一种基于16进制8-8星座图映射的数字通信方法技术

本发明专利技术公开了一种基于16进制8‑8星座图映射的数字通信方法，涉及无线测控通信技术领域。本发明专利技术的通信方法，设计了一种16APSK信号星座图，该星座图设计为内圈8个星座点，外圈8个星座点，采用差分编码方式进行星座图相位映射，采用幅度调制进行星座图幅度映射，解调端采用幅值映射和差分相位映射方法进行解调判决。本发明专利技术可在数十微秒生存时间内，确保突发大容量爆轰数据的传输。提出的新型16APSK（8‑8星座图）遥测信号具有带宽效率高、能量效率高、适合高码突发率数据传输等特点，是一种可实现快速同步与低复杂度接收解调的新型遥测体制。

【技术实现步骤摘要】
一种基于16进制8-8星座图映射的数字通信方法
本专利技术涉及无线测控通信
，更具体地说涉及一种基于16进制8-8星座图映射的数字通信方法。
技术介绍
爆轰数据测量环境为一个大动态、极短生存时间、平台空间及功率极度受限的无线环境，此条件下实现高码率遥测将面临如下一系列的问题：1.遥测分配S频段，可用带宽200Mhz，频谱资源有限，需选择高频谱效率的高阶调制体制；2.调制阶数的提高和码率的提升，会降低系统灵敏度，为保证作用距离，须增加能量消耗，而爆轰平台空间受限，须提高功率效率，爆轰无线发射场景需要综合权衡频谱效率与功率效率；3.爆轰无线突发数据接收，需具备低时延高可靠接收解调能力，极短时间内大容量突发数据的可靠传输，需要低时延、高可靠的无线接收技术。目前常用遥测信号体制主要包括：PCM/FM(脉冲编码调制/调频)、PPK(脉冲位置键控)、QPSK(四进制相移键控)、16QAM(十六进制正交幅度调制)、16APSK(4-12)(4-12星座图的十六进制幅度相移键控)和64QAM(六十四进制正交幅度调制)。上述遥测体制在频谱效率、接收机灵敏度、信号峰均比、系统复杂度及同步时间方面各有优缺点。但均不适用于突发大容量遥测通信。
技术实现思路
为了克服上述现有技术中存在的缺陷和不足，本专利技术提供了一种基于16进制8-8星座图映射的数字通信方法，本专利技术的专利技术目的在于解决上述现有技术中的遥测信号通信方法不能适用于突发大容量遥测通信的问题，本专利技术的通信方法，设计了一种16APSK信号星座图，该星座图设计为内圈8个星座点，外圈8个星座点，采用差分编码方式进行星座图相位映射，采用幅度调制进行星座图幅度映射，解调端采用幅值映射和差分相位映射方法进行解调判决。本专利技术可在数十微秒生存时间内，确保突发大容量爆轰数据的传输。提出的新型16APSK(8-8星座图)遥测信号具有带宽效率高、能量效率高、适合高码突发率数据传输等特点，是一种可实现快速同步与低复杂度接收解调的新型遥测体制。为了解决上述现有技术中存在的问题，本专利技术是通过下述技术方案实现的：一种基于16进制8-8星座图映射的数字通信方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤A、在二维XY平面内设计一16APSK信号星座图，所述星座图设计为内圈8个星座点，外圈8个星座点，所述16APSK信号星座图内外圈的8个星座点均匀分布；步骤B、将信源产生的信息序列输入串并转换模块，经串并转换模块转换后，每四个比特信息为一组，将该组比特信息中最高比特采用幅值调制进行星座图幅度映射；该组比特信息中其余三比特采用差分编码方式进星座图相位映射；将映射后的序列，依据步骤A中设计的16APSK信号星座图格式，映射为16APSK信号的同相分量和正交分量；步骤C、将步骤B中得到的16APSK信号的同相分量和正交分量，输入调制器进行调制，在通过信道发送至接收端的解调器；步骤D、解调器采用幅值映射和差分相位映射方法进行解调判决。所述16APSK(16进制幅度相移键控)信号的M个波形可表示为：式中，A(n)∈{A1,A2}，A1表示内圈星座点幅度，A2表示外圈星座点幅度，fc表示载波频率，sm(t)表示16APSK(16进制幅度相移键控)信号，g(t)是信号成型脉冲形状，θm＝2π(m-1)/M(m＝1,2,...,M)是载波的M个可能相位，M＝8，信息序列经过串并转换为四比特并行数据，高一比特被映射到星座幅度A(n)，低三比特经过差分编码后被映射为星座图上的八个可能相位之一θm。所述步骤B，具体为：对信息比特s[n]进行分组，由串行比特流转为并行四比特流s[n]；然后，将信息符号的最高比特s[n]3映射为16APSK的符号a[n]的最高位a[n]3，即a[n]3＝s[n]3；同时，将信息符号的低三比特s[n]2～0进行相位差分映射编码为a[n]的低三位a[n]2～0；然后，将编码后的序列a[n]3～0依据步骤A给出的星座图格式映射为16APSK信号的同相分量I和正交分量Q；最后，将IQ信号进行正交载波调制即可得到16APSK(8-8)调制信号。上述方法中，相位差分编码迭代方式如下所示：其中，s[n]2～0表示信息序列的低三比特，a[n]2～0表示差分编码后的编码序列低三比特，整个编码过程由信息序列逐个迭代完成。而对应的解调过程则可以表示为前后相位编码序列的差分结果，即d[k]2～0＝a[k]2～0-a[k-1]2～0(3)。所述步骤D中，对输入的信号分别进行相位估计和能量估计，通过绝对幅度是否过自适应门限判决输出dk3，通过相邻符号周期的差分相位判决得到比特流中的后三位dk2dk1dk0；最后对解调结果进行并串转换即可获得解调结果。上述相位估计中，并不需要得到信号绝对同步的相位，而只需要取前后序列的差分即可。与现有技术相比，本专利技术所带来的有益的技术效果表现在：1、本申请中的16APSK(8-8)体制可以分解为2ASK和8PSK两种调制方式的结合。其中，8PSK采用差分相位调制可有效消除接收信号中随机初始相位，解决了相位模糊的问题，并且解调端不需要锁相环估计星座点的绝对相位，因而可以采用差分非相干解调，即提高了判决可靠性，又简化了判决算法，提高了判决速度。而2ASK信号直接检测信号幅度即可获得可靠的判决结果，同样具有判决速度快、延时低、可靠性高等优点。2、相比于PCM/FM、PPK和QPSK三种遥测体制，本申请的通信方法涉及的16APSK(8-8)波形调制阶数更高，因而具有更高的频谱效率，更适合用于高码率和带宽受限信道的数据传输。3、相比于64QAM遥测体制，本申请的通信方法涉及的16APSK(8-8)波形调制阶数更低，具有更优的解调灵敏度和更高的功率效率，更适合用于空间受限、功率受限的遥测应用。4、相比于16QAM遥测体制，本申请的通信方法涉及的16APSK(8-8)波形内外圈具有相同的星座点数量，因而具有更小的信号峰均比，对发射机功放具有更小的线性回退要求，更适合用于功率受限的遥测应用。5、相比于16APSK(4-12)(4-12星座图的十六进制幅度相移键控)遥测体制，本申请的通信方法涉及的16APSK(8-8)信号采用幅值映射和差分相位映射解调判决方法具有更低的复杂度和更短的同步时间，适合用于生存时间短的突发数据传输。附图说明图1为本专利技术通信方法中涉及的16APSK(8-8)与其他主要遥测体制频率利用率对比柱状图；图2为本专利技术通信方法中涉及的16APSK(8-8)与其他主要遥测体制非相干接收机理论误码性能对比图；图3为16QAM信号功率分布和非线性PA解调星座图；图4为本专利技术通信方法中涉及的16APSK(8-8)信号功率分布和非线性PA解调星座图；图5为本专利技术通信方法中涉及的16APSK(8-8)信号星座图；图6为本专利技术通信方法中涉及的16APSK(8-8)信号调制示意图；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于16进制8-8星座图映射的数字通信方法，其特征在于：包括以下步骤：/n步骤A、在二维XY平面内设计一16APSK信号星座图，所述星座图设计为内圈8个星座点，外圈8个星座点，所述16APSK信号星座图内外圈的8个星座点均匀分布；/n步骤B、将信源产生的信息序列输入串并转换模块，经串并转换模块转换后，每四个比特信息为一组，将该组比特信息中最高比特采用幅值调制进行星座图幅度映射；该组比特信息中其余三比特采用差分编码方式进星座图相位映射；将映射后的序列，依据步骤A中设计的16APSK信号星座图格式，映射为16APSK信号的同相分量和正交分量；/n步骤C、将步骤B中得到的16APSK信号的同相分量和正交分量，输入调制器进行调制，在通过信道发送至接收端的解调器；/n步骤D、解调器采用幅值映射和差分相位映射方法进行解调判决。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于16进制8-8星座图映射的数字通信方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤A、在二维XY平面内设计一16APSK信号星座图，所述星座图设计为内圈8个星座点，外圈8个星座点，所述16APSK信号星座图内外圈的8个星座点均匀分布；
步骤B、将信源产生的信息序列输入串并转换模块，经串并转换模块转换后，每四个比特信息为一组，将该组比特信息中最高比特采用幅值调制进行星座图幅度映射；该组比特信息中其余三比特采用差分编码方式进星座图相位映射；将映射后的序列，依据步骤A中设计的16APSK信号星座图格式，映射为16APSK信号的同相分量和正交分量；
步骤C、将步骤B中得到的16APSK信号的同相分量和正交分量，输入调制器进行调制，在通过信道发送至接收端的解调器；
步骤D、解调器采用幅值映射和差分相位映射方法进行解调判决。


2.如权利要求1所述的一种基于16进制8-8星座图映射的数字通信方法，其特征在于：所述16APSK(16进制幅度相移键控)信号的M个波形可表示为：



式中，A(n)∈{A1,A2}，A1表示内圈星座点幅度，A2表示外圈星座点幅度，fc表示载波频率，sm(t)表示16APSK(16进制幅度相移键控)信号，g(t)是信号成型脉冲形状，θm＝2π(m-1)/M(m＝1,2,...,M)是载波的M个可能相位，M＝8，


3.如权利要求2所述的一种基于16进制8-8星座图映射的数字通信方法，其特征在于：信息序列经过串并转换为四比特并行数据，高一比特被映射到星座幅度A(n)，低三比特经过差分编码后被映射为星座图上的八个可能相位...

【专利技术属性】
技术研发人员：李湘鲁，周锞，解楠，张莉莉，王剑，范靖，俞平原，谢顺钦，代涛，王远东，曹韬，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院电子工程研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51