CN103684565B

CN103684565B - 一种确定软比特信息的方法及装置

Info

Publication number: CN103684565B
Application number: CN201210320784.7A
Authority: CN
Inventors: 吴凯; 陆会贤
Original assignee: China Academy of Telecommunications Technology CATT
Current assignee: China Academy of Telecommunications Technology CATT; Datang Mobile Communications Equipment Co Ltd
Priority date: 2012-08-31
Filing date: 2012-08-31
Publication date: 2016-08-10
Anticipated expiration: 2032-08-31
Also published as: CN103684565A; WO2014032578A1

Abstract

本发明实施例提供了一种确定软比特信息的方法及装置，用以在空间复用的多天线系统中对信道编码信号进行处理并确定软比特信息，提升译码的性能。该方法包括：接收端对接收到的信道编码信号进行检测，确定预设个数的不同检测结果的组合以及对应的累计度量值；根据所述累计度量值和得到的预设个数的不同检测结果的组合计算出软比特信息，并根据所述累计度量值对所述软比特信息进行调整。

Description

一种确定软比特信息的方法及装置

技术领域

本发明涉及移动通信领域，尤其涉及一种确定软比特信息的方法及装置。

背景技术

目前在空间复用传输的多天线系统中，广泛采用的是近似最大似然的检测算法，包括QR分解和M算法的最大似然的检测算法（QR detection with Malgorithm Maximum Likelihood Detection,QRD-M）、固定复杂度的球译码算法（fixed-complexity sphere decoder，FSD），这样的算法逐层选取最有可能正确的多个星座符号，并选取最有可能正确的星座符号的组合（该组合为一个矢量，本检测算法中称为分支），作为输出的检测结果。

假设空间复用传输的MIMO系统的信道传输模型如下

y=Hx+n

其中，y为N_R×1的接收信号矢量，H为N_R×N_L的信道矩阵，x表示N_L×1的发送信号向量，n表示N_R×1的噪声向量。

对于基于QR分解的接收端检测算法，对信道矩阵H进行QR分解，输出Q矩阵和R矩阵，接收端检测得到的信号如下表示

\begin{matrix} \overset{\cdot}{y} = Q^{H} y \\ = Q^{H} (Hx + n) \\ = Rx + \overset{\cdot}{n} \end{matrix}

上式中，其中Q矩阵是酉矩阵，R矩阵是上三角矩阵，如下式所示

R = (\begin{matrix} r_{1,1} & r_{1,2} & . & r_{1, N_{L}} \\ 0 & r_{2,2} & . & r_{2, N_{L}} \\ . & . & . & . \\ 0 & . & 0 & r_{N_{L}, N_{L}} \end{matrix})

QRD-M检测算法的基本思想是，逐层遍历选取当前最有可能正确的多个分支，选取的依据是选取累积度量较小的分支，完成所有层的搜索后，选取累积度量值最小的分支，作为检测结果输出。QRD-M的检测算法的可以看做树形搜索的过程。

FSD检测算法的基本思想是：传输的N_L层符号，只对前P(1≤P<N_L)层保留分支，设此时保留的分支数目为M个，对于后N_L-P层的符号，仅通过串行干扰删除的硬性判决得到对应的检测结果，最终输出M组检测分支矢量。

以上检测算法基于星座点搜索，在未编码系统中，将累积度量值最小的分支对应的矢量转化为比特输出即为检测结果。然而在编码的系统中，需要生成每个比特的对数似然比（也称软比特）输入到译码器。该算法通过树形搜索输出全部保留分支并计算对应的分支度量值，采用保留分支中该比特为0的最小累积分支度量值和保留分支中该比特为1的最小累积分支度量值的差值，作为该软比特的输出，这种方法对QRD-M检测算法和FSD检测算法均适用。

现有的软比特计算方法是基于有限候选集合（保留分支）的软比特计算，所以计算出的软比特并不精确，而且该检测算法属于非线性检测算法，无法计算检测后信噪比，所以无法使用检测后信噪比作为置信度系数对软比特进行加权。上述两点原因，使得检测算法在编码系统中的性能和最大似然检测的性能有明显差距。

为了使得译码性能进一步提升，有必要对现有软比特计算方法进行进一步的优化。

发明内容

本发明实施例提供了一种确定软比特信息的方法及装置，用于在空间复用的多天线系统中对信道编码信号进行处理并确定软比特信息，提升译码的性能。

本发明实施例提供的一种确定软比特信息的方法包括：

接收端对接收到的信道编码信号进行检测，确定预设个数的不同检测结果的组合以及对应的累计度量值；

根据所述累计度量值和得到的预设个数的不同检测结果的组合计算出软比特信息，并根据所述累计度量值对所述软比特信息进行调整。

本发明实施例提供的一种信号接收终端包括：

检测单元，用于对接收到的信道编码信号进行检测，确定预设个数的不同检测结果的组合以及对应的累计度量值；

软比特输出单元，用于根据所述累计度量值和得到的预设个数的不同检测结果的组合计算出软比特信息，并根据所述累计度量值对所述软比特信息进行调整。

通过以上技术方案可知，本发明通过接收端检测信道编码信号，确定预设个数的不同检测结果的组合以及对应的累计度量值；根据所述累计度量值和得到的预设个数的不同检测结果的组合计算出软比特信息，并根据所述累计度量值对所述软比特信息进行调整；提升了对软比特信息译码后得到的信号的准确率。

附图说明

图1为本发明实施例提供流程示意图；

图2为本发明提供的具体实施例的流程示意图；

图3为本发明实施例提供的结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种确定软比特信息的方法及装置，用以在空间复用的多天线系统中对信道编码信号进行处理并确定软比特信息，提升译码的性能。

参见图1，本发明实施例提供的一种确定软比特信息的方法包括:

S001、接收端对接收到的信道编码信号进行检测，确定预设个数的不同检测结果的组合以及对应的累计度量值；

S002、根据所述累计度量值和得到的预设个数的不同检测结果的组合计算出软比特信息，并根据所述累计度量值对所述软比特信息进行调整。

较佳的，接收端对接收到的信号进行检测，确定预设个数的不同检测结果的组合以及对应的累计度量值，包括：

接收端确定接收到的任一层符号的不同检测结果以及对应的度量值；

根据所述度量值选取预设个数的不同检测结果；

根据该预设个数的不同检测结果逐层确定剩余的符号的不同检测结果以及对应的累计度量值，得到预设个数的不同检测结果的组合以及对应的累计度量值；其中，所述累计度量值包括总度量值。

较佳的，根据所述累计度量值和得到的预设个数的不同检测结果的组合计算出软比特信息，包括：

将所有预设个数的不同检测结果的组合的符号信息转化为比特信息；

计算同一比特在不同检测结果的组合中为0时的最小累计度量值与为1时的最小累计度量值的差值，将该差值作为该比特的软比特信息输出。

较佳的，根据所述累计度量值对软比特信息进行调整，包括：

确定所述预设个数的不同检测结果的组合的总度量值中的最小值；

若接收端确定所述总度量值中的最小值低于预设第一门限，增大输出的软比特信息的值；

若接收端确定所述总度量值中的最小值高于预设第二门限，减小输出的软比特信息的值；

其中，第一门限小于第二门限。

较佳的，该方法还包括：

对调整后的软比特信息进行译码。

下面给出本发明的具体实施例：在QRD-M检测算法或者FSD检测算法输出的保留分支中最小的值D＝min(BM)可以代表检测的可靠性，如果该值较小，则说明检测结果相对可靠，如果该值较大，则说明检测结果相对不可靠。所以，我们可以根据D的大小，对计算出的软比特相应地进行不同的放大和缩小的操作。首先，用N个门限值（正值）th₁,th₂,…th_N,(0<th₁<th₂<…<th_N)生成N+1个区间，同时生成N+1个加权系数k₁,k₂,…k_N,k_N+1(0<k₁<k₂<…k_N<k_N+1)，如果th_n<D<th_n+1(1≤n≤N)，则对N_L个符号对应的所有软比特乘以k_n+1输出。

上述的操作实质是通过D的大小，对检测的准确性作出判断，若越准确，则对软比特放大，若越不准确，则对软比特缩小。

参见图2，本发明提供的一种接收端信号处理的方法包括如下步骤：

S101、对信道矩阵H进行QR分解，输出Q矩阵和R矩阵；

对接收信号向量y左乘Q^H，得到等效接收向量。

S102、对N_L层传输的符号从第N_L层到第1层进行逐层搜索，输出包含累积度量值最小的M个分支，BM为对应的累积分支度量值；

使用下式运算当前搜索层的分支度量值（Branch Metric）的增量，对于搜索的第1层（传输的N_L层）需要进行Q次运算，Q为传输的调制方式中星座点的个数。

{bm}_{N_{L}} (q) = {| {\overset{\cdot}{y}}_{N_{L}} - r_{N_{L}, N_{L}} s_{q} |}^{2}

上式中，表示向量的第N_L个元素，s_q(1≤q≤Q)表示当前层传输的符号的假设，将Q个星座点带入上式进行运算，表示第N_L层第q个星座点假设对应的度量值，计算出Q个，选取出其中最小的M(M≤Q)个度量值存入BM，对应的假设s_q写入X^left的第N_L行。其余分支舍弃。

随后每一层（从第N_L层到第1层）需要进行M×Q次下式的分支度量值增量的运算，

{bm}_{i} ((m - 1) \times Q + q) = {| {\overset{\cdot}{y}}_{i} - r_{i, i} s_{q} - Σ_{j = i + 1}^{N_{L}} r_{i, j} X^{left} (j, m) |}^{2} - - - (3)

其中，N_L-1≥i≥1，1≤m≤M。

对于第i∈{N_L-1,…,1}层被搜索的符号，累积分支度量值的大小采用如下方式计算。

BM_tmp((m-1)×Q+q)＝BM(m)+bm_i((m-1)×Q+q) (4)

在M×Q个累积分支度量值中保留BM_tmp中最小的M个值存入BM，假设按从小到大顺序最小的M个值的下标为z₁,z₂,…z_M。

替换X^left中第i+1到第N_L行的元素，令为N_L×M全零矩阵。

X_{tmp}^{lsft} (i + 1 : N_{L}, m) = X^{left} (i + 1 : N_{L}, \mod (z_{m} - 1, Q) + 1),

X^{left} = X_{tmp}^{left} .

对应的假设s_q写入X^left的第i行。其余的分支舍弃。

最后，在第1层的搜索完成之后输出的X^left中包含累积度量值最小的M个分支。BM为对应的累积分支度量值。

对于FSD系统检测算法的系统而言，传输的N_L层符号，只对前P(1≤P<N_L)层，保留全部分支，设此时保留的分支数目为M个，对于后N_L-P层的符号，仅通过串行干扰删除的硬性判决得到对应的检测结果，最终输出M组检测分支矢量。

S103：根据得到的分支生成每个比特的对数似然比（软比特）；

在未编码系统中，将X_left中BM最小值对应的矢量转化为比特输出即为检测结果。然而在编码的系统中，需要生成每个比特的对数似然比（也称软比特）输入到译码器。该算法通过树形搜索输出保留分支并计算对应的分支度量值，采用保留分支中该比特为0的最小累积分支度量值和保留分支中该比特为1的最小累积分支度量值的差值，作为该软比特的输出。这种方法对QRD-M检测算法和FSD检测算法均适用。如下式所示：

{\tilde{b}}^{(n_{l})} (q) \approx \min_{x &Element; X_{left}^{n_{l}, q, 0}} (BM) - \min_{x &Element; X_{left}^{n_{l}, q, l}} (BM)

上式中，表示留分支中第n_l层第q比特为0的分支集合，表示留分支中第n_l层第q比特为1的分支集合，n_l∈{1,…,N_L}，q∈{1,…,Q}。N_L表示传输的层数，Q表示调制阶数。

S104、对软比特权重进行调整；

对于一个空间复用传输的LTE下行MIMO系统，假设传输层数N_L＝4，传输的调制方式为16QAM。对于接收端采用QRD-M检测算法的情况，令M＝16。对于接收端采用FSD检测算法的情况，令P＝1，则相应的M＝16。采用QRD-M检测算法和FSD检测算法获得M＝16个累积分支度量值向量BM和对应的存储的符号矢量矩阵X_left，根据下式计算N_L×Q=4×16个软比特：

{\tilde{b}}^{(n_{l})} (q) \approx \min_{x &Element; X_{left}^{n_{l}, q, 0}} (BM) - \min_{x &Element; X_{left}^{n_{l}, q, l}} (BM) - - - (5)

上式中，表示留分支中第n_l层第q比特为0的分支集合，表示留分支中第n_l层第q比特为1的分支集合，n_l∈{1,…,4}，q∈{1,…,16}。

假设输出的被量化为8比特，D=min(BM)表示保留分支中最小的分支度量值。可选取两个门限值th₁,th₂(0<th₁<th₂)分为3个区间，对应的3个加权系数k₁=0.5,k₂=1,k₃=2，可以对软比特采用如下的处理。

If D≤th₁

\tilde{b} = 2 \times \tilde{b}

Elseif th₁<D<th₂

\tilde{b} = \tilde{b}

Elseif D≥th₂

\tilde{b} = 0.5 \times \tilde{b}

End

S105、将经过上述分段加权的软比特输出到译码模块进行译码操作。

参见图3，本发明实施例提供的一种信号接收终端包括：

检测单元21，用于对接收到的信道编码信号进行检测，确定预设个数的不同检测结果的组合以及对应的累计度量值；

软比特输出单元22，用于根据所述累计度量值和得到的预设个数的不同检测结果的组合计算出软比特信息，并根据所述累计度量值对所述软比特信息进行调整。

较佳的，检测单元21具体用于：

确定接收到的任一层符号的不同检测结果以及对应的度量值；

根据所述度量值选取预设个数的不同检测结果；

根据该预设个数的不同检测结果逐层确定剩余的符号的不同检测结果以及对应的累计度量值，得到预设个数的不同检测结果的组合以及对应的累计度量值。

较佳的，软比特输出单元22用于根据所述累计度量值和得到的预设个数的不同检测结果的组合计算出软比特信息时，具体用于：

较佳的，软比特输出单元22用于根据所述累计度量值对所述软比特信息进行调整时，具体用于：

若确定所述总度量值中的最小值低于预设第一门限，增大输出的软比特信息的值；

若确定所述总度量值中的最小值高于预设第二门限，减小输出的软比特信息的值；

其中，第一门限小于第二门限。

较佳的，该信号接收终端还包括：

译码单元，用于对调整后的软比特信息进行译码。

综上所述，本发明实施例提供了一种确定软比特信息的方法及装置，用于在空间复用的多天线系统中对信道编码信号进行处理并确定软比特信息，提升译码的性能。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种确定软比特信息的方法，其特征在于，该方法包括：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，接收端对接收到的信道编码信号进行检测，确定预设个数的不同检测结果的组合以及对应的累计度量值，包括：

根据所述度量值选取预设个数的不同检测结果；

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述累计度量值和得到的预设个数的不同检测结果的组合计算出软比特信息，包括：

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述累计度量值对软比特信息进行调整，包括：

其中，第一门限小于第二门限。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括：

对调整后的软比特信息进行译码。

6.一种信号接收终端，其特征在于，该信号接收终端包括：

7.如权利要求6所述的信号接收终端，其特征在于，检测单元具体用于：

根据所述度量值选取预设个数的不同检测结果；

8.如权利要求6所述的信号接收终端，其特征在于，软比特输出单元用于根据所述累计度量值和得到的预设个数的不同检测结果的组合计算出软比特信息时，具体用于：

9.如权利要求7所述的信号接收终端，其特征在于，软比特输出单元用于根据所述累计度量值对所述软比特信息进行调整时，具体用于：

其中，第一门限小于第二门限。

10.如权利要求6所述的信号接收终端，其特征在于，该信号接收终端还包括：

译码单元，用于对调整后的软比特信息进行译码。