CN101095326B - 计算编码的正交振幅调制的信号的对数似然比的方法和系统 - Google Patents

Abstract

根据本发明的实施例，公开一种方法和系统，用于确定正交振幅调制(QAM)码字的一组编码的各个位(40)的对数似然比。在该方法中，可以确定最多两个常数值(33、35)以执行一组预定的函数，每个函数的输出基于这些常数值和与该码字对应的至少一个接收的分量，以确定码字的该组各个位的每个单独位的对数似然比(37)。QAM码字可以对应于无线设备的信号的至少一部分，该无线设备诸如根据宽带码分多址(WCDMA)标准工作的移动第三代设备。

Description

计算编码的正交振幅调制的信号的对数似然比的方法和系统

技术领域

本发明涉及在冗余编码的系统中正交振幅调制(QAM)信号的解调，更确切地说涉及确定编码的QAM信号的对数似然比。

背景技术

在通信系统中的信息位流的传输中，纠错码和调制方案是必不可少的。通常实施的一种调制方案是QAM。常常对QAM补充的纠错码是turbo码、卷积码、低密度奇偶校验(LDPC)码等。

为了对turbo编码的QAM信号解码，由两个最大后验(MAP)解码器组成的turbo解码器需要知道所接收的turbo编码的位的对数似然比。在Goff等人所著的“Turbo码和高频谱效率调制”(″Turbo-codesand High Spectral Efficiency Modulation″，Proceedings of ICC，p.645-649，May1994)中描述一种用于确定16-QAM信号的对数似然比的方法。

在常规系统中，计算精确对数似然比的计算复杂度是高的，逼近导致接收器灵敏度的下降。

目前还没有公知的技术提供一种用于计算编码的QAM信号的精确对数似然比的系统和方法，而不会引入大量的计算复杂度。

发明内容

本发明的一个方面提供一种用于确定QAM码字的一组位的正交振幅调制(QAM)信号的对数似然比的方法，该方法包括：使用一组函数确定对数似然比，以便确定该码字的一组位的每个位的对数似然比，该组函数的输出基于与码字对应的所接收的信号的信号能量和噪声功率谱密度特征。

根据实施例，码字是turbo编码的码字。解调的信号可用于无线系统。无线系统可以是移动第三代蜂窝系统。无线系统可以根据码分多址(CDMA)标准来工作。无线系统可以根据无线码分多址(WCDMA)标准的高速下行链路分组接入(HSDPA)部分来工作。

在其他实施例中，码字是16-QAM码字。该码字的该组各个位包括映射到16-QAM码字的四个信息位。可以确定两个常数值，包括偏移常数和预换算(pre-scale)常数。还可以确定8a²E_S/N₀给出的第一常数以及4a√E_S/N₀给出的第二常数，其中a是归一化常数。

在其他实施例中，假定至少一个接收的分量是r_I，并且换算的接收的分量r′_I被定义为r_I乘以预换算常数k，以及对于偏移常数Δ，根据以下函数确定单个位i₁的对数似然比Λ：

${\mathrm{\Λ}}_{i_1}\left({r^{\′}}_I\right)={r^{\′}}_1+\max *({r^{\′}}_I,\mathrm{\Δ})-\max *(-{r^{\′}}_I,\mathrm{\Δ})$

其中函数max*定义为max*(x，y)＝max(x，y)+ln(1+exp[-|x-y|]。假定至少一个接收的分量是r_I，并且换算的接收的分量r′_I被定义为r_I乘以预换算常数k，以及对于偏移常数Δ，根据以下函数确定单个位i₂的对数似然比(Λ)：

Λ_i2(r′_I)＝-max^$(-r′_I-Δ，r′₁-Δ)

其中函数max*由如下公式定义：

${\max }^{\$}(x,y)=\max (x,y)+\ln [1+\exp [-|x-y|]-\exp [-\left|\frac{x-y}{2}\right|\left]\right].$

假定至少一个接收的分量是r_Q，并且换算的接收的分量r′_Q被定义为r_Q乘以预换算常数k，以及对于偏移常数Δ，根据以下函数确定单个位q₁的对数似然比(Λ)：

${\mathrm{\Λ}}_{q_1}\left({r^{\′}}_Q\right)={r^{\′}}_Q+\max *({r^{\′}}_Q,\mathrm{\Δ})-\max *(-{r^{\′}}_Q,\mathrm{\Δ})$

其中函数max*定义为max*(x，y)＝max(x，y)+ln(1+exp[-|x-y|]。假定至少一个接收的分量是r_Q，并且换算的接收的分量r′_Q被定义为r_Q乘以预换算常数k，以及对于偏移常数Δ，根据以下函数可以确定单个位q₂的对数似然比(Λ)：

Λ_q2(r′_Q)＝-max^$(-r′_Q-Δ，r′_Q-Δ)

其中函数max^$由如下公式定义：

${\max }^{\$}(x,y)=\max (x,y)+\ln [1+\exp [-|x-y|]-\exp [-\left|\frac{x-y}{2}\right|\left]\right].$

在其他实施例中，可以使用定制编码的指令来将可重新配置执行单元配置为执行各个位的至少一个位的对数似然比的确定的至少一部分，该确定包括使用最多两个常数值的至少其中一个。可以基于对数似然比确定中使用的至少一个常数值来设置可重新配置执行单元的输入的值。可以使用可重新配置执行单元来在两个周期内完成至少一个单独位的对数似然比的计算。可以使用可重新配置执行单元来在一个周期内完成至少一个单独位的对数似然比的计算。可重新配置执行单元可以包括计算机系统的单指令多数据通道(lane)。计算机系统可以包括单独的控制执行路径和单独的数据执行路径。可重新配置执行单元可以构成单独的数据执行路径的一部分。

本发明的一个方面提供一种计算机系统，该系统包括专用控制执行路径，该专用控制执行路径包括分支单元和控制执行单元；以及专用数据执行路径，该专用数据执行路径包括可重新配置执行单元；其中该可重新配置执行单元包括计算机系统的单指令多数据(SIMD)通道，以及其中可重新配置执行单元能够由定制编码的指令配置为执行正交振幅调制(QAM)码字的单个位的对数似然比的至少部分确定。

在一些实施例中，对数似然比的确定使用函数来实现，以便确定该码字的一组位的每个位的对数似然比，该函数的输出基于与码字对应的接收的信号特征。与码字对应的接收的信号特征可以包括信号能量和噪声功率谱密度。对数似然比的确定还可以包括确定包括偏移常数和预换算常数的两个常数值。还可以确定8a²E_S/N₀给出的第一常数以及

给出的第二常数，其中a是归一化常数。可以基于对数似然比确定中使用的至少一个常数值来确定可重新配置执行单元的输入值。可重新配置执行单元能够在两个周期内计算至少一个单独位的对数似然比。可重新配置执行单元能够在一个周期内计算至少一个单独位的对数似然比。

附图说明

现在将参考附图通过示例形式描述包含本发明的系统和方法，其中：

图1示出根据现有技术的具有turbo编码的QAM信号的通信系统的框图；

图2示出根据本发明的软决策模块的框图；

图3A-B分别示出用于16-QAM调制模式的位-码字映射，以及用于16-QAM调制的对调制的星座符号的位-码字映射；

图4示出根据本发明实施例的位i₁的图3A的位-符号映射的划分；

图5示出根据本发明实施例确定的、作为接收的分量r_I的函数的位i₁的对数似然比的图；

图6示出根据本发明实施例的位i₂的图3A的位-符号映射的划分；

图7示出根据本发明实施例中使用的逼近的校正项的下降值；

图8示出根据本发明实施例确定的、作为接收的分量r_I的函数的位i₂的对数似然比的图；

图9示出根据本发明实施例用于完整turbo解码器迭代1至6的性能增益；

图10示出可以在其中根据本发明实施例确定对数似然比的计算机系统的框图；

图11示出根据本发明实施例配置用于执行i₁和q₁的对数似然比计算的第一步的可重新配置执行单元的示意图；

图12示出根据本发明实施例配置用于执行i₁和q₁的对数似然比计算的第二步的可重新配置执行单元的示意图；

图13示出根据本发明实施例配置用于确定i₂和q₂的对数似然比的可重新配置执行单元的示意图；

图14示出可以在其中根据本发明实施例确定对数似然比的具有单独控制和数据执行路径的计算机系统的体系结构框图；

图15示出可以在其中根据本发明实施例确定对数似然比的图14的计算机系统的可重新配置深度执行单元的框图；以及

图16示出根据本发明实施例的方法。

具体实施方式

在根据本发明的实施例中，公开一种方法和系统，用于确定turbo解码器的QAM信号的信息符号的各个位的对数似然比。

本文描述的本发明实施例是出于说明性目的提供的，它们尤其适用于在附加高斯白噪声信道(AWGN)中工作的16-QAM/turbo编码的系统中导出对数似然比。宽带码分多址(WCDMA)标准的第三代伙伴关系项目(3GPP)高速下行链路共享的信道(HS-DSCH)、技术规范版本5[3G TS 25.213](WCDMA版本5)中支持此类系统。

但是，要注意本发明的实施例可以应用于例如32、64、256等的其他QAM/编码的系统、QAM系统以及例如调制解调器、传输高清晰度电视信号等其他应用。此外，还可以实现除了turbo编码之外的其他纠错码。此类纠错码包括级联码(concatenated code)、低密度奇偶校验码(LDPC)、卷积码等。本发明的范围不限于特定的turbo编码的16-QAM级别的调制实施例。

图1示出具有发射器12和接收器14的常规通信系统10的框图。向发射器提供从源20到turbo编码器22的输入数据位/帧。turbo编码器将输入数据编码，将系统性和奇偶校验位提供到信道交织器24，然后提供到QAM调制器26。通过发射装置28将调制的信号发射到接收器的接收装置38。一旦在QAM解调器30处将接收到的turbo编码的QAM信号解调，在模块32处执行信道状态信息和与turbo编码的QAM信号关联的每个输入信息符号位的软决策，用于turbo解码器36将经由信道解交织器34的信号解码以提供输出数据39。

模块32中计算的软决策是对数似然比。图2示出根据本发明实施例的软决策模块32的框图。在模块32处接收到解调的QAM信号31，常数子模块33、35处理用于在对数似然比子模块37中计算函数的常数，其中这些函数存储在查询表(LUT)41中。可以将对数似然比43存储在存储器39中，并将其发送到turbo解码器。现在参考图11-13更详细地论述根据本发明实施例的模块32的实现。

可以对作为从QAM解调器接收的信号的函数的位-码字映射40的各个位i₁、q₁、i₂和q₂的每一个(如图3A所示)导出根据本发明实施例的对数似然比。将所得到的四个信息位40映射到图3B的16QAM星座42中所示的星座符号，以定义要发射哪个16-QAM符号。从解调器接收的信号由复数r＝r_I+jr_Q表示，其中r_I和r_Q的方差等于N₀/2，并且均具有独立均值(means)：

$\{-3a\sqrt{E_S},-a\sqrt{E_S},+a\sqrt{E_S},+3a\sqrt{E_S}\}$

具体取决于发射的信号，其中E_S是编码的符号能量，N₀是单侧(single sided)噪声功率谱密度。这里，a是用于将整个星座的平均符号能量归一化的常数，可以将其设为等于应该注意还可以使用其他值。例如在WCDMA版本5中，a设为等于

如从图3A-B的位-符号映射中所显见的，i₁和i₂的检测仅取决于r_I，q₁和q₂的检测仅取决于r_Q。为了根据本发明实施例检测位i₁，将图3B的16-QAM符号的设置分成两半，如图4所示。由两个左边列46构成的星座群(cluster)对应于i₁＝1的16-QAM符号，而由两个右边列48构成的星座群对应于i₁＝0的16-QAM符号。为了确定i₁的对数似然比，需要计算后验概率，定义为

P(i₁＝0|r_I)以及

P(i₁＝1|r_I)

将这些概率的比或对数比传递到turbo解码器。

为了计算i₁的对数似然比，使用贝叶斯原理将条件概率相关：

$P(i_1=0|r_I)=\frac{p\left(r_I\right|i_1=0)P(i_1=0)}{p\left(r_I\right|i_1=0)P(i_1=0)+p\left(r_I\right|i_1=1)P(i_1=1)}$ (公式1)

$P(i_1=1|r_I)=\frac{p\left(r_I\right|i_1=1)P(i_1=1)}{p\left(r_I\right|i_1=0)P(i_1=0)+p\left(r_I\right|i_1=1)P(i_1=1)}$ (公式2)

可以假定这些符号是等可能的，即p(i₁＝0)＝P(i₁＝1)＝1/2，由此：

$\frac{P(i_1=0|r_I)}{P(i_1=1|r_I)}=\frac{p\left(r_I\right|i_1=0)}{p\left(r_I\right|i_1=1)}$ (公式3)

因此，可以将这两个必需的条件概率书写为：

$p\left(r_I\right|i_1=0)=\frac{1}{2\sqrt{N_0\mathrm{\π}}}\exp [-\frac{{(r_I-a\sqrt{E_S})}^2}{N_0}]+\frac{1}{2\sqrt{N_0\mathrm{\π}}}\exp \left[\frac{{(r_I-3a\sqrt{E_S})}^2}{N_0}\right]$

$p\left(r_I\right|i_1=0)=\frac{1}{2\sqrt{N_0\mathrm{\π}}}\exp [-\frac{{(r_I-a\sqrt{E_S})}^2}{N_0}]+\frac{1}{2\sqrt{N_0\mathrm{\π}}}\exp [-\frac{{(r_I+3a\sqrt{E_S})}^2}{N_0}]$ (公式4)

利用公式4，可以将i₁的对数似然比表示为

${\mathrm{\Λ}}_{i_1}\left(r_I\right)=\ln \left(\frac{\exp [2a{r}_I\sqrt{E_S}/N_0]+\exp [-{8a}^2{E}_S/N_0+6a{r}_I\sqrt{E_S}/N_0]}{\exp [-{2\mathrm{ar}}_I\sqrt{E_S}/N_0]+\exp [-8a^2{E}_S/N_0-6a{r}_I\sqrt{E_S}/N_0]}\right)$

或等效地表示为

${\mathrm{\Λ}}_{i_1}\left(r_I\right)=\frac{4a{r}_I\sqrt{E_S}}{N_0}+\max *(\frac{4a{r}_I\sqrt{E_S}}{N_0},\frac{8a^2{E}_S}{N_0})-\max *(\frac{-4a{r}_I\sqrt{E_S}}{N_0},\frac{8a^2{E}_S}{N_0})$ (公式5)

其中函数max*定义为：

max*(x，y)＝max(x，y)+ln(1+exp[-|x-y|]。

逼近max*(x，y)≈max(x，y)将公式5拆分成三个区间。可以此方式产生逼近，但是逼近不限于此示例，还可以使用其他逼近方法。本示例中的逼近提供：

(公式6)

用r_Q替代r_I，并遵循完全相同的方法，我们可以得到q₁的对数似然比，对此公式5的相似版本为如下：

${\mathrm{\Λ}}_{q_1}\left(r_Q\right)=\frac{4a{r}_Q\sqrt{E_S}}{N_0}+\max *(\frac{4a{r}_Q\sqrt{E_S}}{N_0},\frac{8a^2{E}_S}{N_0})-\max *(\frac{-4a{r}_Q\sqrt{E_S}}{N_0},\frac{8a^2{E}_S}{N_0})$

在公式5中将N₀归一化为1则导致图5所示的图50，该图是根据本发明实施例确定的、作为接收的分量r_I的函数的位i₁的对数似然比，其中E_S/N₀＝10dB。在E_S/N₀的此相似比处，逼近52与精确54表示之间的差值是非常小的，该差值随着E_S/N₀的增加而递减。求位i₁的对数似然比Λ_i1的公式5与上文求位q₁的对数似然比Λ_q1的公式的相似性，显然对于作为接收分量r_Q的函数的位q₁的对数似然比Λ_q1产生与图5所示的函数Λ_i1具有相似图形的图。

重复上述方法，可以根据本发明实施例得到位i₂的对数似然比。图6示出求i₂位的16-QAM星座的划分。由左边列62和右边列62构成的星座群对应于i₂＝1的16-QAM符号，而由中间两列64构成的星座群对应于i₂＝0的16-QAM符号。位i₂的16-QAM星座的不同划分得到不同的概率密度函数组，因此产生不同的函数。对于i₂，条件概率由如下公式给出：

$p\left(r_I\right|i_2=0)=\frac{1}{2\sqrt{N_0\mathrm{\π}}}\exp [-\frac{{(r_I-a\sqrt{E_S})}^2}{N_0}]+\frac{1}{2\sqrt{N_0\mathrm{\π}}}\exp [-\frac{{(r_I+a\sqrt{E_S})}^2}{N_0}]$

$p\left(r_I\right|i_2=1)=\frac{1}{2\sqrt{N_0\mathrm{\π}}}\exp [-\frac{{(r_I-3a\sqrt{E_S})}^2}{N_0}]+\frac{1}{2\sqrt{N_0\mathrm{\π}}}\exp [-\frac{{(r_I+3a\sqrt{E_S})}^2}{N_0}]$ (公式7)

r_Q的分布与i₂无关，

p(r_Q|i₂＝0)＝p(r_Q|i₂＝1)(公式8)

这将i₂的对数似然比减少到：

${\mathrm{\Λ}}_{i2}\left(r_I\right)=\ln \left(\frac{\exp [2a{r}_I\sqrt{E_S}/N_0]+\exp [-2{\mathrm{ar}}_I\sqrt{E_S}/N_0]}{\exp [-6{\mathrm{ar}}_I\sqrt{E_S}/N_0-8a^2{E}_S/N_0]+\exp [6a{r}_I\sqrt{E_S}/N_0-8a^2{E}_S/N_0]}\right)$

$=\frac{{8a}^2{E}_S}{N_0}-\max *(\frac{{6\mathrm{ar}}_I\sqrt{E_S}}{N_0},\frac{{-6\mathrm{ar}}_I\sqrt{E_S}}{N_0})+\max *(\frac{{2\mathrm{ar}}_I\sqrt{E_S}}{N_0},\frac{-2{\mathrm{ar}}_I\sqrt{E_S}}{N_0})$

$=-\max (\frac{{4\mathrm{ar}}_I\sqrt{E_S}}{N_0}-\frac{{8a}^2{E}_S}{N_0},\frac{-4{\mathrm{ar}}_I\sqrt{E_S}}{N_0}-\frac{{8a}^2{E}_S}{N_0})-\ln \frac{[1+\exp (-|\frac{{12\mathrm{ar}}_I\sqrt{E_S}}{N_0}\left|\right)]}{[1+\exp (-|\frac{{4\mathrm{ar}}_I\sqrt{E_S}}{N_0}\left|\right)]}$

重写为：

${\mathrm{\Λ}}_{i2}\left(r_I\right)=-{\max }^{\$}(\frac{{4\mathrm{ar}}_I\sqrt{E_S}}{N_0}-\frac{{8a}^2{E}_S}{N_0},\frac{-4{\mathrm{ar}}_I\sqrt{E_S}}{N_0}-\frac{{8a}^2{E}_S}{N_0})$ (公式9)

通过定义函数：

${\max }^{\$}(x,y)=\max (x,y)+\ln [1+\exp [-|x-y|]-\exp [-\left|\frac{x-y}{2}\right|\left]\right]$

可以通过逼近将公式9拆分成两个区间，正的和负的

max^$(x，y)＝max(x，y)，即：

(公式10)

通过忽略上文给出的max^$(x，y)函数的定义中的最后一项(对数项)，公式10的逼近保持成立。图7的图70示出该逼近是好的逼近，因为对于忽略max*和max^$函数中的最后一项，|x-y|更大，x轴是|x-y|，而上方曲线72是max*函数的最后一项，以及下方曲线74是max^$函数的最后一项。在图7中，随着|x-y|增大，两个校正项逼近零，因此公式10产生的逼近随着|x-y|增大而保持成立。

用r_Q替代r_I，并遵循完全相同的方法，我们可以得到q₂的对数似然比，对此公式9的相似版本为如下：

${\mathrm{\Λ}}_{q2}\left(r_Q\right)=-{\max }^{\$}(\frac{{4\mathrm{ar}}_Q\sqrt{E_S}}{N_0}-\frac{{8a}^2{E}_S}{N_0},\frac{-4{\mathrm{ar}}_Q\sqrt{E_S}}{N_0}-\frac{{8a}^2{E}_S}{N_0})$

使用公式9，图8示出根据本发明实施例确定的、作为接收的分量r_I的函数的位i₂的对数似然比的图。因为求位i₂的对数似然比Λ_i2的公式9与上文求位q₂的对数似然比Λ_q2的公式的相似性，显然对于作为接收分量r_Q的函数的位q₂的对数似然比Λ_q2产生与图8所示的函数Λ_i2具有相似图形的图。

根据本发明实施例，基于公式5和9及其求q₁和q₂的相似公式，可以在下文表1中概述每个位的对数似然比计算。在表1中，偏移常数Δ和预换算常数k是针对公式5和9中出现的常数定义的。使用这些常数定义，并且令r′_I＝kr_I以及r′_Q＝kr_Q，每个位的所得到的对数似然比计算可为如下：

表1：

根据本发明实施例，可以使用可重新配置深度执行处理器来实现表1的对数似然比计算和上文的推导，下文参考图11-15进行更详细地论述。正如表1和关联的定义中可以看到的，只需以非常低的频率计算两个常数，即用于定义r′_I和r′_Q的预换算常数k和偏移常数Δ，以便确定所有四个对数似然比。可以对数据块计算这些参数，并将预换算作为最大比合并(MRC)过程的一部分来应用。

图9示出与Goff等人提出的常规方法94相比，可以利用本发明实施例92实现的对于完整turbo解码器迭代1至6的性能增益(BER和E_b/N₀)的图。因此，从图9可以看到，可以使用根据本发明的实施例来将接收器的灵敏度提高约0.25dB。

通过非限制示例并参考图16，示出根据本发明实施例的方法300。图16的方法是参考图10-13来描述的。在本发明的实施例中，唯一要计算的两个常数304是偏移常数和预换算常数。本实施例可以在可重新配置执行处理器200或软决策模块32、100中实施，如图10-13的实施例所示。图10示出可以在其中确定对数似然比的计算机系统100的框图。常数/输入选择器102和LUT204可以对应于图2的常数子模块33、35和LUT41。在对数似然比子模块37中，参考LUT204的MAX*单元104和累加寄存器202确定i₁和q₁的对数似然比，参考LUT204的MAX^$单元106确定i₂和q₂的对数似然比。图11和图12更详细地示出粗线表示的连接，这些连接是图11的第一步和图12的第二步中为计算i₁和q₁302的对数似然比308需要由可重新配置处理器的定制编码的指令创建的连接。相似地，图13示出为了计算i₂和q₂而在可重新配置处理器200中创建的粗体表示的连接。可以基于偏移常数和预换算常数设置图11-13中的处理单元的输入的值，并将值存储在查询表204中。查询表204可以存储校正值以实现MAX*函数306来完成状态计量计算从而计算对数似然比，并且可以利用其他值将QAM信号解调。换言之，可以使用预换算常数k将输入值r′设为r′_I(用于确定分量i₁和i₂)或r′_Q(用于确定分量q₁和q₂)。相似地，可以使用偏移常数Δ将输入值off设为Δ(用于确定所有四个位i₁、i₂、q₁、q₂)，以便使用图11-13的配置计算对数似然比。在图11中，在计算i₁和q₁的第一步中，当r′为off时，将r′+MAX*的结果存储在累加寄存器202。在图12中，在计算i₁和q₁的第二步中，从存储在累加寄存器的结果中减去-r′off的MAX*值。图13示出在-f′和r′为off时在计算了-MAX^$时计算i₁和q₁所需的单个步骤。由此，可以在每个SIMD通道中的两个周期内计算i₁或q₁的对数似然比，在每个SIMD通道中的一个周期内计算i₂或q₂的对数似然比。参考图14-15更详细地论述SIMD通道的配置。

在实施例中，可以在具有单独控制和数据执行路径的计算机系统中使用的可重新配置执行单元的上下文中确定对数似然比。该实施例是出于说明性目的来示出的，但是将认识到本发明的实施例可以在其他计算机系统体系结构上实施。图14示出此类计算机系统的体系结构框图，其中可以根据本发明实施例确定对数似然比。指令解码单元1401将一组指令分组1400的各个指令分离成由专用控制执行路径1402执行的指令和由专用数据执行路径1403执行的指令。每个专用执行路径1402和1403具有各自的寄存器文件，即控制寄存器文件1404和数据寄存器文件1405。控制执行路径1402具有其自己的功能单元，例如分支单元1406和执行单元1407。数据执行路径1403具有例如SIMD固定执行单元1409和可重新配置深度执行单元1410的功能单元。控制执行路径1402和数据执行路径1403共享负载存储单元1408。

图15示出可重新配置深度执行单元1410的框图，其中可以根据本发明实施例确定对数似然比。该实施例是出于说明性目的来提供的，并且将认识到本发明的实施例可以在其他计算机系统体系结构上实施。在操作中，图15的实施例的可重新配置深度执行单元1410如下为流水线形式的。执行单元1510的所有指令具有五个周期的等待时间，例如四个指令发出时隙以填充在执行单元1510执行的指令与使用其结果的任何其他数据端指令之间。执行单元1510的四个流水线阶段可以包括READ(读)阶段1532、XBAR(纵横制)阶段1533、EX0-3(执行)阶段1526-1529和WRITE(写)阶段1541。READ阶段1532可以读取数据寄存器文件1538并选择64位XBAR阶段输入和。从数据寄存器文件1538中提取64位运算数srcl和src0。然后使用选择器1543和1544确定64位XBAR阶段输入和的值，这两个选择器的每一个选择64位运算数或高速暂存区读向量(spval)1545作为XBAR阶段输入。XBAR阶段1533可以将输入和中的8个16位运算数转向SIMD通道1526-1529的通道输入P、Q、R和S，并可以包括16个5路16位宽的多路复用器(每通道的每个输入对应于一个多路复用器)。48位是控制多路复用器所需的，这些位是可重新配置执行单元1510的每个指令中发现的操作码的函数，可以在配置查询表中查找到它们。EX0-3阶段可以包括SIMD通道1526-1529，这些SIMD通道可以包括可重新配置加法器、移位器、乘法器等。WRITE阶段1541可以向数据寄存器1542写入。然后可以使用旁路多路复用器将SIMD通道1526-1529的四个16位Z通道输出旁路回READ阶段1532，从而完成执行单元1510的五个周期等待时间。

对于将图15的实施例作为可重新配置执行单元来进行的描述，要注意本文中“可配置”表示能够从多个伪静态运算符配置中选择运算符配置，这些运算符配置的至少其中一些可以通过数据处理指令的操作代码部分来选择。根据本文中的实施例，“可配置”指令允许在多位值级别上执行定制的操作，例如在四个或更多多位值级别或字级别上执行定制操作。根据图15所示的本发明实施例的实现，有利地将执行通道1526-1529的运算符预先配置成多种运算符类。例如，可以在乘法运算符、ALU(算术逻辑单元)运算符、状态运算符、交叉通道置换符(cross-lane permuter)的类中预先配置运算符，以及其他预先配置的类也是可能的。但是，即使运算符的类是预先配置的，仍然有指令的运行时灵活性而能够安排：(i)每个类内的运算符的连接性；以及(ii)与来自其他类的运算符的连接性，该连接性用于实现给定算法的特定配置的最终布置，该特定配置诸如图11-13所示用于确定对数似然比的配置。

将理解如上所述用于确定QAM数字调制系统中的turbo解码器输入的系统和方法提供许多优点，例如为turbo解码器提供精确的输入以将turbo解码器迭代的次数减少到最少，而不会危害系统性能和对系统进一步引入复杂性。此外，本发明的实施例可以应用于其他QAM系统(n-QAM)，例如32、64、256等QAM系统，本发明的范围不局限于特定16-QAM级别的调制实施例。相似地，本发明的范围不局限于特定turbo编码的实施例。可以利用其他编码类型设想其他实施例。将认识到本发明的特定实施例是出于说明目的论述的，在不背离所附权利要求定义的本发明范围的前提下可以进行多种修改。

Claims (30)

1.一种用于确定QAM码字的一组位的正交振幅调制QAM信号的对数似然比的方法，所述方法包括：

确定由8a²E_S/N₀给出的偏移常数以及由

给出的预换算常数，其中E_S＝表示信号能量的编码的符号能量，N₀＝噪声功率谱密度，a＝归一化常数；以及

使用一组函数确定对数似然比，以便确定所述码字的一组位的每个位的对数似然比，所述一组函数的输出基于与所述码字对应的所接收的信号的所述信号能量和所述噪声功率谱密度特征，

假定至少一个接收的分量是r_I，并且将换算的接收的分量r′_I定义为r_I乘以预换算常数k，以及对于偏移常数Δ，根据以下函数确定单个位i₁的对数似然比Λ：

${\mathrm{\Λ}}_{i_1}\left({r^{\′}}_I\right)={r^{\′}}_I+\max *({r^{\′}}_I,\mathrm{\Δ})-\max *(-{r^{\′}}_I,\mathrm{\Δ})$

其中函数max*定义为max*(x，y)≈max(x，y)+ln(1+exp[-|x-y|])；

假定至少一个接收的分量是r_I，并且将换算的接收的分量r′_I定义为r_I乘以预换算常数k，以及对于偏移常数Δ，根据以下函数确定单个位i₂的对数似然比Λ：

${\mathrm{\Λ}}_{i_2}\left({r^{\′}}_I\right)=-{\max }^{\$}(-{r^{\′}}_I-\mathrm{\Δ},{r^{\′}}_I-\mathrm{\Δ})$

其中函数max^$由如下公式定义：

${\max }^{\$}(x,y)=\max (x,y)+\ln [1+\exp [-|x-y|]-\exp [-\left|\frac{x-y}{2}\right|\left]\right];$

假定至少一个接收的分量是r_Q，并且将换算的接收的分量r′_Q定义为r_Q乘以预换算常数k，以及对于偏移常数Δ，根据以下函数确定单个位q₁的对数似然比Λ：

${\mathrm{\Λ}}_{q_1}\left({r^{\′}}_Q\right)={r^{\′}}_Q+\max *({r^{\′}}_Q,\mathrm{\Δ})-\max *(-{r^{\′}}_Q,\mathrm{\Δ})$

其中函数max*定义为max*(x，y)≈max(x，y)+ln(1+exp[-|x-y|])；

假定至少一个接收的分量是r_Q，并且将换算的接收的分量r′_Q定义为r_Q乘以预换算常数k，以及对于偏移常数Δ，根据以下函数确定单个位q₂的对数似然比Λ：

${\mathrm{\Λ}}_{q_2}\left({r^{\′}}_Q\right)=-{\max }^{\$}(-{r^{\′}}_Q-\mathrm{\Δ},{r^{\′}}_Q-\mathrm{\Δ})$

其中函数max^$由如下公式定义：

${\max }^{\$}(x,y)=\max (x,y)+\ln [1+\exp [-|x-y|]-\exp [-\left|\frac{x-y}{2}\right|\left]\right].$

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述码字是turbo编码的码字。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，解调的信号用于无线系统。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述无线系统是移动第三代蜂窝系统。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述无线系统根据码分多址CDMA标准来工作。

6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述无线系统根据无线码分多址WCDMA标准的高速下行链路分组接入HSDPA部分来工作。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述码字是16-QAM码字。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述码字的一组各个位包括映射到16-QAM码字的四个信息位。

9.如前面任一权利要求所述的方法，还包括使用定制编码的指令来将可重新配置执行单元配置为执行各个位的至少一个位的对数似然比的确定，所述确定包括使用最多两个常数值的至少一个。

10.如权利要求9所述的方法，还包括基于对数似然比确定中使用的至少一个常数值来设置所述可重新配置执行单元的输入的值。

11.如权利要求9所述的方法，还包括使用所述可重新配置执行单元在两个周期中完成至少一个单独位的对数似然比的计算。

12.如权利要求9所述的方法，还包括使用所述可重新配置执行单元在一个周期中完成至少一个单独位的对数似然比的计算。

13.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述可重新配置执行单元包括计算机系统的单指令多数据通道。

14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述计算机系统包括单独的控制执行路径和单独的数据执行路径。

15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述可重新配置执行单元构成所述单独的数据执行路径的一部分。

16.一种用于确定QAM码字的一组位的正交振幅调制QAM信号的对数似然比的计算系统，所述计算系统包括：

用于确定由8a²E_S/N₀给出的偏移常数以及由给出的预换算常数的装置，其中E_S＝表示信号能量的编码的符号能量，N₀＝噪声功率谱密度，a＝归一化常数；以及

用于使用一组函数确定对数似然比的装置，以便确定所述码字的一组位的每个位的对数似然比，所述一组函数的输出基于与所述码字对应的所接收的信号的所述信号能量和所述噪声功率谱密度特征，

所述用于使用一组函数确定对数似然比的装置包括用于根据以下函数确定单个位i₁的对数似然比Λ的装置，假定至少一个接收的分量是r_I，并且将换算的接收的分量r′_I定义为r_I乘以预换算常数k，以及对于偏移常数Δ，

${\mathrm{\Λ}}_{i_1}\left({r^{\′}}_I\right)={r^{\′}}_I+\max *({r^{\′}}_I,\mathrm{\Δ})-\max *(-{r^{\′}}_I,\mathrm{\Δ})$

其中函数max*定义为max*(x，y)≈max(x，y)+ln(1+exp[-|x-y|])；

用于根据以下函数确定单个位i₂的对数似然比Λ的装置，假定至少一个接收的分量是r_I，并且将换算的接收的分量r′_I定义为r_I乘以预换算常数k，以及对于偏移常数Δ，

${\mathrm{\Λ}}_{i_2}\left({r^{\′}}_I\right)=-{\max }^{\$}(-{r^{\′}}_I-\mathrm{\Δ},{r^{\′}}_I-\mathrm{\Δ})$

其中函数max^$由如下公式定义：

${\max }^{\$}(x,y)=\max (x,y)+\ln [1+\exp [-|x-y|]-\exp [-\left|\frac{x-y}{2}\right|\left]\right];$

用于根据以下函数确定单个位q₁的对数似然比Λ的装置，假定至少一个接收的分量是r_Q，并且将换算的接收的分量r′_Q定义为r_Q乘以预换算常数k，以及对于偏移常数Δ，

${\mathrm{\Λ}}_{q_1}\left({r^{\′}}_Q\right)={r^{\′}}_Q+\max *({r^{\′}}_Q,\mathrm{\Δ})-\max *(-{r^{\′}}_Q,\mathrm{\Δ})$

其中函数max*定义为max*(x，y)≈max(x，y)+ln(1+exp[-|x-y|])；

用于根据以下函数确定单个位q₂的对数似然比Λ的装置，假定至少一个接收的分量是r_Q，并且将换算的接收的分量r′_Q定义为r_Q乘以预换算常数k，以及对于偏移常数Δ，

其中函数max^$由如下公式定义：

${\max }^{\$}(x,y)=\max (x,y)+\ln [1+\exp [-|x-y|]-\exp [-\left|\frac{x-y}{2}\right|\left]\right].$

17.如权利要求16所述的计算机系统，其特征在于，所述QAM码字是turbo编码的码字。

18.如权利要求16所述的计算机系统，其特征在于，解调的信号用于无线系统。

19.如权利要求18所述的计算机系统，其特征在于，所述无线系统是移动第三代蜂窝系统。

20.如权利要求18所述的计算机系统，其特征在于，所述无线系统根据码分多址CDMA标准来工作。

21.如权利要求18所述的计算机系统，其特征在于，所述无线系统根据无线码分多址WCDMA标准的高速下行链路分组接入HSDPA部分来工作。

22.如权利要求16所述的计算机系统，其特征在于，所述码字是16-QAM码字。

23.如权利要求22所述的计算机系统，其特征在于，所述码字的一组各个位包括映射到16-QAM码字的四个信息位。

24.如权利要求16-23中的任何一项所述的计算机系统，还包括用于使用定制编码的指令来将可重新配置执行单元配置为执行各个位的至少一个位的对数似然比的确定的装置，所述确定包括使用最多两个常数值的至少一个。

25.如权利要求24所述的计算机系统，还包括用于基于对数似然比确定中使用的至少一个常数值来设置所述可重新配置执行单元的输入的值的装置。

26.如权利要求24所述的计算机系统，还包括用于使用所述可重新配置执行单元在两个周期中完成至少一个单独位的对数似然比的计算的装置。

27.如权利要求24所述的计算机系统，还包括用于使用所述可重新配置执行单元在一个周期中完成至少一个单独位的对数似然比的计算的装置。

28.如权利要求24所述的计算机系统，其特征在于，所述可重新配置执行单元包括计算机系统的单指令多数据通道。

29.如权利要求28所述的计算机系统，其特征在于，所述计算机系统包括单独的控制执行路径和单独的数据执行路径。

30.如权利要求29所述的计算机系统，其特征在于，所述可重新配置执行单元构成所述单独的数据执行路径的一部分。

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