基于对数似然比门限的高阶QAM调制符号的自适应解调方法技术

本发明专利技术公开了一种基于对数似然比门限的高阶QAM调制符号的自适应解调方法，发送端采用固定阶数的高阶方形QAM调制和无率纠错编码，接收端计算接收符号中每个比特的对数似然比绝对值，然后将对数似然比绝对值与预设对数似然比门限值相比较，大于该预设对数似然比门限值的比特解调，否则删除。给出了在无率纠错编码的译码器输入码字长度固定的情况下，达到要求的译码误码性能时，对数似然比解调门限的计算方法。本发明专利技术中调制的阶数不受限制，只要是方型QAM星座均可适用，可在发送端不调整纠错编码和调制方案的情况下，使频谱效率随信道条件的变化而变化，充分利用信道的传输能力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于信息通信领域中发送端固定调制和编码方法，接收端综合考虑信道编码的译码环节，根据当前信道条件调整对数似然比解调门限进行接收符号的自适应解调，实现速率自适应调整。
技术介绍
自适应编码调制(AdaptiveModulationandCoding,AMC)技术是通信系统中的链路自适应技术之一，虽然此技术能够适应信道特性波动，提高频谱利用率，但是反馈的开销较大，反馈控制的复杂度高，同时由于反馈时延带来的信道状态信息误差可能导致AMC设置出现偏差。对于信道快速变化的无线通信系统，这个问题更为突出。另外一种链路自适应方式是在接收端采用自适应解调(AdaptiveDemodulation,ADM)方案。在ADM系统中，发送端一般固定调制和编码方式。相比于AMC方案，ADM方案不需要反馈信道状态信息，降低了反馈开销，能更快地跟踪信道的变化，同时实现的复杂度也更低。ADM中由于存在解调器对比特的随机删除，一般需要结合无率编码使用。无率码(Ratelesscodes)是一种特殊的信道编码，故名思议就是码率不固定的编码。与传统固定码率的信道编码不同，无率码的编码器能够源源不断地产生编码符号，直到接收端译码成功并反馈确认信息为止，最终的码率是由译码器来确定的。率码固有的随机性和信道自适应特性，特别适合应用于时变的无线信道中。如与自适应解调方案结合使用，可很好地实现高效、可靠的信息传输。目前的自适应解调算法主要就可归纳为两大类，一类是文献[BrownJD,PASUPATHYS.Adaptivedemodulationusingratelesserasurecodes[J].IEEETransactionsonCommunications,2006,54(9):1574-1585]中根据调制阶数和解调比特数划分判决区域，另一类是文献[TURKK,FANPY.Adaptivedemodulationusingratelesscodesbasedonmaximumaposterioriprobability[J].IEEECommunicationsLetters,2012,16(8):1284-1287]]中预设解调门限，根据接收比特的对数似然比(Log-LikelihoodRatio,LLR)绝对值确定是否解调。第一类方法需要判断每个接收符号所在的区域来确定解调的比特，解调时计算复杂度较高，特别是采用高阶调制星座时，且已有文献未给出采用16以上阶数的调制时决策区域的划定方案；第二类方法则需要计算得到预设解调门限，该方法虽然解调时复杂度较低，但相关文献中均仅给出了调制阶数最高为16时的解调门限的计算方法，更高阶调制时则没有门限计算方案，限制了高阶调制星座的使用，相应也就限制了适应信道变化的能力。另一方面，这两种ADM的相关文献中，都没有结合无率编码进行ADM方案的设计和性能分析的研究。相关文献中误码性能的分析均是针对解调时进行硬判决后的误码性能，解调区域和解调门限也是根据硬判决解调的误码性能要求进行划分和设置。实际上，ADM必须结合无率编码使用，无率码译码采用的是软判决译码，要求解调必须采用软判决解调，而无率码译码后的误码性能才是系统最终的误码性能。因此，针对译码后的误码性能进行自适应解调方案的设计才具有真正的实际意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于结合无率纠错码，给出一种高阶方型QAM调制下基于对数似然比门限的自适应解调方法，该方法的接收端综合考虑信道编码的译码环节，根据当前信道条件调整对数似然比解调门限，实现速率自适应调整的方法。为了实现上述目的本专利技术采用如下技术方案：基于对数似然比门限的高阶QAM调制符号的自适应解调方法，包括以下步骤：发送端采用固定阶数的高阶方形QAM调制和无率纠错编码，接收端计算接收符号中每个比特的对数似然比绝对值，然后将对数似然比绝对值与预设对数似然比门限值相比较，大于该预设对数似然比门限值的比特解调，否则删除。上述方案中，所述对数似然比由以下公式计算：其中表示接收符号的对数似然比，表示噪声的单边功率谱密度，M表示QAM的调制阶数，和分别表示星座图中对应第i比特为0和1的所有星座点的集合，和分别表示接收符号的同相分量和正交分量，sI,j和sQ,j分别表示第j个星座点调制符号sj的同相分量和正交分量。进一步，所述预设的对数似然比门限值根据以下步骤确定：（1）根据所采用的无率纠错编码的性能，以及根据译码复杂度约束而设定的译码码字长度，确定达到期望的译码误码性能时，进入译码器的平均比特互信息。（2）根据步骤(1)中所述的平均比特互信息，按照平均比特互信息与比特解调比例的关系，得出不同信噪比下的解调比例。（3）根据步骤(2)中得到的不同信噪比下的解调比例，进一步确定不同信噪比下的对数似然比门限值。上述方案还根据所述不同信噪比下的对数似然比门限值制作为一个表格，在通信过程中，接收端根据当前的信噪比查表确定对数似然比门限值。具体地，调整所述对数似然比门限值可进行比特解调比例和解调后的平均比特互信息的连续调整，在信噪比变化时，使解调后的平均比特互信息保持不变，从而在固定的译码码字长度下保持一致的译码误码性能。在本专利技术的具体实施例中，所述发送端的高阶方形QAM采用方型M-QAM调制，方型M-QAM调制可等效为两个相互正交的阶的脉冲幅度调制，同相分量和正交分量携带相同数量的信息比特。本专利技术的方案中所述接收端还具有译码过程，当解调器输出的比特长度达到设定的译码码字长度时，无率码的译码器即开始译码，且进入无率码译码器的为比特的对数似然比。本专利技术的方案中的删除的规则是，当接收符号的同相分量值位于比特bi的删除区域时，比特bi将被删除，此时比特bi条件下的接收符号同相分量的概率密度函数就退化为无条件概率密度函数；否则，bi未删除时接收符号同相分量的概率密度函数则为原来的条件概率密度函数；根据删除后的概率密度函数计算比特的互信息；对于正交分量同理。更进一步，所述删除区域由以下方式确定，对数似然比绝对值通过|L(bi)|=Lt计算得到交点，L(bi)表示对数似然比，Lt表示对数似然比门限值，根据交点确定对数似然比小于对数似然比门限值的区域为删除区域。本专利技术优点：（1）相比较由发送端实现的自适应解调系统，本专利技术中的自适应解调方法中，发送端的调制和编码方案可固定，发送端的实现复杂度明显降低，同时也避免了信道状态信息的反馈，不仅降低了系统复杂度和反馈开销，还避免了信道信息反馈的延时带来的信道状态信息滞后和不准确问题；（2）相比较现有的自适应解调方案，本专利技术中使用的QAM星座的阶数不受限制；（3）本专利技术的方案设计和性能分析中纳入了无率纠错码的译码环节，解调采用软判决解调，解调门限是从互信息分析的角度，根据无率码译码后的误码性能要求进行设置；（4）本专利技术中不同信噪比时的LLR解调门限值只需要计算一次，可以表格的方式存储起来，通信过程中，只需要查表获得相应的参数即可，解调时只需要计算各比特的对数似然比，计算复杂度低，与常规解调方式相当；（5）本专利技术可在发送端不调整编码和调制方案的情况下，使频谱效率随信道条件的变化而变化，充分利用信道的传输能力。附图说明图1为256-QAM格雷映射星座图；图2为Es/N0为6dB和12d本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于对数似然比门限的高阶QAM调制符号的自适应解调方法，其特征在于：发送端采用固定阶数的高阶方形QAM调制和无率纠错编码，接收端计算接收符号中每个比特的对数似然比绝对值，然后将对数似然比绝对值与预设对数似然比门限值相比较，大于该预设对数似然比门限值的比特解调，否则删除。

【技术特征摘要】
1.基于对数似然比门限的高阶QAM调制符号的自适应解调方法，其特征在于：发送端采用固定阶数的高阶方形QAM调制和无率纠错编码，接收端计算接收符号中每个比特的对数似然比绝对值，然后将对数似然比绝对值与预设对数似然比门限值相比较，大于该预设对数似然比门限值的比特解调，否则删除。2.根据权利要求1所述基于对数似然比门限的高阶QAM调制符号的自适应解调方法，其特征在于：所述对数似然比由以下公式计算：其中表示接收符号的对数似然比，表示噪声的单边功率谱密度，M表示QAM的调制阶数，和分别表示星座图中对应第i比特为0和1的所有星座点的集合，和分别表示接收符号的同相分量和正交分量，sI,j和sQ,j分别表示第j个星座点调制符号sj的同相分量和正交分量。3.根据权利要求1所述基于对数似然比门限的高阶QAM调制符号的自适应解调方法，其特征在于：所述预设的对数似然比门限值根据以下步骤确定：（1）根据所采用的无率纠错编码的性能，以及根据译码复杂度约束而设定的译码码字长度，确定达到期望的译码误码性能时，进入译码器的平均比特互信息；（2）根据步骤(1)中所述的平均比特互信息，按照平均比特互信息与比特解调比例的关系，得出不同信噪比下的解调比例；（3）根据步骤(2)中得到的不同信噪比下的解调比例，进一步确定不同信噪比下的对数似然比门限值。4.根据权利要求3所述基于对数似然比门限的高阶QAM调制符号的自适应解调方法，其特征在于：根据所述不同信噪比下的对数似然比门限值制作为一个表格，在通信过程中，接收端根据当前的信噪比查表确定对数似然比门限值。5.根据权利要求3或4所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋海娜，雷维嘉，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50