一种基于Nested Lattice Code的降低RCM星座峰均比的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于Nested Lattice Code的降低RCM星座峰均比的方法。这种方法减少了原来幅度高的星座点幅度，增加了所有星座点的平均幅度值，从而降低了整个星座的峰均比。该方案包括以下步骤：(1)RCM编码；(2)IQ信号调制；(3)将正方形星座图变换为六边形星座图z’；(4)基于Nested Lattice对六边形星座图z’的星座点进行编码；(5)经过AWGN信道；(6)解码器对接收信号进行Lattice解码，

【技术实现步骤摘要】
一种基于NestedLatticeCode的降低RCM星座峰均比的方法
本专利技术涉及一种在无线通信领域中降低星座图PARP(peak-to-averagepowerratio，峰值平均功率比)的方法，尤其是一种基于NestedLatticeCode的降低RCM(RateCompatibleModulation，速率自适应调制)星座PARP的方法。
技术介绍
随着无线技术的发展，无线链路已普遍部署在信息通信网络的最后一跳，由无线接入点完成最后的传输。通常，首先对数据进行信道编码保护，然后通过数字调制技术发送射频信号。每种信道编码和调制方式都具有一定的纠错能力。如果在纠错能力范围内，接收端可以从射频信号中恢复数据，否则，数据将丢失。因此，对于一个选定的信道编码和调制组合，传输能否成功取决于信道条件，包括信道增益和信道噪声。无线链路中，多径效应以及运动导致的多普勒效应使得信道条件是时变的。选择最低码率的信道编码和最低速率的调制可以保证在时变信道上传输的稳定性，但很明显会降低通信的效率。为了提高效率，单播系统通常需要引入链路自适应技术，即编码和调制的选择随着信道条件的变化而调整。链路自适应技术是根据时变信道条件自适应地调整调制、信道编码、功率和其它协议参数的一种技术。传统的编码调制和链路自适应技术存在以下缺点：(1)需要信道反馈：接收端信道估计的准确性很难保证；反馈不可避免的存在延时，发送端根据过时的信道状态决定编码调制方式；反馈传输的可靠性无法保证。(2)自适应调整的颗粒度较大：AMC(AdaptiveModulationandCoding，自适应编码调制)方案往往采用少数几种码率和调制方式组合，形成十多种编码调制方案，因此其频谱效率由于粗颗粒度呈现台阶状；HARQ(hybridautomaticrepeatrequest，混合自动重传)由于需要减少反馈次数也采用少数几种码率。(3)高阶编码调制频谱效率尚待优化：目前逼近香农极限的效果都是在BPSK/QPSK下实现的，在高阶调制16QAM/64QAM下的编码调制性能离香农极限尚有距离。目前的方案也没有考虑Shaping增益。综上所述，现有的链路自适应技术和编码调制方案尚有明显的提高空间。基于无速率联合编码调制的链路自适应方法应运而生，其工作原理是发送端连续不断的发送调制信息，接收端每收到一定数量的新的数据后进行所有接收数据的解调。随着接收的数据越多，则累积的信息熵越大，其频谱效率几乎是连续地在提高，克服了传统链路自适应的缺陷。最新提出的RCM编码方案能够达到较高的谱效率，但由于RCM星座是一个稠密的矩形星座，调制信号存在峰均比高的问题，限制了其在实际通信系统中的应用。
技术实现思路
本专利技术提供一种基于NestedLatticeCode的降低RCM星座峰均比的方法，通过这种方法使得调制星座发射信号的峰均比有效降低，而解调性能损失不大，对整个系统的修改不大。本专利技术通过以下技术方案来实现，概括的说，本专利技术基于NestedLatticeCode的Shaping方案，提出一种降低PARP的方案，思路为：通过二维平面星座点的几何变换，将矩形星座变换成六边形星座后，进一步进行编码。这样一来，减少了原来幅度高的星座点幅度，增加了所有星座点的平均幅度值，从而降低了整个星座的峰均比。附图说明图1为基于RCM码的通信系统示意图(现有技术)；图2为本专利技术的降低峰均比的通信系统示意图；图3为本专利技术的NestedLattice的基本Voronoi域示意图；图4为本专利技术的NestedLattice的拓展Voronoi域示意图；图5为本专利技术的NestedLattice的详细编码示意图；图6为本专利技术的示例对应的原始星座图；图7为本专利技术的示例对应的六边形变换星座图。具体实施方式结合附图，阐述本专利技术技术方案。现有技术中，本领域RCM编译码过程如图1所示，涉及的主要步骤有：1.1)构造RCM的编码映射矩阵G，要求G中的每一行都是规则的，即，每一行都具有相同数量的非零元素，且这些元素取自一个固定的权重集合{±1,±2,±4,±4}，G的大小为M×N；1.2)给定二进制列向量b＝{bi,i＝1,2,…,N}，通过编码公式u＝G·b，得到u向量；1.3)将两个相邻的符号按公式u2k-1+j.u2k(k＝1,…,N/2)组成一个调制信号。由于采用了权重集合{±1,±2,±4,±4}，信号的幅度范围是从-11d到11d并且服从几何分布。其中d是能量归一化常数，它同时表示了星座图中两点之间的距离。为了充分利用星座图平面，即同相位I和正交相位Q，每两个连续生成的符号构成了一个调制信号：u2k-1+j.u2k(k＝1,…,N/2)，得到星座图z，大小为23×23QAM；1.4)经过AWGN信道后，接收端将接收到的复信号zn进行软解调，即分别提取zn的实部和虚部，得到1.5)最后采用置信传播(BeliefPropagation，BP)算法框架进行译码。本专利技术基于NestedLatticeCode的降低RCM星座峰均比的方法是在上述现有技术方法的基础上，增加了星座图六边形变换和NestedLatticeCode编码，如图2所示，涉及如下步骤：2.1)基于经典的生成NestedLatticeCode的“构造方法A”方法，我们将正方形星座图z与线性变换矩阵B相乘，得到正六边形结构的星座图z’。因为23×23QAM的星座图过于稠密，我们采用简化版本的图3来说明对星座图进行NestedLattice编码的具体步骤，图中黑色小圆点·表示变换z’中的星座点，⊙表示整个星座图z’的中心。根据NestedLattice编码原理，我们将图3扩展为图4所示结构。图4中以⊙为中心的大六边形区域对应NestedLatticeCode中粗latticeΛ的Voronoi域v，以·为中心的小六边形区域对应NestedLatticeCode中细latticeΛI的Voronoi域vI。同时我们规定，以A1为中心的LatticeΛ的Voronoi域为基本Voronoi域；2.2)对z’进行NestedLattice编码，具体包括如下步骤：2.2.1)为使输入信号有意的随机化，我们引入抖动向量。抖动向量U是一个LatticeΛ的基本Voronoi域v中均匀分布的随机向量，且发送端与接收端都已知；2.2.2)量化函数QΛ(x)表示将x量化到最近的一个Lattice点，模LatticeΛ运算[x]modΛ返回量化误差x-QΛ(x)。如图5所示，已知当前发射向量为c(z’中的某个星座点)，将当前产生的随机向量U作为抖动向量。首先，将发射向量c减去抖动向量U，但是[c-U]向量已超出LatticeΛ的基本Voronoi域，所以需要通过对粗LatticeΛ取模以限制发射功率，由此得到编码器的输出X：X＝[c-U]modΛ如图4所示，经过取模运算后，X向量位于以A1为中心的LatticeΛ的Voronoi域中，而非LatticeΛ的基本Voronoi域中，但是向量的大小被限制在了LatticeΛ的Voronoi域中了。2.2.3)编码器的输出X经过AWGN(AdditiveWhiteGaussianNoise，加性高斯白噪声)信道。2.2.4)解码器对接本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于Nested Lattice Code的降低RCM星座峰均比的方法，其特征在于，该方法包括：(1)RCM编码，给定二进制列向量b＝{bi,i＝1,2,…,N}和随机映射矩阵G，用公式u＝G·b进行编码，得到u；(2)调制，将两个相邻的符号按公式u2k‑1+j.u2k(k＝1,…,N/2)组成一个调制信号，得到z；(3)将正方形星座图z进行六边形正变换，得到六边形星座图z’；(4)基于Nested Lattice对六边形星座图z’的星座点进行编码；(5)经过AWGN信道；(6)解码器对接收信号进行NestedLattice解码，解码公式为：

【技术特征摘要】
1.一种基于NestedLatticeCode的降低RCM星座峰均比的方法，其特征在于，该方法包括：(1)RCM编码，给定二进制列向量b＝{bi,i＝1,2,…,N}和随机映射矩阵G，用公式u＝G·b进行编码，得到u；(2)调制，将两个相邻的符号按公式u2k-1+j.u2k(k＝1,…,N/2)组成一个调制信号，得到z；(3)将正方形星座图z进行六边形正变换，得到六边形星座图z’；(4)基于NestedLattice对六边形星座图z’的星座点进行编码；(5)...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴俊，李莹，王睿，张冬冬，任浩琪，张志峰，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海,31