專利名稱：多維星座圖的構(gòu)造方法、編碼調(diào)制、解調(diào)解碼方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字信息傳輸技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種多維星座圖的構(gòu)造方法以及基于該星座圖的編碼調(diào)制系統(tǒng)和解調(diào)解碼系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
星座映射是一種數(shù)字調(diào)制技術(shù)。星座映射的過程，就是將攜帶數(shù)字信息的有限域 “比特”序列映射成適于傳輸?shù)摹胺枴毙蛄?。每個(gè)符號的取值空間可以是一維實(shí)數(shù)空間、 二維實(shí)數(shù)空間(即復(fù)數(shù)空間)、或更高維的實(shí)數(shù)空間。星座映射包含兩個(gè)要素，即星座圖 (Constellation)和星座點(diǎn)映射方式(Labeling)。星座圖代表星座映射輸出符號的所有取值組成的集合，其中，星座圖的每一個(gè)點(diǎn)對應(yīng)輸出符號的一種取值。星座點(diǎn)映射方式代表輸入比特(組)到星座點(diǎn)的特定映射關(guān)系，或者星座點(diǎn)到比特(組)的特定映射關(guān)系，通常每個(gè)星座點(diǎn)與一個(gè)比特或多個(gè)比特組成的比特組一一對應(yīng)。BICM-ID (Bit-Interleaved Coded Modulation with IterativeDecoding,比特交織編碼調(diào)制迭代譯碼)是一種典型的編碼調(diào)制技術(shù)，由Xiaodong Li等人和Ten Brink等人于1998年獨(dú)立提出。因?yàn)樵贏WGN (Additive White Gaussian Noise，加性高斯白噪聲) 信道和衰落信道下都有優(yōu)異的性能，BICM-ID技術(shù)自從被提出以來，一直受到學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注。但是，傳統(tǒng)的BICM-ID系統(tǒng)通常需要采用高階星座映射以搜索最優(yōu)的星座點(diǎn)映射方式，更好地通過迭代解映射傳遞信息，因此BICM-ID系統(tǒng)通常便于提供較高的頻譜效率。為了兼顧低頻譜效率的需求，一種方法是在BICM-ID系統(tǒng)中采用低碼率的外碼。但外碼的碼率一般情況下是受限的，不可能非常低，不能很好地滿足低頻譜效率的需求。另一種方法就是采用多維星座映射，多維星座映射在兼顧低頻譜效率的同時(shí)，還可以提供更多星座點(diǎn)映射方式的選擇，以便搜索最佳的星座點(diǎn)映射方式，達(dá)到與外碼匹配的效果。衰落信道下分集階數(shù)的提高能夠增大信道容量，比特交織提高分集階數(shù)主要表現(xiàn)在信道編解碼模塊，而對應(yīng)星座映射和解映射的分集階數(shù)則受到星座圖的限制。信號空間分集(Signal Space Diversity, SSD)技術(shù)最先由J. Boutros提出，結(jié)合適當(dāng)?shù)男亲鶊D旋轉(zhuǎn)可有效地提高星座映射和解映射的分集階數(shù)。SSD技術(shù)的基本操作為將經(jīng)過星座旋轉(zhuǎn)后信號的每一維坐標(biāo)進(jìn)行交織，然后重新組合成所需維數(shù)的信號后送給后端模塊。通過坐標(biāo)交織，SSD技術(shù)使得衰落信道下原本屬于同一個(gè)符號中的各維度經(jīng)歷了獨(dú)立衰落，結(jié)合多維星座映射及其星座旋轉(zhuǎn)，可以進(jìn)一步提高系統(tǒng)的分集階數(shù)，從而獲得在衰落信道下的分集增益和容量增益。目前最為常見并得到廣泛應(yīng)用的星座圖主要有一維實(shí)數(shù)空間的PAM(Pulse Amplitude Modulation,脈沖幅度調(diào)制)，二維實(shí)數(shù)空間的 QAM(Quadrature Amplitude Modulation,正交幅度調(diào)制)、PSK(PhaseShift Keying,相移鍵控)。受星座圖形狀的約束， 其輸出均不服從高斯分布，因此星座圖約束下的信息傳輸速率與信道容量之間存在差距， 這種損失稱為taping損失。相應(yīng)地，相比QAM星座圖，使得星座圖限制下的輸出更接近高斯分布而帶來的增益稱為Siaping增益，而減小taping損失的技術(shù)被稱為Siaping技術(shù)。目前的taping技術(shù)主要包括兩類，一類是采用非等概星座映射，另一類是采用非均勻星座圖。對于采用非等概星座映射的taping技術(shù)，主要技術(shù)手段是通過^aping Code，使得低能量的星座點(diǎn)出現(xiàn)的概率大，而高能量的星座點(diǎn)出現(xiàn)的概率小，從而使得在均勻星座圖的情況下，輸出信號更接近高斯分布。對于采用非均勻星座圖的taping技術(shù)，基本思路是使星座圖中低能量的星座點(diǎn)數(shù)多而高能量的星座點(diǎn)數(shù)少，從而使得在等概映射的情況下輸出信號更接近高斯分布。這種能夠減小Siaping損失的非均勻星座圖也被稱為類高斯星座圖。綜上，現(xiàn)有的BICM-ID技術(shù)存在的缺陷如下多維類高斯星座圖構(gòu)造復(fù)雜；無法滿足低頻譜效率的需求；星座點(diǎn)映射方式受限；分集階數(shù)受到輸出符號限制；Siaping損失大。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是通過簡單地構(gòu)造多維星座圖來顯著減小系統(tǒng)的 taping損失，提高系統(tǒng)的分集階數(shù)，以獲得衰落信道下的分集增益和更高分集階數(shù)，并使得接收端的整體性能在中低頻譜效率和多種信道條件下均可逼近信道容量。( 二 )技術(shù)方案針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種多維星座圖的構(gòu)造方法，所述多維星座圖為K 維星座圖，其中K為大于2的整數(shù)，包括以下步驟S01.取M點(diǎn)二維類高斯星座圖，M為大于1的整數(shù)，所述二維類高斯星座圖表示在該星座圖限制下的信道容量高于M點(diǎn)QAM星座圖限制下的信道容量的星座圖；S02.對所述二維星座圖進(jìn)行維數(shù)擴(kuò)展，得到2L維星座圖，其中，當(dāng)K為偶數(shù)時(shí)，取 L = K/2，K為奇數(shù)時(shí)，選擇L = K;S03.對所述2L維星座圖進(jìn)行星座旋轉(zhuǎn)，得到2L維旋轉(zhuǎn)星座圖；其中，在步驟S02中，所述維數(shù)擴(kuò)展的方法是取所述二維星座圖的L次笛卡爾積， 得到的該2L維星座圖用集合的方式表示為χ (2L) = Kx1, yi; x2, j2···, xL, yL) I (X1, J1) e χ (2), (χ2, y2) e χ ⑵，…，(xL,
yL) e x (2)}，其中χ (2L)代表所述2L維星座圖，χ⑵代表所述二維星座圖，X (2L)包含M1個(gè)星座點(diǎn)，每一個(gè)星座點(diǎn)對應(yīng)一個(gè)2L維實(shí)數(shù)向量；當(dāng)K為偶數(shù)時(shí)，K = 2L，在執(zhí)行步驟S03之后直接得到K維星座圖；當(dāng)K為奇數(shù)時(shí)， K = L，在執(zhí)行所述步驟S03之后繼續(xù)執(zhí)行如下步驟S04.將所述2L維旋轉(zhuǎn)星座圖拆分為兩個(gè)K維星座圖；其中，步驟S04中，所述2L維旋轉(zhuǎn)星座圖包含#個(gè)星座點(diǎn)，每個(gè)星座點(diǎn)對應(yīng)一個(gè)觀維實(shí)數(shù)向量，拆分方法為取每個(gè)觀維實(shí)數(shù)向量的任意K維分量構(gòu)成第一K維實(shí)數(shù)向量， 取余下的K維分量構(gòu)成第二 K維實(shí)數(shù)向量，#個(gè)所述第一 K維實(shí)數(shù)向量和#個(gè)所述第二 K 維實(shí)數(shù)向量分別構(gòu)成兩個(gè)K維星座圖。本發(fā)明還提供了一種多維星座圖的構(gòu)造方法，所述多維星座圖為K維星座圖，其中K為大于1的整數(shù)，包括以下步驟
S05.取M點(diǎn)Ktl維類高斯星座圖，M為大于1的整數(shù)，Ktl為小于K的正整數(shù)，所述Ktl 維類高斯星座圖表示在該星座圖限制下的信道容量高于M點(diǎn)Ktl維PAM星座圖限制下的信道容量的星座圖；S06.對所述Ktl維星座圖進(jìn)行維數(shù)擴(kuò)展，得到KtlL維星座圖，選擇K = KtlL ；S07.對所述KtlL維星座圖進(jìn)行星座旋轉(zhuǎn)，得到K = K0L維旋轉(zhuǎn)星座圖；其中，在步驟S06中，所述維數(shù)擴(kuò)展的方法是取所述Ktl維星座圖的L次笛卡爾積， 得到的該KtlL維星座圖用集合的方式表示為Z(《。L) = {(4 )，4 ),.··,0"，義1( \x2 ),.·.，々))!(巧⑴’太^，…’^^已；^^，…，化⑷，太^’…’^；)；^；^^}，其中A^)代表所述KtlL維星座圖，々〃。)代表所述Ktl維星座圖，而包含M1個(gè)星座點(diǎn)，每一個(gè)星座點(diǎn)對應(yīng)一個(gè)KtlL維實(shí)數(shù)向量。其中，在步驟S03或S07中，所述星座旋轉(zhuǎn)的方法為使用滿秩矩陣對所述2L維或 K0L維實(shí)數(shù)向量進(jìn)行矩陣變換。其中，所述滿秩矩陣為正交矩陣。本發(fā)明還提供了一種基于上述多維星座圖的編碼調(diào)制方法，該編碼調(diào)制方法包括步驟S08.對輸入信息比特進(jìn)行信道編碼和比特交織，得到編碼與交織后的比特，稱為編碼交織比特；S09.按照所述多維星座圖和預(yù)設(shè)的星座點(diǎn)映射方式，對編碼交織比特進(jìn)行多維星座映射，得到多維星座映射符號；S10.對所述多維星座映射符號進(jìn)行坐標(biāo)組合、符號交織和維數(shù)轉(zhuǎn)換，得到編碼與調(diào)制后的符號，稱為編碼調(diào)制符號，并輸出，所述坐標(biāo)組合、符號交織和維數(shù)轉(zhuǎn)換的執(zhí)行順序任意。在步驟SlO中，所述坐標(biāo)組合是將輸入的N個(gè)K1維實(shí)數(shù)向量重新組合為輸出的N 個(gè)K1維實(shí)數(shù)向量，N和K1為大于1的整數(shù)，且N > K1，具體方法為將N個(gè)K1維實(shí)數(shù)向量每一維上所有的共NK1個(gè)實(shí)數(shù)坐標(biāo)，重新排序之后組成輸出的N個(gè)K1維實(shí)數(shù)向量，并且在坐標(biāo)組合的過程中使每一個(gè)輸入實(shí)數(shù)向量的K1維分量分散到K1個(gè)不同的輸出實(shí)數(shù)向量中。在步驟SlO中，所述符號交織是通用的K2維符號交織，其方法為，將輸入的K2維符號序列，重新排序之后，得到輸出的K2維符號序列，K2為正整數(shù)。在步驟SlO中，所述維數(shù)轉(zhuǎn)換是將輸入的Kin維實(shí)數(shù)向量轉(zhuǎn)換為K-維實(shí)數(shù)向量，具體方法為，將Nin個(gè)Kin維實(shí)數(shù)向量每一維上所有的共KinNin個(gè)實(shí)數(shù)坐標(biāo)重新組成N。ut個(gè)K。ut 維實(shí)數(shù)向量，其中，NinKin = NoutKout, Kin和K。ut均為正整數(shù)。本發(fā)明還提供了一種基于上述多維星座圖的編碼調(diào)制系統(tǒng)，該編碼調(diào)制系統(tǒng)包括編碼交織模塊，用于對輸入信息比特進(jìn)行信道編碼和比特交織，得到編碼與交織后的比特，稱為編碼交織比特；星座映射模塊，用于按照所述多維星座圖和預(yù)設(shè)的星座點(diǎn)映射方式，對編碼交織比特進(jìn)行多維星座映射，得到多維星座映射符號；
編碼調(diào)制模塊，用于對所述多維星座映射符號進(jìn)行坐標(biāo)組合、符號交織和維數(shù)轉(zhuǎn)換，得到編碼與調(diào)制后的符號，稱為編碼調(diào)制符號，并輸出，所述坐標(biāo)組合、符號交織和維數(shù)轉(zhuǎn)換的執(zhí)行順序任意。本發(fā)明還提供了一種基于上述多維星座圖的解調(diào)解碼方法，該解調(diào)解碼方法與所述編碼調(diào)制方法對應(yīng)，該解調(diào)解碼方法包括步驟Sll.設(shè)置最大迭代次數(shù)，并設(shè)置當(dāng)前迭代次數(shù)為1，初始化信道解碼反饋的解碼后的比特軟信息為零，接收外部輸入的經(jīng)過信道狀態(tài)信息校正的接收符號；S12.對所述接收符號進(jìn)行維數(shù)逆轉(zhuǎn)換、符號解交織和坐標(biāo)解組合，得到星座解映射所需的解坐標(biāo)交織符號，所述維數(shù)逆轉(zhuǎn)換、符號解交織和坐標(biāo)解組合的順序與所述編碼調(diào)制方法中步驟Sio中的維數(shù)轉(zhuǎn)換、符號交織和坐標(biāo)組合的順序相反；S13.按照所述編碼調(diào)制方法中的所述K維星座圖和預(yù)設(shè)的星座點(diǎn)映射方式，以及所述信道解碼反饋的解碼后的比特軟信息，對所述解坐標(biāo)交織符號進(jìn)行星座解映射，得到解映射后的比特軟信息，稱為解映射比特軟信息；S14.對所述解映射比特軟信息進(jìn)行比特軟信息解交織和信道解碼，得到新的解碼后的比特軟信息，將所述新的解碼后的比特軟信息經(jīng)過再交織后反饋到步驟S13中，并對所述解碼后的比特軟信息進(jìn)行判決得到輸出信息比特；S15.如果信道解碼成功或者迭代次數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)的最大迭代次數(shù)，則停止迭代，輸出信息比特，否則，迭代次數(shù)加一，返回步驟S10。本發(fā)明還提供了一種基于所述多維星座圖的解調(diào)解碼系統(tǒng)，該解調(diào)解碼系統(tǒng)包括初始化模塊，用于設(shè)置最大迭代次數(shù)，并設(shè)置當(dāng)前迭代次數(shù)為1，初始化信道解碼反饋的解碼后的比特軟信息為零，接收外部輸入的經(jīng)過信道狀態(tài)信息校正的接收符號；解坐標(biāo)交織模塊，用于對所述接收符號進(jìn)行維數(shù)逆轉(zhuǎn)換、符號解交織和坐標(biāo)解組合，得到星座解映射所需的解坐標(biāo)交織符號，所述維數(shù)逆轉(zhuǎn)換、符號解交織和坐標(biāo)解組合的順序與所述編碼調(diào)制方法中步驟Sio中的維數(shù)轉(zhuǎn)換、符號交織和坐標(biāo)組合的順序相反；星座解映射模塊，用于按照所述編碼調(diào)制方法中的K維星座圖和預(yù)設(shè)的星座點(diǎn)映射方式，以及所述信道解碼反饋的解碼后的比特軟信息，對所述解坐標(biāo)交織符號進(jìn)行星座解映射，得到解映射后的比特軟信息，稱為解映射比特軟信息；信道解碼模塊，用于對所述解映射比特軟信息進(jìn)行比特軟信息解交織和信道解碼，得到新的解碼后的比特軟信息，將所述新的解碼后的比特軟信息經(jīng)過再交織后反饋到所述星座解映射模塊中，并得到輸出信息比特；如果信道解碼成功或者迭代次數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)的最大迭代次數(shù)，則停止迭代，輸出信息比特，否則，迭代次數(shù)加一，返回星座解映射模塊繼續(xù)進(jìn)行星座解映射。(三)有益效果本發(fā)明的技術(shù)方案通過使用低維類高斯星座圖經(jīng)過維數(shù)擴(kuò)展來構(gòu)造多維類高斯星座圖，構(gòu)造方法簡單；通過使用多維類高斯星座圖，能夠在中低頻譜效率下提供更多的星座點(diǎn)映射方式以便和外碼匹配，并能顯著減小Siaping損失；發(fā)射端(編碼調(diào)制系統(tǒng))通過結(jié)合坐標(biāo)組合和符號交織，可以達(dá)到坐標(biāo)交織的目的，從而提高系統(tǒng)的分集階數(shù)，以獲得衰落信道下的分集增益；發(fā)射端通過結(jié)合坐標(biāo)交織和星座旋轉(zhuǎn)，有效地提高衰落信道下的分集階數(shù)；接收端(解調(diào)解碼系統(tǒng))采用BICM-ID迭代解調(diào)解碼方法，使得接收端的整體性能在中低頻譜效率和多種信道條件下均可逼近信道容量。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例的多維類高斯星座圖的構(gòu)造方法流程圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例的基于多維類高斯星座圖的編碼調(diào)制方法流程圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例的基于多維類高斯星座圖的解調(diào)解碼方法流程圖；圖4為現(xiàn)有技術(shù)中的規(guī)則16QAM星座圖；圖5為現(xiàn)有技術(shù)中的一種NU-16QAM星座圖；圖6為本發(fā)明實(shí)施例1的構(gòu)造方法中選擇的一種二維16APSK星座圖；圖7為利用本發(fā)明實(shí)施例1的構(gòu)造方法構(gòu)造的一種4D-16APSK星座圖的示意圖；圖8顯示了 16QAM、NU-16QAM星座圖以及利用本發(fā)明實(shí)施例1的構(gòu)造方法所得到的R4D-16APSK星座圖在AWGN信道下的最大信息傳輸率；圖9為本發(fā)明實(shí)施例2的構(gòu)造方法中選擇的一種二維8APSK星座圖；圖10為本發(fā)明實(shí)施例3的采用多維類高斯星座圖的BICM-ID發(fā)射端的編碼調(diào)制方法流程圖；圖11為本發(fā)明實(shí)施例3的采用多維類高斯星座圖的BICM-ID接收端的解調(diào)解碼方法流程圖；圖12示出了本發(fā)明實(shí)施例4的一種采用多維類高斯星座圖的BICM-ID系統(tǒng)的誤碼性能。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)說明。以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。首先需要說明的是，本發(fā)明中所指的Siaping技術(shù)屬于背景技術(shù)中所提及的“采用非均勻星座圖”這一類，但不同于傳統(tǒng)的非均勻PAM(稱為NU-PAM，其中NU代表非均勻) 星座圖，也不同于由傳統(tǒng)NU-PAM直接推廣得到的多維NU-PAM (稱為KD-NU-PAM，其中K代表維數(shù))星座圖。本發(fā)明中的星座圖為一種多維類高斯星座圖，該類高斯星座圖也就是背景技術(shù)中提到的非均勻星座圖，此星座圖較KD-NU-PAM星座圖有著更好的Siaping增益。一般情況下，很難直接構(gòu)造高taping增益的多維星座圖，而本發(fā)明的多維類高斯星座圖通過低維類高斯星座圖(如二維APSK)經(jīng)過維數(shù)擴(kuò)展和星座旋轉(zhuǎn)得到，構(gòu)造方法簡單，且有益效果顯著。如圖1所示，依照本發(fā)明實(shí)施方式的K維(K為大于2的整數(shù))類高斯星座圖的構(gòu)造方法包括步驟S01.取M點(diǎn)二維類高斯星座圖，M為大于1的整數(shù)，所述二維類高斯星座圖表示在該星座圖限制下的信道容量高于M點(diǎn)QAM星座圖限制下的信道容量的星座圖；該二維類高斯星座圖包括但不限于二維APSK星座圖。S02.對所述二維類高斯星座圖進(jìn)行維數(shù)擴(kuò)展，得到2L維星座圖，其中，當(dāng)K為偶數(shù)時(shí)，選擇L = K/2，K為奇數(shù)時(shí)，選擇L = K。
傳統(tǒng)的ID-PAM(—維脈沖幅度調(diào)制)星座圖經(jīng)過維數(shù)擴(kuò)展可以推廣得到LD-PAM(L 維脈沖幅度調(diào)制)星座圖，LD-PAM星座圖是ID-PAM星座圖的L次笛卡爾積，最為常見的例子就是將一維PAM星座圖擴(kuò)展成二維QAM星座圖，如圖4所示。由于一個(gè)復(fù)數(shù)對應(yīng)一個(gè)二維實(shí)數(shù)向量，所以，如果將二維星座圖看作一維復(fù)數(shù)星座圖，2L維星座圖看作L維復(fù)數(shù)星座圖，則所述二維星座圖到2L維星座圖的維數(shù)擴(kuò)展方式就可以看作是復(fù)數(shù)的一維星座圖到復(fù)數(shù)的L維星座圖的擴(kuò)展，其擴(kuò)展方法與ID-PAM到LD-PAM的擴(kuò)展方法一致。所述2L維星座圖是所述二維類高斯星座圖的L次笛卡爾積，用集合的方式表示為χ (2L) = Kx1, y1 x2, J2-, xL, yL) | (X1, Y1) e χ (2), (x2, y2) e χ (2), ...，(xL,
Χ (2)1
其中^㈨代表所述2L維星座圖，χ⑵代表所述二維類高斯星座圖。χ㈨包含座點(diǎn)，每一個(gè)星座點(diǎn)對應(yīng)一個(gè)2L維實(shí)數(shù)向量。 S03.對所述2L維星座圖進(jìn)行星座旋轉(zhuǎn)，得到2L維旋轉(zhuǎn)星座圖。 所述2L維星座圖可以看作是L維復(fù)數(shù)星座圖，由于它是通過一維復(fù)數(shù)星座圖直接擴(kuò)展得到的，所以每一個(gè)復(fù)數(shù)維度相互獨(dú)立，通過星座旋轉(zhuǎn)可以打破各個(gè)復(fù)數(shù)維度之間的獨(dú)立性，結(jié)合坐標(biāo)交織能夠有效地提高對應(yīng)的編碼調(diào)制系統(tǒng)在衰落信道下的分集階數(shù)。星座旋轉(zhuǎn)的方法為使用變換矩陣(即星座旋轉(zhuǎn)矩陣)R對2L維實(shí)數(shù)向量α進(jìn)行矩陣變換，得到新的2L維實(shí)數(shù)向量β，即
權(quán)利要求
1.一種多維星座圖的構(gòu)造方法，所述多維星座圖為K維星座圖，其中K為大于2的整數(shù)，其特征在于，包括以下步驟501.取M點(diǎn)二維類高斯星座圖，M為大于1的整數(shù)，所述二維類高斯星座圖表示在該星座圖限制下的信道容量高于M點(diǎn)QAM星座圖限制下的信道容量的星座圖；502.對所述二維星座圖進(jìn)行維數(shù)擴(kuò)展，得到2L維星座圖，其中，當(dāng)K為偶數(shù)時(shí)，取L= K/2，K為奇數(shù)時(shí)，選擇L = K;503.對所述2L維星座圖進(jìn)行星座旋轉(zhuǎn)，得到2L維旋轉(zhuǎn)星座圖；其中，在步驟S02中，所述維數(shù)擴(kuò)展的方法是取所述二維星座圖的L次笛卡爾積，得到的該2L維星座圖用集合的方式表示為χ (2D = (xi，yi，x2，y2...，xL，yL) I (Xi'yi) e Xca，(x2，y2) e x ca，...，(xL，yL) e xg)}，其中x (2L)代表所述2L維星座圖，χ (2)代表所述二維星座圖，χ (2L)包含M1個(gè)星座點(diǎn)， 每一個(gè)星座點(diǎn)對應(yīng)一個(gè)2L維實(shí)數(shù)向量；當(dāng)K為偶數(shù)時(shí)，K = 2L，在執(zhí)行步驟S03之后直接得到K維星座圖；當(dāng)K為奇數(shù)時(shí)，K = L，在執(zhí)行所述步驟S03之后繼續(xù)執(zhí)行如下步驟504.將所述2L維旋轉(zhuǎn)星座圖拆分為兩個(gè)K維星座圖；其中，步驟S04中，所述2L維旋轉(zhuǎn)星座圖包含#個(gè)星座點(diǎn)，每個(gè)星座點(diǎn)對應(yīng)一個(gè)I維實(shí)數(shù)向量，拆分方法為取每個(gè)觀維實(shí)數(shù)向量的任意K維分量構(gòu)成第一 K維實(shí)數(shù)向量，取余下的K維分量構(gòu)成第二 K維實(shí)數(shù)向量，#個(gè)所述第一 K維實(shí)數(shù)向量和#個(gè)所述第二 K維實(shí)數(shù)向量分別構(gòu)成兩個(gè)K維星座圖。
2.—種多維星座圖的構(gòu)造方法，所述多維星座圖為K維星座圖，其中K為大于1的整數(shù)，其特征在于，包括以下步驟505.取M點(diǎn)Ktl維類高斯星座圖，M為大于1的整數(shù)，K0為小于K的正整數(shù)，所述Ktl維類高斯星座圖表示在該星座圖限制下的信道容量高于M點(diǎn)Ktl維PAM星座圖限制下的信道容量的星座圖；506.對所述Ktl維星座圖進(jìn)行維數(shù)擴(kuò)展，得到KtlL維星座圖，選擇K= KtlL ；507.對所述KtlL維星座圖進(jìn)行星座旋轉(zhuǎn)，得到K= K0L維旋轉(zhuǎn)星座圖；其中，在步驟S06中，所述維數(shù)擴(kuò)展的方法是取所述Ktl維星座圖的L次笛卡爾積，得到的該KtlL維星座圖用集合的方式表示為X{K()L) = {( ￥ ), ),…，Χ(κΙ,. ？，Χ \X2 ),…,xU )I (X1 , X2 ,…,Xk^ ) e Z(K0),…，(xI ^xI ),·..，4。)) e %(K0) I，其中A^i)代表所述K。L維星座圖，代表所述Ktl維星座圖，；T(^i)包含M1個(gè)星座點(diǎn)，每一個(gè)星座點(diǎn)對應(yīng)一個(gè)K。L維實(shí)數(shù)向量。
3.如權(quán)利要求1或2所述的多維星座圖的構(gòu)造方法，其特征在于，在步驟S03或S07 中，所述星座旋轉(zhuǎn)的方法為使用滿秩矩陣對所述2L維或KtlL維實(shí)數(shù)向量進(jìn)行矩陣變換。
4.如權(quán)利要求3所述的多維星座圖的構(gòu)造方法，其特征在于，所述滿秩矩陣為正交矩陣。
5.一種基于權(quán)利要求1或2所述的多維星座圖的編碼調(diào)制方法，該編碼調(diào)制方法包括步驟S08.對輸入信息比特進(jìn)行信道編碼和比特交織，得到編碼與交織后的比特，稱為編碼交織比特；S09.按照所述多維星座圖和預(yù)設(shè)的星座點(diǎn)映射方式，對編碼交織比特進(jìn)行多維星座映射，得到多維星座映射符號；S10.對所述多維星座映射符號進(jìn)行坐標(biāo)組合、符號交織和維數(shù)轉(zhuǎn)換，得到編碼與調(diào)制后的符號，稱為編碼調(diào)制符號，并輸出，所述坐標(biāo)組合、符號交織和維數(shù)轉(zhuǎn)換的執(zhí)行順序任辰、O
6.如權(quán)利要求5所述的編碼調(diào)制方法，其特征在于，步驟S10中，所述坐標(biāo)組合是將輸入的N個(gè)K1維實(shí)數(shù)向量重新組合為輸出的N個(gè)K1維實(shí)數(shù)向量，N和K1為大于1的整數(shù)， 且N > K1，具體方法為將N個(gè)K1維實(shí)數(shù)向量每一維上所有的共NK1個(gè)實(shí)數(shù)坐標(biāo)，重新排序之后組成輸出的N個(gè)K1維實(shí)數(shù)向量，并且在坐標(biāo)組合的過程中使每一個(gè)輸入實(shí)數(shù)向量的K1 維分量分散到K1個(gè)不同的輸出實(shí)數(shù)向量中。
7.如權(quán)利要求6所述的編碼調(diào)制方法，其特征在于，步驟SlO中，所述符號交織是通用的K2維符號交織，其方法為，將輸入的K2維符號序列，重新排序之后，得到輸出的K2維符號序列，K2為正整數(shù)。
8.如權(quán)利要求7所述的編碼調(diào)制方法，其特征在于，步驟SlO中，所述維數(shù)轉(zhuǎn)換是將輸入的Kin維實(shí)數(shù)向量轉(zhuǎn)換為K。ut維實(shí)數(shù)向量，具體方法為，將Nin個(gè)Kin維實(shí)數(shù)向量每一維上所有的共KinNin個(gè)實(shí)數(shù)坐標(biāo)重新組成N。ut個(gè)K。ut維實(shí)數(shù)向量，其中，NinKin = NoutKout, Kin和K。ut 均為正整數(shù)。
9.一種基于權(quán)利要求1或2所述的多維星座圖的編碼調(diào)制系統(tǒng)，該編碼調(diào)制系統(tǒng)包括編碼交織模塊，用于對輸入信息比特進(jìn)行信道編碼和比特交織，得到編碼與交織后的比特，稱為編碼交織比特；星座映射模塊，用于按照所述多維星座圖和預(yù)設(shè)的星座點(diǎn)映射方式，對編碼交織比特進(jìn)行多維星座映射，得到多維星座映射符號；編碼調(diào)制模塊，用于對所述多維星座映射符號進(jìn)行坐標(biāo)組合、符號交織和維數(shù)轉(zhuǎn)換，得到編碼與調(diào)制后的符號，稱為編碼調(diào)制符號，并輸出，所述坐標(biāo)組合、符號交織和維數(shù)轉(zhuǎn)換的執(zhí)行順序任意。
10.一種基于權(quán)利要求1或2所述的多維星座圖的解調(diào)解碼方法，該解調(diào)解碼方法與權(quán)利要求5所述的編碼調(diào)制方法對應(yīng)，該解調(diào)解碼方法包括步驟S11.設(shè)置最大迭代次數(shù)，并設(shè)置當(dāng)前迭代次數(shù)為1，初始化信道解碼反饋的解碼后的比特軟信息為零，接收外部輸入的經(jīng)過信道狀態(tài)信息校正的接收符號；S12.對所述接收符號進(jìn)行維數(shù)逆轉(zhuǎn)換、符號解交織和坐標(biāo)解組合，得到星座解映射所需的解坐標(biāo)交織符號，所述維數(shù)逆轉(zhuǎn)換、符號解交織和坐標(biāo)解組合的順序與權(quán)利要求5所述的編碼調(diào)制方法中步驟SlO中的維數(shù)轉(zhuǎn)換、符號交織和坐標(biāo)組合的順序相反；S13.按照權(quán)利要求5所述的編碼調(diào)制方法中的所述K維星座圖和預(yù)設(shè)的星座點(diǎn)映射方式，以及所述信道解碼反饋的解碼后的比特軟信息，對所述解坐標(biāo)交織符號進(jìn)行星座解映射，得到解映射后的比特軟信息，稱為解映射比特軟信息；S14.對所述解映射比特軟信息進(jìn)行比特軟信息解交織和信道解碼，得到新的解碼后的比特軟信息，將所述新的解碼后的比特軟信息經(jīng)過再交織后反饋到步驟S13中，并對所述解碼后的比特軟信息進(jìn)行判決得到輸出信息比特；S15.如果信道解碼成功或者迭代次數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)的最大迭代次數(shù)，則停止迭代，輸出信息比特，否則，迭代次數(shù)加一，返回步驟S10。
11. 一種基于權(quán)利要求1或2所述的多維星座圖的解調(diào)解碼系統(tǒng)，該解調(diào)解碼系統(tǒng)包括初始化模塊，用于設(shè)置最大迭代次數(shù)，并設(shè)置當(dāng)前迭代次數(shù)為1，初始化信道解碼反饋的解碼后的比特軟信息為零，接收外部輸入的經(jīng)過信道狀態(tài)信息校正的接收符號；解坐標(biāo)交織模塊，用于對所述接收符號進(jìn)行維數(shù)逆轉(zhuǎn)換、符號解交織和坐標(biāo)解組合，得到星座解映射所需的解坐標(biāo)交織符號，所述維數(shù)逆轉(zhuǎn)換、符號解交織和坐標(biāo)解組合的順序與權(quán)利要求5所述的編碼調(diào)制方法中步驟SlO中的維數(shù)轉(zhuǎn)換、符號交織和坐標(biāo)組合的順序相反；星座解映射模塊，用于按照權(quán)利要求5所述的編碼調(diào)制方法中的所述K維星座圖和預(yù)設(shè)的星座點(diǎn)映射方式，以及所述信道解碼反饋的解碼后的比特軟信息，對所述解坐標(biāo)交織符號進(jìn)行星座解映射，得到解映射后的比特軟信息，稱為解映射比特軟信息；信道解碼模塊，用于對所述解映射比特軟信息進(jìn)行比特軟信息解交織和信道解碼，得到新的解碼后的比特軟信息，將所述新的解碼后的比特軟信息經(jīng)過再交織后反饋到所述星座解映射模塊中，并得到輸出信息比特；如果信道解碼成功或者迭代次數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)的最大迭代次數(shù)，則停止迭代，輸出信息比特，否則，迭代次數(shù)加一，返回星座解映射模塊繼續(xù)進(jìn)行星座解映射。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多維星座圖的構(gòu)造方法以及基于該星座圖的編碼調(diào)制系統(tǒng)和解調(diào)解碼系統(tǒng)。所述多維星座圖為K維星座圖，所述構(gòu)造方法包括步驟取M點(diǎn)K0＜K維星座圖；對所述K0維星座圖進(jìn)行維數(shù)擴(kuò)展，得到K0L維星座圖；對所述K0L維星座圖進(jìn)行星座旋轉(zhuǎn)，得到K0L維旋轉(zhuǎn)星座圖；從K0L維旋轉(zhuǎn)星座圖得到K維星座圖。本發(fā)明的構(gòu)造方法簡單；使用多維星座圖的系統(tǒng)能顯著減小Shaping損失、提高系統(tǒng)的分集階數(shù)，以獲得衰落信道下的分集增益；使用該構(gòu)造方法的接收端的整體性能在中低頻譜效率和多種信道條件下均可逼近信道容量。
文檔編號H04L27/34GK102244556SQ201010174538
公開日2011年11月16日 申請日期2010年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月11日
發(fā)明者宋健, 彭克武, 楊昉, 程濤, 陽輝 申請人:清華大學(xué)