信號調製方法和設備的製作方法
2023-10-09 01:10:04 1
專利名稱：信號調製方法和設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及信號處理技術，特別涉及一種信號調製方法和設備。
背景技術：
信道容量指的是在給定物理傳輸信道的情況下，能夠有效傳輸信息的最大速率。在加性高斯白噪聲信道下，在輸入信號長度無限長、且服從高斯分布的情況下，系統的傳輸速率可以達到信道容量。
目前通信系統中，通常採用比較規則的調製方式，如，相移鍵控調製方式(Phase Shift Keying，PSK)、脈衝幅度調製方式(Pulse Amplitude Modulation，PAM)、正交幅度調製方式(Quadrature Amplitude Modulation，QAM)等。這些調製方式都是採用非常規則的等概、均勻、等距的星座圖。經過這些調製方式調製後的輸出是均勻分布的。
發明人在實現本發明的過程中發現現有技術至少存在如下問題由於系統的傳輸速率要達到信道容量，輸入信號需要滿足高斯分布，而現有得到的均勻分布的調製輸出使系統性能與信道容量有較大差距。
發明內容
本發明是提供一種信號調製方法和設備，用以解決現有均勻分布的調製輸出使系統性能與信道容量有較大差距的問題。
本發明實施例提供了一種信號調製方法，包括 接收信道編碼後的信號，並確定所述信道編碼後的信號在等概率映射區間[ri-1，ri]內的星座點個數N； 在假定調製輸出為高斯分布的情況下，根據所述調製輸出的分布函數、所述N及星座點的總個數M，得到等概率映射區間的端點值ri； 根據所述端點值ri、所述調製輸出的分布函數及所述M，得到星座點的幅值yi以實現所述信道編碼後的信號的調製調製調製調製。
本發明實施例提供了一種信號傳輸設備，包括 確定模塊，用於接收信道編碼後的信號，並確定所述信道編碼後的信號在等概率映射區間[ri-1，ri]內的星座點個數N； 獲取模塊，與所述確定模塊連接，用於在假定調製輸出為高斯分布的情況下，根據所述調製輸出的分布函數、所述N及星座點的總個數M，得到等概率映射區間的端點值ri； 成型模塊，與所述獲取模塊連接，用於根據所述端點值ri、所述調製輸出的分布函數及所述M，得到星座點的幅值yi以實現所述信道編碼後的信號的調製。
由上述技術方案可知，本發明實施例通過在假定調製輸出為高斯分布的基礎上得到星座點位置信息，可以保證調製輸出為高斯分布，實現上述調製方式下可以使系統性能更加逼近信道容量。
圖1為本發明第一實施例的方法流程示意圖； 圖2為本發明第二實施例的方法流程示意圖； 圖3為本發明第三實施例的方法流程示意圖； 圖4為按照本發明第三實施例公開的方法得到的星座分布的情形一的星座映射圖； 圖5為按照本發明第三實施例公開的方法得到的星座分布的情形二的星座映射圖； 圖6為按照本發明第三實施例公開的方法得到的星座分布的情形三的星座映射圖； 圖7為本發明第四實施例的設備結構示意圖。
具體實施例方式 下面通過附圖和實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。
圖1為本發明第一實施例的方法流程示意圖，包括 步驟11信號調製設備接收信道編碼後的信號，並確定信道編碼後的信號在等概率映射區間[ri-1，ri]內的星座點個數N。信號在源端發送時，通常需要經過信源編碼、信道編碼和調製，為了使系統性能儘可能達到信道容量，需要保證調製後的信號滿足高斯分布。
步驟12信號調製設備在假定調製輸出為高斯分布的情況下，根據所述調製輸出的分布函數、所述N及星座點的總個數M，得到等概率映射區間的端點值ri。本實施例在假定調製輸出為高斯分布的情況下進行調製，可以保證系統容量儘可能接近信道容量。
步驟13信號調製設備根據所述端點值ri、所述調製輸出的分布函數及所述M，得到星座點的幅值yi以實現所述信道編碼後的信號的調製。
本實施例通過在假定調製輸出為高斯分布的基礎上得到星座點位置信息，可以保證調製輸出為高斯分布，實現上述調製方式(PSK、PAM、QAM等)下可以使系統性能更加逼近信道容量。
下面分別以一維的PAM調製和二維的QAM調製說明上述流程。
圖2為本發明第二實施例的方法流程示意圖，本實施例以PAM調製為例。參見圖2，本實施例包括 步驟21確定等概率映射區間[ri-1，ri]內的星座點個數N＝1。因為PAM是一維調製，在區間[ri-1，ri]內的星座點個數為1，i＝1，2，...，
M為星座點的總個數，例如8PAM調製時，M＝8。
步驟22得到等概率為
映射區間[ri-1，ri]的端點值ri。假定調製輸出為標準高斯分布。即調製輸出x的分布密度函數為
得到等概率映射區間[ri-1，ri]的端點值ri。
由於PAM調製時各星座點出現的概率是相同的，因此
r0＝0，rM/2＝+∞。
根據上式及
可以得到 其中，erfinv(*)是逆誤差函數，是誤差函數erf(*)的反函數，誤差函數erf(*)的表達式為
步驟23根據上述端點值得到PAM調製時的星座點幅值，計算公式為 其中，yi是第i個星座點的幅值。
本實施例以一維PAM調製為例，由於調製輸出為高斯分布，可以使PAM調製後的系統基本達到信道容量。
圖3為本發明第三實施例的方法流程示意圖，本實施例以QAM調製為例。參見圖3，本實施例包括 步驟31確定二維映射的層數
其中，M為星座點的總個數。
步驟32確定等概率映射區間[ri-1，ri]內的星座點個數
即每層的星座點個數。各層上的星座點個數可以是均勻分布的，也可以是非均勻分布的。為了達到更優化的調製效果，本實施例中，各層上的星座點個數是均勻分布的。
步驟33得到等概率為
映射區間[ri-1，ri]的端點值ri。假定調製輸出為標準高斯分布。即調製輸出x的分布密度函數為
，得到等概率映射區間[ri-1，ri]的端點值ri。
由於QAM調製時各星座點出現的概率是相同的，因此
r0＝0，rM/2＝+∞。
根據上式及
可以得到 其中，erfinv(*)是逆誤差函數，是誤差函數erf(*)的反函數，誤差函數erf(*)的表達式為
步驟34根據上述端點值得到QAM調製時的星座點的幅值，即每層的模值，計算公式為 其中，yi是第i層的模值。
步驟35將星座點均勻地設置在各層上。即將M個星座點分為
層，每層設置
個星座點。
以上這種二維映射的方法可以看作分層拓展(圓拓展)的方法，即每個求得的模值對應於一個層(圓)，不同層之間服從高斯分布。在每一層上分布的點數N是均勻分布的，例如，圖4為按照本發明第三實施例公開的方法得到的星座分布的情形一的星座映射圖，參見圖4，以16QAM為例，則
即該映射方法採用了2層，每層上有8個星座點。
圖5為按照本發明第三實施例公開的方法得到的星座分布的情形二的星座映射圖，參見圖5，以64QAM為例，則
即該映射方法採用了4層，每層上有16個星座點。
對於二維信號，某個模值上的星座點越多，概率越大，導致星座圖的最小歐氏距離(在圖中即為兩個星座點的直線距離)會越小。根據目前的規範，最小歐氏距離越大，解調性能越好。因此為了得到更好地解調性能，可以通過調整各層之間星座點的幅角，使各層之間的幅角不同。圖6為按照本發明第三實施例公開的方法得到的星座分布的情形三的星座映射圖，參見圖6，各層之間的幅角不同，可以增加層間的星座點的最小歐氏距離d，這樣可以獲取更好地解調性能。
本實施例以二維QAM調製為例，由於調製輸出為高斯分布，可以使系統的性能基本達到信道容量。
圖7為本發明第四實施例的設備結構示意圖，包括確定模塊71、獲取模塊72和成型模塊73。確定模塊71用於接收信道編碼後的信號，並確定所述信道編碼後的信號在等概率映射區間[ri-1，ri]內的星座點個數N；獲取模塊72與所述確定模塊71連接，用於在假定調製輸出為高斯分布的情況下，根據所述調製輸出的分布函數、所述N及星座點的總個數M，得到等概率映射區間的端點值ri；成型模塊73與所述獲取模塊72連接，用於根據所述端點值ri、所述調製輸出的分布函數及所述M，得到星座點的幅值yi以實現所述信道編碼後的信號的調製。
上述各模塊具體的功能可以參照上述方法實施例中所述的內容。
本實施例通過在假定調製輸出為高斯分布的基礎上得到星座點位置信息，可以保證調製輸出為高斯分布，實現上述調製方式下可以使系統性能更加逼近信道容量。
本領域普通技術人員可以理解實現上述方法實施例的全部或部分步驟可以通過程序指令相關的硬體來完成，前述的程序可以存儲於一計算機可讀取存儲介質中，該程序在執行時，執行包括上述方法實施例的步驟；而前述的存儲介質包括ROM、RAM、磁碟或者光碟等各種可以存儲程序代碼的介質。
最後應說明的是以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非對其進行限制，儘管參照較佳實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解其依然可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而這些修改或者等同替換亦不能使修改後的技術方案脫離本發明技術方案的精神和範圍。
權利要求
1.一種信號調製方法，其特徵在於，包括
接收信道編碼後的信號，並確定所述信道編碼後的信號在等概率映射區間[ri-1，ri]內的星座點個數N；
在假定調製輸出為高斯分布的情況下，根據所述調製輸出的分布函數、所述N及星座點的總個數M，得到等概率映射區間的端點值ri；
根據所述端點值ri、所述調製輸出的分布函數及所述M，得到星座點的幅值yi以實現對所述信道編碼後的信號的調製。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述得到等概率映射區間的端點值ri的計算公式為
其中，ri是等概率映射區間的端點值，M是星座點的總個數，N為等概率映射區間[ri-1，ri]內的星座點個數，erfinv(*)是erf(*)的反函數，erf(*)的表達式為
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述得到星座點的幅值yi的計算公式為
其中，yi是第i個星座點的幅值，M是星座點的總個數，ri是等概率映射區間的端點值，pdf(x)是高斯分布的分布函數，表達式為
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，當採用一維調製時，確定等概率映射區間[ri-1，ri]內的星座點個數N包括所述N＝1。
5.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，當採用二維調製時，確定等概率映射區間[ri-1，ri]內的星座點個數N包括
根據所述星座點的總個數M確定星座圖的層數Ncircle；
根據所述星座點的總個數M和所述層數Ncircle得到所述星座點個數N。
6.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於，所述根據所述星座點的總個數M確定星座圖的層數Ncircle的計算公式為
其中，Ncircle是星座圖的層數，M是星座點的總個數。
7.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於，所述根據所述星座點的總個數M和所述層數Ncircle得到所述星座點個數N的計算公式為
8.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於，還包括在每層上設置N個星座點，且各層之間的星座點的幅角不同。
9.一種信號調製設備，其特徵在於，包括
確定模塊，用於接收信道編碼後的信號，並確定所述信道編碼後的信號在等概率映射區間[ri-1，ri]內的星座點個數N；
獲取模塊，與所述確定模塊連接，用於在假定調製輸出為高斯分布的情況下，根據所述調製輸出的分布函數、所述N及星座點的總個數M，得到等概率映射區間的端點值ri；
成型模塊，與所述獲取模塊連接，用於根據所述端點值ri、所述調製輸出的分布函數及所述M，得到星座點的幅值yi以實現所述信道編碼後的信號的調製。
10.根據權利要求9所述的設備，其特徵在於，
當採用一維調製時，所述確定模塊具體用於確定等概率映射區間[ri-1，ri]內的星座點個數N＝1；
當採用二維調製時，所述確定模塊具體用於根據所述星座點的總個數M確定星座圖的層數Ncircle；並根據所述星座點的總個數M和所述層數Ncircle得到所述星座點個數N。
全文摘要
本發明公開了一種信號調製方法和設備。該方法包括接收信道編碼後的信號，並確定所述信道編碼後的信號在等概率映射區間[ri-1，ri]內的星座點個數N；在假定調製輸出為高斯分布的情況下，根據所述調製輸出的分布函數、所述N及星座點的總個數M，得到等概率映射區間的端點值ri；根據所述端點值ri、所述調製輸出的分布函數及所述M，得到星座點的幅值yi以實現所述信道編碼後的信號的調製。通過本發明實施例可以保證調製輸出為高斯分布，實現目前的PAM、QAM等調製方式下也可以使系統的性能更加逼近信道容量。
文檔編號H04L1/00GK101814960SQ200910078449
公開日2010年8月25日 申請日期2009年2月23日 優先權日2009年2月23日
發明者王藝, 張佳胤, 陳大庚, 畢曉豔 申請人:華為技術有限公司