CN114039832B - 一种适用于超音速快变信道下多天线高阶调制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种适用于超音速快变信道下多天线高阶调制方法，包括MQAM调制、星座图扩展、DSTBC编码、DSTBC译码、星座图解扩展和MQAM解调的过程。本发明将MQAM调制后的星座图进行扩展，利用DSTBC编码信号输出的信号功率选择调制信号在星座图的位置，达到精确控制信号输出功率，从而避免传输功率因编码导致的增加或者减少到某些极值，从而解决无法将MQAM调制方式应用于DSTBC编码的问题，MQAM‑DSTBC比较于MPSK‑DSTBC能够在吞吐率一样的前提下，提升解调性能；在超音速快变信道下，能够利用MQAM‑DSTBC技术，实现在高吞吐率前提下能达到多天线分集性能也能适应于信道的快速变化。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，具体而言，涉及一种适用于超音速快变信道下多天线高阶调制方法。
背景技术
无线通信中特别是正交频分复用(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing，OFDM)通信中，OFDM用于多天线无线通信中，通常会采用多天线MIMO技术，特别是利用MIMO的分集技术，能够带来***增益，以及多径干扰场景下有良好的通信性能。
在MIMO分集技术中通常有2种方式，第一种是采用发送导频，利用空时编码STBC的方式，在接收端利用导频信息测量出信道状态信息；第二种则采用差分空时编码DSTBC技术，该技术不需要发送导频信息，更不需要测量信道状态信息，利用DSTBC独特的解码技术，能够成功的消除掉信道信息，还原发送信息。
针对导频和STBC技术在应对超音速变化信道时，需要***导频信息更为密集，才能够实时的跟踪信道的变化，因此它在应对超音速快变信道下，需要发送连续的导频信息才能与DSTBC的效果相当，其缺点则是开销大导致有效信息极度降低，但是DSTBC技术利用其差分结构，能够在差分运算中消除掉信道信息，不需要增加额外的开销便能实时跟踪信道变化，因此DSTBC技术具有低开销特点。
但是之前在应用DSTBC技术只适合MPSK调制方式，也就是需要调制方式为恒包络调制，众所周知，在高阶MPSK调制的星座图中相邻点的距离较小，导致需要更高的信噪比才能够完成对应的解调，极度影响***的性能。
发明内容
本发明旨在提供一种适用于超音速快变信道下多天线高阶调制方法，以解决上述存在的问题。
本发明提供的.一种适用于超音速快变信道下多天线高阶调制方法，包括如下步骤：
S10，将比特数据按照MQAM进行调制，得到星座图；
S20，将所述星座图进行扩展，将扩展的星座点称为外部星座点，原始的星座图中的星座点称为内部星座点；
S30，对内部星座点和外部星座点通过计算编码后的矩阵数据的功率以及DSTBC编码，输出DSTBC编码后的矩阵数据；
S40，根据步骤S30输出的DSTBC编码后的矩阵数据，将矩阵数据的第一行作为第一根天线的发送数据，矩阵的第二行作为第二根天线的发送数据；
S50，接收端对2根天线的发送数据进行接收；对于接收的数据，将每根天线中每2个符号数据分为一组，同时，2根天线的每组数据构造为一个2×2的矩阵，并对该2×2的矩阵进行DSTBC译码，得到译码矩阵；
S60，选取译码矩阵的第一行作为译码后数据，将该译码后数据进行MQAM的星座图解扩展，将外部星座点映射到内部星座点；
S70，将步骤S60映射后的星座点数按照MQAM进行解调，得到最终结果。
进一步的，步骤S20中将所述星座图进行扩展的方法包括如下子步骤：
S21，根据步骤S10中MQAM的M值，利用下式计算所述星座图中***一行或者一列的星座点数D：
D＝log2(M)；
S22，选取4个区域的中心点：
(1)根据所述星座图的左边一列，从上至下选取第D-2点，作为区域1的中心点；
(2)根据所述星座图的顶端一行，从右至左选取第D-2点，作为区域2的中心点；
(3)根据所述星座图的右边一列，从下至上选取第D-2点，作为区域3的中心点；
(4)根据所述星座图的底端一行，从左至右选取第D-2点，作为区域4的中心点；
S23，将所述星座图去掉最***的星座点后，将剩余的每个星座点依次减去区域1、区域2、区域3和区域4的中心点，得到4个差值；
S24，将所述剩余的每个星座点得到的4个差值求模值，模值最小值的位置表示该星座点属于的区域编号；
S25，根据步骤S24得到的区域编号，分别以区域1的实部、或者区域2的虚部、或者区域3的实部、或者区域4的虚部为对称轴，计算出外部的镜像星座点，该镜像星座点即为扩展的星座点，并称为外部星座点；原步骤S10得到的星座图中的星座点称为内部星座点。
进一步的，步骤S30包括如下子步骤：
S31，将步骤S10得到的星座图中，按照每2个星座点为一组，并对每组的星座点进行矩阵映射：
其中，Xk为第k组星座点映射得到的矩阵；xk,1和xk,2为第k组矩阵中星座点，xk,1 *表示对星座点xk,1进行共轭运算，xk,2 *表示对星座点xk,2进行共轭运算，k＝1,...,N；N为星座图的数据总长度的一半，也为总共分得的组数；
S32，将每组星座点映射得到的矩阵按照如下公式进行DSTBC编码：
Yk＝XkYk-1
其中，Yk为第k组星座点映射得到的矩阵进行DSTBC编码后的矩阵数据；yk,1和yk,2为矩阵单元数据，yk,1 *表示对矩阵单元数据yk,1进行共轭运算，yk,2 *表示对矩阵单元数据yk,2进行共轭运算，k＝1,...,N；N为星座图的数据总长度的一半，也为总共分得的组数；
S33，对星座点映射得到的矩阵进行DSTBC编码后的矩阵数据，按照如下公式计算编码后的矩阵数据的功率：
其中，为矩阵单元数据的功率，Pk为编码后的矩阵数据的功率；
S34，定义一个编码后的初始矩阵数据Y0，将定义的编码后的初始矩阵数据Y0按照步骤S33的公式计算编码后的矩阵数据的功率，其中，编码后的矩阵数据的功率中矩阵单元数据的功率对应编码后的矩阵数据中的矩阵单元数据的位置，若矩阵单元数据的功率大于等于1，该位置选择内部星座点，编码后数据的功率小于1，该位置选择外部星座点；根据选择出的内部星座点和外部星座点得到第1组星座点映射得到的矩阵进行DSTBC编码后的矩阵数据Y1，然后利用第1组星座点映射得到的矩阵进行DSTBC编码后的矩阵数据Y1，重复执行步骤S32～S33，依次类推，得到第1组至第k组星座点映射得到的矩阵进行DSTBC编码后的矩阵数据。
进一步的，步骤S50中将2根天线的每组数据构造的矩阵表示为：
其中，Rk为2根天线的第k组数据，r1,2k表示第1根天线的第k组数据的第一个符号，r1,2k+1表示第1根天线的第k组数据的第二个符号，r2,2k表示2根天线的第k组数据的第一个符号，r2,2k+1表示第2根天线的第k组数据的第二个符号。
进一步的，步骤S50中进行DSTBC译码的方法为：
Gk＝RkRk-1 -1
其中，Gk为2根天线的第k组数据的译码矩阵，Rk-1 -1为2根天线的第k-1组数据的逆矩阵。
进一步的，步骤S70中按照MQAM进行解调的M值与步骤S10中按照MQAM进行调制的M值相同。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明将MQAM调制后的星座图进行扩展，利用DSTBC编码信号输出的信号功率选择调制信号在星座图的位置，达到精确控制信号输出功率，从而避免传输功率因编码导致的增加或者减少到某些极值，从而解决无法将MQAM调制方式应用于DSTBC编码的问题，MQAM-DSTBC比较于MPSK-DSTBC能够在吞吐率一样的前提下，提升解调性能；在超音速快变信道下，能够利用MQAM-DSTBC技术，实现在高吞吐率前提下能达到多天线分集性能也能适应于信道的快速变化。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例的适用于超音速快变信道下多天线高阶调制方法的流程图。
图2为本发明实施例的适用于超音速快变信道下多天线高阶调制方法中按照64QAM进行调制得到的星座图。
图3为本发明实施例的适用于超音速快变信道下多天线高阶调制方法中按照64QAM进行调制并扩展后的星座图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
本实施例以MQAM中的M值为64为例，即采用64QAM调制、然后对调制星座图扩展、再进行DSTBC编码、译码和最终的解扩展和解调。如图1所示，本实施例提出一种适用于超音速快变信道下多天线高阶调制方法，包括如下步骤：
S10，将比特数据按照64QAM进行调制，得到如图2所示的星座图；
S20，将所述星座图进行扩展，将扩展的星座点称为外部星座点，原始的星座图中的星座点称为内部星座点；
S21，根据步骤S10中64QAM的M值，也即星座图中的总总做点数64，利用下式计算所述星座图中***一行或者一列的星座点数D：
D＝log2(64)；
S22，选取4个区域的中心点：
(1)根据所述星座图的左边一列，从上至下选取第D-2＝4点，作为区域1的中心点，其值为-0.9899-0.1414i；
(2)根据所述星座图的顶端一行，从右至左选取第D-2＝4点，作为区域2的中心点，其值为-0.1414+0.9899i；
(3)根据所述星座图的右边一列，从下至上选取第D-2＝4点，作为区域3的中心点，其值为0.9899+0.1414i；
(4)根据所述星座图的底端一行，从左至右选取第D-2＝4点，作为区域4的中心点，其值为0.1414-0.9899i；
S23，将所述星座图去掉最***的星座点后，将剩余的每个星座点依次减去区域1、区域2、区域3和区域4的中心点，得到4个差值：
剩余的每个星座点减去区域1的中心点，得到插值sub1；
剩余的每个星座点减去区域2的中心点，得到插值sub2；
剩余的每个星座点减去区域3的中心点，得到插值sub3；
剩余的每个星座点减去区域4的中心点，得到插值sub4；
S24，将所述剩余的每个星座点得到的4个差值sub1、sub2、sub3、sub4求模值，模值最小值的位置表示该星座点属于的区域编号；
S25，根据步骤S24得到的区域编号，分别以区域1的实部、或者区域2的虚部、或者区域3的实部、或者区域4的虚部为对称轴，计算出外部的镜像星座点，该镜像星座点即为扩展的星座点，并称为外部星座点，如图3所示的小三角；原步骤S10得到的星座图中的星座点称为内部星座点，如图3所示的小黑点。
S30，对内部星座点和外部星座点通过计算编码后的矩阵数据的功率以及DSTBC编码，输出DSTBC编码后的矩阵数据：
S31，将步骤S10得到的星座图中，按照每2个星座点为一组，并对每组的星座点进行矩阵映射：
其中，Xk为第k组星座点映射得到的矩阵；xk,1和xk,2为第k组矩阵中星座点，xk,1 *表示对星座点xk,1进行共轭运算，xk,2 *表示对星座点xk,2进行共轭运算，k＝1,...,N；N为星座图的数据总长度的一半，也为总共分得的组数；
S32，将每组星座点映射得到的矩阵按照如下公式进行DSTBC编码：
Yk＝XkYk-1
其中，Yk为第k组星座点映射得到的矩阵进行DSTBC编码后的矩阵数据；yk,1和yk,2为矩阵单元数据，yk,1 *表示对矩阵单元数据yk,1进行共轭运算，yk,2 *表示对矩阵单元数据yk,2进行共轭运算，k＝1,...,N；N为星座图的数据总长度的一半，也为总共分得的组数；
S33，对星座点映射得到的矩阵进行DSTBC编码后的矩阵数据，按照如下公式计算编码后的矩阵数据的功率：
其中，为矩阵单元数据的功率，Pk为编码后的矩阵数据的功率；
S34，定义一个编码后的初始矩阵数据Y0，Y0中的各元素的值可以从星座图中64个星座点中任意选择，由此可以定义如下编码后的初始矩阵数据Y0：
将定义的编码后的初始矩阵数据Y0按照步骤S33的公式计算编码后的矩阵数据的功率，其中，编码后的矩阵数据的功率中矩阵单元数据的功率对应编码后的矩阵数据中的矩阵单元数据的位置，若矩阵单元数据的功率大于等于1，该位置选择内部星座点，编码后数据的功率小于1，该位置选择外部星座点；根据选择出的内部星座点和外部星座点得到第1组星座点映射得到的矩阵进行DSTBC编码后的矩阵数据Y1，然后利用第1组星座点映射得到的矩阵进行DSTBC编码后的矩阵数据Y1，重复执行步骤S32～S33，依次类推，得到第1组至第k组星座点映射得到的矩阵进行DSTBC编码后的矩阵数据。
S40，根据步骤S30输出的DSTBC编码后的矩阵数据，将矩阵数据的第一行作为第一根天线的发送数据，矩阵的第二行作为第二根天线的发送数据；
S50，接收端对2根天线的发送数据进行接收；对于接收的数据，将每根天线中每2个符号数据分为一组，同时，2根天线的每组数据构造为一个2×2的矩阵，并对该2×2的矩阵进行DSTBC译码，得到译码矩阵；
其中，将2根天线的每组数据构造的矩阵表示为：
其中，Rk为2根天线的第k组数据，r1,2k表示第1根天线的第k组数据的第一个符号，r1,2k+1表示第1根天线的第k组数据的第二个符号，r2,2k表示2根天线的第k组数据的第一个符号，r2,2k+1表示第2根天线的第k组数据的第二个符号。
其中，进行DSTBC译码的方法为：
Gk＝RkRk-1 -1
即将2根天线的第k组数据乘以2根天线的第k-1组数据的逆矩阵。其中，Gk为2根天线的第k组数据的译码矩阵，Rk-1 -1为2根天线的第k-1组数据的逆矩阵。
S60，选取译码矩阵的第一行作为译码后数据，将该译码后数据进行MQAM的星座图解扩展，将外部星座点映射到内部星座点；
S70，将步骤S60映射后的星座点数按照64QAM进行解调，得到最终结果。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种适用于超音速快变信道下多天线高阶调制方法，其特征在于，包括如下步骤：
S10，将比特数据按照MQAM进行调制，得到星座图；
S20，将所述星座图进行扩展，将扩展的星座点称为外部星座点，原始的星座图中的星座点称为内部星座点；
S30，对内部星座点和外部星座点通过计算编码后的矩阵数据的功率以及DSTBC编码，输出DSTBC编码后的矩阵数据；
S40，根据步骤S30输出的DSTBC编码后的矩阵数据，将矩阵数据的第一行作为第一根天线的发送数据，矩阵的第二行作为第二根天线的发送数据；
S50，接收端对2根天线的发送数据进行接收；对于接收的数据，将每根天线中每2个符号数据分为一组，同时，2根天线的每组数据构造为一个2×2的矩阵，并对该2×2的矩阵进行DSTBC译码，得到译码矩阵；
S60，选取译码矩阵的第一行作为译码后数据，将该译码后数据进行MQAM的星座图解扩展，将外部星座点映射到内部星座点；
S70，将步骤S60映射后的星座点数按照MQAM进行解调，得到最终结果；
步骤S30包括如下子步骤：
S31，将步骤S10得到的星座图中，按照每2个星座点为一组，并对每组的星座点进行矩阵映射：
其中，Xk为第k组星座点映射得到的矩阵；xk,1和xk,2为第k组矩阵中星座点，xk,1 *表示对星座点xk,1进行共轭运算，xk,2 *表示对星座点xk,2进行共轭运算，k＝1,...,N；N为星座图的数据总长度的一半，也为总共分得的组数；
S32，将每组星座点映射得到的矩阵按照如下公式进行DSTBC编码：
Yk＝XkYk-1
其中，Yk为第k组星座点映射得到的矩阵进行DSTBC编码后的矩阵数据；yk,1和yk,2为矩阵单元数据，yk,1 *表示对矩阵单元数据yk,1进行共轭运算，yk,2 *表示对矩阵单元数据yk,2进行共轭运算，k＝1,...,N；N为星座图的数据总长度的一半，也为总共分得的组数；
S33，对星座点映射得到的矩阵进行DSTBC编码后的矩阵数据，按照如下公式计算编码后的矩阵数据的功率：
其中，为矩阵单元数据的功率，Pk为编码后的矩阵数据的功率；
S34，定义一个编码后的初始矩阵数据Y0，将定义的编码后的初始矩阵数据Y0按照步骤S33的公式计算编码后的矩阵数据的功率，其中，编码后的矩阵数据的功率中矩阵单元数据的功率对应编码后的矩阵数据中的矩阵单元数据的位置，若矩阵单元数据的功率大于等于1，该位置选择内部星座点，编码后数据的功率小于1，该位置选择外部星座点；根据选择出的内部星座点和外部星座点得到第1组星座点映射得到的矩阵进行DSTBC编码后的矩阵数据Y1，然后利用第1组星座点映射得到的矩阵进行DSTBC编码后的矩阵数据Y1，重复执行步骤S32～S33，依次类推，得到第1组至第k组星座点映射得到的矩阵进行DSTBC编码后的矩阵数据。
2.根据权利要求1所述的适用于超音速快变信道下多天线高阶调制方法，其特征在于，步骤S20中将所述星座图进行扩展的方法包括如下子步骤：
S21，根据步骤S10中MQAM的M值，利用下式计算所述星座图中***一行或者一列的星座点数D：
D＝log2(M)；
S22，选取4个区域的中心点：
(1)根据所述星座图的左边一列，从上至下选取第D-2点，作为区域1的中心点；
(2)根据所述星座图的顶端一行，从右至左选取第D-2点，作为区域2的中心点；
(3)根据所述星座图的右边一列，从下至上选取第D-2点，作为区域3的中心点；
(4)根据所述星座图的底端一行，从左至右选取第D-2点，作为区域4的中心点；
S23，将所述星座图去掉最***的星座点后，将剩余的每个星座点依次减去区域1、区域2、区域3和区域4的中心点，得到4个差值；
S24，将所述剩余的每个星座点得到的4个差值求模值，模值最小值的位置表示该星座点属于的区域编号；
S25，根据步骤S24得到的区域编号，分别以区域1的实部、或者区域2的虚部、或者区域3的实部、或者区域4的虚部为对称轴，计算出外部的镜像星座点，该镜像星座点即为扩展的星座点，并称为外部星座点；原步骤S10得到的星座图中的星座点称为内部星座点。
3.根据权利要求1所述的适用于超音速快变信道下多天线高阶调制方法，其特征在于，步骤S50中将2根天线的每组数据构造的矩阵表示为：
其中，Rk为2根天线的第k组数据，r1,2k表示第1根天线的第k组数据的第一个符号，r1,2k+1表示第1根天线的第k组数据的第二个符号，r2,2k表示2根天线的第k组数据的第一个符号，r2,2k+1表示第2根天线的第k组数据的第二个符号。
4.根据权利要求3所述的适用于超音速快变信道下多天线高阶调制方法，其特征在于，步骤S50中进行DSTBC译码的方法为：
Gk＝RkRk-1 -1
其中，Gk为2根天线的第k组数据的译码矩阵，Rk-1 -1为2根天线的第k-1组数据的逆矩阵。
5.根据权利要求1-4任一项所述的适用于超音速快变信道下多天线高阶调制方法，其特征在于，步骤S70中按照MQAM进行解调的M值与步骤S10中按照MQAM进行调制的M值相同。
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2021
- 2021-11-26 CN CN202111418716.XA patent/CN114039832B/zh active Active
Patent Citations (5)
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Non-Patent Citations (2)
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|---|
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114039832A (zh) | 2022-02-11 |
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