CN102316057B - 接收机判决-反馈的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种接收机判决-反馈的装置及方法。该装置包括：接收模块，用于接收前端解调器件的解调输出；权函数判决模块，用于根据解调输出，基于硬判决方法，执行将均衡后等效复AWGN的概率作为星座点权重的权函数判决；反馈模块，用于将权函数判决的结果反馈至前端解调器件。本发明基于传统硬判决-反馈方法，采用了将均衡后等效复AWGN的概率作为星座点权重的权函数判决，克服了由于硬判决错误导致的反馈至信道估计或干扰消除装置中错误扩大和传播的缺陷，从而达到了通信系统性能和效率之间取得平衡。

Description

接收机判决-反馈的装置及方法

技术领域

本发明涉及通信领域，具体而言，涉及一种接收机判决-反馈的装置及方法。

背景技术

在通信领域中，接收机通常要进行信道估计。目前，接收机判决-反馈式信道估计一般可以分为3类：基于导频的判决-反馈；联合信道解码器迭代式判决-反馈；硬判决-反馈。

在“基于导频的判决-反馈”方法中，接收机完全已知导频序列，一种较常见的应用是接收机用此导频序列来自适应地估计信道，获得信道估计后再进行解调或干扰消除等，如美国ATSC标准的接收机。这种方案的优点是由于导频序列的存在可使算法性能较好，弱点是导频序列的插入会降低系统效率，另外，较低的导频插入率会导致系统在高速移动信道环境中无法有效工作。

第二种“联合信道解码器迭代式判决-反馈”方法可视为第一种方法的改进。由于现在的信道解码器，如viterbi、turbo、RS等解码器都有较大的解码增益，此方案利用这个解码增益，将解码后的数据重新经过发射装置后看作第一种方法中的导频反馈到前端信道估计或干扰消除单元中以增强信道估计或干扰消除算法的性能。此种算法的优点是可以完全不需要第一种方法中的导频序列，并达到和“基于导频的判决-反馈”方法相当的性能，由此提高系统效率，其缺点信道解码器时延和发射装置导致反馈时需要较高硬件复杂度。

第三种“硬判决-反馈”方法是“联合信道解码器迭代式判决-反馈”方法的简化。此方法使用硬判决方法取代“联合信道解码器迭代式判决-反馈”方法中的信道解码器输出，由此消除解调-反馈时需要的较高硬件复杂。但这种方法的性能是三种方法中最差的，在实际应用中，一般需要较多次数的迭代才能获得性能提升。

在实现本发明的过程中，发明人意识到现有的接收机判决-反馈方式存在如下缺陷：由于硬判决错误导致的反馈至信道估计或干扰消除装置中错误扩大和传播，性能较差。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种接收机判决-反馈的方法及装置，以解决上述的现有的接收机判决-反馈方式中，由于硬判决错误导致的反馈至信道估计或干扰消除装置中错误扩大和传播，性能较差的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种接收机判决-反馈的装置，包括：接收模块，用于接收前端解调器件的解调输出；权函数判决模块，用于根据解调输出，基于硬判决方法，执行将均衡后等效复加性高斯白噪声AWGN的概率作为星座点权重的权函数判决；反馈模块，用于将权函数判决的结果反馈至前端解调器件。

优选地，本技术方案中，在QPSK调制中，权函数判决模块具体包括：第二接收点子模块，用于确认在时刻t均衡后的接收点为r_eq(t)＝x(t)+n′₀(t)，其中，x(t)∈{C0，C1，......，Cn}为发射星座点，n′₀(t)为均衡后等效复AWGN，其实部和虚部均满足分布，其中n为星座点数；第二距离度量子模块，用于获取距离度量di＝|r_eq(t)-Ci|，i＝0，1，2，......，n；第二判决子模块，用于获取权函数判决结果Ci∈{C0，C1，......，Cn}，其中，Ci∈{C0，C1，......，Cn}。

优选地，本技术方案中，接收机判决-反馈的装置还包括：硬判决模块，用于根据解调输出，进行使距离度量最小的星座发射点的硬判决；自适应模块，用于根据预设的判决门限，自适应的选择权函数判决模块或硬判决模块执行；反馈模块，还用于根据自适应模块的选择结果，将权函数判决或硬判决的结果反馈至前端解调器件。优选地，适应模块，具体用于当距离度量小于判决门限时，选择权函数判决；否则，选择硬判决。

根据本发明的另一方面，提供了一种接收机判决-反馈的方法，包括：接收前端解调器件的解调输出；根据解调输出，基于硬判决方法，进行将均衡后等效复AWGN的概率作为星座点权重的权函数判决；将权函数判决的结果反馈至前端解调器件。

本发明可以应用于QPSK调制系统、16正交幅度调制QAM系统，64QAM调制系统中。当应用于QPSK调制系统中时，n＝3；或当应用于16QAM调制系统中时，n＝15；或当应用于64QAM调制系统中时，n＝63。

通过本发明，采用结合均衡后等效复加性高斯白噪声(AWGN)概率的“硬判决-反馈”方法，解决了现有的接收机判决-反馈方式由于硬判决错误导致的反馈至信道估计或干扰消除装置中错误扩大和传播，性能较差的问题，进而达到了通信系统性能和效率之间取得平衡。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为根据本发明装置实施例一接收机判决-反馈装置的示意图；

图2为根据本发明装置实施例三接收机判决-反馈装置中接收点的示意图；

图3为本发明装置实施例四接收机判决-反馈的装置在OFDM接收机中应用的示意图；

图4为本发明装置实施例五接收机判决-反馈的装置在OFDM干扰对消接收机中应用的示意图；

图5为根据装置本发明方法实施例一接收机判决-反馈方法的流程图；

图6为根据本发明方法实施例二接收机判决-反馈方法的流程图。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本发明提供了一种接收机判决-反馈的装置及方法，基于传统的硬判决方法，构造了将均衡后等效复加性高斯白噪声(AdditiveWhite Gaussian Noise，简称AWGN)的概率作为星座点权重的权函数判决。均衡后等效复AWGN为均衡后的等效的复数AWGN，其中AWGN包括互不相关的实部与虚部。本发明结合前端解调器件，可以防止由于硬判决错误导致的反馈至信道估计或干扰消除装置中错误扩大和传播。

装置实施例一：

图1为根据本发明装置实施例一接收机判决-反馈装置的示意图。本实施例中的连接关系在图1中用实线表示。如图1所示，本实施例包括：接收模块102，用于接收前端解调器件的解调输出；权函数判决模块104，与接收模块102相连，用于根据解调输出，基于硬判决方法，进行将均衡后等效复加性高斯白噪声AWGN的概率作为星座点权重的权函数判决；反馈模块106，与权函数判决模块104相连，用于将权函数判决的结果反馈至前端解调器件。

本实施例可以应用于正交相移键控(Quadrature Phase ShiftKeying，简称QPSK)调制系统、16正交幅度调制(QuadratureAmplitude Modulation，简称QAM)系统，64QAM调制系统中。本实施例基于传统硬判决-反馈方法，采用了将均衡后等效复AWGN的概率作为星座点权重的权函数判决，克服了由于硬判决错误导致的反馈至信道估计或干扰消除装置中错误扩大和传播的缺陷，从而达到了通信系统性能和效率之间取得平衡。

装置实施例二：

本实施例将在装置实施例一的基础上，对接收机判决-反馈装置进一步说明。如图1所示，本实施例的连接关系用虚线表示。接收机判决-反馈装置还可以包括：硬判决模块108，与接收模块102相连，用于根据解调输出，进行使距离度量最小的星座发射点的硬判决；自适应模块110，与权函数判决模块104和硬判决模块108相连，用于根据预设的判决门限，自适应的选择权函数判决或硬判决；反馈模块106，与自适应模块相连，还用于根据自适应模块的选择结果，将权函数判决或硬判决的结果反馈至前端解调器件。

本实施例中，采用权函数判决和硬判决相结合的方式，既有传统接收机判决-反馈装置的较高执行效率，同时又避免了错误硬判反馈至信道估计或干扰消除模块导致的错误扩大和传播，从而提高系统性能。

装置实施例三：

本实施例将对装置实施例一和装置实施例二中的硬判决方法和权函数判决方法进行具体说明。

图2为根据本发明装置实施例三接收机判决-反馈装置中接收点的示意图。权函数判决模块具体包括：第二接收点子模块，第二距离度量子模块，第二判决子模块。硬判决模块具体包括：第一接收点子模块，第一距离度量子模块，第一判决子模块。其中，权函数判决模块中的第二接收点子模块，第二距离度量子模块和硬判决模块中的第一接收点子模块，第一距离度量子模块的计算过程相同，功能相同，优选地采取一套即可。本实施例中，将主要以QPSK调制系统为例进行说明。如图2所示：

第一(二)接收点子模块中，发射机使用的归一化QPSK星座点为C0、C1、C2和C3。在接收端，在某一时刻t均衡后的接收点为：

r_eq(t)＝x(t)+n′₀(t)              (公式1)

上式中x(t)∈{C0，C1，C2，C3}为发射星座点，n′₀(t)为均衡后等效复AWGN，其实部和虚部均满足分布

第一(二)距离度量子模块中，采用传统硬判决方法计算距离度量：

di＝|r_eq(t)-Ci|，i＝0，1，2，3    (公式2)

第一判决子模块中，判决距离属于最小距离的Ci为x(t)的硬判决：

${\hat{x}}_H\left(t\right)=\mathrm{Ci}|\underset{\mathrm{Ci}}{\min }\left(\mathrm{di}\right),$ Ci∈{C0，C1，C2，C3}                  (公式3)

公式3中，为使di最小的Ci。如图2所示，d0为最小距离，则实施例二中，硬判决模块108就可以采用如公式3所示的硬判决函数。

第二判决子模块中，考虑公式1中n′₀(t)较大时，则x(t)有较大可能为非C0，如假设x(t)＝C3，则硬判决反馈至信道估计或干扰消除算法是错误扩大和传播，导致性能下降较快，这是“硬判决-反馈”方法性能较差的主要原因。考虑条件概率：

$p(r_{\mathrm{eq}}\left(t\right)/\mathrm{Ci})=\exp (-{\mathrm{di}}^2/{\mathrm{\σ}}_0^2)/{\mathrm{\σ}}_0^2,$ Ci∈{C0，C1，C2，C3}                  (公式4)

基于条件概率-公式4构造权函数判决：

${\hat{x}}_p\left(t\right)=\underset{i=0}{\overset{i=3}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Ci}\·p\left(r_{\mathrm{eq}}\left(t\right)\right|\mathrm{Ci}),$ Ci∈{C0，C1，C2，C3}            (公式5)

权函数模块104可以使用如公式6所示的权函数判决。对比如公式3所示的传统硬判决，基于概率的权函数判决避免了错误硬判反馈至信道估计或干扰消除模块导致的错误扩大和传播，从而提高系统性能。

在另一方面，如公式3所示的硬判决方法如果是正确的，可以避免如公式5所示的权函数判决引入的不必要的噪声。从进一步提高系统性能的角度，自适应模块110可以自适应的使用硬判决和权函数判决

$\hat{x}\left(t\right)=\left\{\begin{array}{c}{\hat{x}}_p\left(t\right),\mathrm{otherwise}\\ {\hat{x}}_H\left(t\right),\underset{i}{\min }\left(\mathrm{di}\right)<<{\mathrm{di}}_{\mathrm{others}}\end{array}\right.\mathrm{Ci}\&Element;\{C0,C1,C2,C3\}$ (公式6)

此外，本发明也可应用于16QAM或64QAM调制系统，只需增加上述步骤中的星座点集即可。对于16QAM调制系统，星座点数取到15，对于64QAM调制系统，星座点数取到63，其他描述不变，同样应包含在本发明的保护范围之内。

本实施例对装置实施例一和装置实施例二中的硬判决方法、权函数判决方法进行了详细说明，具有上述实施例的全部有益效果，并且可实施性更强，此处不再重述。

装置实施例四：

图3为本发明装置实施例四接收机判决-反馈的装置在OFDM接收机中应用的示意图。如图3所示，无判决反馈的接收机只使用“导频辅助的信道估计”和“第一均衡器”。

如图3所示，使用硬判决-反馈信道估计的接收机使用“第一均衡器”的输出进行如公式3所示的硬判决输出作为反馈符号给第二均衡器。在此种情况下，接收机使用“导频+反馈符号辅助的信道估计”。如果硬判决正确，“导频+反馈符号辅助的信道估计”相对于“导频辅助的信道估计”来说由于所有硬判决反馈符号都可看成导频，且一般由数据形成的硬判决符号个数远大于导频的数量因而其信道估计的质量也好于只由“导频辅助的信道估计”。但一旦硬判决错误，如上，由于硬判决的误判会导致有其反馈形成的信道估计错误而经由“第二均衡器”传播和放大，在信噪比较低时这种现象尤为严重。

为了避免这个由于硬判决错误导致的错误传播和扩大，如图3所示，对“第一均衡器”的输出再进行如公式5所示的权函数判决，完全回避硬判决的错误，再使用采用公式6的自适应模块进行门限选择形成反馈符号，根据不同符号上不同的信噪比同时获得硬判决的增益和权函数判决的无误差，由此在“导频+反馈符号辅助的信道估计”获得无错误传播和有增益的信道估计。

装置实施例五：

图4为本发明装置实施例五接收机判决-反馈的装置在OFDM干扰对消接收机中应用的示意图。如图4所示，“权函数判决-反馈信道估计”和“第一均衡器”形成接收有用信号通路。“导频辅助信道估计”、第二均衡器、权函数判决模块、硬判决模块、自适应模块和干扰符号重构模块形成干扰信号重构通路。在干扰重构通路上，如果硬判决正确，那通过“干扰符号重构”而在接收信号中消除干扰信号的影响而提高“均衡1”的输出质量；如果硬判决错误，则同样通过干扰符号重构模块传播至“权函数判决-反馈信道估计”和第一均衡器并在第一均衡器中放大错误。

如前，在干扰信号重构通路上引入“权函数判决”和“门限选择形成反馈符号”来同时获得对干扰符号准确硬判决获得的增益和消除硬判决导致的错误传播和扩大。

方法实施例一：

图5为根据本发明方法实施例一接收机判决-反馈方法的流程图。如图5所示，本实施例包括：

步骤S502，接收前端解调器件的解调输出；

步骤S504，根据解调输出，基于硬判决方法，进行将均衡后等效复AWGN的概率作为星座点权重的权函数判决；

步骤S506，将权函数判决的结果反馈至前端解调器件。

本实施例基于传统硬判决-反馈方法，采用了将均衡后等效复AWGN的概率作为星座点权重的权函数判决，克服了由于硬判决错误导致的反馈至信道估计或干扰消除装置中错误扩大和传播的缺陷，从而达到了通信系统性能和效率之间取得平衡。

方法实施例二：

图6为根据本发明方法实施例二接收机判决-反馈方法的流程图。如图6所示，本实施例包括：

步骤S602，接收前端解调器件的解调输出；

步骤S604，根据解调输出，基于硬判决方法，进行将均衡后等效复AWGN的概率作为星座点权重的权函数判决；

步骤S606，根据解调输出，进行使距离度量最小的星座发射点的硬判决；

步骤S608，进行前期计算，根据预设的判决门限，自适应的选择权函数判决或硬判决；

步骤S610，根据选择结果，将权函数判决或硬判决的结果反馈至前端解调器件。

本实施例可以应用于QPSK调制系统、16QAM调制系统，64QAM调制系统中。当应用于QPSK调制系统中时，星座点数为3；或当应用于16QAM调制系统中时，星座点数为15；或当应用于64QAM调制系统中时，星座点数为63。

本实施例的详细说明可以参照装置实施例二，并且硬判决和权函数判决的具体方法可以参照实施例三，在OFDM接收机及OFDM干扰对消接收机中的应用可以参照实施例四和实施例五，并具有上述实施例的全部有益效果，此处不再重述。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种接收机判决-反馈的装置，其特征在于，包括：

接收模块，用于接收前端解调器件的解调输出；

权函数判决模块，用于根据所述解调输出，基于硬判决方法，执行将均衡后等效复加性高斯白噪声AWGN的概率作为星座点权重的权函数判决；

反馈模块，用于将所述权函数判决的结果反馈至所述前端解调器件。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述权函数判决模块具体包括：

第二接收点子模块，用于确认在时刻t均衡后的接收点为r_eq(t)＝x(t)+n'₀(t)，其中，x(t)∈{C0,C1,......,Cn}为发射星座点，n'₀(t)为均衡后等效复AWGN，其实部和虚部均满足分布，其中n为星座点数；

第二距离度量子模块，用于获取距离度量di＝|r_eq(t)-Ci|,i＝0,1,2,......,n；

第二判决子模块，用于获取权函数判决结果 ${\hat{x}}_p\left(t\right)=\underset{i=0}{\overset{i=3}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{Ci}\&CenterDot;p\left(r_{\mathrm{eq}}\left(t\right)\right|\mathrm{Ci}),$ Ci∈{C0,C1,......,Cn}，其中， $p\left(r_{\mathrm{eq}}\left(t\right)\right|\mathrm{Ci})=\frac{1}{{\mathrm{\&sigma;}}_0^2}\exp (-{\mathrm{di}}^2/{\mathrm{\&sigma;}}_0^2),$ Ci∈{C0,C1,......,Cn}。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：

硬判决模块，用于根据所述解调输出，进行使距离度量最小的星座发射点的硬判决；

自适应模块，用于根据预设的判决门限，自适应的选择所述权函数判决模块或所述硬判决模块执行；

所述反馈模块，还用于根据所述自适应模块的选择结果，将所述权函数判决或所述硬判决的结果反馈至所述前端解调器件。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：

所述自适应模块，具体用于当所述距离度量小于所述判决门限时，选择所述权函数判决；否则，选择所述硬判决。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述硬判决模块具体包括：

第一接收点子模块，用于确认在时刻t均衡后的接收点为r_eq(t)＝x(t)+n'₀(t)，其中，x(t)∈{C0,C1,......,Cn}为发射星座点，其中，n为星座点数，n'₀(t)为均衡后等效复AWGN；

第一距离度量子模块，用于获取距离度量di＝|r_eq(t)-Ci|,i＝0,1,2,......,n；

第一判决子模块，用于获取硬判决结果 ${\hat{x}}_H\left(t\right)=\mathrm{Ci}|\underset{\mathrm{Ci}}{\min }\left(\mathrm{di}\right),$ Ci∈{C0,C1,......,Cn}。

6.根据权利要求2或5所述的装置，其特征在于：应用于QPSK调制系统、16正交幅度调制QAM系统，64QAM调制系统中。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于：

当应用于所述QPSK调制系统中时，n＝3；或

当应用于所述16QAM调制系统中时，n＝15；或

当应用于所述64QAM调制系统中时，n＝63。

8.根据权利要求1-5中任一项所述的装置，其特征在于：所述前端解调器件为信道估计器件或干扰消除器件。

9.一种接收机判决-反馈的方法，其特征在于，包括：

接收前端解调器件的解调输出；

根据所述解调输出，基于硬判决方法，进行将均衡后等效复AWGN的概率作为星座点权重的权函数判决；

将所述权函数判决的结果反馈至所述前端解调器件。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述基于硬判决方法，构造将均衡后等效复AWGN的概率作为星座点权重的权函数判决具体包括：

确认在时刻t均衡后的接收点为r_eq(t)＝x(t)+n'₀(t)，其中，x(t)∈{C0,C1,......,Cn}为发射星座点，n'₀(t)为均衡后等效复AWGN，其实部和虚部均满足分布，其中n为星座点数；

获取距离度量di＝|r_eq(t)-Ci|,i＝0,1,2,......,n；

获取权函数判决结果 ${\hat{x}}_p\left(t\right)=\underset{i=0}{\overset{i=3}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{Ci}\&CenterDot;p\left(r_{\mathrm{eq}}\left(t\right)\right|\mathrm{Ci}),$ Ci∈{C0,C1,......,Cn}，其中， $p\left(r_{\mathrm{eq}}\left(t\right)\right|\mathrm{Ci})=\frac{1}{{\mathrm{\&sigma;}}_0^2}\exp (-{\mathrm{di}}^2/{\mathrm{\&sigma;}}_0^2),$ Ci∈{C0,C1,......,Cn}。

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述接收解调输出之后还包括：

根据所述解调输出，进行使距离度量最小的星座发射点的硬判决；

根据预设的判决门限，自适应的选择所述权函数判决或所述硬判决；

根据所述选择结果，将所述权函数判决或所述硬判决的结果反馈至所述前端解调器件。

12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于：

当应用于QPSK调制系统中时，n＝3；或

当应用于16QAM调制系统中时，n＝15；或

当应用于64QAM调制系统中时，n＝63。