CN101682339B - 软判定装置和软判定方法 - Google Patents

Abstract

一种软判定装置和方法，用于通过简单的处理来获得软判定值，作为表示与实际概率尽可能接近的概率的值。软判定装置和方法被用来根据解调信号，为每个符号的每个比特输出用于对每个符号进行解码的软判定值，来作为与通过将用于每个比特的预定函数应用到每个符号的采样值而获得的函数值相对应的值，使得在每个符号点中的采样值的概率分布是高斯分布。每个比特的函数与表示对于解调信号的每个符号的采样值而言每个比特是1或0的概率的曲线相近似，并且通过利用二次函数来定义。

Description

软判定装置和软判定方法

技术领域

本发明涉及软判定装置和软判定方法，其中，所述软判定装置用于基于解调信号为每个符号的每个比特输出用于对每个符号进行解码的软判定值。

背景技术

在移动通信中，通常改善编码增益以增加不良传输路径的接收性能，使得基于软判定值执行误差校正和设计解调电路。作为软判定值而输出的编码被发送到误差校正器作为指示0到7的精度的数据，并且在所述数据中，将在硬判定中输出为0或1的1比特数据扩展为，例如，3比特。通过根据适当确定的阈值而量化解调的连续波，可获得精度。

图7示出在关于二值编码的情形中的二值的软判定值和概率分布之间的关系。在图中的曲线中的横坐标表示解调的波的幅度，纵坐标表示概率。在图中的附图标记71表示如下的曲线，该曲线表示在解调的波是1的情形下的概率分布，附图标记72表示如下的曲线，该曲线表示在解调的波是0的情形下的概率分布。数字0到7是被分配给每个幅度范围的幅度的软判定值。一般地，通过输出如在图7中所示的分配给解调的波的幅度的软判定值，执行BPSK等的二值编码的软判定。对于编码0，软判定值0是最可能的，对于编码0，软判定值7是最不可能的。对于编码1，软判定值7是最可能的，对于编码1，软判定值0是最不可能的。

图8示出关于四值编码的情形的软判定的示例。对于诸如四值编码的多值编码，例如，被以与在图7中的相似的操作在复平面上执行。即，如在图8中所示，与在图7中的相似的接收信号的软判定以实部和虚部来执行，并且软判定值可以在相对应的部分中输出。该类技术例如在专利文献1中被使用。此外，在专利文献2的传统示例中对该类技术进行讨论。

图9示出在通过时间波形观察解调的波的情形中的幅度，以及幅度与分配给幅度的软判定值之间的对应关系。因此，四值被分配给线性时间波形的幅度值，以使基于时间波形的幅度值而获得软判定值。这被应用到图8中的情形，其与以相等角度布置每个软判定值的阈值等价。

顺便提一下，这里，解调的波的幅度被分配给每个软判定值的比例被称为“权重”。如在上述示例中，每个软判定值到其中以相等的阈值来划分解调的波的幅度的每个范围中的分配被称为“线性权重”。图8和图9在权重的分配上是彼此不同的。在以上的每个情形中，特定的标准被相等地分配，使得如线性权重一样来处理每个情形。

在软判定解码方法中的误差校正已经经常使用在，例如，维特比(Viterbi)解码器中。维特比解码器将软判定值处理为度量，为每个比特增加度量，并且完成网格(trellis)。因为度量是编码之间的距离，所以理想的是，度量是编码字的概率。

然而，根据与软判定值相关的传统线性权重，阈值以相等间隔布置，如在图7和图8中所示，从而软判定值不完全代表实际概率。例如，图7的曲线示出如下的概率分布，其中，在特定误差率的条件下，相对于在横坐标上的解调的波的幅度，解调比特是0或1。如果将其重写为解调比特为1的概率，则获得图10。换句话，如果软判定值是0到2，则解码的字基本上是1。如果软判定值是5到7，则解码的字基本上不是1。概率在软判定值3和4之间被反转，这说明软判定值不能代表概率。

为了解决上述问题，在专利文献2中的软判定单元在其接收器中装备S/N检测单元，以根据接收环境改变软判定的阈值，避免上述问题。然而，根据上述方法，需要增加诸如S/N检测单元这样的电路。此外，需要准备用于软判定的多个阈值以执行复杂的处理。

图11示出在特定误差率下四值FSK的解调比特是1的概率的测量值，其中，横坐标为幅度，纵坐标为概率。稍后介绍与幅度对应的比特布置。根据传统的软判定方法，对于四值FSK，如果幅度是-3或更小以及3或更大，则软判定值不改变。然而，实际上，由于多径衰落或高斯噪声的强度，概率减小。根据传统软判定方法，还难以再现该部分。

根据在专利文献3中的解码设备和解码方法，出于提高透平(turbo)解码的精度的目的，通过计算确定实际量化噪声和高斯噪声的方差(dispersion)，以执行软判定解码。因此，确定高斯噪声的方差使得允许从解调的波计算编码字的概率，并且如果幅度值大的话其准确地表示概率的减小，然而，这引起显著地使计算复杂的问题。

专利文献1：日本专利申请特开No.H10-136046

专利文献2：日本专利申请特开No.H06-29951

专利文献3：日本专利申请特开No.2005-286624

发明内容

本发明要解决的问题

鉴于上述传统技术的问题，本发明的第一目的在于，使软判定值被计算为表示与实际概率尽可能地接近的概率的近似值，从而在将软判定值分配到解调的波时，权重得以优化。本发明的第二目的在于，使近似值的计算非常简单，假设通过利用DSP等的软件执行计算。

解决问题的方式

为了实现本发明的上述目的，根据本发明的第一方面的软判定装置的特征在于，具有软判定解码单元，用于基于解调信号，使用于对每个符号进行解码的每个符号的每个比特的软判定值为与将每个比特的预定函数应用到每个符号的采样值而获得的函数值相对应的值而输出，在所述解调信号中，由于通信路径的噪声，在每个符号点的所述采样值的概率分布呈现高斯分布，其中，用于每个所述比特的每个预定函数与表示相对于所述解调信号的每个符号的所述采样值而言每个比特是1或0的概率的曲线相近似，并且通过利用二次函数来形成。

例如，对于四值FSK调制或QPSK调制的情形，解调信号与其中电势采样值由于通信路径的噪声而呈现高斯分布的解调信号相对应。例如，通过实际测量或通过利用高斯分布的概率密度函数来计算而获得的曲线与表示相对于解调信号的每个符号的采样值而言每个比特是1或0的概率的曲线相对应。

在该构造中，用于获得每个符号的每个比特的软判定值的每个比特的函数与表示相对于解调信号中的每个符号的采样值而言每个比特是1或0的概率的曲线相近似，从而通过将用于每个比特的每个函数应用到每个符号的采样值而获得的函数值更接近于每个比特是1或0的概率。因为这个原因，对应的软判定值也更好地表示概率。

用于每个比特的函数通过使用二次函数而形成，并且不使用指数函数(exp)，从而可以只通过重复若干次平方、绝对值、加法和减法的计算而获得采样值的函数值。换句话，例如可以通过C语言以十几个步骤来描述该计算。为此，在不需要用于处理设备的大负荷的情况下，能够为每个采样值的每个比特计算和输出软判定值。

在本发明的第一方面，根据其第二方面的软判定装置的特征在于，如果所述预定函数被取作y＝f(x)，则f(x)可以通过下述过程而获得：(1)将如下曲线的y值平方，所述曲线在由所述二次函数形成的部分的x的范围内由斜率是1或-1的直线表示，并且在所述曲线中的其他部分的x的范围内y是恒定值；(2)将整个所述曲线向方向y平行移位预定值，然后在x的预定范围内反转所述y值；以及(3)执行缩放，从而反转后的所述曲线的y值与所述软判定值对应。

在本发明的第二方面，根据其第三方面的软判定装置的特征在于，如果假设所述解调信号基于多值调制系统，所述符号的每个比特是在多值数目为2的情形下的第一和第二比特，并且如果以“a”作为预定常量，所述符号点在两极表示中被取为-3*a/2，-a/2，a/2，3*a/2，则每个所述比特的所述函数中所述第一比特的函数通过下述步骤而获得：对于“x”的函数ABS(n-ABS(x))+a-n，在函数值是L或更大的“x”的范围内设函数值为“a”，并且在函数值是0或更小的“x”的范围内设函数值为“0”而进行平方，由此来执行前述过程(1)，其中，“x”是解调的波的幅度，“n”和“L”是预定常量，并且ABS是绝对值；通过在“x”是0或更大的范围内从通过所述过程获得的函数中减去“a”的平方，并且在“x”是0或更小的范围内从“a”的平方中减去所述函数而执行前述过程(2)；以及执行前述过程(3)，另一方面，每个所述比特的所述函数中所述第二比特的函数可以通过下述步骤来获得：对于“x”的函数ABS(ABS(-ABS(x)+a)-a)，在函数值是L或更大的“x”的范围内设函数值为“a”并进行平方，由此来执行前述过程(1)；通过在“x”的绝对值是“a”或更大的范围内从“a”的平方中减去通过所述过程获得的函数，并且在“x”的绝对值是“a”或更小的范围内从所述函数中减去“a”的平方来执行前述过程(2)；以及执行前述过程(3)。顺便提一下，第一和第二比特的值对应于其中用作符号值的格雷编码是″11″(-3)，″10″(-1)，″00″(+1)，和″01″(+3)的情形。

在本发明的第一方面到第三方面的任何一项的软判定装置中，根据其第四方面的软判定装置的特征在于，如果预定函数被取为f(x)，则在“x”变化的范围的两端的预定范围中的f(x)的值是f(x)变化的范围的一半的值。

在本发明的第五方面的软判定方法的特征在于，执行如下处理：基于解调信号，使用于对每个符号进行解码的每个符号的每个比特的软判定值为与将每个比特的预定函数应用到每个符号的采样值而获得的函数值相对应的值而输出，在所述解调信号中，由于通信路径的噪声，在每个符号点的所述采样值的概率分布呈现高斯分布，其中，用于每个所述比特的每个预定函数与表示相对于所述解调信号的每个符号的所述采样值而言每个比特是1或0的概率的曲线相近似，并且通过利用二次函数来形成。

本发明的效果

根据本发明，用于获得每个符号的每个比特的软判定值的每个比特的函数与表示相对于解调信号中的每个符号的采样值而言每个比特是1或0的概率的曲线相近似，从而用于每个符号的采样值的软判定值可以被输出为更好地表示每个比特是1或0的概率的软判定值。

用于每个比特的函数通过使用二次函数而形成，并且不使用指数函数(exp)，从而在不需要处理设备的大负荷的情况下，为每个符号值的每个比特计算和输出软判定值。

附图说明

图1是示出根据本发明的实施例的无线电设备的构造的框图；

图2是示出通过图1中的无线电设备的相位检测电路输出的解调的波的曲线图；

图3是示出用于以近似的方式获得表示MSB比特的软判定值的曲线的过程的曲线图；

图4是示出用于以近似的方式获得表示LSB比特的软判定值的曲线的过程的曲线图；

图5是示出在通过图3中的过程获得的近似曲线和实际测量值之间的比较的曲线图；

图6是示出在通过图4中的过程获得的近似曲线和实际测量值之间的比较的曲线图；

图7是示出在与根据传统示例的二值编码的情形中的二值有关的软判定值和概率分布之间的关系的曲线图；

图8是示出在根据传统示例的四值编码的情形中的软判定的示例的曲线图；

图9是示出根据传统示例，在通过时间波形观察解调的波的情形中的幅度以及幅度与分配给该幅度的软判定值之间的对应关系的图；

图10是在其中对于解调比特为1的概率的情形而将图7进行重写的图；以及

图11是示出在特定误差率下，四值FSK的解调比特是1的概率的测量值的曲线图，其中，横坐标为幅度，纵坐标为概率。

附图标记

1：RF电路，2：相位检测电路，3：符号获取单元，4：时钟再生单元，5：软判定解码单元，71、72：表示概率分布的曲线

具体实施方式

图1是示出根据本发明的实施例的无线电设备的构造的框图。如在该图中所示，在无线电设备中，在RF电路1中，通过调谐、外差转换等，通过天线输入的信号被转换成中频信号。基于该信号，解调的波在相位检测电路2中被再现。解调的波由符号获取单元3基于来自时钟再生单元4的采样时钟以适当的采样间隔采样，其由软判定解码单元5转换成MSB和LSB软判定值并且输出。

图2示出由相位检测电路2输出的解调的波。横坐标表示时间。解调的波由符号获取单元3以适当的采样间隔采样，以提供幅度值作为接收符号。幅度值通过-3到+3被标准化。对于硬判定，格雷(gray)编码被用于将每个幅度确定为“-3”、“-1”、“+1”、和“+3”，由此每个符号提供2比特解码字“11”、“10”、“00”、和“01”。解码字的第一半被称为“MSB比特”，并且解码字的第二半被称为“LSB比特”。

对于软判定，需要确定每个符号的MSB和LSB比特的精度。如果通过线性权重执行软判定，则对获得的幅度值应用在图9中的幅度值与软判定值的对应关系，以确定关于MSB和LSB比特的软判定值。然而，如上所述，基本不可能再现与MSB和LSB比特相关的实际概率的曲线。即使曲线是线性近似的，也难以获得基于幅度值正确表示概率的软判定值。因此，在本实施例中，表示概率的曲线由二次函数近似。为了减小用于处理近似计算的负荷，通过变形简单二次曲线y＝x²形成二次曲线。

图3和图4示出用于以近似的方式确定表示MSB和LSB比特的软判定值的曲线的过程。换句话，将获得的曲线是与在图11中的曲线近似的曲线。在该过程中，解调的波的幅度被取作“x”，用于调整曲线形状的变量被取作“n”，并且用于确定近似的范围的值被取作“L”。图3和图4示出与n＝2.8并且L＝2.8的情形有关的过程。

为了获得表示与MSB比特相关的软判定值的曲线，如在图3(a)中所示，首先获得曲线y＝ABS(n-ABS(x))+2-n。然后，当y是L或更大时，与曲线有关的y的值被固定为2，并且当y是0或更小时，y的值被取为0，由此获得图3(b)的曲线。与图3(b)的曲线有关的y的值被平方以获得图3(c)的曲线。关于图3(c)的曲线，当x是0或更大时，从y中减4并且将其取作新的y，并且当x是0或更小时，从4中减y并且将其取作新的y，由此获得图3(d)的曲线。图3(d)的曲线被缩放，从而y的值变为0到7。这可以将表示MSB的软判定值的曲线近似为在图11中的曲线。

另一方面，为了获得表示与LSB有关的软判定值的曲线，如在图4(a)中所示，首先获得曲线y＝ABS(ABS(-ABS(x)+2)-2)。然后，当y是L或更大时，与曲线有关的y的值被固定为2，由此获得图4(b)的曲线。与图4(b)的曲线有关的y的值被平方以获得图4(c)的曲线。关于图4(c)的曲线，当x的绝对值是2或更大时，从4中减y并且将其取作新的y，并且当x的绝对值是2或更小时，从y中减4并且将其取作新的y，由此获得图4(d)的曲线。图4(d)的曲线被缩放，从而y的值变为0到7。这可以将表示LSB的软判定值的曲线近似为在图11中的曲线。

根据用于获得表示MSB和LSB比特的软判定值的曲线的过程，软判定解码单元5对在符号获取单元3中顺序地采样的幅度值顺序地执行计算，使得顺序地为每个符号的每个比特输出0到7的软判定值。在该两个过程中，改变最后执行的缩放的范围，以改变软判定的适合度。

图5示出在通过图3中的过程获得的与MSB比特有关的近似曲线和在图11中的实际测量值之间的比较。图6示出在通过图4中的过程获得的与LSB比特有关的近似曲线和在图11中的实际测量值之间的比较。从这些图，可以看出，通过近似的曲线可以再现实际测量的概率的曲线。在图3和图4中的过程中的值“L”确定幅度值的上限。实际上，对接收的解调的波进行滤波，从而超过特定值的幅度值不被输入。大的幅度值不落在概率的曲线内，从而与超过上限的幅度值有关的概率被取为50％。

根据本实施例，通过简单的计算处理，可以获得与幅度值对应的每个比特的软判定值，上述计算处理遵循如下的过程，即，在所述过程中，通过使用简单的二次函数形成表示软判定值的曲线。例如，可以通过C语言利用十几行来描述该处理。因为用于调整曲线形状的变量n和用于确定近似的范围的值L被用在形成表示软判定值的曲线的过程中，所以变化这些值能容易地调整曲线形状和近似范围。适当地选择缩放的范围其实能容易地适用于例如256级的软判定值。

为了通过实际计算概率来确定表示MSB和LSB比特的精度的曲线，需要解决和增加在各个符号点(-3，-1，+1，和+3)处的概率密度函数。可以通过下面等式表示概率密度函数。

[表达式1]

$f\left(x\right)=\frac{1}{\sqrt{2\mathrm{\π}}\mathrm{\σ}}\exp (-\frac{{(x-\mathrm{\μ})}^2}{2{\mathrm{\σ}}^2})$

其中，μ是平均值，σ²是方差。在-3的符号点的平均值μ被取作-3，并且σ和σ²是可以提前准备。如果在-3的符号点的概率密度函数被取作N(-3)，并且相似地，在各个点的概率密度函数被取作N(-1)、N(+1)和N(+3)，则通过{N(+1)+N(+3)}/{N(-1)+N(-3)+N(+1)+N(+3)}确定MSB比特的曲线。可以通过{N(-1)+N(+1)}/{N(-1)+N(-3)+N(+1)+N(+3)}确定LSB比特的曲线。如果根据该过程计算MSB和LSB精度，则在通过DSP等执行计算时，在概率密度函数的等式中的指数函数(exp)的存在增加了负荷，使得显著地减缓了处理。

应该理解的是，本发明不限制于上述实施例，并且其中可进行各种修改。虽然在上述实施例中，基于在四值FSK的情形下的解调信号的幅度波形，输出软判定值，但是，本发明还可以被应用到其他调制系统和四值FSK中，只要调制系统能够将遵循高斯分布的概率密度函数分配到每个符号点。例如，本发明还可以被应用到QPSK。

Claims (5)

1.一种软判定装置，特征在于，具有

软判定解码单元，用于基于解调信号，使用于对每个符号进行解码的每个符号的每个比特的软判定值为与将每个比特的预定函数应用到每个符号的采样值而获得的函数值相对应的值而输出，在所述解调信号中，由于通信路径的噪声，在每个符号点的所述采样值的概率分布呈现高斯分布，

其中，用于每个所述比特的每个预定函数与表示相对于所述解调信号的每个符号的所述采样值而言每个比特是1或0的概率的曲线相近似，并且通过利用二次函数来形成。

2.根据权利要求1所述的软判定装置，其中，如果所述预定函数被取作y＝f(x)，则f(x)通过下述过程而获得：

(1)将如下曲线的y值平方，所述曲线在由所述二次函数形成的部分的x的范围内由斜率是1或-1的直线表示，并且在所述曲线中的其他部分的x的范围内y是恒定值；

(2)将整个所述曲线向方向y平行移位预定值，然后在x的预定范围内反转所述y值；以及

(3)执行缩放，从而反转后的所述曲线的y值与所述软判定值对应。

3.根据权利要求2所述的软判定装置，其中，如果假设所述解调信号基于多值调制系统，所述符号的每个比特是在多值数目为2的情形下的第一和第二比特，并且如果以“a”作为预定常量，所述符号点在两极表示中被取为-3*a/2，-a/2，a/2，3*a/2，

则每个所述比特的所述函数中所述第一比特的函数通过下述步骤而获得：

对于“x”的函数ABS(n-ABS(x))+a-n，在函数值是L或更大的“x”的范围内设函数值为“a”，并且在函数值是0或更小的“x”的范围内设函数值为“0”而进行平方，由此来执行前述过程(1)，其中，“x”是解调的波的幅度，“n”和“L”是预定常量，并且ABS是绝对值；

通过在“x”是0或更大的范围内从通过前述过程(1)获得的函数中减去“a”的平方，并且在“x”是0或更小的范围内从“a”的平方中减去所述函数而执行前述过程(2)；以及

执行前述过程(3)，

另一方面，每个所述比特的所述函数中所述第二比特的函数通过下述步骤来获得：

对于“x”的函数ABS(ABS(-ABS(x)+a)-a)，在函数值是L或更大的“x”的范围内设函数值为“a”并进行平方，由此来执行前述过程(1)；

通过在“x”的绝对值是“a”或更大的范围内从“a”的平方中减去通过前述过程(1)获得的函数，并且在“x”的绝对值是“a”或更小的范围内从所述函数中减去“a”的平方来执行前述过程(2)；以及

执行前述过程(3)。

4.根据权利要求1到3的任何一项所述的软判定装置，其中，如果所述预定函数被取为f(x)，则在“x”变化的范围的两端的预定范围中的f(x)的值是f(x)变化的范围的一半的值。

5.一种软判定方法，特征在于，执行如下处理：

基于解调信号，使用于对每个符号进行解码的每个符号的每个比特的软判定值为与将每个比特的预定函数应用到每个符号的采样值而获得的函数值相对应的值而输出，在所述解调信号中，由于通信路径的噪声，在每个符号点的所述采样值的概率分布呈现高斯分布，

其中，用于每个所述比特的每个预定函数与表示相对于所述解调信号的每个符号的所述采样值而言每个比特是1或0的概率的曲线相近似，并且通过利用二次函数来形成。

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