基於正交幅度的優化解調方法

2023-10-09 01:07:14 2

專利名稱：：基於正交幅度的優化解調方法
技術領域：
：本發明涉及的是一種無線通信領域的解調方法，具體是一種基於正交幅度的優化解調方法。
背景技術：
：在無線通信領域中，很多時候需要對接收到的正交幅度調製(QuadratureAmplitudeModulation)的信號進行映射，通過解調軟值計算，來確定最大似然函數值，根據該值來得到最終的解碼值。解調軟值計算的好壞關係到解碼的準確性和可靠性。而解調軟值計算的輸入為直角坐標系中在一定位數限制下的任意的坐標值，增加了不確定性的因素，輸入值裡面含有幹擾帶來的噪聲以及插值計算帶來的誤差。在具體的硬體實現中，需要對輸入的坐標值進行快速計算，以便迅速得到結果來判斷對應的正交幅度調製所對應的符號比特值。由於輸入值的範圍比較大，且計算的公式涉及到反正切函數值，所以在內容存儲和運算周期上都存在一定的瓶頸。在不同的運用場合和根據不同的需要，研究人員們在存儲大小和計算的速度上進行了權衡，但是在某些更高的運用場合，更加苛刻的限制下，必須有好的解調軟值表的設計和實現，來達到快速查找和較小空間存儲的要求，達到正交幅度解調的優化。經過對現有技術的文獻和專利的搜索發現，現在較為常用的坐標旋轉數字計算機(CORDIC)方法就是通過迭代方式來計算三角函數值，當然也包括反正切函數。RayAndraka等人曾經發表的文章《AsurveyofcordicalgorithmsforFPGAbasedcomputers))(《基於計算器的FPGA的坐標旋轉數字計算機算法的研究》)，就是通過迭代的方式來計算反正切值以此加快運算速度，因為不需要乘法，除法乃至高等數學運算，只需要簡單的加減，移位操作就可以了。在兩項已有的發明專利《可攜式無線電系統，其中所用的可攜式無線電裝置和頻率誤差預測方法K申請號01120785.x)和《減小存儲器容量的曲線査表方法與資料存儲方法》(申請號02101549.x)都涉及到了類似的運算。《可攜式無線電系統，其中所用的可攜式無線電裝置和頻率誤差預測方法》解決了相位檢測誤差不變時頻率檢測誤差也變小的問題。《減小存儲器容量的曲線査表方法與資料存儲方法》將大範圍的査表4搜索方式，壓縮了表的大小。但是上面3個已有的專利文獻在實際的運用中如FPGA的快速運算中，迭代算法，査表方式仍舊需要花費大量的時間，遠遠超出近乎實時的要求，這些都不利於最後正交幅度解調優化的實現。
發明內容本發明針對現有技術存在的上述不足，提供一種基於正交幅度的優化解調方法，與現有技術相比提高了解調查詢和訪問效率，達到正交幅度解調的優化。本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括以下步驟步驟一、解調端通過接收到調製後的QAM信號，將接收得到QAM信號中對應的A^。,，凡一,a,值的絕對值x、y，然後i十算解調軟值並獲得軟值存儲表。所述的解調軟值具體為arctan2(之)-^~x64)^，其中round表示四捨五入至個位，；r表示精確至千分位的圓周率。所述的軟值存儲表的行列分別表示為解調存儲表中的x值和對應該x值的解調軟值，該軟值存儲表中的元素值為該行所對應的x值以及該列所對應的解調軟值的所有y值的最小值。所述的軟值存儲表中的行數為根據x值進行降序排列。步驟二，對軟值存儲表進行分塊壓縮優化，獲得M個分塊存儲表，然後進行分塊合併，獲得優化解調表，其中M為自然數，1《M《軟值存儲表的行數。所述的分塊壓縮優化是指在軟值存儲表中以相鄰比較的方式獲得的M個分塊存儲表，其中相鄰比較方式是指在同一個分塊中，每一個分塊存儲表中的第i行第i列的元素值必須大於它自己分塊的第1行第i-l列的存儲值，而小於1行第i+2列的存儲值。所述的分塊合併是對於M個分塊存儲表中的每一個分塊取它的第1行的值作為該塊壓縮優化，合併以後的值。這樣每一個分塊存儲表優化後就只有l行了。所述的M個分塊存儲表的行列分別表示各個分塊對應的最小x值，即x,。M，以及對應的解調軟值大小，該分塊存儲表中的元素值為在輸入的x值大於該分塊i的x'。w,而小於第i+l個分塊的A。&'，對應列所表示的解調軟值的情形下，得到符合條件的最小輸入y值。步驟三，將優化解調表的行數根據分塊索引升序排列，對應於的每行的最後一列的元素值即為該分塊索引號所對應的&*"。分塊數目的索引越大，"^"值相應的則越大。而其他列中存儲的即為在當前解調軟值，即列對應的值，和大於當前分塊索引號i對應的》"^，小於分塊索引號i+l對應的、^值下的最小y的值。步驟四，對於解調端接收到的QM1信號，根據其x。^"。,的絕對值x確定對應的優化解調表中的分塊索引號所在的行，具體步驟為在優化解調表的最後一列中從最後一行(處於優化解調表的最右上角)開始依次將輸入的X值與優化解調表中的分塊存儲表的起始元素值(即X,。w)進行比較當X值小於該分塊索引對應的X^,，則往下一行(分塊索引減l，即行號減l)並再將輸入的x值與優化解調表中的當前分塊存儲表的起始元素值(該分塊索引的x,^,)進行比較，直到找到第一個大於等於該表中的分塊值，此時輸入的x值所對應的解調軟值就屬於這一分塊(也就是這一行)。步驟五，根據步驟四獲得的分塊索引號所在的行以及QAM信號的y值，計算獲得對應的解調軟值，最後根據解調軟值來得出解碼符號，具體步驟為對於輸入y值，從最大的解調軟值(即該行的倒數第二列存的值)開始比較它存儲的值當該解調軟值存儲的內容為0，則列數減1，即當前存儲內容相鄰的左側搜索；當存儲的內容大於輸入y值，則列數減l，即當前存儲內容相鄰的左側搜索；當存儲的內容小於等於輸入y值，那麼此存儲內容所對應的列值，即解調軟值，就是對應於輸入x，y值計算得出來的解調軟值。步驟六，通過重複步驟四和步驟五直至解調出所有的解調端接收到的QAM信號，即可獲得完整的解調後的Q艦信號。與現有技術相比，本發明解調存儲表大小相對於原始的表的大小，有很大的縮減，下面的具體實施方式中可以縮小得到原來的+倍，接近一般同類運用中壓縮表的1倍。同時本發明訪問速度基於硬體良好的比較單元的功能，可以達到很20快的訪問速度，無需計算加減乘除，移位等運算，達到實時的要求，並能夠確保6正負誤差精度不超過單位1。本發明可以推廣運用到類似無線通信中要求小內存，高速實時計算數學函數值的項目中，有很好的兼容性和擴展性。圖1為本發明流程圖。圖2為正交幅度解調對應的解調軟值圖。具體實施例方式下面對本發明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護範圍不限於下述的實施例。本實施例中，輸入的1。一。,,凡^^值的範圍為16比特的數，輸出的解調軟值arctan用6比特來存儲。用於計算解調軟值的公式為ro朋d(-2g)x64)，然後根據對應的解調軟值來解調所對應的正交信號。如表1所示，本實施例包括如下步驟步驟一，將輸入的x。^。,，義，^值轉化為介於l2"之間的絕對值x，y，x，y軸分別對應x的值(廣3276S)，解調軟值(032)。對於固定的x值，計算出其對應的解調軟值，並且記錄下每個解調軟值對應存儲的最小的y值，獲得軟值存儲所述的軟值存儲表如下:tableseeoriginaldocumentpage7述的軟值存儲表的列表示對應的解調軟值大小，行表示線性增長的X值，單元裡面存儲的是在此x值和對應解調軟值下的最小的y值。步驟二，對上述的軟值存儲表進行壓縮分塊，通過將連續的x值歸併到同一分塊中而並不影響最後解調軟值的大小，獲得的分塊存儲表在此處省略，僅給出分塊索引和其相對應的每個分塊最小x值(&fe,)如下為了表格簡潔方便，實際的圖表應將下圖逆時針旋轉90度，就成為了最終的解調存儲表的一部分tableseeoriginaldocumentpage8X軸分塊的索弓步驟三，根據上述兩個步驟，形成最終的解調存儲表。表的行表示分塊的索引，列表示解調軟值大小。表的最後一列存儲的是^^值，對應的y值的大小具體如下tableseeoriginaldocumentpage8所述的解調存儲表中，行表示分塊的索引值，列表示解調軟值大小。單元裡面存儲的內容最後一列表示該分塊索引所對應的X值的最小值；其餘單元對應在該分塊下和該解調軟值條件下，最小的y值。步驟四，在硬體的實際運用中，對於輸入x，y值，按照上述的正交幅度解調優化方法具體的步驟四和步驟五進行實施。如圖1所示，為正交幅度解調優化方法査表的流程圖。我們在最後一列中從最後一行開始依次將輸入x值與査詢表中的分塊的起始值(該分塊索引的x,^)進行比較，如果，小於表中的x值，則往下一行(分塊索引減l)，繼續比較。直到找到第一個大於等於該表中的分塊值。此時輸入X值所對應的解調軟值屬於這一分塊。在已經確定好x值所對應的分塊後，對於輸入y值，從最大的解調軟值開始比較它存儲的y值，如果該解調軟值存儲的內容為O，則列數減l，即當前存儲內容相鄰的左側進行搜索；如果存儲的內容大於輸入y值，則同樣在當前存儲內容相鄰的左側進行搜索；如果存儲的內容小於等於輸入y值，那麼此存儲空間所對應的列值，即解調軟值，就是對應於輸入x，y值計算得出來的解調軟值。步驟五，對應於所得到的解調軟值，可以得到正交幅度解調後的信號，該解調軟值是優化後的結果，解調軟值的大小意味著解調後信號的可信程度。如圖2所示，對於QM1信號解調後的00，01，10，11，解調軟值位於上述所在的四個不同區域。圖中注釋的(T63代表實際計算出來的032，-31-1;當優化方法得到的解調軟值的絕對值越大，如30，-28，代表相當接近於原先所調製的符號OO，此時正交幅度解調優化方法得到的信號是足夠可信的。如果解調軟值較小，分別如2，-3此時就靠近於符號10，和符號Ol，那麼對於解調出來得到的符號00，可信度就越來越差，因為此時噪聲的影響可能會導致原本是周圍的符號偏移到錯誤的信號中來，解調軟值的優化方法提供了很好的量化方式。該正交幅度解調的優化方法得到的實施例和傳統的技術的參數對比是明顯的，該發明方法所需要的存儲空間大概相對於傳統技術的l而運用到FPGA模20，塊裡面，可以達到實時的狀態，耗費時間是原先的l。輸入輸出的範圍和精度可6以根據實際情況進行修改。而正交解調之後的信號的可信程度可以用得到的解調軟值來量化。9權利要求1、一種基於正交幅度的優化解調方法，其特徵在於，包括以下步驟步驟一、解調端通過接收到調製後的QAM信號，將接收得到QAM信號中對應的xoriginal，yoriginal值的絕對值x、y，然後計算解調軟值並獲得軟值存儲表；步驟二、對軟值存儲表進行分塊壓縮優化，獲得M個分塊存儲表，然後進行分塊合併，獲得優化解調表，其中M為自然數，1≤M≤軟值存儲表的行數；步驟三、將優化解調表的行數根據分塊索引號升序排列，對應於的每行的最後一列的元素值即為該分塊索引號所對應的xlabel，而其他列中存儲的即為在當前解調軟值和大於當前分塊索引號i對應的xlabel，小於分塊索引號i+1對應的xlabel值下的最小y的值；所述的xlabel為M個分塊存儲表的行列分別表示各個分塊對應的最小x值；步驟四、對於解調端接收到的QAM信號，根據其xoriginal的絕對值x確定對應的優化解調表中的分塊索引號所對應的行；步驟五、根據步驟四獲得的分塊索引號所在的行以及QAM信號的y值，計算獲得對應的解調軟值，最後根據解調軟值來得出解碼符號；步驟六、通過重複步驟四和步驟五直至解調出所有的解調端接收到的QAM信號，即可獲得完整的解調後的QAM信號。2、根據權利要求1所述的基於正交幅度的優化解調方法，其特徵是，步驟一中所述的軟值存儲表的行列分別表示為解調存儲表中的x值和對應該x值的解調軟值，該軟值存儲表中的元素值為該行所對應的x值以及該列所對應的解調軟值的所有y值的最小值，該軟值存儲表中的行數為根據x值進行降序排列。3、根據權利要求1或2所述的基於正交幅度的優化解調方法，其特徵是，步驟一中所述的解調軟值具體為arctan2(上)row"fif(-^~x64)兀,其中round表示四捨五入至個位，"表示精確至千分位的圓周率。4、根據權利要求1所述的基於正交幅度的優化解調方法，其特徵是，步驟二中所述的分塊壓縮優化是指在軟值存儲表中以相鄰比較的方式獲得的M個分塊存儲表，其中相鄰比較方式是指在同一個分塊中，每一個分塊存儲表中的第i行第i列的元素值必須大於它自己分塊的第1行第i-l列的存儲值，而小於1行第i+2列的存儲值。5、根據權利要求1所述的基於正交幅度的優化解調方法，其特徵是，步驟二中所述的分塊合併是對於M個分塊存儲表中的每一個分塊取它的第1行的值作為該塊合併以後的值，該M個分塊存儲表的行列分別表示各個分塊對應的最小x值，即A。m,以及對應的解調軟值大小，該分塊存儲表中的元素值為在輸入的x值大於該分塊i的"^"，而小於第i+l個分塊的&6"，對應列所表示的解調軟值的情形下，得到符合條件的最小輸入y值。6、根據權利要求1所述的基於正交幅度的優化解調方法，其特徵是，步驟四中所述的確定對應的優化解調表中的分塊索引所在的行的具體步驟為在優化解調表的最後一列中從最後一行，即處於優化解調表的最右上角，開始依次將輸入的x值與優化解調表中的分塊存儲表的起始元素值，即x^,進行比較當x值小於該分塊索引對應的&^，則分塊索引減l，即行號減l，並再將輸入的x值與優化解調表中的當前分塊存儲表的起始元素值，即該分塊索引的^i,進行比較，直到找到第一個大於等於該表中的分塊值，此時輸入的x值所對應的解調軟值就屬於這一行。7、根據權利要求1所述的基於正交幅度的優化解調方法，其特徵是，步驟五中所述的計算獲得對應的解調軟值，最後根據解調軟值來得出解碼符號的具體步驟為對於輸入y值，從該行的倒數第二列存的值，即最大的解調軟值開始比較它存儲的值當該解調軟值存儲的內容為0，則列數減l，即當前存儲內容相鄰的左側搜索；當存儲的內容大於輸入y值，則列數減l，即當前存儲內容相鄰的左側搜索；當存儲的內容小於等於輸入y值，那麼此存儲內容所對應的列值，即解調軟值，就是對應於輸入x，y值計算得出來的解調軟值。全文摘要一種無線通信領域的基於正交幅度的優化解調方法，包括將接收得到QAM信號中對應的xoriginal，yoriginal值的絕對值x、y，然後計算解調軟值並獲得軟值存儲表；對軟值存儲表進行分塊壓縮優化後進行分塊合併，獲得優化解調表；將優化解調表的行數根據分塊索引升序排列；對於解調端接收到的QAM信號確定對應的優化解調表中的分塊索引所在的行，並計算獲得對應的解調軟值，最後根據解調軟值來得出解碼符號直至獲得完整的解調後的QAM信號。本發明相對於原始的表的大小，有很大的縮減，無需計算加減乘除，移位等運算，達到實時的要求，並能夠確保正負誤差精度不超過單位1。文檔編號H04W24/00GK101631326SQ20091005633公開日2010年1月20日申請日期2009年8月13日優先權日2009年8月13日發明者鵬張,李思誼,峰楊,方邱,晨陳申請人:上海交通大學