一种G.HN标准中十字星座QAM低复杂度解映射算法制造技术

本发明专利技术公开了一种G.HN标准中十字星座QAM低复杂度解映射算法，该算法用于降低G.HN标准中高阶十字星座QAM解映射的复杂度，拓展高阶十字星座QAM的高速数传应用场景，以贡献权值来衡量参考星座点对解映射的贡献，将搜索范围缩小为贡献权值较大的参考星座点，以有效降低高阶十字星座QAM解映射的复杂度。本发明专利技术能充分利用信道估计信息，辅助自适应选择搜索范围，大大缩小搜索范围，有效降低了高阶十字星座QAM解映射的复杂度，并在算法复杂度和性能之间达到良好的平衡，为拓展高阶十字星座QAM应用场景奠定了基础。

【技术实现步骤摘要】
一种G.HN标准中十字星座QAM低复杂度解映射算法
本专利技术涉及一种G.HN标准中十字星座QAM低复杂度解映射算法。
技术介绍
调制与解映射技术是通信系统的一项核心技术，对通信系统的性能有着决定性的影响。QAM解映射的任务是计算传输数据的最佳估计，解映射的输出可以是硬判决数字比特，也可以是对发送端数字比特软判决的有效度量值。一般软判决解映射与信道译码(如Turbo码、LDPC等)共同作用，基于使信道噪声影响最小化的原则，进一步降低传输的误比特率。文献1“高阶调制的软输出算法比较[北京邮电大学学报，2003，26(1)：82-85]”研究了高阶QAM解调的LogMap算法和简化Max-LogMap算法，分析了算法的复杂度，并通过仿真验证了与3GPPTurbo码合作的性能。但是，当调制阶数进一步增加，解调复杂度呈指数阶增大，很难应用于实际工程中，尤其在高速数据传输通信系统。文献2“M-QAM系统中QC_LDPC译码性能研究[电子设计工程，2012，20(8)：136-138]”在文献1的基础上推导了软解调的对数似然比(LLR)计算公式，将方形QAM星座的解映射分解到I和Q路分别进行，有效的降低了搜索范围，但仍然存在文献1的不足。文献3“一种基于折线逼近的对数似然比简化算法[电子与信息学报，2008，30(8)：1832-1835]”提出一种折线逼近简化算法，基于曲线族的特点用简单的线性运算替代了标准算法中复杂的非线性运算，复杂度有所降低。但是对于高阶QAM而言，由于该算法需要判断各比特的折变点来拟合LLR曲线，消耗很多的资源和时间。而且，该算法对于每一段逼近都存在误差，会降低系统的性能。文献4“HSDPA中QAM软解调算法实现和性能分析[中国新通信，2010：48-50]”提出了一种边界法的LLR简化算法，运算量较小，但误码性能不太理想。对于高阶QAM来说，阶数越高，星座点数越多，分界线也就越多，要确定相应的软信息计算公式很困难。文献5“基于G.9960协议的高阶QAM调制与解调技术研究[微电子学与计算机，2011，28(3)：89-93]”研究了G.HN中的正方形和十字星座QAM解调技术。文献1～4均针对正方形星座QAM解映射算法进行了研究，文献5虽然研究了十字星座的解调技术，但并未考虑QAM阶数较高时的简化算法，在工程上实现高阶十字星座QAM的解调比较困难。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有技术的不足，提出一种G.HN标准中十字星座QAM低复杂度解映射算法，该算法用于降低G.HN标准中高阶十字星座QAM解映射的复杂度，拓展高阶十字星座QAM的高速数传应用场景，以贡献权值来衡量参考星座点对解映射的贡献，将搜索范围缩小为贡献权值较大的参考星座点，以有效降低高阶十字星座QAM解映射的复杂度。为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案包括以下步骤：1)针对G.HN标准中十字星座M-QAM解映射技术，推导QAM软解调的对数似然比计算公式，其中，调制阶数M＝2m，m＝3，5，7，…，m为大于1的奇数；2)引入贡献权值c；3)根据引入贡献权值c以及信道估计结果，自适应确定搜索范围，计算对数似然比。所述的步骤1)中，推导QAM软解调的对数似然比计算公式的具体方法如下：假设AWGN信道下第k时刻接收信号rk为：其中，sk为发送的M-QAM调制符号，对应的二进制序列为gi，其中，i=0，…，m-1；nk～CN(0，σ2)为复加性高斯白噪声，噪声方差为σ2；分别为rk实部和虚部，为同相分量，为正交分量；推导QAM软解调的对数似然比计算公式如下：公式(2)中，λi为第i比特gi对应的对数似然比，其中i=0，…，m-1；当i=0，…，LI-1时，gi对应I路第i个比特，I路共有LI=(m+1)/2个比特；当i=LI，…，m-1时，gi对应Q路第i-LI个比特，Q路共有LQ＝(m-1)/2＝m-LI个比特；同时，记和对数似然比计算公式中，P(gi＝1|rk)和P(gi＝0|rk)表示rk已知条件下gi＝1和gi＝0出现的后验概率；A代表星座图中参考星座点，是一个复坐标；C1(i)和C0(i)分别表示星座图中参考点对应比特gi＝1和gi＝0的坐标集合。所述的步骤2)中，引入贡献权值c，用于衡量对对数似然比的贡献，定义如下：其中，x表示接收信号，y表示星座参考点，σ2为噪声方差。所述的步骤3)中，根据贡献权值c的定义式，贡献权值越大，表示相应参考星座点对LLR计算的贡献越大，则确定搜索范围及计算对数似然比的具体方法如下：首先引入一个基本单位，定义为星座点间隔Δ，表示任意两星座点之间的最小距离；星座点间隔Δ＝2χ(m)，χ(m)为功率归一化因子，定义为笛卡尔乘积，表示I路和Q路取值范围分别为R0和R1：为了减小搜索空间，只考虑与和距离为JΔ所形成正方形范围内的参考星座点，其中，J为影响搜索范围的设定参数，具体算法分为两个步骤：3.1)确定搜索范围3.1.1)根据接收信号确定I轴搜索范围为并根据公式计算和其中，Ik和分别为I路星座点坐标和旋转坐标，表示不大于的最大整数；考虑到的取值均为奇数，若为偶数，令则的区间为[a，b]2表示集合{qn|qn=a+2n，xn≤b，n=0，1，2，…}；3.1.2)同样的，根据接收信号确定Q路搜索范围为对应Q路旋转坐标的区间为其中，和计算方法同和3.1.3)由于和的取值范围为[-Cmax，Cmax]，其中，为旋转坐标绝对值最大值，同时，结合星座图的分布特点，根据接收信号确定搜索范围时需要针对SI和SQ的选取进行说明；引入T1=Cmax、T2＝MQ-1；i.对于星座图的外侧：当T1,]]>且时，搜索范围当T1,]]>且时，搜索范围当且...

【技术保护点】
一种G.HN标准中十字星座QAM低复杂度解映射算法，其特征在于，包括以下步骤：1）针对G.HN标准中十字星座M?QAM解映射技术，推导QAM软解调的对数似然比计算公式，其中，调制阶数M=2m，m=3，5，7，…，m为大于1的奇数；2）引入贡献权值c；3）根据引入贡献权值c以及信道估计结果，自适应确定搜索范围，计算对数似然比。

【技术特征摘要】
1.一种G.HN标准中十字星座QAM低复杂度解映射算法，其特征在于，包括以下步骤：1)针对G.HN标准中十字星座M-QAM解映射技术，推导QAM软解调的对数似然比计算公式，其中，调制阶数M＝2m,m＝3,5,7···，m为大于1的奇数；推导QAM软解调的对数似然比计算公式的具体方法如下：假设AWGN信道下第k时刻接收信号rk为：其中，sk为发送的M-QAM调制符号，对应的二进制序列为gi，其中，i＝0,...,m-1；nk～CN(0，σ2)为复加性高斯白噪声，噪声方差为σ2；分别为rk实部和虚部，为同相分量，为正交分量；推导QAM软解调的对数似然比计算公式如下：公式(2)中，λi为第i比特gi对应的对数似然比，其中i＝0,...,m-1；当i＝0,...,LI-1时，gi对应I路第i个比特，I路共有LI＝(m+1)/2个比特；当i＝LI,...,m-1时，gi对应Q路第i-LI个比特，Q路共有LQ＝(m-1)/2＝m-LI个比特；同时，记和对数似然比计算公式中，P(gi＝1|rk)和P(gi＝0|rk)表示rk已知条件下gi＝1和gi＝0出现的后验概率；A代表星座图中参考星座点，是一个复坐标；C1(i)和C0(i)分别表示星座图中参考点对应比特gi＝1和gi＝0的坐标集合；2)引入贡献权值c，用于衡量对对数似然比的贡献，定义如下：其中，x表示接收信号，y表示星座参考点，σ2为噪声方差；3)根据引入贡献权值c以及信道估计结果，自适应确定搜索范围，计算对数似然比；根据贡献权值c的定义式，贡献权值越大，表示相应参考星座点对LLR计算的贡献越大，则确定搜索范围及计算对数似然比的具体方法如下：首先引入一个基本单位，定义为星座点间隔Δ，表示任意两星座点之间的最小距离；星座点间隔Δ＝2χ(m)，χ(m)为功率归一化因子，定义为笛卡尔乘积，表示I路和Q路取值范围分别为R0和R1；搜索范围自适应设置，需要根据当前信噪比估计值或者噪声方差估计值，选取搜索范围J；根据先验的信息进行设定，在给定信噪比(Es/N0)0条件下，根据仿真或者实测结果，选择测试结果与全集合搜索测试结果的偏差较小时所对应的J0；在实际应用时，若信道估计为(Es/N0)0，则选择J0作为搜索范围；具体方法是：在高信噪比条件下，选择较大的搜索范围，保证贡献权值较大的参考星座点都能够被包含在搜索范围内；反之，低信噪比条件下，选择较小的搜索范围；为了减小搜索空间，只考虑与和距离为JΔ所形成正方形范围内的参考星座点，其中，J为影响搜索范围的设定参数，具体算法分为两个步骤：3.1)确定搜索范围3.1.1)根...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐娟，姚如贵，朱礼亚，南花妮，高凡琪，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：