一种基于cordic的8psk软差分译码方法
【技术领域】
[0001]本发明适用于无线通信领域的8PSK单载波调制体制接收端信号处理。本发明应用 收端采用载波盲同步存在相位模糊问题的8PSK单载波连续通信系统中，解决了硬差分译码 损失软判决信息、传统软差分译码相角误差扩散的问题，该技术的基础是C0RDIC算法设计 和相位差分处理。
【背景技术】
[0002] 在高速微波、卫星通信链路中，无线信道都属于功率和频率受限的信道，为了节省 功率或者节省带宽、提高吞吐量等，需要采用更好的调制解调及编译码方式。在之前的卫星 或微波通信系统中，常采用8PSK+TCM的方式实现高速无线传输。随着编译码及大规模集成 电路的发展，8PSK+LDPC的方式变得容易实现，性能相对8PSK+TCM的方式有一定的提升，为 无线信道节省了功率或频率资源，获得了广泛的应用。8PSK盲同步相位模糊一般采用硬判 决差分译码，但是为了最大程度发挥编译码性能，LDPC译码需要软判决信息，二者是矛盾 的，需要寻找一种方法，既解决了相位模糊问题，又能提供译码的软判决信息。
[0003] 由于相对较高的频谱利用率以及良好的抗干扰性能，8PSK调制在卫星通信和移动 通信系统中，获得了广泛的应用。由于8PSK的8个星座点均在单位圆上，所以调制后的发射 信号峰均比较低，对功放要求相对QAM调制方式更低，可以降低对功放的要求、降低射频功 耗等。在符号速率不变的前提下，采用8PSK技术所能达到的数据传输速率是GMSK的3倍，是 QPSK的2倍。8PSK调制的特点是8个矢量端点均匀分布在单位圆周上，其数学表达式为：
(1) 调制框图如图1。
[0004] 纠错编码后的数据送给联合映射模块，8PSK调制首先将发送序列进行3比特分组， 根据3比特信息和相位变化的关系，实现比特信息和相角变化的格雷规则映射，同时映射的 相角为变化量，实现了差分编码，映射关系如表1。
[0005] 完成映射后，根据角度生成IQ调制信号，完成成型滤波等处理后送给DAC变换器转 换为模拟基带信号，经过射频调制、放大后进行发射。 「λλλλ ? 各人、η -r"、m Γ.ι-r / 1. -rr
1工on州午，土女兀P乂秋奴丨口J少、?ΧΓ"5?口J少、呼奸Η????曰芯、土P乂守工7K用目I口J少H、J 系统中，载波同步常采用C0RDIC算法进行鉴相，译码角度信息生成常采用C0RDIC算法生成 符号角度。典型框图如图2。
[0007] C0RDIC算法即坐标旋转数字计算方法（Coordinate Rotation Digital Computer)是1959年由Voider首次提出的。最初是用于计算三角函数的，后来由于其算法的 简单，硬件易于实现等等多种优势，而被广泛的用于多种函数的运算中（其中包括三角函 数，双曲函数，开方，指数函数，对数函数，乘法运算，除法运算等等），在通信系统调制解调 (2) 等方面，都有着广泛的应用。[0008] C0RDIC算法的基本表达式如下：
(3) 公式(2)代表C0RDIC算法的迭代方式，公式(3)代表矢量旋转模式的结果，最终获得了 直角坐标数据的极坐标信息，即角度和幅度。在8PSK解调中，C0RDIC算法应用广泛，通常载 波同步、差分译码、软信息生成都会应用该算法。
[0009] 在8PSK接收端，由于采用载波盲同步，IQ信号载波同步和符号定时完成后，8PSK符 号存在相位模糊。相位模糊为PSK、QAM调制体制中常见问题，一般采用差分编译码进行克 月艮。比如8PSK差分编码系统中，输入数据信息为相位累加器增量，相位累加结果为发送星座 点相位，前后星座点相位变化量代表了输入数据信息。接收端采用前后相角相减的形式，获 得的差角即还原为发送端输入数据信息。
[0010] 硬差分译码实现简单，C0RDIC模块生成相位信息后，采用相位判决后的3比特符号 信息进行译码，只需要3比特减法器即可实现。但是软判决量化信息损失，存在后续纠错译 码性能不能充分发挥的问题。
[0011]传统软差分实现稍复杂，在C0RDIC模块生成相位信息前，前后两个符号IQ数据进 行共辄乘，获得新的IQ两路数据，然后将共辄乘后的IQ信息求取相角，获得差分相位。或者 是CORD 1C模块生成相位彳目息后进行前后相角相减运算，获得差分相角。传统的两种方法克 服了硬差分不能获得软判决译码信息的问题，但是都存在低信噪比时相角误差扩散的问 题，降低后续译码软判决信息的准确性。
[0012] 以图3为例进行传统软差分误码扩散的说明。B1、B2为标准点位置，分别为22.5°和 67.5°。假设前符号发送的为B1点，下一符号输入110，根据表1所不映射规则，后符号发送相 位在B1点上增加45°，发送的为B2点，根据判断规则，差分接收后的角度以45°为最佳，正确 范围在22.5°和67.5°之间。受高斯噪声影响，接收的B1点可能在Ml 1，也可能在M12，或者其 他位置，接收的B2点可能在M21，也可能在M2 2，或者其他位置。如果B1接收点在Μ11点，B2接 收点在Μ22点，差分后的角度可能大于67.5° ;如果Β1接收点在Μ12点，Β2接收点在Μ21点，差 分后的角度可能小于22.5°。显然在信噪比较低时，存在相角误差扩散，会降低后面译码软 判决信息生成的准确性。
【发明内容】
[0013] 硬差分译码实现简单，但是后续纠错译码不能使用软判决信息；传统软差分译码 可以为后续纠错译码提供软信息，但是存在相角误差扩散的问题;新设计的软差分译码解 决前面两种差分译码存在的问题，既克服了相位模糊，又没有相角误差扩散，满足后续纠错 译码对软信息的要求。
[0014] 本专利利用C0RDIC算法结合8PSK差分相位特性，对接收端解调后的相角进行软差 分译码，总体算法框图如图4所示。
[0015] 首先设计⑶RDIC模块。C0RDIC模块设计为相位旋转模式，相位[-31，31)量化为N位， 范围为[_2N-\ 2N-〔I)。⑶RDIC模块设计可以参考XILINX、ALTERA等集成电路公司公开的 C0RDIC模块IP核介绍，如果在FPGA中实现，则可以直接调用现成的IP核实现。。
[0016] 将IQ信号输入CORD IC模块，求出相位信息。
[0017]采用相位信息的高3比特生成标准相位，记为巧，进行存储延时，标准相位的生成 可以采用查表的方式获得。8个标准信息存储为[2n/16，2n/16+2n/8, 2n/16+2*2n/8, 2n/16 +3*2n/8，_ (2n/16+3*2n/8)，-( 2n/16+2*2n/8)，-( 2n/16+2n/8)，_ 2n/16]。高3比特以无符 号数[000,001,010,011,100,101,110,111]查出对应的标准相位的值。
[0018]利用流水线C0RDIC模块继续求取后面一个符号的相位信息，记为蜱。
[0019]最后求出脉=外-科，即获得了软差分译码后的相位信息，将该信息提供给后续 软判决信息生成模块，没有相位模糊和角度误差扩散，保留了较为真实的软信息。
[0020]同样以图3为例对新设计的软差分译码带来的好处进行说明。假设B1接收点在Mil 点，B2接收点在M22点。采用新方法，根据Mil点硬判相位信息后，扩展为标准相位，对应的为 B1点标准位置，M22点和B1差分后，相位不会大于67.5°，在正常范围22.5°和67.5°之间；假 设B1接收点在M12点，B2接收点在M21点，采用新方法，根据M12点硬判相位信息后，扩展为标 准相位，对应的为B1点标准位置，M21点和B1差分后，相位不会小于22.5°，在正常范围22.5° 和67.5°之间。根据以上分析，新方法解决了差分后相角误差扩散问题。
【附图说明】
[0021 ] 图1 8PSK典型发送端框图 图2 8PSK典型接收端框图 图3星座点相角示意图 图4软差分译码新方法实现框图 图5 8PSK接收端星座图 图6 LDPC译码性能对照图 具体实施 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，结合以下附图及实施例，对本发 明的基于C0RDIC的8PSK软差分译码方法进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具 体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0022]假设输入符号和调制相位关系如表1，收端进行载波盲同步、符号同步后的星座图 如图5,起始偏移相位为V8。
[0023] 1)首先设计C0RDIC模块，相位[-3τ，3τ)量化为16位，范围为[-32768,32767)。
[0024] 2)符号同步后的IQ信号送入CORD IC模块，求取相位信息?7。
[0025] 3)根据相位信息的高3比特进行查表，获得标准相位信息，记为％。8个标准信息存 储为[4096，12288，20480，28672，-28672，-20480，-12288，-4096]。高3比特以无符号数 [000,001，010,011，100,101，110,111]查出对应的标准相位的值。
[0026 ] 4) CORD IC模块为流水线运算方式，求取出下一 IQ信号的相位，记为fV。
[0027] 5)求出匆=巧-巧，即获得了软差分译码后的相位信息，该信息没有相位模糊，并 保留了较为真实的软信息。将该信息用于软判决纠错译码可以获得更好的性能，LDPC译码 性能对照图如图6所示。
【主权项】
1. 一种基于CORDIC的8PSK软差分译码方法，其特征在于，它利用⑶RDIC算法结合8PSK 差分相位特性，对接收端解调后的相角进行软差分译码，总体算法框图如图4所示。2. -种基于CORDIC的8PSK软差分译码新方法，其特征在于，典型实现步骤如下： 首先设计CORDIC模块，相位[-π,π)量化为N位，范围为[_2νΛ 2^-1); 符号同步后的IQ信号送入CORDIC模块，求取相位信息P; 根据相位信息的高3比特进行查表，获得标准相位信息，记为被:； CORDIC模块为流水线运算方式，求取出下一IQ信号的相位，记为％ ; 求出，即获得了软差分译码后的相位信息，该信息没有相位模糊，并保留了 较为真实的软信息。3. 按权利要求2所述的步骤3)，其特征在于，求取当前接收符号的标准相位方式，8个标 准信息存储为[2n/16, 2n/16+2n/8, 2n/16+2*2n/8, 2n/16+3*2n/8, -(2n/16+3*2n/8),-( 2n/16+2*2n/8),-( 2n/16+2n/8)，_ 2n/16]，高3比特以无符号数 [000,001,010,011,100,101,110,111]查出对应的标准相位的值。4. 按权利要求2所述的步骤5)，其特征在于，通过下一 IQ信号的相位值减去上一 IQ信号 相位的标准值获得相位差值，此相位差值代表发送端的输入数据信息的软信息。
【专利摘要】本发明涉及8PSK单载波调制系统接收端相位差分译码方法，属于无线通信接收机信号处理领域。本发明提出一种新的差分译码方法，既克服相位模糊，又满足后续纠错译码对软信息的要求，可充分发挥纠错译码性能，降低解调门限要求。本发明提出的方法首先利用CORDIC算法求出符号同步后的IQ信息相位，获得发端标准相位，然后采用该标准相位和后一符号的相角相减，获得软差分译码后的相位信息。该信息没有相位模糊，保留了相位软信息，避免了相角误差扩散。新方法利用CORDIC算法结合8PSK差分相位特性，对接收端解调后的相角进行软差分译码，可以明显改善相位软信息的准确性，提高接收性能。算法复杂度小，易于实现。
【IPC分类】H04L27/22
【公开号】CN105530215
【申请号】CN201510892653
【发明人】曾纪, 宋排阁, 高霞, 柳超, 张泊远
【申请人】重庆金美通信有限责任公司
【公开日】2016年4月27日
【申请日】2015年12月8日