[发明专利]基于16QAM调制的无速率IoT上行传输系统及方法

权利要求书

1.一种基于16QAM调制的无速率IoT上行传输方法，其特征在于，所述基于16QAM调制的无速率IoT上行传输方法包括以下步骤：

步骤一，发送端预编码：信源比特流分组，CRC校验位插入，Turbo编码；

步骤二，随机比特选择：通过随机比特选择器每次随机选择4个编码比特；

步骤三，16QAM映射与无速率符号发送：将每次选择的4个编码比特映射为16QAM符号，并以无速率的方式发送符号；

16QAM映射与无速率符号发送具体包括：

将选择的4个编码比特映射为16QAM符号，映射后的16QAM符号与4个编码比特的双极性形式满足加权和关系，具体的比特到16QAM符号的映射过程为：

设第m个发送符号s_m由4个编码比特(b_m1,b_m2,b_m3,b_m4)映射而成，这4位二进制比特对应的双极性形式分别为，x_m1＝2·b_m1-1；x_m2＝2·b_m2-1；x_m3＝2·b_m3-1；x_m4＝2·b_m4-1，再将双极性比特分为I路(x_m1,x_m2)和Q路(x_m3,x_m4)后与分别与系数(1,2)进行加权求和，得到第m个16QAM发送符号s_m：

s_m＝x_m1×1+x_m2×2+j(x_m3×1+x_m4×2)；

最后以无速率的方式发送符号；

步骤四，接收端迭代解调-译码：接收端数据恢复；

所述接收端迭代解调-译码包括：

经过信道传输后，第m个接收复信号y_m的表达式为：

y_m＝y_I,m+jy_Q,m＝x_m1×1+x_m2×2+n_I,m+j(x_m3×1+x_m4×2+n_Q,m)；

其中，j为虚数单位，n_I,m,n_Q,m为接收噪声的同相和正交分量；将接收的M个复信号{y₁,y₂,...,y_M}按同相和正交分量分解为2M个实数信号{r₁,r₂,...,r_2M}，其中每个实信号由两个比特映射；令第i个实信号r_i由比特块b中的第j个比特b_j和第k个比特b_k组成的比特对(b_j,b_k)映射而成，则r_i＝x_j×1+x_k×2+n_i；其中，x_j,x_k分别为b_j,b_k的双极性形式，即x_j＝2·b_j-1,x_k＝2·b_k-1，x_j,x_k∈(-1，+1)，n_i为接收实信号r_i中的噪声，其概率密度函数为其中σ²为噪声功率。那么，恢复单极性二进制b与恢复双极性x等价，具体迭代解调-译码处理过程：

(1)初始化：

根据接收信号值，星座映射关系和估计的信道噪声功率σ²，估算信息比特的对数似然比初始值和分别为：

其中，c为发送星座中，星座点之间最小距离的一半；

(2)迭代：

1)符号节点处理：

则在第l迭代中，符号节点r_i传给信息节点b_j,b_k的对数似然比信息和分别为：

2)信息节点处理：

第l迭代中，信息节点b_j传给符号节点r_i的对数似然比信息为：

其中，T_j为选择信息比特b_j的所有符号节点的集合；

(3)软信息输出

解调器完成符号节点和信息节点迭代处理，当达到最大迭代次数l_max后，解调器输出每个编码比特的软信息L(b_j)为：

(4)Turbo译码

Turbo译码器将迭代解调器输出的软信息作为比特的初始信息，进行迭代译码，当达到最大迭代译码次数后，输出估计的输出比特；

步骤五，接收端控制与反馈处理：传输数据检错和反馈控制；

所述接收端控制与反馈处理，包括：

CRC校验；若满足校验，则成功完成当前比特块的传输，接收端立即给发送端返回ACK信号，发送端进行下一帧数据传输，否则接收端继续接收增量符号；当增量符号达到当前估计信道对应的增量步长时，将收到的全部符号再次进行迭代解调和译码，重复上述过程，直至当前比特块成功接收；

实施所述基于16QAM调制的无速率IoT上行传输方法的基于16QAM调制的无速率IoT上行传输系统包括发送机和接收机；所述发送机包括预编码模块，随机比特选择模块和16QAM符号映射模块；所述接收机包括接收控制与反馈模块和迭代解调-译码模块；

发送端预编码模块，用于信源比特流分组，CRC校验插入和Turbo译码器的Turbo编码；

随机比特选择模块，用于通过随机比特选择器随机选择4个编码比特；

16QAM映射模块，用于通过16QAM映射器将选择的4个编码比特映射为16QAM符号，并以无速率的方式进行符号发送；

随机16QAM迭代解调-译码模块，用于接收端的解调和译码处理；

接收端控制与反馈模块，用于接收端解调控制，判断当前传输数据块是否正确接收及反馈处理。