专利名称：基于分层编码调制的高阶调制实现方法与装置的制作方法
技术领域：
本发明属于无线通信技术领域，特别涉及大容量传输系统的信号发送和检测方法。
背景技术：
由于高阶调制对信道的非线性的敏感而限制了其在无线通信中的应用。同时，由于高阶调制具有庞人 的调制星座，增加了根据接收信号去解调发送信号的难度。从而导致了现有技术限制了高阶调制在通信系 统中的应用。
本发明提出了一种高阶调制的低复杂度实现方法，它采用分层编码调制的思想，使高阶调制可以分解 为多个低阶调制的迭加，通过迭代检测与译码，提高整个系统性能。这种方法可以使难以在通信系统中应 用的高阶调制，可以通过低阶调制的逐层迭加去实现，从而降低了高阶调制的实现复杂度，通过这种调制 阶数的分层降低，可以降低对信道非线性的敏感性，也可实现高阶调制在无线通信中的应用。
发明内容
(1) 基于分层编码的高阶调制信号设计方法，将高阶调制信号分解为几层低阶调制的迭加，用功率加权的 方法让每一编码层的在接收端的误码率最低。
(2) 基于迭代的信号检测，在接收端，按发送端的调制信号阶数进行软解调，其它层的信号作为干扰，通 过软译码得到编码比特，并用编码比特进行软干扰消除。
(3) 高阶调制层每层加权系数的优化设计，根据调制星座与发送功率、误码率要求以及传输信道特点等准 则进行优化。通过蒙特卡罗仿真进行加权系数的优化。
1.发射部分的设计
本专利提出的发射机结构如图l所示，数据流经过串并转换得到每一编码调制层的数据流，每一层经 过编码与调制后，经幅度放大系数a进行幅度放大，最后，发送信号星座组合成高阶调制星座。
图2给出一个由2个QPSK组合成16QAM的一个示例。图2示意出了将两个QPSK可组成一个16QAM星 座的情况，信息比特与调制符号之间的映射关系如式(l)所示
= 2,) + A (O] + ,) +柳], (1) 式中，々)为/的调制符号，,、6必、6必、63(0为该时刻的信息比特，将幅度系数a定义为2，表示将 符号传输幅度增加1倍。
对于1024QAM调制，可以分解为2个16QAM调制符号、1个QPSK调制符号的方式，由三个分支组合成 1024QAM调制，为了使接收端编码器简单，可以采用每路编码器相同的方法，来实现其中的分层编码，如 图3所示。图3给出了由一个QPSK、 2个16QAM组合成1024QAM的结构图，由三个独立的编码器、调制器 来构成通常的一个编码器加一个1024QAM调制器的结构。比特到符号的映射关系如式(2)所示。'
的系数分别为8， 2, 1。由这种方法构成的发送信号调制星座如图4所示。可以构成标准的1024QAM调制 星座。
2. 接收机的设计
分层编码调制的接收机的框图如图5所示。在检测某一级接接收信号时，将其它级的信号作为干扰， 通过第一层进行解调与解码，得到第一层数据流信息；将该数据流信息进行软信号调制映射，在接收数据 流中减去第一级带来的干扰，进行第二层信号的解调与解码；再将第二层的调制软信息从接收信号减去， 依次得到最后一层编码比特，将每层的译码信号进行组合，得到发送端数据。
作为示例，给出1024QAM分层编码的译码结构如图6所示。采用了串行干扰对消方式消除不同调制方 式间的干扰，并用巻积码的软入软出(SISO)译码方式译码出软编码比特信息，对于解调器也采用软解调方 式得到每个调制比特的软信息，再将比特信息经过式(l)的调制方式，重新构建调制符号，从接收数据中 减去本级调制符号。采用这种方式后，对1024QAM调制的解调难度可以降低，但以增加了2个译码器的复 杂度作为代价。可以将图6构成一个译码解调器，与均衡器之间采用迭代接收方式可以进一步提髙系统性 能。
3. 关于幅度加权值的优化
为了提高分层编码调制的传输性能，第一层的错误会形成层间的错误传播，同时，由于第一层的错误 会导致后面几层的解调错误发生，对前几层的保护能力要比后面几层的高。
对于非遍历衰落信道，通常采用掉线容量来衡量系统的性能限。对于第z'层支持的速率为G，定义掉 线概率为
= Pr(C办，//) < r》=五J1(c,(-xJ,;K e i 、 e i + ， (3)
Y为天线平均传输功率，//为信道参数。
对于信道所有的SNR值的情况下，设计分层编码的每一层，使得每一层对应掉线概率容量限由错误比 特率决定，不同系数a的优化问题变为
max2>;,"K )"(e)V"^>0, (4)
/-i
对式(4)的优化解是当存在一个给定Y的条件下，对于化}仏满足
《(y ， <) 2《(;^2*) ^々《《)=A, (5)
对于《和a的联合优化，是一复杂问题，在本专利提了一种近似解法，对于某时刻A:的，在第/层解调时信道干扰噪声比(SINR);,通过线性MMSE检测，可得其表达示为
<formula>formula see original document page 5</formula>用LMMSE滤波的输出采用高斯近似，可以得到第/层的互信息为
<formula>formula see original document page 5</formula>(7)
为了计算第/层的掉线概率，可以采用蒙特卡罗仿真方法，去优化式(4)，对所有的M层进搜索，直到最优 解得到。
实际上，同样的0，/7)可能有不同的编码调制数据速率，并小于理想的。e。,(4u),因为给定码率与
调制方式的数据传输率不是连续可变的。例如，可以用低密度校验码(LDPC)码进行速率兼容设计，在一定 帧错误率条件下，由高斯信道(AWGN)对不同编码调制方式进行仿真，得到在某种编码调制方式下的数据 速率。<formula>formula see original document page 5</formula> (8)
在得到不同信号噪声干扰比下的编码与调制方式后，可以根据信道条件，采用査表的方式去优化实际通信系统。
图1基于分层编码调制的高阶调制发送信号设计
图2 16QAM等效为两个QPSK的星座图
图3 1024QAM的分层编码调制图
图4用分层编码调制方式构成的1024QAM星座
图5分层编码调制的接收机框图
图6 1024QAM分层编码调制的解调结构。
权利要求
1. 将高阶调制信号分解为几层低阶调制的迭加，用功率加权的方法让每一编码层在接收端的误码率最低。具体包括如下步骤对于1024QAM调制，可以分解为2个16QAM调制符号、1个QPSK调制符号的方式，由三个分支组合成1024QAM调制，比特到符号的映射关系为x(t)＝8(2[b0(t)+jb1(t)]+[b2(t)+b3t)])+2(2*[b4(t)+jb5(t)]+[b6(t)+b7t)]) ，(1)+[b8(t)+jb9(t)]式中，x(t)为t的调制符号，b0(t)～b9(t)为该时刻的信息比特，系数分别为8，2，1。
2. 分层编码调制的接收机。具体包括如下步骤 采用串行干扰对消方式消除不同调制方式间的干扰，并用巻积码的软入软出(SISO)译码方式译码出软编码比特信息，对于解调器也釆用软解调方式得到每个调制比特的软信息，再将比特信息经过式(1)的调 制方式，重新构建调制符号，从接收数据中减去本级调制符号。
3. 高阶调制层每层加权系数的优化设计，根据调制星座与发送功率、误码率耍求以及传输信道特点等准 则进行优化。通过蒙特卡罗仿真进行加权系数的优化。对于非遍历衰落信道，通常采用掉线容量来衡量系统的性能限。对于第/层支持的速率为A;，定义掉线概率为《,0，。 = Pr(C,(y,//) < 。 = ￡"1|(,(,, )<(;)}，;^ e / + ， (2)Y为天线平均传输功率，//为信道参数。对于信道所有的SNR值的情况下，设计分层编码的每一层，使得每一层对应掉线概率容量限由错误比 特率决定，不同系数a的优化问题变为<formula>formula see original document page 2</formula>， (3)对于某时刻/t的，在第Z层解调时信道干扰噪声比(SINR);,通过线性MMSE检测，可得其表达示为<formula>formula see original document page 2</formula> (4)用LMMSE滤波的输出采用高斯近似，可以得到第/层的互信息为<formula>formula see original document page 2</formula>为了计算第,'层的掉线概率，可以采用蒙特卡罗仿真方法，去优化式(3),对所有的M层进搜索，直到最优 解得到。
全文摘要
一种高阶调制的低复杂度实现方法，采用分层编码调制的思想，属于无线通信技术领域，特别涉及大容量传输系统的信号发送和检测方法。本方法达到以下目的1.采用基于分层编码的高阶调制信号设计方法，使难以在通信系统中应用的高阶调制，可以通过低阶调制的逐层迭加去实现，从而降低了高阶调制的实现复杂度；2.采用基于迭代的信号检测，在接收端，按发送端的调制信号阶数进行软解调，其它层的信号作为干扰，通过软译码得到编码比特，并用编码比特进行软干扰消除，从而降低了高阶调制的解调的实现复杂度；3.采用高阶调制层每层加权系数的优化设计，根据调制星座与发送功率、误码率要求以及传输信道特点等准则进行优化；采用该方法可以降低系统对信道非线性的敏感性，也可实现高阶调制在无线通信中的应用。
文档编号H04L27/34GK101547058SQ20081004507
公开日2009年9月30日 申请日期2008年3月27日 优先权日2008年3月27日
发明者尹元勇, 张忠培, 徐俊辉 申请人:电子科技大学