专利名称：信号调制方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及信号处理技术，特别涉及一种信号调制方法和设备。
背景技术：
信道容量指的是在给定物理传输信道的情况下，能够有效传输信息的最大速率。在加性高斯白噪声信道下，在输入信号长度无限长、且服从高斯分布的情况下，系统的传输速率可以达到信道容量。
目前通信系统中，通常采用比较规则的调制方式，如，相移键控调制方式(Phase Shift Keying，PSK)、脉冲幅度调制方式(Pulse Amplitude Modulation，PAM)、正交幅度调制方式(Quadrature Amplitude Modulation，QAM)等。这些调制方式都是采用非常规则的等概、均匀、等距的星座图。经过这些调制方式调制后的输出是均匀分布的。
发明人在实现本发明的过程中发现现有技术至少存在如下问题由于系统的传输速率要达到信道容量，输入信号需要满足高斯分布，而现有得到的均匀分布的调制输出使系统性能与信道容量有较大差距。
发明内容
本发明是提供一种信号调制方法和设备，用以解决现有均匀分布的调制输出使系统性能与信道容量有较大差距的问题。
本发明实施例提供了一种信号调制方法，包括 接收信道编码后的信号，并确定所述信道编码后的信号在等概率映射区间[ri-1，ri]内的星座点个数N； 在假定调制输出为高斯分布的情况下，根据所述调制输出的分布函数、所述N及星座点的总个数M，得到等概率映射区间的端点值ri； 根据所述端点值ri、所述调制输出的分布函数及所述M，得到星座点的幅值yi以实现所述信道编码后的信号的调制调制调制调制。
本发明实施例提供了一种信号传输设备，包括 确定模块，用于接收信道编码后的信号，并确定所述信道编码后的信号在等概率映射区间[ri-1，ri]内的星座点个数N； 获取模块，与所述确定模块连接，用于在假定调制输出为高斯分布的情况下，根据所述调制输出的分布函数、所述N及星座点的总个数M，得到等概率映射区间的端点值ri； 成型模块，与所述获取模块连接，用于根据所述端点值ri、所述调制输出的分布函数及所述M，得到星座点的幅值yi以实现所述信道编码后的信号的调制。
由上述技术方案可知，本发明实施例通过在假定调制输出为高斯分布的基础上得到星座点位置信息，可以保证调制输出为高斯分布，实现上述调制方式下可以使系统性能更加逼近信道容量。
图1为本发明第一实施例的方法流程示意图； 图2为本发明第二实施例的方法流程示意图； 图3为本发明第三实施例的方法流程示意图； 图4为按照本发明第三实施例公开的方法得到的星座分布的情形一的星座映射图； 图5为按照本发明第三实施例公开的方法得到的星座分布的情形二的星座映射图； 图6为按照本发明第三实施例公开的方法得到的星座分布的情形三的星座映射图； 图7为本发明第四实施例的设备结构示意图。
具体实施例方式 下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
图1为本发明第一实施例的方法流程示意图，包括 步骤11信号调制设备接收信道编码后的信号，并确定信道编码后的信号在等概率映射区间[ri-1，ri]内的星座点个数N。信号在源端发送时，通常需要经过信源编码、信道编码和调制，为了使系统性能尽可能达到信道容量，需要保证调制后的信号满足高斯分布。
步骤12信号调制设备在假定调制输出为高斯分布的情况下，根据所述调制输出的分布函数、所述N及星座点的总个数M，得到等概率映射区间的端点值ri。本实施例在假定调制输出为高斯分布的情况下进行调制，可以保证系统容量尽可能接近信道容量。
步骤13信号调制设备根据所述端点值ri、所述调制输出的分布函数及所述M，得到星座点的幅值yi以实现所述信道编码后的信号的调制。
本实施例通过在假定调制输出为高斯分布的基础上得到星座点位置信息，可以保证调制输出为高斯分布，实现上述调制方式(PSK、PAM、QAM等)下可以使系统性能更加逼近信道容量。
下面分别以一维的PAM调制和二维的QAM调制说明上述流程。
图2为本发明第二实施例的方法流程示意图，本实施例以PAM调制为例。参见图2，本实施例包括 步骤21确定等概率映射区间[ri-1，ri]内的星座点个数N＝1。因为PAM是一维调制，在区间[ri-1，ri]内的星座点个数为1，i＝1，2，...，
M为星座点的总个数，例如8PAM调制时，M＝8。
步骤22得到等概率为
映射区间[ri-1，ri]的端点值ri。假定调制输出为标准高斯分布。即调制输出x的分布密度函数为
得到等概率映射区间[ri-1，ri]的端点值ri。
由于PAM调制时各星座点出现的概率是相同的，因此
r0＝0，rM/2＝+∞。
根据上式及
可以得到 其中，erfinv(*)是逆误差函数，是误差函数erf(*)的反函数，误差函数erf(*)的表达式为
步骤23根据上述端点值得到PAM调制时的星座点幅值，计算公式为 其中，yi是第i个星座点的幅值。
本实施例以一维PAM调制为例，由于调制输出为高斯分布，可以使PAM调制后的系统基本达到信道容量。
图3为本发明第三实施例的方法流程示意图，本实施例以QAM调制为例。参见图3，本实施例包括 步骤31确定二维映射的层数
其中，M为星座点的总个数。
步骤32确定等概率映射区间[ri-1，ri]内的星座点个数
即每层的星座点个数。各层上的星座点个数可以是均匀分布的，也可以是非均匀分布的。为了达到更优化的调制效果，本实施例中，各层上的星座点个数是均匀分布的。
步骤33得到等概率为
映射区间[ri-1，ri]的端点值ri。假定调制输出为标准高斯分布。即调制输出x的分布密度函数为
，得到等概率映射区间[ri-1，ri]的端点值ri。
由于QAM调制时各星座点出现的概率是相同的，因此
r0＝0，rM/2＝+∞。
根据上式及
可以得到 其中，erfinv(*)是逆误差函数，是误差函数erf(*)的反函数，误差函数erf(*)的表达式为
步骤34根据上述端点值得到QAM调制时的星座点的幅值，即每层的模值，计算公式为 其中，yi是第i层的模值。
步骤35将星座点均匀地设置在各层上。即将M个星座点分为
层，每层设置
个星座点。
以上这种二维映射的方法可以看作分层拓展(圆拓展)的方法，即每个求得的模值对应于一个层(圆)，不同层之间服从高斯分布。在每一层上分布的点数N是均匀分布的，例如，图4为按照本发明第三实施例公开的方法得到的星座分布的情形一的星座映射图，参见图4，以16QAM为例，则
即该映射方法采用了2层，每层上有8个星座点。
图5为按照本发明第三实施例公开的方法得到的星座分布的情形二的星座映射图，参见图5，以64QAM为例，则
即该映射方法采用了4层，每层上有16个星座点。
对于二维信号，某个模值上的星座点越多，概率越大，导致星座图的最小欧氏距离(在图中即为两个星座点的直线距离)会越小。根据目前的规范，最小欧氏距离越大，解调性能越好。因此为了得到更好地解调性能，可以通过调整各层之间星座点的幅角，使各层之间的幅角不同。图6为按照本发明第三实施例公开的方法得到的星座分布的情形三的星座映射图，参见图6，各层之间的幅角不同，可以增加层间的星座点的最小欧氏距离d，这样可以获取更好地解调性能。
本实施例以二维QAM调制为例，由于调制输出为高斯分布，可以使系统的性能基本达到信道容量。
图7为本发明第四实施例的设备结构示意图，包括确定模块71、获取模块72和成型模块73。确定模块71用于接收信道编码后的信号，并确定所述信道编码后的信号在等概率映射区间[ri-1，ri]内的星座点个数N；获取模块72与所述确定模块71连接，用于在假定调制输出为高斯分布的情况下，根据所述调制输出的分布函数、所述N及星座点的总个数M，得到等概率映射区间的端点值ri；成型模块73与所述获取模块72连接，用于根据所述端点值ri、所述调制输出的分布函数及所述M，得到星座点的幅值yi以实现所述信道编码后的信号的调制。
上述各模块具体的功能可以参照上述方法实施例中所述的内容。
本实施例通过在假定调制输出为高斯分布的基础上得到星座点位置信息，可以保证调制输出为高斯分布，实现上述调制方式下可以使系统性能更加逼近信道容量。
本领域普通技术人员可以理解实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。
权利要求
1.一种信号调制方法，其特征在于，包括
接收信道编码后的信号，并确定所述信道编码后的信号在等概率映射区间[ri-1，ri]内的星座点个数N；
在假定调制输出为高斯分布的情况下，根据所述调制输出的分布函数、所述N及星座点的总个数M，得到等概率映射区间的端点值ri；
根据所述端点值ri、所述调制输出的分布函数及所述M，得到星座点的幅值yi以实现对所述信道编码后的信号的调制。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述得到等概率映射区间的端点值ri的计算公式为
其中，ri是等概率映射区间的端点值，M是星座点的总个数，N为等概率映射区间[ri-1，ri]内的星座点个数，erfinv(*)是erf(*)的反函数，erf(*)的表达式为
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述得到星座点的幅值yi的计算公式为
其中，yi是第i个星座点的幅值，M是星座点的总个数，ri是等概率映射区间的端点值，pdf(x)是高斯分布的分布函数，表达式为
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当采用一维调制时，确定等概率映射区间[ri-1，ri]内的星座点个数N包括所述N＝1。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当采用二维调制时，确定等概率映射区间[ri-1，ri]内的星座点个数N包括
根据所述星座点的总个数M确定星座图的层数Ncircle；
根据所述星座点的总个数M和所述层数Ncircle得到所述星座点个数N。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述星座点的总个数M确定星座图的层数Ncircle的计算公式为
其中，Ncircle是星座图的层数，M是星座点的总个数。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述星座点的总个数M和所述层数Ncircle得到所述星座点个数N的计算公式为
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括在每层上设置N个星座点，且各层之间的星座点的幅角不同。
9.一种信号调制设备，其特征在于，包括
确定模块，用于接收信道编码后的信号，并确定所述信道编码后的信号在等概率映射区间[ri-1，ri]内的星座点个数N；
获取模块，与所述确定模块连接，用于在假定调制输出为高斯分布的情况下，根据所述调制输出的分布函数、所述N及星座点的总个数M，得到等概率映射区间的端点值ri；
成型模块，与所述获取模块连接，用于根据所述端点值ri、所述调制输出的分布函数及所述M，得到星座点的幅值yi以实现所述信道编码后的信号的调制。
10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，
当采用一维调制时，所述确定模块具体用于确定等概率映射区间[ri-1，ri]内的星座点个数N＝1；
当采用二维调制时，所述确定模块具体用于根据所述星座点的总个数M确定星座图的层数Ncircle；并根据所述星座点的总个数M和所述层数Ncircle得到所述星座点个数N。
全文摘要
本发明公开了一种信号调制方法和设备。该方法包括接收信道编码后的信号，并确定所述信道编码后的信号在等概率映射区间[ri-1，ri]内的星座点个数N；在假定调制输出为高斯分布的情况下，根据所述调制输出的分布函数、所述N及星座点的总个数M，得到等概率映射区间的端点值ri；根据所述端点值ri、所述调制输出的分布函数及所述M，得到星座点的幅值yi以实现所述信道编码后的信号的调制。通过本发明实施例可以保证调制输出为高斯分布，实现目前的PAM、QAM等调制方式下也可以使系统的性能更加逼近信道容量。
文档编号H04L1/00GK101814960SQ200910078449
公开日2010年8月25日 申请日期2009年2月23日 优先权日2009年2月23日
发明者王艺, 张佳胤, 陈大庚, 毕晓艳 申请人:华为技术有限公司