一种增强型六维32psk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32PSK的调制与解调方法。该方法将三维的8PSK星座图和4PSK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32PSK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】-种增强型六维32PSK的调制与解调方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种增强型六维32PSK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以达到任意小。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，这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以及所采用的译码方 式都有关系，在相同的码率以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。可以 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，这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码的核心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Turbo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。
[0003] 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年以后，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三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，采用这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32PSK的调制与解调方 法，最大化信号序列间的最小欧氏距离，可以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，包括调制方法和解调方法：
[0007] (1)调制方法包括具体以下步骤：
[0008] (1-1)将32PSK的5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^(3)星座为单位球的内接正六面体；
[0009] 将仏(3)星座划分为两个正四面体〇/3)和c/3)，其中正四面体对应仏(3)星座中 的符号子集{A，B，C，D}，C/3)对应BQ(3)星座中的信号点符号子集{E，F，G，H};
[0010] 前3个比特码元映射后得到第一个发送符号ri ;
[0011] (1_2)32PSK的5个比特码元中的后2个码元根据前3个码元进行映射：
[0012] 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2个比特码元 按照以下方式映射：当后2个比特码元分别为00、01、10和11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? 82,0. 58)、b(0,0. 82,0. 58)、c(-0. 82,0, -0? 58)和 d(0.82,0，-0.58);信号点符号a、b、c和d构成B/3)星座；
[0013] 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2个比特码元按 照以下方式映射：当后2个比特码元分别为00、01、10和11时，分别映射为三维8PSK信号调 制星座图中的信号点符号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e、f、g和h构成B2(3)星座；
[0014] 后3个比特码元映射后得到第二个发送符号r2 ;
[0015] (2)解调方法包括以下步骤：
[0016] (2-1)接收调制后的两个发送符号ri和r2 ;
[0017] (2-2)计算符号ri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dH分别表示ri到点A、B、C、D、E、F、G和H的三维欧氏距离；
[0018] (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}，否则，如果接收到的第一个符号ri属于符号子集{E， F，G，H}时，接收到的第二个符号1*2映射到符号集{6,68，1!}，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：
[0019]dlj=dA+dj,d2j=dg+dj,d3j=dc+dj,d4j=dn+dj,iG{a,b,c,d}
[0020] d5j=dE+dj，d6j=dF+dj，d7j=dG+dj，d8j=dH+dj，jG{e，f，g，h}
[0021] 其中屯表示接收到的第二个符号1~2与符号集{a，b，c，d}中各点的三维欧氏距离， dj表示接收到的第二个符号r2与符号集{e，f，g，h}中各点的三维欧氏距离；
[0022] (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，dlc， dld,d2a,d2b,d2c,d2d,d3a,d3b,d3c,d3d,d4a,d4b,d4c,d4d,d5e,d5f,d5g,d5h,d6e,d6f,d6g, d6h,d7e,d7f,d7g,d7h,d8e,d8f,d8g,d8h}，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三维星座图的级联组合，将三维的8PSK星座图 和4PSK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仏(3)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)本发明解调时根据接收到的两个符号，首先计算第一个接收符号到仏 (3)星座 上各点的三维欧氏距离，随后计算第二个接收符号到B/3)和B2(3)星座上各点的三维欧氏距 离，然后根据调制规则将这两个欧氏距离分别相加，最后按照这两个欧氏距离的和的最小 值进行解调判决，通过这种方式可以纠正一些可能判决出错的符号，从而降低误码率，提高 抗干扰能力；
[0027] (4)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】
[0028] 图1是BQ(3)星座示意图。
[0029] 图2是正四面体〇/3)示意图。
[0030] 图3是正四面体C/3)星座不意图。
[0031] 图4是&(3)星座示意图。
[0032] 图5是B2(3)星座示意图。
[0033] 图6是本发明的一种增强型六维32PSK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】
[0034] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0035] 本发明提供了一种增强型六维32PSK的调制与解调方法，包括调制方法和解调方 法。
[0036] (1)调制方法包括具体以下步骤：
[0037] (1-1)将32PSK的5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构成图 1 所示 的BQ(3)星座，且BQ⑶星座为单位球的内接正六面体；
[0038] 将仏(3)星座划分为图2和图3所示的两个正四面体和(^ (3)，其中正四面体〇/3) 对应仏(3)星座中的符号子集{A，B，C，D}，C/3)对应仏(3)星座中的信号点符号子集{E，F，G， H}；
[0039] 前3个比特码元映射后得到第一个发送符号ri;
[0040] (1-2)32PSK的5个比特码元中的后2个码元根据前3个码元进行映射：
[0041] 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2个比特码元 按照以下方式映射：当后2个比特码元分别为00、01、10和11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? 82,0. 58)、b(0,0. 82,0. 58)、c(-0. 82,0, -0? 58)和 d(0. 82,0，-0. 58);信号点符号a、b、c和d构成图4所示的B/3)星座；
[0042] 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2个比特码元按 照以下方式映射：当后2个比特码元分别为00、01、10和11时，分别映射为三维8PSK信号调 制星座图中的信号点符号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e、f、g和h构成图5所示的B2(3)星座；
[0043] 后3个比特码元映射后得到第二个发送符号r2 ;
[0044] (2)解调方法包括以下步骤：
[0045] (2-1)接收调制后的两个发送符号ri和r2 ;
[0046] (2-2)计算符号ri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dH分别表示ri到点A、B、C、D、E、F、G和H的三维欧氏距离；
[0047] (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}，否则，如果接收到的第一个符号ri属于符号子集{E， F，G，H}时，接收到的第二个符号1*2映射到符号集{6,68，1!}，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：
[0048] dlj=dA+dj,d2j=dg+dj,d3j=dc+dj,d4j=dn+dj,iG{a,b,c,d}
[0049] d5j=dE+dj，d6j=dF+dj，d7j=dG+dj，d8j=dH+dj，jG{e，f，g，h}
[0050] 其中屯表示接收到的第二个符号1~2与符号集{a，b，c，d}中各点的三维欧氏距离， dj表示接收到的第二个符号r2与符号集{e，f，g，h}中各点的三维欧氏距离；
[0051] (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，dlc， dld,d2a,d2b,d2c,d2d,d3a,d3b,d3c,d3d,d4a,d4b,d4c,d4d,d5e,d5f,d5g,d5h,d6e,d6f,d6g, d6h,d7e,d7f,d7g,d7h,d8e,d8f,d8g,d8h}，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2个比特为01。则解调出发送端发送的原始6个比特 为 00001。
[0052] 本发明所述一种增强型六维32PSK的调制和解调方法在一个发送周期内连续发 送的两个符号可构成可能的32个符号对为{Aa，Ab，Ac,Ad,Ba，Bb，Be,Bd，Ca，Cb，Cc，Cd, Da，Db，Dc，Dd，Ee，Ef，Eg，Eh，Fe，Ff，Fg，Fh，Ge，Gf，Gg，Gh，He，Hf，Hg，Hh}，通过比较各符 号对的距离，存在如Y= (Aa)与Y' = (Ee)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32PSK星座的最小欧氏距离：
【权利要求】
1. 一种增强型六维32PSK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32PSK的5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^(3)星座为单位球的内接正六面体； 将B(i?星座划分为两个正四面体C(i?和Ci?，其中正四面体 C(i?对应B(i?星座中的符 号子集{A，B，C，D}，C/3)对应仏(3)星座中的信号点符号子集{E，F，G，H}; 前3个比特码元映射后得到第一个发送符号ri ; (1-2) 32PSK的5个比特码元中的后2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2个比特码元按照以 下方式映射：当后2个比特码元分别为00、01、10和11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. 82,0. 58)、b(0,0. 82,0. 58)、c(-0. 82,0，-0. 58)和 d(0. 82， 0, -0. 58);信号点符号a、b、c和d构成B/3)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2个比特码元按照 以下方式映射：当后2个比特码元分别为00、01、10和11时，分别映射为三维8PSK信号调 制星座图中的信号点符号 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e、f、g和h构成B2(3)星座； 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ri和r2 ; (2-2)计算符号ri到符号集{A，B，C，D，E，F，G，H}中各点的三维欧氏距离，用dA、d B、 dc、dD、dE、dF、de和d H分别表示ri到点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}，否则，如果接收到的第一个符号ri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{e，f，g，h}，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： dlj = dA+dj, d2j = dg+dj, d3j = dc+dj, d4j = (1,,+(1^ i G {a, b, c, d} d5j = dE+dj，d6j = dF+dj，d7j = dG+dj，d8j = dH+dj，j G {e，f，g，h} 其中di表示接收到的第二个符号r2与符号集{a，b，c，d}中各点的三维欧氏距离，dj 表示接收到的第二个符号r2与符号集{e，f，g，h}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， d2a, d2b, d2c, d2d, d3a, d3b, d3c, d3d, d4a, d4b, d4c, d4d, d5e, d5f, d5g, d5h, d6e, d6f, d6g, d6h, d7e, d7f, d7g, d7h, d8e, d8f, d8g, d8h}，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】H04L27/22GK104410596SQ201410796017
【公开日】2015年3月11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）