CN108881097B - 一种基于格雷码的方形qam星座图编码方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于格雷码的方形QAM星座图编码方法和系统，所述方法包括以下步骤：基于格雷码对方形QAM调制信号的星座点进行象限间编码和象限内编码，确定第一象限中星座点的编码；基于星座图中所有星座点均关于I轴、Q轴和原点对称的特点，确定整个星座图的编码。本发明不仅提高了编解码效率和测试效率，还大大降低了比特误码率。

Description

一种基于格雷码的方形QAM星座图编码方法和系统

技术领域

本发明属于测试技术领域，尤其涉及一种基于格雷码的方形QAM星座图编码方法和系统。

背景技术

矢量信号分析中通常采用星座图来表征调制信号质量，星座图中星座点的编码方法直接影响信号解调后的BER(即比特误码率)，已有的星座图编码通常有格雷码编码方式、顺序码编码方式等，顺序码编码方式直接按照符号顺序进行编码，误码率较高，格雷码编码方式对符号按照格雷码形式编码，保证相邻符号之间只有一位不同，减少了误码率。

格雷码编码属于可靠性编码，是一种错误最小化的编码方式，由于这种编码相邻的两个星座点之间只有一位不同，大大减少了星座点由一个状态到下一个状态时的瞬间模糊状态，提高了抗干扰能力。以16QAM星座图为例，典型的格雷码星座图编码方式如图1所示，以星座图中左上角为起点，按图示顺序以格雷码方式进行编码，状态切换时遍历所有星座点，确保每个星座点都与周边星座点只有一位不同。

基于格雷码的星座点编码方式误码率较低，但是由于编码时没有规律，需要依次对星座图中所有点进行编码，编码一次的运行时间为O(n)，n为方形QAM星座图中星座点的数量，对于256QAM，n为256。在对接收符号编解码时，对于每个符号都需要依次与所有星座点进行比较，以此对符号进行判决并编码，时间成本较高，效率较低。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种基于格雷码的方形QAM星座图编码方法和系统。所述方法对方形QAM调制信号的星座点进行编码，首先将星座点对应的I、Q数据的符号位作为高两位比特位，用以区分星座点所在象限，星座点的低位比特位在第一象限内以格雷码的形式进行排列，根据I、Q数据的数据位确定具体的星座点位置，根据I、Q数值在第一象限中进行编码即可确定星座点，不仅提高了编解码效率和测试效率，还大大降低了比特误码率。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于格雷码的方形QAM星座图编码方法，包括以下步骤：

基于格雷码对方形QAM调制信号的星座点进行象限间编码；

对第一象限进行象限内编码，确定第一象限中星座点的编码；

基于星座图中所有星座点均关于I轴、Q轴和原点对称的特点，确定星座图其他象限的象限内编码；

将象限间编码与象限内编码组合，确定整个星座图的编码。

进一步地，所述方形QAM调制信号包括：16QAM、64QAM和256QAM。

进一步地，所述象限间编码即根据I、Q数据符号位确定星座点所在象限。

进一步地，根据I、Q数据符号位确定星座点所在象限包括：若I>0，Q>0，则编码为00，处于第一象限；若I<0，Q>0，则编码为01，处于第二象限；若I<0，Q<0，则编码为11，处于第三象限；若I>0，Q<0，则编码为10，处于第四象限。

进一步地，所述象限内编码即根据I、Q数据的数据位确定具体的星座点位置。

进一步地，根据I、Q数据的数据位确定具体的星座点位置包括：以左上角作为第一起始点，按顺序以格雷码方式进行编码，状态切换时遍历第一象限中所有星座点，并确保每个星座点都与周边星座点只有一位不同。

根据本发明的第二目的，本发明还提供了一种用于所述星座图编码的解码方法，包括：

根据星座图中星座点所在象限确定I、Q数据的符号位；

以格雷码进行解码确定I、Q数据的数据位；

将符号位和数据位进行组合，得到星座点的I、Q数据。

根据本发明的第三目的，本发明还提供了一种基于格雷码的方形QAM星座图编码系统，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现所述的编码方法。

根据本发明的第四目的，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现所述的基于格雷码的方形QAM星座图编码方法。

本发明的有益效果

基于本发明的格雷码星座图编码方法，星座点关于坐标轴的I轴、Q轴和原点均对称，在编解码时只需根据I、Q数据符号位的判断出所在象限，然后根据I、Q数据的数据位在第一象限中进行编码确定第一象限星座点位置，综合所在象限及所在第一象限位置即可确定星座图中所有星座点，运行时间为O(n/4+2)，而基于现有的典型格雷码排列方式，运行时间为O(n)，n为方形QAM的阶数，对于256QAM，n为256，可见该方式运行时间大大减小，提高了效率，尤其是高阶QAM。另外，由于星座点排列方式的优化，比特误码率在信噪比为19dB时，比特误码率降低了两个数量级，如图2所示。利用本发明方法，不仅提高了编解码效率和测试效率，还大大降低了比特误码率。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1典型16QAM格雷码星座图；

图2比特误码率比较曲线；

图3为根据本发明提出基于格雷码的方形QAM星座图编码方法得到的星座图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例一

本实施例公开了一种基于格雷码的方形QAM星座图编码方法，包括以下步骤：

步骤1：基于格雷码对方形QAM调制信号的星座点进行象限间编码；

所述方形QAM调制信号包括：16QAM、64QAM、256QAM等。

根据I、Q数据符号位确定星座点所在象限，该象限间编码为最终星座点编码的高两位。具体编码规则如下：若I>0，Q>0，则编码为00，处于第一象限；若I<0，Q>0，则编码为01，处于第二象限；若I<0，Q<0，则编码为11，处于第三象限；若I>0，Q<0，则编码为10，处于第四象限。

步骤2：对第一象限进行象限内编码，确定第一象限中星座点的编码；

首先，对I、Q数据进行绝对值运算，去除符号位对编码的影响。

然后，根据I、Q数据的数据位确定具体的星座点位置；具体地，

该象限内编码为最终星座点编码的低位。编码方法按照常规格雷码编码方式进行，以左上角作为第一起始点，按顺序以格雷码方式进行编码，状态切换时遍历第一象限中所有星座点，并确保每个星座点都与周边星座点只有一位不同；

步骤3：基于星座图中所有星座点均关于I轴、Q轴和原点对称的特点，确定整个星座图的编码。

步骤4：将象限间格雷码编码与象限内格雷码编码进行组合，完成最终星座点的格雷码编码。

本实施例还提供了相应的星座图解码方法，包括：

根据星座图中星座点所在象限确定I、Q数据的符号位；

以格雷码进行解码确定I、Q数据的数据位；

将符号位和数据位进行组合，得到星座点的I、Q数据。

实施例二

本实施例的目的是提供一种计算系统。

一种基于格雷码的方形QAM星座图编码系统，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现以下步骤，包括：

基于格雷码对方形QAM调制信号的星座点进行象限间编码；

对第一象限进行象限内编码，确定第一象限中星座点的编码；

基于星座图中所有星座点均关于I轴、Q轴和原点对称的特点，确定星座图其他象限的象限内编码；

将象限间编码与象限内编码组合，确定整个星座图的编码。

实施例三

本实施例的目的是提供一种计算机可读存储介质。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时执行以下步骤：

基于格雷码对方形QAM调制信号的星座点进行象限间编码；

对第一象限进行象限内编码，确定第一象限中星座点的编码；

基于星座图中所有星座点均关于I轴、Q轴和原点对称的特点，确定星座图其他象限的象限内编码；

将象限间编码与象限内编码组合，确定整个星座图的编码。

以上实施例二和三的装置中涉及的各步骤与方法实施例一相对应，具体实施方式可参见实施例一的相关说明部分。术语“计算机可读存储介质”应该理解为包括一个或多个指令集的单个介质或多个介质；还应当被理解为包括任何介质，所述任何介质能够存储、编码或承载用于由处理器执行的指令集并使处理器执行本发明中的任一方法。

本发明的有益效果

基于本发明的格雷码星座图编码方法，星座点关于坐标轴的I轴、Q轴和原点均对称，在编解码时只需根据I、Q数据符号位的判断出所在象限，然后根据I、Q数据的数据位在第一象限中进行编码确定第一象限星座点位置，综合所在象限及所在第一象限位置即可确定星座图中所有星座点，运行时间为O(n/4+2)，而基于现有的典型格雷码排列方式，运行时间为O(n)，n为方形QAM的阶数，对于256QAM，n为256，可见该方式运行时间大大减小，提高了效率，尤其是高阶QAM。另外，由于星座点排列方式的优化，比特误码率在信噪比为19dB时，比特误码率降低了两个数量级。利用本发明方法，不仅提高了编解码效率和测试效率，还大大降低了比特误码率。

本领域技术人员应该明白，上述本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算机装置来实现，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。本发明不限制于任何特定的硬件和软件的结合。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (6)

1.一种基于格雷码的方形QAM星座图编码方法，其特征在于，包括以下步骤：

基于格雷码对方形QAM调制信号的星座点进行象限间编码；

对第一象限进行象限内编码，确定第一象限中星座点的编码；

基于星座图中所有星座点均关于I轴、Q轴和原点对称的特点，确定星座图其他象限的象限内编码；

将象限间编码与象限内编码组合，确定整个星座图的编码；所述象限间编码即根据I、Q数据符号位确定星座点所在象限；所述象限内编码即根据I、Q数据的数据位确定具体的星座点位置；根据I、Q数据的数据位确定具体的星座点位置包括：以左上角作为第一起始点，按顺序以格雷码方式进行编码，状态切换时遍历第一象限中所有星座点，并确保每个星座点都与周边星座点只有一位不同。

2.如权利要求1所述的基于格雷码的方形QAM星座图编码方法，其特征在于，所述方形QAM调制信号包括：16QAM、64QAM和256QAM。

3.如权利要求1所述的基于格雷码的方形QAM星座图编码方法，其特征在于，根据I、Q数据符号位确定星座点所在象限包括：若I>0，Q>0，则编码为00，处于第一象限；若I<0，Q>0，则编码为01，处于第二象限；若I<0，Q<0，则编码为11，处于第三象限；若I>0，Q<0，则编码为10，处于第四象限。

4.一种用于如权利要求1-3任一项所述星座图编码的解码方法，其特征在于，包括：

根据星座图中星座点所在象限确定I、Q数据的符号位；

以格雷码进行解码确定I、Q数据的数据位；

将符号位和数据位进行组合，得到星座点的I、Q数据。

5.一种基于格雷码的方形QAM星座图编码系统，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-3任一项所述的编码方法。

6.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-3任一项所述的基于格雷码的方形QAM星座图编码方法。

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