專利名稱：Qam軟解調(diào)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無(wú)線信號(hào)通信系統(tǒng)中的解調(diào)方法，具體涉及一種采用正交調(diào)幅(QAM)的通信系統(tǒng)的軟解調(diào)方法。

背景技術(shù)：
地面數(shù)字電視廣播國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)是我國(guó)地面數(shù)字電視傳輸領(lǐng)域的首個(gè)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為GB20600-2006。國(guó)標(biāo)系統(tǒng)支持標(biāo)清和高清的數(shù)字電視信號(hào)，需要采用高頻譜效率的調(diào)制方式，以支持固定接收和移動(dòng)接收。標(biāo)準(zhǔn)采用了4QAM、16QAM、32QAM和64QAM四種不同的調(diào)制方式，其中4QAM能夠保證在較為惡劣的信道環(huán)境下接收機(jī)依然能夠接收到低碼率的信息，64QAM能夠在信道環(huán)境非常好的時(shí)候滿足用戶對(duì)高碼率信息的需求。
如圖1所示為4QAM對(duì)應(yīng)的信號(hào)星座圖(constellation diagram)，4QAM每2比特對(duì)應(yīng)于1個(gè)星座符號(hào)，F(xiàn)EC編碼輸出的比特?cái)?shù)據(jù)被拆分成2比特為一組的符號(hào)(b1b0)，該符號(hào)的星座映射是同相分量I＝b0，正交分量Q＝b1，星座點(diǎn)坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的I和Q的取值為-4.5和4.5。
如圖2所示為16QAM對(duì)應(yīng)的信號(hào)星座圖，16QAM每4比特對(duì)應(yīng)于1個(gè)星座符號(hào)，F(xiàn)EC編碼輸出的比特?cái)?shù)據(jù)被拆分成4比特為一組的符號(hào)(b3b2b1b0)，該符號(hào)的星座映射是同相分量I＝b1b0，正交分量Q＝b3b2，星座點(diǎn)坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的I和Q的取值為-6、-2、2和6。
如圖3所示為32QAM對(duì)應(yīng)的信號(hào)星座圖，32QAM每5比特對(duì)應(yīng)于1個(gè)星座符號(hào)，F(xiàn)EC編碼輸出的比特?cái)?shù)據(jù)被拆分成5比特為一組的符號(hào)(b4b3b2b1b0)。星座點(diǎn)坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的同相分量I和正交分量Q的取值為-7.5、-4.5、-1.5、1.5、4.5和7.5。
如圖4所示為64QAM對(duì)應(yīng)的信號(hào)星座圖，64QAM每6比特對(duì)應(yīng)于1個(gè)星座符號(hào)，F(xiàn)EC編碼輸出的比特?cái)?shù)據(jù)被拆分成6比特為一組的符號(hào)(b5b4b3b2b1b0)，該符號(hào)的星座映射是同相分量I＝b2b1b0，正交分量Q＝b5b4b3，星座點(diǎn)坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的I和Q的取值為-7、-5、-3、-1、1、3、5和7。
各種符號(hào)映射加入相應(yīng)的功率歸一化因子以完成星座點(diǎn)的歸一化。
每3744個(gè)映射好的星座符號(hào)作為一個(gè)信號(hào)幀幀體的數(shù)據(jù)部分，前面添加36個(gè)符號(hào)的系統(tǒng)信息，系統(tǒng)信息包含有數(shù)據(jù)部分采用的信道編碼碼率，系統(tǒng)調(diào)制方式還有交織模式的指示信息，接收機(jī)首先需要解析這部分符號(hào)來(lái)獲取相應(yīng)的配置，才能完成數(shù)據(jù)部分的正確解調(diào)。
常用的QAM調(diào)制的解調(diào)方式分為硬解調(diào)與軟解調(diào)。硬解調(diào)是指將接收到的含噪星座點(diǎn)，硬判為相應(yīng)的調(diào)制比特，通常實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但性能較差，適用于需求硬判決信道譯碼的場(chǎng)合，如DVB-C；軟解調(diào)是指將接收到的含噪星座點(diǎn)，判決為相應(yīng)調(diào)制比特的軟信息，通常實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，但性能較好，適用于需求軟信道譯碼的場(chǎng)合，如DTMB、WIMAX系統(tǒng)等。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種QAM軟解調(diào)方法，它可以保證精度不受損的前提下使得QAM軟解調(diào)的計(jì)算復(fù)雜度降低。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的QAM軟解調(diào)方法包括以下步驟 (1)根據(jù)如下公式計(jì)算輸入信號(hào)中的同相信號(hào)分量I和正交信號(hào)分量Q RH＝R*conj(H)， I＝real(RH)， Q＝imag(RH)， 其中，RH為輸入信號(hào)，R為頻域接收信號(hào)，H為信道頻域響應(yīng)，conj()為求共軛的函數(shù)，real()為求實(shí)部的函數(shù)，imag()為求虛部的函數(shù)； (2)根據(jù)如下公式計(jì)算衰落因子幅度值G及中間參數(shù)P G＝|H|2， P＝floor((G*c′)＞＞7)， c′＝round(c*128)， 其中，c為調(diào)制因子，c’為定點(diǎn)化c后的值，round()為四舍五入取整函數(shù)，floor()為舍余取整函數(shù)； (3)根據(jù)步驟(1)和步驟(2)計(jì)算得到的參數(shù)，按如下公式設(shè)計(jì)QAM軟解調(diào)裝置的電路 a、若調(diào)制方式為4QAM，則 S1＝Q S0＝I b、若調(diào)制方式為16QAM，則 S3＝Q S2＝P-|Q| S1＝I S0＝P-|I| c、若調(diào)制方式為32QAM，則 S3＝I
S1＝Q
d、若調(diào)制方式為64QAM，則 S5＝Q S4＝P-|Q| S3＝P/2-|S4| S2＝I S1＝P-|I| S0＝P/2-|S1| 其中，Q、I為輸入信號(hào)，S0～S5分別為輸出的每個(gè)比特的對(duì)數(shù)似然比值； (4)根據(jù)調(diào)制方式的類型，利用步驟(3)所述QAM軟解調(diào)裝置的電路輸出該調(diào)制方式下的各個(gè)比特的對(duì)數(shù)似然比值。
本發(fā)明的QAM軟解調(diào)方法采用加法和位移代替乘法運(yùn)算，保證精度不受損的前提下使得QAM軟解調(diào)的計(jì)算復(fù)雜度降低，從而能夠采用簡(jiǎn)單的調(diào)制裝置實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的調(diào)制方法。



下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
圖1為4QAM星座圖； 圖2為16QAM星座圖； 圖3為32QAM星座圖； 圖4為64QAM星座圖； 圖5為本發(fā)明4QAM、16QAM和64QAM解調(diào)數(shù)據(jù)的流程圖； 圖6為本發(fā)明32QAM解調(diào)數(shù)據(jù)的流程圖； 圖7為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的硬件實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施例方式 4QAM，16QAM，32QAM和64QAM的軟判決解調(diào)算法都是基于似然比的處理，本文提出一種運(yùn)算量最低的解決方法，軟解調(diào)的具體步驟如下 (1)由輸入信號(hào)確定的R和H得到RH和G； (2)4QAM的解調(diào)直接將實(shí)部I和虛部Q輸出即可； (3)16QAM、32QAM和64QAM的解調(diào)需要使用到G，同時(shí)也需要調(diào)制因子c及定點(diǎn)化后c’的取值，假設(shè)我們用10比特來(lái)表示RH和G，4QAM、16QAM、32QAM和64QAM的調(diào)制因子c分別為1/sqrt(2)、2/sqrt(10)、1/sqrt(20)和4/sqrt(42)，定點(diǎn)化之后16QAM、32QAM和64QAM的c’分別為79，29和81，然后按圖5和圖6所示的方法計(jì)算即可得到各個(gè)比特軟信息，軟輸出結(jié)果送入后續(xù)的信道解碼單元。
調(diào)制因子c定點(diǎn)化后的c’既可以乘在接收符號(hào)上，也可以乘在G上，但是如果對(duì)每個(gè)符號(hào)進(jìn)行乘法運(yùn)算復(fù)雜度較高，所以圖5和圖6中所示的方法都是在G上考慮調(diào)制因子c的。
在實(shí)現(xiàn)的時(shí)候79和81分別用80-1和80+1來(lái)實(shí)現(xiàn)，用一次加法和兩次移位操作來(lái)代替乘法運(yùn)算，29也是用32-2-1方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，用兩次加法和三次移位操作來(lái)代替乘法運(yùn)算，從而最大程度地降低運(yùn)算復(fù)雜度。
以16QAM為例，假如接收到的I+jQ＝10-13j，G＝|H|2＝14，則 (1)RH＝I+jQ＝10-13j，I＝10，Q＝-13。
(2)c’＝round(c*128)＝round(2/sqrt(10)*128)＝81，P＝floor((G*c’)＞＞7)＝floor((14*81)＞＞7)＝8， (3)根據(jù)步驟(1)得到的I和Q的參數(shù)，步驟(2)得到的G和中間參數(shù)P的參數(shù)，及各種調(diào)制方式的計(jì)算公式設(shè)計(jì)解調(diào)電路 a、若調(diào)制方式為4QAM，則計(jì)算公式為 S1＝Q S0＝I b、若調(diào)制方式為16QAM，則計(jì)算公式為 S3＝Q S2＝P-|Q| S1＝I S0＝P-|I| c、若調(diào)制方式為32QAM，則計(jì)算公式為 S3＝I
S1＝Q
d、若調(diào)制方式為64QAM，則計(jì)算公式為 S5＝Q S4＝P-|Q| S3＝P/2-|S4| S2＝I S1＝P-|I| S0＝P/2-|S1| 上述公式中，S0～S5分別為每個(gè)比特的對(duì)數(shù)似然比值。根據(jù)上述公式，解調(diào)裝置的連接圖可設(shè)計(jì)為如圖7所示的解調(diào)電路，可以看出電路由一些比較簡(jiǎn)單的邏輯組成，包括寄存器，加法器，移位器，取絕對(duì)值運(yùn)算和比較邏輯運(yùn)算。其中輸入?yún)?shù)QAM_Type用來(lái)確定接收數(shù)據(jù)的調(diào)制類型，輸入到解調(diào)器的數(shù)據(jù)是I，Q和G，解調(diào)器根據(jù)數(shù)據(jù)的調(diào)制類型對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列邏輯運(yùn)算，最后輸出各個(gè)比特的軟信息值。前述16QAM各比特的軟信息值如下 S3＝Q＝-13 S2＝P-|Q|＝8-|-13|＝-5 S1＝I＝10 S0＝P-|I|＝8-|10|＝-2 最后將步驟(3)的輸出結(jié)果后續(xù)的信道解碼單元。
綜上所述，圖7為根據(jù)本發(fā)明的軟解調(diào)方法設(shè)計(jì)出的一個(gè)解調(diào)電路，所示的解調(diào)電路其實(shí)現(xiàn)過(guò)程具體操作分為以下三個(gè)時(shí)鐘周期 第一時(shí)鐘周期 根據(jù)QAM_Type選擇G的倍數(shù)，得到中間參數(shù)P并將結(jié)果存入觸發(fā)器。將輸入的I和Q輸入觸發(fā)器。
第二時(shí)鐘周期 根據(jù)本發(fā)明的軟解調(diào)算法計(jì)算出QAM的輸出軟信息值。其中32QAM的S0、S2和S4需要經(jīng)過(guò)比較邏輯電路來(lái)選擇輸出值。
第三時(shí)鐘周期 將計(jì)算結(jié)果輸出。其中4QAM_S0、16QAM_S1、64QAM_S2和32QAM_S3共用一個(gè)結(jié)果，4QAM_S1、16QAM_S3、64QAM_S5和32QAM_S1共用一個(gè)結(jié)果，16QAM_S0和64QAM_S1共用一個(gè)結(jié)果，16QAM_S2和64QAM_S4共用一個(gè)結(jié)果。
權(quán)利要求
1、一種QAM軟解調(diào)方法；其特征在于，包括如下步驟
(1)根據(jù)如下公式計(jì)算輸入信號(hào)中的同相信號(hào)分量I和正交信號(hào)分量Q
RH＝R*conj(H)，
I＝real(RH)，
Q＝imag(RH)，
其中，RH為輸入信號(hào)，R為頻域接收信號(hào)，H為信道頻域響應(yīng)，conj()為求共軛的函數(shù)，real()為求實(shí)部的函數(shù)，imag()為求虛部的函數(shù)；
(2)根據(jù)如下公式計(jì)算衰落因子幅度值G及中間參數(shù)P
G＝|H|2，
P＝floor((G*c′)＞＞7)，
c′＝round(c*128)，
其中，c為調(diào)制因子，c’為定點(diǎn)化c后的值，round()為四舍五入取整函數(shù)，floor()為舍余取整函數(shù)；
(3)根據(jù)步驟(1)和步驟(2)計(jì)算得到的參數(shù)，按如下公式設(shè)計(jì)QAM軟解調(diào)裝置的電路
a、若調(diào)制方式為4QAM，則
S1＝Q
S0＝I
b、若調(diào)制方式為16QAM，則
S3＝Q
S2＝P-|Q|
S1＝I
S0＝P-|I|
c、若調(diào)制方式為32QAM，則
S3＝I
S1＝Q
d、若調(diào)制方式為64QAM，則
S5＝Q
S4＝P-|Q|
S3＝P/2-|S4|
S2＝I
S1＝P-|I|
S0＝P/2-|S1|
其中，Q、I為輸入信號(hào)，S0～S5分別為輸出的每個(gè)比特的對(duì)數(shù)似然比值；
(4)根據(jù)調(diào)制方式的類型，利用步驟(3)所述QAM軟解調(diào)裝置的電路輸出該調(diào)制方式下的各個(gè)比特的對(duì)數(shù)似然比值。
2、如權(quán)利要求1所述的QAM軟解調(diào)方法，其特征在于，步驟(2)中4QAM、16QAM、32QAM和64QAM的調(diào)制因子c分別為1/sqrt(2)，2/sqrt(10)，1/sqrt(20)，4/sqrt(42)。
3、如權(quán)利要求2所述的QAM軟解調(diào)方法，其特征在于，步驟(2)中16QAM、32QAM和64QAM的調(diào)制因子c定點(diǎn)化后的結(jié)果c’分別為79、29和81。
4、如權(quán)利要求3所述的QAM軟解調(diào)方法，其特征在于，所述的16QAM和64QAM的調(diào)制因子c定點(diǎn)化后的結(jié)果c’，即79和81，分別采用80-1、和80+1實(shí)現(xiàn)，用一次加法和兩次位移操作代替乘法運(yùn)算。
5、如權(quán)利要求3所述的QAM軟解調(diào)方法，其特征在于，所述的32QAM的調(diào)制因子c定點(diǎn)化后的結(jié)果c’，即29，采用32-2-1實(shí)現(xiàn)，用兩次加法和三次位移操作代替乘法運(yùn)算。
6、如權(quán)利要求1所述的QAM軟解調(diào)方法，其特征在于，步驟(4)后將輸出結(jié)果送入后續(xù)的信道解碼單元。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種QAM軟解調(diào)方法，包括如下步驟(1)計(jì)算輸入信號(hào)中的同相信號(hào)分量I和正交信號(hào)分量Q；(2)計(jì)算衰落因子幅度值G及中間參數(shù)P值；(3)根據(jù)步驟(1)和步驟(2)中的參數(shù)按如下公式設(shè)計(jì)QAM軟解調(diào)裝置，判斷調(diào)制方式的類型，為每種調(diào)制方式計(jì)算各個(gè)比特的對(duì)數(shù)似然比值；(4)將步驟(3)的輸出結(jié)果送入后續(xù)的信道解碼單元。本發(fā)明采用加法和位移代替乘法運(yùn)算，保證精度不受損的前提下使得QAM軟解調(diào)的計(jì)算復(fù)雜度降低，從而能夠采用簡(jiǎn)單的調(diào)制裝置實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的調(diào)制方法。
文檔編號(hào)H04L27/38GK101540752SQ20081004317
公開日2009年9月23日 申請(qǐng)日期2008年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月18日
發(fā)明者蔣朱成, 赟 張, 濤 汪, 毅 楊 申請(qǐng)人:卓勝微電子(上海)有限公司