CN102611659B - 解调方法 - Google Patents

Abstract

描述了一种解调方法，具体地，一种计算至少一个与无线电接收机所接收到的数据符号相对应的软比特的方法。在一种形式中，该方法(300)包括为至少一个所接收到的数据符号计算平均幅度。该方法还包括根据所计算出的平均幅度针对数据符号计算至少一个阈值幅度(304)。接着，至少部分地根据至少一个阈值来确定将被进行距离确定的星座符号子集(310)。确定数据符号的位置和星座符号子集中的每个符号之间的距离(312)，然后根据所确定的距离计算与所接收到的符号相对应的软比特(314)。

Description

解调方法

本申请是国际申请号为PCT/JP2007/068742、国际申请日为2007年9月19日、国家申请号为200780034956.1、题为“解调方法”的发明专利申请的分案申请。

相关申请的交叉引用

本申请基于并且要求2006年9月20日递交的澳大利亚临时专利申请第2006905197号和2007年8月31日递交的澳大利亚标准专利申请的优先权，通过引用两者将它们的公开全部结合于此。

技术领域

本发明涉及无线通信网络中的接收机中所使用的解调方法及其设备和程序。

接合使用turbo编码和正交调幅(QAM)的系统来描述优选示例是方便的。然而，本发明不应被理解为限制于使用turbo编码，而应被认为一般适用于使用任何类型的信道编码器的系统使得相应的编码器使用软输入来恢复所发送的信息比特。

背景技术

通信系统通常使用前向纠错来纠正由传输信道中所产生的噪声引起的错误。例如，通信系统可以使用用于前向纠错的“turbo码”。在发射机侧，turbo编码器引入了基于信息比特的冗余比特。然后，在turbo编码器的输出处的经过编码的比特被调制并且被发送给接收机。在接收机端，接收机对所接收到的信号进行解调并且产生到解码器的接收到的经过编码的比特。然后，turbo解码器对所接收到的经过编码的比特进行解码以恢复信息比特。

为了最大化编码增益的优势，接收机给所每个接收到的经过编码的比特指派在代表该比特为1(或0)的概率的多级尺度上的值。

一个这样的尺度被称为对数似然比(LLR)概率。使用LLR，各个比特一般被表示为-a到a(a＞0)之间的数。与a接近的数表明所发送的比特为0的概率很高，值-a表明所发送的比特为1的概率很高。值0指示逻辑比特值是不确定的。然后，LLR值被用作软比特。

可以如下计算用于第i(i＝0，1，......N)比特的逻辑似然L(b_i)：

$L\left(b_i\right)=\ln \frac{P(b_i=0|y)}{P(b_i=1|y)}=\ln \frac{\underset{z|b_i=0}{\mathrm{\Σ}}P\left(z\right|y)}{\underset{z|b_i=1}{\mathrm{\Σ}}P\left(z\right|y)}\≈\frac{1}{2{\mathrm{\σ}}^2}({\min }_{z|b_i=1}{|y-z|}^2-{\min }_{z|b_i=0}{|y-z|}^2)$

其中，y是接收到的QAM符号，z是参考QAM星座中的QAM符号并且σ²是噪声方差。

从这个公式，计算复杂度将涉及：

步骤1/σ²的估计

步骤2/参考QAM星座的估计(期望信号的平均幅度的估计)

步骤3/距离和最小值搜索的计算

步骤4/相除以获得L(b_i)

发明内容

上面提到的“常规LLR”方法一般计算太复杂而难以实现，这是因为每个比特要求在所接收到的QAM符号和所有参考符号之间的最小距离搜索。

因此，本发明的一个目的是提供一种具有较少计算复杂度的创新方法及其设备。

因此，本发明的一个目的是解决现有技术的缺点。在优选示例中，本发明的目的是通过减少获得软比特所需的距离计算数目来简化传统LLR解调方法。

在第一方面中，本发明提供一种用于计算至少一个与无线电接收机所接收到的数据符号相对应的软比特的方法，该方法包括：为至少一个所接收到的数据符号计算平均幅度；根据所计算出的平均幅度针对数据符号计算至少一个阈值幅度；至少部分地根据至少一个阈值来确定将被进行距离确定的星座符号子集；确定数据符号的位置和星座符号子集中的每个符号之间的距离；以及根据所确定的距离计算与所接收到的符号相对应的软比特。

至少部分地根据阈值来确定星座符号子集的步骤包括：至少部分地根据阈值确定与所接收到的符号相关联的核心星座符号；以及确定与核心符号相关联的多个附加星座符号。

优选地，确定与核心符号相关联的多个附加星座符号的步骤是使用查找表被执行的。

优选地，当所接收到的数据符号是用16QAM来调制的时，被进行距离确定的星座符号子集包括5个符号。

优选地，当所接收到的数据符号是用64QAM来调制的时，被进行距离确定的星座符号子集包括7个符号。

在第二方面中，本发明提供一种用于计算至少一个与无线电接收机所接收到的数据符号相对应的软比特的方法，该方法包括：至少部分地根据一个或多个阈值确定将被进行距离确定的星座符号子集，所述一个或多个阈值是至少部分地根据经过均衡的接收到的符号所计算出的；以及确定数据符号的位置和星座符号子集中的每个符号之间的距离；根据所确定的距离计算与经过均衡的接收到的符号向对应的软比特。

在第三方面中，本发明提供一种用于计算至少一个与无线电接收机所接收到的数据符号相对应的软比特的设备，所述设备包括：用于为至少一个所接收到的数据符号计算平均幅度的装置；用于根据所计算出的平均幅度针对数据符号计算至少一个阈值幅度的装置；用于至少部分地根据至少一个阈值来确定将被进行距离确定的星座符号子集的装置；以及用于确定数据符号的位置和星座符号子集中的每个符号之间的距离的装置；用于根据所确定的距离计算与所接收到的符号相对应的软比特的装置。

所述设备还包括用于在确定将被进行距离确定的星座符号子集中使用的查找表。

作为第四个方面，本发明提供一种用于计算至少一个与无线电接收机所接收到的数据符号相对应的软比特的设备，所述设备包括：平均幅度计算单元，平均幅度计算单元为至少一个所接收到的数据符号计算平均幅度；阈值幅度计算单元，阈值幅度计算单元根据所计算出的平均幅度针对数据符号计算至少一个阈值幅度；子集确定单元，星座符号子集确定单元至少部分地根据至少一个阈值确定将被进行距离确定的星座符号子集；距离确定单元，距离确定单元确定数据符号的位置和星座符号子集中的每个符号之间的距离；软比特计算单元，软比特计算单元根据所确定的距离计算与所接收到的符号相对应的软比特。

在第五方面中，本发明提供一种包括根据本发明第三方面的设备的通信接收机。

在第六方面中，本发明提供能够处理本方法或者操作根据本发明的设备的计算机可读程序。特别地，程序包括如根据本发明第一方面或第二方面的方法中所提到的处理步骤。

程序可以被存储在记录介质上或者可以通过通信网络获得。

附图说明

现在，参考附图，将仅通过非限制性示例描述本发明的示例，在附图中：

图1是包括根据本发明一个示例的通信接收机的通信系统的示意图；

图2是示出16-QAM信号星座映射的图；

图3是描述本发明优选示例中的主要步骤的流程图；

图4是描述16-QAM信号星座映射的图，示出在本发明示例中将被计算距离的所接收到的符号和星座参考符号；以及

图5是描述64-QAM信号星座映射的图，示出在本发明另一示例中将被计算距离的所接收到的符号和星座参考符号。

优选实施方式

在广泛意义上，用于实现根据本发明的方法的实施方式通过减少获得软比特所需的距离计算数目简化了传统的LLR解调方法。在优选实施方式中，这是通过以下方式实现的：首先在I-Q网格上确定经过均衡的接收到的符号应该位于其中的区域，该区域例如是方形。该区域是从自导频符号计算出的阈值中找到的。

在该区域被确定之后，计算经过均衡的接收到的符号和一小部分参考星座点的之间的距离。所使用的参考星座点是在查找表中被优选地预先定义的，并且计算出的距离被直接用于计算软比特。

图1一般地示出包括被连接到数字源12的发射机11的通信系统。发射机11被配置为从数字源12接收二进制输入数据。发射机11产生并且发送由接收机14接收的经过调制的信号13。接收机14对所接收到的信号进行解调并且试图恢复之后将被转发给目的地15的经过解码的二进制数据。发射机11包括编码器16，编码器16可以使用turbo码或诸如卷积码的其它基于维特比的编码方法来对二进制输入数据22进行编码。发射机还包括信号映射块17和调制器18。接收机包括解调器19、逻辑似然估计器20和解码器21。与编码器相似，解码器21可以使用turbo码或者其它基于维特比的编码方案。

由编码器16用合适的码对要被发送的二进制输入数据22进行编码，产生被称为经过编码的比特的一系列二进制符号23。一些经过编码的比特被分块到一起并且通过信号映射块17被映射到信号星座上的点，从而产生一系列复数值的调制符号24。该序列被应用于调制器18，从而产生用于发送给接收机14的连续的时域波形。

解调器19对所接收到的经过调制的信号进行解调并且产生一系列复数值的软符号25。每个软符号表示对由发射机11所发送的调制符号的估计。这些估计被对数似然比估计器20用来提取与给出的调制符号相关联的对数似然矩阵(软比特)26。解码器21使用对数似然矩阵(软比特)矩阵来对原来被发送的二进制数据进行解调并且恢复出经过解调的二进制数据27。

【示例1】

将在使用16-QAM进行调制的信号的情境中描述本发明第一示例。图2描述了方形16-QAM星座。星座200具有指数m＝2，并且被定义为具有4^m个点的信号星座。图2中所示的方形16-QAM星座具有指数m＝2，并且被定义为具有4^m个点的信号星座。每个信号点由索引(i，j)标注，其中，0≤i，j≤2^m。由以下公式给出星座上的每个i，j点的位置：

$C_{i,j}=\{(2^m-1-2i)\mathrm{\Δ},(2^m-1-2j)\mathrm{\Δ}\}\mathrm{where\Δ}=\sqrt{\frac{3}{4^m-1}\left(\frac{1}{2}\right)}$

以上公式确保信号星座的平均能量被归一化为1，其中，Δ是用于方形QAM星座的归一化参数。对于16-QAM星座，m＝2并且对于其它方形QAM星座，m和Δ的值都会改变。因此，对于64-QAM星座，m＝3并且而对于256-QAM星座，m＝4并且

用表示与调制符号相关联的经过编码的比特块的二进制字符串来标记星座中的每个信号点。用格雷码映射将调制符号与经过编码的比特块进行关联。在这种情况中，由具有比特b₀、b₁、b₂和b₃的4比特格雷码标识星座中的每个点。在其它方形QAM星座中，格雷码中的比特数不同。例如，如将在以下所述第二示例中可见，在64-QAM星座中，由6比特格雷码标识每个点。

图3描述了本发明优选示例中的主要步骤的流程图。可见，在步骤302中，方法300从对一个或多个导频符号的接收和均衡开始。在步骤304中，导频符号被用来计算一个或多个阈值，所述阈值将以以下将要描述的方式被应用于接收到的经过均衡的数据符号。

在本优选实施方式中，步骤304中的阈值是根据平均数据符号幅度A_data来确定的。平均数据符号幅度A_data可以以已知的方式来计算，例如在以上所述的传统LLR方法中计算。计算A_data的一种优选方式是使用所接收到的导频信号和已知的导频功率与数据功率之比。例如，可以用以下表达式计算A_data：

$A_{\mathrm{data}}=\sqrt{\frac{1}{P_{\mathrm{PD}}}{\left(\frac{1}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\hat{y}}_{k,p}\right)}^2}$

其中，P_PD是导频与数据功率比，N是样本集合中的导频数并且是假定所有导频相同时经过均衡的导频，即

y_1，p＝y_2，p＝...＝y_N，p

使用平均数据符号幅度A_data，可以用一下表达式计算阈值T_j：

T_j＝A_data×C_j

其中，C_j由以下表达式给出：

C_j＝2×j×Δ

并且，其中，j是所需要的阈值数(对于16-QAM，j＝1而对于64-QAM，j＝(1，2，3))。缩放因子Δ是用于如上所述计算出的方形QAM星座的归一化参数。为简便起见，当使用16-QAM或者64-QAM时，用作Δ的值是：

$\mathrm{\Δ}=\left\{\begin{array}{c}\frac{1}{\sqrt{10}}\mathrm{for}16-\mathrm{QAM}\\ \frac{1}{\sqrt{42}}\mathrm{for}64-\mathrm{QAM}\end{array}\right.$

接着，在步骤308中，确定将被用作稍后的距离计算的基础的核心符号(coresymbol)。

使用以下准则确定核心符号的4个比特(b₀...b₃)：

表1：用于判定16-QAM的区域中心的准则

其中，y_i和y_q分别是所接收到的符号y的I和Q成分，T1是如上所示所确定的阈值。

以图4中所描述的情况作为示例，图4示出16QAM星座图400。圆圈402表示经过均衡的接收到的符号y。圆圈406表示与符号y最接近的参考星座符号，并且被称为“核心符号”。圆圈408是一串与核心符号406相关联的参考符号。

在图4的示例中，使用表1中的准则，4个比特b₀、b₁、b₂和b₃被确定为0000。

在图4的步骤310中，使用查找表确定一系列环绕核心符号的附加符号。查找表是通过以下方式定义的：查找与核心符号最靠近并且第i个比特与核心符号的第i个比特相反的符号。在本示例中，核心符号(0000)被参考符号408(0001，0010，0100，1000)环绕，这些参考符号408只有一个比特与核心符号(0000)不同。下表示出本发明的16-QAM示例使用的示例性查找表A。

<查找表A>

该查找表定义一组与核心符号相关联的参考符号。它们与核心符号一起定义了这样的参考符号子集，对于这个参考符号子集，在图3的方法的步骤312中计算从所接收到的符号y到它们的距离。通过将距离计算限制于这个I-Q参考符号子集而不是16I-Q参考符号的全集，大大减少了所执行的距离计算总数，因此降低了算法的整体复杂度。

在本发明的优选形式中，用于距离计算的距离矩阵是欧几里德距离d，如下计算d：

$d={|\hat{y}-z|}^2$

其中，和z表示分别表示所接收到的经过均衡的符号和参考符号。然而，也可以使用其它距离矩阵，例如，

$s=\hat{y}-z;q=\max (\mathrm{Re}\left(s\right),\mathrm{Im}\left(s\right))+0.5\min (\mathrm{Re}\left(S\right),\mathrm{Im}\left(s\right));d=q^2$

接着在步骤314，计算软比特。软比特是从经过均衡的接收到的符号和查找表中所定义的这组参考星座符号之间的距离直接计算出来的。如下确定软比特

Ifb_iofz_c＝0，

${\tilde{b}}_i=d_i-d_c$

else

${\tilde{b}}_i=d_c-d_i$

其中，是所接收到的经过均衡的符号，Z_c是核心符号，Z_i是第i个环绕参考符号(surroundingreferencesymbol)，d_c是和Z_c之间的距离，而d_i是和Z_i之间的距离。

从而所计算出的软比特之后被传递到解码器用来以传统方式对所述比特进行解码(图3的步骤316)。

【示例2】

本发明可以用诸如64-QAM的高阶调制方案来实现。一般而言，以下这种情况中的过程对于16-QAM是一样的，只有以下改变：

·如上所述，要计算更多的阈值

·对于64-QAM，使用不同的星座参考符合集，即需要不同的格雷码。这要求在步骤308中使用一组不同的标准来确定核心符号。对于64-QAM，给定如图5中所示的星座定义，使用以下标准确定用于核心符号(b₀-b₅)的6个比特：

表2：用于确定64-QAM的核心符号的准则

·需要不同的查找表来确定哪些环绕参考符号要被用于距离计算。在图5的示例中，使用以下查找表B：

<查找表B>

从图5中可见，发现经过均衡的符号502与核心符号101100最接近。使用查找表可以看到图5上用灰色示出的、与这个核心符号相关联的参考符号是：000110、111001、100100、101000、101110和101101。从而，包含核心符号和相应的关联符号的总的I-Q星座的子集被定义，并且所接收到的符号y与该子集中每个符号之间的距离被计算出。

【扩展应用】

应当注意，尽管已经在方形16-QAM和64-QAM调制方案的情境中描述了说明性示例，但是本发明能够被应用于更高阶的QAM星座(例如，256-QAM)或者具有不同定义的星座。

【有益效果】

从以上可见，在优选示例中，在本发明所提供的计算减少是明显的，例如，对于16-QAM，用于每个所接收到的符号的距离计算数可以从16减少到5，而对于64-QAM，该距离计算数可以从64减少到7。

【程序】

根据第七个方面，本发明的方法可以通过计算机实现，该计算机由包括了与该方法的步骤相对应的特定处理步骤的一个或多个相应程序操作。一个(或多个)处理单元可以分别在发射机或接收设备中实现。

可以理解，本说明书中所公开和定义的本发明扩展到从文本或图被提到或者是明显的一个或多个单独的特征的所有可替换组合。所有这些不同的组合构成本发明的各种可替换方面。

还可以理解，本说明书中所使用的术语“包含”(或其语法型变体)等同于术语“包括”并且不应当被认为是排除其它元素或特征的存在的。

Claims (15)

1.一种计算至少一个与无线电接收机接收到的数据符号相对应的软比特的方法，所述方法包括：

为至少一个接收到的数据符号计算平均幅度；

根据所计算出的平均幅度，针对所述数据符号计算至少一个阈值幅度；

至少部分地根据所述至少一个阈值来确定将被进行距离确定的星座符号子集，其中所述星座符号子集由核心星座符号和环绕所述核心星座符号的多个附加星座符号组成；

确定所述数据符号的位置和所述星座符号子集中的每个符号之间的距离；以及

根据所述确定的距离计算与接收到的符号相对应的软比特。

2.根据权利要求1所述的计算与数据符号相对应的软比特的方法，其中，至少部分地根据所述阈值来确定星座符号子集的步骤包括：

至少部分地根据所述阈值确定所述核心星座符号；以及

确定所述多个附加星座符号。

3.根据权利要求2所述的计算与数据符号相对应的软比特的方法，其中，确定所述多个附加星座符号的步骤是使用查找表来执行的。

4.根据权利要求1至3中的任何一个所述的计算与数据符号相对应的软比特的方法，其中，所述接收到的数据符号是用16QAM调制的，并且被进行距离确定的星座符号子集包括5个符号。

5.根据权利要求1至3中的任何一个所述的计算与数据符号相对应的软比特的方法，其中，所述接收到的数据符号是用64QAM调制的，并且被进行距离确定的星座符号子集包括7个符号。

6.一种用于计算至少一个与无线电接收机接收到的数据符号相对应的软比特的设备，所述设备包括：

用于为至少一个接收到的数据符号计算平均幅度的装置；

用于根据所计算出的平均幅度，针对所述数据符号计算至少一个阈值幅度的装置；

用于至少部分地根据所述至少一个阈值来确定将被进行距离确定的星座符号子集的装置，其中所述星座符号子集由核心星座符号和环绕所述核心星座符号的多个附加星座符号组成；

用于确定所述数据符号的位置和所述星座符号子集中的每个符号之间的距离的装置；以及

用于根据所述确定的距离计算与接收到的符号相对应的软比特的装置。

7.根据权利要求6所述的用于计算至少一个与无线电接收机接收到的数据符号相对应的软比特的设备，其中，所述设备还包括用来确定将被进行距离确定的星座符号子集的查找表。

8.根据权利要求6或7所述的用于计算至少一个与无线电接收机接收到的数据符号相对应的软比特的设备，其中，所述用于确定星座符号子集的装置被配置为

至少部分地根据所述阈值来确定所述核心星座符号；并且

确定所述多个附加星座符号。

9.根据权利要求6所述的用于计算至少一个与无线电接收机所接收到的数据符号相对应的软比特的设备，其中，所述接收到的数据符号是用16QAM调制的，并且被进行距离确定的星座符号子集包括5个符号。

10.根据权利要求6所述的用于计算至少一个与无线电接收机所接收到的数据符号相对应的软比特的设备，其中，所述接收到的数据符号是用64QAM调制的，并且被进行距离确定的星座符号子集包括7个符号。

11.一种包括根据权利要求6至8中的任何一个所述的设备的通信接收机。

12.一种计算至少一个与无线电接收机接收到的数据符号相对应的软比特的方法，所述方法包括：

至少部分地根据一个或多个阈值确定将被进行距离确定的星座符号子集，所述一个或多个阈值是至少部分地根据接收到的符号计算出的，其中所述星座符号子集由核心星座符号和环绕所述核心星座符号的多个附加星座符号组成；

确定所述数据符号的位置和所述星座符号子集中的每个符号之间的距离；以及

根据所述确定的距离计算与所述接收到的符号相对应的软比特。

13.一种用于计算至少一个与无线电接收机接收到的数据符号相对应的软比特的设备，所述设备包括：

用于至少部分地根据一个或多个阈值确定将被进行距离确定的星座符号子集的装置，所述一个或多个阈值是至少部分地根据接收到的符号计算出的，其中所述星座符号子集由核心星座符号和环绕所述核心星座符号的多个附加星座符号组成；

用于确定所述数据符号的位置和所述星座符号子集中的每个符号之间的距离的装置；

用于根据所述确定的距离计算与所述接收到的符号相对应的软比特的装置。

14.一种计算至少一个与无线电接收机接收到的数据符号相对应的软比特的方法，所述方法包括：

根据平均幅度，针对所述数据符号计算至少一个阈值幅度；

至少部分地根据所述至少一个阈值来确定将被进行距离确定的星座符号子集，其中所述星座符号子集由核心星座符号和环绕所述核心星座符号的多个附加星座符号组成；

确定所述数据符号的位置和所述星座符号子集中的每个符号之间的距离；以及

根据所述确定的距离计算与接收到的数据符号相对应的软比特。

15.一种用于计算至少一个与无线电接收机接收到的数据符号相对应的软比特的设备，所述设备包括：

用于根据平均幅度针对所述数据符号计算至少一个阈值幅度的装置；

用于至少部分地根据所述至少一个阈值来确定将被进行距离确定的星座符号子集的装置，其中所述星座符号子集由核心星座符号和环绕所述核心星座符号的多个附加星座符号组成；

用于确定所述数据符号的位置和所述星座符号子集中的每个符号之间的距离的装置；以及

用于根据所述确定的距离计算与接收到的数据符号相对应的软比特的装置。