一种适用于DVB-S2X系统的低复杂度APSK软解映射方法

技术领域

本发明属于数字信号处理技术领域，具体涉及一种适用于DVB-S2X系统的低复杂度APSK软解映射方法。

背景技术

随着信息化时代的到来，数字卫星系统标准(Digital Video Broadcasting-Satellite，DVB-S)问世已十余年。而2014年颁布的DVB-S2X通过高阶APSK调制与多种码率编码的结合，大大提升了频谱效率。除DVB-S2系统已有的QPSK、8PSK、16APSK、32APSK，DVB-S2X还新增了64APSK、128APSK、256APSK等调制方式，对同阶调制也增加了多种星座点的映射规则以满足不同环境下的需求。但是，高阶调制方式虽然带来了良好的频谱增益，同时也会大大增加接收机的复杂度，软解映射就是其中一个重要模块。

传统应用于DVB-S2X系统的软解映射方法主要包括LOG-MAP算法，MAX-LOG-MAP算法以及Euclidean算法，但这些算法都需要在整个标准星座点集合内频繁求解接收点和理论点的欧氏距离，若将其直接应用于高阶APSK调制的FPGA实现，复杂度将随着调制阶数的增长而急剧增长。因此在FPGA实现时，需要更为简化的软解映射方法。

Q.Wang等人提出了均匀APSK的一种简化的解映射方法，即利用相位信息和均匀映射的一些特性，将需要求欧氏距离的点集最小化，以降低复杂度。现有技术中还存在一种基于查表法的解映射方法，可适用于非均匀的APSK映射，其思想为将不同映射方式的星座图信息先存储起来，同样缩小需要求欧氏距离的星座点集合，但是该方法仅实现了8APSK和32APSK的方案，较为有限。另外，基于FPGA的DVB-S2X系统软解映射方法采用改进的基于查表法的软解映射方法，以分区的方法从每个环上只取两个参考点进行欧氏距离运算，且其支持DVB-S2X全模式，将软解映射复杂度大大降低。但该方法仍需随着调制方式的阶数增加多次欧氏距离运算，硬件实现时仍具有较高复杂度。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种适用于DVB-S2X系统的低复杂度APSK软解映射方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本发明提供一种适用于DVB-S2X系统的低复杂度APSK软解映射方法，包括：

对标准星座图进行划分，得到每个星座点的判决区域；

计算接收点的相位值，并针对所述标准星座图中的各个环，根据所述相位值所在的判决区域确定对应的参考点，得到参考点集合；

将所述接收点分别与所述参考点集合中的各个最小欧式距离参考点作差，通过比较得到的所有差值，生成新的参考点集合；

基于所述新的参考点集合，分别计算所述接收点与各个新的最小欧式距离参考点的欧氏距离；

确定所述接收点与各个新的参考点的欧式距离的最小值，并根据该最小值计算对数似然比，实现软解映射。

在本发明的一个实施例中，计算接收点的相位值，并针对所述标准星座图中的各个环，根据所述相位值所在的判决区域确定对应的参考点，得到参考点集合的步骤，包括：

根据接收点y＝y

针对所述标准星座图中的每个环，确定正切值θ所在的判决区域；

将正切值θ所在的判决区域中的星座点确定为接收点y对应的参考点，形成参考点集合。

在本发明的一个实施例中，所述参考点集合包括映射为0的最小欧式距离参考点集合

在本发明的一个实施例中，将所述接收点分别与所述参考点集合中的各个参考点作差，通过比较得到的所有差值，生成新的参考点集合的步骤，包括：

将所述接收点分别与各个映射为0的最小欧式距离参考点作差，得到

将所述接收点分别与各个映射为1的最小欧式距离参考点作差，得到

分别确定

将最小值

在本发明的一个实施例中，所述四个新的最小欧式距离参考点包括：

在本发明的一个实施例中，将最小值

获取并保存所述接收点与y

获取并保存所述接收点与y

在本发明的一个实施例中，基于所述新的参考点集合，分别计算所述接收点与各个新的参考点的欧氏距离的步骤，包括：

根据所述接收点与y

根据所述接收点与y

在本发明的一个实施例中，确定所述接收点与各个新的参考点的欧式距离的最小值，并根据该最小值计算对数似然比，实现软解映射的步骤，包括：

确定所述接收点与y

基于欧式距离最小值

式中，σ

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明提供一种适用于DVB-S2X系统的低复杂度APSK软解映射方法，该方法基于分区查表的思想，对高阶APSK调制信号进行了更为简化的软解映射，不仅误码率误差极小，且在FPGA实现时能够有效提高软解映射的效率，降低75％的DSP资源，同时可兼容DVB-S2X标准里的所有调制方式，支持较高的数据吞吐量与应用灵活性。

以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明实施例提供的适用于DVB-S2X系统的低复杂度APSK软解映射方法的一种流程图；

图2是本发明实施例提供的适用于DVB-S2X系统的低复杂度APSK软解映射方法的另一种流程图；

图3是本发明实施例提供的11-20dB Eb/No噪声下64APSK调制的软解映射结果BER对比图；

图4是本发明实施例提供的15-23dB Eb/No噪声下64APSK调制的软解映射结果BER对比图；

图5是本发明实施例提供的20-29dB Eb/No噪声下64APSK调制的软解映射结果BER对比图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

图1是本发明实施例提供的适用于DVB-S2X系统的低复杂度APSK软解映射方法的一种流程图。如图1所示，本发明实施例提供一种适用于DVB-S2X系统的低复杂度APSK软解映射方法，包括：

S1、对标准星座图进行划分，得到每个星座点的判决区域；

S2、计算接收点的相位值，并针对标准星座图中的各个环，根据相位值所在的判决区域确定对应的参考点，得到参考点集合；

S3、将接收点分别与参考点集合中的各个参考点作差，通过比较得到的所有差值，生成新的参考点集合；

S4、基于新的参考点集合，分别计算接收点与各个新的参考点的欧氏距离；

S5、确定接收点与各个新的参考点的欧式距离的最小值，并根据该最小值计算对数似然比，实现软解映射。

在一个可选地实施方式中，本实施例采用的调制方式为2

应当理解，DVB-S2X系统中不同的映射方式和码率对应不同的modcod，因此通过识别modcod，可以将不同调制方式、不同相位对应的每个环上映射为0或1的参考点存储在ROM中。

可选地，步骤S2中，计算接收点的相位值，并针对标准星座图中的各个环，根据相位值所在的判决区域确定对应的参考点，得到参考点集合的步骤，包括：

S201、根据接收点y＝y

S202、针对标准星座图中的每个环，确定正切值θ所在的判决区域；

S203、将正切值θ所在的判决区域中的星座点确定为接收点y对应的参考点，形成参考点集合。

需要说明的是，在FPGA实现时，可以调用Xinlix公司FIFO调用的CORDIC IP核计算正切值θ。

本实施例中，参考点集合包括映射为0的最小欧式距离参考点集合

步骤S3中，将接收点分别与参考点集合中的各个最小欧式距离参考点作差，通过比较得到的所有差值，生成新的参考点集合的步骤，包括：

S301、将接收点分别与各个映射为0的最小欧式距离参考点作差，得到

S302、将接收点分别与各个映射为1的最小欧式距离参考点作差，得到

S303、分别确定

S304、将最小值

具体而言，四个新的最小欧式距离参考点包括：

进一步地，将最小值

获取并保存接收点与y

获取并保存接收点与y

需要说明的是，将

可选地，步骤S5中，基于新的参考点集合，分别计算接收点与各个新的参考点的欧氏距离的步骤，包括：

根据接收点与y

根据接收点与y

最后，确定接收点与各个新的参考点的欧式距离的最小值，并根据该最小值计算对数似然比，实现软解映射的步骤，包括：

确定接收点与y

基于欧式距离最小值

式中，σ

下面，通过仿真实验对本发明提供的适用于DVB-S2X系统的低复杂度APSK软解映射方法做进一步说明。

仿真条件：

软件仿真实验在MATLAB 2020b软件下进行，以较为高阶的64APSK，128APSK，256APSK为例，仿真所用信道为加性高斯白噪声信道。硬件仿真实验在Vivado2018.2软件下进行，选择FPGA芯片为VC709。

图3是本发明实施例提供的11-20dB Eb/No噪声下64APSK调制的软解映射结果BER对比图，图4是本发明实施例提供的15-23dB Eb/No噪声下64APSK调制的软解映射结果BER对比图，图5是本发明实施例提供的20-29dB Eb/No噪声下64APSK调制的软解映射结果BER对比图。具体地，如图3-5所示，取高阶的64APSK、128APSK、256APSK调制方式，横坐标表示信噪比，纵坐标表示每误码率。可见，经过本发明提供的简化后的APSK软解映射方法，信号的BER数值与现有直接计算参考点欧氏距离的方法差距极小，表明在硬件实现上进行了大大优化后，算法的性能损失很小。

经过Vivado2018.3综合实现，当兼容DVB-S2X所有调制方式时，本发明提供的适用于DVB-S2X系统的低复杂度APSK软解映射方法所占用的资源如表1所示。

表1资源占用表

由表1可以看出，与APSK软解映射相关的专用资源占整体的比例较低，达到了降低资源占用量的目的。

通过上述各实施例可知，本发明的有益效果在于：

本发明提供一种适用于DVB-S2X系统的低复杂度APSK软解映射方法，该方法基于分区查表的思想，对高阶APSK调制信号进行了更为简化的软解映射，不仅误码率误差极小，且在FPGA实现时能够有效提高软解映射的效率，降低75％的DSP资源，同时可兼容DVB-S2X标准里的所有调制方式，支持较高的数据吞吐量与应用灵活性。

在本发明的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。