[发明专利]一种分层对称型三维星座映射调制方法和系统

权利要求书

1.一种分层对称型三维星座映射调制方法，其特征在于，所述调制方法包括以下步骤：

S1，将星座点在三维空间内的几何分布按Z轴数值划分为不同层数，在固定最小欧式距离的条件下，以最大化星座图CFM指数为目标，依次在各层次上设计出相应的星座点二维分布，得到分层对称型三维星座图；其中，同层任意三个相邻星座点之间构成正三角形，该正三角形的三个点与临近层最近的一个星座点构成正四面体；

S2，根据星座点所需要的不同发射功率将导入的数据分为四个不同的能量层次，能量低的星座点给予更高的发射概率，能量高的星座点给予更低的发射概率，使数据从原本的二进制比特流转化成经过概率整形计算后的分布形式，最后映射成三维空间内包含信息的空间坐标；星座点的概率分布服从麦克斯韦玻尔兹曼分布；

S3，使映射后的数据按不同维度分别进入上采样模块后送入相互正交的三个整形滤波器，整形滤波后合成一路信号进入传输系统；

S4，信号经传输系统传输完成后送入相应匹配滤波模块中进行匹配滤波，再导入下采样模块进行下采样，按发送端的逆过程将调制后的信号重新恢复成二进制比特流；

步骤S1中，所述以最大化星座图CFM指数为目标，依次在各层次上设计出相应的星座点二维分布，得到分层对称型三维星座图的过程包括以下步骤：

将正三角形作为基础单元，以原点为中心做正三角形，三个顶点构成了第一个能量层次的星座点，以三条边为底边向外做三个正三角形，它们的三个顶点就是第二个能量层次的星座点，这两个能量层次的六个星座点组成了中平面；

以新得到的三个正三角形为底面向上下分为做一个正四面体，得到的六个顶点是第三个能量层次的星座点；

六个星座点在上平面和下平面各构成一个正三角形，以任意的两条边为底边向外再做正三角形，得到的四个顶点是最后一个能量层次的星座点，与上一能量层次星座点组成了对称的上下平面，完成16个星座点的三维空间内几何整形。

2.根据权利要求1所述的分层对称型三维星座映射调制方法，其特征在于，步骤S1中，固定最小欧氏距离为2。

3.根据权利要求1所述的分层对称型三维星座映射调制方法，其特征在于，步骤S2中，星座点的概率分布服从麦克斯韦玻尔兹曼分布是指满足下述公式：

式中，为星座点的概率，x为星座点；v为关键参数缩放因子，它的值是一个在0到1之间的标量，用来表示概率整形的程度和信息熵H：

令v的值为0.35995，此时的信息熵为3.6000，从低能量层次到高能量层次的概率分别为0.1556、0.0604、0.0376、0.0146。

4.一种基于权利要求1-3任一项中所述调制方法的分层对称型三维星座映射调制系统，其特征在于，所述调制系统包括几何整形结构优化单元、概率整形星座映射单元、上采样单元、整形滤波单元、传输系统、匹配滤波单元、下采样单元、星座解映射单元和概率整形解码单元；

所述几何整形结构优化单元用于对数据进行几何整形；其中，星座点在三维空间内的几何分布按Z轴数值划分为不同层数，同层任意三个相邻星座点之间构成正三角形，该正三角形的三个点与临近层最近的一个星座点构成正四面体；

所述概率整形星座映射单元用于对几何整形后的数据进行概率整形和星座映射，使数据从二进制比特流变成非均等概率分布的信号，按不同维度分别进入上采样模块；

所述上采样单元用于对数据进行M倍上采样，在星座点坐标后插入M个数值后送入相互正交的三个整形滤波器，整形滤波后由一个加法器单元将三路信号合并成一路信号进入传输系统；

所述匹配滤波单元用于将经过传输后的信号先分离成三个维度上的坐标信息，分别送入与相应整形滤波器对应的匹配滤波器，得到经过整形滤波前的信号；

所述下采样单元，用于对经过三个正交的匹配滤波器的信号合成一路后进行M倍下采样，去除在数据中添加的数值；

所述星座解映射单元用于按几何整形星座映射单元给出的映射规则将星座点坐标解映射；

所述概率整形解码单元用于根据接收端编码规则将数据解码，从而获得原始的二进制数据流，完成信号解调。