專利名稱：多模式qam統(tǒng)一星座圖標簽調(diào)制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及通信領(lǐng)域的數(shù)字調(diào)制與解調(diào)技術(shù)，具體涉及ー種適用于自適應多模式正交振幅調(diào)制(Quadrature Amplitude Modulalion, QAM)的多模式QAM統(tǒng)一星座圖標簽調(diào)制器。
背景技術(shù)：
自適應多模式QAM可以根據(jù)信道的實時狀態(tài)以及業(yè)務的不同特性動態(tài)調(diào)整調(diào)制電平數(shù)，從而可以充分挖掘通信系統(tǒng)的傳輸潛力，提高頻譜利用率，以獲得最大的傳輸容量和較高的可靠性。當系統(tǒng)工作于非衰落信道時，増加星座點數(shù)，提高系統(tǒng)的傳輸速率；而當系統(tǒng)工作于衰落信道時，減小星座點數(shù)，降低系統(tǒng)的傳輸速率，使系統(tǒng)性能達到可接受的誤比特率(Bit Error Rate，BER)，而整個過程保持發(fā)射功率為常數(shù)。不同模式QAM的星座圖和星座標簽各不相同，這便使不同模式QAM的星座映射之間存在差異，也給自適應QAM調(diào)制帶來一定的不便。如目前矩形QAM星座圖標簽的獲得常米用電平幅度編碼方式。其標簽是對QAM星座的I路、Q路電平幅度進行格雷編碼獲得的。然而，不同的QAM調(diào)制中，由于所使用的星座電平數(shù)不同，故其星座標簽各不相同且沒有內(nèi)在的統(tǒng)ー性，如具代表性的中國的數(shù)字電視地面多媒體廣播(Digital TelevisionTerrestrial Multimedia Broadcasting, DTMB)系統(tǒng)中，16QAM 的標簽與電平之間的對應關(guān)系為，00 -6, =01-2,11 2,10 6 ;而64QAM的標簽與電平之間的對應關(guān)系為，000 :_7，001 :-5,011 :-3,010 :-1,110 :1，111 :3，101 :5，100 :7。這就意味著若要使自適應 QAM 系統(tǒng)的調(diào)制方式包括16QAM和64QAM，則其星座映射的實現(xiàn)至少需建立兩套映射表16QAM星座映射表和64QAM星座映射表。如果自適應QAM調(diào)制系統(tǒng)包含的調(diào)制方式更多，則其映射關(guān)系將更加復雜，需要建立的映射表也將更多，這無疑増加了系統(tǒng)實現(xiàn)時的復雜度和資源消耗量?？梢?，不同模式QAM星座圖標簽規(guī)則之間的差異，對自適應多模式QAM調(diào)制來說顯然是個不利因素。

實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種多模式QAM統(tǒng)一星座圖標簽調(diào)制器，它能夠適用于22nQAM(n為自然數(shù)，n ^ I)調(diào)制方式的多個正方形星座，并使小星座圖包含在大星座圖中、各個星座圖標簽之間存在特定的推衍關(guān)系，從而使包括4QAM、16QAM、64QAM、256QAM等多種調(diào)制方式的自適應QAM映射規(guī)則統(tǒng)一、硬件實現(xiàn)資源消耗減小。為解決上述問題，本實用新型是通過以下方案實現(xiàn)本實用新型一種多模式QAM統(tǒng)ー星座圖標簽調(diào)制器，主要由串并變化模塊、多模式星座映射模塊、I路平均功率歸ー化模塊、Q路平均功率歸一化模塊、I路預調(diào)制低通濾波器、Q路預調(diào)制低通濾波器、I路混頻器、Q路混頻器、加法器、數(shù)控振蕩器和控制器構(gòu)成。輸入比特數(shù)據(jù)送入串并變化模塊中，串并變化模塊的輸出端連接至多模式星座映射模塊輸入端；多模式星座映射模塊的I路輸出端依次經(jīng)過I路平均功率歸ー化模塊、I路預調(diào)制低通濾波器和I路混頻器與加法器的輸入端相連；星座映射模塊的Q路輸出端依次經(jīng)過Q路平均功率歸ー化模塊、Q路預調(diào)制低通濾波器和Q路混頻器與加法器的輸入端相連；數(shù)控振蕩器產(chǎn)生同頻正交載波，其余弦載波輸出端連接I路混頻器，正弦載波輸出端連接Q路混頻器；控制器的輸出端分別連接至多模式星座映射模塊、I路平均功率歸ー化模塊和Q路平均功率歸ー化模塊；加法器的輸出端輸出QAM信號。上述方案中，星座圖與星座圖標簽的映射表存儲在星座映射模塊中。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型將統(tǒng)一星座標簽生成的映射表存儲到所設計的多模式QAM調(diào)制器的星座映射模塊中，可以使調(diào)制器根據(jù)不同的控制信號，自適應地完成4QAM、16QAM、64QAM、256QAM等不同模式的22nQAM調(diào)制方式。同時，各個星座都能夠按照格雷碼建立映射表，使傳輸信號的相鄰碼元錯誤總是只造成I比特錯誤， 所以系統(tǒng)的誤比特性能達到最優(yōu)。由于在實現(xiàn)多種模式QAM調(diào)制時只需要建立ー個統(tǒng)一星座映射表，而不需分別建立所有包含模式的多個星座映射表，所以在硬件資源的消耗上，提高了硬件資源的利用率，并且使不同模式QAM之間的切換變得很容易，控制方便。

圖I為使用多模式QAM統(tǒng)ー星座圖標簽的調(diào)制器結(jié)構(gòu)框圖。圖2為所構(gòu)建多模式MQAM統(tǒng)ー星座圖及其標簽。
具體實施方式
參見圖1，能夠?qū)崿F(xiàn)上述方法的一種多模式QAM統(tǒng)ー星座圖標簽調(diào)制器，主要由串并變化模塊、多模式星座映射模塊、I路平均功率歸ー化模塊、Q路平均功率歸一化模塊、I路預調(diào)制低通濾波器、Q路預調(diào)制低通濾波器、I路混頻器、Q路混頻器、加法器、數(shù)控振蕩器和控制器構(gòu)成。輸入比特數(shù)據(jù)送入串并變化模塊中，串并變化模塊的輸出端連接至多模式星座映射模塊輸入端；多模式星座映射模塊的I路輸出端依次經(jīng)過I路平均功率歸ー化模塊、I路預調(diào)制低通濾波器和I路混頻器與加法器的輸入端相連；星座映射模塊的Q路輸出端依次經(jīng)過Q路平均功率歸ー化模塊、Q路預調(diào)制低通濾波器和Q路混頻器與加法器的輸入端相連；數(shù)控振蕩器產(chǎn)生同頻正交載波，其余弦載波輸出端連接I路混頻器，正弦載波輸出端連接Q路混頻器；控制器的輸出端分別連接至多模式星座映射模塊、I路平均功率歸ー化模塊和Q路平均功率歸ー化模塊；加法器的輸出端輸出QAM信號。串并變化模塊輸入的比特數(shù)據(jù)變化為速率減半的兩路并行比特序列；然后將其送入多模式星座映射模塊，多模式星座映射模塊在控制器的作用下將兩路比特序列映射為相應QAM星座的I、Q路電平值并輸出；I、Q兩路輸出分別經(jīng)平均功率歸ー化模塊，平均功率歸一化模塊在控制器的作用下對I、Q兩路信號做平均功率歸ー化處理；經(jīng)平均功率歸ー化的
I、Q兩路信號分別經(jīng)預調(diào)制低通濾波器進行限帶處理；然后分別送入混頻器與數(shù)控振蕩器輸出的余弦載波、正弦載波混頻；兩路混頻后的信號送入加法器相加得到輸出的QAM信號。上述適用于所構(gòu)建的多模式QAM統(tǒng)ー星座圖標簽的調(diào)制器可以通過分立的功能模塊來實現(xiàn)，但在本實用新型優(yōu)選實施例中，構(gòu)成調(diào)制器的各個模塊均可以用FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)來實現(xiàn)。多模式QAM統(tǒng)ー星座圖標簽的構(gòu)建方法所獲得的星座圖和星座圖標簽的映射表(參見圖2)存儲在圖2的星座映射模塊中，調(diào)制器根據(jù)控制器給出的不同控制信號，可以實現(xiàn)平均功率趨同的4QAM、16QAM、64QAM、256QAM等調(diào)制方式，且能夠方便地根據(jù)控制信號的不同在不同模式QAM調(diào)制方式之間進行切換。上述一種多模式QAM統(tǒng)ー星座圖標簽的構(gòu)建方法，包括星座圖的構(gòu)建步驟及星座圖標簽的構(gòu)建步驟。(1)所述星座圖標簽的構(gòu)建步驟包括22nQAM統(tǒng)ー星座標簽由2n位標簽即b2lrib2n_2. · · IvAH. · · 構(gòu)成，其中η為大于O的自然數(shù)；上述2η位標簽中的高η位即b2lrib2n_2. . . bn+1bn表示Q路電平值，低η位即
H.. . b^o表示I路電平值；上述表示I路電平值的η位標簽和表示Q路電平值的η位標簽的推衍規(guī)律相同，且符合格雷碼的映射規(guī)則，即①對于I路標簽b和Q路標簽bn b0 = I代表I路第一個正電平值，b0 = O代表I路第一個負電平值；bn = I代表Q路第一個正電平值，bn = O代表Q路第一個負電平值；②對于I路標簽H. . . b^o和Q路標簽b2lrib2n_2. . . bn+1bn由k位格雷碼擴展到k+Ι位格雷碼的規(guī)則為將原來k位格雷碼前面補0，作為k+Ι位格雷碼表示的2k+1個電平中絕對值較小的2k個電平值；再將原來k位格雷碼按相反順序即成鏡像排列，前面補1，作為k+Ι位格雷碼表示的2k+1個電平中絕對值較大的2k個電平值。在星座圖標簽的構(gòu)建步驟中，η為大于O的自然數(shù)，即表示上述方法所獲得的星座圖標簽映射表能夠適用于4QAM、16QAM、64QAM、256QAM……等各種22nQAM調(diào)制方式的正方形星座圖。(2)根據(jù)上述星座圖標簽構(gòu)建步驟所獲得的星座圖標簽映射表可適用于22nQAM正方形星座圖，在本實用新型優(yōu)選實施例中，采用如下步驟進行星座圖的構(gòu)建，即通過在22nQAM正方形星座圖的基礎上增加新的星座點，擴展得到22n+2QAM正方形形星座圖分別在22nQAM的正方形星座圖I路坐標和Q路坐標的正和負4個方向上各增加211-1個電平，使I路、Q路的電平都從2n個擴展為2n+1個，通過在所有2n+1個I路電平和2n+1個Q路電平的各種組合處增加星座點得到22n+2QAM正方形星座；上述星座擴展中，I路、Q路電平增加規(guī)律相同，新增電平的絕對值在原有電平絕對值的基礎上依次増大，并使新增電平和原有電平構(gòu)成等差數(shù)列關(guān)系；其中η為大于O的自然數(shù)，即表示上述星座圖的構(gòu)建方法能夠以4QAM為構(gòu)建基礎，逐步推衍出16QAM、64QAM、256QAM……等22nQAM正方形星座圖。下面通過具體實例來對本實用新型進行進ー步說明根據(jù)各種模式的22nQAM正方形星座圖之間的包含關(guān)系，使其星座標簽之間也存在某種推衍關(guān)系，并使星座標簽按照格雷碼建立映射表，本實用新型是通過調(diào)整星座圖標簽的格雷碼編碼順序來實現(xiàn)的。在本實用新型優(yōu)選實施例中，具體推衍與設計步驟是由4QAM星座及標簽擴展得到16QAM星座及標簽，由16QAM星座及標簽擴展得到64QAM星座及標簽，并以此類推，由22nQAM星座及標簽擴展得到22n+2QAM星座及標簽。詳細過程如下(一)由4QAM星座圖及星座圖標簽擴展得到16QAM星座圖及星座圖標簽。4QAM星座的I路和Q路都只有兩個電平，各用一位ニ進制標簽表示，如標簽O表示電平值-1，標簽I表示電平值I。在4QAM星座的基礎上擴展得到16QAM星座，使16QAM星座圖包含4QAM的所有星座點，即16QAM星座的I、Q兩路各有四個電平值_3、_1、1、3，其中坐標為(±1，±1)的四個星座點即4QAM的所有星座點。16QAM星座圖標簽通過4QAM標簽推衍得到，具體做法是和4QAM對應的四個星座點(±1，± I)，分別在原來的4QAM星座I路、Q路標簽前増加一位O，變成OO和01，并分別表示電平值-I和I ;在4QAM的基礎上新增的12個星座點(±1，±3)、(±3，±1)、(±3，±3)，其星座I路、Q路標簽也均為兩位，并分別與相鄰星座點標簽構(gòu)成格雷碼排列。這樣便可以得到由4QAM星座標簽推衍而來的16QAM星座標簽，其標簽與所表示電平值的映射關(guān)系為，10 -3,00 :_1，01 :1，11 :3。(ニ)由16QAM星座圖及星座圖標簽擴展得到64QAM星座圖及星座圖標簽。根據(jù)上述過程(一)，16QAM星座的I路和Q路均有四個電平，各用兩位ニ進制標簽表示，其標簽與所表示電平的映射關(guān)系為10 :-3,00 :-1,01 :1,11 :3。在16QAM星座的基礎上擴展得到64QAM星座，使64QAM星座圖包含16QAM的所有星座點，即64QAM星座的I、Q兩路各有八個電平值-7、-5、-3、-1、1、3、5、7，其中坐標為(±1，±1)、(±1，±3)、(±3，±1)、(±3，±3)的16個星座點即16QAM的所有星座點。64QAM星座圖標簽通過16QAM標簽推衍得到，具體做法是和16QAM對應的上述16個星座點，分別在其星座I路、Q路標簽 前增加一位0，變成三位標簽，并與所表示電平的映射關(guān)系為010 :-3,000 :-1,001 1,011 3 ;在 16QAM 的基礎上新增的 48 個星座點(±1，±5)、(±1，±7)、(±3，±5)、(±3，±7)、( + 5, ±1)、、( + 5, ±3)、( + 5, ±5)、( + 5, ±7)、( + 7, ±1)、( + 7, +3) ( + 7, ±5)、( + 7,±7)，其I路、Q路星座標簽也均為三位，并分別與相鄰星座點標簽構(gòu)成格雷碼排列。這樣便可以得到由16QAM星座標簽推衍而來的64QAM星座標簽，其標簽與所表示電平值的映射關(guān)系為，100 -7,110 :-5,010 :-3,000 :_1，001 :1，011 :3，111 :5，101 :7。(三)由64QAM星座圖及星座圖標簽擴展得到256QAM星座圖及星座圖標簽。根據(jù)上述過程(ニ)，64QAM星座的I路和Q路均有八個電平，各用三位ニ進制標簽表示，其標簽與所表示電平的映射關(guān)系為100 :-7,110 :-5,010 :-3,000 :_1，001 :1,011 :3,111 :5,101 :7。在64QAM星座的基礎上擴展得到256QAM星座，使256QAM星座圖包含64QAM的所有星座點，即256QAM星座的I、Q兩路各有十六個電平值-15、-13、-11、-9、-7、-5、-3、-1、1、3、5、7、9、11、13、15，其中坐標為(±1，±1)、(±1，±3)、(+1, ±5)、(+1, ±7)、( + 3, ±1)、( + 3, ±3)、( + 3, ±5)、( + 3, ±7)、( + 5, ±1)、(±5，±3)、(±5，±5)、(±5，±7)、(±7，±1)、(±7，+3) ( + 7, ±5)、(±7，+7)的 64個星座點即64QAM的所有星座點。256QAM星座圖標簽通過64QAM標簽推衍得到，具體做法是和64QAM對應的上述64個星座點，分別在其星座I路、Q路標簽前增加一位0，變成四位標簽，并與所表示電平的映射關(guān)系為0100 :-7,0110 :-5,0010 =-3,0000 -1,0001 :1，0011 =3,0111 =5,0101 7 ;在 64QAM 的基礎上新增的 192 個星座點(± 1，±9)、(± 1，± 11)、(±1，±13)、(±1, ±15)、(±3, ±9)、(±3, ±11)、(±3, ±13)、(±3, ±15)、(±5, ±9)、(±5，±11)、(±5，±13)、(±5，±15)、(±7，±9)、(±7，±11)、(±7，±13)、(±7，±15)、(±9, ±1)、(±9, ±3)、(±9, ±5)、(±9, ±7)、(±9, ±9)、(±9, ±11)、(±9, ±13)、(±9, ±15)、(±11, ±1)、(±11，±3)、(±11, ±5)、(±11, ±7)、(±11, ±9)、(±11,±11)、(±11，±13)、(±11, ±15)、(±13, ±1)、(±13, ±3)、(±13, ±5)、(±13, ±7)、(±13, ±9)、(±13, ±11)、(±13, ±13)、(±13, ±15)、(±15, ±1)、(±15, ±3)、(±15,±5)、(±15, ±7)、(±15, ±9)、(±15, ±11)、(±15, ±13)、(±15, ±15),其 I 路、Q 路星座標簽也均為四位，并分別與相鄰星座點標簽構(gòu)成格雷碼排列。這樣便可以得到由64QAM星座標簽推衍而來的256QAM星座標簽，其標簽與所表示電平值的映射關(guān)系為，1000 :_15，1010 -13,1110 -11,1100 :-9,0100:_7，0110 -5,0010-3,0000 -1,0001 :1,0011 :3，0111 :5,0101 :7,1101 :9,1111 :11,1011 :13,1001 :15。(四)由22nQAM星座圖及星座圖標簽擴展得到22n+2QAM星座圖及星座圖標簽。22nQAM正方形星座的星座點呈2nX2n排列，即在22nQAM的正方形星座圖中I路和Q路分別有2"個電平值；22n+2QAM正方形星座圖的星座點呈2n+1X2n+1排列，即在22n+2QAM的正方形星座圖中I路和Q路分別有2n+1個電平值；通過在22nQAM正方形星座圖的基礎上增加新的星座點，擴展得到22n+2QAM正方形形星座圖，需要分別在22nQAM的正方形星座圖I路坐標和Q路坐標的正和負4個方向上各増加21^1個電平，使I路、Q路的電平都從2n個擴展為2n+1個，通過在所有2n+1個I路電平和2n+1個Q路電平的各種組合處增加星座點得到22n+2QAM正方形星座；上述星座擴展中，I路、Q路電平增加規(guī)律相同，新增電平的絕對值在原有電平絕對值的基礎上依次増大，并使新增電平和原有電平構(gòu)成公差為2的等差數(shù)列關(guān)系。由22nQAM的2n位星座標簽推衍得到22n+2QAM的2n+2位星座標簽方法如下設·22nQAM 的 2n 位星座標簽為 b2n_1b2n_2. . . t^bnH . . hb。,其中高 η 位即 b2n_1b2n_2. . . bn+1bn表不Q路電平值，低η位即Iv1Iv2. . . Id1Idci表不I路電平值；對于I路標簽H. . . Id1Idci和Q路標簽b2lrib2n_2. . . bn+1bn由η位格雷碼擴展到η+1位格雷碼的規(guī)則為將原來η位格雷碼前面補0，得到η+1位I路標簽OH. . . b^o和η+1位Q路標簽Ob2l^b2lri. . . bn+2bn+1，作為η+1位格雷碼表示的2η+1個電平中絕對值較小的2"個電平值；再將原來k位格雷碼按相反順序即成鏡像排列，前面補1，得到η+1位I路標簽1H. . . b^o和η+1位Q路標簽lb2nb2n_i. . . bn+2bn+1，作為η+1位格雷碼表示的2η+1個電平中絕對值較大的2η個電平值。由此得到的22n+2QAM的2n+2位星座標簽為b2n+1b2n_2. . . IvAH. . . Id1Iv其中高η+1位即1°2η+11°2η-2· · · bn+1表不Q路電平值,低Π+l位即. . 表不I路電平值。按照上述推衍方法，可以方便地獲得各種22nQAM(n為自然數(shù)，η彡I)的正方形星座及其統(tǒng)一星座的標簽。本實用新型所構(gòu)建的多模式QAM統(tǒng)一星座圖標簽如圖I所示，星座圖中每個星座點的坐標都由I路和Q路兩個幅度值組成，且I、Q兩路幅度分別取-15、-13、-11、-9、-7、-5、-3、-1、1、3、5、7、9、11、13、15 等 16 個值，這 16 個幅值從小到大按特定的4位格雷碼排列，采用的格雷碼排列順序為:1000、1010、1110、1100、0100、0110、0010、0000、0001、0011、0111、0101、1101、1111、1011、1001。根據(jù)圖 I 可以方便地生成 4QAM、16QAM、64QAM、256QAM等星座圖映射表，星座圖映射表即星座點標簽與對應的同相分量I和正交分量Q的電平幅值的映射關(guān)系。包括4QAM、16QAM、64QAM、256QAM等星座圖的映射表為1000 -15,1010 -13,1110 :_11，1100:-9,0100:-7,0110 :-5,0010:-3,0000:-1,0001 1,0011 :3,0111 :5,0101 :7,1101 :9,1111 :11,1011 :13,1001 :15。
權(quán)利要求1. 一種多模式QAM統(tǒng)ー星座圖標簽調(diào)制器，其特征是主要由串并變化模塊、多模式星座映射模塊、I路平均功率歸ー化模塊、Q路平均功率歸ー化模塊、I路預調(diào)制低通濾波器、Q路預調(diào)制低通濾波器、I路混頻器、Q路混頻器、加法器、數(shù)控振蕩器和控制器構(gòu)成； 輸入比特數(shù)據(jù)送入串并變化模塊中，串并變化模塊的輸出端連接至多模式星座映射模塊輸入端； 多模式星座映射模塊的I路輸出端依次經(jīng)過I路平均功率歸ー化模塊、I路預調(diào)制低通濾波器和I路混頻器與加法器的輸入端相連； 星座映射模塊的Q路輸出端依次經(jīng)過Q路平均功率歸ー化模塊、Q路預調(diào)制低通濾波器和Q路混頻器與加法器的輸入端相連； 數(shù)控振蕩器產(chǎn)生同頻正交載波，其余弦載波輸出端連接I路混頻器，正弦載波輸出端連接Q路混頻器； 控制器的輸出端分別連接電平轉(zhuǎn)換模塊、I路平均功率歸ー化模塊和Q路平均功率歸一化模塊； 加法器的輸出端輸出QAM信號。
專利摘要本實用新型公開一種多模式QAM統(tǒng)一星座圖標簽調(diào)制器，主要由串并變化模塊、多模式星座映射模塊、I路平均功率歸一化模塊、Q路平均功率歸一化模塊、I路預調(diào)制低通濾波器、Q路預調(diào)制低通濾波器、I路混頻器、Q路混頻器、加法器、數(shù)控振蕩器和控制器構(gòu)成。本實用新型能夠?qū)⒔y(tǒng)一標簽生成的星座映射表存儲到所設計的多模式QAM調(diào)制器的星座映射模塊中，可以使調(diào)制器根據(jù)不同的控制信號，自適應地完成不同模式的22nQAM調(diào)制方式。實現(xiàn)多種模式22nQAM調(diào)制時只需要在硬件上存儲一個統(tǒng)一星座映射表，而不需分別存儲所有包含模式的多個星座映射表，所以在硬件實現(xiàn)時，提高了硬件資源的利用率，并且使不同模式22nQAM之間的切換變得很容易，控制方便。
文檔編號H04L27/36GK202818363SQ20122000637
公開日2013年3月20日 申請日期2012年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月9日
發(fā)明者趙利, 王國正, 莫金旺, 蔡昆宏, 黃昌龍, 蔡成林 申請人:桂林電子科技大學