【轉載】:本文原始地址:http://blog.csdn.net/wingsofsilence/article/details/78954315
前言
從物理層接收機來看,整個鏈路大致可以分爲5部分:
每個部分內容各有奧妙。
先從較爲容易入手的解調開始。
調製
第一部分: 調製方式的演進
從3G到5G,數據信道的調製方式演進如下表:
備註:
1、此表中的調製方式針對的是數據信道(PUSCH/PDSCH), 對於控制信道、廣播信道等會略有差別。
2、對於5G NR, 設定256QAM是爲了提高系統容量,設定π/2-BPSK是爲了提高小區邊緣的覆蓋(僅在transforming precoding 啓用時可以採用 )。
第二部分: 調製映射的公式
最新版5G協議中已經將公式給出。(Ref:38.211 Chapter 5.1)
第三部分: 調製幅度歸一化因子
在傳輸過程中,調製方式可能發生變化。爲了使所有映射有一樣的平均功率,需要對映射進行歸一化。映射後的複數值乘上一個歸一化的量,即可得到輸出數據。歸一化因子的值根據不同的調製模式而不同,如下表:
歸一化因子計算方法:
所有星座點能量求平均後開方得到的就是波形幅度的平均值,其倒數就是歸一化因子。
拿16QAM舉例:能量爲2有4個星座點,爲10有8個點(+/-1,+/-3i),爲18有4個點,共有能量72+80+8=160,然後這16個點的等概率分佈是16分之1,所以160除以16等於10,這是平均能量,其平均後的波形幅度爲 sqrt(10) 。
解調
調製解調是對應關係:
調製簡單,是直接的映射關係;解調複雜,因爲有噪聲的作用,所以是概率統計的過程。
解調通用的算法是利用基於最大後驗概率準則的對數似然比(LLR, log likelihood ratio)來計算調製信號的軟比特信息。
以16QAM爲例,簡要推導其計算過程。
對於16QAM, 每個星座點用4bit來表示。I軸Q軸分別對應着2bit的數值組合。其格雷碼 (Gray Code) 星座映射和星座圖如下:
解調是一個統計過程,在接收信號爲 y 時,最大化發送信號 bm 的概率 P(bm|y)。 這便是最大後驗概率(MAP, maximum a posteriori probability)
注:
如果想進一步瞭解概率和統計的區別,貝葉斯定律以及MAP的內容,可閱讀http://blog.csdn.net/u011508640/article/details/72815981
根據貝葉斯公式(Bays Rule)
每個星座點發生的概率是相同的,所以,最大化 P(bm|y) 和 P(y|bm) 最大化是等效的。
對於比特 b0, 映射的信息如下圖。當 b0 從0變爲1時,只有星座點的實數部分發生變化。
(因爲博客上傳數學公式並不方便,下面公式推導以圖片形式展開)
將對數似然比進行簡化、等效後, 得到解調公式:
注意:
1、上述解調公式中的常數同樣需要借用歸一化因子處理
2、在推導過程中,1/sigma^2 並不能消掉,但每個軟比特值都有,可以忽略。然而,隨之調製階數的不斷增加,這個因子的影響逐漸增大。 作爲解決措施,基帶在進行天線均衡之後,通常會估算出一個postSNR值。 這個值可以乘在上面的LLR 向量中,提升接收機的性能。這個過程可稱爲LLR scaling。
解調推導過程參考:
http://www.dsplog.com/2009/07/05/softbit-16qam/
[ 5G通信系統,及相應MATLAB仿真代碼,C語言代碼。諮詢qq:1279682290 ]