適用于無線傳感器網絡的三維64QAM網格編碼調制方法及系統技術方案

本發明專利技術公開了一種適用于無線傳感器網絡的三維64QAM網格編碼調制方法及系統，該方法包括以下步驟：S1、將一個三維64QAM格型星座圖的信號空間對稱的分解為8個信號子空間，每個信號子空間均為正方體；S2、根據三維64QAM格型星座圖的分解方案，使用8狀態64QAM網格編碼調制器對信號進行調制。本發明專利技術能夠增大信號空間中星座點間的自由歐氏距離，從而獲得一定的解調增益，該方法相比傳統的調制技術具有更低的誤碼率，為能量敏感的無線傳感器網絡應用提供更加低功耗和可靠無線通信技術。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術設及無線傳感器網絡
，尤其設及一種適用于無線傳感器網絡的= 維64QAM網格編碼調制方法及系統。
技術介紹
無線傳感器網絡是物聯網應用中最為核屯、的技術之一，無線傳感器網絡在近距離 高速網的建設中大有用武之地，可W廣泛用于軍事通信、地質災害監測、緊急搶險和災難救 助、環境監測、空間探索W及其他商業應用。無線傳感器網絡是一種特殊的大規模自組織網 絡，具自組織、可快速展開、可移動和多跳等特點。無線傳感器網絡在野外環境一般采用電 池供電，且電池的電能主要在于通信功耗，無線傳感器網絡要求在相同的帶寬和通信距離 下，盡可能W最低的通信功耗傳輸信息，對延長無線傳感器網絡的生命周期是至關重要。且 隨著無線傳感器網絡應用普及，傳統的二維空間的無線傳感器網絡技術開始向=維空間拓 展。因此，針對傳統的無線傳感器網絡物理層的二維數字調制技術的傳輸信息能效不高的 缺點，將二維數字調制技術擴展到多維數字調制可W提高無線傳感器網絡傳輸信息的能效 比。 在數字通信的調制星座設計中，任意兩個星座點之間的最小歐氏距離表明了調制 解調誤碼抗干擾能力。在平均功率一定的情況下，信號空間中各星座點間的最小歐式距離 越大，相應的信號判決區域也隨之變大，因此，當信號受到噪聲和干擾的損害時，接收信號 錯誤概率也將隨之減小。因此構造出信號空間中最小歐式距離盡可能大的調制方式，運樣 系統的誤碼率將減小。對于任何一個數字通信系統，調制都是一個必不可少的過程。一個有 限的信號序列通常被用來表示二進制信息，運個信號序列稱為信號星座圖。一個輸入的二 進制信息通過信號星座圖轉化為一個對應的實數或復數序列，用于調制載波。多進制相位 鍵控（MPSK,Multilevel Phase 化ift Keying)和正交振幅調制（QAM,Quadrature Amplitude Modulation)的信號分布圖是現代數字通信系統中最常用的星座圖。對于信號 星座圖來說，最小歐式距離(MED,Minimum Euclidean Distance)是決定一個數字通信系統 差錯性能的關鍵參數，傳輸信號的抗干擾性也隨著M邸值的增大而增強，系統接收端的誤碼 率也會降低。如果信號星座圖包含的信號點數量和信號平均功率固定，星座圖的M抓值會隨 著信號所在空間維度的增加而增大，從而帶來可觀的性能增益。然而，現在所有正在應用的 數字通信系統中，信號星座圖大部分還均局限在二維空間，也就是說信號點只分布在二維 平面內。 鑒于信號點僅分布在二維空間的局限性，本專利技術提供了=維的信號星座圖及其網 格編碼調制計劃。由于在同等條件下，即信號星座圖中的信號點數量和平均功率不變，把信 號從二維空間分配到高于二維的空間后，星座圖的M邸值將隨之增大，從而能夠提高整個數 字通信系統的差錯性能。
技術實現思路
本專利技術要解決的技術問題在于針對現有技術中信號星座圖調制方法誤碼率較高 的缺陷，提供一種在信號點數量和平均功率不變的情況下，能夠增大信號空間中星座點間 的歐氏距離，從而獲得解調增益的適用于無線傳感器網絡的=維64QAM網格編碼調制方法 及系統。 本專利技術解決其技術問題所采用的技術方案是： 本專利技術提供一種適用于無線傳感器網絡的S維64QAM網格編碼調制方法，具體步 驟為： S1、將一個S維64QAM格型星座圖的信號空間對稱的分解為8個信號子空間，每個 信號子空間均為正方體； S2、根據S維64QAM格型星座圖的分解方案，使用8狀態64QAM網格編碼調制器對信 號進行調制，該調制器的卷積編碼表達式為：[001 ^ 其中，Xnl、Xn2、Xn3、Xn4、品嗦示網格編碼調制器輸入5位信息比特，Yn*\ Ynl、Yn2、Yn3、 Yn4、Yn嗦示網格編碼調制器輸出6位比特，網格編碼調制器的碼率為5/6,符號e表示異或 邏輯運算。 進一步地，本專利技術的步驟Sl的方法具體為： 將一個=維64QAM格型星座圖的正方體每隔一個星座點對稱地抽取八個星座點構 成8個正方體的信號子空間，且每個子集中星座點之間的最小歐式距離是分解前=維64QAM 中星座點之間的最小歐式距離的2倍。 進一步地，本專利技術的方法的調制信號的誤碼率為：其中，其中：表示將=維矩形星座圖中各方向能量均歸一化后，星座圖所對應 調制信號的符號信噪比，erfcO為通信中誤差函數。 本專利技術提供一種適用于無線傳感器網絡的S維64QAM網格編碼調制系統，包括： 星座圖分解單元，用于將一個=維64QAM格型星座圖的信號空間對稱的分解為8個 信號子空間，每個信號子空間均為正方體； 信號調制單元，用于根據S維64QAM格型星座圖的分解方案，使用8狀態64QAM網格 編碼調制器對信號進行調制，該調制器的卷積編碼表達式為： 其中，Xnl、Xn2、Xn3、Xn4、Xn 5表示網格編碼調制器輸入5位信息比特，Yn°、Ynl、Yn2、Yn3、 Yn4、Yn嗦示網格編碼調制器輸出6位比特，網格編碼調制器的碼率為5/6,符號e表示異或 邏輯運算。 進一步地，本專利技術的所述星座圖分解單元的具體功能為： 將一個=維64QAM格型星座圖的正方體每隔一個星座點對稱地抽取八個星座點構 成8個正方體的信號子空間，且每個子集中星座點之間的最小歐式距離是分解前=維64QAM 中星座點之間的最小歐式距離的2倍。 進一步地，本專利技術的系統的調制信號的誤碼率為： 其中，其中表示將=維矩形星座圖中各方向能量均歸一化后，星座圖所對應 調制信號的符號信噪比，erfcO為通信中誤差函數。 本專利技術產生的有益效果是:本專利技術的適用于無線傳感器網絡的S維64QAM網格編 碼調制方法，通過將=維64QAM格型星座圖的信號空間對稱的分解為8個信號子空間，基于 運種分解方案設計了一種=維8狀態64QAM格型編碼調制器，能夠增大信號空間中星座點間 的自由歐氏距離，從而獲得一定的解調增益，該方法相比傳統的調制技術具有更低的誤碼 率，為能量敏感的無線傳感器網絡應用提供更加低功耗和可靠無線通信技術。【附圖說明】 下面將結合附圖及實施例對本專利技術作進一步說明，附圖中： 圖1是本專利技術實施例的適用于無線傳感器網絡的S維64QAM網格編碼調制方法的 流程圖； 圖2是本專利技術實施例的適用于無線傳感器網絡的S維64QAM網格編碼調制方法的 S維64QAM格型星座圖的子集分割圖； 圖3是本專利技術實施例的適用于無線傳感器網絡的S維64QAM網格編碼調制方法的8 狀態64QAM網格編碼調制器組成框圖； 圖4是本專利技術實施例的適用于無線傳感器網絡的S維64QAM網格編碼調制方法的8 狀態64QAM網格編碼調制器的網格圖； 圖5是本專利技術實施例的適用于無線傳感器網絡的S維64QAM網格編碼調制方法的 =維64QAM網格編碼調制方法與其它經典方法誤碼率對比圖； 圖6是本專利技術實施例的適用于無線傳感器網絡的S維64QAM網格編碼調制方法的 二維調制下和S維調制下的信道容量與信噪比SNR的關系曲線（1); 圖7是本專利技術實施例的適用于無線傳感器網絡的S維64QAM網格編碼調制方法的 二維調制下和S維調制下的信道容量與信噪比SNR的關系曲線(2); 圖8是本專利技術實施例的適用于無線傳感器網絡的S維64QAM網格編碼調制系統的 結構框圖； 圖中，801-星座圖分解單本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種適用于無線傳感器網絡的三維64QAM網格編碼調制方法，其特征在于，具體步驟為：S1、將一個三維64QAM格型星座圖的信號空間對稱的分解為8個信號子空間，每個信號子空間均為正方體；S2、根據三維64QAM格型星座圖的分解方案，使用8狀態64QAM網格編碼調制器對信號進行調制，該調制器的卷積編碼表達式為：Sn+12=Sn0Sn+11=Sn2⊕Xn1Sn+10=Sn1⊕Xn2]]>Yn5=Xn5Yn4=Xn4Yn3=Xn3Yn2=Xn2Yn1=Xn1Yn0=Sn0]]>其中，表示網格編碼調制器輸入5位信息比特，表示網格編碼調制器輸出6位比特，網格編碼調制器的碼率為5/6，符號⊕表示異或邏輯運算。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳分雄，付杰，胡凱，凌承昆，王典洪，顏學杰，袁學劍，
申請(專利權)人：中國地質大學武漢，
類型：發明
國別省市：湖北;42