一种低复杂度的基于相位幅度特性的软判决方法与流程

一种低复杂度的基于相位幅度特性的软判决方法
1.本案是以申请号为201810612762.5，申请日为2018年6月14日，名称为《一种基于相位幅度特性的软判决方法》的专利申请为母案的分案申请。
技术领域
2.本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种低复杂度的基于相位幅度特性的软判决方法。


背景技术：

3.在正交频分复用技术(orthogonal frequency division multiplexing，ofdm)中，通常采用相移键控(phase
‑
shift keying，psk)的方式对子载波进行调制，而在接收端需要通过快速傅立叶变换恢复出各子载波上调制的数据；而对于非相干解调，则通常采用差分相移键控(differential phase shift keying，dpsk)的调制方式。在psk或dpsk调制中，由于噪声、多径、相偏以及频偏的影响，均会出现相位的偏转(如图1所示)，使得解调容易产生误码。若是精确计算出所有子载波的相位，需要用到的坐标旋转数字计算方法(coordinate rotation digital computer，cordic算法)对于可编程门阵列(field programmable gate array，fpga)来说实现起来数据处理量又太大。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是：提供一种低复杂度且能节约现场fpga资源的基于相位幅度特性的软判决方法。
5.为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种低复杂度的基于相位幅度特性的软判决方法，包括以下步骤：
6.s1、将星座图分割为16份，根据解调出的子载波数据的实部和虚部确定所述子载波数据在所述星座图中的相位块；
7.s2、通过比较前后两帧同一个子载波数据所处的相位块，得到对应所述子载波数据的软判决等级。
8.从上述描述可知，本发明的有益效果在于：本发明采用软判决法，不需要精确的相位信息，本方法在不降低后级维特比译码性能的情况下，大大降低了算法复杂度，减少了fpga资源的消耗，提高了算法实时性。本发明方法能够很好的支持各种调制模式的星座解调，可以适用于对任何格雷星座映射进行软判决，极大的提高了软判决的速度和对各种模式的星座映射的通用性。
附图说明
9.图1为现有技术中由于各方面的影响发生偏移后的星座图；
10.图2为采用本发明方法划分的相位分块示意图；
11.图3为本发明实施例1～2的软判决逻辑流程图。
具体实施方式
12.为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
13.一种低复杂度的基于相位幅度特性的软判决方法，包括以下步骤：
14.s1、将星座图分割为16份，根据解调出的子载波数据的实部和虚部确定所述子载波数据在所述星座图中的相位块；
15.s2、通过比较前后两帧同一个子载波数据所处的相位块，得到对应所述子载波数据的软判决等级。
16.从上述描述可知，本发明的有益效果在于：本发明采用软判决法，不需要精确的相位信息，本方法在不降低后级维特比译码性能的情况下，大大降低了算法复杂度，减少了fpga资源的消耗，提高了算法实时性。本发明方法能够很好的支持各种调制模式的星座解调，可以适用于对任何格雷星座映射进行软判决，极大的提高了软判决的速度和对各种模式的星座映射的通用性。
17.进一步地，所述步骤s1中将星座图按以下方式分为十六份，划分规则为：
18.r1、最高位与星座点实部的符号位相同；
19.r2、第二位为：实部与虚部符号位的异或值；
20.r3、第三位为：若在1、3象限中实部绝对值大于虚部绝对值则为1，否则，为0；在2、4象限中相反；
21.r4、第四位为：根据星座点是否落在象限中间两块得到的值与第三位的异或，其中，若星座点落在象限中间两块，则值为1，否则，值为0。
22.从上述描述可知，本发明的有益效果在于：该划分规则使得象限分块值是连续增加的，方便后续计算。
23.进一步地，所述步骤s1中采用非相干解调方式解调子载波数据的实部与虚部。
24.进一步地，所述步骤s2的具体操作为：
25.s201、接收到第一帧时，以第一帧实部的符号位作为输出，并储存其相位块的值；
26.s202、当接收到第二帧时，将第二帧与储存值相减取绝对值，得到相位块的差值；
27.s203、当差值为0、1、15或7、8、9时，则根据差值输出不同的软判决等级并将新的相位块值储存；当差值为2、3、4、12、13、14或5、6、10、11时，不储存相位块值，并根据差值输出不同的软判决等级。
28.进一步地，所述步骤s203中根据差值输出的软判决等级具体标准为：当差值为0、1或15时，软判决等级为111；
29.当差值为2或14时，软判决等级为110；
30.当差值为3或13时，软判决等级为101；
31.当差值为4时，软判决等级为100；
32.当差值为12时，软判决等级为011；
33.当差值为5或11时，软判决等级为010；
34.当差值为6或10时，软判决等级为001；
35.当差值为7、8或9时，软判决等级为000。
36.进一步地，所述步骤s2还包括对子载波能量值的判断步骤，当实部和虚部都小于
一阈值时，软判决等级减小一级。
37.进一步地，所述方法还包括s3、将所述步骤s2得到的软判决等级通过维特比译码后解码出实际数据。
38.进一步地，所述步骤s3为循环对每帧每个子载波使用步骤s2进行软判决，得到所有子载波上每比特的软判决等级，并将得到的软判决等级作为后续维特比译码的输入进行译码。
39.请参照图2～3所示，本发明的实施例一为：一种低复杂度的基于相位幅度特性的软判决方法，包括以下步骤：
40.s1、将星座图分割为16份，即每个象限4份，根据解调出的子载波数据的实部和虚部确定所述子载波数据在所述星座图中的相位块；
41.s2、通过比较前后两帧同一个子载波数据所处的相位块，得到对应所述子载波数据的软判决等级；
42.s3、将所述步骤s2得到的软判决等级通过维特比译码后解码出实际数据。
43.其中，所述步骤s1中将星座图按以下方式分为十六份，划分规则为：r1、最高位与星座点实部的符号位相同，即1、4象限为0，2、3象限为1；
44.r2、第二位为：实部与虚部符号位的异或值，即1、3象限为0，2、4象限为1；
45.r3、第三位为：若在1、3象限中实部绝对值大于虚部绝对值则为1，实部绝对值小于或等于虚部绝对值则为0；基在2、4象限中若实部绝对值小于或等于虚部绝对值则为1，否则为0；
46.r4、第四位为：根据星座点是否落在象限中间两块得到的值与第三位的异或，其中，若星座点落在象限中间两块，则值为1，否则，值为0。
47.划分后的结果如图2所示。
48.具体地，所述星座点落在象限中间两块的判决标准如下：如第一象限中星座点在1和2相位块时则为1，在0和3时为则为0。
49.以单个子载波为例，采用2dpsk的调制方式，在接收端进行非相干解调。
50.所述步骤s2的具体操作为：
51.s201、接收到第一帧时，以第一帧实部的符号位作为输出，并储存其相位块的值；
52.s202、当接收到第二帧时，将第二帧与储存值相减取绝对值，得到相位块的差值；
53.s203、当差值在0、1、15或7、8、9时，说明相位差在0
°
和180
°
附近，则将新的相位块值储存，并根据其相位差输出111或000的软判决等级，以此循环；当差值在2、3、4、12、13、14或5、6、10、11时，由于偏移太大，不储存相位块值，并根据差值大小输出从110至100或001至011中的软判决等级。具体地，所述步骤s203中根据差值输出的软判决等级具体标准为：当差值为0、1或15时，软判决等级为111；
54.当差值为2或14时，软判决等级为110；
55.当差值为3或13时，软判决等级为101；
56.当差值为4时，软判决等级为100；
57.当差值为12时，软判决等级为011；
58.当差值为5或11时，软判决等级为010；
59.当差值为6或10时，软判决等级为001；
60.当差值为7、8或9时，软判决等级为000；
61.其中，判决值1的软判决等级从111、110、101到100依次递减，判决值0的软判决等级从000、001、010到011递减。当差值为0/1/15或7/8/9时候相当于两帧数据的相位差在0度或180度左右，此时的判决数据是比较可靠的，因此，判决等级最高为111或000。当差值越接近4或12时，说明相位差越接近90度，则表示判决数据是不可靠的，因此判决等级为最低的100或011。
62.本发明的实施例二为：一种低复杂度的基于相位幅度特性的软判决方法，包括以下步骤：
63.s1、将星座图分割为16份，即每个象限4份，根据解调出的子载波数据的实部和虚部确定所述子载波数据在所述星座图中的相位块；
64.s2、通过比较前后两帧同一个子载波数据所处的相位块，得到对应所述子载波数据的软判决等级；
65.s3、将所述步骤s2得到的软判决等级通过维特比译码后解码出实际数据。
66.其中，所述步骤s1中将星座图按以下方式分为十六份，划分规则为：
67.r1、最高位与星座点实部的符号位相同，即1、4象限为0，2、3象限为1；
68.r2、第二位为：实部与虚部符号位的异或值，即1、3象限为0，2、4象限为1；
69.r3、第三位为：若在1、3象限中实部绝对值大于虚部绝对值则为1，实部绝对值小于或等于虚部绝对值则为0；基在2、4象限中若实部绝对值小于或等于虚部绝对值则为1，否则为0；
70.r4、第四位为：根据星座点是否落在象限中间两块得到的值与第三位的异或，其中，若星座点落在象限中间两块，则值为1，否则，值为0。
71.划分后的结果如图2所示。
72.所述步骤s2的具体操作为：
73.s201、接收到第一帧时，采用非相干解调方式解调实部与虚部，以第一帧实部的符号位作为输出，并储存其相位块的值；
74.s202、当接收到第二帧时，将第二帧与储存值相减取绝对值，得到相位块的差值；
75.s203、当差值在0、1、15或7、8、9时，说明相位差在0
°
和180
°
附近，则将新的相位块值储存，并根据其相位差输出111或000的软判决等级，以此循环；当差值在2、3、4、12、13、14或5、6、10、11时，由于偏移太大，不储存相位块值，并根据差值大小输出从110至100或001至011中的软判决等级。具体地，进一步地，所述步骤s203中根据差值输出的软判决等级具体标准为：当差值为0、1或15时，软判决等级为111；
76.当差值为2或14时，软判决等级为110；
77.当差值为3或13时，软判决等级为101；
78.当差值为4时，软判决等级为100；
79.当差值为12时，软判决等级为011；
80.当差值为5或11时，软判决等级为010；
81.当差值为6或10时，软判决等级为001；
82.当差值为7、8或9时，软判决等级为000；
83.其中，判决值1的软判决等级从111到100递减，判决值0的软判决等级从000到011
递减。
84.与此同时，所述步骤s2还包括对子载波能量值的判断步骤，当实部和虚部都小于一定阈值时，软判决等级减小一级。
85.所述步骤s3为：循环对每帧每个子载波使用步骤s2进行软判决，得到所有子载波上每比特的软判决等级，并将得到的软判决等级作为后续维特比译码的输入进行译码。
86.综上所述，本发明提供的一种基于幅度特性的软判决方法，该方法具有适用范围广、复杂程度低及节约fpga资源等优点。
87.以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。