位调制矢量集合Γ_n；其中，Γ_n仍然具有P_n的陪集结构特征，

n为大于1的正整数；

S2、从码集合P_n中选择两个置换码字构成n维幅度调制矢量集合Λ_n；其中，Λ_n中两个置换码字的欧式距离为码集合P_n的最大欧式距离；

S3、将待发送的m位二进制信息序列分成两个二进制序列，分别记为k长信息序列和1长信息序列；其中，k长信息序列由待发送的m位二进制信息序列中的前k个高有效位组成，1长信息序列由待发送的m位二进制信息序列中的最低一位有效位组成，且m＝k+1；

S4、根据k长信息序列得到调制相位的置换码字索引，并从Γ_n中取出调制相位的置换码字索引位置处的置换码字u；根据1长信息序列得到调制幅度的置换码字索引，并从Λ_n中取出调制幅度的置换码字索引位置处的置换码字v；其中，置换码字u和v的长度均为n，u＝[u₁...u_n]∈Γ_n，v＝[v₁...v_n]∈Λ_n，u_i为置换码字u的第i个码元，v_i为置换码字v的第i个码元，i＝1，2，...，n；

S5、使用置换码字u控制载波信号的相位，使用置换码字v控制载波信号的幅度，从而产生n维实欧式空间

上的幅度相位联合调制信号；其中，幅度相位联合调制信号的n个相位由置换码字u的n个码元控制所得，n个幅度由置换码字v的n个码元控制所得。

进一步优选地，P_n的陪集结构特征为：对任意的不动点n∈Z_n，P_n满足：1)码集合P_n由n-1个C_n的陪集C_nl₁，C_nl₂，...，C_nl_n-1构成，且每个陪集包含n个码字，或者，2)码集合P_n由n-1个轨道构成，且每一个轨道包含n个码字；

其中，Z_n＝{1，2，...，n}；C_n为标准循环子群，C_n的势|C_n|＝n；n-1个C_n的陪集的第一个置换码字，即n-1个陪集首码字，或者n-1个轨道的第一个码字，即n-1个轨道首码字，是最大单不动点子群L_n＝{l₁，l₂，...，l_n-1}；最大单不动点子群L_n的每一个码字由l_a＝al₁计算得到，a＝1，2，...，n-1，l₁＝[1...n]。

进一步优选地，(n，n(n-1)，n-1)置换群码的码集合P_n由循环右移算子t_rn的n-1次幂的复合函数(t_rn)^n-1或者由循环左移算子t_l1的n-1次幂的复合函数(t_l1)^n-1作用于最大单不动点子群L_n得到；其中，L_n是一个置换码字的集合，写成L_n＝{al₁|a∈Z_n-1；l₁＝[1...n]}，正整数有限域Z_n-1＝{1，2，...，n-1}；

当P_n由循环右移算子t_rn的n-1次幂的复合函数(t_rn)^n-1作用于最大单不动点子群L_n得到时，P_n＝{(t_rn)^n-1L_n}＝{{(t_rn)^n-1l₁}，{(t_rn)^n-1l₂}，...，{(t_rn)^n-1l_n-1}}；当P_n由循环左移算子t_l1的n-1次幂的复合函数(t_l1)^n-1作用于最大单不动点子群L_n得到时，P_n＝{(t_l1)^n-1L_n}＝{{(t_l1)^n-1l₁}，{(t_l1)^n-1l₂}，...，{(t_l1)^n-1l_n-1}}。

进一步优选地，Γ_n＝{(t_l1)^n-2L_n}＝{(t_rn)^n-2L_n}，具体由P_n＝{(t_l1)^n-1L_n}＝{(t_rn)^n-1L_n}中的循环移位算子t_l1和t_rn的n-1次幂的复合函数降一次幂得到。

进一步优选地，n维实欧式空间

上的幅度相位联合调制信号s(t)＝[s₁(t)s₂(t)...s_n(t)]由n个波形组成，其中，波形s_i(t)的相位和幅度分别由置换码字的码元u_i和v_i控制，具体的实波形信号表示为：

其中，g(t)是基带脉冲信号，v(t)＝v_i，u(t)＝u_i，(i-1)T_s≤t≤iT_s，T_s是每个s_i(t)波形的持续时间，f_c为载波频率，i＝1，2，...n。

进一步优选地，s(t)的n个波形构成n维复欧式空间

上的一个信号点，其矢量形式表示为s＝[s₁s₂...s_n]，其中，

j是虚数单位；2^m个信号点s的集合{s}在n维复欧式空间

上组成n维幅度相位联合调制的星座图Ω_n。

第二方面，本发明提出了一种n维幅度相位联合调制器，包括：信息序列分离模块、第一映射模块、第二映射模块、第一移位寄存器、第二移位寄存器和幅度相位联合调制模块；

其中，信息序列分离模块的输出端分别与第一映射模块和第二映射模块的输入端相连，第一映射模块的输出端与第一移位寄存器的输入端相连，第二映射模块的输出端与第二移位寄存器的输入端相连，第一移位寄存器和第二移位寄存器的输出端与幅度相位联合调制模块的输入端相连；

信息序列分离模块用于将待发送的m位二进制信息序列分成两个二进制序列，分别记为k长信息序列和1长信息序列，将k长信息序列输出到第一映射模块中，将1长信息序列输出到第二映射模块中；其中，k长信息序列由待发送的m位二进制信息序列中的前k个高有效位组成，1长信息序列由待发送的m位二进制信息序列中的最低一位有效位组成，且m＝k+1，

n为大于1的正整数；

第一映射模块用于存储n维相位调制矢量集合Γ_n，并根据k长信息序列得到调制相位的置换码字索引后，从Γ_n中取出调制相位的置换码字索引位置处的置换码字u，并行输出到第一移位寄存器中；其中，Γ_n由从(n，n(n-1)，n-1)置换群码的码集合P_n中选择的2^k个置换码字构成，且Γ_n仍然具有P_n的陪集结构特征；置换码字u＝[u₁...u_n]∈Γ_n，长度为n，u_i为置换码字u的第i个码元，i＝1，2，...，n；

第二映射模块用于存储n维幅度调制矢量集合Λ_n，并根据1长信息序列得到调制幅度的置换码字索引后，从Λ_n中取出调制幅度的置换码字索引位置处的置换码字v，并行输出到第二移位寄存器中；其中，Λ_n由从码集合P_n中选择的两个置换码字构成，且Λ_n中的两个置换码字的欧式距离为码集合P_n的最大欧式距离；置换码字v＝[v₁...v_n]∈Λ_n，长度为n，v_i为置换码字v的第i个码元，i＝1，2，...，n；

第一移位寄存器用于当W/S控制信号为1时开始工作，在时钟脉冲控制下，从第一映射模块中并行输入置换码字u的n个码元，在n个时钟脉冲的控制下，串行输出置换码字u的n个码元到幅度相位联合调制模块中；

第二移位寄存器用于当W/S控制信号为1时开始工作，在时钟脉冲控制下，从第二映射模块中并行输入置换码字v的n个码元；在n个时钟脉冲的控制下，串行输出置换码字v的n个码元到幅度相位联合调制模块中；

幅度相位联合调制模块用于使用置换码字u控制载波信号的相位，使用置换码字v控制载波信号的幅度，从而产生n维实欧式空间

上的幅度相位联合调制信号；其中，幅度相位联合调制信号的n个相位由置换码字u的n个码元控制所得，n个幅度由置换码字v的n个码元控制所得。

进一步优选地，第一映射模块包括：第一地址产生器和第一ROM存储器；

其中，第一地址产生器的输出端与第一ROM存储器的输入端相连；第一ROM存储器由n维ROM组成，共有2^k行，每一行存储一个置换码字；

第一地址产生器用于将k长信息序列映射为调制相位的置换码字索引，即第一ROM存储器中存储调制相位的置换码字的对应地址，并输出到第一ROM存储器中；

第一ROM存储器用于存储n维相位调制矢量集合Γ_n，并基于调制相位的置换码字索引，得到长度为n的调制相位的置换码字u∈Γ_n，并行输出到第一移位寄存器中。

进一步优选地，第二映射器包括：第二地址产生器和第二ROM存储器；

其中，第二地址产生器的输出端与第二ROM存储器的输入端相连；第二ROM存储器由n维ROM组成，共有两行，每一行存储一个置换码字；

第二地址产生器用于将1长信息序列映射为调制幅度的置换码字索引，即第二ROM存储器中存储调制幅度的置换码字的对应地址，并输出到第二ROM存储器中；

第二ROM存储器用于存储n维幅度调制矢量集合Λ_n，并基于调制幅度的置换码字索引，得到长度为n的调制幅度的置换码字v∈Λ_n，并行输出到第二移位寄存器中。

进一步优选地，幅度相位联合调制模块包括：第一至第六乘法单元、同相分量形成电路、正交分量形成电路、脉冲整形生成器、载波发生器、反相器和加法单元；

第一移位寄存器输出的u_i经第一乘法单元与

相乘后，得到置换码字u的第i个码元u_i生成的载波相位

载波相位

分成两路，分别经同相分量形成电路和正交分量形成电路处理后，得到同相分量

和正交分量

同相分量

和正交分量

分别经第二乘法单元和第三乘法单元与脉冲整形生成器输出的基带信号g(t)相乘，分别得到

和

载波发生器产生cos(2πf_ct)后分为两路，一路经第四乘法单元与

相乘，得到

另一路，经反相器得到-sin(2πf_ct)后经第五乘法单元与

相乘，得到

与

在加法单元中完成加法运算后，得到

即

最后与第二移位寄存器输出的v_i在第六乘法单元中相乘，得到第i个输出波形

其中，i＝1，2，...n，f_c为载波频率。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：

1、本发明提供了一种n维幅度相位联合调制方法，利用陪集划分(n，n(n-1)，n-1)置换群码中的置换码字来控制调制信号的幅度和相位，置换群码具备的良好的欧氏距离参数，且n维相位调制矢量集合Γ_n和n维幅度调制矢量集合Λ_n均可以灵活选取，使得所产生的n维幅度相位联合调制信号对应的星座图Ω_n具有良好的欧式距离特性，从而使得通信系统在复杂度较低的情况下，仍然具有较强的抵抗瑞利衰落的能力，即在瑞利衰落信道上具有良好的误比特率性能，通信系统中数据传输的可靠性较高。

2、本发明提供了一种n维幅度相位联合调制方法，所产生的n维幅度相位联合调制信号对应的星座图Ω_n建立在正整数域的置换群码上，星座点中的元素能够用完全代数的方法计算产生，使信号的发射具有较强的可执行力。

3、本发明提供了一种n维幅度相位联合调制器，包括信息序列分离模块、第一映射模块、第二映射模块、第一移位寄存器、第二移位寄存器和幅度相位联合调制模块，从(n，n(n-1)，n-1)置换群码的码集合P_n中选择的2^k个置换码字构成n维相位调制矢量集合Γ_n，从码集合P_n中选择的两个置换码字构成n维幅度调制矢量集合Λ_n，并分别存储在第一映射模块和第二映射模块中，并在幅度相位联合调制模块中利用陪集划分(n，n(n-1)，n-1)置换群码中的置换码字来控制调制信号的幅度和相位，所产生的n维幅度相位联合调制信号对应的星座图Ω_n，具有良好的欧式距离特性，使通信系统在复杂度较低的情况下，仍然具有较强的抵抗瑞利衰落的能力，数据传输的可靠性较高。

附图说明

图1为本发明实施例1提供的一种n维幅度相位联合调制方法流程图；

图2为本发明实施例2提供的一种n维幅度相位联合调制器结构示意图；

图3为本发明实施例2提供的第一ROM存储器结构示意图；

图4为本发明实施例2提供的第二ROM存储器结构示意图；

图5为本发明实施例2提供的一种n维幅度相位联合调制器的详细结构示意图；

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

基本原理、

这一部分描述本发明所涉及的陪集划分(n，n(n-1)，n-1)置换群码的基本原理，具体为：

定义在正整数有限域Z_n＝{1，2，...，n}上的n个元素的所有n！个排列所形成的集合称为对称群，用S_n＝{π₁，...，π_k，...，π_n！}来表示，其中每个元素可用一个置换矢量π_k＝[a₁...a_i...a_n]来表示。每个置换中的所有元素是不同的，其中a₁，...，a_i，...，a_n∈Z_n。每个置换的度(维数，尺寸)为|π_k|＝n，对称群的势(阶)表示为|S_n|＝n！。设π₀＝e＝[a₁a₂...a_n]＝[12...n]表示对称群S_n的单位元。定义一般置换群码是对称群S_n的子群，表示成(n，μ，d)-PGC，其中n表示码字长度，μ表示这个码集合的最大势(最大尺寸)，d表示这个码集合中任意两个置换码字之间的最小汉明距离。其中，(n，b(n-1)，n-1)置换群码PGC是码长为n、势为n(n-1)且最小汉明距离为n-1的群码。

具体的，结合申请号为201610051144.9，名称为“一种通信信道编码方法及置换码集合产生器”这篇专利所描述的内容可知，对于任意n＞1，产生(n，n(n-1)，n-1)置换群码集合P_n的方法主要有以下3种：

1)由具有势|C_n|＝n的标准循环子群C_n和最大单不动点子群L_n经过合成算子

计算得到；具体为：

其中，l_a＝al₁，a∈Z_n-1，l₁＝[1...n]。

2)由仿射变换f_a，b(l₁)＝al₁+b计算得到的；具体为：P_n＝{al₁+b|a∈Z_n-1，b∈Z_n，l₁＝[1...n]}＝{L_n+b|b∈Z_n}；说明P_n的每一个置换码字可以由仿射变换f_a，b(l₁)＝al₁+b计算得到的。

3)由循环右移算子t_rn的n-1次幂的复合函数(t_rn)^n-1或者由循环左移算子t_l1的n-1次幂的复合函数(t_l1)^n-1作用于最大单不动点子群L_n得到；具体的，当P_n由循环右移算子t_rn的n-1次幂的复合函数(t_rn)^n-1作用于最大单不动点子群L_n得到时，P_n＝{(t_rn)^n-1L_n}＝{{(t_rn)^n-1l₁}，{(t_rn)^n-1l₂}，...，{(t_rn)^n-1l_n-1}}；当P_n由循环左移算子t_l1的n-1次幂的复合函数(t_l1)^n-1作用于最大单不动点子群L_n得到时，P_n＝{(t_l1)^n-1L_n}＝{{(t_l1)^n-1l₁}，{(t_l1)^{n- 1}l₂}，...，{(t_l1)^n-1l_n-1}}。

其中，最大单不动点子群L_n中的所有置换矢量都包含一个不动点n∈Z_n，其它码元都是可迁的。

基于此，P_n的陪集结构特征为：对任意的不动点n∈Z_n，P_n满足：1)码集合P_n由n-1个C_n的陪集C_nl₁，C_nl₂，...，C_nl_n-1构成，且每个陪集包含n个码字，或者，2)码集合P_n由n-1个轨道构成，且每一个轨道包含n个码字；

其中，Z_n＝{1，2，...，n}；C_n为标准循环子群，C_n的势|C_n|＝n；n-1个C_n的陪集的第一个置换码字(即n-1个陪集首码字)，或者n-1个轨道的第一个码字(即n-1个轨道首码字)是最大单不动点子群L_n＝{l₁，l₂，...，l_n-1}；最大单不动点子群L_n的每一个码字由l_a＝al₁计算得到，a＝1，2，...，n-1，l₁＝[1...n]。

上述三种产生方法中，采用第三种方法生成(n，n(n-1)，n-1)置换群码集合P_n的复杂度最低，本实施优选采用这种方法，设n＝7，一个素数，也是不动点，下面以n＝7为例，详细说明生成(7，42，6)置换群码P₇的过程：

L₇的计算表达式为L₇＝{al₁|a∈Z₆；l₁＝[1234567]}，由此可计算出关于不动点n＝7的最大单不动点子群如下：

用循环左移算子t_l1的n-1＝6次幂的复合函数(t_l1)⁶作用于不动点7得到最大单不动点子群L₇，并进一步可得到如下的(7，42，6)置换群码P₇：

上述P₇是码长为7，最小汉明距离为6，码字个数为42，纠错能力为5的置换群码。在码集合P₇中，每一列是一个陪集，它是将这一列的第一个置换存入循环移位寄存器，进行n-1＝6次循环左移得到；所有6个陪集的第一个置换取自最大单不动点子群L₇；而L₇中的每一个置换可以由比例变换f_a(l₁)＝al₁计算得到，即L₇＝{al₁|a∈Z₆；l₁＝[1234567]}。

到此为止，完成了(n，n(n-1)，n-1)置换群码的码集合中的三种码字枚举工作，其中循环移位算子t_l1和t_rn的n-1次幂的复合函数是最简单也是结构特征最好的产生方法，本专利中的幅度调制矢量集合和相位调制矢量集合均是这个码集合的子集。

下面结合实施例详细解释本发明所提出的基于(n，n(n-1)，n-1)置换群码的n维幅度相位联合调制方法及调制器：

实施例1、

一种n维幅度相位联合调制方法，如图1所示，包括以下步骤：

S1、从(n，n(n-1)，n-1)置换群码的码集合P_n中选择2^k个置换码字构成n维相位调制矢量集合Γ_n；其中，Γ_n仍然具有P_n的陪集结构特征，

n为大于1的正整数；

具体的，本实施例中对P_n＝{(t_l1)^n-1L_n}＝{(t_rn)^n-1L_n}中的循环移位算子t_l1和t_rn的n-1次幂的复合函数降一次幂，得到n维相位调制矢量集合Γ_n＝{(t_l1)^n-2L_n}＝{(t_rn)^n-2L_n}。进一步地，为了使Γ_n仍然具有P_n的陪集结构特征，结构参数k和n需要有良好的匹配，具体的，将Γ_n被划分成

个陪集，每个陪集包含

个置换码字，其中k＝k₁+k₂，则2^k≤n(n-1)，因此，

S2、从码集合P_n中选择两个置换码字构成n维幅度调制矢量集合Λ_n；其中，Λ_n中两个置换码字的欧式距离为码集合P_n的最大欧式距离；

S3、将待发送的m位二进制信息序列分成两个二进制序列，分别记为k长信息序列和1长信息序列；其中，k长信息序列由待发送的m位二进制信息序列中的前k个高有效位组成，1长信息序列由待发送的m位二进制信息序列中的最低一位有效位组成，且m＝k+1；

具体的，二进制信息序列从左到右即是从高有效位到低有效位，以二进制序列101为例，最左侧到1是最高有效位，中间到0是次高有效位，最右边的1是最低一位有效位。本发明中的k长信息序列即是由待发送的二进制信息序列中的前k位组成，1长信息序列即是由待发送的二进制信息序列中的最后1位组成。

S4、根据k长信息序列得到调制相位的置换码字索引，并从Γ_n中取出调制相位的置换码字索引位置处的置换码字u；根据1长信息序列得到调制幅度的置换码字索引，并从Λ_n中取出调制幅度的置换码字索引位置处的置换码字v；其中，置换码字u和v的长度均为n，u＝[u₁...u_n]∈Γ_n，v＝[v₁...v_n]∈Λ_n，u_i为置换码字u的第i个码元，v_i为置换码字v的第i个码元，i＝1，2，...，n；

具体的，分别将k长信息序列和1长信息序列转换成十进制，得到对应的置换码字索引。

S5、使用置换码字u控制载波信号的相位，使用置换码字v控制载波信号的幅度，从而产生n维实欧式空间

上的幅度相位联合调制信号；其中，幅度相位联合调制信号的n个相位由置换码字u的n个码元控制所得，n个幅度由置换码字v的n个码元控制所得。

具体的，n维实欧式空间

上的幅度相位联合调制信号s(t)＝[s₁(t)s₂(t)...s_n(t)]由n个波形组成，即n个信号组成，其中，波形s_i(t)的相位和幅度分别由置换码字的码元u_i和v_i控制，具体的实波形信号表示为：

进一步整理得到，

其中，g(t)是基带脉冲信号，v(t)＝v_i，u(t)＝u_i，v_i为置换码字v的第i个码元v_i，u_i为置换码字u的第i个码元u_i，i＝1，2，...，n，(i-1)T_s≤t≤iT_s，T_s是每个s_i(t)波形的持续时间，f_c为载波频率。具体的，v(t)是每个n维幅度相位联合调制信号里随时间变化的调幅值，当(i-1)T_s≤t≤iT_s时，v(t)取自置换码字v的第i个码元v_i；u(t)是每个n维幅度相位联合调制信号中随时间变化的调相值，当(i-1)T_s≤t≤iT_s时，u(t)取自另一个置换码字u的第i个码元u_i；T_s是每个s_i(t)信号的持续时间，也是两个码字u和v中每个码元的持续时间。

进一步地，s(t)的n个波形构成n维复欧式空间

上的一个信号点，具体表示成矢量形式，即s＝[s₁s₂...s_n]，其中，

j是虚数单位；2m个信号点s的集合{s}在n维复欧式空间

上组成n维幅度相位联合调制的星座图Ω_n。

实施例2、

一种n维幅度相位联合调制器，如图2所示，包括：信息序列分离模块、第一映射模块、第二映射模块、第一移位寄存器、第二移位寄存器和幅度相位联合调制模块；

其中，信息序列分离模块的输出端分别与第一映射模块和第二映射模块的输入端相连，第一映射模块的输出端与第一移位寄存器的输入端相连，第二映射模块的输出端与第二移位寄存器的输入端相连，第一移位寄存器和第二移位寄存器的输出端与幅度相位联合调制模块的输入端相连；

信息序列分离模块用于将待发送的m位二进制信息序列分成两个二进制序列，分别记为k长信息序列和1长信息序列，将k长信息序列输出到第一映射模块中，将1长信息序列输出到第二映射模块中；其中，k长信息序列由待发送的m位二进制信息序列中的前k个高有效位组成，1长信息序列由待发送的m位二进制信息序列中的最低一位有效位组成，且m＝k+1，

n为大于1的正整数；具体的，本实施例中，信息序列分离模块可以为长度为m的寄存器，又称为信息序列分离器。

第一映射模块用于存储n维相位调制矢量集合Γ_n，并根据k长信息序列得到调制相位的置换码字索引后，从Γ_n中取出调制相位的置换码字索引位置处的置换码字u，并行输出到第一移位寄存器中；其中，Γ_n由从(n，n(n-1)，n-1)置换群码的码集合P_n中选择的2^k个置换码字构成，且Γ_n仍然具有P_n的陪集结构特征；2^k个置换码字在第一ROM存储器中都有对应的存储地址。置换码字u＝[u₁...u_n]∈Γ_n，长度为n，u_i为置换码字u的第i个码元，i＝1，2，...，n。具体的，第一映射模块包括：第一地址产生器和第一ROM存储器；其中，第一地址产生器的输出端与第一ROM存储器的输入端相连；具体的，第一ROM存储器如图3所示，第一ROM存储器由n维ROM组成，共有2^k行，每一行存储一个置换码字，每个置换码字占用一个存储字；第一地址产生器用于将k长信息序列映射为调制相位的置换码字索引，即第一ROM存储器中存储调制相位的置换码字的对应地址，并输出到第一ROM存储器中；具体的，将k长信息序列转换成地址格式，得到调制相位的置换码字索引。例如，如果存储器地址的范围为000H到FFFH(四位十六进制)，那么对于二进制信息序列11111，将其转换为地址格式即为001F(四位十六进制)。第一ROM存储器用于存储n维相位调制矢量集合Γ_n，并基于调制相位的置换码字索引，得到长度为n的调制相位的置换码字u∈Γ_n，并行输出到第一移位寄存器中。

第二映射模块用于存储n维幅度调制矢量集合Λ_n，并根据1长信息序列得到调制幅度的置换码字索引后，从Λ_n中取出调制幅度的置换码字索引位置处的置换码字v，并行输出到第二移位寄存器中；其中，Λ_n由从码集合P_n中选择的两个置换码字构成，且Λ_n中的两个置换码字的欧式距离为码集合P_n的最大欧式距离；两个置换码字在第二ROM存储器中都有对应的存储地址。置换码字v＝[v₁...v_n]∈Λ_n，长度为n，v_i为置换码字v的第i个码元，i＝1，2，...，n。具体的，第二映射器包括：第二地址产生器和第二ROM存储器；其中，第二地址产生器的输出端与第二ROM存储器的输入端相连；具体的，第二ROM存储器如图4所示，第二ROM存储器由n维ROM组成，共有两行，每一行存储一个置换码字，每一个置换码字占用一个存储字；第二地址产生器用于将1长信息序列映射为调制幅度的置换码字索引，即第二ROM存储器中存储调制幅度的置换码字的对应地址，并输出到第二ROM存储器中；第二ROM存储器用于存储n维幅度调制矢量集合Λ_n，并基于调制幅度的置换码字索引，得到长度为n的调制幅度的置换码字v∈Λ_n，并行输出到第二移位寄存器中。

第一移位寄存器用于当W/S控制信号为1时开始工作，在时钟脉冲控制下，从第一映射模块中并行输入置换码字u的n个码元，在n个时钟脉冲的控制下，串行输出置换码字u的n个码元到幅度相位联合调制模块中；本实施例中，第一移位寄存器的长度为n。

第二移位寄存器用于当W/S控制信号为1时开始工作，在时钟脉冲控制下，从第二映射模块中并行输入置换码字v的n个码元；在n个时钟脉冲的控制下，串行输出置换码字v的n个码元到幅度相位联合调制模块中；本实施例中，第二移位寄存器的长度为n。

幅度相位联合调制模块用于使用置换码字u控制载波信号的相位，使用置换码字v控制载波信号的幅度，从而产生n维实欧式空间

上的幅度相位联合调制信号；其中，幅度相位联合调制信号的n个相位由置换码字u的n个码元控制所得，n个幅度由置换码字v的n个码元控制所得。

具体的，幅度相位联合调制模块包括：第一至第六乘法单元、同相分量形成电路、正交分量形成电路、脉冲整形生成器、载波发生器、反相器和加法单元；

其中，第一乘法单元的输入端与第一移位寄存器的输入端相连，第一乘法单元的输出端分别与同相分量形成电路、正交分量形成电路的输入端相连，同相分量形成电路的输出端与第二乘法单元的第一输入端相连，正交分量形成电路的输出端与第三乘法单元的第一输入端相连，脉冲整形生成器端输出端分别与第二乘法单元和第三乘法单元的第二输入端相连，第二乘法单元的输出端与第四乘法单元的第一输入端相连，第三乘法单元的输出端与第五乘法单元的第一输入端相连，载波发生器的第一输出端与第四乘法单元的第二输入端相连，载波发生器的第二输出端经反向器与第五乘法单元的第二输入端相连，第四乘法单元和第五乘法单元的输出端分别与加法单元的第一输入端和第二输入端相连，加法单元端输出端与第六乘法单元的第一输入端相连；第六乘法单元的第二输入端与第二移位寄存器的输入端相连；

第一移位寄存器输出的u_i经第一乘法单元与

相乘后，得到置换码字u的第i个码元u_i生成的载波相位

载波相位

分成两路，分别经同相分量形成电路和正交分量形成电路处理后，得到同相分量

和正交分量

同相分量

和正交分量

分别经第二乘法单元和第三乘法单元与脉冲整形生成器输出的基带信号g(t)相乘，分别得到

和

载波发生器产生cos(2πf_ct)后分为两路，一路经第四乘法单元与

相乘，得到

另一路，经反相器得到-sin(2πf_ct)后经第五乘法单元与

相乘，得到

与

在加法单元中完成加法运算后，得到

即

最后与第二移位寄存器输出的v_i在第六乘法单元中相乘，得到第i个输出波形

其中，i＝1，2，...n。

进一步地，如图5所示为n维幅度相位联合调制器完整结构示意图，初始时刻，n维相位调制矢量集合Γ_n和n维幅度调制矢量集合Λ_n均分别存储在第一映射模块中的第一ROM存储器和第二映射模块中的第二ROM存储器中，待发送的二进制信息序列经信息序列分离模块分为两部分，分别记为k长信息序列和1长信息序列。将k长信息序列进行映射，以所得映射结果为地址，从第一ROM存储器中取出置换码字u，并行存入长度为n的第一移位寄存器中，串行输出n个码元u_i，i＝1，2，...n，其中第i个码元u_i生成载波的相位

载波相位

分成两路，分别形成同相分量

和正交分量

然后乘以脉冲整形生成器生成的基带脉冲信号g(t)，分别形成

和

载波发生器产生cos(2πf_ct)，由反相器产生-sin(2πf_ct)。通过两条分支的乘法运算，分别产生

和

通过加法器，每一个时钟周期，输出一个波形

即

将1长信息序列进行映射，以所得映射结果为地址，从第二ROM存储器中取出置换码字v，并行存入长度为n的第二移位寄存器中，串行输出n个码元v_i，i＝1，2，...n，其中第i个码元v_i生成载波的幅度。v_i与加法器的结果波形相乘，得到最终的第i个输出波形

每一个T_s时间间隔内发送一个波形，每nT_s时间间隔内发送n个波形，故在T_c＝nT_s时间间隔中，发送n个这样的波形，完成一个n维幅度相位联合调制信号的发射过程。这n个波形组成n维信号s(t)，信号的相位和幅度分别由置换码字u和v控制。其中，g(t)是基带脉冲信号，v_i＝v(t)，u_i＝u(t)，(i-1)T_s≤t≤iT_s，T_s是每个s_i(t)波形的持续时间，也是两个码字u和v中每个码元的持续时间，f_c为载波频率。

本领域的技术人员容易理解，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作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种n维幅度相位联合调制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、从(n，n(n-1)，n-1)置换群码的码集合P_n中选择2^k个置换码字构成n维相位调制矢量集合Γ_n；其中，Γ_n仍然具有P_n的陪集结构特征，k＝

n为大于1的正整数；

S2、从码集合P_n中选择两个置换码字构成n维幅度调制矢量集合Λ_n；其中，Λ_n中两个置换码字的欧式距离为码集合P_n的最大欧式距离；

S3、将待发送的m位二进制信息序列分成两个二进制序列，分别记为k长信息序列和1长信息序列；其中，k长信息序列由待发送的m位二进制信息序列中的前k个高有效位组成，1长信息序列由待发送的m位二进制信息序列中的最低一位有效位组成，且m＝k+1；

S4、根据k长信息序列得到调制相位的置换码字索引，并从Γ_n中取出调制相位的置换码字索引位置处的置换码字u；根据1长信息序列得到调制幅度的置换码字索引，并从Λ_n中取出调制幅度的置换码字索引位置处的置换码字v；其中，置换码字u和v的长度均为n，u＝[u₁…u_n]∈Γ_n，v＝[v₁…v_n]∈Λ_n，u_i为置换码字u的第i个码元，v_i为置换码字v的第i个码元，i＝1，2，...，n；

S5、使用置换码字u控制载波信号的相位，使用置换码字v控制载波信号的幅度，从而产生n维实欧式空间

上的幅度相位联合调制信号；其中，幅度相位联合调制信号的n个相位由置换码字u的n个码元控制所得，n个幅度由置换码字v的n个码元控制所得。

2.根据权利要求1所述的n维幅度相位联合调制方法，其特征在于，P_n的陪集结构特征为：对任意的不动点n∈Z_n，P_n满足：1)码集合P_n由n-1个C_n的陪集C_nl₁，C_nl₂，...，C_nl_n-1构成，且每个陪集包含n个码字，或者，2)码集合P_n由n-1个轨道构成，且每一个轨道包含n个码字；

其中，Z_n＝{1，2，...，n}；C_n为标准循环子群，C_n的势|C_n|＝n；n-1个C_n的陪集的第一个置换码字，即n-1个陪集首码字，或者n-1个轨道的第一个码字，即n-1个轨道首码字，是最大单不动点子群L_n＝{l₁，l₂，…，l_n-1}；最大单不动点子群L_n的每一个码字由l_a＝al₁计算得到，a＝1，2，...，n-1，l₁＝[1…n]。

3.根据权利要求1所述的n维幅度相位联合调制方法，其特征在于，n维实欧式空间

上的幅度相位联合调制信号s(t)＝[s₁(t)s₂(t)…s_n(t)]由n个波形组成，其中，波形s_i(t)的相位和幅度分别由置换码字的码元u_i和v_i控制，具体的实波形信号表示为：

其中，g(t)是基带脉冲信号，v(t)＝v_i，u(t)＝u_i，(i-1)T_s≤t≤iT_s，T_s是每个s_i(t)波形的持续时间，f_c为载波频率，i＝1，2，...n。

4.根据权利要求3所述的n维幅度相位联合调制方法，其特征在于，s(t)的n个波形构成n维复欧式空间

上的一个信号点，其矢量形式表示为s＝[s₁S₂…s_n]，其中，

j是虚数单位；2^m个信号点s的集合{s}在n维复欧式空间

上组成n维幅度相位联合调制的星座图Ω_n。

5.一种n维幅度相位联合调制器，包括：信息序列分离模块、第一映射模块、第二映射模块、第一移位寄存器、第二移位寄存器和幅度相位联合调制模块；

所述信息序列分离模块的输出端分别与所述第一映射模块和第二映射模块的输入端相连，所述第一映射模块的输出端与所述第一移位寄存器的输入端相连，所述第二映射模块的输出端与所述第二移位寄存器的输入端相连，所述第一移位寄存器和第二移位寄存器的输出端与所述幅度相位联合调制模块的输入端相连；

所述信息序列分离模块用于将待发送的m位二进制信息序列分成两个二进制序列，分别记为k长信息序列和1长信息序列，将k长信息序列输出到第一映射模块中，将1长信息序列输出到第二映射模块中；其中，k长信息序列由待发送的m位二进制信息序列中的前k个高有效位组成，1长信息序列由待发送的m位二进制信息序列中的最低一位有效位组成，且m＝k+1，

n为大于1的正整数；

所述第一映射模块用于存储n维相位调制矢量集合Γ_n，并根据k长信息序列得到调制相位的置换码字索引后，从Γ_n中取出调制相位的置换码字索引位置处的置换码字u，并行输出到所述第一移位寄存器中；其中，Γ_n由从(n，n(n-1)，n-1)置换群码的码集合P_n中选择的2^k个置换码字构成，且Γ_n仍然具有P_n的陪集结构特征；置换码字u＝[u₁…u_n]∈Γ_n，长度为n，u_i为置换码字u的第i个码元，i＝1，2，...，n；

所述第二映射模块用于存储n维幅度调制矢量集合Λ_n，并根据1长信息序列得到调制幅度的置换码字索引后，从Λ_n中取出调制幅度的置换码字索引位置处的置换码字v，并行输出到所述第二移位寄存器中；其中，Λ_n由从码集合P_n中选择的两个置换码字构成，且Λ_n中的两个置换码字的欧式距离为码集合P_n的最大欧式距离；置换码字v＝[v₁…vn]∈Λ_n，长度为n，v_i为置换码字v的第i个码元，i＝1，2，...，n；

所述第一移位寄存器用于当W/S控制信号为1时开始工作，在时钟脉冲控制下，从所述第一映射模块中并行输入置换码字u的n个码元；在n个时钟脉冲的控制下，串行输出置换码字u的n个码元到所述幅度相位联合调制模块中；

所述第二移位寄存器用于当W/S控制信号为1时开始工作，在时钟脉冲控制下，从所述第二映射模块中并行输入置换码字v的n个码元；在n个时钟脉冲的控制下，串行输出置换码字v的n个码元到所述幅度相位联合调制模块中；

所述幅度相位联合调制模块用于使用置换码字u控制载波信号的相位，使用置换码字v控制载波信号的幅度，从而产生n维实欧式空间

上的幅度相位联合调制信号；其中，幅度相位联合调制信号的n个相位由置换码字u的n个码元控制所得，n个幅度由置换码字v的n个码元控制所得。

6.根据权利要求5所述的n维幅度相位联合调制器，其特征在于，所述第一映射模块包括：第一地址产生器和第一ROM存储器；

所述第一地址产生器的输出端与所述第一ROM存储器的输入端相连；所述第一ROM存储器由n维ROM组成，共有2^k行，每一行存储一个置换码字；

所述第一地址产生器用于将k长信息序列映射为调制相位的置换码字索引，即所述第一ROM存储器中存储调制相位的置换码字的对应地址，并输出到所述第一ROM存储器中；

所述第一ROM存储器用于存储n维相位调制矢量集合Γ_n，并基于调制相位的置换码字索引，得到长度为n的调制相位的置换码字u∈Γ_n，并行输出到所述第一移位寄存器中。

7.根据权利要求5所述的n维幅度相位联合调制器，其特征在于，所述第二映射器包括：第二地址产生器和第二ROM存储器；

所述第二地址产生器的输出端与所述第二ROM存储器的输入端相连；所述第二ROM存储器由n维ROM组成，共有两行，每一行存储一个置换码字；

所述第二地址产生器用于将1长信息序列映射为调制幅度的置换码字索引，即所述第二ROM存储器中存储调制幅度的置换码字的对应地址，并输出到所述第二ROM存储器中；

所述第二ROM存储器用于存储n维幅度调制矢量集合Λ_n，并基于调制幅度的置换码字索引，得到长度为n的调制幅度的置换码字v∈Λ_n，并行输出到所述第二移位寄存器中。

8.根据权利要求5所述的n维幅度相位联合调制器，其特征在于，所述幅度相位联合调制模块包括：第一至第六乘法单元、同相分量形成电路、正交分量形成电路、脉冲整形生成器、载波发生器、反相器和加法单元；

第一移位寄存器输出的u_i经第一乘法单元与

相乘后，得到置换码字u的第i个码元u_i生成的载波相位

载波相位

分成两路，分别经同相分量形成电路和正交分量形成电路处理后，得到同相分量

和正交分量

同相分量

和正交分量

分别经第二乘法单元和第三乘法单元与脉冲整形生成器输出的基带信号g(t)相乘，分别得到

和

载波发生器产生cos(2πf_ct)后分为两路，一路经第四乘法单元与

相乘，得到

另一路，经反相器得到-sin(2πf_ct)后经第五乘法单元与

相乘得到

与

在加法单元中完成加法运算后，得到

即

最后与第二移位寄存器输出的v_i在第六乘法单元中相乘，得到第i个输出波形

其中，i＝1，2，...n，f_c为载波频率。

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