通訊演算法二十二 5G NR的調製方式與解調演算法

2021-09-13 17:25:49 字數 2118 閱讀 1463

從物理層接收機來看,整個鏈路大致可以分為5部分:

每個部分內容各有奧妙。

先從較為容易入手的解調開始。

從3g到5g,資料通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資料通道(pusch/pdsch), 對於控制通道、廣播通道等會略有差別。

2、對於5g nr, 設定256qam是為了提高系統容量,設定π/2-bpsk是為了提高小區邊緣的覆蓋(僅在transforming precoding 啟用時可以採用 )。

最新版5g協議中已經將公式給出。(ref:38.211 chapter 5.1)

在傳輸過程中,調製方式可能發生變化。為了使所有對映有一樣的平均功率,需要對對映進行歸一化。對映後的復數值乘上乙個歸一化的量,即可得到輸出資料。歸一化因子的值根據不同的調製模式而不同,如下表:

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:能量為2有4個星座點,為10有8個點(+/-1,+/-3i),為18有4個點,共有能量72+80+8=160,然後這16個點的等概率分布是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為 sqrt(10) 。

調製解調是對應關係:

調製簡單,是直接的對映關係;解調複雜,因為有雜訊的作用,所以是概率統計的過程。

解調通用的演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)來計算調製訊號的軟位元資訊。

以16qam為例,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軸分別對應著2bit的數值組合。其格雷碼 (gray code) 星座對映和星座圖如下:

解調是乙個統計過程,在接收訊號為 y 時,最大化傳送訊號 bm 的概率 p(bm|y)。 這便是最大後驗概率(map, maximum a posteriori probability) 

注:如果想進一步了解概率和統計的區別,貝葉斯定律以及map的內容,可閱讀

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。

對於位元 b0, 對映的資訊如下圖。當 b0 從0變為1時,只有星座點的實數部分發生變化。

(因為部落格上傳數學公式並不方便,下面公式推導以形式展開)

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,但每個軟位元值都有,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。 作為解決措施,基帶在進行天線均衡之後,通常會估算出乙個postsnr值。 這個值可以乘在上面的llr 向量中,提公升接收機的效能。這個過程可稱為llr scaling。

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