一种用于解调失真QAM信号的 改进K-means聚类算法

在短距离无线通信中，无线节点或移动终端通常有低成本、小体积、低功耗的要求，因此无法使用复杂的预失真或补偿电路克服功放的非线性影响，这是无线节点或移动终端在上行链路中难以使用高阶QAM调制的重要原因之一。基于QAM矩形星座的特点，提出了一种K-means聚类的改进算法作为中央基站节点的高阶QAM解调算法。在发送信号受到较严重的功放非线性失真时，所提改进算法解调性能更优，算法复杂度更低。 在短距离无线通信中，高阶QAM（Quadrature Amplitude Modulation）调制由于其高传输效率而被广泛采用，但同时也面临着功率放大器（PA）非线性失真的挑战。由于无线节点和移动终端对成本、体积和功耗的严格限制，无法采用复杂的预失真或补偿电路来应对这一问题。为了解决这一难题，一种针对失真QAM信号的改进K-means聚类算法被提出，特别适用于中央基站节点的高阶QAM解调。 传统的K-means聚类算法主要用于数据挖掘和模式识别，而在通信领域，尤其是用于高阶调制的解调，这一应用并不常见。该改进算法的优势在于，在功放非线性导致QAM星座图严重失真的情况下，可以提供更优的解调性能，同时保持较低的算法复杂度。 在K-means解调过程中，关键步骤包括数据点的聚类和星座编号判决。原始的K-means算法可能因为“两星座一簇”或“一星座两簇”的情况导致误判，而改进算法则通过利用星座图的先验知识，比如矩形星座的结构，来更精确地选择初始聚类中心。对于矩形星座，算法首先估算数据点的分布范围，然后进行非均匀网格划分，结合理想星座图剔除无关点，最后选取最接近数据点的网格点作为初始聚类中心，确保每个星座点对应一个聚类中心，提高了解调的准确性。 具体实施上，算法会接收一组数据点的横纵坐标集合，根据QAM调制的阶数K和矩形星座的行数M进行处理。通过调整非均匀划分系数η，可以适应不同的失真程度，以达到最佳的解调效果。这种改进策略有效地降低了由于功放非线性导致的解调错误率，尤其在面对严重的失真时，解调性能优于常规方法。 该改进的K-means聚类算法为短距离无线通信中的高阶QAM解调提供了一种新的解决方案。它巧妙地利用了通信系统内的先验信息，降低了算法复杂度，同时提高了解调的准确性和鲁棒性，对于无线节点和移动终端的低功耗、低成本需求是一个理想的匹配。随着C-RAN架构的推广，这种算法有望在未来的无线通信系统中发挥重要作用，特别是在那些需要高效能、低功耗解调的场景中。