專(zhuān)利名稱(chēng)：基于分層高階調(diào)制的分層組合均衡技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及大容量傳輸系統(tǒng)的信號(hào)在有ISI帶限信道的傳輸，采用分層 均衡的方法消掉符號(hào)間干擾。
背景技術(shù)：
由于高階調(diào)制具有龐大的調(diào)制星座，經(jīng)過(guò)限帶信道傳輸，由于信道畸變產(chǎn)生失真，帶來(lái)符號(hào)間干擾， 采用傳統(tǒng)的均衡技術(shù)在高階調(diào)制的時(shí)候有很大的復(fù)雜度。從而導(dǎo)致了現(xiàn)有技術(shù)限制了高階調(diào)制在通信系統(tǒng) 中的應(yīng)用。
本發(fā)明提出了一種基于分層高階調(diào)制的組合均衡實(shí)現(xiàn)方法，它采用分層編碼調(diào)制的思想，使高階調(diào)制 可以分解為多個(gè)低階調(diào)制的迭加，通過(guò)分層均衡和譯碼，消除符號(hào)間干擾，提高整個(gè)系統(tǒng)性能。這種方法 可以使難以在通信系統(tǒng)中應(yīng)用的高階調(diào)制，可以通過(guò)低階均衡組合逐實(shí)現(xiàn)，從而降低了高階調(diào)制的均衡技 術(shù)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度，通過(guò)這種調(diào)制階數(shù)的分層降低，從而可以采用分層均衡技術(shù)，可以消除符號(hào)間干擾，實(shí)現(xiàn) 高階調(diào)制在無(wú)線通信中的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
(1) 基于分層編碼的高階調(diào)制信號(hào)設(shè)計(jì)方法，將高階調(diào)制信號(hào)分解為幾層低階調(diào)制的迭加，用功率加權(quán)的 方法讓每一編碼層的在接收端的誤碼率最低。
(2) 基于分層組合均衡技術(shù)，在接收端，按發(fā)送端的調(diào)制信號(hào)階數(shù)進(jìn)行分層均衡，其它層的信號(hào)作為干擾， 通過(guò)均衡得到符號(hào)的估計(jì)值，并將估計(jì)符號(hào)的概率轉(zhuǎn)化為估計(jì)比特的概率送入SIS0譯碼器，并用編 碼比特的軟信息更新均衡輸出估計(jì)符號(hào)，反復(fù)迭代使得接收誤碼率最低。
1.發(fā)射部分的設(shè)計(jì)
本專(zhuān)利提出的發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)如圖l所示，數(shù)據(jù)流經(jīng)過(guò)串并轉(zhuǎn)換得到每一編碼調(diào)制層的數(shù)據(jù)流，每一層經(jīng) 過(guò)編碼與調(diào)制后，經(jīng)幅度放大系數(shù)a進(jìn)行幅度放大，最后，發(fā)送信號(hào)星座組合成高階調(diào)制星座。
圖3給出一個(gè)由2個(gè)QPSK按照?qǐng)D一的gray編碼進(jìn)行調(diào)制組合成16QAM的一個(gè)示例。圖3示意出了將 兩個(gè)QPSK可組成一個(gè)16QAM星座的情況，信息比特與調(diào)制符號(hào)之間的映射關(guān)系如式(l)所示
x(O = 2[60 (/) +內(nèi)②]+ [62 (0 + 63 (,)], (1)
式中，W)為f的調(diào)制符號(hào)，6o(0、 6必、6力)、63(0為該時(shí)刻的信息比特，將幅度系數(shù)a定義為2，表示將 符號(hào)傳輸幅度增加1倍。
對(duì)于1024QAM調(diào)制，可以分解為5個(gè)QPSK調(diào)制符號(hào)的方式，由5個(gè)分支組合成1024QAM調(diào)制，為了
使接收端編碼器簡(jiǎn)單，可以采用每路編碼器相同的方法，來(lái)實(shí)現(xiàn)其中的分層編碼，如圖4所示。圖4給出
了由5個(gè)QPSK組合成1024QAM的結(jié)構(gòu)圖，由5個(gè)獨(dú)立的編碼器、調(diào)制器來(lái)構(gòu)成通常的一個(gè)編碼器加一個(gè)
1024QAM調(diào)制器的結(jié)構(gòu)。比特到符號(hào)的映射關(guān)系如式(2)所示。<formula>formula see original document page 4</formula>
的系數(shù)分別為16, 8, 4， 2， 1。由這種方法構(gòu)成的發(fā)送信號(hào)調(diào)制星座如圖5所示?？梢詷?gòu)成標(biāo)準(zhǔn)的1024QAM 調(diào)制星座。其中h為信道參數(shù)。
則進(jìn)入均衡器的接收信息為
<formula>formula see original document page 4</formula> (3)
H(n)為ISI信道沖擊響應(yīng)/f(w)蘭[/2(w;Z—1).../ O;0)]; x為調(diào)制符號(hào)，巧是加性高斯白噪聲，它 的實(shí)部和虛部的均值都為零，方差為cr2。
2. 組合均衡器的設(shè)計(jì)
分層編碼調(diào)制的接收機(jī)的框圖如圖6所示。在檢測(cè)某一級(jí)接接收信號(hào)時(shí)，將其它級(jí)的信號(hào)作為干擾， 通過(guò)第一層進(jìn)行均衡解調(diào)和譯碼，得到第一層數(shù)據(jù)流信息；在知道信道參數(shù)的情況下，將該數(shù)據(jù)流信息進(jìn) 行編碼調(diào)制，由信道參數(shù)處理后，在接收數(shù)據(jù)流中減去第一級(jí)帶來(lái)的干擾，進(jìn)行第二層信號(hào)的均衡解調(diào)和 解碼；再將第二層的調(diào)制軟信息從接收信號(hào)減去，依次得到最后一層編碼比特，將每層的譯碼信號(hào)進(jìn)行組 合，得到發(fā)送端數(shù)據(jù)。
均衡器知道信道參數(shù)的情況下每層采用對(duì)應(yīng)的MQAM均衡，降低均衡器的復(fù)雜度。按照分層編碼得到 高階QAM信號(hào)，經(jīng)過(guò)ISI信道后，每一層出來(lái)的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)重新編碼調(diào)制，重新經(jīng)過(guò)ISI信道，用前一層的 接收信息減去上一層經(jīng)過(guò)ISI信道的數(shù)據(jù)，得到下一層均衡其接收的數(shù)據(jù)。由于采用此方法，高層的誤碼 率直接影響到下一層數(shù)據(jù)的均衡譯碼的正確性，所以要保證高層數(shù)據(jù)的正確率，可以采用改變功率因子和 在低層可以使用傳統(tǒng)的均衡迭代技術(shù)，提高性能。這樣大大減少了均衡器的復(fù)雜度。每層層只需要根據(jù)發(fā) 射功率大小，相應(yīng)的調(diào)整映射的星座圖，調(diào)制信號(hào)的均值和方差，進(jìn)行相應(yīng)的MQAM均衡即可。
作為示例，給出1024QAM分層編碼的均衡器如圖7所示。采用了串行干擾對(duì)消方式消除不同調(diào)制方式 間的干擾，并用軟入軟出(SISO)譯碼方式譯碼出軟編碼比特信息，對(duì)于均衡器輸出也為調(diào)制符號(hào)的軟信息， 再將比特信息經(jīng)過(guò)圖1所示QPSK的調(diào)制方式，重新構(gòu)建調(diào)制符號(hào)，在經(jīng)過(guò)信道，從接收數(shù)據(jù)中減去本級(jí) 調(diào)制符號(hào)經(jīng)過(guò)信道后的數(shù)據(jù)。采用這種方式后，對(duì)1024QAM調(diào)制的解調(diào)難度可以降低，但以增加了4個(gè)均 衡器和譯碼器的復(fù)雜度作為代價(jià)。
3. 基于MMSE算法的組合均衡
圖8為迭代均衡原理圖，L為ISI信道的長(zhǎng)度，均衡器的長(zhǎng)度設(shè)為N，定義下面的參數(shù)<formula>formula see original document page 5</formula>
(4) (5) (6)
信道矩陣H為iVx(W+￡-l)矩陣:<formula>formula see original document page 5</formula>(7)
這樣接收信號(hào)表達(dá)式為接收信號(hào)^=/^+";，其中",.為復(fù)高斯噪聲變量",，7^(0,^^/)， /為 iVxiV的單位矩陣。根據(jù)fflSE準(zhǔn)則則線性濾波器的輸出的估計(jì)符號(hào)值為
^二五0》+ C(9r(;v i;)，COr(。 ?！獊V^—五")) (8)
均衡器的抽頭系數(shù)向量為^則有
(9)
由于發(fā)送比特進(jìn)行交織，可以認(rèn)為發(fā)送的調(diào)制符號(hào)^之間相互獨(dú)立，得到均衡估計(jì)符號(hào)的輸出為
5 = >^0;—:wfo「竭)=o>"[//.con>,，+0;2/]-1(^—竭)(10)
MMSE均衡器輸出估計(jì)符號(hào)的/ 0"JC》為高斯分布，則等效為為高斯信道模型，其中^為信道的輸入
則有
= + (11)
從為等效的信號(hào)幅度，"為高斯隨機(jī)變量，均值為O,方差為"，均衡輸出的估計(jì)值
(12)
(13)
參數(shù)//,和uf的計(jì)算如下，使得￡|2卜《，
(14)
(15)如圖9所示均衡器輸出的是符號(hào)概率，SISO譯碼器需要的是比特概率，SISO譯碼器輸出的是 信息編碼后的比特概率，由于發(fā)送符號(hào)的獨(dú)立性/7。0^)= AOf)將均衡器輸出的符號(hào)概率轉(zhuǎn)
化為比特概率
<formula>formula see original document page 6</formula>(17)
其中AO,O就是均衡輸出到譯碼器的外信息。譯碼器計(jì)算編碼后的似然比得到A(》)
反饋給均衡器更新均衡的輸出符號(hào)。


圖1基于分層編碼調(diào)制的高階調(diào)制發(fā)送信號(hào)設(shè)計(jì)
圖2 GRAY編碼QPSK星座圖
圖3 16QAM等效為兩個(gè)QPSK的星座圖
圖4 1024QAM的分層編碼調(diào)制發(fā)送端圖
圖5用分層編碼調(diào)制方式構(gòu)成的1024QAM星座
圖6分層編碼調(diào)制的接收機(jī)
圖7 1024QAM分層編碼的組合均衡器
圖8迭代均衡系統(tǒng)圖
圖9均衡器原理
權(quán)利要求
1.一種分層編碼高階調(diào)制和采用MMSE低階均衡器的聯(lián)合設(shè)計(jì)的方法，發(fā)射端由多個(gè)編碼器，多個(gè)低階MQAM調(diào)制器構(gòu)成高階調(diào)制符號(hào)；接收端由多個(gè)低階MQAM均衡器，多個(gè)譯碼器構(gòu)成；在整個(gè)系統(tǒng)里面，設(shè)計(jì)出一種組合均衡消除高階調(diào)制信號(hào)的ISI的方案。
2. 如權(quán)利要求1所述對(duì)編碼后的信息進(jìn)行調(diào)制形成高階QAM符號(hào)，按照Xiaodong Wang和Ben Lu提出 的方法進(jìn)行功率因子的優(yōu)化；接收端在知道信道參數(shù)的情況下，釆用多個(gè)與發(fā)射端相對(duì)應(yīng)的MQAM均衡， 降低高階均衡器的復(fù)雜度，并在低層的均衡器和譯碼器之間進(jìn)行外信息的迭代，提高系統(tǒng)的性能，均衡器 和譯碼器之間進(jìn)行外信息的迭代，均衡器輸出的外信息的計(jì)算式子為(<formula>formula see original document page 2</formula>本發(fā)明正是在上述權(quán)利要求的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的一種采用低階組合迭代均衡大大的降低均衡器的復(fù)雜度 的設(shè)計(jì)方法。
全文摘要
均衡技術(shù)是用于無(wú)線通信系統(tǒng)中提高通信質(zhì)量、減小誤碼率的有效措施。本發(fā)明基于編碼均衡迭代技術(shù)，給出一種可以用于高階調(diào)制的低階均衡器組合的均衡技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高階調(diào)制在無(wú)線通信中的應(yīng)用。發(fā)射端基于分層編碼的高階調(diào)制信號(hào)設(shè)計(jì)方法，將高階調(diào)制信號(hào)分解為幾層低階調(diào)制的迭加；接收端，基于分層組合均衡技術(shù)，按發(fā)送端的調(diào)制信號(hào)階數(shù)進(jìn)行分層均衡，其它層的信號(hào)作為干擾，通過(guò)均衡得到符號(hào)的估計(jì)值，并將估計(jì)符號(hào)的概率轉(zhuǎn)化為估計(jì)比特的概率送入SISO譯碼器，并用編碼比特的軟信息更新均衡輸出估計(jì)符號(hào)，反復(fù)迭代使得接收誤碼率最低。本發(fā)明提出的分層低階組合均衡技術(shù)可以大大降低高階均衡器計(jì)算符號(hào)概率的復(fù)雜度，進(jìn)一步降低譯碼器的復(fù)雜度，通過(guò)增加低階均衡器，實(shí)現(xiàn)高階調(diào)制在無(wú)線通信中的應(yīng)用。
文檔編號(hào)H04L1/00GK101409696SQ20081004655
公開(kāi)日2009年4月15日 申請(qǐng)日期2008年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月14日
發(fā)明者琳 張, 張忠培, 徐俊輝 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)