一種g.hn標準中十字星座qam低復(fù)雜度解映射算法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種G.HN標準中十字星座QAM低復(fù)雜度解映射算法，該算法用于降低G.HN標準中高階十字星座QAM解映射的復(fù)雜度，拓展高階十字星座QAM的高速數(shù)傳應(yīng)用場景，以貢獻權(quán)值來衡量參考星座點對解映射的貢獻，將搜索范圍縮小為貢獻權(quán)值較大的參考星座點，以有效降低高階十字星座QAM解映射的復(fù)雜度。本發(fā)明能充分利用信道估計信息，輔助自適應(yīng)選擇搜索范圍，大大縮小搜索范圍，有效降低了高階十字星座QAM解映射的復(fù)雜度，并在算法復(fù)雜度和性能之間達到良好的平衡，為拓展高階十字星座QAM應(yīng)用場景奠定了基礎(chǔ)。
【專利說明】一種G.HN標準中十字星座QAM低復(fù)雜度解映射算法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種G.HN標準中十字星座QAM低復(fù)雜度解映射算法。
【背景技術(shù)】
[0002]調(diào)制與解映射技術(shù)是通信系統(tǒng)的一項核心技術(shù)，對通信系統(tǒng)的性能有著決定性的影響。QAM解映射的任務(wù)是計算傳輸數(shù)據(jù)的最佳估計，解映射的輸出可以是硬判決數(shù)字比特，也可以是對發(fā)送端數(shù)字比特軟判決的有效度量值。一般軟判決解映射與信道譯碼(如Turbo碼、LDPC等)共同作用，基于使信道噪聲影響最小化的原則，進一步降低傳輸?shù)恼`比特率。
[0003]文獻I “高階調(diào)制的軟輸出算法比較[北京郵電大學學報，2003，26 (I):82-85]"研究了高階QAM解調(diào)的LogMap算法和簡化Max-LogMap算法,分析了算法的復(fù)雜度，并通過仿真驗證了與3GPP Turbo碼合作的性能。但是，當調(diào)制階數(shù)進一步增加，解調(diào)復(fù)雜度呈指數(shù)階增大，很難應(yīng)用于實際工程中，尤其在高速數(shù)據(jù)傳輸通信系統(tǒng)。
[0004]文獻2 “M-QAM系統(tǒng)中QC_LDPC譯碼性能研究[電子設(shè)計工程，2012，20 (8):136-138]”在文獻I的基礎(chǔ)上推導了軟解調(diào)的對數(shù)似然比(LLR)計算公式，將方形QAM星座的解映射分解到I和Q路分別進行，有效的降低了搜索范圍，但仍然存在文獻I的不足。
[0005]文獻3 “一種基于折線逼近的對數(shù)似然比簡化算法[電子與信息學報，2008，30(8):1832-1835] ”提出一種折線逼近簡化算法，基于曲線族的特點用簡單的線性運算替代了標準算法中復(fù)雜的非線性運算，復(fù)雜度有所降低。但是對于高階QAM而言，由于該算法需要判斷各比特的折變點來擬合LLR曲線，消耗很多的資源和時間。而且，該算法對于每一段逼近都存在誤差，會降低系統(tǒng)的性能。
[0006]文獻4“HSDPA中QAM軟解調(diào)算法實現(xiàn)和性能分析[中國新通信，2010:48-50] ”提出了一種邊界法的LLR簡化算法，運算量較小，但誤碼性能不太理想。對于高階QAM來說，階數(shù)越高，星座點數(shù)越多，分界線也就越多，要確定相應(yīng)的軟信息計算公式很困難。
[0007]文獻5 “基于G.9960協(xié)議的高階QAM調(diào)制與解調(diào)技術(shù)研究[微電子學與計算機，2011，28 (3):89-93] ”研究了 G.HN中的正方形和十字星座QAM解調(diào)技術(shù)。
[0008]文獻I?4均針對正方形星座QAM解映射算法進行了研究，文獻5雖然研究了十字星座的解調(diào)技術(shù)，但并未考慮QAM階數(shù)較高時的簡化算法，在工程上實現(xiàn)高階十字星座QAM的解調(diào)比較困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種G.HN標準中十字星座QAM低復(fù)雜度解映射算法，該算法用于降低G.HN標準中高階十字星座QAM解映射的復(fù)雜度，拓展高階十字星座QAM的高速數(shù)傳應(yīng)用場景，以貢獻權(quán)值來衡量參考星座點對解映射的貢獻，將搜索范圍縮小為貢獻權(quán)值較大的參考星座點，以有效降低高階十字星座QAM解映射的復(fù)雜度。[0010]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案包括以下步驟:
[0011]I)針對G.HN標準中十字星座M-QAM解映射技術(shù)，推導QAM軟解調(diào)的對數(shù)似然比計算公式，其中，調(diào)制階數(shù)M = 2m，m = 3,5,7,…，m為大于I的奇數(shù)；
[0012]2)引入貢獻權(quán)值c ;
[0013]3)根據(jù)引入貢獻權(quán)值c以及信道估計結(jié)果，自適應(yīng)確定搜索范圍，計算對數(shù)似然比。
[0014]所述的步驟I)中，推導QAM軟解調(diào)的對數(shù)似然比計算公式的具體方法如下:
[0015]假設(shè)AWGN信道下第k時刻接收信號rk為:
【權(quán)利要求】
1.一種G.HN標準中十字星座QAM低復(fù)雜度解映射算法，其特征在于，包括以下步驟: 1)針對G.HN標準中十字星座M-QAM解映射技術(shù)，推導QAM軟解調(diào)的對數(shù)似然比計算公式，其中，調(diào)制階數(shù)M=2m，m=3，5，7，…，m為大于I的奇數(shù)； 2)引入貢獻權(quán)值c； 3)根據(jù)引入貢獻權(quán)值c以及信道估計結(jié)果，自適應(yīng)確定搜索范圍，計算對數(shù)似然比。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的G.HN標準中十字星座QAM低復(fù)雜度解映射算法，其特征在于:所述的步驟I)中，推導QAM軟解調(diào)的對數(shù)似然比計算公式的具體方法如下: 假設(shè)AWGN信道下第k時刻接收信號rk為: Tk = r|.+ jrf = Sfi + 1?( I )其中，sk為發(fā)送的M-QAM調(diào)制符號,對應(yīng)的二進制序列為gi,其中，i=0，“*，m-l ;nk~CN(O, ο 2)為復(fù)加性高斯白噪聲，噪聲方差為σ2 ;r|、rf:分別為rk實部和虛部，r|為同相分量，tf為正交分量； 推導QAM軟解調(diào)的對數(shù)似然比計算公式如下:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的G.HN標準中十字星座QAM低復(fù)雜度解映射算法，其特征在于:所述的步驟2)中，引入貢獻權(quán)值C，用于衡量對對數(shù)似然比的貢獻，定義如下: c(ar, y, cr2) = — ,..( 3 ) 其中，X表示接收信號，y表示星座參考點，σ 2為噪聲方差。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的G.HN標準中十字星座QAM低復(fù)雜度解映射算法，其特征在于:所述的步驟3)中，根據(jù)貢獻權(quán)值c的定義式，貢獻權(quán)值越大，表示相應(yīng)參考星座點對LLR計算的貢獻越大，則確定搜索范圍及計算對數(shù)似然比的具體方法如下: 首先引入一個基本單位，定義為星座點間隔Λ，表示任意兩星座點之間的最小距離；星座點間隔Λ=2χ (m)，χ (m)為功率歸一化因子，定義》為笛卡爾乘積，馬> ? Jii表示I路和Q路取值范圍分別為Rtl和R1 ； 為了減小搜索空間，只考慮與r|和ff」距離為JA所形成正方形范圍內(nèi)的參考星座點，其中，J為影響搜索范圍的設(shè)定參數(shù)，具體算法分為兩個步驟:.3.1)確定搜索范圍 .3.1.1)根據(jù)接收信號確定I軸搜索范圍為H -./Δ, r{ + JA]，并根據(jù)公式k =計算 fL.,,,,,=為)—2J:和'IItme = Ai + 2*/，其中，Ik 和 Ij:分別為 I 路星座點坐標和旋轉(zhuǎn)坐標，A0= lfi/x(w)丨表示不大于:4/χ(_的最大整數(shù)；考慮到Ip的取值均為奇數(shù)，若 iL,…,為偶數(shù)，令 11'— = + I，= H',,,,,.,' +1，則的區(qū)間為= ULmhr[a, b]2 表示集合{qn|qn=a+2n, xn ( b, n=0,1,2,...}；.3.1.2)同樣的，根據(jù)接收信號確定Q路搜索范圍為hQ - >)! +./△]，對應(yīng)Q路旋轉(zhuǎn)坐標的區(qū)間為％ = [QL,,;,,.d,,,,l2，其中，計算方法同Av-和U.3.1.3)由于--:和.(6,的取值范圍為[-Cmax, Cniax]，其中，Cmax = 3 X 1 — I為旋轉(zhuǎn)坐標絕對值最大值，同時，結(jié)合星座圖的分布特點，根據(jù)接收信號確定搜索范圍時需要針對S1和Sq的選取進行說明；引入T1=Camx, T2=Mq-1 ；.1.對于星座圖的外側(cè):當?，且-?2 < Qlmin < Qltimm ? 2 時，搜索范圍曹=關(guān)③ RT2, Iy2 ；當Ql,,,,,, > Tl，且-T2 < /I:,,,,,, < S T2 時，搜索范圍 W=HT2tT2J2 ? {Tl]；當 Ilmtn < -Tb且.....Q1.m.a S '?'-1 時，搜索范圍 W = [-11] ；*- \-?.>.Τ.>\.2 ;當< -Tl，且.....Tl < /Lfrftt < Jl釋 < 5時，搜索范圍 w=[-r2,iy2 β μτ,]； i1.對于星座圖的肩部:當 Ur2，且麵.e>r2 時，搜索范圍 W^iT2tTlI2φ{(diào)τ2,7\}2;當r2，且 QL,,,,, > T2 時，搜索范圍冒=[-11,-7?in.nh；當 η.,,,,,, < -T2,且 Qimaj1 < -T2 時，搜索范圍暫=hn,-Tsh φ [-Tlt；當?，且0|,?膽< -?時，搜索范圍w=[T-2 ii1.其他情況: 以id.為中心，邊長為2JA的正方形搜索區(qū)間內(nèi)包含至少一個星座點；搜索范圍為W = IIi1 β雷2其中Wi = Ν?(— ι5 /!:.—).腿丨11(11,./Ivm,J2表示||的取值范圍，W2 = [max(--丨.(4,削).丨》illW:QLmJ]2表示(?的取值范圍； . 3.2)計算對數(shù)似然比 . 3.2.1)根據(jù)公式(2)，循環(huán)計算當i=0，-,m-1時，gi的對數(shù)似然比λ ,;定義if)和分別為gi=l和gi=0對應(yīng)的似然值；初始化//f1:和?:Ι(”為O ; .3.2.2)遍歷搜索范圍W中的iifGi}，分別記為i￡:和若遍歷完成，轉(zhuǎn)向步驟3.2.8);否則，轉(zhuǎn)向步驟3.2.3)； .3.2.3)根據(jù)4和‘計算歸一化坐標{/?.?+Λ；:Ι，記為仏和€;.3.2.4)計算歸一化坐標對應(yīng)的十進制數(shù)_和1*，計算公式為: Xk = k[(^h -1) + C] |/| = -1) + (/!.']( 5 ) .3.2.5)將十進制數(shù)^和^轉(zhuǎn)換為自然二進制序列，記為I, = (?.…和Bq = (?,.… .3.2.6)將自然二進制序列轉(zhuǎn)換為Gray映射二進制序列，記為互?,互一、^ 二A,...,UPG =瓦,…,I—丨，轉(zhuǎn)換公式為:
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的G.HN標準中十字星座QAM低復(fù)雜度解映射算法，其特征在于:計算歸一化坐標的具體方法為: .1.非旋轉(zhuǎn)區(qū)域:若1? $11且.1必5 7〗，此時搜索星座點位于正常區(qū)域，則? =?f,n — Λτ% — 9k; i1.旋轉(zhuǎn)區(qū)域:若<'/'2且Ml > T2,此時搜索星座點位于旋轉(zhuǎn)區(qū)域，則φ和沁計算公式為: .1.?I = 14\ + 2&it} = SignC4) (A ^ \4\ = Mii — |/1—1.= sign(,p 、4 } ii1.無星座點區(qū)域:若1?> r2且Ml > T2,此時無任何對應(yīng)的星座點，直接返回到步驟3.2.2)搜索下一個星座點。
【文檔編號】H04L25/03GK103701752SQ201310648113
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月3日
【發(fā)明者】徐娟, 姚如貴, 朱禮亞, 南花妮, 高凡琪 申請人:長安大學