CN104471909B - 一种软比特非均匀量化方法、装置、计算机程序及存储介质 - Google Patents

一种软比特非均匀量化方法、装置、计算机程序及存储介质 Download PDF

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Abstract

本公开文本的实施例涉及一种软比特非均匀量化方法、装置、计算机程序及存储介质。该软比特非均匀量化方法包括：确定一门限值；根据所述门限值，获得一量化步长；获得无线通信系统中，QAM调制后且Turbo解码前的第一数据；根据所述门限值和所述步长，对所述第一数据进行软比特非均匀量化，以便得到量化结果。根据本公开文本，可以实现QAM调制后且Turbo解码前的数据达到最大欧式距离值，由此极大地提高了性能。

Description

一种软比特非均匀量化方法、装置、计算机程序及存储介质
技术领域
本公开文本涉及通信技术领域，尤其涉及一种软比特非均匀量化方法、装置、计算机程序及存储介质。
背景技术
在现有的无线通信系统，如3G/4G无线通信系统中，为了达到高峰值速率，Turbo解码前的高阶调制是3G/4G无线系统中的典型配置，如高速分组接入+(HSPA+)系统。
在许多通信系统中，如时分同步码分多址(TD-SCDMA)，宽带CDMA(WCDMA)和长期演进(LTE)都采用了64正交振幅调制(QAM)高阶调制机制。64QAM在无线系统中在不增加带宽的情况下，具有高的传输速率。但是，高阶调制只能在高信噪比(SNR)的环境下才能实现。
需要注意的是，对于64QAM来说，每一个调制符号都具有相对应的传输状态。在现有技术中，对于无线通信系统中接收器接收的64QAM信号，有三种方法计算星座解调软比特。
第一种方法采用对数似然比(LLR)方法计算信道符号的每一个比特位：
其中，x(j),y(i)分别是发射信号的I和Q部，r(j) k,r(q) k分别是接收信号的I和Q部，an是6个[a1,a2,a3,a4,a5,a6]中的任一个，并且M＝26。
第二种方法通过求最大值函数对上述第一种方法中的分子和分母分别进行计算。因此，比特位置的比特值化为：
并且
第三种方法使用接收信号值与星座点之间的距离表示可信信息。如图1所示，为64QAM软解调方法如下：
Λk(1)＝r(q) k
Λk(2)＝r(i) k
显然地，上述第一种方法和第二种方法的计算复杂度非常高，而第三种方法只要求一个简单的操作。从仿真结果来看，上述第三种方法与其他两种方法相比较提供了相似的性能，因此上述第三种方法被应用到实际的系统中。
如图2所示，在一个典型的无线接收器中，如TD-SCDMA系统的无线接收器，一个普通的64QAM解调和Turbo解码过程如下。
将所接收的信号转变成基带信号后转发给数据解调模块来执行64QAM解调。被解调后的信号经过比特量化模块进行量化处理后，再通过解码器(Turbo解码器)进行信道解码，最终得到需要的原始信号。
Λ'demap＝[Λ1(1),Λ1(2),Λ1(3),Λ1(4),Λ1(5),Λ1(6),Λ2(1)......Λ5(2).....ΛN(1).....ΛN(6)]
Λ'demap是解调软比特。在输入Turbo解码器解码之前，对输入的数据进行量化，通常会采用4比特的均匀量化或者5比特的均匀量化，如下述表所示：
4比特均匀量化表
5比特均匀量化表
输入(x) 输出 输入(x) 输出
x<-0.9375 -16 0<＝x<0.0625 0
-0.9375<＝x<-0.875 -15 0.0625<＝x<0.125 1
-0.875<＝x<-0.8125 -14 0.125<＝x<0.1875 2
-0.8125<＝x<-0.75 -13 0.1875<＝x<0.25 3
-0.75<＝x<-0.6875 -12 0.25<＝x<0.3125 4
-0.6875<＝x<-0.625 -11 0.3125<＝x<0.375 5
-0.625<＝x<-0.5625 -10 0.375<＝x<0.4375 6
-0.5625<＝x<-0.5 -9 0.4375<＝x<0.5 7
-0.5<＝x<-0.4375 -8 0.5<＝x<0.5625 8
-0.4375<＝x<-0.375 -7 0.5625<＝x<0.625 9
-0.375<＝x<-0.3125 -6 0.625<＝x<0.6875 10
-0.3125<＝x<-0.25 -5 0.6875<＝x<0.75 11
-0.25<＝x<-0.1875 -4 0.75<＝x<0.8125 12
-0.1875<＝x<-0.125 -3 0.8125<＝x<0.875 13
-0.125<＝x<-0.0625 -2 0.875<＝x<0.9375 14
-0.0625<＝x<0 -1 0.9375<＝x 15
在HSPA+系统中采用了64QAM调制方式。4比特的均匀量化性能损失很大，而采用5比特及以上的均匀量化，有很小的性能损失，且比4比特均匀量化在高速率的情况下有2到3dB的性能提高。但在实际的系统中，5比特量化实现起来非常不方便。
发明内容
本公开文本的实施例公开了一种软比特非均匀量化方法、装置、计算机程序及存储介质，可以实现QAM解调后且Turbo解码前的数据达到最大欧式距离值，由此极大地提高了性能。
在本公开文本的一个方面中，提供一种软比特非均匀量化方法。该方法包括：确定一门限值；根据所述门限值，获得一量化步长；获得无线通信系统中，QAM解调后且Turbo解码前的第一数据；根据所述门限值和所述步长，对所述第一数据进行软比特非均匀量化，以便得到量化结果。该实施例通过设置一门限值，对QAM(例如64QAM)解调后且Turbo解码前的数据进行量化，可以使该QAM解调后且Turbo解码前的数据达到最大欧式距离值，由此极大地提高了性能。
在一些实施例中，该方法包括：若所述第一数据大于所述门限值，则令所述第一数据等于所述门限值，得到第二数据；以及根据所述步长和所述第二数据，得到所述量化结果。
在一些实施例中，根据所述步长和所述第二数据，得到所述量化结果的步骤包括：获得所述第二数据与所述步长之间的比值；对所述比值进行向下取整，得到所述量化结果。
在一些实施例中，步长等于其中，α为所述门限值，4表示4比特量化。
在一些实施例中，所述门限值处在0～1之间的范围内。
在一些实施例中，所述门限值为0.5。
根据本公开文本的另一方面，提供了一种软比特非均匀量化装置。该装置包括：确定模块，用于确定一门限值；第一获取模块，用于根据所述门限值，获得一量化步长；第二获取模块，用于获得无线通信系统中，QAM(例如64QAM)解调后且Turbo解码前的第一数据；以及量化模块，用于根据所述门限值和所述步长，对所述第一数据进行软比特非均匀量化，得到量化结果。
当然，本公开文本并不局限于以上的特征和优点。实际上，本领域普通技术人员通过阅读以下的实施方式以及附图，将领会其他的特征和优点。
附图说明
图1是示出了64QAM星座的示意图；
图2是示出了64QAM和Turbo解码过程的示意图；
图3是示出了根据本公开文本的实施例的软比特非均匀量化方法的流程图；
图4是示出了根据本公开文本的实施例的软比特非均匀量化方法的流程图；
图5是示出了根据本公开文本的实施例的软比特非均匀量化方法的流程图；
图6是示出了如何将5比特均匀量化压缩为4比特非均匀量化的示意图；
图7是示出了如果软比特值小于门限值，如何将低3位比特均左移1位比特的示意图；
图8是示出了TD-SCDMAHSDPA仿真方法的仿真结果的示意图；
图9是门限值和性能之间的关系的示意图；
图10是示出了根据本公开文本的实施例的软比特非均匀量化装置的结构的示意图；
图11是示出了根据本公开文本的实施例的软比特非均匀量化装置的另一结构的示意图；以及
图12是示出了根据本公开文本的实施例的软比特非均匀量化装置的另一结构的示意图。
具体实施方式
如图3所示，根据本公开文本的实施例的软比特非均匀量化方法包括如下步骤：
步骤11，确定一门限值。
步骤12，根据所述门限值，获得一量化步长。
步骤13，获得无线通信系统中，QAM(如64QAM)解调后且Turbo解码前的第一数据。
步骤14，根据所述门限值和所述步长，对所述第一数据进行软比特非均匀量化，由此得到量化结果。
在这个实施例中，通过设置一门限值，对QAM(如64QAM)解调后且Turbo解码前的数据进行量化，可以使该QAM解调后且Turbo解码前的数据达到最大欧式距离值，因此极大地提高了性能。
如图4所示，在本公开文本的另一实施例中，一种软比特非均匀量化方法包括步骤21至25，其中，步骤21至23分别与上述实施例中的步骤11至13相同，因此省略了对其的说明。
步骤24，如果所述第一数据大于所述门限值，则令所述第一数据等于所述门限值，由此得到第二数据。
步骤25，根据所述步长和所述第二数据，得到量化结果。
在这个实施例中，通过将大于门限值的QAM解调后且Turbo解码前的第一数据量化为所述门限值以得到第二数据；再根据第二数据以及所述步长进行进一步量化，由此得到最终量化结果；可以使QAM解调后且Turbo解码前的数据达到最大欧式距离值，因此进一步地提高了性能。
如图5所示，在本公开文本的另一实施例中，一种软比特非均匀量化方法包括步骤31至36，其中，步骤31至34分别与上述实施例中的步骤21至24相同，因此省略了对其的说明。
步骤35，获得所述第二数据与所述步长之间的比值。
步骤36，对所述比值进行向下取整，以得到量化结果。
在这个实施例中，通过对量化后的第二数据，再进行量化，即将该比值，进行向下取整，得到最终的量化结果；可以使QAM解调后且Turbo解码前的数据达到最大欧式距离值，因此进一步地提高了性能。
在上述实施例中，所述步长等于其中，α为所述门限值，4表示4比特量化。上述实施例通过采用4比特非均匀量化QAM解调后且Turbo解码前的第一数据，可以达到现有系统中5比特均匀量化相同的性能，但量化方法的计算复杂度减小了。此外，还能使第一数据也能达到量化后的最大欧式距离值，因此极大地提高了性能。
如图6所示，将5比特均匀量化压缩为4比特非均匀量化。能量高的软比特所代表的置信度高，因此高能量的每个软比特包含的信息量几乎相同，可以统一判决(截平)为极值+1或者-1。
在本公开文本的实施例所述软比特非均匀量化方法中，还可以结合硬判决和软判决，设定一个参数作为门限值。如果软比特的值大于该门限值，则进行硬判决；如果小于门限值，将低3位比特均左移1位比特，如图7所示。其中，“硬判决”是指正的数据为0，而负的数据为1，例如，将0至1范围内的数据设置为0，而将-1至0范围内的数据设置为1，每一个量化结果只表示为1个比特。在本公开文本的实施例中所述的软比特量化为软判决，“软判决”是指每一个判决结果表示为多个比特，诸如各个实施例中的4比特非均匀量化。
下表示出了4比特非均匀量化。
输入(x) 输出 输入(x) 输出
x<-0.4375 -8 0<＝x<0.0625 0
-0.4375<＝x<-0.375 -7 0.0625<＝x<0.125 1
-0.375<＝x<-0.3125 -6 0.125<＝x<0.1875 2
-0.3125<＝x<-0.25 -5 0.1875<＝x<0.25 3
-0.25<＝x<-0.1875 -4 0.25<＝x<0.3125 4
-0.1875<＝x<-0.125 -3 0.3125<＝x<0.375 5
-0.125<＝x<-0.0625 -2 0.375<＝x<0.4375 6
-0.0625<＝x<0 -1 0.4375<＝x 7
在这个实施例中，考虑一个门限值α。理论上，存在一个置信区间{0，α}。也就是说，将大于α的数据压缩为α。这将会具有相同的解码性能。α可以从仿真获得。门限值α和TD-SCDMA中的性能之间的关系如图7所示。α取(0,1)范围内的值。
如图9所示，门限值α为大约0.5。
从图8所示的仿真来看，通过增加新的门限值α，这个新颖的4比特非均匀量化方法能够达到与5比特非均匀量化相同的性能水平。很明显，Turbo解码器在硬件方面实现没有任何改变。本公开文本能够仅使得软件简单更新，无需硬件改变，不产生干扰改变，并且不带来任何明显的计算负担的增加，来解决上述问题。根据本公开文本的实施例，数据速率能够被显著地提升。
图10是示出了根据本公开文本的实施例的软比特非均匀量化装置的结构的示意图。如图10所示，该软比特非均匀量化装置包括：确定模块81，用于确定一门限值；第一获取模块82，用于根据所述门限值，获取一量化步长；第二获取模块83，用于获取无线通信系统中，QAM(如64QAM)解调后且Turbo解码前的第一数据；以及量化模块84，用于根据所述门限值和所述步长，对所述第一数据进行软比特非均匀量化，以便得到量化结果。
该实施例能达到与上述图3所述实施例相同的技术效果，在此不再赘述。
图11是示出了根据本公开文本的实施例的软比特非均匀量化装置的另一结构的示意图。如图11所示，所述量化模块84包括：第一量化子模块841，用于若所述第一数据大于所述门限值，则令所述第一数据等于所述门限值，以便得到第二数据；以及第二量化子模块842，用于根据所述步长和所述第二数据，得到量化结果。
图12示出了软比特非均匀量化装置的另一实施例。如图12所示，所述第二量化子模块842包括：第一获取子模块8421，用于获取所述第二数据与所述步长之间的比值；向下取整模块8422，用于对所述比值进行向下取整，以便得到所述量化结果。
该实施例能达到与上述图5所述实施例相同的技术效果，在此不再赘述。
在上述实施例中，所述步长等于其中，α为所述门限值，4表示4比特量化。上述实施例通过采用4比特非均匀量化QAM解调后且Turbo解码前的第一数据，可以达到现有系统中5比特均匀量化相同的性能，但量化方法的计算复杂度减小了。此外，还能使第一数据也能达到量化后的最大欧式距离值，因此极大地提高了性能。
与上述软比特非均匀量化方法相对应，本公开文本还提供了计算机程序。该计算机程序包括在计算机可读存储介质中存储的程序代码，并且该程序代码通过处理器进行加载来实现上述方法。
本公开文本还提供了存储有上述计算机程序的存储介质。
尽管已经示出并且描述了示例性实施例，但是本领域技术人员可以理解的是，落入权利要求及其等同体范围内的任何改变、替换和修改在不脱离本公开文本的精神和原理的前提下都是能够做出的。

Claims (8)

1.一种软比特非均匀量化方法，其特征在于，所述方法包括：
确定一门限值；
根据所述门限值，获得一量化步长；
获得无线通信系统中，正交振幅调制QAM解调后且Turbo解码前的第一数据；以及
根据所述门限值和所述步长，对所述第一数据进行软比特非均匀量化，以便得到量化结果，
其中，根据所述门限值和所述步长，对所述第一数据进行软比特非均匀量化，以便得到量化结果的步骤包括：
若所述第一数据大于所述门限值，则令所述第一数据等于所述门限值，得到第二数据；以及
根据所述步长和所述第二数据，得到所述量化结果。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，根据所述步长和所述第二数据，得到量化结果的步骤包括：
获得所述第二数据与所述步长之间的比值；以及
对所述比值进行向下取整，得到所述量化结果。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中，所述步长等于，其中，为所述门限值，4表示4比特量化。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述门限值处在0～1之间的范围。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述门限值为0.5。
6.一种软比特非均匀量化装置，其特征在于，所述装置包括：
确定模块，用于确定一门限值；
第一获取模块，用于根据所述门限值，获得一量化步长；
第二获取模块，用于获得无线通信系统中，正交振幅调制QAM解调后且Turbo解码前的第一数据；以及
量化模块，用于根据所述门限值和所述步长，对所述第一数据进行软比特非均匀量化，以便得到量化结果，
其中，所述量化模块包括：
第一量化子模块，用于若所述第一数据大于所述门限值，则令所述第一数据等于所述门限值，得到第二数据；以及
第二量化子模块，用于根据所述步长和所述第二数据，得到所述量化结果。
7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述第二量化子模块包括：
第一获取子模块，用于获得所述第二数据与所述步长之间的比值；以及
取值模块，用于对所述比值进行向下取整，得到所述量化结果。
8.根据权利要求6至7中任一项所述的装置，其中，所述步长等于，其中，为所述门限值，4表示4比特量化。
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