一种增强型六维64psk的调制与解调方法
【专利摘要】本发明涉及无线通信【技术领域】，尤其涉及一种增强型六维64PSK的调制与解调方法。该方法将两个三维的8PSK星座图通过线性分组码技术扩充到六维信号空间，在相同平均功率下，该增强型六维64PSK的调制方法能够增大信号空间中信号点间的最小欧氏距离，从而获得一定的解调增益。实验验证了该方法相比传统的调制技术具有更低的误码率，从而为未来的无线通信技术提供了更加高速和可靠的编码调制方案。
【专利说明】-种増强型六维64PSK的调制与解调方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种增强型六维64PSK的调制与解调方法，属于无线通信【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 在现代社会发展的近几十年中，高效可靠的无线传输发展迅猛，在社会的各个领 域都取得了越来越广泛的应用。无线通信技术的显著特点之一就是在控制差错的基础上使 数据高速传输。1948年，香农阐述了在有噪信道中实现可靠通信的信道编码理论。即通信 系统所要求的传输速率小于通信信道的信道容量，则一定存在一种编码方法，当码长足够 长时，使得系统的错误概率可W达到任意小。香农给后人的工作指明了方向，纠错码技术迅 速发展起来。1950年提出了许多结构简单、容易实现的分组码。为了达到较好的纠错能力 和编码效率，分组码的码长通常比较大，该时译码的存储复杂度比较高，对硬件的要求也比 较苟刻。1955年提出了卷积码的编码输出不仅与当前输入有关，还和前面输入有关，通过相 邻码元的相关运算进而得到最后输出。它的纠错能力和编码约束长度W及所采用的译码方 式都有关系，在相同的码率W及空间复杂度条件下，卷积码的性能要优于分组码。I960年一 种提出了 BCH码，它是一类重要的循环码，具有很好的代数结构从而能纠正多个错误。可W 很容易根据它能纠正的错误个数构造出相应的BCH码。1962年提出了一类具有稀疏校验 矩阵的LDPC线性分组码，该种分组码不仅能逼近香农限，而且译码复杂度较低、结构灵活。 1982年提出了一种网格编码调制方案TCM码。TCM码的核屯、思想是利用信号集合扩展的方 法为编码提供冗余信息，在设计码和构造信号映射函数的时候，最大化各个信号序列的自 由距离。TCM虽然引入冗余信息，但是不降低传输速率，是一种高谱效率的传输方案，同时 TCM也是第一种成熟的将编码和调制结合在一起的编码调制方案。1993年提出了一种全新 的编码方案化rbo码，该编码方案巧妙地将两种简单的分量码通过交织器并行级联起来， 构造出具有伪随机特性的长码，并且通过在两个软输入软输出译码器之间进行多次信息迭 代实现译码。由于它的性能远远超过其它编码方案，Turbo码得到了广泛的认同和关注，对 当今的信道编码理论产生了极具深远的影响。
[000引 1998年提出了空时码用于多天线系统的TCM方案，它同时在空间域和时间域分 别进行编码，即能够提供编码增益和分集增益。之后又有人提出空时分组码、空时分层码。 2000年W后，分布式编码、网络编码的纷纷提出，使得编码思想深入到通信系统的方方面 面。
[0004] 现有的比较好的调制与解调方法通常基于二维或S维星座图进行调制和解调，其 误码率、发送功率、信噪比和谱效已经达到了一定极限，采用该种思路进行调制与解调已经 无法满足信息膨胀时代日益增加的数据发送需求，急需一种新的调制与解调方式。
【发明内容】
[0005] 为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种增强型六维64PSK的调制与解调方 法，最大化信号序列间的最小欧氏距离，可W在不扩展带宽或者不增加信号集的平均能量 的条件下获得一定编码增益。
[0006] 本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是；提供了一种增强型六维64PSK的 调制与解调方法，调制方法具体包括W下步骤：
[0007] (1)调制方法包括具体W下步骤：
[000引 （1-1)将64PSK的6个比特码元中的前3个比特码元映射到用S维直角坐标系表 示的S维8PSK信号调制星座图中；当前3个码元分别为000、011、101、110、001、010、100和 111时，分别将其映射为S维8PSK信号调制星座图中的信号点符号A (0，-0. 82，0. 58)、B (0， 0. 82,0. 58)、C(-0. 82,0, -0. 58)、D (0. 82,0, -0. 58)、E (-0. 82,0,0. 58)、F(0. 82,0,0. 58)、 G(0, -0. 82, -0. 58)和 H(0,0. 82, -0. 58)，信号点符号 A、B、C、D、E、F、G 和 H 构成 B。?星座， 且B。?星座为单位球的内接正六面体；
[0009] 将B。。)星座划分为两个正四面体C。。)和Cl。)，其中正四面体C。。)对应B。。)星座中 的符号子集{A，B，C，D}，Cl?对应B。?星座中的信号点符号子集{E，F，G，巧；
[0010] 前3个比特码元映射后得到第一个发送符号ri;
[0011] (1-2)64PSK的6个比特码元中的后3个码元根据前3个码元进行映射：
[001引如果前3个比特码元映射为符号子集{A，B，C，D}中的符号，则后3个比特码元按 照W下方式映射；当后3个比特码元分别为000、001、010、011、100、101、110和111时，分 别映射为S维8PSK信号调制星座图中的信号点符号a (0，0. 86，0. 51)、b (0. 86，0，0. 51)、 c(0, -0. 86,0. 51)、d(-0. 86,0,0. 51)、e(-0. 61，0. 61，-0. 51)、f (0. 61，0. 61，-0. 51)、 g(0. 61，-0. 61，-0. 51)和 h(-0. 61，-0. 61，-0. 51);信号点符号 a、b、c、d、e、f、g 和 h 构成 B/3)星座，B i(3)星座为一种S维的8PSK星座；
[0013] 如果前3个比特码元映射为符号子集巧，F，G，巧中的符号，则后3个比特码元 按照W下方式映射：当后3个比特码元分别为000、001、010、011、100、101、110和111时， 分别映射为S维8PSK信号调制星座图中的信号点符号al (-0. 61,0. 61,0. 51)、bl (0. 61， 0. 61，0. 51)、cl(0. 61，-0. 61，0. 51)、dl(-〇. 61，-0. 61，0. 51)、el(-〇. 86,0, -0. 51)、n(0， 0. 86, -0. 51)、gl (0. 86,0, -0. 51)和 hi (0, -0. 86, -0. 51);信号点符号 al、bl、cl、dl、el、 fl、gl和hi构成B2?星座，则B 2?星座由B 1?星座中各信号点绕Z轴旋转45°得到；
[0014] 后3个比特码元映射后得到第二个发送符号r2;
[0015] (2)解调方法包括W下步骤：
[0016] (2-1)接收调制后的两个发送符号ri和r 2;
[0017] (2-。计算符号ri到符号集{A，B，C，D，E，F，G，H}中各点的；维欧氏距离，用cIa、 de、屯、d。、cIe、dp、de和d H分别表示r 1到点A、B、C、D、E、F、G和H的；维欧氏距离；
[001引 （2-3)如果接收到的第一个符号ri属于符号子集{A，B，C，D}时，接收到的第二个 符号r2只能映射到符号集{a, b，C，山e，f，g，h}，否则，如果接收到的第一个符号ri属于 符号子集{E，F，G，巧时，接收到的第二个符号r2映射到符号集ial，bl，cl，dl，el，n，gl， hi}，计算根据W下公式分别计算各种情况下第一个符号ri到符号子集中的点的距离与第 二个符号r,到符号集中的点的距离之和：
[0019] dli= dA+d。d2i= dB+d。d3i= dc+d。d4i= dn+d。i G (a，b，C, d, e, f, g，h}
[0020] d5j= dE+dj, d6j= dp+dj, d7j= dc+dj, d8j= dH+dj, j G {al, bl, cl, dl, el, fl, gl, hi }
[OOW 其中d康示接收到的第二个符号r 2与符号集{a, b，c，d，e，f，g，hi中各点的； 维欧氏距离，dj.表示接收到的第二个符号r 2与符号集{al，bl，cl，dl，el，fl，gl，hi}中各 点的S维欧氏距离；
[00。] (2-4)步骤（2-3)中求得的所有情况下的距离之和构成距离集合{dl。，dlb，die, did, dig, dlf，dig, dlh，d2。，d2b，d2。，d2d，d2e，d2f，d2g，d2h，d3。，d3b，d3。，d3d，d3e，d3f，d3g， d3h，d4。，d4b, d4e, d4d, d4e, d4f, d4g, d4h, (15。1, d5bi, d5ei, d5", d5ei, d5fi, d5gi, d5hi，d6bi, d6di，d6gi，d6fi，d6gi，d6hi，（17。1，d7bi，（17。1，d7di，d7gi，d7fi，d7gi，d7hi，（18。1，d8bi，（18。1，d8di， d8ci，d8fi，d8gi，dShiK求出该距离集合中最小的欧氏距离，并根据该最小的欧氏距离进行解 调判决，从而解调得到原比特码元。
[0023] 本发明基于其技术方案所具有的有益效果在于：
[0024] (1)本发明采用了两个性能优异的S维星座图的级联组合，将两个S维的8PSK星 座图通过线性分组码技术扩充到六维信号空间，从而获得一定的解调增益，与一些传统方 法相比，在相同平均功率、谱效和信噪比下，具有更低的误码率；
[0025] (2)本发明的级联组合中的B。?星座结构简单、星座点对称性好、调制与解调方法 具有极低计算复杂性；
[0026] (3)本发明可为下一代超高速超宽带无线通信技术提供一种性能优越的调制与解 调方案。
【专利附图】
【附图说明】
[0027] 图1是B。?星座示意图。
[002引图2是正四面体C。?示意图。
[0029] 图3是正四面体Cl?星座示意图。
[0030] 图4是Bi?星座示意图。
[0031] 图5是B2?星座示意图。
[0032] 图6是本发明的一种增强型六维64PSK的调制与解调方法与其它经典方法的误码 率对比图。
【具体实施方式】
[0033] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0034] 本发明提供了一种增强型六维64PSK的调制与解调方法，调制方法具体包括W下 步骤：
[0035] (1)调制方法包括具体W下步骤：
[0036] (1-1)将64PSK的6个比特码元中的前3个比特码元映射到用S维直角坐标系表 示的S维8PSK信号调制星座图中；当前3个码元分别为000、011、101、110、001、010、100和 111时，分别将其映射为S维8PSK信号调制星座图中的信号点符号A (0，-0. 82，0. 58)、B (0， 0. 82,0. 58)、C(-0. 82,0, -0. 58)、D (0. 82,0, -0. 58)、E (-0. 82,0,0. 58)、F(0. 82,0,0. 58)、 0(0, -0. 82, -0. 58)和 H(0,0. 82, -0. 58)，信号点符号 A、B、C、D、E、F、G和 H构成图 1 所示 的B。?星座，且B星座为单位球的内接正六面体，是一种性能良好的S维的8PSK星座；
[0037] 将B。?星座划分为如图2和图3分别所示的两个正四面体C。?和C 1?，其中正四 面体C。?对应B。(3)星座中的符号子集{A，B，C，D}，C 1?对应B。?星座中的信号点符号子集 巧，F，G，巧；
[003引前3个比特码元映射后得到第一个发送符号ri;
[0039] (1-2)64PSK的6个比特码元中的后3个码元根据前3个码元进行映射：
[0040] 如果前3个比特码元映射为符号子集{A，B，C，D}中的符号，则后3个比特码元按 照W下方式映射；当后3个比特码元分别为000、001、010、011、100、101、110和111时，分 别映射为S维8PSK信号调制星座图中的信号点符号a (0，0. 86，0. 51)、b (0. 86，0，0. 51)、 c(0, -0. 86,0. 51)、d(-0. 86,0,0. 51)、e(-0. 61，0. 61，-0. 51)、f (0. 61，0. 61，-0. 51)、 g(0. 61，-0. 61，-0. 51)和 h(-0. 61，-0. 61，-0. 51);信号点符号 a、b、c、d、e、f、g 和 h 构成 图4所示的Bi?星座，B 星座为另一种S维的8PSK星座；
[0041] 如果前3个比特码元映射为符号子集巧，F，G，巧中的符号，则后3个比特码元 按照W下方式映射：当后3个比特码元分别为000、001、010、011、100、101、110和111时， 分别映射为S维8PSK信号调制星座图中的信号点符号al (-0. 61,0. 61,0. 51)、bl (0. 61， 0. 61，0. 51)、cl(0. 61，-0. 61，0. 51)、dl(-〇. 61，-0. 61，0. 51)、el(-〇. 86,0, -0. 51)、n(0， 0. 86, -0. 51)、gl (0. 86,0, -0. 51)和 hi (0, -0. 86, -0. 51);信号点符号 al、bl、cl、dl、el、 fl、gl和hi构成图5所示的B2(3)星座，对比图4和图5, B 2?星座可W由B 星座中各信 号点绕Z轴旋转45°得到；
[0042] 后3个比特码元映射后得到第二个发送符号r,。
[0043] (2)解调方法包括W下步骤：
[0044] (2-1)接收调制后的两个发送符号ri和r 2;
[0045] (2-。计算符号ri到符号集{A，B，C，D，E，F，G，H}中各点的；维欧氏距离，用cIa、 cIb、屯、d。、cIe、dp、de和d H分别表示r 1到点A、B、C、D、E、F、G和H的立维欧氏距离；
[0046] (2-3)如果接收到的第一个符号ri属于符号子集{A，B，C，D}时，接收到的第二个 符号r,只能映射到符号集{a, b，C，山e，f，g，h}，否则，如果接收到的第一个符号ri属于 符号子集{E，F，G，巧时，接收到的第二个符号r2映射到符号集ial，bl，cl，dl，el，n，gl， hi}，计算根据W下公式分别计算各种情况下第一个符号ri到符号子集中的点的距离与第 二个符号r2到符号集中的点的距离之和：
[0047] dli= dA+d。d2i= dB+d。d3i= dc+d。d4i= dn+d。i G (a，b，C, d, e, f, g，h}
[0048] d5j= dE+dj, d6j= dp+dj, d7j= dc+dj, d8j= dH+dj, j G {al, bl, cl, dl, el, f 1, gl, hi }
[0049] 其中d康示接收到的第二个符号r 2与符号集{a, b，c，d，e，f，g，h}中各点的； 维欧氏距离，dj.表示接收到的第二个符号r 2与符号集{al，bl，cl，dl，el，fl，gl，hi}中各 点的S维欧氏距离；例如dli接收到的第一个符号r 1到A点的S维欧氏距离与接收到的第 二个符号r2到符号集{a, b，C，山e，t g，M中某点的S维欧氏距离之和；
[0050] (2-4)步骤（2-：3)中求得的所有情况下的距离之和构成距离集合他。，化，化， did, dig, dlf，dig, dlh，d2。，d2b，d2。，d2d，d2g，d2f，d2g，d2h，d3。，d3b，d3。，d3d，d3g，d3f，d3g， d3h，d4。，d4b，d4e，d4d，d4e，d4f，d4g，d4h，（15。1，d5bi，d5ei，d5di，d5ei，d5fi，d5gi，d5hi，（16。1，d6bi， d6ei，d6di，（16。1，d6fi，d6gi，d6hi，d7gi，d7bi，（17。1，d7di，（17。1，d7fi，d7gi，d7hi，d8gi，d8bi，（18。1，d8di， d8ci，d8fi，d8gi，dShiK求出该距离集合中最小的欧氏距离，并根据该最小的欧氏距离进行解 调判决，从而解调得到原比特码元。例如经比较后，若欧氏距离dlb为最小，则解调出的前3 个比特为000,后3个比特为001，则解调出发送端发送的原始6个比特为000001。
[0化1] 一个发送周期内连续发送的两个符号可构成可能的64个符号对为{Aa，Ab，Ac, Ad，Ae，Af，Ag，Ah, Ba，化，Be, Bd，Be, Bf，Bg，化，Ca，Cb，Cc，Cd，Ce，Cf，Cg，化，Da, Db，Dc， Dd，De，Df，Dg，Dh，Eal，化1，Eel, Edl，Eel, Ef 1，Egl，化1，化1，讯1，化1，Fdl，化1，阿1，Fgl， Fhl，Gal,抓1，Gcl，Gdl，Gel, Gfl，Ggl，化1，化1，Hbl，Hcl，Hdl，Hel，Hfl，Hgl，Hhl}，通过 比较各符号对的距离，存在如Y= (Aa)与Y' =巧al)为符号对集合中最小欧氏距离。在 功率归一化的条件下，增强型六维64PSK星座的最小欧氏距离：
[0化2]
【权利要求】
1. 一种增强型六维64PSK的调制与解调方法，其特征在于： (1) 调制方法包括具体以下步骤： (1-1)将64PSK的6个比特码元中的前3个比特码元映射到用三维直角坐标系表示 的三维8PSK信号调制星座图中：当前3个码元分别为000、011、101、110、001、010、100和 111时，分别将其映射为三维8PSK信号调制星座图中的信号点符号A (0，-0. 82，0. 58)、B (0， 0? 82,0? 58)、C(-0? 82,0, -0? 58)、D (0? 82,0, -0? 58)、E (-0? 82,0,0? 58)、F(0? 82,0,0? 58)、 G(0, -0? 82, -0? 58)和 H(0,0. 82, -0? 58)，信号点符号 A、B、C、D、E、F、G 和 H 构成 BQ(3)星座， 且仏(3)星座为单位球的内接正六面体； 将B(i⑶星座划分为两个正四面体C，和C ，其中正四面体C(i?对应B，星座中的符 号子集认^匕口丨^'对应^^星座中的信号点符号子集伍^义田； 前3个比特码元映射后得到第一个发送符号r1; (1-2)64PSK的6个比特码元中的后3个码元根据前3个码元进行映射： 如果前3个比特码元映射为符号子集{A，B，C，D}中的符号，则后3个比特码元按照 以下方式映射：当后3个比特码元分别为000、001、010、011、100、101、110和111时，分 别映射为三维8PSK信号调制星座图中的信号点符号a (0，0. 86，0. 51)、b (0. 86，0，0. 51)、 c(0, -0? 86,0. 51)、d(-0. 86,0,0. 51)、e(-0. 61，0. 61，-0? 51)、f(0. 61，0. 61，-0? 51)、 g(0. 61，-0? 61，-0? 51)和 h(-0. 61，-0? 61，-0? 51);信号点符号 a、b、c、d、e、f、g 和 h 构成 B/3)星座，B /3)星座为一种三维的8PSK星座； 如果前3个比特码元映射为符号子集{E，F，G，H}中的符号，则后3个比特码元按 照以下方式映射：当后3个比特码元分别为000、001、010、011、100、101、110和111时， 分别映射为三维8PSK信号调制星座图中的信号点符号al (-0. 61，0. 61，0. 51)、bl (0. 61， 0? 61，0. 51)、cl(0. 61，-0? 61，0. 51)、dl(-〇. 61，-0? 61，0. 51)、el(-〇. 86,0, -0? 51)、fl(0， 0? 86, -0? 51)、gl(0. 86,0, -0? 51)和 hl(0, -0? 86, -0? 51);信号点符号 al、bl、cl、dl、el、 n、gl和hi构成B2(3)星座，则B 2(3)星座由B /3)星座中各信号点绕Z轴旋转45°得到； 后3个比特码元映射后得到第二个发送符号r2; (2) 解调方法包括以下步骤： (2-1)接收调制后的两个发送符号rjPr2; (2-2)计算符号巧到符号集{A，B，C，D，E，F，G，H}中各点的三维欧氏距离，用dA、dB、 dc、dD、dE、dF、de和d及别表示r濟点A、B、C、D、E、F、G和H的三维欧氏距离； (2-3)如果接收到的第一个符号ri属于符号子集{A，B，C，D}时，接收到的第二个符号 r2只能映射到符号集{a，b，c，d，e，f，g，h}，否则，如果接收到的第一个符号r i属于符号子 集{E，F，G，H}时，接收到的第二个符号r2映射到符号集{al，bl，cl，dl，el，fl，gl，hi}， 计算根据以下公式分别计算各种情况下第一个符号^到符号子集中的点的距离与第二个 符号r2到符号集中的点的距离之和： (114= dA+di, d2i= de+di, d3i= dc+di, d4i= (10+^, i G {a, b, c, d, e, f, g, h} d5j= d E+dj, d6j= d F+dj, d7j= d G+dj, d8j= d H+dj, j G {al, bl, cl, dl, el, fl, gl, hi} 其中屯表示接收到的第二个符号r 2与符号集{a，b，c，d，e，f，g，h}中各点的三维欧 氏距离，cl」表示接收到的第二个符号r 2与符号集{al，bl，cl，dl，el，fl，gl，hi}中各点的 三维欧氏距离； (2-4)步骤（2-3)中求得的所有情况下的距离之和构成距离集合{dla，dlb，dl。，dl d， dle，dlf，dlg，dlh，d2a，d2 b，d2。，d2d，d2e，d2f，d2g，d2 h，d3a，d3b，d3。，d3d，d3e，d3 f，d3g，d3h， d4a，d4b，d4c，d4d，d4e，d4 f，d4g，d4h，d5al，d5bl，d5 cl，d5dl，d5el，d5fl，d5gl，d5 hl，d6al，d6bl，d6cl， d6di，d6ei，d6fi，d6gi，d6hi，d7ai，d7bi，d7ei，d7di，d7 ei，d7fi，d7gi，d7hi，d8ai，d8bi，d8ei，d8di，d8 ei， d8fl，d8gl，d8hl}，求出该距离集合中最小的欧氏距离，并根据该最小的欧氏距离进行解调判 决，从而解调得到原比特码元。
【文档编号】H04L27/22GK104486276SQ201410795895
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年12月19日 优先权日:2014年12月19日
【发明者】陈分雄, 付杰, 袁学剑, 王典洪, 刘乔西, 颜学杰, 王勇 申请人:中国地质大学（武汉）