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专利号: 2022115895131
申请人: 北京航空航天大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-09-09
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种低复杂度正交幅度调制十字星座解映射方法,其特征在于,具体步骤为:

步骤1:星座图分割,即依据星座图中每比特为0和1的分布规律,将所有星座点划分为多个子区域,每个子区域中计算软信息值的方法相同;

步骤2:区域选择,即根据接收到的带噪符号Z在星座图上的位置,将其划归到步骤1的子区域中;

步骤3:近似拟合计算各比特的对数似然比,即基于线性函数分段拟合的方法,对每个子区域各位置的LLR进行近似,使用拟合值替代精确值。

2.根据权利要求1所述的一种低复杂度正交幅度调制十字星座解映射方法,其特征在m

于:在步骤1中,星座图中每个符号承载m比特信息的QAM调制表示为2‑ary QAM,当m为奇数时的十字星座图,为增大汉明距离,标准星座图采用格雷Gray映射方式等间距排列在同相分量I路和正交分量Q路上,分别得到标准星座图中每个比特位置的0和1分布规律;

软解调LLR计算采用MAP算法,计算第bi比特软信息的定义为:

2

其中,σ为信道噪声方差,接收到的带噪符号Z=x+jy在复平面的坐标表示为(x,y),标准星座图中符号点为s=sx+jsy,复平面上的坐标表示为(sx,sy),S0和S1分别代表当前bi比特位置在标准星座图中为0和1的点集合,即集合S0中的符号在bi比特位置上为0,S1中的符号在bi比特位置上为1;计算bi位置的软信息,只需考虑接收符号与最相邻的0和1符号之间的欧氏距离即可,而不是标准星座图中所有的星座点。

3.根据权利要求1所述的一种低复杂度正交幅度调制十字星座解映射方法,其特征在于:在步骤2中,接收符号坐标(x,y)由于包含噪声,相对于标准星座图中点的坐标(sx,sy)会产生一定偏移,sx∈{±A,±3A,±5A,±7A,±9A,...},同理sy∈{±A,±3A,±5A,±7A,±

9A,...},其中A为归一化因子;对接收的符号Z软解调时,(x,y)可唯一确定并选择步骤1中的区域并进行步骤3中相应的运算,大部分区域的软信息计算只与同相分量或正交分量相关。

4.根据权利要求1所述的一种低复杂度正交幅度调制十字星座解映射方法,其特征在于:在步骤3中,当某比特的软信息只与同相或正交分量相关时,进一步简化为:其中,x为接收符号的同相分量,sx1和sx0分别为集合S1和S0中与x距离最近的符号同相分量值,绝对数值为归一化因子A的整数倍,最后一个等号后系数 在相同星座图和信道条件下始终为常数,对软解调性能没有影响,所以忽略;因为x所在区域变化时sx1和sx0也随之改变,需要根据接收的x值由式(2)计算出比特bi的软信息,采用基于线性函数分段拟合的方法近似精确LLR,即首先在步骤2的各区域中均匀选取各点计算式(2)的结果,之后用线性函数进行近似拟合替代,将复杂的多比特乘法转换为加减操作,利于硬件实现。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种低复杂度正交幅度调制十字星座解映射方法,其特征在于:b1比特的星座图区域划分为:此时中间64个星座点b1=1,其余b1=0;根据接收符号(x,y)所在位置,判断在计算LLR(b1)时与同相和正交分量的关系,将星座图划分为图中区域A和区域B,其中区域A分为上下两部分满足{Aarea:|x|≤|y|},接收符号与最相邻的sy1和sy0之间的距离仅与正交分量y有关,区域B分为左右两部分满足{Barea:|x|>|y|},接收符号与最相邻的sx1和sx0之间的距离仅与同相分量x有关,将x,sx1和sx0替换为y,sy1和sy0即可计算区域A的LLR;近似拟合后得到分段函数|y|‑8A如虚线所示,结合区域B中对同相分量的近似拟合计算,得到b1比特软信息计算方式为:

6.根据权利要求1或2或3或4所述的一种低复杂度正交幅度调制十字星座解映射方法,其特征在于:b2比特的星座图区域划分为:因为b2=0和b2=1的边界并未贯穿整个I轴或Q轴,分为A~E共5个区域并且每个象限内的位置分布相同;对于接收到符号(x,y),星座图中心区域A的范围满足{Aarea:(|y|≤8A∩|y|≤(‑|x|+12A)∪|y|≤4A},区域内中间星座点为b2=0,左右两侧星座点b2=1,所以此区域内的软信息只与同相分量相关,b2比特区域A的软信息为LLR(b2_A)=‑|x|+4A                             (5)区域B关于I和Q轴对称分布,范围满足{Barea:4A≤|x|≤8A∩|y|>(‑|x|+12A)},软信息只与正交分量有关,所以b2比特区域B的软信息为LLR(b2_B)=|y|‑8A                              (6)区域C满足{Carea:|x|>8A∩4A<|y|≤8A},每个象限内4个点b2=1且它们最相邻b2=

0的点在斜对角的区域B内,为了减小计算软信息的误差需要同时考虑同相分量和正交分量,将区域C进一步划分为C1,C2,C3,C4共4种情况分别对应4个b2=1的点所在区域,各区域分别满足条件:{C1area:|x|>10A∩|y|>6A∩|y|≤8A}

{C2area:|x|>8A∩|x|≤10A∩|y|>6A∩|y|≤8A}

{C3area:|x|>10A∩|y|>4A∩|y|≤6A}

{C4area:|x|>8A∩|x|≤10A∩|y|>4A∩|y|≤6A}                  (7)C1区域为:省略相同的常数项得到:

LLR(b2_C1)=‑2|x|+|y|+10A                        (9)C2,C3,C4的LLR计算方法,同样省略常数项:

LLR(b2_C2)=‑|x|+|y|                         (10)LLR(b2_C3)=‑2|x|+2|y|+4A                       (11)LLR(b2_C4)=‑|x|+2|y|‑6A                       (12)区域D位于星座图四角满足{Darea:|x|>8A∩|y|>8A},区域内无有效星座点,当接收符号(x,y)在此区域范围内时距离最近的b2=1和b2=0的点(s1和s0)分别在区域C和区域B内,所以实际软信息与同相分量和正交分量都有关,为了进一步简化计算复杂度,这里将(x,y)与s1的距离只近似为和正交分量y相关,(x,y)与s0的距离只近似为和同相分量x相关,具体软信息计算公式为:上式中包含了x和y的平方项,对于硬件实现很不友好;对平方项降次进行较准确拟合,将此结论运用于式(13)中,并忽略常数项得到:区域E满足{Earea:|x|<4A∩|y|>8A},每个象限内包含4个b2=0的点且它们最相邻b2=1的点在斜对角的区域A内,软信息值与同相和正交分量都相关,将区域E进一步划分为E1,E2,E3,E4共4种情况分别对应4个b2=0的点所在区域,各区域分别满足条件:{E1area:|x|>2A∩|x|<4A∩|y|>10A}

{E2area:|x|>2A|x|<4A∩|y|>8A∩|y|≤10A}

{E3area:|x|≤2A∩|y|>10A}

{E4area:|x|≤2A∩|y|>8A∩|y|≤10A}         (15)参考式(8),这里直接给出区域E1~E4中的LLR计算方法:

LLR(b2_E1)=‑|x|+2|y|‑14A                        (16)LLR(b2_E2)=‑|x|+|y|‑4A                         (17)LLR(b2_E3)=‑2|x|+2|y|‑12A                        (18)LLR(b2_E4)=‑2|x|+|y|‑2A                         (19)。

7.根据权利要求1或2或3或4所述的一种低复杂度正交幅度调制十字星座解映射方法,其特征在于:b3比特的星座图区域划分为:I轴方向上b3=1和b3=0的区域交替分布,根据接收符号(x,y)所在位置,将星座图划分为图中区域A和区域B,与b0比特的划分方式完全相同,A和B区域的不同在于当|x|>8A且|y|>8A时最相邻的b3=1和b3=0的星座点选取不同,为了硬件实现方便在计算LLR(b3)时只考虑同相分量x而忽略正交分量y;

当|x|≤8A时两区域的计算结果完全重合,而|x|>8A时有差异较大,所以采用不同的近似方式拟合两区域,具体表达式为:

8.根据权利要求1或2或3或4所述的一种低复杂度正交幅度调制十字星座解映射方法,其特征在于:b4比特的星座图区域划分为:I轴下方深色区域b4=1,I轴上方浅色区域b4=0,与b0比特的软信息计算恰好相反,b4比特的软信息只与正交分量y有关,分为A和B两个区域满足{Aarea:|x|≤8A∪|y|>|x|}和{Barea:|x|>8A∩|y|≤|x|},横轴为接收符号正交分量y值除以归一化因子A后的度量,纵轴为软信息LLR的计算结果,近似拟合表达式为:LLR(b4)=y                            (21)。

9.根据权利要求1或2或3或4所述的一种低复杂度正交幅度调制十字星座解映射方法,其特征在于:b5比特的星座图区域划分为:依据接收符号(x,y)的位置,需要将整个星座图分为A,B,C三个区域,三个区域分别满足:{Aarea:|x|<4A∩|y|≤‑|x|+12A}

{Barea:|x|≥4A∩(|y|≤8A∪|x|>|y|)}

{Carea:|x|≤|y|∩|y|>‑|x|+12A∩|y|>8A}                  (22)其中,区域A和B的软信息计算仅与正交分量y相关,区域C的软信息计算仅与同相分量x相关;横轴为接收符号正交分量y值除以归一化因子A后的度量,纵轴为软信息LLR的计算结果,区域A中近似拟合表达式为:LLR(b5_A)=‑||y|‑6A|+2A                        (23)区域B和C的近似拟合表达式为:

LLR(b5_B)=|y|‑4A                          (24)LLR(b5_C)=|x|‑4A                          (25)。

10.根据权利要求1或2或3或4所述的一种低复杂度正交幅度调制十字星座解映射方法,其特征在于:b6比特的星座图区域划分为:Q轴方向上b6=1和b6=0的区域交替分布,根据接收符号(x,y)所在位置,将星座图划分为图中区域A和区域B满足{Aarea:|x|≤8A∪|y|>|x|}和{Barea:|x|>8A∩|y|≤|x|},计算软信息时只需考虑正交分量y的值即可;近似区域A和区域B的LLR计算结果,具体表达式为: