CN114465695B - 适用于非规则128apsk的低复杂度软解映射方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种适用于非规则128APSK的低复杂度软解映射方法，包括：步骤S1，获取DVB‑S2X标准中的非规则128APSK星座图，所述非规则128APSK星座图由六层同心圆构成；步骤S2，将所述非规则128APSK星座图划分为预设的区域；步骤S3，当接收到信号时，将信号分为IQ两路，并取绝对值，然后判断其落入区域，根据预设的计算规则计算当前对应比特位置对应的LLR值；步骤S4，通过上述步骤计算得到所有的对数似然比，实现非规则128APSK的软解映。

Description

适用于非规则128APSK的低复杂度软解映射方法
技术领域
本发明涉及卫星通信技术领域，特别涉及一种适用于非规则128APSK的低复杂度软解映射方法。
背景技术
在卫星通信中，受制于卫星信道的非线性失真，包络恒定的相位键控调制方式成为首选。而随着通信容量需求的不断提高，M-ASPK，即多进制APSK成为大容量卫星传输的常用调制方案。受限于FPGA资源，M-APSK软解映射的实现复杂度问题是一项巨大的挑战。
在现有高阶技术中，最优的软解映射算法为基于最大似然准则的LOG-MAP算法，由于LOG-MAP算法需要进行对数运算，在工程实现中运算复杂度极大。利用对数单调性特性，对其进行近似简化得到MAX-LOG-MAP算法，损失一定的性能换取复杂度降低。均匀格雷映射APSK解映射算法主要适用于均匀格雷映射的ASPK调制方式，并不适用于128APSK这样的非均匀APSK方式。基于查找表的APSK软解映射算法，主要算法是借助外部ROM资源存储的星座图，减小欧式距离的计算次数。论文《A low-complexity soft demapper for 128APSK ofDVB-S2X》基于查找表提出了一种结合硬判决域的APSK软解映算法，并进一步提出一种适用于非规则APSK的算法，极大的减少了各类资源的使用，但乘法器及ROM资源仍有一定优化空间。
发明内容
本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。
为此，本发明的目的在于提出一种适用于非规则128APSK的低复杂度软解映射方法，以解决背景技术中所提到的问题，克服现有技术中存在的不足。
为了实现上述目的，本发明的实施例提供一种适用于非规则128APSK的低复杂度软解映射方法，包括如下步骤：
步骤S1，获取DVB-S2X标准中的非规则128APSK星座图，所述非规则128APSK星座图由六层同心圆构成；
步骤S2，将所述非规则128APSK星座图划分为预设的区域；
步骤S3，当接收到信号时，将信号分为IQ两路，并取绝对值，然后判断其落入区域，根据预设的计算规则计算当前对应比特位置对应的LLR值；
步骤S4，通过上述步骤计算得到所有的对数似然比，实现非规则128APSK的软解映。
由上述任一方案优选的是，假设星座图同心圆的半径由内到外为
Figure 140552DEST_PATH_IMAGE001
，接收信 号为sym，其实部为sym_i，虚部为sym_q，幅值为
Figure 332630DEST_PATH_IMAGE002
对应第 i比特对应的软值为llr(i)，则根据每个比特在星座图上特点即可划分不同的区域。
由上述任一方案优选的是，llr(1)计算方法：
llr(1)区域的实轴上方对应为0，实轴下方对应为1，因此llr(1)区域根据实轴进行划分；利用信号实部即可得到对应软值，计算方式如下所示：
llr(1)=sym_i。
由上述任一方案优选的是，llr(2)计算方法：
llr(2)区域的虚轴右边对应为0，虚轴左边对应为1，因此llr(2)区域根据虚轴进行划分；利用信号虚部即可得到对应软值，计算方式如下所示：
llr(2)=sym_q。
由上述任一方案优选的是，llr(3)计算方法：
llr(3)区域，以y=x为界，当
Figure 228167DEST_PATH_IMAGE003
时，对应为0，反之对应为1；因此llr(3)区域根 据y=x进行划分，由于星座图的对称性，仅计算第一象限即可，符号根据区域确定；计算方式 如下所示：
Figure 265524DEST_PATH_IMAGE004
由上述任一方案优选的是，llr(4)计算方法：
llr(4)区域，以
Figure 795862DEST_PATH_IMAGE005
及
Figure 408109DEST_PATH_IMAGE006
为界，当
Figure 397800DEST_PATH_IMAGE007
或
Figure 691378DEST_PATH_IMAGE008
时，对应为0，反之对应为1；因此llr(4)区域根据
Figure 686010DEST_PATH_IMAGE005
及
Figure 783672DEST_PATH_IMAGE006
进行划分，由于星座图的对称性，仅计算第一象 限即可，符号根据区域确定；计算方式如下所示：
Figure 276970DEST_PATH_IMAGE009
。
由上述任一方案优选的是，
llr(5)计算方法：
llr(5)区域，以坐标轴原点为圆心，半径分别为
Figure 390551DEST_PATH_IMAGE010
的大圆及
Figure 128438DEST_PATH_IMAGE011
的小圆为界，当点落在大圆外或小 圆内时，对应为0，在两圆之间为1；由于两 圆之间的点可能是由大圆外的点或小圆内的点偏移而来，因此实际上仅需使用两圆之间以 半径为
Figure 650862DEST_PATH_IMAGE012
的圆为分界线即可划分出判定区域；由于星座图的对称性，仅计算第一象限即可， 计算方式如下所示：
Figure 696703DEST_PATH_IMAGE013
。
由上述任一方案优选的是，
llr(6)计算方法：
llr(6)区域，以坐标轴原点为圆心，半径分别为
Figure 4187DEST_PATH_IMAGE010
的圆为界，在圆内 全为0，但在圆外，大部分为1，零星点为0，因此圆外的点还需进一步划分区域；对于圆外的 点，
以
Figure 488258DEST_PATH_IMAGE014
及
Figure 596897DEST_PATH_IMAGE015
为界即可划分出判定区域；由于星座图的对称性，仅计算第一象限即可；计算方式如下所示：
Figure 268050DEST_PATH_IMAGE016
。
由上述任一方案优选的是，llr(7)计算方法：
llr(7)区域，基本上是以坐标轴原点为圆心，半径分别为
Figure 785750DEST_PATH_IMAGE017
的圆为界， 在圆内全为0，但在圆外，01又间插分布，因此圆外的点还需进一步划分区域；对于圆外的 点，
以
Figure 173263DEST_PATH_IMAGE018
及
Figure 937956DEST_PATH_IMAGE019
为界即可划分出判定区域。由于星座图的对称性，仅计算第一象限即可；计算方式如下所示：
Figure 378296DEST_PATH_IMAGE020
。
本发明的适用于DVBS2X标准的低复杂度128ASPK软解映射方法，首先根据128APSK星座图，将其划分为既定的区域，当接收到信号时，将信号分为IQ两路，并取绝对值，然后判断其落入区域，在根据计算规则计算当前对应比特位置对应的LLR值。针对非规则128APSK的软解映射方法，包括每个软值的区域划分、每个软值的计算算法等整个实现流程。星座图区域划分的方法，通过分析星座图特点，针对每个软值进行不同的区域划分，一方面保证性能损失极小，另一方面极大降低工程实现的复杂度；软值计算的方法：结合区域划分，计算LLR幅值及符号，保证性能损失极小。
本发明的适用于DVBS2X标准的低复杂度128ASPK软解映射方法，具有以下有益效果：
（1）性能优秀。本发明可实现性能与最优软解映设LOG-MAP算法差距在0.1dB以内,性能损失可以忽略。
（2）实现复杂度低。本发明通过区域划分的算法实现DVB-S2X的非规则128APSK软解映射，可达到无ROM资源消耗及极低的乘法器消耗的效果，这是本发明区别于其他类似发明最为重要的优点及有益效果。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本发明实施例的适用于非规则128APSK的低复杂度软解映射方法的流程图；
图2为根据本发明实施例的DVB-S2X标准中的非规则128APSK星座图；
图3为根据本发明实施例的llr(1)区域划分示意图；
图4为根据本发明实施例的llr(2)区域划分示意图；
图5为根据本发明实施例的llr(3)区域划分示意图；
图6为根据本发明实施例的llr(4)区域划分示意图；
图7为根据本发明实施例的llr(5)区域划分示意图；
图8为根据本发明实施例的llr(6)区域划分示意图；
图9为根据本发明实施例的llr(7)区域划分示意图；
图10为根据本发明实施例的适用于非规则128APSK的低复杂度软解映射方法的性能对比图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明提供一种适用于非规则128APSK的低复杂度软解映射方法，该方法涉及卫星通信信号接收过程中的软解映射方法，适用于大容量卫星通信的软解映射，尤其适用于基于DVBS2X标准的128APSK软解映射。
为了降低基于DVB-S2X标准的非规则128APSK软解映射的实现复杂度，进而提高通信系统吞吐量，本发明提出了一种基于区域划分的适用DVB-S2标准中128APSK软解映的方法。该方法在性能基本保持一致的情况下，达到仅使用极少乘法器及不使用ROM资源的目标，可以解决现有技术在高速卫星通信中，高阶APSK软解映射资源消耗过高的问题。
如图1所示，本发明实施例的适用于非规则128APSK的低复杂度软解映射方法，包括如下步骤：
步骤S1，获取DVB-S2X标准中的非规则128APSK星座图，所述非规则128APSK星座图由六层同心圆构成。
具体的，DVB-S2X标准中的非规则128APSK星座图由六层同心圆构成，如图2所示，每七个比特信息映射成为1个符号。
步骤S2，将非规则128APSK星座图划分为预设的区域。
假设星座图同心圆的半径由内到外为
Figure 994960DEST_PATH_IMAGE001
，接收信号为sym，其实部为sym_i， 虚部为sym_q，幅值为
Figure 673197DEST_PATH_IMAGE002
对应第i比特对应的软值为llr (i)，则根据每个比特在星座图上特点即可划分不同的区域。
步骤S3，当接收到信号时，将信号分为IQ两路，并取绝对值，然后判断其落入区域，根据预设的计算规则计算当前对应比特位置对应的LLR值。
llr(1)计算方法：
llr(1)区域划分如图3所示，实轴上方对应为0，实轴下方对应为1，因此llr(1)区域可根据实轴进行划分。利用信号实部即可得到对应软值，计算方式如下所示。
llr(1)=sym_i。
llr(2)计算方法：
llr(2)区域划分如图4所示，虚轴右边对应为0，虚轴左边对应为1，因此llr(2)区域可根据虚轴进行划分。利用信号虚部即可得到对应软值，计算方式如下所示。
llr(2)=sym_q。
llr(3)计算方法：
llr(3)区域划分如图5所示。以y=x为界，当
Figure 608792DEST_PATH_IMAGE003
时，对应为0，反之对应为1；因此 llr(3)区域根据y=x进行划分，由于星座图的对称性，仅计算第一象限即可，符号根据区域 确定。计算方式如下所示。
Figure 569051DEST_PATH_IMAGE004
。
llr(4)计算方法：
llr(4)区域划分如图6所示。
Figure 225292DEST_PATH_IMAGE005
及
Figure 256571DEST_PATH_IMAGE006
为界，当
Figure 363067DEST_PATH_IMAGE007
或
Figure 246840DEST_PATH_IMAGE008
时，对应为0，反之对应为1；因此llr(4)区域根据
Figure 96985DEST_PATH_IMAGE005
及
Figure 590894DEST_PATH_IMAGE006
进行划分，由于星座图的对称性，仅计算第一象 限即可，符号根据区域确定。计算方式如下所示。
Figure 884603DEST_PATH_IMAGE021
。
llr(5)计算方法：
llr(5)区域划分如图7所示。以坐标轴原点为圆心，半径分别为
Figure 239361DEST_PATH_IMAGE010
的 大圆及
Figure 408043DEST_PATH_IMAGE011
的小圆为界，当点落在大圆外或小圆内时，对应为0，在两圆之间为1。 由于两圆之间的点可能是由大圆外的点或小圆内的点偏移而来，因此实际上仅需使用两圆 之间以半径为
Figure 977696DEST_PATH_IMAGE012
的圆为分界线即可划分出判定区域。由于星座图的对称性，仅计算第一象 限即可。计算方式如下所示。
Figure 691574DEST_PATH_IMAGE013
。
llr(6)计算方法：
llr(6)区域划分如图8所示。基本上是以坐标轴原点为圆心，半径分别为
Figure 51404DEST_PATH_IMAGE010
的圆为界，在圆内全为0，但在圆外，大部分为1，零星点为0，因此圆外的点还 需进一步划分区域。对于圆外的点，以
Figure 508930DEST_PATH_IMAGE014
及
Figure 870773DEST_PATH_IMAGE015
为界即可划分出判定区域。由于星座图的对称性， 仅计算第一象限即可。计算方式如下所示。
Figure 863874DEST_PATH_IMAGE022
。
llr(7)计算方法：
llr(7)区域划分如图9所示。基本上是以坐标轴原点为圆心，半径分别为
Figure 475115DEST_PATH_IMAGE017
的圆为界，在圆内全为0，但在圆外，01又间插分布，因此圆外的点还需进一步 划分区域。对于圆外的点，
以
Figure 582005DEST_PATH_IMAGE018
及
Figure 296889DEST_PATH_IMAGE023
为界即可划分出判定区域。由于星座图的对称性， 仅计算第一象限即可。计算方式如下所示。
Figure 368881DEST_PATH_IMAGE024
。
经过以上步骤计算即得到了所有的对数似然比，实现了非规则128APSK的软解映。
步骤S4，通过上述步骤计算得到所有的对数似然比，实现非规则128APSK的软解映。
本发明的适用于DVBS2X标准的低复杂度128ASPK软解映射方法，首先根据128APSK星座图，将其划分为既定的区域，当接收到信号时，将信号分为IQ两路，并取绝对值，然后判断其落入区域，在根据计算规则计算当前对应比特位置对应的LLR值。针对非规则128APSK的软解映射方法，包括每个软值的区域划分、每个软值的计算算法等整个实现流程。星座图区域划分的方法，通过分析星座图特点，针对每个软值进行不同的区域划分，一方面保证性能损失极小，另一方面极大降低工程实现的复杂度；软值计算的方法：结合区域划分，计算LLR幅值及符号，保证性能损失极小。
本发明的适用于DVBS2X标准的低复杂度128ASPK软解映射方法，具有以下有益效果：
（1）性能优秀。本发明可实现性能与最优软解映设LOG-MAP算法差距在0.1dB以内,性能损失可以忽略。性能对比如图10所示。
（2）实现复杂度低。本发明通过区域划分的算法实现DVB-S2X的非规则128APSK软解映射，可达到无ROM资源消耗及极低的乘法器消耗的效果，这是本发明区别于其他类似发明最为重要的优点及有益效果。资源消耗如表1所示。
表 1
算法分类 反三角函数 乘法器 ROM 比较器 信噪比估计
MAX-LOG-MAP 0 256 0 882 Y
LUT-Based Demapper 1 168 2048 84 Y
非规则128APSK算法 0 14 12 4 N
基于区域划分的128APSK软解映 0 10 0 21 N
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
本领域技术人员不难理解，本发明包括上述说明书的发明内容和具体实施方式部分以及附图所示出的各部分的任意组合，限于篇幅并为使说明书简明而没有将这些组合构成的各方案一一描述。凡在本发明的精神和原则之内，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之内。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (8)

1.一种适用于非规则128APSK的低复杂度软解映射方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1，获取DVB-S2X标准中的非规则128APSK星座图，所述非规则128APSK星座图由六层同心圆构成；
步骤S2，将所述非规则128APSK星座图划分为预设的区域；
步骤S3，当接收到信号时，将信号分为IQ两路，并取绝对值，然后判断其落入区域，根据预设的计算规则计算当前对应比特位置对应的LLR值；
步骤S4，通过上述步骤计算得到所有的对数似然比，实现非规则128APSK的软解映。
2.如权利要求1所述的适用于非规则128APSK的低复杂度软解映射方法，其特征在于，在所述步骤S3中，假设星座图同心圆的半径由内到外为
Figure 132712DEST_PATH_IMAGE002
，接收信号为sym，其实部为sym_i，虚部为sym_q，幅值为
Figure 614509DEST_PATH_IMAGE004
对应第i比特对应的软值为llr(i)，则根据每个比特在星座图上特点即可划分不同的区域；其中，llr(i)是一个总的表示，其中i取1~7，当取1~7时，即llr（1）、llr（2）、llr（3）、llr（4）、llr（5）、llr（6）、llr（7）。
3.如权利要求2所述的适用于非规则128APSK的低复杂度软解映射方法，其特征在于，
llr(1)计算方法：
llr(1)区域的实轴上方对应为0，实轴下方对应为1，因此llr(1)区域根据实轴进行划分；利用信号实部即可得到对应软值，计算方式如下所示：
llr(1)=sym_i。
4.如权利要求2所述的适用于非规则128APSK的低复杂度软解映射方法，其特征在于，
llr(2)计算方法：
llr(2)区域的虚轴右边对应为0，虚轴左边对应为1，因此llr(2)区域根据虚轴进行划分；利用信号虚部即可得到对应软值，计算方式如下所示：
llr(2)=sym_q。
5.如权利要求2所述的适用于非规则128APSK的低复杂度软解映射方法，其特征在于，
llr(3)计算方法：
llr(3)区域，以y=x为界，当
Figure 231435DEST_PATH_IMAGE006
时，对应为0，反之对应为1；因此llr(3)区域根据y=x进行划分，由于星座图的对称性，仅计算第一象限即可，符号根据区域确定；计算方式如下所示：
Figure 115078DEST_PATH_IMAGE008
。
6.如权利要求2所述的适用于非规则128APSK的低复杂度软解映射方法，其特征在于，
llr(4)计算方法：
llr(4)区域，以
Figure 854364DEST_PATH_IMAGE010
及
Figure 823457DEST_PATH_IMAGE012
为界，当
Figure 978494DEST_PATH_IMAGE014
或
Figure 982222DEST_PATH_IMAGE016
时，对应为0，反之对应为1；因此llr(4)区域根据
Figure 895339DEST_PATH_IMAGE010
及
Figure 351728DEST_PATH_IMAGE012
进行划分，由于星座图的对称性，仅计算第一象限即可，符号根据区域确定；计算方式如下所示：
Figure 107195DEST_PATH_IMAGE018
。
7.如权利要求2所述的适用于非规则128APSK的低复杂度软解映射方法，其特征在于，
llr(6)计算方法：
llr(6)区域，以坐标轴原点为圆心，半径分别为
Figure 903113DEST_PATH_IMAGE020
的圆为界，在圆内全为0，但在圆外，大部分为1，零星点为0，因此圆外的点还需进一步划分区域；对于圆外的点，
以
Figure 984201DEST_PATH_IMAGE022
及
Figure 927886DEST_PATH_IMAGE024
为界即可划分出判定区域；由于星座图的对称性，仅计算第一象限即可；计算方式如下所示：
Figure 487044DEST_PATH_IMAGE026
。
8.如权利要求2所述的适用于非规则128APSK的低复杂度软解映射方法，其特征在于，
llr(7)计算方法：
llr(7)区域，基本上是以坐标轴原点为圆心，半径分别为
Figure 403047DEST_PATH_IMAGE028
的圆为界，在圆内全为0，但在圆外，01又间插分布，因此圆外的点还需进一步划分区域；对于圆外的点，
以
Figure 123878DEST_PATH_IMAGE030
及
Figure 820439DEST_PATH_IMAGE032
为界即可划分出判定区域；由于星座图的对称性，仅计算第一象限即可；计算方式如下所示：
Figure 917708DEST_PATH_IMAGE034
。
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