[发明专利]一种基于多种调制结合的比特重排方法

摘要

本发明公开了一种基于多种调制结合的比特重排方法，特征是基于第三代通信技术合作计划的长期演进技术标准第八版中的格雷码映射方形星座图，产生了初始传输为16QAM或64QAM调制方式的多调制结合比特重排方式候选集，在该候选集中，若某种比特重排方式选择的比特数为M，则其对应的调制方式为2MQAM；选择最优的比特重排方案的准则为所关注信噪比区间最小化无编码误比特率；发射机选择最优比特重排方案中各次重传对应的比特和调制方式进行重传发送；接收机对比特解重排后和以前接收的数据进行比特级合并解码；多调制结合的比特重排方法可以实现比现有方法更低的误比特率，可以减少发送端和接收端的调制解调的复杂度。

主权项

1.一种基于多种调制结合的比特重排方法，包括：基于第三代通信技术合作计划的长期演进技术标准第八版中的格雷码映射方形星座图所产生的初始传输为16QAM或64QAM调制方式的多调制结合比特重排方式候选集，在该候选集中，若某种比特重排方式选择的比特数为M，则其对应的调制方式为2^MQAM；在最大重传次数为N的系统中，根据N次重传合并后所关注信噪比区间最小化无编码误比特率的准则从多调制结合比特重排方式候选集中选择最优的比特重排方案；发射机根据选出的最优多调制结合比特重排方案中各次重传对应的比特和调制方式进行重传发送；接收机对比特解重排后和以前接收的数据进行比特级合并解码；设接收到的信号为r＝x+j×y，其中x为信号的实部，y为信号的虚部，根据比特对数似然比计算公式计算映射到实部I路的比特i_k解调的比特对数似然比，其中i的脚标k＝1，2，...，M/2；高斯信道下格雷码映射方形四相相移键控QPSK，即4QAM，星座图的解调结果比特对数似然比LLRQPSK(i1)=loge-K(x+ΔQPSK)2e-K(x-ΔQPSK)2]]>=-4KΔQPSKx]]>式1其中符号K为信噪比，格雷码映射方形QPSK星座图的最小星座点距离的一半Δ^QPSK等于高斯信道下格雷码映射方形16QAM星座图的解调结果比特对数似然比LLR16QAM(i1)=loge-K(x+Δ16QAM)2+e-K(x+3Δ16QAM)2e-K(x-Δ16QAM)2+e-K(x-3Δ16QAM)2]]>≈-4KΔ16QAMx]]>式2LLR16QAM(i2)=loge-K(x-3Δ16QAM)2+e-K(x+3Δ16QAM)2e-K(x-Δ16QAM)2+e-K(x+Δ16QAM)2]]>≈-4KΔ16QAM(2Δ16QAM-|x|)]]>式3其中格雷码映射方形16QAM星座图的最小星座点距离的一半Δ^16QAM等于高斯信道下格雷码映射方形64QAM星座图的解调结果比特对数似然比LLR64QAM(i1)=loge-K(x+Δ64QAM)2+e-K(x+3Δ64QAM)2+e-K(x+5Δ64QAM)2+e-K(x+7Δ64QAM)2e-K(x-Δ64QAM)2+e-K(x-3Δ64QAM)2+e-K(x-5Δ64QAM)2+e-K(x-7Δ64QAM)2]]>≈-4KΔ64QAMx]]>式4LLR64QAM(i2)=loge-K(x-5Δ64QAM)2+e-K(x-7Δ64QAM)2+e-K(x+5Δ64QAM)2+e-K(x+7Δ64QAM)2e-K(x-Δ64QAM)2+e-K(x-3Δ64QAM)2+e-K(x+Δ64QAM)2+e-K(x+3Δ64QAM)2]]>≈-4KΔ16QAM(4Δ64QAM-|x|)]]>式5LLR64QAM(i3)=loge-K(x-7Δ64QAM)2+e-K(x-Δ64QAM)2+e-K(x+Δ64QAM)2+e-K(x+7Δ64QAM)2e-K(x-3Δ64QAM)2+e-K(x-5Δ64QAM)2+e-K(x+5Δ64QAM)2+e-K(x+3Δ64QAM)2]]>≈-4KΔ64QAM(2Δ16QAM-|4Δ64QAM-|x||)]]>式6其中格雷码映射方形64QAM星座图的最小星座点距离的一半Δ^64QAM等于然后进行映射到虚部Q路的比特q_k解调比特对数似然比的计算，其中q的脚标k＝1，2，...，M/2，计算方式和映射到实部I路的比特ik解调比特对数似然比的计算相同，只需把上述公式中等式左边的i替换成q，等式右边的x替换为y；其特征在于：初始传输为16QAM比特顺序为i₁q₁i₂q₂的多调制结合比特重排方法备选的比特重排方式候选集如表1所示：表1  初始传输为16QAM比特顺序为i₁q₁i₂q₂的比特重排方式候选集  i₁q₁i₂q₂  i₂q₂i₁q₁  i₁q₁i₂q₂  i₂q₂i₁q₁  i₁q₁  i₂q₂初始传输为64QAM比特顺序为i₁q₁i₂q₂i₃q₃的多调制结合比特重排方法备选的比特重排方式候选集如表2所示：表2  初始传输为64QAM比特顺序为i₁q₁i₂q₂i₃q₃的比特重排方式候选集  i₁q₁i₂q₂i₃q₃  i₁q₁i₃q₃i₂q₂  i₂q₂i₁q₁i₃q₃  i₂q₂i₃q₃i₁q₁  i₃q₃i₁q₁i₂q₂  i₃q₃i₂q₂i₁q₁  i₁q₁i₂q₂i₃q₃  i₁q₁i₃q₃i₂q₂  i₂q₂i₁q₁i₃q₃  i₂q₂i₃q₃i₁q₁  i₃q₃i₁q₁i₂q₂  i₃q₃i₂q₂i₁q₁  i₁q₁i₂q₂i₃q₃  i₁q₁i₃q₃i₂q₂  i₂q₂i₁q₁i₃q₃  i₂q₂i₃q₃i₁q₁  i₃q₃i₁q₁i₂q₂  i₃q₃i₂q₂i₁q₁  i₁q₁i₂q₂i₃q₃  i₁q₁i₃q₃i₂q₂  i₂q₂i₁q₁i₃q₃  i₂q₂i₃q₃i₁q₁  i₃q₃i₁q₁i₂q₂  i₃q₃i₂q₂i₁q₁  i₁q₁i₂q₂  i₂q₂i₁q₁  i₁q₁i₃q₃  i₃q₃i₁q₁  i₂q₂i₃q₃  i₃q₃i₂q₂  i₁q₁i₂q₂  i₂q₂i₁q₁  i₁q₁i₃q₃  i₃q₃i₁q₁  i₂q₂i₃q₃  i₃q₃i₂q₂  i₁q₁  i₂q₂  i₃q₃表1和表2中比特重排方式的符号加上画线的表示比特取反；如果某种比特重排方式的比特数为M，则这种比特重排方式对应的调制方式为2^MQAM，即：如果M等于2，对应的调制方式为QPSK；如果M等于4，对应的调制方式为16QAM；如果M等于6对应的调制方式为64QAM；在最大重传次数为N的系统中，发送端根据N次重传合并后所关注信噪比区间最小化无编码误比特率的准则从多调制结合比特重排方式候选集中选择最优的比特重排方案：如果初始传输为16QAM调制，则多调制结合比特重排最优方案从表1初始传输为16QAM比特顺序为i₁q₁i₂q₂的比特重排方式候选集的6^N种组合中选取，最优的方案为所关注的信噪比区间的无编码误比特率最小；如果初始传输为64QAM调制，则多调制结合比特重排最优方案从表2初始传输为64QAM比特顺序为i₁q₁i₂q₂i₃q₃的比特重排方式候选集的39^N种组合中选取，最优的方案为所关注的信噪比区间的无编码误比特率最小；接收端合并重传数据的方式为直接相加每个比特对应的比特对数似然比：如果在重传时某些比特没有被重传，则在合并时将这次没有被重传的比特的比特对数似然比取为0；对于本次传输被重传的比特，则从式1-式6中根据其调制方式选择相应的计算公式计算比特对数似然比；由多调制结合比特重排方式组合得到的任一种比特重排方法的无编码误比特率通过以下两种方法中的任意一种得到：方法一：映射到实部I路的比特i_k解调比特对数似然比服从的分布计算如下，其中i的脚标k＝1，2，...，M/2；设第j次重传时的噪声方差为σ²的噪声n_j服从正态分布N(0，σ²)，则接收到的信号实部为：x＝C^x+n_j                       式7其中发送端发送的调制符号的实部为C^x；则解调后各种调制方式的比特对数似然比服从的分布如下：QPSK解调比特对数似然比服从的分布为：LLRQPSK(i1)~N(-4KΔQPSKCi1q1x,(-4KΔQPSK)2σ2)]]>式8其中比特i₁q₁映射到格雷码映射方形QPSK星座图中的实部为16QAM解调比特对数似然比服从的分布为：LLR16QAM(i1)~N(-4KΔ16QAMCi1q1i2q2x,(-4KΔ16QAM)2σ2)]]>式9LLR16QAM(i2)~N(-4KΔ16QAM(2Δ16QAM-Ci1q1i2q2x),(-4KΔ16QAM)2σ2),ifnj≥-Ci1q1i2q2xN(-4KΔ16QAM(2Δ16QAM+Ci1q1i2q2x),(-4KΔ16QAM)2σ2),ifnj≤-Ci1q1i2q2x]]>式10其中比特i₁q₁i₂q₂映射到格雷码映射方形16QAM星座图中的实部为64QAM解调比特对数似然比服从的分布为：LLR64QAM(i1)~N(-4KΔ64QAMCi1q1i2q2i3q3x,(-4KΔ64QAM)2σ2)]]>式11LLR64QAM(i2)~N(-4KΔ64QAM(4Δ64QAM-Ci1q1i2q2i3q3x),(-4KΔ64QAM)2σ2),ifnj≥-Ci1q1i2q2i3q3xN(-4KΔ64QAM(4Δ64QAM+Ci1q1i2q2i3q3x),(-4KΔ64QAM)2σ2),ifnj≤-Ci1q1i2q2i3q3x]]>式12LLR64QAM(i3)~N(-4KΔQAM(-2Δ64QAM+Ci1q1i2q2i3q3x),(-4KΔ64QAM)2σ2),if-Ci1q1i2q2i3q3x≤nj≤4Δ64QAM-Ci1q1i2q2i3q3xN(-4KΔQAM(6Δ64QAM-Ci1q1i2q2i3q3x),(-4KΔ64QAM)2σ2),ifnj>4Δ64QAM-Ci1q1i2q2i3q3xN(-4KΔQAM(-2Δ64QAM-Ci1q1i2q2i3q3x),(-4KΔ64QAM)2σ2),if-4Δ64QAM-Ci1q1i2q2i3q3x≤nj≤-Ci1q1i2q2i3q3xN(-4KΔQAM(6Δ64QAM+Ci1q1i2q2i3q3x),(-4KΔ64QAM)2σ2),ifnj<-4Δ64QAM-Ci1q1i2q2i3q3x]]>式13其中比特i₁q₁i₂q₂i₃q₃映射到格雷码映射方形64QAM星座图中的实部为映射到虚部Q路的比特q_k解调比特对数似然比的分布也服从式8-式13，只需把上述式8-式13中等式左边的i替换成q，等式右边的x替换为y即可，其中q的脚标k＝1，2，...，M/2；由式8-式13知各比特对数似然比均服从正态分布或有条件的正态分布，则它们的任意组合相加仍然是正态分布或有条件的正态分布；对于接收机来说，得到的合并以后的比特对数似然比就服从正态分布或者是有条件的正态分布，对于无编码的系统对合并以后的比特对数似然比进行硬判译码的误比特率就由合并以后的比特对数似然比的正态分布或者是有条件的正态分布求得；或，方法二：采用仿真得到由多调制结合比特重排方式组合的任一种比特重排方案的无编码误比特率：接收端合并重传数据的方式为直接相加每个比特对应的比特对数似然比，由式1-式6计算得到重传的数据比特的比特对数似然比，通过仿真对合并以后的比特对数似然比解码即得到误比特率。