高维星座生成方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种高维星座生成方法及系统，只对一个象限进行坐标点的设计以及全局最优解的计算，且对称操作算子生成其余象限的坐标点，以及生成高维空间的全部星座集，进行形成高维星座。采用对称操作算子的方式可以大大降低优化问题的自由度，降低计算的复杂度，提高计算的效率。且对称操作算子的引入可以保证相邻象限间只有一位比特差异，这可以有效保障当受噪声影响的符号误判时而产生最小的误比特数目。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及数字通信领域，特别是涉及一种高维星座生成方法及系统。
技术介绍
随着无线通信技术的发展，移动互联网流量到2020年将会增长1000倍。第五代蜂窝网络通信被指能够带来1000倍的系统容量提升，并且能提供许多新特性，比如支持海量低功耗设备接入，扩大覆盖率，提高可靠性，降低延迟等。这些目标需要采用一些新的技术来实现，比如大规模天线(massive MIMO)技术，全双工技术，协作中继技术，毫米波通信和D2D通信等。此外不仅仅对应于无线传输，同样的在光纤传输网络中，高速率，高带宽都是未来发展的趋势。在未来的通信场景中，编码调制技术将不仅仅局限于传统的单个频率资源上。传统的二维星座，可利用的空间自由度只有正交两路，而这样设计的星座集合不能充分利用高维空间自由度而获得成形增益。例如QAM，APSK等在高阶高速传输中不再具备容量优势。因此利用多个资源并行传输的成为研究的热点问题。联合高维空间的多个自由度进行联合设计，可以获得更多的星座成形增益，可以在给定功率限制情形下进一步提高传输容量。传统的高维星座更多的以最小欧式距离作为衡量标准，实际上这只是在高信噪比时的近似衡量准则，例如高维的均匀lattice星座。然而在给定星座阶数和信噪比的情况下，BICM容量是一个与比特映射和星座形状都相关的重要容量标准，这在高维度星座设计中还鲜有研究。现行的高维空间星座设计的设计思路是，在给定平均发送功率情况下最大化任意两星座点间欧式距离。这一设计思路的最终结果是高维空间的lattice均匀星座，星座间距离都是一样的。这种思路没有考虑到比特映射的方案同时也没有考虑不同信噪比下的差异，还需另行设计合适的比特到星座的映射方案。此方法不能保证在不同信噪比下的最优性。此外，现有其他方案大都是将资源块分开独立的传输，没有考虑高维空间自由度的联合利用，这样高维空间的成形增益是不能获取的。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种高维星座生成方法及系统，用于解决现有技术中高维星座形成计算的复杂度高等的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种高维星座生成方法，应用于通信领域中，所述高维星座形成于一高维空间中，所述高维空间包括多个象限，所述方法包括以下步骤：针对第一象限，多次给定满足约束的初始星座点；根据设定的第一象限的星座点,按照由小到大的比特映射关系自然排列；按照最小比特差异映射的方式，通过对称算子生成其余象限的星座点，这样每一个星座点与比特元组都一一对应起来；将所述的所有星座点在高维空间中进行排列；获取每次给定初始点后计算得到的局部最优解；选取所有所述局部最优解中性能最优的解作为所述第一象限的全局最优解；通过对称算子生成其余象限的全局最优解，并根据所有象限的所述全局最优解构成最优星座集合，进而形成所述高维星座。于本专利技术一具体实施例中，还包括基于比特到符号的映射准则，使得区分所述高维空间的任意两个相邻象限的区分比特为一位的差异。于本专利技术一具体实施例中，给定初始点后，计算得到局部最优解的方式包括：采用内点法近似求解一系列修改的KKT方程，以期得到当前的局部最优解。于本专利技术一具体实施例中，给定初始点后，计算得到局部最优解的方式包括：根据最大化BICM容量或最小化欧式距离的调和平均数生成目标函数，以根据所述目标函数形成优化模型，以计算得到局部最优解。于本专利技术一具体实施例中，针对第一象限，多次给定满足约束的初始星座点的方式包括：根据象限对称原则，随机产生一组第一象限的星座点；其中，每个星座点为非负，且随机产生的所有星座点满足预设的功率约束。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术还提供一种高维星座生成系统，应用于通信领域中，所述高维星座形成于一高维空间中，所述高维空间包括多个象限，所述系统包括：星座点生成模块，用以针对第一象限，多次给定满足约束的初始星座点；星座点排列模块，用以根据设定的第一象限的星座点，按照由小到大的比特映射关系自然排列，且按照最小比特差异映射的方式，通过对称算子生成其余象限的星座点，将所述的所有星座点在高维空间中进行排列；局部最优解生成模块，用以获取每次给定初始点后计算得到的局部最优解；全局最优解生成模块，用以选取所有所述局部最优解中性能最优的解作为所述第一象限的全局最优解；高维星座生成模块，用以通过对称算子生成其余象限的全局最优解，并根据所有象限的所述全局最优解构成最优星座集合，进而形成所述高维星座。于本专利技术一具体实施例中，所述星座点排列模块还用以基于比特到符号的映射准则，使得区分所述高维空间的任意两个相邻象限的区分比特为一位的差异。于本专利技术一具体实施例中，所述局部最优解生成模块在给定初始点后，计算得到局部最优解的方式包括：采用内点法近似求解一系列修改的KKT方程，以得到当前的局部最优解。于本专利技术一具体实施例中，所述局部最优解生成模块在给定初始点后，计算得到局部最优解的方式包括：根据最大化BICM容量或最小化欧式距离的调和平均数生成目标函数，以根据所述目标函数形成优化模型，以计算得到局部最优解。于本专利技术一具体实施例中，所述星座点生成模块针对第一象限，多次给定满足约束的初始星座点的方式包括：根据象限对称原则，随机产生一组第一象限的星座点；其中，每个星座点为非负，且随机产生的所有星座点满足预设的功率约束。如上所述，本专利技术的高维星座生成方法及系统，针对第一象限，多次给定满足约束的初始星座点；根据设定的第一象限的星座点，按照由小到大的比特映射关系自然排列；按照最小比特差异映射的方式，通过对称算子生成其余象限的星座点；将所述的所有星座点在高维空间中进行排列；获取每次给定初始点后计算得到的局部最优解；选取所有所述局部最优解中性能最优的解作为所述第一象限的全局最优解；通过对称算子生成其余象限的全局最优解，并根据所有象限的所述全局最优解构成最优星座集合，进而形成所述高维星座。只对一个象限进行坐标点的设计以及全局最优解的计算，且对称操作算子生成其余象限的坐标点，以及生成高维空间的全部星座集，进行形成高维星座。采用对称操作算子的方式可以大大降低优化问题的自由度，降低计算的复杂度，提高计算的效率。且对称操作算子的引入可以保证相邻象限间只有一位比特差异，这可以有效保障当受噪声影响的符号误判时而产生最小的误比特数目。附图说明图1显示为本专利技术的高维星座生成方法在一具体实施例中的流程示意图。图2显示为一三维空间星座集合的示意图。图3显示为本专利技术一具体实施例中比特元组的分配示意图。图4显示为本专利技术的高维星座生成系统在一具体实施例中的模块示意图。元件标号说明1 高维星座生成系统11 星座点生成模块12 星座点排列模块13 局部最优解生成模块14 全局最优解生成模块15 高维星座生成模块S11～S17 步骤具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高维星座生成方法，其特征在于，应用于通信领域中，所述高维星座形成于一高维空间中，所述高维空间包括多个象限，所述方法包括以下步骤：针对第一象限，多次给定满足约束的初始星座点；根据设定的第一象限的星座点，按照由小到大的比特映射关系自然排列；按照最小比特差异映射的方式，通过对称算子生成其余象限的星座点；将所述的所有星座点在高维空间中进行排列；获取每次给定初始点后计算得到的局部最优解；选取所有所述局部最优解中性能最优的解作为所述第一象限的全局最优解；通过对称算子生成其余象限的全局最优解，并根据所有象限的所述全局最优解构成最优星座集合，进而形成所述高维星座。

【技术特征摘要】
1.一种高维星座生成方法，其特征在于，应用于通信领域中，所述高维星座形成于一高维空间中，所述高维空间包括多个象限，所述方法包括以下步骤：针对第一象限，多次给定满足约束的初始星座点；根据设定的第一象限的星座点，按照由小到大的比特映射关系自然排列；按照最小比特差异映射的方式，通过对称算子生成其余象限的星座点；将所述的所有星座点在高维空间中进行排列；获取每次给定初始点后计算得到的局部最优解；选取所有所述局部最优解中性能最优的解作为所述第一象限的全局最优解；通过对称算子生成其余象限的全局最优解，并根据所有象限的所述全局最优解构成最优星座集合，进而形成所述高维星座。2.根据权利要求1所述的高维星座生成方法，其特征在于：还包括基于比特到符号的映射准则，使得区分所述高维空间的任意两个相邻象限的区分比特为一位的差异。3.根据权利要求1所述的高维星座生成方法，其特征在于：给定初始点后，计算得到局部最优解的方式包括：采用内点法近似求解一系列修改的KKT方程，以期得到当前的局部最优解。4.根据权利要求1所述的高维星座生成方法，其特征在于：给定初始点后，计算得到局部最优解的方式包括：根据最大化BICM容量或最小化欧式距离的调和平均数生成目标函数，以根据所述目标函数形成优化模型，以计算得到局部最优解。5.根据权利要求1所述的高维星座生成方法，其特征在于：针对第一象限，多次给定满足约束的初始星座点的方式包括：根据象限对称原则，随机产生一组第一象限的星座点；其中，每个星座点为非负，且随机产生的所有星座点满足预设的功率约束。6.一种高维星座生成系统，其特征在于，应用于通信领域中，所述高维星座形成于一高维空间中，所述高...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖可鑫，夏斌，王敬伦，肖柏岑，陈智勇，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31