抗相位噪声的幅度相位联合键控调制解调方法

摘要

抗相位噪声的幅度相位联合键控调制解调方法属于调制解调技术领域，其特征在于，首先利用圆形星座图构造方法和圆形星座图选择方法，设计出误符号性能优良的星座图结构；其次，利用本发明提出的比特映射算法，解决了除正交幅度调制(QAM)外的其它星座图难以进行格雷码映射的困难，保证了该方案的误比特性能，再配合使用可靠性高且复杂度低的解调方案，其实际误比特性能不仅在相位噪声下远远优于使用格雷码的QAM，而且在只考虑高斯白噪声时与格雷码QAM相比也无明显损失；最后，本发明提出的设计方法简单易行，容易拓展到任何阶数，便于应用到全球数字广播等相位噪声严重的通信系统中，以期望在保证系统误码性能的同时降低接收机成本和复杂度。

主权项

1.抗相位噪声的幅度相位联合键控调制解调方法，其特征在于，所述方法是在计算机中依次按以下步骤实现的：步骤(1)构造64点圆形星座图，其步骤如下：步骤(1.1)设定要构造的圆形星座图的环数L，i为环的序号，步骤(1.2)设定各个环i上的星座点的个数N_i，且N₁，N₂，…，N_L需要满足N₁+N₂+…N_L＝64，步骤(1.3)按下式求解各环半径R₁，R₂…R_L：$\left\{\begin{array}{c}2R_1\sin (\pi /N_1)=1,\\ 2R_2\sin (\pi /N_2)=1,\\ ·\\ ·\\ ·\\ 2R_L\sin (\pi /N_L)=1,\end{array}\right.$步骤(1.4)从R₁到R_L按以下步骤顺序处理：步骤(1.4.1)若R₂-R₁＜1，则使R₂＝R₁+1，否则不更新R₂，步骤(1.4.2)按步骤(1.4.1)所述方法处理R₃和R₂的关系，一直到R_L为止，步骤(1.5)把各个环i上的N_i个星座点均匀分布在半径为R_i的环上，其初始相位取为π/N_i，构成一个64点圆形星座图，记作环序列N₁，N₂，…，N_L；步骤(2)选择相位噪声下平均误符号性能满足设定需要的圆形星座图，其步骤如下：步骤(2.1)将星座图的平均功率归一化，即按照下式对各个星座点S_n进行处理：$S_n^{\prime }=\frac{S_n}{\sqrt{\left(\underset{k=1}{\overset{64}{\Sigma }}{\left|\right|S_k\left|\right|}^2\right)/64}},$n＝1，…64，S′_n为更新值，步骤(2.2)按下式计算星座图在设定高斯白噪声和相位噪声下的平均误符号率Pe(SNR，θ)：$\mathrm{Pe}(\mathrm{SNR},\theta )=\underset{T=1}{\overset{64}{\Sigma }}\left(\frac{1}{64}\underset{S_R\ne S_T}{\Sigma }P\left(S_R\right|S_T)\right),$其中，SNR为高斯白噪声下的信噪比，θ为相位噪声下的星座点旋转角度，S_T为发射的复数信号，已知值，S_R为S_T被误判为的信号，已知值，P(S_R|S_T)为S_R被误判为S_T的概率，N₀为高斯白噪声平均功率的1/2，步骤(2.3)为了兼顾星座图在高斯白噪声和相位噪声下的误符号性能，用下面的加权函数F对星座图进行选择：F＝W_G×Pe(0，SNR)+W_P×Pe(θ^*，SNR)，其中，W_G为高斯白噪声下误符号性能的权重，设定值，W_P为相位噪声下误符号性能的权重，设W_P＝1，SNR为高斯白噪声下的信噪比，设定值，θ^*为相位噪声下的星座点旋转角度，设定值；步骤(3)在设定的扇环形解调区域内，对接收信号z进行解调，而被误判为的星座点S_R即位于该解调区域的中心，所选扇环区域要满足以下条件：内环边界r₁＝(R₁+R₂)/2，外环边界r₂＝(R₂+，R₃)/2其中，R₂为圆形星座图上S_R所在环的半径，R₁为圆形星座图上小于S_R所在环的相邻环半径，R₃为圆形星座图上大于S_R所在环的相邻环半径，扇环的两条直线边界则分别平分S_R所在环上连接S_R和其相邻点的圆弧，步骤(3.1)计算接收信号z的幅度，用以确定该接收信号对应于星座图的哪一个环，步骤(3.2)计算接收信号z的相位余弦值，并结合z所在象限，判断该信号对应于步骤(3.1)所述那一个环上的哪一个星座点；步骤(4)对于圆形星座图按照下述接近于格雷码的方式进行比特串到符号的映射，其步骤如下：步骤(4.1)对64点方形QAM星座图采用格雷码映射方式，将星座点及其对应的比特表示式分别依次存贮为两个矩阵A_QAM和B_QAM，再将圆形星座图存为矩阵A_circle，并定义一个空矩阵B_circle用于存放接下来得到的与A cirlce对应的比特表达式，步骤(4.2)从各环上的初始相位点开始逆时针旋转，并按照从内环到外环的顺序重复以下步骤进行处理：步骤(4.2.1)每走到一个星座点p_circle时，计算该点与A_QAM中所有点的距离，找出最近的一个，记为p_qam，步骤(4.2.2)从B_QAM中读出与p_qam对应的比特表达式，并作为p_circle的比特表达式存贮到矩阵B_circle中的相应位置，步骤(4.2.3)把p_qam从A_QAM中删除。并使用这个新的A_QAM返回步骤(4.2.1)进行下个星座点的映射，直到圆形星座图上的所有星座点都映射完毕。