CN101542939A - 处理接收信号的装置及其方法，以及选择映射规则的方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种处理接收信号的装置及其方法，以及映射规则的选择方法，通过本发明，可以用准确估计数据的方式、经由至少两个天线来在接收信号的接收终端中平滑地执行无线电通信。本发明包括：根据自适应决定的映射规则来执行发射，以及对经由多个天线接收的码元信号进行去映射，对从去映射所获得的比特信号提取可靠性信息，并且使用可靠性信息对经由多个天线接收的码元信号重新执行去映射。

Description

处理接收信号的装置及其方法，以及选择映射规则的方法
技术领域
本发明涉及移动通信系统，并且尤其涉及对接收信号进行处理的装置及其方法，以及选择映射规则的方法。
背景技术
一般地说，随着高速多媒体数据服务需求的增加，为了在移动无线电通信信道上提供高速多媒体数据服务，已经对改善信号质量和频率效率的技术开发投入了很多努力。
在无线电通信系统中，使用多天线来提供发射分集。若使用多个收发天线，则无线电通信系统中的信息容量可显著增加。如果多收发天线与编码方案被共同使用，那么能够更有效地提高收发信息容量。
在这种情况下，将编码方案称为空时编码方案。在空时编码方案中，为了接收终端在不牺牲带宽的情况下提供全分集效应和编码增益，用编码配置了从其他天线发射的信号的时间和空间相关性。STBC(space time block code)(空时分组编码)方案作为一种空时编码方案。
图1A和图1B分别是发射终端结构和接收终端结构的示范性框图。
参照图1A和图1B，使用STBC(空时分组编码)的比特交织编码正交频分复用系统包括发射终端10和接收终端100。
参照图1A，发射终端10包含：信道编码器11、比特交织器12、串/并转换器13、具有至少两个映射器14a的映射模块14、STBC编码器15、以及具有至少两个逆离散傅里叶变换器16a的逆离散傅里叶变换(IDFT)模块16。
信道编码器11将冗余的比特附加到数据比特上，来检测或纠正当经由信道发射时可能产生的错误。
为了减少猝发错误和衰落效应，比特交织器12通过规定比特单元来混合和分散已编码的比特，来独立地排列已编码的比特。
串/并转换器13将比特信号从串行序列转换为并行序列。
包括在映射模块14中的每个映射器14a根据规定的映射规则，将输入到此的比特信号变换为对应的码元信号。
STBC编码器15使用用于多天线的分组码来对码元信号进行编码，以在时间和空间上获取发射分集。
包含在IDFT模块16中的每个IDFT16a将码元信号调制为OFDM码元，即将频域上的码元信号变换为时域上的信号，并随后发射变换后的信号。如果用逆快速傅里叶变换器(IFFT)代替IDFT16a，那么计算量被减少了，用于更高效的实施。
参照图1B，接收终端20包含具有至少两个离散傅里叶变换器106a的离散傅里叶变换(DFT)模块106、STBC解码器105、具有至少两个去映射器104a的去映射模块104、并/串转换器103、比特解交织器102、以及信道解码器101。
包含在离散傅里叶变换模块106中的每个离散傅里叶变换器106a对接收到的OFDM码元执行傅里叶变换。如果码元是由逆快速傅里叶变换器所调制的，那么可以由快速傅里叶变换器来代替离散傅里叶变换器106a。
STBC解码器105和去映射器104a将经由多天线发射的码元信号变换为比特信号。
并/串转换器103以与串/并转换器13相反的方式将比特信号从并行序列转换为串行序列。
比特解交织器102将由交织器12所混合的串行序列的比特信号的顺序改变为混合之前的原始顺序。
并且，信道解码器101决定估计的数据比特。
本发明技术问题的公开
然而，在使用格雷(gray)映射规则的情形中，尽管格雷映射规则在不进行迭代的执行中显示了良好的性能，但是性能在执行迭代解码的误码平台(error floor)区域中劣化了。
另外，在卷积码或用卷积码配置的分组码的情形中，解码执行与有限的编码长度相关联。典型地，在格型结构中，相互远离的比特之间的相互作用(mutual action)并不有效。所以，在使用具有相当长长度的输入数据序列的情形下，效果被劣化。即使通过增加有限编码长度而获得了改进，但是解码器中的配置复杂度可以呈指数级增长，这是不利的。
发明内容
相应地，本发明涉及处理接收信号的装置及其方法，以及映射规则选择方法，其基本上避免了由于相关技术的限制和缺点所带来的一个或多个问题。
本发明的一个目的是提供处理接收信号的装置及其方法，以及选择映射规则的方法，通过本发明，可以用准确估计数据的方式、在经由至少两个天线接收信号的接收终端中平滑地执行无线电通信。
本发明的其他特征和优点将在以下说明中阐述，并且部分将通过说明变得明显，或是通过本发明的实践习得。通过在书面说明中具体指出的结构及其权利要求以及附图，将实现并获得本发明的目的和其它优点。
为了实现与本发明的目的相一致的这些和其他优点，如具体表现和宽泛描述的一样，根据本发明，在设置有多个天线的接收终端中处理接收信号的方法，包括以下步骤：根据被自适应决定且在发射终端中使用的映射规则，将经由多个天线接收的码元信号去映射为比特信号、提取从去映射所获取的比特信号的可靠性信息，以及使用该可靠性信息对码元信号重新执行去映射。
通过由使用空时分组编码(STBC)的发射终端对码元信号进行编码的方式来发射码元信号。
本方法还包括使用空时分组编码(STBC)对经由多个天线接收的码元信号进行解码的步骤。
按规定计数来重复进行提取可靠性信息和重新执行去映射的步骤。
可靠性信息对应于比特信号变为0的概率与比特信号变为1的概率的比率。
使用映射的平均误比特值和最小欧几里德距离的调和平均值来决定映射规则。
决定映射规则的方式是：计算可用映射规则的平均误比特值、在误码平台中的最小欧几里德距离的调和平均值，以及最小欧几里德距离的非收敛调和平均值，根据平均误比特值来区别至少一个映射组，在至少一个映射组内选择在误码平台中具有最小欧几里德距离的最大调和平均值的至少一个映射规则，以及从选出的至少一个映射规则中选择具有最小欧几里德距离的最大非收敛调和平均值的至少一个映射规则。
如果映射规则是由8PSK方案所调制的，那么是用逆时针顺序的000、001、111、100、010、011、101，和110来决定规定映射规则的二进制编码。
执行用于映射的信息的信令过程。
使用映射规则的索引信息或指示是否使用了对应于不同的信令信息的映射规则的信息来执行信令过程。
在决定映射规则期间考虑了提供给接收终端的多个天线的数量。
为了进一步实现根据本发明目的的这些和其他优点，设置有多个天线的接收终端包含：去映射模块，其获取通过对经由多个天线接收的码元信号执行去映射而估计的比特信号，去映射模块使用比特信号的可靠性信息来对接收到的码元信号重新执行去映射，还包含可靠性信息提取单元，其通过经由去映射模块接收估计的比特信号来提取可靠性信息，可靠性信息提取单元将提取出的可靠性信息传送给去映射模块。
码元信号是使用空时分组编码(STBC)进行编码并被发射的。
接收装置还包含：解码模块，其接收使用空时分组编码(STBC)编码的码元信号，解码模块使用空时分组编码(STBC)对接收到的码元信号进行解码。
接收装置还包含软输入软输出模块，其输出用于经由去映射模块所估计的比特信号的可靠性信息。
为了实现根据本发明目的的这些和其他优点，一种映射规则选择方法，其应用于迭代解码方案，用于使用先前接收到的比特的可靠性信息来执行解码，包含以下步骤：计算平均误比特值、对应于特定调制方案的至少一个或多个映射规则的第一度量值和第二度量值，根据平均误比特值将至少一个或多个映射规则进行分组，从属于特定组的映射规则中选择具有最大第一度量值的映射规则，以及从选出的映射规则中选择具有最大第二度量值的映射规则。
第一度量值是非收敛区中的最小平方欧几里德距离的调和平均值，而第二度量值是误码平台区域中的最小平方欧几里德距离的调和平均值。
映射规则选择方法还包括步骤：选择具有最大第二度量值的已选映射规则的一个。
优选地，平均误比特值由 N b = Σ i = 0 M - 1 P x ( i ) Σ j = 1 N i n b ( i , j ) 所确定，其中x(i)是第i个星座码元，Nb是平均误比特值，px(i)是x(i)的概率，Ni是邻近x(i)的星座的数量，nb(i，j)是x(i)被错误地决定为x(j)的误码数量，而i和j分别是码元索引。
为了实现根据本发明的目的的这些和其他优点，一种选择映射规则的方法，其应用于迭代比特交织编码调制(BICM)系统，包含以下步骤：根据选择标准将用于特定调制方案的可用调制规则进行分组，根据选择标准来选择组，以及在选出的组内选择特定的映射规则。
选择标准包含从由通信系统、编码方案、调制方案、根据业务的目标性能、平均误比特值、和最小欧几里德距离调和平均值所组成的组中选出的至少一个。
应当理解，上述一般描述和以下详细描述是示范性和解释性的，并且意欲提供对所要求保护的本发明的进一步解释。
有益效果
本发明提供以下效果或优点。
首先，本发明涉及一种方法和装置，用于：以在发射终端中优化映射器的方式来更加准确地重新构建接收信号、从经由至少两个天线接收的信号中提取规定的信息、在执行对每个信号的去映射期间使用提取的信息，并通过迭代上述过程来执行解码。
第二，通过使用至少两个天线的发射分集可以减少信道上的效应。
第三，通过迭代解码可以提高编码增益。
同时，从去映射中获取的比特信号的可靠性信息可以是规定信息的示例。
第四，本发明设置并使用在去映射期间具有最佳性能的映射规则，由此提高了去映射的性能。
附图说明
包括附图以提供对本发明的进一步理解，并且附图被合并，且构成本说明书的一部分，附图说明本发明的实施例，并且与说明书一起用于解释本发明的原理。
在附图中，
图1A和图1B分别是根据相关技术的发射终端和接收终端的框图；
图2A到2E是根据本发明第一实施例的发射终端和接收终端的框图；
图3A和图3B是根据本发明第一实施例的流程图；
图4A到4E是根据本发明第二实施例的发射终端和接收终端的框图；
图5是根据本发明第二实施例的流程图；
图6是信噪比(SNR)和误比特率(BER)之间相关性的图表。
图7是根据本发明一个优选实施例的8PSK星座映射规则的示范图；
图8是根据本发明一个优选实施例的16QAM星座映射规则的示范图；
图9A和图9B是本发明的一个优选实施例的效果的图表，并且
图10A和图10B是本发明的一个优选实施例的效果的图表。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的优选实施例，在附图中示出了本发明的示例。以下参照图2A到2E解释本发明的一个实施例。
图2A到2E是根据本发明第一实施例的发射终端结构和接收终端结构的框图。
参照图2A，其示出发射终端结构的示例，发射终端20包含：信道编码器21、比特交织器22、串/并转换器23、具有至少两个映射器24a的映射模块24、具有至少两个IFFT(逆快速傅里叶变换器)25a的IFFT(逆快速傅里叶变换器)模块25，以及具有至少两个天线26a的天线模块26。
信道编码器21通过将冗余的比特附加到数据比特上来输出编码的比特，以对在通过信道发射期间可能产生的错误进行检测或纠正。此处，可以将卷积码、turbo码、低密度奇偶校验码(low parity checkcode)(LDPC)、Reed-Solomon码等用作信道编码方案。
为了减少猝发错误和衰落效应，比特交织器22通过规定比特单元对已编码的比特进行混合和分散，来独立地排列已编码的比特。
串/并转换器23将交织的比特序列从串行序列转换为并行序列。
每个映射器24a根据规定的映射规则，将输入到此的比特信号转换为对应的码元信号。
并且，每个IFFT 25a将码元信号调制为OFDM码元，将频域上的码元信号变换为时域上的码元信号，并且随后经由具有至少两个天线26a的天线模块26发射变换后的信号。
图2B示出接收终端结构的示例，其对应于图2A所示的发射终端。
参照图2B，接收终端200包含：具有至少两个天线201a的天线模块201、具有至少两个FFT(快速傅里叶变换器)202a的快速傅里叶变换器模块202、去映射模块203、以及包含比特解交织器205、SISO(软输入软输出)模块206、和比特交织器207的可靠性信息提取单元。
每个天线201a发射或接收经由空间收发的信号的电磁波能量。
每个FFT 202a对经由多天线201接收的信号执行傅里叶变换，信号是经过OFDM调制并经由发射终端中的多天线26被发射。具体而言，FFT 202a将时域上的接收信号变换为频域上的信号。
去映射模块203将FFT码元信号转换为比特信号。
比特解交织器205从去映射模块203接收比特信号，并接着从在发射终端中已由交织器22交织的比特信号的顺序恢复比特信号的原始顺序。
SISO模块206将输入给其的每个比特信号的可靠性信息输出。
比特交织器207改变来自SISO模块206的比特序列的顺序。
并且，将具有比特序列的改变顺序的每个信号的可靠性信息传送给去映射模块203。并且随后通过去映射模块203，使用可靠性信息再次执行去映射。
能够执行上述迭代解码的发射和接收终端结构可以称为BICM-ID(具有迭代解码的比特交织编码调制)。
具体而言，图2C到2E示范性地示出BICM-ID MCW(多码字)的发射和接收终端结构。
图2C示出发射终端结构的示例。图2C中示出的发射终端结构与之前在图2A中所示的结构的不同之处在于：在每个天线层上，对数据包独立地执行信道编码、交织和映射。
图2D示出接收终端结构的示例，其对应于图2C所示的发射终端结构。图2D所示的接收终端结构与之前在图2B中所示结构的不同之处在于：如图2C所示的发射终端一样，在每个天线层上，独立地解交织和提取可靠性信息。但是，可从图2D看出，图2D中的接收终端不能在每个天线层上执行解映射。而是，通过ML(最大可能性)检测方法一次性在所有天线层上执行联合检测。
图2E示出接收终端结构的另一示例，其不同于图2D之处是另外包含均衡器。在该情况中，可以通过使用均衡器对每个天线层执行去映射而提取数据比特，均衡器能够使用诸如MMSE(最小均方误差)、ZP(迫零)等检测方法。
以下参照图2A到3B详细解释本发明的一个实施例的操作。
图3A和3B分别是根据本发明第一实施例的流程图。
图3A示出根据本发明实施例的，在接收终端中处理信号的方法的示例。
参照图3A，经由包含在接收终端200中的天线模块201接收由发射终端20发射的每个OFDM码元信号(S30)。
可以通过使用多个天线接收信号来获得发射分集效应。具体而言，能够避免由于分集效应带给信道变化的显著效应。
由FFT 202a对接收信号进行傅里叶变换。将变换后的信号，即码元信号，输入到去映射模块203。接着，通过去映射模块203将码元信号变换为比特信号(S301)。
可靠性信息提取单元接收比特信号、生成去映射模块203所生成的去映射比特信号的可靠性信息，并且随后将生成的可靠性信息传送给去映射模块203，以使用生成的可靠性信息再次进行去映射(S303)。
去映射模块203通过使用接收到的具有原始信号的可靠性信息来再次执行去映射。按规定计数那样重复用于生成每个信号的可靠性信息，并且使用对应于每个信号的已生成的可靠性信息来重新执行对每个信号的去映射的过程，并且随后输出去映射比特(S305，S306)。
图3B示出生成要传送给去映射模块203的可靠性信息的步骤S303的详细流程图。
以下参考图3B来解释通过可靠性信息提取单元来生成可靠性信息的过程。
首先，将从去映射模块203生成的比特信号输入给比特解交织器205，接着通过比特解交织器205将交织的比特序列的顺序重新排列为比特序列的原始顺序(S307)。
将重新排列顺序的比特序列输入给SISO(软输入软输出)模块206。SISO模块206使用待要传送给去映射模块203的输入信号来生成可靠性信息(S309)。
例如，可以使用公式1生成该信息。
[公式1]
L ( d j i ) = log p ( d j i = + 1 ) p ( d j i = - 1 )
公式1的结果指示在对输入码元信号进行去映射期间的可靠性程度。为此，可靠性程度可以对应于输入码元信号变为‘+1’或‘-1’的概率值。
在公式1中，di j指示对应于第j个码元信号的第i个比特。根据公式1，可以通过将对应于输入到SISO模块的比特的码元变为‘+1’的概率值与对应于输入到SISO模块的比特的码元变为‘-1’的概率值的比值执行对数操作来获得可靠性信息。
将由SISO模块206使用公式1生成的可靠性信息输入到比特交织器207。比特交织器207随后通过将比特序列在发射终端20的交织器22中的原始顺序进行交织的方法来改变各个输入比特信号的可靠性信息的顺序(S309)。
将重新排列为原始顺序的可靠性信息传送给去映射模块203(S303)。去映射模块203能够通过用包含在先前输入的码元信号中的输入可靠性信息对码元信号进行去映射来提高可靠性程度值。如果可靠性程度值提高了，那么就能够更加准确地重新构建来自发射终端的原始比特信号。那么，去映射模块203的性能就提升了。换言之，代替去映射、解码和在FFT 202a中直接输出输入的信号，在解码和去映射过程之后，生成可靠性信息，并反复使用生成的可靠性信息来对各个输入信号执行去映射。
[公式2]
log p ( d j i = + 1 | r j , H j ) p ( d j i = - 1 | r j , H j ) = log Σ z j ∈ S + 1 i p ( z j , r j , H j ) Σ z j ∈ S - 1 i p ( z j , r j , H j )
作为计算可靠性信息值的另一示例，公式2表示通过将信道状态信息额外包括在公式1中计算可靠性信息值的方法。
在公式2中，Sd j指示这样一组码元，其比特序列的第i个比特是‘d’。值‘d’可以变为‘+1’或‘-1’。去映射和解码可以按规定计数次数重复。并且，在重复上述方法时，在每次重复过程中，以将在先前重复过程中计算出的值包括在可靠性信息值之中的方式来更新可靠性信息的值。以下参照公式3对生成公式2中更新的可靠性信息值的示范方法进行解释。
[公式3]
p ( z j , r j , H j ) ~ exp ( - 1 N 0 | r j - a z j | 2 + 1 2 Σ i = 1 log 2 M d j i L ( d j i ) )
在公式2和公式3中，Zj指示发射终端发射的第j个码元信号，rj指示接收终端接收的第j个码元信号，而Hj指示在经由第j个接收天线201进行接收的情形中的信道常数。在公式3中，‘M’指示星座映射的大小，N0指示复噪声(complex noise)功率。
在公式3中，包括了在公式1中计算出的结果值。具体而言，用将通过使用公式1或公式2所生成的可靠性信息包括在公式3的对应计算中的方式，可以更加准确地估计发射的比特信号，公式3依上所述来生成更新的可靠性信息。
重复进行以下过程：使用去映射结果再次计算可靠性信息并且使用可靠性信息重新执行去映射。如果重复该过程，那么估计的数据比特值的绝对值就增加了。所以，能够更加准确地决定数据比特。于是，在依规定计数次数重复数据比特估计过程之后，最终估计出数据比特信号(S306)。
以下参照图4A到图4E来解释本发明的第二实施例。
图4A到4E是根据本发明第二实施例的发射终端和接收终端的框图。在以下描述中省略了与图2A和图2B所示相同的配置。图4A到4E不同于图2A和2B之处在于包括STBC(空时分组编码)编码器45或STBC解码器403。STBC编码器/解码器45/403在时间和空间中执行对发射码元的编码/解码，以获得发射分集。
在无线电通信系统中，能够通过使用多天线来大大增加发射信息数量。为了有效地提高数据发射速度，能够将适当的编码方案应用到多发射天线上。并且，将该编码方案称为STC(空时编码)方案。为了接收终端在不牺牲带宽的情况下提供理想的分集效应和编码增益，STC方案使用对从不同天线发射的信号的空间和时间相关性。STC方案的示例是STBC(空时分组编码)。在空时分组编码中，接收终端使用很简单的解码算法。
假定使用四个天线来降低复杂度，并且假定选择了3/4STBC结构，公式4提出了STBC编码矩阵的示例。
[公式4]
C = z 1 z 2 z 3 0 - z 2 * z 1 * 0 - z 3 - z 3 * 0 z 1 * z 2 0 z 3 * - z 2 * z 1
在公式4中，Zj指示由发射终端的第j个天线发射的码元信号。如果通过由公式4所提出的编码矩阵来执行STBC编码，那么以四个时隙发射三个码元信号。可以将在能够执行上述叠加解码的BICM-ID上附加执行STBC编码的结构称为STBC-BICM-ID。当然，STBC编码可以应用于其他STBC结构及上述示例。
具体而言，图4C到4E示出STBC-BICM-ID MCW(多码字)的发射和接收终端结构。
图4C示出发射终端结构的示例。类似于图2C，图4C不同于图4A之处在于在每个天线层上独立编码、交织和映射来自发射终端的每个天线的数据包。
图4D示出接收终端结构的示例，其对应于图4C所示的发射终端。与图2D不同，图4D所示的接收终端能够在每个天线层上执行解码以及去映射和解交织。在这种情形中，可以在每个天线层上执行去映射。这是因为接收终端能够使用具有正交特性的STBC区分每个天线的信号。所以，如果使用没有正交特性的STBC，就不能在每个天线层上执行去映射。取而代之，将执行一次ML共用检测。
图4E示出接收终端结构的另一示例。与图4D相比较，图4E还包括均衡器。在该情形中，可以使用均衡器在每个天线层上提取数据码元，而不是如图2E所示的ML检测那样，均衡器能够使用诸如MMSE、ZF等检测方法。
图5是根据本发明第二实施例的流程图。以下参照图4A、图4B和图5详细说明本发明的第二实施例的操作。
参照图4A、图4B和图5，接收终端400经由包含在接收终端400中的天线模块401来接收由发射终端40发射的每个OFDM码元信号(S50)。
由FFT 402对接收信号进行傅里叶变换。通过傅里叶变换，时域上的信号被变换为频域上的信号。通过STBC(空时分组编码)解码器403对经傅里叶变换后的信号进行解码(S500)。
随后，将STBC解码信号输入给包含在去映射模块404中的对应的去映射器404a。
通过去映射模块404将STBC解码的码元信号变换为比特信号(S502)。
通过并/串转换器405将变换后的比特信号，即比特序列，从并行序列转换为串行序列，并且随后将其输入给比特解交织器406。比特解交织器406将比特序列的顺序改变为在发射终端40中进行交织之前的顺序。重新排列的比特序列用于经由软输入软输出(SISO)模块407输出每个比特的可靠性信息(S503)。SISO模块407能够通过公式1计算可靠性信息。将计算出的可靠性信息输入给比特交织器408，以用于以与在发射终端40中改变比特序列的顺序相同的方法来改变每个比特的可靠性信息的顺序。
将顺序改变的可靠性信息序列分别输入给对应的去映射器404a(S503)。
去映射器使用可靠性信息重新执行去映射，并且随后输出更加准确的比特信号(S506)。
再次经由SISO模块407来计算比特信号的可靠性信息值。在此情形中，通过使用计算出的前次可靠性信息值来执行计算。作为结果，通过增加计算所输出的信号的绝对值，可以更加准确地作出对可靠性信息值的估计。按照规定计数的次数重复执行通过输出上述可靠性信息所进行的去映射过程。所以，最终估计出并输出用去映射模块404和SISO模块407共同增强其功能的方式所估计的数据比特信号(S506)。
在上述方法中，通过使用包含在去映射模块中的每个去映射器对信号进行解调，其中经由至少两个天线接收信号。并且，生成每个去映射比特信号的可靠性信息，并且随后再将其传送给对应的去映射器。所以，通过使用可靠性信息的迭代解码提高了解码性能。
另外，能够通过用应用多个天线和空时分组编码方案的方式来增强发射分集效应，从而减少归因于信号发射中的信道的效应。
图6是在信噪比(SNR)和误比特率(BER)之间相关性的图表。
首先，如果信号的发射功率增加，那么误比特率降低。所以，提高了信号接收性能。参照图6，可以看出如果SNR增加，那么BER值降低。
为了增强接收性能，可以提高信号强度，即信号的发射功率，但是可供发射使用的发射功率通常受限。所以，如果根据本发明一个实施例，为了增强接收性能而执行迭代解码，那么可以在不增加发射功率水平的情况下通过应用迭代解码来提高信号的强度。即，图6示出迭代解码执行曲线。可从图6看出，通过迭代解码来增加信号强度，降低了误比特率，从而增强接收性能。
下文中，参照图6说明迭代解码执行曲线的区域。
此处，可以将迭代解码执行曲线划分成三个区域。例如，可以将迭代解码执行曲线划分为非收敛区600、瀑布(WF)区(waterfall region)601、和误码平台区602。
非收敛区600是尽管应用了迭代解码但没有示出明显性能提升的区域。在非收敛区600中，格雷映射(在相互最接近的映射码元之间正好具有1比特差异的映射规则)显示了良好的性能。
WF区601是在其中可以通过迭代解码确定整个接收性能的区域。
另外，误码平台区602是由于信道编码器的性能，所以BER没有根据SNR显著变化的区域。
但使用迭代解码时，在迭代解码影响接收性能的WF区中，去映射器的性能可能影响整个系统的性能。具体而言，通过优化用于迭代解码的映射，可以增加编码增益。
由于采用比特交织编码调制(此后简称为BICM)的常规STBC-OFDM系统仅使用格雷映射规则，所以BICM方案的优点并没有被充分利用。即，在误码平台区中具有良好性能的映射规则最终显示良好的性能。
通过考虑在通信系统中使用的编码方案和/或调制方案可以选出最优映射规则。例如，存在对应于调制方案的各种可用映射规则，各种调制方案例如QPSK、8PSK、16QAM、64QAM等。
按上述说明中提到的，只要从各种映射规则中选出最优映射规则，并且将其用于迭代解码，那么去映射器的性能就可以提高。另外，这将有助于增强整体的系统性能。在以下描述中，解释了从各种映射规则中选择适当映射规则的方法。
首先，可以考虑适当的标准来选择映射规则。
作为选择映射规则所要考虑的标准的示例，可以使用通信系统。例如，可以根据使用了诸如BICM、ST-BICM、BICM-ID、STBC-BICM-ID等的各种通信系统中的哪一个来选择映射规则。由于去映射器的性能或效果可能根据通信系统的特性而不同，所以如果通过考虑每个通信系统的各种特性选出了最优映射规则，那么可以预期较佳的接收性能。
作为选择映射规则要考虑的标准的示例，可以使用对应于发射的数据业务或上述通信系统的目标性能。作为用于指示目标性能的示例，有BER(误比特率)、FER(误帧率)、PER(误包率)等。由于带来良好效果的映射规则根据目标BER值可能不同，所以可以通过考虑目标性能来选择映射规则。
另外，可以通过考虑全部比特误差的平均值，即平均比特误差值，来选择映射规则，以下将对此进行详细描述。选择和使用针对每种考虑的最优的映射规则，而不是使用考虑各种通信系统、目标性能等的通用映射规则，这是更有效的。
可以将接收终端的去映射器的性能表示为平均误比特值和码元错误概率之间的乘积。这表示为下列的公式5。
[公式5]
Pdemap≈NbPe
在公式5中，码元错误概率Pe是最小平方欧几里德距离的调和平均值和在星座映射图中的SNR的函数。可以从公式5中看出，接收终端的去映射器的性能与全部比特误差的平均值，即平均误比特值Nb相关联，可以考虑该平均值以选择在WF区601中具有良好性能的映射规则。
如上所述，Nb可能不影响去映射器的性能，尤其是在误码平台区域602中的性能。这是因为：在假定在误码平台区602中理想地执行了反馈时，对于所有映射规则可以发现一个比特误差。
在公式6中表示出确定平均误比特值Nb的示例。
[公式6]
N b = Σ i = 0 M - 1 P x ( i ) Σ j = 1 N i n b ( i , j )
在公式6中，Px(i)指示对应于星座映射中第i(星座)码元信号的码元信号x(i)的概率值，Ni指示第i个码元信号x(i)的邻近星座映射的点的数量，即邻近星座映射的数量，而nb(i，j)指示第i个码元信号x(i)被错误地解调成第j个码元信号x(j)的比特误差的数量。所以，平均误比特值是对应于给定映射规则的可变值。
作为选择映射规则要考虑的标准的又一示例，可以使用最小欧几里德距离的调和平均值。在此情形中，最小欧几里德距离的调和平均值是对应于在发射码元和接收码元之间距离的变量，该距离在星座图上可能是错误的。公式7A提出决定最小欧几里德距离的调和平均值的方法的示例。
[公式7A]
d h 2 = ( 1 m 2 m Σ i = 1 m Σ b = 0 1 Σ x ∈ X b i 1 | x - z | 2 ) - 1
公式7A应用于M-逆对数星座映射。在公式7A中，‘m’指示Log2(M)，而x意指在假定x对于发射天线相同时用于在每次发射时间中提供的每个天线的信号子集。并且‘Xb i’指示被分组成m比特序列以配置每个发射天线的码元的信号子集。即，其指示第i个比特的比特是‘b’的子集。可以将值‘b’设置为‘0’或‘1’。在公式7A中，‘x’指示发射的码元信号，而‘z’指示错误的码元信号。
公式7B示出决定最小欧几里德距离的调和平均值的方法的另一示例。
[公式7B]
d h 2 = ( 1 m 2 m Σ i = 1 m Σ b = 0 1 Σ x ∈ X b i 1 | x - z | 2 ) N r ) - 1 / N r
公式7B不同于公式7A之处在于考虑多个接收天线。在公式7B中，‘Nr’指示多个接收天线。这意味着最小欧几里德距离的调和平均值，即选择的映射规则，可以根据接收天线的数量进行变化。
在执行迭代解码的情形中，为选择映射规则，可以将欧几里德距离定义为两种情形。将dh 2(前)和dh 2(后)分别定义为在迭代解码之前的欧几里德距离和在迭代解码之后的欧几里德距离。也就是，dh 2(前)和dh 2(后)分别意指在执行迭代解码之前的非收敛600的映射的欧几里德距离，和在执行迭代解码之后的误码平台602中的欧几里德距离。
在以下描述中，通过参照选择映射规则要考虑的标准的示例，来解释选择映射规则的方法的示例。
首先，根据特定标准，可以将多个映射规则分组为至少一个组。此处，特定标准可以是一个或多个通信系统、目标性能(例如，BER值)、平均误比特值等。由于至少一个组的每一个可能对应于多个映射规则，所以我们可以选择合适的组，并且然后可以从选出的组中选择映射规则。所以，可以减少选择映射规则的搜索区以及选择映射规则花费的时间。
下文中，将详细描述选择映射规则的方法的示例，具体而言是通过考虑平均比特误差和最小欧几里德距离的调和平均值对映射规则进行分组和选择的方法。
首先，为了最优星座映射，使用公式6和公式7A或公式7B计算dh 2(前)、dh 2(后)，和Nb。根据计算出的Nb，将可用的映射规则分组为至少一个组。从每个组中选择具有最大dh 2(后)的至少一个映射规则。从作为具有最大dh 2(后)选出的映射规则中选择具有最大dh 2(前)的映射规则。此处，会有具有最大dh 2(前)的至少一个映射规则。在此情形中，可以将通过根据系统配置进行测试的具有最佳性能的映射规则选择为具有最大dh 2(前)的映射规则。
在执行迭代解码之后的误码平台区602中，可以通过下列过程来选择最优映射规则。可以根据映射的类型有差别地表示图6所示的图表。具体而言，根据在执行映射或去映射期间使用的映射规则的种类，BER曲线的斜率等会有变化。所述变化改变了误码平台区602对应的SNR。随着误码平台区602对应的SNR变得更小，性能也就变得更好。随着其中存在对应于目标BER的误码平台区602的SNR变得更小，解码的性能也就变得更好。
图7是根据本发明一个优选实施例的8PSK星座映射规则的示范图。
在8PSK的情形中，如果没有执行迭代解码，那么图7(a)所提出的映射规则(Nb＝2.0)呈现更好的性能。
另一方面，在具有已执行迭代解码的误码平台区中，图7(f)所提出的映射规则(Nb＝4.5)呈现最佳性能。
在组中示范性的最优映射规则是图7所示的映射规则。
在Nb＝2.0的情形中，图7(a)提出的映射规则显示最佳性能，通过该映射规则，用逆时针顺序000、001、011、010、110、111、101，和100决定映射规则的二进制编码。
在Nb＝2.5的情形中，图7(b)提出的映射规则显示最佳性能，通过该映射规则，用逆时针顺序000、001、111、110、100、101、011、010决定映射规则的二进制编码。
在Nb＝3.0的情形中，图7(c)提出的映射规则显示最佳性能，通过该映射规则，用逆时针顺序000、001、111、100、110、101、011、010决定映射规则的二进制编码。
在Nb＝3.5的情形中，图7(d)提出的映射规则显示最佳性能，通过该映射规则，用逆时针顺序000、001、111、100、010、011、101、110决定映射规则的二进制编码。
在Nb＝4.0的情形中，图7(e)提出的映射规则显示最佳性能，通过该映射规则，用逆时针顺序000、010、111、100、001、110、011、101决定映射规则的二进制编码。
在Nb＝4.5的情形中，图7(f)提出的映射规则显示最佳性能，通过该映射规则，用逆时针顺序000、101、010、111、100、001、110、011决定映射规则的二进制编码。
图8是根据本发明一个优选实施例的16QAM星座映射规则的示范图。
在16QAM中，当没有执行迭代解码时，格雷映射(在最近的映射码元之间具有1比特的差异的映射规则)对应于Nb＝3.0并显示最佳性能。但是，如果应用了迭代解码，那么″混合标记″、″修改的SP标记″、″随机标记″、″M16r标记″、″最大SEW标记″等在误码平台区中显示良好的性能。在此情形中，每个被标记的映射规则的‘Nb’是5、6.5、6.5、7、或9。
每组中的具有良好性能的映射规则如图8所示。在此情形中，对应的映射规则包括：″混合标记″(a)、″随机标记″(b)、″格雷标记″(c)、″最大SEW标记″(d)、″M16r标记″(e)、″修改的SP标记″(f)等。二进制编码在每个映射规则中的排列如图8所示。
图9A和图9B是本发明的一个优选实施例的效果的图表。
图9A是将迭代解码应用于空时分组编码正交频分复用系统的情形中的性能图。可以看出，在没有增加相同信道环境中的发射功率的情况下，通过应用迭代解码来优化使用的映射规则，增强了系统的性能。
图9A所示的图表指示当通过应用8PSK映射规则而存在12个多通道时，在指数衰减的瑞利衰落信道中使用STBC(3/4速率正交STBC)情形的结果。
如果在图9A中提出12个信道通道，那么就应用不同的编码速率。并且，对应于1/3、4/9、和2/3的编码速率，发射效率分别变为0.75bps/Hz、1bps/Hz、和1.5bps/Hz。
结果是，在0.75bps/Hz的情形中，映射规则(Nb＝3.0)具有最佳效率。相比于在1％EER上的映射规则(Nb＝2.0)，映射规则(Nb＝3.0)具有的增益是2.5dB(92)。
另一方面，在1或1.5bps/Hz的情形中，映射规则(Nb＝3.5)具有最佳效率。在此情形中，增益是2.6dB或3.0dB(91、90)。
图9B示出在不同信道状态中，当编码速率是4/9时的执行结果。假定信道具有5、12、20标记(tab)(多通道)，那么相比于映射规则(Nb＝2.0)，映射规则(Nb＝3.5)显示了最佳性能。也就是，在相同的频率效率的情形中，可以通过STBC方案来增加分集效应，从而降低信道上的效应的方式来保持最优的映射规则，而与信道变化无关。并且，可以从图中看出，根据信道号的递增，相比于映射规则(Nb＝2.0)，映射规则(Nb＝3.5)具有大约3dB的增益(93)。
图10A和图10B是本发明的一个优选实施例的效果的图表。
图10A是将迭代解码应用于空时分组编码正交频分复用系统的情形中的性能图。可以看出，在同一信道环境中没有增加发射功率的情况下，通过应用迭代解码来优化使用的映射规则，增强了系统的性能。
图10A所示的图指示当通过应用16QAM映射规则而存在12个多通道时，在指数衰减的瑞利衰落信道环境中使用STBC(3/4速率正交STBC)情形的结果。
如果在图10A中提出12个信道通道，那么就应用不同的编码速率。并且，对应于1/3、1/2、和2/3的编码速率，发射效率分别变为1bps/Hz、1.5bps/Hz、和2bps/Hz。
在发射效率是1bps/Hz或1.5bps/Hz的情形中，当使用了在1％FER上的′混合标记′的映射规则时，增益是2.5dB或2.6dB，所以，会出现良好的性能(1002或1001)。并且，可以看出，当在2bps/Hz情形中使用了′随机标记′的映射规则时，在1％FER上的增益是2.8dB(1000)。
图10B示出在各种信道状态中，当编码速率是2/3时，使用相同调制方案的卷积码的执行结果。假定，信道具有5、12、20标记(tab)(多通道)。相比于使用格雷映射(在最近的映射码元之间具有1比特差异的映射)的情形，在各种映射规则中，使用′随机标记′的映射规则的情形对各个信道号(1005、1004、1003)具有2.5dB、2.7dB和3dB的增益。类似于8PSK的情形，本实例显示：对应于递增的信道号，具有更好性能的映射规则的增益也增加了。
根据仿真结果，根据增加的编码速率，最优映射规则所得出的增益也增加了。一旦确定诸如编码速率、调制水平等的系统变量，那么可以看出：具有最佳性能的映射规则不变化，不受变化的信道状态的影响。具体而言，在相同的频率效率的情形中，以通过STBC方案来增加分集效应，从而降低信道上的效应的方式，可以保持最优的映射规则，而与信道变化无关。换言之，可以固定对各种信道状态和发射效率具有最优性能的映射规则。所以，一旦提出了具有最佳性能的映射规则，那么映射规则可以不变地应用于各种信道状态来显示最佳的性能。
根据本发明的另一实施例，如前所述，在选择性使用映射规则的情形中，可自适应地应用交织规则和排列规则。
如上所述，交织意指通过规定的比特单元来分散比特序列形式的编码比特，并且独立地排列这些比特，以减少猝发错误和衰落效应。并且，排列意指将经编码和调制的数据分配到OFDMA(正交频分多址接入)系统中的每个子载波。作为排列的示例，存在将发射单元中的子载波作为整体进行分配的FUSC(子载波的完全使用)，以及通过将发射单元中的子载波划分为至少一个进行分配的PUSC(子载波的部分使用)。根据规定规则来执行交织或排列。
换言之，假如根据本发明的上述实施例选择最优映射规则，那么可以自适应地选择或改变要使用的交织规则和/或排列规则。对单个通信过程，编码、交织、映射、排列等是被顺序执行的。所以，它们可以相互关联。在映射规则可被自适应地使用的情况下，如果用于其他过程的规则可被自适应地使用，那么可以进一步提高通信效率。
如上所述，假如可以自适应地选择和使用在至少一个通信模块中使用的规则，那么可以将规则进行分组以获得更好的效果。例如，在将1/2卷积码和8PSK调制分别用作调制和编码方案(MCS)的情况下，假定选择图7(b)中所示的映射规则以待使用。在此情形中，由于预置了要在系统上使用的特定交织规则和/或特定排列规则，所以如果选择了映射规则，那么根据选择的映射规则，可以使用合适的特定交织规则或合适的特定排列规则。如果这样，在选出映射规则之后，能够在不逐一决定交织规则和/或排列规则的情形下，使用具有良好性能的规则。在信令方面在减少信令开销方面这是有益的，以下对此进行说明。
根据本发明的另一实施例，可以将系统中的最优映射规则的信息进行通知，该系统使用进行选择的方法以使用合适的映射规则。在以下描述中，将在系统中选择的最优映射规则的信息的通知下行链路称为‘信令’。
作为信令方法的示例，存在将索引分配给可用映射规则，并发射对应于选出的映射规则的索引信息的方法。例如，假如共有8个可用映射规则，总共分配3比特用于映射规则的信令信息比特，并且索引000到111分别被分配给总共8个的可用映射规则。所以，作为选择的结果，如果选择了对应于索引101的映射规则，那么可以发射对应于索引101的信令信息。
作为信令方法的另一示例，存在将映射规则连接到与映射规则相关的另一信令信息的方法。例如，在系统中预置了MCS和对应的映射规则之间的相关性。并且，可以仅通知是否使用了与已决定的MCS相关的映射规则。具体而言，在使用第三MCS的情形中，假定决定图7(c)所示的映射规则要被选择。在使用第四MCS的情形中，假定决定图7(d)所示的映射规则要被选择。如果将MCS决定为第三，那么系统可以指示使用如下方式的映射规则的信息：对于使用如图7(c)所示的映射规则的情形发射信令信息‘1’，或对于没有使用如图7(c)所示的映射规则的情形发射信令信息‘0’，将1比特作为用于通知映射规则的信令信息比特的方式。
如上所述，在根据映射规则自适应地使用编码规则和/或排列规则的情形中，可以通过类似于用于映射规则的信令的方法，来将用于编码规则、交织规则和/或排列规则的信息进行通知。
尽管本发明适用于很宽范围的应用，但是其尤其适用于：在使用多天线收发信号的情形中，更有效地映射发射信号以及解码接收到的信号。
工业可应用性
相应地，本发明提供以下效果或优点。
首先，可以通过在移动通信系统中提高发射和接收终端的性能来有效率地执行通信。具体而言，在多天线发射中更加有效地提供了分集，由此可以减少信道变化上的效应。
第二，本发明增强了解码器的性能，由此提高了编码增益。
尽管这里已经参照本发明的特定实施例对本发明进行了描述和说明，但是对于本领域的技术人员来说明显的是，在不偏离本发明的精神和范围的前提下，可以做出各种修改和变化。由此，意图使本发明涵盖处于所附权利要求和其等同权利要求的范围之内的、本发明的修改和变化。

Claims (21)

1.一种在设置有多个天线的接收终端中处理信号的方法，所述方法包括以下步骤：
根据在发射终端中自适应决定和使用的映射规则，将经由所述多个天线接收的码元信号去映射为比特信号；
对从所述去映射中获取的所述比特信号提取可靠性信息；以及
使用所述可靠性信息重新执行对所述码元信号的去映射。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述码元信号是使用空时分组编码(STBC)编码，并由所述发射终端发射的。
3.如权利要求2所述的方法，还包括使用所述空时分组编码(STBC)对所述码元信号进行解码的步骤。
4.如权利要求1所述的方法，其中分别依照规定计数来重复进行提取所述可靠性信息和重新执行去映射的步骤。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述可靠性信息对应于所述比特信号变为“0”的概率与所述比特信号变为“1”的概率的比率。
6.如权利要求1所述的方法，其中使用映射规则的平均误比特值和最小欧几里德距离的调和平均值来决定所述映射规则。
7.如权利要求1所述的方法，其中用以下方式决定所述映射规则：
计算每个可用映射规则的平均误比特值、在误码平台中的最小欧几里德距离的调和平均值，以及最小欧几里德距离的非收敛调和平均值，
参考所述平均误比特值，将所述可用映射规则划分为至少一个映射组，
首先，在所述至少一个映射组的每个中，选择在所述误码平台内具有所述最小欧几里德距离的最大调和平均值的至少一个映射规则，以及
接着，从首先选出的至少一个映射规则中，选择具有所述最小欧几里德距离的最大非收敛调和平均值的至少一个映射规则。
8.如权利要求1所述的方法，其中如果所述映射规则是由8PSK方案调制的，那么用逆时针顺序的000、001、111、100、010、011、101和110来决定预置映射规则的二进制编码。
9.如权利要求1所述的方法，其中执行用于所述映射的信息的信令过程。
10.如权利要求9所述的方法，其中使用所述映射规则的索引信息或指示是否使用了对应于不同的信令信息的所述映射规则的信息来执行所述信令过程。
11.如权利要求1所述的方法，其中在决定所述映射规则期间考虑提供给所述接收终端的所述多个天线的数量。
12.一种具有多个天线的接收装置，所述接收装置包括：
去映射器模块，获取通过对经由所述多个天线接收的码元信号执行去映射所估计的比特信号，并且使用所述比特信号的可靠性信息对所述码元信号重新执行去映射；和
可靠性信息提取单元，通过从所述去映射模块接收所述估计的比特信号来提取所述可靠性信息，并将所述提取的可靠性信息传送给所述去映射模块。
13.如权利要求12所述的接收装置，其中所述码元信号是使用空时分组编码(STBC)编码，并由发射终端发射的。
14.如权利要求13所述的接收装置，还包含：解码模块，接收使用所述空时分组编码(STBC)所编码的所述码元信号，并使用所述空时分组编码(STBC)对所述接收到的码元信号进行解码。
15.如权利要求12所述的方法，还包括软输入软输出模块，所述软输入软输出模块输出经由所述去映射模块估计的所述比特信号的所述可靠性信息。
16.一种映射规则选择的方法，该方法应用于迭代解码方案，用于通过使用接收到的比特信号的可靠性信息来执行解码，所述方法包括以下步骤：
计算对应于特定调制方案的至少一个映射规则的平均误比特值、第一度量值和第二度量值；
参考所述平均误比特值，对所述至少一个映射规则进行分组；
首先，从属于特定组的所述映射规则中，选择具有最大第一度量值的至少一个映射规则；以及
接着，从所述首先选出的映射规则中，选择具有最大第二度量值的至少一个映射规则。
17.如权利要求16所述的方法，其中所述第一度量值是非收敛区中的最小平方欧几里德距离的调和平均值，而所述第二度量值是误码平台区域中的最小平方欧几里德距离的调和平均值。
18.如权利要求16所述的方法，还包括步骤：选择具有所述最大第二度量值的所述已选择映射规则中的一个。
19.如权利要求16所述的方法，其中所述平均误比特值由 N b = Σ i = 0 M - 1 P x ( i ) Σ j = 1 N i n b ( i , j ) 确定，其中x(i)是第i个星座码元，Nb是平均误比特值，px(i)是x(i)的概率，Ni是邻近x(i)的星座的数量，nb(i，j)是x(i)被错误地决定为x(j)的比特误差的数量，而i和j分别是码元索引。
20.一种选择映射规则的方法，所述方法应用于迭代比特交织编码调制(BICM)系统，所述方法包括以下步骤：
根据选择标准，将特定调制方案的可用映射规则进行分组；
根据所述选择标准来选择组；以及
在所述选出的组内的所述映射规则之中选择特定的映射规则。
21.如权利要求20所述的方法，其中所述选择标准包括：从由通信系统、编码方案、调制方案、根据数据业务的目标性能、平均误比特值、和最小欧几里德距离调和平均值所组成的组中所选择的至少一个。
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