CN114884784A - 星座点映射关系生成方法、信号传输方法及相关装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及通信技术领域,提供一种星座点映射关系生成方法、信号传输方法及相关装置。通过获取L个初始序列,初始序列包括M个随机概率值且和为1;其中M表示预设星座图中星座点的总数且M小于L;并获取M‑1个差分进化器,每个差分进化器均包括相同的预设信噪比参数和不同的比特组;然后对于每个差分进化器,利用差分进化器基于预设信噪比参数和差分进化器对应的比特组,对L个初始序列进行优化输出L个候选序列,得到每个差分进化器输出的L个候选序列;候选序列表示每个星座点与其对应的比特组的关联关系;再从全部候选序列中选取满足预设条件的目标序列并获得包括每个星座点对应的比特组的星座点映射关系。从而实现生成星座点映射关系。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域,具体而言,涉及一种星座点映射关系生成方法、信号传输方法及相关装置。
背景技术
星座映射是指将携带数字信息的比特序列映射成适于传输的符号序列。星座映射的过程中,通常要采用星座图和星座点映射关系。星座图中包括多个星座点,每个星座点均具有符号。星座点映射关系是指比特组与星座点之间的映射关系。
双向中继信道(Two-way Relay Channel)是一种基本的协作中继结构,其包括两个端节点和一个中继节点,两个端节点通过中继节点实现信息交互。两个端节点将经MPSK即M进制相位调制后的信号发送给中继节点,中继节点接收两个端节点发送的信号,得到叠加后信号并进行解调。由于信号的调制方式会影响解调效果,而在调制过程中星座点映射关系十分重要,从而如何获得星座点映射关系是本领域值得关注的问题。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的在于提供一种星座点映射关系生成方法、信号传输方法及相关装置。
为了实现上述目的,本发明实施例采用的技术方案如下:
第一方面,本发明提供一种星座点映射关系生成方法,所述方法包括:
获取L个初始序列,所述初始序列包括M个随机概率值且和为1;其中,M表示预设星座图中星座点的总数,且M小于L;
获取M-1个差分进化器,每个所述差分进化器均包括相同的预设信噪比参数和不同的比特组;
对于每个所述差分进化器,利用所述差分进化器基于所述预设信噪比参数和所述差分进化器对应的比特组,对所述L个初始序列进行优化输出L个候选序列,得到每个所述差分进化器输出的L个候选序列;所述候选序列表示每个所述星座点与其对应的比特组的关联关系;
从全部候选序列中选取满足预设条件的目标序列;
基于所述目标序列得到星座点映射关系;所述星座点映射关系包括每个所述星座点对应的比特组。
在可选的实施方式中,所述利用所述差分进化器基于所述预设信噪比参数和所述差分进化器对应的比特组,对所述L个初始序列进行优化输出L个候选序列的步骤,包括:
从所述L个初始序列中选取任意一个初始序列作为待定序列;
将所述待定序列作为第一序列;
对所述第一序列进行演化处理得到第二序列;
基于所述预设信噪比参数和所述差分进化器对应的比特组,分别计算出所述第一序列对应的第一信道容量和所述第二序列对应的第二信道容量;
将所述第一信道容量和所述第二信道容量中较大者对应的序列作为第三序列;
获取优化次数并判断是否达到预设次数;
若否,则将所述第三序列作为所述第一序列,并重复执行所述对所述第一序列进行演化处理得到第二序列的步骤,直至所述优化次数达到所述预设次数;
若是,则将所述第三序列作为所述待定序列对应的候选序列;
遍历所述L个初始序列,获得每个所述初始序列对应的候选序列,得到所述L个候选序列。
在可选的实施方式中,所述对所述第一序列进行演化处理得到第二序列的步骤,包括:
从所述L个初始序列中选取任意两个初始序列分别作为第四序列和第五序列;
按照预设公式,基于所述第四序列和所述第五序列对所述第一序列进行变异处理,得到第六序列;
所述预设公式为:
对所述第六序列进行归一化处理,得到第七序列;
按照预设交叉概率,对所述第一序列和所述第七序列进行交叉处理,得到所述第二序列。
在可选的实施方式中,所述基于所述预设信噪比参数和所述差分进化器对应的比特组,分别计算出所述第一序列对应的第一信道容量和所述第二序列对应的第二信道容量的步骤,包括:
基于所述差分进化器对应的比特组,将所述第一序列转换为第一星座点映射关系;
基于所述差分进化器对应的比特组,将所述第二序列转换为第二星座点映射关系;
基于所述预设信噪比参数,分别计算所述第一星座点映射关系对应的信道容量和所述第二星座点映射关系对应的信道容量,得到所述第一信道容量和所述第二信道容量。
在可选的实施方式中,所述基于所述差分进化器对应的比特组,将所述第一序列转换为第一星座点映射关系的步骤,包括:
基于所述星座点的总数M,获取包括M个星座点的星座点序列和包括M个比特组的比特符号序列;所述比特符号序列中的每个比特组与所述第一序列中的每个随机概率值一一对应;
通过M/2次匹配,获得全部星座点对应的比特组,得到所述第一星座点映射关系;
对于所述M/2次中的第n次,将所述第一序列中最大的随机概率值作为第一概率值;n为0到M/2的自然数;
将所述第一概率值对应的比特组作为所述星座点序列中第n个星座点对应的比特组;
从所述比特符号序列中选取目标比特组,所述目标比特组为所述差分进化器对应的比特组与所述第n个星座点对应的比特组的异或结果;
获取在所述预设星座图中与所述第n个星座点中心对称的目标星座点;
将所述目标比特组作为所述目标星座点对应的比特组;
判断n是否等于M/2;
若否,则将n加1的值作为n,且将所述第一概率值和所述目标比特组对应的随机概率值置零后,重复执行所述对于所述M/2次中的第n次,将所述第一序列中最大的随机概率值作为第一概率值的步骤,直至n等于M/2;
若是,则获得全部星座点对应的比特组,得到所述第一星座点映射关系。
第二方面,本发明提供一种信号传输方法,应用于通信系统,所述通信系统包括中继站、第一终端和第二终端,所述中继站分别与所述第一终端和所述第二终端通信连接;所述方法包括:
所述第一终端基于星座点映射关系对第一比特序列进行调制,得到第一符号序列并发送至所述中继站;
所述第二终端基于所述星座点映射关系对第二比特序列进行调制,得到第二符号序列并发送至所述中继站;
所述中继站接收所述第一符号序列和所述第二符号序列,得到叠加后的第三符号序列;
所述中继站基于所述星座点映射关系对所述第三符号序列进行解调,并将解调后的信号发送至所述第一终端和所述第二终端;
其中,所述星座点映射关系是按照如前述实施方式中任一项所述的方法生成的。
第三方面,本发明提供一种星座点映射关系生成装置,所述装置包括:
获取模块,用于获取L个初始序列,所述初始序列包括M个随机概率值且和为1;其中,M表示预设星座图中星座点的总数,且M小于L;
获取M-1个差分进化器,每个所述差分进化器均包括相同的预设信噪比参数和不同的比特组;
优化模块,用于对于每个所述差分进化器,利用所述差分进化器基于所述预设信噪比参数和所述差分进化器对应的比特组,对所述L个初始序列进行优化输出L个候选序列,得到每个所述差分进化器输出的L个候选序列;所述候选序列表示每个所述星座点与其对应的比特组的关联关系;
生成模块,用于从全部候选序列中选取满足预设条件的目标序列;
基于所述目标序列得到星座点映射关系;所述星座点映射关系包括每个所述星座点对应的比特组。
第四方面,本发明提供一种通信系统,所述通信系统包括中继站、第一终端和第二终端,所述中继站分别与所述第一终端和所述第二终端通信连接;
所述第一终端用于基于星座点映射关系对第一比特序列进行调制,得到第一符号序列并发送至所述中继站;
所述第二终端用于基于所述星座点映射关系对第二比特序列进行调制,得到第二符号序列并发送至所述中继站;
所述中继站用于接收所述第一符号序列和所述第二符号序列,得到叠加后的第三符号序列;基于所述星座点映射关系对所述第三符号序列进行解调,并将解调后的信号发送至所述第一终端和所述第二终端;
其中,所述星座点映射关系是按照如前述实施方式中任一项所述的方法生成的。
第五方面,本发明提供一种电子设备,包括处理器和存储器,所述存储器存储有计算机程序,所述处理器执行所述计算机程序时,实现前述实施方式中任一项所述的方法。
第六方面,本发明提供一种存储介质,所述存储介质上存储有计算机程序,该计算机程序被处理器执行时,实现前述实施方式中任一项所述的方法。
本发明实施例提供的星座点映射关系生成方法、信号传输方法及相关装置,通过获取L个初始序列,初始序列包括M个随机概率值且和为1;其中M表示预设星座图中星座点的总数且M小于L;并获取M-1个差分进化器,每个差分进化器均包括相同的预设信噪比参数和不同的比特组;然后对于每个差分进化器,利用差分进化器基于预设信噪比参数和差分进化器对应的比特组,对L个初始序列进行优化输出L个候选序列,得到每个差分进化器输出的L个候选序列;候选序列表示每个星座点与其对应的比特组的关联关系;再从全部候选序列中选取满足预设条件的目标序列,最后基于目标序列得到包括每个星座点对应的比特组的星座点映射关系。从而实现基于设定的信噪比和M,生成与其匹配的最佳的星座点映射关系。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂,下文特举较佳实施例,并配合所附附图,作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本发明的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,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相关的附图。
图1示出了本发明实施例提供的通信系统的示意图;
图2示出了本发明实施例提供的星座点映射关系生成方法的示例图之一;
图3示出了本发明实施例提供的电子设备方框示意图;
图4示出了本发明实施例提供的星座点映射关系生成方法的流程示意图之一;
图5示出了本发明实施例提供的星座点映射关系生成方法的示例图之二;
图6示出了本发明实施例提供的星座点映射关系生成方法的示例图之三;
图7示出了本发明实施例提供的星座点映射关系生成方法的流程示意图之二;
图8示出了本发明实施例提供的星座点映射关系生成方法的流程示意图之三;
图9示出了本发明实施例提供的星座点映射关系生成方法的示例图之四;
图10示出了本发明实施例提供的星座点映射关系生成方法的示例图之五;
图11示出了本发明实施例提供的星座点映射关系生成方法的示例图之六;
图12示出了本发明实施例提供的星座点映射关系生成装置的一种功能模块图。
图标:101-第一终端;102-第二终端;103-中继站;110-总线;120-处理器;130-存储器;150-I/O模块;170-通信接口;300-星座点映射关系生成装置;310-获取模块;330-优化模块;350-生成模块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图,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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此,以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围,而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例,本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。
需要说明的是,术语“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。
请参照图1,是本发明实施例提供的一种通信系统的示意图,其中包括第一终端101、第二终端102和中继站103,中继站103分别与第一终端101和第二终端102通信连接。
第一终端101和第二终端102分别对其原始信号进行处理得到待发送信号,并将待发送信号发送给中继站103;中继站103接收第一终端101和第二终端102的待发送信号,得到叠加后的信号,然后对叠加后的信号进行处理并将处理后的信号分别发送至第一终端101和第二终端102。即第一终端101和第二终端102通过中继站实现信息交互。
可选地,针对第一终端101和第二终端102分别对其原始信号进行处理的过程中,可以采用低密度奇偶校验码(Low Density Parity Check Code,LDPC)进行编码和采用延迟比特编码调制方式(Delayed Bit-Interleaved Coded Modulation,DBICM)进行调制。基于采用LDPC编码和DBICM调制对原始信号进行处理,本发明实施例提供了一个示例图。
请参阅图2(a),第一终端101在第t个时隙传输的第一原始序列,经过LDPC编码器的编码和随机交织器的交织后得到序列;假设调制方式为M进制相位调制,其中,序列经过串并转换器的转换后变成m个并行序列;然后将这m个并行序列输入到延迟模块中按照延时参数进行延迟处理,得到第个时隙的子序列;然后将所有延迟到第t个时隙的子序列即第一比特序列输入到调制器中,调制器根据星座图和星座点映射关系,将第一比特序列调制为第一符号序列得到待发送信号,并发送至中继站103。
中继站103接收到第三符号序列并进行处理。请参阅图2(b),中继站将输入解调器,解调器根据星座图和星座点映射关系,将第三符号序列解调为第三比特序列,并采用最大后验概率算法(Maximum A posterior Probability,MAP),得到多个对数似然比值(Log likelihood Ratio,LLR)即;然后将这多个对数似然比值输入到解延迟模块,得到第t个时隙的全部子序列的LLR值;然后经过并串转换器转换为一个序列,该序列经过解交织器的解交织和译码器的译码,得到解调后的信号,并将延迟的比特信息经随机交织器交织后反馈给解调器,辅助其对当前接收的信号进行解调。中继站103将解调后信号发送至第一终端101和第二终端102,以实现第一终端101和第二终端102的信息交互。
基于上述TWRC下的LDPC-DBICM通信系统,本发明实施例提供了一种星座点映射关系生成方法,可以提高信道容量和降低误码率。
请参照图3,是本发明实施例提供的一种电子设备的方框示意图。电子设备包括总线110、处理器120、存储器130、I/O模块150、通信接口170。
总线110可以是将上述元件相互连接并在上述元件之间传递通信(例如控制消息)的电路。
处理器120可以通过总线110从上述其它元件(例如存储器130、I/O模块150、通信接口170等)接收命令,可以解释接收到的命令,并可以根据所解释的命令来执行计算或数据处理。
处理器120可以是一种集成电路芯片,具有信号处理能力。该处理器120可以是通用处理器,包括中央处理器(Central Processing Unit,CPU)、网络处理器(NetworkProcessor,NP)等;还可以是数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现成可编程门阵列(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。
存储器130可以存储从处理器120或其它元件(例如I/O模块150、通信接口170等)接收的命令或数据或者由处理器120或其它元件产生的命令或数据。
存储器130可以是但不限于,随机存取存储器(Random Access Memory,RAM),只读存储器(Read Only Memory,ROM),可编程只读存储器(Programmable Read-Only Memory,PROM),可擦除只读存储器(Erasable Programmable Read-Only Memory,EPROM),电可擦除只读存储器(Electric Erasable Programmable Read-Only Memory,EEPROM)。
I/O模块150可以接收经由输入-输出手段(例如,传感器、键盘、触摸屏等)从用户输入的命令或数据,并可以通过总线110向处理器120或存储器130传送接收到的命令或数据。并且用于显示从上述元件接收、存储、处理的各种信息(例如多媒体数据、文本数据),可以向用户显示视频、图像、数据等。
通信接口170可用于与其他节点设备进行信令或数据的通信。
可以理解的是,图3所示的结构仅为电子设备的结构示意图,电子设备还可包括比图3中所示更多或者更少的组件,或者具有与图3所示不同的配置。图3中所示的各组件可以采用硬件、软件或其组合实现。图3所示的结构可以用于实现图1中的第一终端、第二终端和中继站。
下面将以上述的电子设备作为执行主体,执行本发明实施例提供的各个方法中的各个步骤,并实现对应技术效果。
请参阅图4,图4是本发明实施例提供的一种星座点映射关系生成方法的流程示意图。
步骤S202,获取L个初始序列,初始序列包括M个随机概率值且和为1;其中,M表示预设星座图中星座点的总数,且M小于L;
在本实施例中,M可以理解为相位调制的进制数,即。如M等于8,则为8进制相位调制即8PSK,其具有8个比特组,一个比特组由3个比特构成,其对应的星座图包括8个星座点。M等于16,则为16进制相位调制即16PSK,其具有16个比特组,一个比特组由4个比特构成,其对应的星座图包括16个星座点。
根据相位调制的进制数M,可以先获取L个原始序列,且每个原始序列均包括M个随机数。对每个原始序列进行归一化处理,即得到每个初始序列。可以理解的是,L大于M,可选地,L可以是M的整数倍如L=10M。
假设调制方式为8PSK,则其具有的8个比特组依次为000、001、010、011、100、101、110、111,其对应的星座图所包括的8个星座点依次为。对于初始序列中的第一个随机概率值可以理解为星座点与比特组000对应的概率,第二个随机概率值可以理解为星座点与比特组001对应的概率。即一个初始序列可以理解为一种星座点映射关系的可能性。
步骤S204,获取M-1个差分进化器,每个差分进化器均包括相同的预设信噪比参数和不同的比特组;
可以理解的是,由于在双向中继信道中信号会进行叠加,即两侧终端的星座点会进行叠加。为了便于理解,本发明实施例提供了一个示例图,如图5所示为8PSK对应的星座图。其中,包括8个星座点,每个星座点均有符号,这个符号可以理解为星座点在星座图中的坐标。例如,星座点在星座图中的坐标为(0,1)即符号为(0,1)。在调制过程中,首先是根据星座图和星座点映射关系,将比特序列映射为星座点,然后基于星座点的符号将比特序列转换为符号序列。
如图5所示,假设某个时刻,第一终端发送比特序列映射为星座点是,第二终端发送的比特序列映射为星座点是,则两者的符号叠加后为(0,0);假设另一个时刻,第一终端发送比特序列映射为星座点是,第二终端发送的比特序列映射为星座点是,则两者的符号叠加后为(0,0);若星座点对应的比特组与星座点对应的比特组的异或结果,与星座点对应的比特组与星座点对应的比特组的异或结果不同,则当中继站接收到(0,0)时,无法进行解调,因为其有可能是星座点与星座点的叠加,也有可能是星座点与星座点的叠加,由此产生了模糊现象。
为了避免产生模糊现象,本发明实施例将差分进化器对应的比特组作为图6中(0,0)对应的异或结果,而该(0,0)对应的异或结果不可能为全0(如8PSK不可能为000)。因此,将除全0以外的比特组即M-1个比特组分别作为M-1个差分进化器对应的比特组。
步骤S206,对于每个差分进化器,利用差分进化器基于预设信噪比参数和差分进化器对应的比特组,对L个初始序列进行优化输出L个候选序列,得到每个差分进化器输出的L个候选序列;候选序列表示每个星座点与其对应的比特组的关联关系;
在本实施例中,将L个初始序列分别输入到每个差分进化器中,每个差分进化器采用差分进化算法基于预设信噪比参数和其对应的比特组,对这L个初始序列进行进化,得到进化后的序列即输出L个候选序列。可以理解的是,初始序列有L个,差分进化器有M-1个,经过全部差分进化器的优化后,得到的候选序列为L*(M-1)个。
初始序列可以看作个体,差分进化器对其进行优化可以理解为是控制该个体按照设定的预期进化。由于星座点映射关系对信道容量也有一定的影响,则可以令这些初始序列按照使信道容量最大的方向进行进化。信道容量是指信道能无错误传送的最大信息率。
步骤S208,从全部候选序列中选取满足预设条件的目标序列;
在本实施例中,预设条件可以是最大信道容量。基于获得的全部候选序列,可以获取其对应的信道容量,将最大信道容量对应的候选序列作为目标序列。
步骤S210,基于目标序列得到星座点映射关系;星座点映射关系包括每个星座点对应的比特组;
在本实施例中,基于目前序列可以将其转换为星座点映射关系。这个星座点映射关系可以理解为,在采用M进制相位调制和预设信噪比参数的情况下的最优星座点映射关系。
对于不同进制数的相位调制,其生成的星座点映射关系不同;对于相同进制数的相位调制,设定的信噪比参数不同则生成的星座点映射关系不同。也就是说,本发明实施例提供星座点映射关系生成方法,基于调制方式和信噪比,可以生成与其匹配的星座点映射关系,得到最优的星座点映射关系。
可见基于上述步骤,通过获取L个初始序列,初始序列包括M个随机概率值且和为1;其中M表示预设星座图中星座点的总数且M小于L;并获取M-1个差分进化器,每个差分进化器均包括相同的预设信噪比参数和不同的比特组;然后对于每个差分进化器,利用差分进化器基于预设信噪比参数和差分进化器对应的比特组,对L个初始序列进行优化输出L个候选序列,得到每个差分进化器输出的L个候选序列;候选序列表示每个星座点与其对应的比特组的关联关系;再从全部候选序列中选取满足预设条件的目标序列,最后基于目标序列得到包括每个星座点对应的比特组的星座点映射关系。从而实现基于设定的信噪比和M,生成与其匹配的最佳的星座点映射关系。
对于上述步骤S206,可以理解的是每个差分进化器对L个初始序列进行优化的方式是类似的。为了简要,本发明实施例以一个差分进化器为例,说明对这L个初始序列进行优化的过程,本发明实施例提供了一种可能的实现方式,请参图7。
步骤S206-1,从L个初始序列中选取任意一个初始序列作为待定序列;
在本实施例中,每个初始序列均按照步骤S206-3至步骤S206-13B进行优化。为了便于理解,下面将以L个初始序列中的任意一个初始序列作为待定序列为例,对步骤S206-3至步骤S206-13B进行说明。
步骤S206-3,将待定序列作为第一序列;
步骤S206-5,对第一序列进行演化处理得到第二序列;
在本实施例中,将待定序列作为第一序列,并采用差分进化算法对第一序列进行演化处理得到第二序列,其中演化处理包含变异处理和交叉处理。
步骤S206-7,基于预设信噪比参数和差分进化器对应的比特组,分别计算出第一序列对应的第一信道容量和第二序列对应的第二信道容量;
步骤S206-9,将第一信道容量和第二信道容量中较大者对应的序列作为第三序列;
在本实施中,可以基于差分进化器对应的比特组分别将第一序列和第二序列转化为星座点映射关系,并基于预设信噪比参数和这两个星座点映射关系分别计算出第一序列对应的第一信道容量和第二序列对应的第二信道容量。
对第一信道容量和第二信道容量进行比较,将这两者中较大者对应序列作为第三序列。例如,若第一信道容量大于第二信道容量,则表示进化失败,将第一序列作为第三序列;若第一信道容量小于第二信道容量,则表示进化成功,将第二序列作为第三序列。
步骤S206-11,获取优化次数并判断是否达到预设次数;
步骤S206-13A,将第三序列作为第一序列,并重复执行对第一序列进行演化处理得到第二序列的步骤,直至优化次数达到预设次数;
步骤S206-13B,将第三序列作为待定序列对应的候选序列;
在本实施例中,预设次数可以设置为500次,应当理解的是,预设次数也可以按照实际应用设置,本实施例不做限定。
获得第三序列后,获取优化次数并判断其是否达到预设次数,若未达到,表示还需要继续优化,则执行步骤S206-13A,将第三序列作为新的第一序列,并重复执行步骤S206-5至步骤S206-11;若达到,表示优化结束,则执行步骤S206-13B,将第三序列作为待定序列对应的候选序列。
步骤S206-15,遍历L个初始序列,获得每个初始序列对应的候选序列,得到L个候选序列;
在本实施例中,每个初始序列均执行步骤S206-3至步骤S206-13B,则获得每个初始序列对应的候选序列,即得到L个候选序列。
可以理解为,差分进化器是按照使信道容量增大的方向对初始序列进行优化,即期望每个初始序列经过多次优化后,得到的候选序列所对应的信道容量要大于该初始序列对应的信道容量。进而从全部候选序列中再次选取最大信道容量对应的候选序列,将其作为目标序列,并将该目标序列转换为星座点映射关系,则得到使信道容量最大的最优星座点映射关系。将该最优星座点映射关系应用到调制过程中,可以提高信道容量。
可选地,对于上述步骤S206-5,本发明实施例提供了一种可能的实现方式。
步骤S206-5-1,从L个初始序列中选取任意两个初始序列分别作为第四序列和第五序列;
步骤S206-5-3,按照预设公式,基于第四序列和第五序列对第一序列进行变异处理,得到第六序列;
预设公式为:
在本实施例中,F为预设缩放参数,可以理解为预先设置的缩放因子,可以将F设置为0.5。应当理解的是,预设缩放参数可以按照实际应用设置,本发明实施例不做限定。
可以先将第四序列和第五序列中的随机概率值对应相减,得到差值序列;然后将这个差值序列中的每个元素与预设缩放参数相乘,得到乘积序列;再将这个乘积序列中的每个元素与第一序列中的随机概率值对应相加,得到第六序列。
步骤S206-5-5,对第六序列进行归一化处理,得到第七序列;
在本实施例中,基于获得的第六序列,对其进行归一化处理。如计算第六序列中全部元素的总和,并计算每个元素与总和的比值,即得到第七序列。
步骤S206-5-7,按照预设交叉概率,对第一序列和第七序列进行交叉处理,得到第二序列;
在本实施例中,预设交叉概率为预先设置的交叉概率CR,可以将CR设置为0.5。应当理解的是,预设交叉概率可以按照实际应用设置,本发明实施例不做限定。
可以计算预设交叉概率CR与第一序列的元素总数M的乘积,如CR为0.5,M为8,CR*M的结果为4;然后从第一序列中随机选取4个元素,并计算M-(CR*M)的结果为4,然后从第七序列中随机选取4个元素,则将选取的这8个元素作为第二序列中的全部元素。可以理解的是,当CR与M的乘积结果不为整数时,可以按四舍五入的方式得到整数。
可以将第一序列理解为原始个体,将第七序列理解为原始个体在该种群中即L个初始序列发生变异后的变异个体,将原始个体与变异个体进行交叉处理,即分别从第一序列和第七序列中随机选取元素,则得到进化后的个体即第二序列。
可选地,对于上述步骤S206-7,本发明实施例提供了一种可能的实现方式。
步骤S206-7-1,基于差分进化器对应的比特组,将第一序列转换为第一星座点映射关系;
步骤S206-7-3,基于差分进化器对应的比特组,将第二序列转换为第二星座点映射关系;
步骤S206-7-5,基于预设信噪比参数,分别计算第一星座点映射关系对应的信道容量和第二星座点映射关系对应的信道容量,得到第一信道容量和第二信道容量。
在本实施例中,可以基于差分进化器对应的比特组,分别将第一序列和第二序列转换为第一星座点映射关系和第二星座点映射关系;然后基于预设信噪比参数,分别计算采用第一星座点映射关系所得到的信道容量,和采用第二星座点映射关系所得到的信道容量,即得到第一信道容量和第二信道容量。
对于上述步骤S206-7-1和S206-7-3,可以理解的是差分进化器将第一序列转换为第一星座点映射关系的方式,与将第二序列转换为第二星座点映射关系的方式类似。为了简要,下面以第一序列作为示例,来对将其转换为第一星座点映射关系的过程进行说明。
步骤S206-7-1-1,基于星座点的总数M,获取包括M个星座点的星座点序列和包括M个比特组的比特符号序列;比特符号序列中的每个比特组与第一序列中的每个随机概率值一一对应;
步骤S206-7-1-3,通过M/2次匹配,获得全部星座点对应的比特组,得到第一星座点映射关系;
步骤S206-7-1-5,对于M/2次中的第n次,将第一序列中最大的随机概率值作为第一概率值;n为0到M/2的自然数;
步骤S206-7-1-7,将第一概率值对应的比特组作为星座点序列中第n个星座点对应的比特组;
步骤S206-7-1-9,从比特符号序列中选取目标比特组,目标比特组为差分进化器对应的比特组与第n个星座点对应的比特组的异或结果;
步骤S206-7-1-11,获取在预设星座图中与第n个星座点中心对称的目标星座点;
步骤S206-7-1-13,将目标比特组作为目标星座点对应的比特组;
步骤S206-7-1-15,判断n是否等于M/2;
在本实施例中,当n不等于M/2,则执行步骤S206-7-1-17A;当n等于M/2,则执行步骤S206-7-1-17B。
步骤S206-7-1-17A,将n加1的值作为n,且将第一概率值和目标比特组对应的随机概率值置零后,重复执行对于M/2次中的第n次,将第一序列中最大的随机概率值作为第一概率值的步骤,直至n等于M/2;
步骤S206-7-1-17B,获得全部星座点对应的比特组,得到第一星座点映射关系。
获取包括8个星座点的星座点序列即,和包括8个比特组的比特符号序列即{000,001,010,011,100,101,110,111}。第一序列中的每个随机概率值与比特符号序列中的每个比特组一一对应,如下表1示出了每个随机概率值对应的比特组。
表1
当n为1即第1次,第一序列中最大的随机概率值为0.3,将0.3作为第一概率值;将第一概率值0.3对应的比特组即001作为第一个星座点对应的比特组;再计算差分进化器对应的比特组001与第一个星座点对应的比特组001的异或结果为000,并从比特符号序列中选取目标比特组即000;然后获取在星座图中与第一个星座点中心对称的目标星座点即,将目标比特组000作为目标星座点对应的比特组。
判断n是否等于4,当前n为1即不等于,则将n加1的值即2作为n,且将第一概率值0.3和目标比特组000对应的随机概率值即0.15置零,则第一序列为{0,0,0.08,0.12,0.10,0.05,0.01,0.09},重复执行步骤S206-7-1-5。
当n为2即第2次,第一序列中最大的随机概率值为0.12,将0.12作为第一概率值;将第一概率值0.12对应的比特组即011作为第2个星座点 对应的比特组;再计算差分进化器对应的比特组001与第二个星座点对应的比特组011的异或结果为010,并从比特符号序列中选取目标比特组即010;然后获取在星座图中与第二个星座点中心对称的目标星座点即 ,将目标比特组010作为目标星座点对应的比特组。
判断n是否等于4,当前n为2即不等于,则将n加1的值即3作为n,且将第一概率值0.12和目标比特组010对应的随机概率值即0.08置零,则第一序列为{0,0,0,0,0.10,0.05,0.01,0.09},重复执行步骤S206-7-1-5。
对于第3次和第4次,可以按照上述类似的方式进行匹配,获得全部星座点对应的比特组,得到第一星座点映射关系。如下表2示出了基于上述第一序列转换得到的第一星座点映射关系。
表2
可以理解是,将M-1个差分进化器对应的比特组,作为中心对称的两个星座点叠加后的符号即(0,0)对应的异或结果,从而避免出现(0,0)对应多组星座点的情况,进而避免了模糊现象。
可选地,基于上述实施例生成的星座点映射关系,本发明实施例还提供了一种信号传输方法,请参阅图8。
步骤S212,第一终端基于星座点映射关系对第一比特序列进行调制,得到第一符号序列并发送至中继站;
步骤S214,第二终端基于星座点映射关系对第二比特序列进行调制,得到第二符号序列并发送至中继站;
步骤S216,中继站接收第一符号序列和第二符号序列,得到叠加后的第三符号序列;
步骤S218,中继站基于星座点映射关系对第三符号序列进行解调,并将解调后的信号发送至第一终端和第二终端。
可以理解的是,在上述介绍通信系统的实施例中,已经对步骤S212至步骤S218即第一终端、第二终端和中继站进行信号传输的过程进行了说明,其基本原理及产生的技术效果和上述实施例相同,为简要描述,可参考上述的实施例中相应内容。
可见,基于本发明实施例生成的星座点映射关系,应用到双向中继信道的调制和解调过程中,由于该星座点映射关系为与设定的信噪比和进制数M匹配的最优星座点映射关系,从而可以提高信道容量和降低误码率。
为了更好地理解本发明的效果,本发明实施例基于上述示例中的TWRC下的LDPC-DBICM通信系统,分别对采用格雷映射关系、分集映射关系和本发明生成的星座点映射关系所获得的信道容量和误码率进行了对比。
请参图9,其为调制方式是8PSK,采用格雷映射关系、分集映射关系和本发明生成的星座点映射关系所获得的信道容量。基于图9可以看出,在相同信噪比下,采用本发明生成的星座点映射关系所获得的信道容量,均大于采用格雷映射关系所获得的信道容量和采用分集映射关系所获得的信道容量。
请参图10,其为调制方式是16PSK,采用格雷映射关系、分集映射关系和本发明生成的星座点映射关系所获得的信道容量的。基于图10可以看出,在相同信噪比下,采用本发明生成的星座点映射关系所获得的信道容量,均大于采用格雷映射关系所获得的信道容量和采用分集映射关系所获得的信道容量。
请参图11,其为调制方式是8PSK,采用格雷映射关系、分集映射关系和本发明生成的星座点映射关系,分别在码率为0.5和码率为0.8的情况下所获得的误码率。基于图11可以看出,在相同码率和信噪比下,采用本发明生成的星座点映射关系所获得的误码率,均小于采用格雷映射关系所获得的误码率和采用分集映射关系所获得的误码率。
为了执行上述实施例及各个可能的方式中的相应步骤,下面给出一种星座点映射关系生成装置的实现方式。请参阅图12,图12为本发明实施例提供的一种星座点映射关系生成装置300的功能模块图。需要说明的是,本实施例所提供的星座点映射关系生成装置300,其基本原理及产生的技术效果和上述实施例相同,为简要描述,本实施例部分未提及之处,可参考上述的实施例中相应内容。该星座点映射关系生成装置300包括:
获取模块310,用于获取L个初始序列,初始序列包括M个随机概率值且和为1;其中,M表示预设星座图中星座点的总数,且M小于L; 获取M-1个差分进化器,每个差分进化器均包括相同的预设信噪比参数和不同的比特组;
优化模块330,用于对于每个差分进化器,利用差分进化器基于预设信噪比参数和差分进化器对应的比特组,对L个初始序列进行优化输出L个候选序列,得到每个差分进化器输出的L个候选序列;候选序列表示每个星座点与其对应的比特组的关联关系;
生成模块350,用于从全部候选序列中选取满足预设条件的目标序列;基于目标序列得到星座点映射关系;星座点映射关系包括每个星座点对应的比特组。
可选地,优化模块330具体用于:从L个初始序列中选取任意一个初始序列作为待定序列;
将待定序列作为第一序列;对第一序列进行演化处理得到第二序列;基于预设信噪比参数和差分进化器对应的比特组,分别计算出第一序列对应的第一信道容量和第二序列对应的第二信道容量;将第一信道容量和第二信道容量中较大者对应的序列作为第三序列;
获取优化次数并判断是否达到预设次数;若否,则将第三序列作为第一序列,并重复执行对第一序列进行演化处理得到第二序列,直至优化次数达到预设次数;若是,则将第三序列作为待定序列对应的候选序列;
遍历L个初始序列,获得每个初始序列对应的候选序列,得到L个候选序列。
可选地,优化模块330具体用于:从L个初始序列中选取任意两个初始序列分别作为第四序列和第五序列;按照预设公式,基于第四序列和第五序列对第一序列进行变异处理,得到第六序列;
预设公式为:
对第六序列进行归一化处理,得到第七序列; 按照预设交叉概率,对第一序列和第七序列进行交叉处理,得到第二序列。
可选地,优化模块330具体用于:基于差分进化器对应的比特组,将第一序列转换为第一星座点映射关系;基于差分进化器对应的比特组,将第二序列转换为第二星座点映射关系;基于预设信噪比参数,分别计算第一星座点映射关系对应的信道容量和第二星座点映射关系对应的信道容量,得到第一信道容量和第二信道容量。
可选地,优化模块330具体用于:基于星座点的总数M,获取包括M个星座点的星座点序列和包括M个比特组的比特符号序列;比特符号序列中的每个比特组与第一序列中的每个随机概率值一一对应;通过M/2次匹配,获得全部星座点对应的比特组,得到第一星座点映射关系;对于M/2次中的第n次,将第一序列中最大的随机概率值作为第一概率值;n为0到M/2的自然数;
将第一概率值对应的比特组作为星座点序列中第n个星座点对应的比特组;从比特符号序列中选取目标比特组,目标比特组为差分进化器对应的比特组与第n个星座点对应的比特组的异或结果;获取在预设星座图中与第n个星座点中心对称的目标星座点;将目标比特组作为目标星座点对应的比特组;
判断n是否等于M/2;若否,则将n加1的值作为n,且将第一概率值和目标比特组对应的随机概率值置零后,重复执行对于M/2次中的第n次,将第一序列中最大的随机概率值作为第一概率值,直至n等于M/2;若是,则获得全部星座点对应的比特组,得到第一星座点映射关系。
本发明实施例还提供了一种通信系统,通信系统包括中继站、第一终端和第二终端,中继站分别与第一终端和第二终端通信连接;
第一终端用于基于星座点映射关系对第一比特序列进行调制,得到第一符号序列并发送至中继站;
第二终端用于基于星座点映射关系对第二比特序列进行调制,得到第二符号序列并发送至中继站;
中继站用于接收第一符号序列和第二符号序列,得到叠加后的第三符号序列;基于星座点映射关系对第三符号序列进行解调,并将解调后的信号发送至第一终端和第二终端。
本发明实施例还提供了一种电子设备,包括处理器120和存储器130,存储器130存储有计算机程序,处理器执行计算机程序时,实现上述实施例揭示的星座点映射关系生成方法。
本发明实施例还提供了一种存储介质,其上存储有计算机程序,该计算机程序被处理器120执行时实现本发明实施例揭示的星座点映射关系生成方法。
在本发明所提供的几个实施例中,应该理解到,所揭露的装置和方法,也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,例如,附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上,流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分,所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意,在有些作为替换的实现方式中,方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如,两个连续的方框实际上可以基本并行地执行,它们有时也可以按相反的顺序执行,这依所涉及的功能而定。也要注意的是,框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合,可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现,或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
另外,在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分,也可以是各个模块单独存在,也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解,本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在一个存储介质中,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机,服务器,或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括:U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM,Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM,Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。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,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种星座点映射关系生成方法,其特征在于,所述方法包括:
获取L个初始序列,所述初始序列包括M个随机概率值且和为1;其中,M表示预设星座图中星座点的总数,且M小于L;
获取M-1个差分进化器,每个所述差分进化器均包括相同的预设信噪比参数和不同的比特组;
对于每个所述差分进化器,利用所述差分进化器基于所述预设信噪比参数和所述差分进化器对应的比特组,对所述L个初始序列进行优化输出L个候选序列,得到每个所述差分进化器输出的L个候选序列;所述候选序列表示每个所述星座点与其对应的比特组的关联关系;
从全部候选序列中选取满足预设条件的目标序列;
基于所述目标序列得到星座点映射关系;所述星座点映射关系包括每个所述星座点对应的比特组。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述利用所述差分进化器基于所述预设信噪比参数和所述差分进化器对应的比特组,对所述L个初始序列进行优化输出L个候选序列的步骤,包括:
从所述L个初始序列中选取任意一个初始序列作为待定序列;
将所述待定序列作为第一序列;
对所述第一序列进行演化处理得到第二序列;
基于所述预设信噪比参数和所述差分进化器对应的比特组,分别计算出所述第一序列对应的第一信道容量和所述第二序列对应的第二信道容量;
将所述第一信道容量和所述第二信道容量中较大者对应的序列作为第三序列;
获取优化次数并判断是否达到预设次数;
若否,则将所述第三序列作为所述第一序列,并重复执行所述对所述第一序列进行演化处理得到第二序列的步骤,直至所述优化次数达到所述预设次数;
若是,则将所述第三序列作为所述待定序列对应的候选序列;
遍历所述L个初始序列,获得每个所述初始序列对应的候选序列,得到所述L个候选序列。
4.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述基于所述预设信噪比参数和所述差分进化器对应的比特组,分别计算出所述第一序列对应的第一信道容量和所述第二序列对应的第二信道容量的步骤,包括:
基于所述差分进化器对应的比特组,将所述第一序列转换为第一星座点映射关系;
基于所述差分进化器对应的比特组,将所述第二序列转换为第二星座点映射关系;
基于所述预设信噪比参数,分别计算所述第一星座点映射关系对应的信道容量和所述第二星座点映射关系对应的信道容量,得到所述第一信道容量和所述第二信道容量。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述基于所述差分进化器对应的比特组,将所述第一序列转换为第一星座点映射关系的步骤,包括:
基于所述星座点的总数M,获取包括M个星座点的星座点序列和包括M个比特组的比特符号序列;所述比特符号序列中的每个比特组与所述第一序列中的每个随机概率值一一对应;
通过M/2次匹配,获得全部星座点对应的比特组,得到所述第一星座点映射关系;
对于所述M/2次中的第n次,将所述第一序列中最大的随机概率值作为第一概率值;n为0到M/2的自然数;
将所述第一概率值对应的比特组作为所述星座点序列中第n个星座点对应的比特组;
从所述比特符号序列中选取目标比特组,所述目标比特组为所述差分进化器对应的比特组与所述第n个星座点对应的比特组的异或结果;
获取在所述预设星座图中与所述第n个星座点中心对称的目标星座点;
将所述目标比特组作为所述目标星座点对应的比特组;
判断n是否等于M/2;
若否,则将n加1的值作为n,且将所述第一概率值和所述目标比特组对应的随机概率值置零后,重复执行所述对于所述M/2次中的第n次,将所述第一序列中最大的随机概率值作为第一概率值的步骤,直至n等于M/2;
若是,则获得全部星座点对应的比特组,得到所述第一星座点映射关系。
6.一种信号传输方法,其特征在于,应用于通信系统,所述通信系统包括中继站、第一终端和第二终端,所述中继站分别与所述第一终端和所述第二终端通信连接;所述方法包括:
所述第一终端基于星座点映射关系对第一比特序列进行调制,得到第一符号序列并发送至所述中继站;
所述第二终端基于所述星座点映射关系对第二比特序列进行调制,得到第二符号序列并发送至所述中继站;
所述中继站接收所述第一符号序列和所述第二符号序列,得到叠加后的第三符号序列;
所述中继站基于所述星座点映射关系对所述第三符号序列进行解调,并将解调后的信号发送至所述第一终端和所述第二终端;
其中,所述星座点映射关系是按照如权利要求1至5中任一项所述的方法生成的。
7.一种星座点映射关系生成装置,其特征在于,所述装置包括:
获取模块,用于获取L个初始序列,所述初始序列包括M个随机概率值且和为1;其中,M表示预设星座图中星座点的总数,且M小于L;
获取M-1个差分进化器,每个所述差分进化器均包括相同的预设信噪比参数和不同的比特组;
优化模块,用于对于每个所述差分进化器,利用所述差分进化器基于所述预设信噪比参数和所述差分进化器对应的比特组,对所述L个初始序列进行优化输出L个候选序列,得到每个所述差分进化器输出的L个候选序列;所述候选序列表示每个所述星座点与其对应的比特组的关联关系;
生成模块,用于从全部候选序列中选取满足预设条件的目标序列;
基于所述目标序列得到星座点映射关系;所述星座点映射关系包括每个所述星座点对应的比特组。
8.一种通信系统,其特征在于,所述通信系统包括中继站、第一终端和第二终端,所述中继站分别与所述第一终端和所述第二终端通信连接;
所述第一终端用于基于星座点映射关系对第一比特序列进行调制,得到第一符号序列并发送至所述中继站;
所述第二终端用于基于所述星座点映射关系对第二比特序列进行调制,得到第二符号序列并发送至所述中继站;
所述中继站用于接收所述第一符号序列和所述第二符号序列,得到叠加后的第三符号序列;基于所述星座点映射关系对所述第三符号序列进行解调,并将解调后的信号发送至所述第一终端和所述第二终端;
其中,所述星座点映射关系是按照如权利要求1至5中任一项所述的方法生成的。
9.一种电子设备,其特征在于,包括处理器和存储器,所述存储器存储有计算机程序,所述处理器执行所述计算机程序时,实现权利要求1至5中任一项所述的方法。
10.一种存储介质,其特征在于,所述存储介质上存储有计算机程序,该计算机程序被处理器执行时,实现权利要求1至5中任一项所述的方法。
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