高时汉，熊 韬，杨碧水

(广州海格通信集团股份有限公司，广东 广州 510663)

0 引言

随着卫星通信技术的发展与进步，部分业务需要传输的数据量越来越大，传统低阶调制已很难满足要求。但卫星通信的传输距离过远导致接收信噪比较低，一般卫星通信高阶调制选用适合卫星通信信道非线性特性的16APSK。

16APSK的软解调算法的性能最优算法为LOG-MAP[1]，但该算法计算量过大，不适合工程实现。大量文献[2-9]对16APSK的软解调算法做了简化设计，但这些方法普遍仍存在工程实现难度较大的问题。基于这一现状，提出了一种运算复杂度低且考虑实际工程需求的16APSK软解调算法，该算法首先对接收的星座进行半径矫正，使得矫正后的星座半径接近发射时的星座半径，然后矫正星座通过主要以加法运算为主的解调算法进行软解调。

1 16APSK星座

16APSK是在卫星通信标准DVB-S2中引入的，与地面通信常用的调制16QAM拥有相同的数据传输能力，但16APSK所具有的良好包络特性使其发射系统具有更低的峰均比，从而更适合对发射功率有要求的卫星通信。16APSK的星座图如图 1所示，其星座点x的表达式为：

(1)

图1 16APSK星座图Fig.1 Constellation of 16APSK

2 16APSK软解调预校正算法

由于接收机收到的符号包含噪声，接收到的符号可以如下：

ri=Gixi+ni，

(2)

式中，ri表示接收符号，Gi表示信道增益，xi表示发送符号，ni表示噪声。

由图 2和图 3可知，接收到的符号幅度由于信道增益的影响相较于发送符号发生了变化。由于软比特解调都是参考发射星座图来处理的，因此有必要接收星座图做校正处理，如图4所示。

校正的具体过程如下：

① 首先对接收的星座图做归一化处理，即

(3)

③ 对Ω中的点的模取平均值，该平均值与R2之间的比值记为α；

④ 对接收符号做校正处理，即

(4)

图2 16APSK发送星座仿真图Fig.2 Constellation of transmiting 16APSK

图3 16APSK接收星座仿真图Fig.3 Constellation of receiving 16APSK

图4 16APSK接收星座校正后仿真图Fig.4 Constellation of correcting 16APSK

3 16APSK软解调算法

16APSK的发送符号x表示4个二进制编码映射b3b2b1b0，其中b3为高位，b0为低位。由于16APSK是由内圆和外圆组成，可把内、外圆半径之和的一半(R1+R2)/2作为上一节处理后的各接收符号幅度Ai的分界值，即小于(R1+R2)/2幅度值为内圆的符号，大于(R1+R2)/2幅度为外圆的符号。基于此下面分别进行内圆和外圆符号的软判决：

(1)Ai<(R1+R2)/2时，如图 5所示，对于b0位置其0全位于Q轴上方，故内圆b0的软输出可定义为：

(5)

由图 6可见，b1位置其0全位于I轴右侧，所以内圆b1的软输出可定义为：

(6)

图5 16APSK内圆b0的二进制编码Fig.5 Binary for b0 of inner circle in 16APSK

图6 16APSK内圆b1的二进制编码Fig.6 Binary for b1 of inner circle in 16APSK

由图7可知，16APSK的最高两个比特b2、b3均为1，因此定义接收点的幅度与(R1+R2)/2的差值作为b2、b3软输出：

(7)

式中，除以R1表示定义接收点正好位于内圆上时的软输出值为1。

图7 16APSK内圆b2、b3的二进制编码Fig.7 Binary for b2、b3 of inner circle in 16APSK

(2)Ai>(R1+R2)/2时，由图 8可知16APSK外圆的b0上半轴全为0，所以外圆b0的软输出定义为：

(8)

由图 9可知16APSK外圆的右半轴b1全为1，故定义外圆b1的软输出为：

(9)

图8 16APSK外圆b0的二进制编码Fig.8 Binary for b0 of outer circle in 16APSK

图9 16APSK外圆b1的二进制编码Fig.9 Binary for b1 of outer circle in 16APSK

图10 16APSK外圆b2的二进制编码Fig.10 Binary for b2 of outer circle in 16APSK

图11 16APSK外圆b3的二进制编码Fig.11 Binary for b3 of outer circle in 16APSK

4 性能分析

对上述算法在仿真平台上进行了数值仿真，每帧的输入比特长度为2 560，采用3GPP LTE中的Turbo编码方式，码率1/3，调制方式采用16APSK，进行10 000次随机试验，误块率的仿真效果如图12所示。

以误块率10-3对应Eb/N0作为解调门限，图12仿真结果表明本文提出的算法与最优算法LOG-MAP的软解调性能仅相差0.9 dB左右，具有良好的性能。

图12 16APSK软解调仿真效果 Fig.12 Simulation of softdemapping for 16APSK

5 结论

本文所提出的软比特解调方法在实现过程中基本是以加法、提取实部和虚部运算为主，极少出现除法运算(文中出现的除式在实现中均可以常数代替)，整体运算量很低。同时仿真结果表明，所提算法性能仅比最优算法低0.9 dB。因此该软解调方法在牺牲较少信噪比的情况下，运算复杂度得到大幅降低，具有很强的实用价值。