本發(fā)明屬于通信，尤其涉及一種基于高斯估計(jì)的高階pam信號(hào)判決門限及誤碼率計(jì)算方法。

背景技術(shù)：

1、隨著信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)時(shí)代對(duì)信息的傳遞提出了更高的要求。多階脈沖幅度調(diào)制信號(hào)(m-pam)技術(shù)以其較高的傳輸效率和較低的建設(shè)成本脫穎而出，成為了下一代高速信號(hào)互連的熱門信號(hào)傳輸技術(shù)。因?yàn)閙-pam信號(hào)比傳統(tǒng)nrz信號(hào)多了m-2個(gè)電平信號(hào)進(jìn)行信號(hào)傳輸，在相同符號(hào)周期內(nèi)，m-pam信號(hào)的比特速率是nrz信號(hào)的倍，所以m-pam具備更高的傳輸效率，在相同比特率下，m-pam的波特率只有nrz信號(hào)的大大降低了信號(hào)在傳輸信道中的損耗。因此，在提高信號(hào)傳輸效率和降低信號(hào)傳輸損耗方面，m-pam具備更強(qiáng)的信號(hào)傳輸優(yōu)勢(shì)。

2、雖然m-pam信號(hào)在同一周期內(nèi)能夠傳遞更多的信息，但是m-pam信號(hào)的缺點(diǎn)是更加容易受到外界環(huán)境的干擾，比如信道的噪聲。另一缺點(diǎn)是更加容易產(chǎn)生碼間干擾，一是因?yàn)榘l(fā)送符號(hào)的相鄰符號(hào)之間幅度差距過大導(dǎo)致上下沿重疊，二是在傳輸過程中時(shí)域信號(hào)發(fā)生展寬導(dǎo)致符號(hào)間發(fā)生碼間干擾。正是上述的缺點(diǎn)導(dǎo)致m-pam信號(hào)在接收后計(jì)算判決門限上有更大的困難。

3、就目前而言，m-pam信號(hào)的通信系統(tǒng)發(fā)送端、傳輸端和接收端都需要進(jìn)行精細(xì)的仿真建模來(lái)計(jì)算通信系統(tǒng)的性能，其中誤碼率是衡量m-pam信號(hào)通信系統(tǒng)的一個(gè)重要指標(biāo)。然而目前的誤碼率算法通?；诿商乜宸治觯瑸榱吮ＷC測(cè)量結(jié)果有足夠的可信度仿真計(jì)算量往往過大，尤其在信道條件比較好，信噪比較高的情況下，通信鏈路錯(cuò)誤率很低，從概率上看，只有大量的仿真次數(shù)才能有誤碼發(fā)生，而使用高斯概率密度函數(shù)進(jìn)行信號(hào)的誤碼率估計(jì)，能夠極大減少仿真次數(shù)。同時(shí)目前在接收信號(hào)后計(jì)算判決門限時(shí)并不會(huì)考慮在傳輸過程中碼間干擾影響了信號(hào)電平起伏，導(dǎo)致計(jì)算的判決門限往往導(dǎo)致誤碼率偏高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于以上現(xiàn)有方案的不足，本發(fā)明提供一種基于高斯估計(jì)的高階pam信號(hào)判決門限及誤碼率計(jì)算方法。

2、本發(fā)明的一種基于高斯估計(jì)的高階pam信號(hào)判決門限及誤碼率計(jì)算方法，包括以下步驟：

3、步驟1：發(fā)送端發(fā)射帶有導(dǎo)頻的多階脈沖幅度調(diào)制信號(hào)。

4、步驟2：接收端獲得采樣后的解調(diào)信號(hào)和導(dǎo)頻中的發(fā)送符號(hào)序列。

5、步驟3：設(shè)置接收信號(hào)中的前向碼間干擾和后向碼間干擾符號(hào)數(shù)量。

6、步驟4：根據(jù)碼間干擾符號(hào)數(shù)量重構(gòu)建發(fā)送符號(hào)集。

7、步驟5：根據(jù)發(fā)送符號(hào)序列和發(fā)送符號(hào)集分類接收信號(hào)計(jì)算每一種發(fā)送符號(hào)對(duì)應(yīng)接收信號(hào)的高斯概率密度函數(shù)。

8、步驟6：利用每一種發(fā)送符號(hào)對(duì)應(yīng)接收信號(hào)的高斯概率密度函數(shù)計(jì)算最佳判決門限。

9、步驟7：利用最佳判決門限和高斯概率密度函數(shù)進(jìn)行加權(quán)積分得到接收信號(hào)的誤碼率估計(jì)值。

10、進(jìn)一步的，步驟1中使用的多階脈沖幅度調(diào)制信號(hào)為任意階數(shù)的電平信號(hào)，每次發(fā)送的符號(hào)序列對(duì)于發(fā)送端和接收端都是已知的。

11、進(jìn)一步的，步驟3中，當(dāng)發(fā)送信號(hào)為n階脈沖幅度時(shí)，發(fā)送信號(hào)的原始符號(hào)集為ms＝{0,1,2,…,n-1}，設(shè)置前后向的碼間干擾符號(hào)量后發(fā)送信號(hào)重新構(gòu)建發(fā)送符號(hào)集misi。例如，4階脈沖幅度信號(hào)的原始符號(hào)集為ms＝{0,1,2,3}，當(dāng)設(shè)置前向的碼間干擾符號(hào)量和后向的都為1時(shí)，則重新構(gòu)建的發(fā)送符號(hào)集為

12、misi＝{0:{000,100,200,300,001,101,201,301,002,102,202,302,003,103,203,303}，1:{010,…,313}，2:{020,…,323}，3:{030,…,333}}，此時(shí)的發(fā)送符號(hào)集共64種，其中有下劃線的符號(hào)代表該符號(hào)的原始符號(hào)。

13、進(jìn)一步的，步驟4中將接收的采樣信號(hào)分類的依據(jù)是根據(jù)步驟3構(gòu)建的發(fā)送符號(hào)集和步驟2中已知的發(fā)送符號(hào)序列對(duì)接收采樣信號(hào)計(jì)入對(duì)應(yīng)的數(shù)組，其中數(shù)組數(shù)量同發(fā)送符號(hào)集長(zhǎng)度一致，遍歷發(fā)送符號(hào)序列時(shí)每一元素長(zhǎng)度同發(fā)送符號(hào)長(zhǎng)度一致。

14、進(jìn)一步的，步驟5中將步驟4分類后的接收信號(hào)計(jì)算對(duì)應(yīng)的高斯概率密度函數(shù)，通過如下處理得到：

15、

16、其中，μj表示發(fā)送符號(hào)j對(duì)應(yīng)的接收信號(hào)均值，表示發(fā)送符號(hào)j對(duì)應(yīng)的接收信號(hào)方差，j∈misi。

17、進(jìn)一步的，步驟6中將步驟5得到的高斯概率密度函數(shù)，在原始發(fā)送符號(hào)集ms＝{0,1,…,n-1}中n個(gè)符號(hào)之間計(jì)算判決門限，通過如下處理得到：

18、

19、

20、其中，n代表原始發(fā)送符號(hào)集的長(zhǎng)度，ts表示接收信號(hào)的第s個(gè)判決門限，xi表示為公式中第i個(gè)解，表示為發(fā)送符號(hào)j對(duì)應(yīng)原始符號(hào)s的接收信號(hào)概率密度函數(shù)，其中j∈misi，s∈ms，最終ts的長(zhǎng)度為n-1，即t＝{t0,…tn-2}。

21、當(dāng)發(fā)送符號(hào)集沒有擴(kuò)展，即不考慮碼間干擾影響時(shí)，上述公式僅一個(gè)交點(diǎn)，該交點(diǎn)的值即為最佳判決門限；當(dāng)發(fā)送符號(hào)集進(jìn)行擴(kuò)展后，發(fā)送符號(hào)j和j+1有多個(gè)概率密度函數(shù)疊加求解交點(diǎn)，此時(shí)交點(diǎn)可能有多個(gè)，將所有解相加求平均值即得到最佳判決門限。

22、進(jìn)一步的，步驟7中將步驟5得到的高斯概率密度函數(shù)以及步驟6得到的最佳判決門限，通過如下處理得到最終的誤碼率估計(jì)值：

23、

24、其中，pj表示發(fā)送符號(hào)j的相對(duì)出現(xiàn)頻率，表示為發(fā)送符號(hào)j的概率密度函數(shù)和對(duì)應(yīng)判決門限積分得到的判決錯(cuò)誤概率，判決錯(cuò)誤概率如下處理得到，其中j∈misi：

25、

26、其中，ts、ts-1代表原始符號(hào)集ms中的最佳判決門限。

27、當(dāng)發(fā)送符號(hào)j對(duì)應(yīng)的原始符號(hào)s為0，上式的積分下界即下判決門限為-∞，因?yàn)榕袥Q接收信號(hào)時(shí)認(rèn)為低于判決門限t0的值均判決為0。

28、同理，當(dāng)發(fā)送符號(hào)j對(duì)應(yīng)的原始符號(hào)s為n-1時(shí)，上式的積分上界即上判決門限為+∞，因?yàn)榕袥Q接收信號(hào)時(shí)認(rèn)為高于判決門限tn-2的值均判決為n-1。

29、本發(fā)明的有益技術(shù)效果為：

30、本發(fā)明誤碼率估計(jì)需要的發(fā)送導(dǎo)頻符號(hào)少，仿真運(yùn)算次數(shù)少，速度快，判決門限更精準(zhǔn)，使得判決后的信號(hào)誤碼率更小。

技術(shù)特征：

1.一種基于高斯估計(jì)的高階pam信號(hào)判決門限及誤碼率計(jì)算方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于高斯估計(jì)的高階pam信號(hào)判決門限及誤碼率計(jì)算方法，其特征在于，所述步驟1中使用的多階脈沖幅度調(diào)制信號(hào)為任意階數(shù)的電平信號(hào)，每次發(fā)送的符號(hào)序列對(duì)于發(fā)送端和接收端都是已知的。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于高斯估計(jì)的高階pam信號(hào)判決門限及誤碼率計(jì)算方法，其特征在于，所述步驟3中，當(dāng)發(fā)送信號(hào)為n階脈沖幅度時(shí)，發(fā)送信號(hào)的原始符號(hào)集為ms＝{0，1，2，...，n-1}，設(shè)置前后向的碼間干擾符號(hào)量后發(fā)送信號(hào)重新構(gòu)建發(fā)送符號(hào)集misi。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于高斯估計(jì)的高階pam信號(hào)判決門限及誤碼率計(jì)算方法，其特征在于，所述步驟4中將接收的采樣信號(hào)分類的依據(jù)是根據(jù)步驟3構(gòu)建的發(fā)送符號(hào)集和步驟2中已知的發(fā)送符號(hào)序列對(duì)接收采樣信號(hào)計(jì)入對(duì)應(yīng)的數(shù)組，其中數(shù)組數(shù)量同發(fā)送符號(hào)集長(zhǎng)度一致，遍歷發(fā)送符號(hào)序列時(shí)每一元素長(zhǎng)度同發(fā)送符號(hào)長(zhǎng)度一致。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于高斯估計(jì)的高階pam信號(hào)判決門限及誤碼率計(jì)算方法，其特征在于，所述步驟5中將步驟4分類后的接收信號(hào)計(jì)算對(duì)應(yīng)的高斯概率密度函數(shù)，通過如下處理得到：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于高斯估計(jì)的高階pam信號(hào)判決門限及誤碼率計(jì)算方法，其特征在于，所述步驟6中將步驟5得到的高斯概率密度函數(shù)，在原始發(fā)送符號(hào)集ms＝{0，1，...，n-1}中n個(gè)符號(hào)之間計(jì)算判決門限，通過如下處理得到：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于高斯估計(jì)的高階pam信號(hào)判決門限及誤碼率計(jì)算方法，其特征在于，所述步驟7中將步驟5得到的高斯概率密度函數(shù)以及步驟6得到的最佳判決門限，通過如下處理得到最終的誤碼率估計(jì)值：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于高斯估計(jì)的高階PAM信號(hào)判決門限及誤碼率計(jì)算方法，具體為：發(fā)送端發(fā)射帶有導(dǎo)頻的多階脈沖幅度調(diào)制信號(hào)；接收端獲得采樣后的解調(diào)信號(hào)和導(dǎo)頻中的發(fā)送符號(hào)序列；設(shè)置接收信號(hào)中的前向碼間干擾和后向碼間干擾符號(hào)數(shù)量；根據(jù)碼間干擾符號(hào)數(shù)量重構(gòu)建發(fā)送符號(hào)集；根據(jù)發(fā)送符號(hào)序列和發(fā)送符號(hào)集分類接收信號(hào)計(jì)算每一種發(fā)送符號(hào)對(duì)應(yīng)接收信號(hào)的高斯概率密度函數(shù)；利用每一種發(fā)送符號(hào)對(duì)應(yīng)接收信號(hào)的高斯概率密度函數(shù)計(jì)算最佳判決門限；利用最佳判決門限和高斯概率密度函數(shù)進(jìn)行加權(quán)積分得到接收信號(hào)的誤碼率估計(jì)值。本發(fā)明誤碼率估計(jì)需要的發(fā)送導(dǎo)頻符號(hào)少，仿真運(yùn)算次數(shù)少，速度快，判決門限更精準(zhǔn)，使得判決后的信號(hào)誤碼率更小。

技術(shù)研發(fā)人員：葉佳,吳豪君,閆連山,朱越,潘煒
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西南交通大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/9/12