（信号与信息处理专业论文）v34发射机与接收机在dsp系统中的实现.pdf

电子科技太学硕士学位论文 摘要 本课题属于v 3 4 调制解调器的一部分，本论文的任务是实现信号处理流程， 完成数据的调制、解调与解码。 v 3 4 数据传输协议是i t u t 第十四研究组于1 9 9 4 年6 月份通过的正式标准， 使话带调制解调器的数据传输速率达到2 8 8 k b i f f s ：1 9 9 6 年1 0 月对v 3 4 建议的 修改，使数据传输速率高达3 3 6 k b i f f s ，是数据传输的一个飞跃。 v 3 4 协议采用了几项关键技术使数据传输的速率有了较大提高。这七项技 术为：自适应的带宽；自适应的数据传输速率：多维网格编码：整形技术和壳状 映射器；超星座图技术；均衡和预测编码；非线性编码。 本文首先详细介绍了v 3 4 协议，然后讨论实现v 3 4 调制解调器的方案，包 括软件部分和硬件部分。硬件部分，采用d s p + c p l d 结构，搭建平台，d s p 负 责进行算法的实现，对数据进行处理，c p l d 负责逻辑控制；软件部分负责实现 信号处理的流程，发送端对数据进行扰码、映射、预编码及调制，接收端通过滤 波、均衡、解调、维特比译码及反映射、反编码，恢复出原始数据；同时完成软、 硬件接口部分，包括数模模数转换器、异步串口等的控制。 最后讨论了目前项目的进展，现阶段的代码性能，并对整个系统的实时性进 行了分析。 关键词：m o d e m 网格编码壳状映射均衡预编码星座图整形技术 电子科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h ew o r ko ft h i st h e s i si so n ep a r to ft h ep r o j e c t ，f 3 4m o d e m i t sm a i nt a s ki st o a c c o m p l i s hm o d u l a t i o n ，e n c o d i n g ，d e m o d u l a t i o na n dd e c o d i n go f v 3 4m o d e m v 3 4d a t at r a n s f e rp r o t o c o li sa l li n t e r n a t i o n a ls t a n d a r dd r a f t e db yi t u ti nj u n e 19 9 4 ，w h i c hi n c r e a s e st h ed a t at r a n s f e rr a t eo ft e l e p h o n ym o d e mt o2 8 8k b p s t h e s t a n d a r dw a sm o d i f i e di no c t o b e r1 9 9 6a n di n c r e a s e st h ed a t ar a t eu pt 03 3 6 k h p s ， w h i c hw a se v e rc o n s i d e r e da sab r e a k t h r o u g ho ft e l e p h o n yd a t at r a n s f e ni nt h e s t a n d a r d ，s e v e nk e yt e c h n i q u e sa r eu s e d t oe f f i c i e n t l yi n c r e a s et h ed a t ar a t e ，i n c l u d i n g a d a p t i v eb a n d w i d t h ，a d a p t i v ed a t at r a n s f e rr a t e ，m u l t i d i m e n s i o n a lt r e l l i se n c o d i n g ， s h a p i n g a n ds h e u m a p p i n g ，s u p e r - c o n s t e l l a t i o n ，e q u a l i z a t i o n a n d p r e - e n c o d i n g ， n o n l i n e a re n c o d i n g t h et h e s i s f i r s t l y i n t r o d u c e sv 3 4p r o t o c o li n d e t a i l ，a n d t h e nd i s c u s s e st h e i m p l e m e n t a t i o n s c h e m e so fv 3 4m o d e m ，i n c l u d i n gt h e d e s i g n o fh a r d w a r ea n d s o i w a r e t h ed s p + c p l da r c h i t e c t u r ei s e m p l o y e d t oc o n s t r u c tt h eh a r d w a r e p l a t f o r m f o r r u n n i n g t h e s u p p o r t i n g s o f i w a r e d s p sa r eu s e dt o i m p l e m e n t s i g n a l p r o c e s s i n ga l g o r i t h m s ，w h i l ec p l d s a r eu s e da sl o g i cc o n t r o l l e r s s o f t w a r ei s c o n s i s t e do f s i g n a lp r o c e s s i n gp r o c e d u r e s i nw a n s m i t t e ra n dr e c e i v e r ：i nt h e t r a n s m i t t e r , d a t aa r es c r a m b l e d ，m a p p e d ，p r e - e n c o d e da n dm o d u l a t e d ；i nt h er e c e i v e r , t h e i n c o m i n gs e q u e n c e s a r e f i l t e r e d ，e q u a l i z e d ，d e m o d u l a t e d ，v i t e r b i d e c o d e d ， i n v e r s e - m a p p e da n dd e c o d e d t or e c o v e rt h eo r i g i n a ld a t a t h es o f t w a r ea l s oi n c l u d e s t h eh a r d w a r ei n t e r f a c i a lr o u t i n e s ，s u c ha sr o u t i n e si n t e r f a c i n gt od a a dc o n v e r t e r s ， u a r te t c i nt h ee n d ，t h et h e s i sd i s c u s s e st h ep r o j e c tp r o g r e s sa n da n a l y z e st h er e a l t i m e p e r f o r m a n c eo f c u r r e n tc o d ea n dt h ew h o l es i g n a lp r o c e s s i n gs y s t e m k e yw o r d s ：m o d e m ，t r e l l i se n c o d e g s h e l l m a p p i n g ，e q u a l i z 砒i o n ，p r e e n c o d e g s u p e r c o n s t e l l a t i o n ，s h a p i n g i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 签名： 苎i 重鹅 日期：年月日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 繇单聊签名鹤翌 日期：，年6 月t o 日 电子科技大学硕士学位论文 m o d e m ： s n r ： i t u t ： s h e l lm a p p i n g q a m ： i s i ： d f e ： m p ： m l s e ： l m s ： m s e ： m i p s ： h p i ： m c b s p ： u a r t ： e e p r o m ： d m a ： d t e ： d c e ： a l u ： c s s u ： t r n ： 符号与省略词 调制解调器 信噪比 国际电信联盟 壳状映射 正交幅度调制 码间串扰 反馈均衡判决 调制参数 最大似然序列估计 最小均方 均方误差 每秒百万条指令 主机接口 多通道缓冲串口 通用异步收发信机 电可擦除只读存储器 直接存储器存取 数据终端设备 数据通信设备 算术逻辑单元 比较、选择和存储单元 传送寄存器 v i 电子科技大学硕士学位论文 1 1 课题介绍 第一章绪论 本课题是1 4 0 教研室自拟的题目，主要完成v 3 4 调制解调器的研究及方案 设计，实现数据与语音信号的远程传输，能够在传输数据的同时，进行语音信号 的传输，最大限度的利用信道带宽，提高信道利用率。本方案中采用d s p + c p l d 结构，d s p 负责算法的实现，对数据进行处理，c p l d 负责逻辑控制。 1 1 1 课题意义 在现代通信中，各种数字通信业务飞速增长。数字信号处理技术能使数字信 号在专用的数字网( 如数字电话网、分组网、i s d n 、l a n 等) 上传输，但数字 网收费较高、且普及率远远低于模拟电话网。因此，人们自然想到利用现有的模 拟电话网传输数字信号。话带调制解调器就是完成这种任务的设备。 随着电话网质量的不断改善、业务种类及业务量的迅速增长和通信网的不断 扩大。使话带调制解调器的换代周期加快、调制解调器的新标准不断出现。i t u t s g 第十四研究组1 9 9 4 年提出了v 3 4 建议，它的速率高达2 8 8 k b i t s ；随后推出 的v , 3 4 b i s 则达到3 3 ，6 k b i t s 。此后许多厂家推出了与v 3 4 兼容的m o d e m 。v , 3 4 已经成为一种低价位的消费品，在许多热门领域迅速取代1 4 4 k b i t s 的v 3 2 b i s m o d e m ，如对因特网及其它在线服务的连接。另外，数字语音编码技术的最新进 展使得它可以8 k b i v s 或更低的速率传输而达到令人满意的效果。同样的，低比 特率图像编码方面的进展使得在某些应用上可以以2 0 k b i t s 以下的速率传输而效 果可以让人接受。因此，租借v 3 4 这样高速的m o d e m ，便可以在普遍的p s t n 上实现语音、图像和数据的实时传输，于是便出现了新的多媒体m o d e m 标准， 如h 3 2 4 以及h 7 0 。 v 3 4 协议是数据传输的一个突破，使数据传输速率产生了较大的提高，因为 其中应用了当时最新的调制技术，在传输容量、智能化与自适应性上比以前的协 议提供了更多的选择空间。 本课题采用v 3 4 标准进行数据的传输，同时传送语音信号，提高信道的利 用率，也较大限度的利用d s p ，对数据进行实时传输。 1 i 2 相关技术 v 3 4 标准采用了当时最先进的调制技术，以及其他几项关键技术，在传输容 电子科技大学硕士学位论文 量、智能化与自适应性上比以前的协议提供了更多的选择空间。v 3 4 提供六种不 同的符号速率，每个符号率又有两个可供选择的载波频率，可以实现自适应的带 宽；根据信道特性可以调整数据传输速率；采用多维网格编码提高编码器性能； 运用整形技术及壳状映射减小发送功率，得到最佳信号功率；接收端采用均衡和 预编码技术克服码间干扰，减小信道失真。后面章节将详细介绍这几项关键技术。 1 2 课题研究内容 本课题主要实现信号的处理过程，在发送端进行编码调制，接收端进行滤波 解调以及解码，恢复原始信号。采用t m $ 3 2 0 c 5 4 1 0d s p ( 以下简称c 5 4 1 0 ) 进 行实时处理，以达到实时通信的目的。由于c 5 4 1 0 是定点d s p ，在进行浮点数 运算时难免会有猜度损失，所以在编写代码时需要注意数的定标、d s p 程序的定 点模拟、数据运算溢出饱和等问题。 1 3 论文结构与叙述安排 本论文第一章对v 3 4 标准做了简单介绍：第二章将详细介绍v 3 4 协议的信 号处理流程，包括发射机与接收枫两部分；第三章将说明本课题的软件及硬件的 设计与实现方案；第四章对本课题所完成的工作进行分析与总结。 电子科技大学硕士学位论文 第二章v 3 4 协议 m o d e m 的v 系列协议是电话线路中数据传输的标准。1 9 9 4 年9 月 i t u - t ( i n t e m a t i o n a lt e l e c o m m u n i c a t i o n su n i o n ) j e 式通过的v 3 4 协议是在公众交 换电话网上全双工数据传输的标准，话带调制解调器的数据传输速率从2 4 k b i f f s 到2 8 8 k b i t s ；1 9 9 6 年1 0 月对v 3 4 协议进行了修改，使数据传输速率达到 3 3 6 k b i t s 。同时支持全双工与半双工模式。全双工模式下可以接收两路数据，而 半双工模式主要应用于传真。 v 3 4 协议被认为是数据传输的一个突破，因为其中应用了当时最新的调制技 术，在传输容量、智能化与自适应性上比以前的协议提供了更大的选择空间。由 于存在多种不同容量的连接类型，v 3 4 能够对特定信道进行自适应处理，以取得 最大的传输容量。这一特。陛称为智能性自适应，也是v 3 4 区别于以往的v 系列 数据传输标准的地方。当连接建立起来后，最大速率能够达到3 3 6 k b i t s 。但需 要指出的是，由于v 3 4 的自适应性，根据信道特性的不同，不一定都能够达到 3 3 6 k b i f f s ，只是达到当前信道所允许的最大速率。 v 3 4 m o d e m 所能达到的3 3 6 k b i t s 已经接近模拟电话线的香农极限 3 4 3 5 k b i v s 的最大信道容量。 2 1 关键技术 v 3 4 中采用以下关键技术来实现智能化的数据传输 2 1 1 自适应的带宽 v 3 4 规定了六种不同的符号率，每个符号率都有高低两个不同的载波频率可 供选择，载波频率与符号率在初始化线路探测。过程中确定。采用不同的符号率和 载波频率可以使数据传输速率在2 4 k b i t s 到3 3 6 k b i f f s 之间变化。根据所选择的 频率可以计算出信噪l b ( s n r ) ，以期得到最大带宽。基于不同的传输信道特性， 选择不同的符号率和载波频率。表2 1 给出了对应关系： 电子科技大学硕士学位论文 表2 11 3 4 中的符号率和载波频率 符号率低载波频率高载波频率 i s ( h z ) 日b 频率( 胁) cd 频率( h z ) cd 2 4 0 01l1 6 0 0231 8 0 034 2 7 4 3871 6 4 63518 2 923 2 8 0 0761 6 8 0351 8 6 723 ， 3 0 0 0541 8 0 0352 0 0 023 f 3 2 0 0 4 31 8 2 9471 9 2 035 3 4 2 91 071 9 5 9 471 9 5 947 表中，a , b ，c ，d 是正整数，符号率s = a l b 2 4 0 0 ( h z ) ，载波频率为c d s ( h z ) 。 2 1 2 自适应的数据传输速率 v 3 4 支持的同步传输速率为2 4 k b w s 的整数倍，范围从2 4 k b w s 开始到 3 3 6 k b i t s ( 1 4 x 2 4 k b i t s ) 。当符号率一定时，存在一个可以使用的最高数据传输 速率，它与符号率的关系如表2 2 所示。 表2 2最高速率传输速率与符号率的关系 符号率s ( 1 1 z ) 2 4 0 02 7 4 32 8 0 03 0 0 0 3 2 0 03 4 2 9 最高数据传输速率 2 1 62 4 o2 4 02 6 4 2 8 83 3 6 ( k b i t s ) 数据传输速率根据启动及数据发送期间发送训练序列测试到的比特误码率 数值估计确定。最低比特误码率一般取1 0 巧1 0 。通过选用不同的映射帧周期b 和切换模式，控制数据传输速率的高低。 2 1 3 四维网格编码 在v 3 2 m o d e m 中，采用二维八状态的网格编码器，扩大了星座图上的最小 距离，可以获得3 6 d b 的有效编码增益。为了进一步提高网格编码器的性能，可 以采用更多的状态，但在二维的情况下收效不大。如果采用n 维网格编码，卷 积编码比率只有1 n 个冗余位添加到每一个二维码元，星座图的扩展减少了。因 此，v 3 4 建议的网格编码器都是四维的。可以采用1 6 状态、3 2 状态或6 4 状态 编码中的任一种，其对应的卷积编码器的比率分别取为2 3 、3 4 、4 5 ，有效编码 增益分别提高到4 2 d b 、4 5 d b 和4 7 d b 。 电子科技大学硕士学位论文 2 1 4 整形技术和壳状映射器 整形技术( s h a p i n g ) 是8 0 年代末、9 0 年代初的研究成果。为了减小同样传输 速率时的平均功率，需要对星座图的形状加以整形。减小的平均功率称作整形增 益。人们在研究多维星座时发现，采用超球形边界的星座，比采用超立方体边界 的星座，可获得极限为1 5 3 d b 的整形增益。整形技术，依靠在多维星座的子星 座圈中，选择能量最小的信号点进行传输来实现。这样做的结果，是使信号空间 中的信号点成高斯分布，而不是原来的均匀分布。从信息论的角度来说，这样更 易于趋近信道容量。整形技术使信号传输时的平均能量降低，信号空间中的信号 点更靠近坐标原点。高传输速率时，编码增益和整形增益几乎完全独立可加。对 于n 维的信号星座图，球状的整形增益最大。当jo o 时，整形增益的极限为 1 5 3 d b 。它与典型的编码增益相比，似乎较小，不用刻意追求。而事实上，编码 增益在经过最初的3 4 d b 后，每增加o 4 d b ，译码复杂度就要增加1 倍，而采 用不太复杂的整形技术，即可获得l d b 左右的整形增益。这正是v 3 4 建议采用 整形技术的原因。 理论上的最佳整形是多维球体，但球状星座很难实现，还要产生过大的星座 扩展和峰值平均功率比。在研究和比较了几种整形方法之后，v 3 4 最后采用的 是壳状映射技术。壳状映射( s h e l lm a p p i n g ) 技术是一种在多维有限q a m 星座扩 展中，可实现近球体星座形状的算法。v 3 4 的壳状映射，规定在十六维空间、 q a m 星座扩展限制约为2 5 的条件下进行，所产生的整形增益约为o 8 d b 。它 还包括一个非星座扩展选项，其整形增益约为0 2 d b 。 映射算法还支持每十六维( 8 q a m 符号) 任意整比特数的变换，直到某个确 定的最大值。这种算法与恰当的成帧和交换技术结合，将支持v 3 4 中规定的所 有符号速率与数据传输速率的组合。 2 1 5 超星座图技术 v , 3 4 利用了一套超星座图的方法，把壳状映射器和网格编码器信号星座的映 射融为一体。v 3 4 中所用到信号星座图最大为1 6 6 4 点，可以由一个四分之一子 图分别旋转0 度、9 0 度、2 7 0 度和3 6 0 度合成得到。壳状映射器把星座图划分为 m 个等大小的圆环。每一个圆环用它的环标值m ( 0 表示，o i 兰m ，环标值r e ( i ) 近 似为圆环上星座点的平均能量。m 个圆环上的平均能量呈递增关系。星座图上 总点数l = 4 m 2 q 。通过选用不同的映射帧周期b 控制星座图的大小。四维1 6 状态编码信号划分为1 6 个四维类型、8 个四维子集。其它高维网格编码。隋况， 依此类推。 电子科技大学硕士学位论文 2 1 6 均衡和预测编码 为了克服码间干扰，充分利用带宽，包括接近带宽边缘的频率，在v 3 4 的 发射机中，提供了一种简单的三抽头预测滤波器，它的系数在启动时通过对信道 特性的测试确定。这种反馈滤波器使得信道衰减失真得到预先补偿，这种技术称 作预测均衡器或预测编码器。 2 1 7 非线性编码 非线性畸变时的星座图外围点比内部点功率明显减少，为了克服这种影响 非线性编码将外围点的平均距离增大、内部点平均距离减小。 2 2v 3 4 协议中的信号处理流程 i t u 的v 3 4 协议采用了先进的编码技术，能够在公众交换电话网上获得之 前数据传输所不能达到的速率，所以迅速成为标准电话线路上快速及可靠通信的 选择。v 3 4 协议广泛应用于数据传输中，如何利用传统的数字信号处理器去设计 及实现就显得尤为重要。 对于需要发送的数据，遵循v 3 4 协议中信号的处理流程。处理过程分为两 大部份：发送与接收。下面分别讲述发送与接收信号的详细处理流程。 2 1 1 发射机部分 发射机对计算机数据的处理包括四个逻辑单元。数据处理流程如图3 4 所示。 第一单元做解析，先对接收进来的数据流进行扰码，然后再按一定规则将扰码后 的数据分解为不同的组，送给下一单元处理：第二单元，选点，根据第一单元的 数据从v , 3 4 的二维星座图上选择信号点；第三单元，预编码，先对信号进行预 编码滤波，以补偿接收机的白噪声滤波。这一单元包括网格编码，采用一种反馈 结构确保输出的信号点是标准的网格序列：第四单元，对信号进行标准的正交幅 度调制，然后输出。 发射机的具体处理流程框图如下： 6 电子科技大学硕士学位论文 二进制 数据流 调制 预编码 ( p r e c o d e ) 图2 ，1发射机结构 2 1 1 1 发射机概述 v 3 4 发射机的主要任务是将输入的二迸制数据映射为二维信号序列，经过正 交幅度调制到特定的载波频率上通过模拟信道传输。调制后的数据传输速率与符 号率以及二迸制数欧射为符号的规则有关。例如，一个简单的编码方案，四比特 数据映射为一个二维符号。如果采用符号率为2 4 0 0 符号秒，调制后的数据传输 速率可以达到9 6 0 0 b i t s 。大多数的高速调制解调器都采用这一技术。v 3 4 协议中 采用了扰码等成熟技术，同时，在选择二维信号序列还采用了整形、壳状映射及 多维网格编码等先进技术，使发送信号的功率达到最小，而在接收机方解码的正 确率最大。 在v 3 4 协议中，输出的二维信号序列由映射帧组成。映射帧可以认为是八 个二维符号序列，也可以看作四个四维符号序列，或者是一个十六维符号。当网 格编码对四维符号进行操作的同时，可以认为壳状映射是对十六维符号进行操 作。数据的帧结构如图2 2 所示： 7 电子科技大学硕士学位论文 映射帧 2 d 符号 图2 2映射帧结构 映射帧是发射机输出数据的最小单元。发射机主控程序中每循环一次发送八 个符号点的序列，组成一个映射帧。每个映射帧的大小是可变的，根据符号率与 数据传输速率的不同而变化。例如，如果数据传输速率为2 8 8 0 0 b i f f s ，符号率为 3 2 0 0 符号，秒，一个映射帧的比特数为2 8 8 0 0 3 2 0 0 ，8 = 7 2 。本文中简化应用，将符 号率设为2 4 0 0 符号秒，数据传输速率有9 6 0 0 、1 4 4 0 0 和19 2 0 0 b i f f s 三种。对应 每一种速率，映射帧大小分别为3 2 、4 8 和6 4 比特。 2 1 1 2 分解 分解单元有两个作用：第一，对输入的数据进行扰码，减少连续的0 ( 或 者连续的1 ) 码以保证位定时恢复的质量，还能使信号频谱弥散而保持稳定， 改善帧同步和自适应时域均衡的性能。扰码虽然“扰乱”了数字信号的原有形式， 但这种“扰乱”是有规律的，因而也可以解除。在接收端有专门的解扰过程。第二， 将扰码后的数据分成不同的组，以做后面选点的处理。 扰码 v 3 4 协议中，扰码采用一个线性反馈移位寄存器，对应的特征多项式如下： ( g p ) = 1 + x 一8 + x _ 2 3 图2 3 为扰码器的线性反馈移位寄存器。 电子科技大学硕士学位论文 图2 3扰码器 很多调制解调器都采用这种特征多项式的扰码器，它能够实现自同步，特征 多项式的最大周期为2 ”一1 。 分解 这一步将每一个映射帧的数据块分解为不同的组，以供后续的处理。分解后 数据的形式如下： ( 置p s f 2 ，s 眯) ， ( ，l l ，2 呻，3 叫) ，( q j 叩”q f 】0 ，q j n 吣) ，( q ，o u ，q j n 啦，q f 0 抽) ， ( ，l u ，2 u ，1 3 u ) ，( 2j ，qj 吣，q 1 | o ，g ) ，( 2 ，2 ，q ，q ) ， ( ，l 啦，2 啦，3 啦) ，( q 啪”q 啦一- ，q a 岫) ，( q j 工1 j ，q f ，q 啦1 i g ) ， ( ，1 ，2 印，3 l 3 ) ，( q f ，q 1 ，2 ，q f 明) ，( q 1 l ，q 】2 ，9 j 岫) 分解后的k 比特 s f l ，s i 2 ，只。 送给壳状映射( s h e l lm a p p i n g ) ，四组 ，3 。，2 u 进行差分编码。其余部分直接参与选点。i 表示映射帧的序号。其中， 四组i 比特是固定的，s 序列与q 序列根据常数k 和q 的值不同而变化，k 和q 的值取决于数据传输速率的大小。映射帧的大小不同，两个常数的值也不同。例 如，数据传输速率为9 6 0 0 b i t s 时，k = 2 0 ，q = 0 ，一个映射帧的比特数则为 2 0 + 3 4 = 3 2 比特。当数据传输速率为1 4 4 0 0 b i t s 时，k = 2 8 ，q = 1 ，一个映射 帧大小为2 8 + 1 2 + 8 1 = 4 8 比特。当数据传输速率为1 9 2 0 0 b i t s 时，k = 2 8 ，q = 3 ， 映射帧大d , n 为2 8 + 1 2 + 8 x3 = 6 4 比特。 2 1 1 3 选点 v 3 4 发射机在选点中采用的技术不同于以往的调制解调器，这也使得数据传 输速率比以前有较大提高。 在v 3 4 中，超星座图有9 6 0 点。选点这一单元就是从超星座图中选出二维 信号点。一个子星座图包含2 4 0 个点，完整的星座图是由子星座图旋转0 、9 0 、 1 8 0 和2 7 0 度组合得到的。每一个数据传输速率与符号率的结合都对应到其中一 9 电子科技大学硕士学位论文 个子星座图。 图2 4 为2 4 0 点的超星座图四分之一子图。 。 1 - 。 - ilo _ _ - i o 2 3 b 搿2 2 1 22 馆2 捕 一 - 2 柚1 档1 柏1 “1 越仃o1 m1 们2 1 1 1 一 一 2 2 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) 、差分编码和映射三部分。 图2 5 给出了完整的映射选点过程。 1 0 嚣 衢 纠 竹 竹 。 。 ， 。 。 州 娟 棚 瑙 坩 棚 瑙 电子科技大学硕士学位论文 图2 5完整的映射选点结构 第二单元分解得到的几组数据分别送入壳状映射、差分编码以及映射，实现 从星座图中选取最合适的信号点。壳状映射根据输入的k 比特数据选定同心圆 环中的一个。八组q 比特从子星座圈选定的圆环中选取合适的信号点。四组i 比特再结合网格编码的输出u o 进行差分编码，根据输出得出旋转系数，由此可 以确定所需要的子星座图。 壳状映射( s h e l lm a p p i n g ) 在每一个映射帧中，壳状映射从星座图上多个同心圆环中选出一个能够获得 较大的整形增益，使发射信号的功率达到最小的圆环序列。 发射星座图被分为肘个同心圆环，从0 到m 1 编号。v 3 4 规定，给每一个 圆环指定一个权重，其值与它的标号相等。在一个映射帧中，m 个圆环有时8 种 排序，算法需要将k 比特数据映射到具有最小能量的圆环序列上去。每个圆环 序列的能量是相对于所有圆环序歹i j 能量的总和而言的。m 8 个圆环序列按权重从 小到大排列，每个序列按0 到盯8 1 编号。具有相同权重的圆环序列组成一个壳 ( s h e l l ) ，并且按s h e l l 来排序。壳状映射算法( s h e l lm a p p i n g ) 就是选取权重最小的 前2 。个序列，这些序列的编号就是输入的k 比特。 举个例子，考虑圆环序列f 0 ，0 ，0 ，0 ，0 ，0 ，0 ，0 。因为这是权重最小的 序列，编号为0 。如果输入0 ，壳状映射就会给出结果为此序列。权重为l 有八 种可能的序列：f 0 ，0 ，0 ，0 ，0 ，0 ，0 ，1 ) ， 0 ，0 ，0 ，0 ，0 ，0 ，1 ，0 ， 电子科技大学硕士学位论文 l ，0 ，0 ，0 ，0 ，0 ，0 ，0 ) ，分别编号为1 , 2 ，8 。这八个序列具有相同的权重， 组成一个权重为1 的壳( s h e l l ) 。输入这些编号，壳状映射算法就会选择相对应的 圆环序列。在另一个极端，序列 5 ，5 ，5 ，5 ，5 ，5 ，5 ，5 ) 权重为4 0 ，但是永 远不可能被选中，因为2 。 0 p = 0 r 2 = r 1 m o d u l o9 4 ( b ) ，0 s r 2 9 4 ( b ) 一1 r 3 = ( r 1 一r 2 ) 9 4 ( 国 5 1 ) c 是使r 。0 的最大整数，其中 r 4 = r 2 = r ：一9 2 ( p ) g ：( b - p ) p = 0 5 2 ) d 是使r ；0 的最大整数，其中 6 1 ) 求出： 6 2 ) 求出 r 5 = r 3 d - 1 = 局一g ：( p ) 9 2 一b p ) 口，o e = r 4 m o d u l o9 2 ( c ) f = ( r 4 一e ) 9 2 ( c ) i fc = 0 i fc 0 i fd = 0 i fd 0 0 e s 9 2 ( c ) 一1 g = r 5 m o d u l o9 2 ( d ) ，0 g 9 2 ( d ) 一1 h =