不等概高阶星座点设计方法与解映射方法技术

本发明专利技术属于高速卫星通信编码调制技术领域，为提出一种不等概高阶星座点设计方法与解映射方法，该方法在高功率放大器引起的非线性失真条件下可获得良好的错误性能，本发明专利技术采取的技术方案是，不等概高阶星座点设计方法与解映射方法，步骤如下：基于64阶正交幅度调制QAM方形星座图设计用S表示的二维信号星座与每个信号点出现的概率；完成不等概符号到不等概星座点的映射，成型滤波并上变频，完成信号发送；接收端首先对接收信号匹配滤波并下采样，非线性解映射后，依据一一映射原则，直接得到4比特符号

Design Method and Mapping Method for Constellation Points of Unequal Almost Higher Order

【技术实现步骤摘要】
不等概高阶星座点设计方法与解映射方法
本专利技术属于高速卫星通信编码调制
，具体涉及一种非线性信道下实现高阶调制信号星座的非等概映星座点设计方法与解映射方法。
技术介绍
空间应用中，图像遥感、激光雷达等产生的数据量不断增长，数据传输的数据带宽也要求不断增长。针对这一问题，采用高阶调制提高频谱利用率，逐渐成为未来卫星数据传输发展的必然要求。但是，高阶调制信号的包络起伏较大，对星载功率放大器的非线性比较敏感。为充分提高卫星功率的利用效率，卫星信道中的高功率放大器一般工作在饱和点附近，因而会带来较大的非线性失真，尤其是幅度大的信号点失真更为严重。为降低卫星非线性失真的影响，将调制符号映射到星座的信号点上也成为一个重要研究内容。已经提出的星座映射的优化主要分为几何优化和概率优化两种。星座点几何优化包括对星座图形状、星座点位置、星座点间隔等优化；概率优化的基本原理是对星座点概率的非均匀设计，从而降低发射功率或者获得性能增益。星座点非均匀概率分布可通过在信号空间叠加的方法来实现，也可利用成型码使能量较低的信号被使用得概率大于能量较高的信号。有研究者利用一个成型编码器使得输出为0的概率高于输出为1的概率，从而实现不等概率映射，或者通过调整星座点并使用不等间隔信号星座点优化概率分布。也有研究者通过在比特上进行概率成型来获得逼近香农容量限的性能。
技术实现思路
为克服现有技术的不足，本专利技术旨在提出一种不等概高阶星座点设计方法与解映射方法，该方法在高功率放大器引起的非线性失真条件下可获得良好的错误性能。为此，本专利技术采取的技术方案是，不等概高阶星座点设计方法与解映射方法，步骤如下：(1)基于64阶正交幅度调制QAM方形星座图设计用S表示的二维信号星座与每个信号点出现的概率，即设计每个信号点的三个变量，I/Q分量的坐标与该信号点的出现概率pn，n＝0,1…63，确定不同幅度等级星座点非均匀的参考概率分布方案，九种幅度等级星座点出现概率从内到外分别为1/32、1/32、1/32、3/128、1/64、1/96、1/128、0、0；(2)信道编码后的码字采用非线性映射实现特定的4比特到6比特非线性映射，实现码字中0和1的非均匀化，然后将每个6比特符号拆分成两个3比特为基本单元作为子符号，并按照子符号随机交织，交织后可以进一步组合得到概率分布不均匀的6比特符号，最后完成不等概符号到不等概星座点的映射，成型滤波并上变频，完成信号发送；(3)接收端首先对接收信号匹配滤波并下采样，计算得到6比特符号的符号概率，i＝0,1…N-1，N表示总符号数；然后，根据的两个子符号组成通过计算边缘概率得到各自的子符号概率；进一步，与发送端的交织重组进行逆处理，将两个子符号的概率相乘得到原始符号的符号概率，j＝0,1…N-1；非线性解映射后，依据一一映射原则，直接得到4比特符号的概率；最后，将的概率信息送入多进制编码或者二进制码的译码器进行译码。所述基于64QAM方形星座图设计用S表示的二维信号星座与每个信号点出现的概率，即设计每个信号点的三个变量，I/Q分量的坐标与该信号点的出现概率pn，n＝0,1…63，设计不同幅度等级星座点非均匀的参考概率分布方案，九种幅度等级星座点出现概率从内到外分别为1/32、1/32、1/32、3/128、1/64、1/96、1/128、0、0，具体的步骤为：(1.1)选取64QAM方形星座图作为星座图原图设计星座点的位置及出现概率；(1.2)设计不同幅度等级星座点非均匀的参考概率分布方案，九种不同幅度等级星座点出现概率从内到外分别为1/32、1/32、1/32、3/128、1/64、1/96、1/128、0、0。所述信道编码后的码字采用非线性映射实现4比特到6比特的映射，实现码字中0和1的非均匀化，然后将6比特符号拆分成两个3比特为基本单元作为子符号并随机交织，在交织后进一步组合为概率分布不均匀的6比特符号，最后完成信号到星座点的映射、成型滤波并实现上变频，完成信号的发送，具体的步骤为：(2.1)从64个6比特符号中选出16个符号作为非线性映射符号集，给出4比特符号到6比特符号的非线性映射关系，将4比特和6比特符号均采用十进制表示，4比特对应的0到15分别一一映射为6比特对应的0、1、11、3、4、29、15、31、32、33、43、35、36、61、62、63，这里，每个4比特符号与6比特符号的概率均为1/16；(2.2)将非线性映射后的6比特符号拆分为两个3比特子符号，将子符号用十进制表示为0到7，则得到的3比特子符号的对应概率分别为：0.1875、0.125、0、0.1875、0.1875、0.09375、0.03125、0.1875；(2.3)将子符号作为基本单元送入子符号交织器进行交织，交织器采用具有随机性的分组交织器；(2.4)将交织后的3比特子符号两两组合，得到多种概率等级的6比特映射符号，其概率分布近似满足步骤(1)中的星座点非均匀概率分布；(2.5)将重组的6比特符号按照对应的设计概率分布映射到64QAM星座图的星座点上；(2.6)对调制后的信号进行上采样以及成型滤波等处理后送入信道。所述接收端首先对接收信号匹配滤波并下采样，计算得到6比特符号的符号概率，i＝0,1…N-1，N表示总符号数；然后将用子符号表示为通过计算边缘概率得到各自的子符号概率；进一步，对应发送端的交织重组进行逆处理，将两个子符号的概率相乘得到的符号概率，j＝0,1…N-1；非线性解映射后，由于一一映射的关系，可直接得到4比特符号的符号概率；最后，将的软信息送入译码器进行译码，具体的步骤为：(3.1)对接收信号完成匹配滤波并进行下采样得到N表示总符号数；(3.2)根据不等概星座图计算6比特符号的符号概率，用sn表示星座图S上的星座点，n＝0,1…63，并且假设噪声为高斯白噪声，其方差为σ2，则若噪声为其它分布，则直接计算(3.3)考虑到可以用子符号表示进而计算3比特子符号的概率，的概率根据下列公式计算得到其中，子符号取值范围c＝0,1,…,7，P(sn)为所实现不等概星座点对应的先验概率；(3.4)对应发送端交织重组进行逆处理，将两个子符号的概率相乘得到的符号概率，j＝0,1,…,N-1，χm(m＝0,1…15)为非线性映射集，用子符号表示为χm＝(cL,cR)，其中，0≤L,R≤7，则符号的概率表示为(3.5)由非线性解映射，即6比特符号一一逆映射对应4比特符号得到符号的概率(3.6)信道编码若为阶数为16进制的多进制编码，直接将上述概率赋给符号概率；若信道编码为二进制编码，则计算每一个比特的概率，k＝0,…,3，用公式表示为其中，C＝0,1，为χm非线性解映射对应4比特符号的二进制表示；将的比特软信息送入信道译码器完成初始化进行译码。本专利技术的特点及有益效果是：本专利技术的不等概星座点的整体错误性能优越。针对卫星非线性信道，在高阶正交幅度调制星座的基础之上，专利技术一种不等概高阶星座点设计方法与解映射方法。与传统均匀概率分布方案相比，提出的方案在功率放大器工作在饱和区及其附近时，具有更好的错误性能。附图说明：图1为非线性信道不等概高阶星座点设计方法与解映射方法的系统框图；图2是发送端非等概符号设计的流程图；图3为非线性映射关系示本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种不等概高阶星座点设计方法与解映射方法，其特征是，步骤如下：(1)基于64阶正交幅度调制QAM方形星座图设计用S表示的二维信号星座与每个信号点出现的概率，即设计每个信号点的三个变量，I/Q分量的坐标

【技术特征摘要】
1.一种不等概高阶星座点设计方法与解映射方法，其特征是，步骤如下：(1)基于64阶正交幅度调制QAM方形星座图设计用S表示的二维信号星座与每个信号点出现的概率，即设计每个信号点的三个变量，I/Q分量的坐标与该信号点的出现概率pn，n＝0,1...63，确定不同幅度等级星座点非均匀的参考概率分布方案，九种幅度等级星座点出现概率从内到外分别为1/32、1/32、1/32、3/128、1/64、1/96、1/128、0、0；(2)信道编码后的码字采用非线性映射实现特定的4比特到6比特非线性映射，实现码字中0和1的非均匀化，然后将每个6比特符号拆分成两个3比特为基本单元作为子符号，并按照子符号随机交织，交织后可以进一步组合得到概率分布不均匀的6比特符号，最后完成不等概符号到不等概星座点的映射，成型滤波并上变频，完成信号发送；(3)接收端首先对接收信号匹配滤波并下采样，计算得到6比特符号的符号概率，i＝0,1...N-1，N表示总符号数；然后，根据的两个子符号组成通过计算边缘概率得到各自的子符号概率；进一步，与发送端的交织重组进行逆处理，将两个子符号的概率相乘得到原始符号的符号概率，j＝0,1...N-1；非线性解映射后，依据一一映射原则，直接得到4比特符号的概率；最后，将的概率信息送入多进制编码或者二进制码的译码器进行译码。2.如权利要求1所述的不等概高阶星座点设计方法与解映射方法，其特征是，所述基于64QAM方形星座图设计用S表示的二维信号星座与每个信号点出现的概率，即设计每个信号点的三个变量，I/Q分量的坐标与该信号点的出现概率pn，n＝0,1...63，设计不同幅度等级星座点非均匀的参考概率分布方案，九种幅度等级星座点出现概率从内到外分别为1/32、1/32、1/32、3/128、1/64、1/96、1/128、0、0，具体的步骤为：(1.1)选取64QAM方形星座图作为星座图原图设计星座点的位置及出现概率；(1.2)设计不同幅度等级星座点非均匀的参考概率分布方案，九种不同幅度等级星座点出现概率从内到外分别为1/32、1/32、1/32、3/128、1/64、1/96、1/128、0、0。3.如权利要求1所述的不等概高阶星座点设计方法与解映射方法，其特征是，所述信道编码后的码字采用非线性映射实现4比特到6比特的映射，实现码字中0和1的非均匀化，然后将6比特符号拆分成两个3比特为基本单元作为子符号并随机交织，在交织后进一步组合为概率分布不均匀的6比特符号，最后完成信号到星座点的映射、成型滤波并实现上变频，完成信号的发送，具体的步骤为：(2.1)从64个6比特符号中选出16个符号作为非线性映射符号集，给出4比特符号到6...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈为刚，彭昱，韩昌彩，杨晋生，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12