一種衛(wèi)星通信的16APSK軟解調(diào)方法

高時(shí)漢，熊 韜，楊碧水

(廣州海格通信集團(tuán)股份有限公司，廣東 廣州 510663)

0 引言

隨著衛(wèi)星通信技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，部分業(yè)務(wù)需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量越來越大，傳統(tǒng)低階調(diào)制已很難滿足要求。但衛(wèi)星通信的傳輸距離過遠(yuǎn)導(dǎo)致接收信噪比較低，一般衛(wèi)星通信高階調(diào)制選用適合衛(wèi)星通信信道非線性特性的16APSK。

16APSK的軟解調(diào)算法的性能最優(yōu)算法為LOG-MAP[1]，但該算法計(jì)算量過大，不適合工程實(shí)現(xiàn)。大量文獻(xiàn)[2-9]對16APSK的軟解調(diào)算法做了簡化設(shè)計(jì)，但這些方法普遍仍存在工程實(shí)現(xiàn)難度較大的問題。基于這一現(xiàn)狀，提出了一種運(yùn)算復(fù)雜度低且考慮實(shí)際工程需求的16APSK軟解調(diào)算法，該算法首先對接收的星座進(jìn)行半徑矯正，使得矯正后的星座半徑接近發(fā)射時(shí)的星座半徑，然后矯正星座通過主要以加法運(yùn)算為主的解調(diào)算法進(jìn)行軟解調(diào)。

1 16APSK星座

16APSK是在衛(wèi)星通信標(biāo)準(zhǔn)DVB-S2中引入的，與地面通信常用的調(diào)制16QAM擁有相同的數(shù)據(jù)傳輸能力，但16APSK所具有的良好包絡(luò)特性使其發(fā)射系統(tǒng)具有更低的峰均比，從而更適合對發(fā)射功率有要求的衛(wèi)星通信。16APSK的星座圖如圖 1所示，其星座點(diǎn)x的表達(dá)式為：

(1)

圖1 16APSK星座圖Fig.1 Constellation of 16APSK

2 16APSK軟解調(diào)預(yù)校正算法

由于接收機(jī)收到的符號包含噪聲，接收到的符號可以如下：

ri=Gixi+ni，

(2)

式中，ri表示接收符號，Gi表示信道增益，xi表示發(fā)送符號，ni表示噪聲。

由圖 2和圖 3可知，接收到的符號幅度由于信道增益的影響相較于發(fā)送符號發(fā)生了變化。由于軟比特解調(diào)都是參考發(fā)射星座圖來處理的，因此有必要接收星座圖做校正處理，如圖4所示。

校正的具體過程如下：

① 首先對接收的星座圖做歸一化處理，即

(3)

③ 對Ω中的點(diǎn)的模取平均值，該平均值與R2之間的比值記為α；

④ 對接收符號做校正處理，即

(4)

圖2 16APSK發(fā)送星座仿真圖Fig.2 Constellation of transmiting 16APSK

圖3 16APSK接收星座仿真圖Fig.3 Constellation of receiving 16APSK

圖4 16APSK接收星座校正后仿真圖Fig.4 Constellation of correcting 16APSK

3 16APSK軟解調(diào)算法

16APSK的發(fā)送符號x表示4個(gè)二進(jìn)制編碼映射b3b2b1b0，其中b3為高位，b0為低位。由于16APSK是由內(nèi)圓和外圓組成，可把內(nèi)、外圓半徑之和的一半(R1+R2)/2作為上一節(jié)處理后的各接收符號幅度Ai的分界值，即小于(R1+R2)/2幅度值為內(nèi)圓的符號，大于(R1+R2)/2幅度為外圓的符號?；诖讼旅娣謩e進(jìn)行內(nèi)圓和外圓符號的軟判決：

(1)Ai<(R1+R2)/2時(shí)，如圖 5所示，對于b0位置其0全位于Q軸上方，故內(nèi)圓b0的軟輸出可定義為：

(5)

由圖 6可見，b1位置其0全位于I軸右側(cè)，所以內(nèi)圓b1的軟輸出可定義為：

(6)

圖5 16APSK內(nèi)圓b0的二進(jìn)制編碼Fig.5 Binary for b0 of inner circle in 16APSK

圖6 16APSK內(nèi)圓b1的二進(jìn)制編碼Fig.6 Binary for b1 of inner circle in 16APSK

由圖7可知，16APSK的最高兩個(gè)比特b2、b3均為1，因此定義接收點(diǎn)的幅度與(R1+R2)/2的差值作為b2、b3軟輸出：

(7)

式中，除以R1表示定義接收點(diǎn)正好位于內(nèi)圓上時(shí)的軟輸出值為1。

圖7 16APSK內(nèi)圓b2、b3的二進(jìn)制編碼Fig.7 Binary for b2、b3 of inner circle in 16APSK

(2)Ai>(R1+R2)/2時(shí)，由圖 8可知16APSK外圓的b0上半軸全為0，所以外圓b0的軟輸出定義為：

(8)

由圖 9可知16APSK外圓的右半軸b1全為1，故定義外圓b1的軟輸出為：

(9)

圖8 16APSK外圓b0的二進(jìn)制編碼Fig.8 Binary for b0 of outer circle in 16APSK

圖9 16APSK外圓b1的二進(jìn)制編碼Fig.9 Binary for b1 of outer circle in 16APSK

圖10 16APSK外圓b2的二進(jìn)制編碼Fig.10 Binary for b2 of outer circle in 16APSK

圖11 16APSK外圓b3的二進(jìn)制編碼Fig.11 Binary for b3 of outer circle in 16APSK

4 性能分析

對上述算法在仿真平臺(tái)上進(jìn)行了數(shù)值仿真，每幀的輸入比特長度為2 560，采用3GPP LTE中的Turbo編碼方式，碼率1/3，調(diào)制方式采用16APSK，進(jìn)行10 000次隨機(jī)試驗(yàn)，誤塊率的仿真效果如圖12所示。

以誤塊率10-3對應(yīng)Eb/N0作為解調(diào)門限，圖12仿真結(jié)果表明本文提出的算法與最優(yōu)算法LOG-MAP的軟解調(diào)性能僅相差0.9 dB左右，具有良好的性能。

圖12 16APSK軟解調(diào)仿真效果 Fig.12 Simulation of softdemapping for 16APSK

5 結(jié)論

本文所提出的軟比特解調(diào)方法在實(shí)現(xiàn)過程中基本是以加法、提取實(shí)部和虛部運(yùn)算為主，極少出現(xiàn)除法運(yùn)算(文中出現(xiàn)的除式在實(shí)現(xiàn)中均可以常數(shù)代替)，整體運(yùn)算量很低。同時(shí)仿真結(jié)果表明，所提算法性能僅比最優(yōu)算法低0.9 dB。因此該軟解調(diào)方法在犧牲較少信噪比的情況下，運(yùn)算復(fù)雜度得到大幅降低，具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。