一种降低联合编码调制系统误比特率的星座映射方法技术方案

本发明专利技术属于通讯技术领域。特别是涉及一种降低联合编码调制系统中的误比特率的星座映射方法。本发明专利技术主要解决目前采用高阶APSK调制的联合编码调制系统中误比特率高的问题。本发明专利技术降低联合编码调制系统中误比特率的星座映射方法，包括以下步骤：首先建立联合编码调制系统模型；将发送端交织完成的输出信号作为高阶APSK星座映射的输入信号，并用新型蝙蝠算法初始化参数；随机产生多组解；计算每一组解的误比特率，取误比特率最小值对应的一组解为最优解；开始迭代，产生新解；在最优解周围产生局部解；更新当前全局最优解，达到最大迭代次数，输出最优解。

【技术实现步骤摘要】
一种降低联合编码调制系统误比特率的星座映射方法
本专利技术属于通讯
特别是涉及一种降低联合编码调制系统中的误比特率的星座映射方法。
技术介绍
在卫星通信领域制定的标准中，如卫星数字化视频广播第二代标准DVB-S2、空间数据系统咨询委员会等，普遍使用振幅移相键控APSK调制，这是因为卫星通信信道的非线性特性要求设计的星座结构能够使信号幅度的起伏较小，而APSK调制的频谱利用率高、信号幅度起伏小的特点恰恰满足卫星通信的要求。目前APSK调制中普遍使用的是均匀的伪格雷映射方案，由于不同的星座结构对调制性能有着很大的影响，这一传统映射方案有待优化以进一步提升系统性能。近年来，国内外对星座映射优化方法的研究有以下两方面。一方面，大多数研究都旨在降低联合编码调制系统的地板效应，如D.Torrieri等人提出的TV映射方法，该方法虽然降低了地板效应，但是它的代价是在瀑布区域的性能损失严重；HassanM等人提出的预编码方法，好处是降低了地板效应，其不足之处是没有从整体上降低比特错误概率。另一方面，在卫星通信视频广播领域，MatteoAnedda等人提出了一种以最小化比特错误数为优化目标，基于遗传算法的64APSK映射优化方法，JonBarrueco等人提出了以信道容量为优化目标，基于粒子群算法的非均匀QAM星座映射优化方法。这两种方法的弊端在于都是基于全局最优解搜索算法，不论是以信道容量还是比特错误数为优化目标，都需要较多的计算量，复杂度略高。L.Jordanova等人针对DVB-S2标准中的16APSK映射方法提出了备选方法，简单记作(6,10)-16APSK星座映射方法，其内环分布6个星座点，外环分布10个星座点，误比特率性能略优于DVB-S2标准中的方案。蝙蝠算法通过模拟蝙蝠回声定位与检测的原理，做了一些近似和理想化处理，使用迭代方式进行优化，初始化为一组随机解，然后通过迭代搜寻最优解，且在最优解周围通过随机飞行产生局部解。X.B.Meng等人提出了一种新型蝙蝠算法，嵌入了自适应局部搜索策略，增强了种群的多样性。值得注意的是，此前蝙蝠算法只是被用在控制理论中，没有用在星座优化中。
技术实现思路
为解决采用高阶APSK调制的联合编码调制系统中误比特率高的问题，本专利技术提出一种降低联合编码调制系统误比特率的星座映射方法。为解决上述问题，本专利技术提供一种降低联合编码调制系统误比特率的星座映射方法，并通过如下步骤实现：步骤1：建立联合编码调制系统模型，随机生成一长串二进制数作为信源发出的信号，发射端首先采用低密度奇偶校验码LDPC编码器对信源发出的信号进行编码，编码后的信号再经过比特交织器增大码字间的欧式距离，对交织后的信号进行高阶APSK星座映射，映射后的信号通过无线信道传输到接收端，接收端对接收到的信号进行软解调软译码联合迭代，迭代后的信号送到信宿，完成系统模型的搭建；步骤2：将步骤1搭建的联合编码调制系统模型作为仿真平台，将步骤1中发射端比特交织器完成交织后的输出信号作为高阶APSK星座映射的输入信号，它是一串二进制比特信号，每log2M个比特信号映射到高阶APSK星座图中的一个星座点，其中M表示阶数；利用新型蝙蝠算法优化高阶APSK星座映射，初始化种群和参数，参数包括蝙蝠算法最大重复执行次数、种群大小、脉冲发射率、频率、响度、更新频率、栖息地选择概率P∈[0,1]、多普勒补偿率、惯性权重和收缩膨胀系数；步骤3：随机产生D维搜索空间的N个解，其中D是解空间的维数，N是解的个数，每一个解用xij表示，i∈[1,2,...,N]，j∈[1,2,...,D]，其中i是第几个解的序号下脚标，j是解空间第几个维数的序号下脚标，xij由相对半径比和每个星座点的相位值组成，xij由下式得到：xij＝xjmin+(xjmax-xjmin)*rand(0,1)式中rand(0,1)是服从均匀分布的随机数，xjmax和xjmin分别表示搜索空间中第j个值的上下界，由具体的搜索目标决定，这一步骤会产生多个解；步骤4：将步骤3产生的多个解中的每一个解xij代入下式，得到误比特率Pb式中变量y指代hij表示信号点i和j之间的汉明距离，N0为噪声功率谱密度，dij表示信号点间的欧氏距离，这一步骤中每一个解都对应一个误比特率值；步骤5：选取步骤4中的误比特率Pb最小值，将其对应的那一个解作为全局最优解，用表示；步骤6：在0到1之间随机采样，比较该采样值和步骤2中栖息地选择概率P的大小，更新步骤3中的解xij，根据大小关系采用不同的更新方法；进一步地，所述步骤6更新步骤3中的解xij，具体更新方法如下：随机生成一个0到1之间的随机数用rand(0,1)表示，如果rand(0,1)＜P，其中P表示栖息地选择概率，更新方法为：其中表示第t次执行步骤5时的一个解，表示第t次执行步骤5时所有解的平均值，N为步骤3中解的个数，θ为收缩膨胀系数，uij∈[0,1]服从均匀分布；如果rand(0,1)≥P，更新方法为：fij＝fmin+(fmax-fmin)*rand(0,1)其中fij表示第i个解第j个值对应的频率，fij'表示多普勒效应自适应补偿后的频率，fmin、fmax为频率的最小值和最大值，可视具体搜索环境而定，c(c＝340m/s)为空气中的声速，v∈[0,1]为飞行速度，表示第t次执行步骤6时的飞行速度，表示第t次执行步骤6时全局最优解对应的飞行速度，表示第t+1次执行步骤6时的飞行速度，表示第t+1次执行步骤6的第i个解的第j个值，Ci∈[0,1]表示多普勒效应补偿率，ε为一个无穷小数，w＝rand(0,1)表示惯性权重。步骤7：在0到1之间随机采样，如果该采样值大于步骤2中的脉冲发射率，将步骤6中的全局最优解代入下式，得到局部新解其中randn(0,σ2)是均值为0，方差为σ2的高斯分布，ε为一个无穷小数，t为执行次数，表示第t次执行步骤7时第i个解的响度，表示第t次执行步骤7时所有解的平均响度；如果该采样值小于等于步骤2中的脉冲发射率，则跳过此步，执行步骤8；步骤8：将步骤5得到的全局最优解步骤6中更新后的解xij、以及步骤7得到的局部新解代入步骤4中的公式，得到上述各解的误比特率的值Pb；步骤9：更新步骤5中的全局最优解，即选取步骤8中误比特率的最小值，将其对应的那一个解作为更新后的全局最优解；步骤10：更新步骤7中的响度，将步骤7中的响度代入下式进行更新：α∈(0,1)是常数，表示更新后的响度，更新后的响度以备下一次执行步骤7时使用；步骤11：更新步骤7中的脉冲发射率，将步骤7中的脉冲发射率代入下式进行更新：rit+1＝ri0(1-e-γt)，rit+1是更新后的脉冲发射率，ri0是步骤1中参数初始化设置时的脉冲发射率，γ＞0是常数，更新后的脉冲发射率以备下一次执行步骤7时使用；步骤12：重复执行步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种降低联合编码调制系统误比特率的星座映射方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1：建立联合编码调制系统模型，随机生成一长串二进制数作为信源发出的信号，发射端首先采用低密度奇偶校验码LDPC编码器对信源发出的信号进行编码，编码后的信号再经过比特交织器增大码字间的欧式距离，对交织后的信号进行高阶APSK星座映射，映射后的信号通过无线信道传输到接收端，接收端对接收到的信号进行软解调软译码联合迭代，迭代后的信号送到信宿，完成系统模型的搭建；/n步骤2：将步骤1搭建的联合编码调制系统模型作为仿真平台，将步骤1中发射端比特交织器完成交织后的输出信号作为高阶APSK星座映射的输入信号，它是一串二进制比特信号，每log

【技术特征摘要】
1.一种降低联合编码调制系统误比特率的星座映射方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：建立联合编码调制系统模型，随机生成一长串二进制数作为信源发出的信号，发射端首先采用低密度奇偶校验码LDPC编码器对信源发出的信号进行编码，编码后的信号再经过比特交织器增大码字间的欧式距离，对交织后的信号进行高阶APSK星座映射，映射后的信号通过无线信道传输到接收端，接收端对接收到的信号进行软解调软译码联合迭代，迭代后的信号送到信宿，完成系统模型的搭建；
步骤2：将步骤1搭建的联合编码调制系统模型作为仿真平台，将步骤1中发射端比特交织器完成交织后的输出信号作为高阶APSK星座映射的输入信号，它是一串二进制比特信号，每log2M个比特信号映射到高阶APSK星座图中的一个星座点，其中M表示阶数；利用新型蝙蝠算法优化高阶APSK星座映射，初始化种群和参数，参数包括蝙蝠算法最大重复执行次数、种群大小、脉冲发射率、频率、响度、更新频率、栖息地选择概率P∈[0,1]、多普勒补偿率、惯性权重和收缩膨胀系数；
步骤3：随机产生D维搜索空间的N个解，其中D是解空间的维数，N是解的个数，每一个解用xij表示，i∈[1,2,...,N]，j∈[1,2,...,D]，其中i是第几个解的序号下脚标，j是解空间第几个维数的序号下脚标，xij由相对半径比和每个星座点的相位值组成，xij由下式得到：
xij＝xjmin+(xjmax-xjmin)*rand(0,1)
式中rand(0,1)是服从均匀分布的随机数，xjmax和xjmin分别表示搜索空间中第j个值的上下界，由具体的搜索目标决定，这一步骤会产生多个解；
步骤4：将步骤3产生的多个解中的每一个解xij代入下式，得到误比特率Pb



式中变量y指代hij表示信号点i和j之间的汉明距离，N0为噪声功率谱密度，dij表示信号点间的欧氏距离，这一步骤中每一个解都对应一个误比特率值；
步骤5：选取步骤4中的误比特率Pb最小值，将其对应的那一个解作为全局最优解，用表示；
步骤6：在0到1之间随机采样，比较该采样值和步骤2中栖息地选择概率P的大小，更新步骤3中的解xij，根据大小关系采用不同的更新方法；
步骤7：在0到1之间随机采样，如果该采样值大于步骤2中的脉冲发射率，将步骤6中的全局最优解代入下式，得到局部新解



其中randn(0,σ2)是均值为0，方差为σ2的高斯分布，ε为一个无...

【专利技术属性】
技术研发人员：付芳，张志才，焦琦，
申请(专利权)人：山西大学，
类型：发明
国别省市：山西;14