CN105637826B - 似然度生成电路及似然度生成方法 - Google Patents

似然度生成电路及似然度生成方法 Download PDF

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Abstract

对根据是星座映射图上的内圆还是外圆来分配1个比特，对各象限分配2个比特而进行了比特映射后的8QAM的接收码元集的内圆或者外圆的码元进行相位旋转，通过QPSK似然度生成，一并生成QPSK的接收码元的似然度、以及对进行了相位旋转后的8QAM的码元集的象限分配的2个比特的似然度，还使进行了所述相位旋转后的8QAM的码元集相位旋转到星座映射图上的第1象限，移动到QPSK的码元映射位置，通过QPSK似然度生成，生成对8QAM的码元集的内圆或外圆分配的1个比特的似然度。

Description

似然度生成电路及似然度生成方法
技术领域
本发明涉及在软判决纠错解码时需要的似然度生成电路等。
背景技术
在软判决纠错解码时使用的似然度通常是对接收码元(symbol)分别求出与发送比特为1的模式的所有码元候选点的误差(欧几里得距离)的最小值、和与发送比特为0的模式的所有码元候选点的误差的最小值，将两者之差作为对数似然比LLR(Log LikelihoodRatio)。
在误差(欧几里得距离)的计算中需要进行相乘运算，然后需要从多个候选中选择最小值，电路规模增大。并且，在构成实时工作电路的情况下，通过并联安装似然度生成电路来确保实时性，因而乘法器数量对应并联数而增多，存在似然度生成电路的电路规模增大的问题。
针对于此，例如在下述专利文献1中提出了如下的软判决值生成电路：根据码元映射的关系，预先将与根据接收信号与映射的关系而不需要进行计算的码元的欧几里得距离的计算部分排除，由此实现电路规模的减小。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2012－070369号公报
发明内容
发明要解决的问题
在上述现有的电路中，将通过式子展开而明确的不需要计算的部分删除，由此实现电路削减。但是，在按照通信状况变更调制方式的自适应调制的通信中，需要应对多种调制方式，在支持多种调制方式的情况下，需要按照每种调制方式安装似然度生成电路或者扩展的似然度生成电路，存在电路规模随着所支持的调制方式的数量而增大的问题。
本发明正是为了解决上述问题而提出的，其目的在于，提供如下的似然度生成电路等：对于支持多种调制方式特别是8QAM(Quadrature Amplitude Modulation：正交幅度调制)及QPSK(Quadrature Phase Shift Keying：正交相移键控)的软判决值生成电路用的电路规模增大的似然度生成部，通过将似然度生成部的一部分共用化，实现电路规模的削减。
用于解决问题的手段
本发明提供根据QPSK调制方式及8QAM调制方式的接收数据生成似然度的似然度生成电路等，其特征在于，该似然度生成电路具有：相位旋转调整部，其使被分配了选择星座映射图上的内圆或外圆的1个比特和表示各象限的2个比特而进行了比特映射的、8QAM调制方式的接收数据的码元集的内圆或者外圆的码元进行相位旋转；第1似然度生成部，其通过QPSK似然度生成，一并生成QPSK调制方式的接收数据的接收码元的似然度、以及表示由所述相位旋转调整部处理后的8QAM调制方式的码元集的象限的2个比特的似然度；相位旋转部，其使由所述相位旋转调整部处理后的8QAM调制方式的码元集相位旋转到所述星座映射图上的第1象限；以及第2似然度生成部，其通过根据所述相位旋转部处理后的8QAM调制方式的码元集应用QPSK调制方式的似然度生成或者进行阈值判定来计算直接似然度，生成表示是8QAM调制方式的码元集的内圆还是外圆的比特的似然度。
发明效果
在本发明中，在支持8QAM调制方式及QPSK调制方式的数据的似然度生成电路中，通过将似然度生成部的一部分共用化，实现电路规模的削减。
附图说明
图1是示出本发明所应对的8QAM调制方式的星座映射图(映射)的一例的图。
图2是示出本发明的实施方式1的似然度生成电路的概略结构的图。
图3是用于说明图2的似然度生成电路的处理中的8QAM的似然度生成处理的图。
图4是用于说明图2的似然度生成电路的处理中的8QAM的似然度生成处理的图。
图5是示出本发明的实施方式2的似然度生成电路的概略结构的图。
图6是用于说明图5的似然度生成电路的处理中的8QAM的似然度生成处理的图。
图7是用于说明现有的软判决值生成电路的图。
具体实施方式
在本发明中，在支持多种调制方式特别是支持8QAM及QPSK时电路规模增大的似然度生成电路中，通过将似然度生成部的一部分共用化，实现电路规模的削减。为了进行共用化而设置按照调制方式调整相位旋转的相位旋转部分、似然度生成部和调制方式选择部分。由此，能够共用8QAM的电路和QPSK的电路，削减电路规模。
在说明本发明的似然度生成电路之前，在图7中示出上述现有的软判决值生成电路并稍事加以说明。在图7中，延迟部1使接收信号延迟。在软判决值生成电路20中，相位旋转部2使接收信号进行相位旋转，将延迟后的信号r0作为差动解码的基准信号，对于不延迟的信号r1的两个输入，施加与信号r0的相位旋转量相同量的相位旋转，分别输出信号r0’、r1’。并且，在软判决值生成电路20(相当于本发明的似然度生成电路)中的各比特处理部10a、10b中，加法部3a、3b对相位旋转部2的输出信号r0’和r1’计算具有可能性的欧几里得距离。最小值选择部4a、4b选择与具有可能性的码元之间的欧几里得距离的最小值。符号反映部5a、5b按照输入值的正负附加符号。软判决值校正部6a、6b根据所选择的最小的欧几里得距离选择LLR的值。
在相位旋转部2中对各码元应用90度单位的旋转。90度单位的旋转处理能够通过符号反转和I-ch(实数部)/Q-ch(虚数部)的交换来实现，能够以较小的电路规模来实现。加法部3a、3b是进行相加运算的电路，与乘法电路相比，是小规模的电路。最小值选择部4a、4b是从三值中选择最小值的电路，是能够使用两个比较器来实现的小规模的电路。
符号反映部5a、5b仅进行按照信号r1’的符号进行的符号反映，是小规模的电路。软判决值校正部6a、6b进行固定值相乘的运算，固定值相乘包括利用位移(bit shift)和加法器实现的方法、使用参照表进行查表的方法等，对电路规模增大不怎么带来影响。其中，无论是最小值选择部4a、4b从3个候选值中进行选择、还是软判决值校正部6a、6b进行固定值相乘运算，都在现有技术中通过式子展开而明确了，由此实现了电路规模的减小。
但是，在支持多种调制方式的情况下，需要按照每种调制方式安装似然度生成电路或者扩展的似然度生成电路，导致电路规模由于所支持的调制方式的数量而增大。
下面，按照各实施方式并使用附图说明本发明的似然度生成电路等。另外，在各个实施方式中对相同或者相当的部分标注相同的标号，并省略重复说明。
实施方式1
首先，在图1中示出了本发明所应对的8QAM调制方式的星座映射图的一例。在图1中，S表示8QAM映射的码元集的各码元点(接收码元的候选点)，按照码元的振幅长度，在内圆和外圆上分别映射了各4个码元。在8QAM码元映射方式中，是被称为星型的映射，如图1的(a)、(b)所示，即使是相同的星型映射，也存在处于彼此旋转45度关系的映射(8QAM情形1，8QAM情形2)。在8QAM的映射中，1个码元由3个比特构成，能够划分为表示内圆和外圆的1个比特、以及表示被映射在内外圆上的4个码元的相位的2个比特。其中，对分配给1个码元的3个比特中的任意比特分配内外圆的判定及相位的位置均可。在本说明书中，不丧失一般性地，假设对排最前的比特分配内外圆的判定比特，对排后的2个比特分配相位来进行说明。并且，在本发明中，通过在相位旋转部分中改变旋转处理的方向，图1的(a)、(b)的任意映射都能够应对。在图1的(a)中，通过使外圆的码元集旋转±45度即可应对，在图1(b)中，通过使内圆的码元集旋转±45度即可应对。在图1的(a)、(b)中，旋转方向都是向使外圆的排后2比特和内圆的排后2比特到达相同象限的方向旋转。如上所述，仅改变旋转的内外圆和旋转方向，即使得图1的(a)、(b)都能够按照相同的流程构成，因而作为本发明的概要说明，着眼于图1的(b)的映射且内圆的旋转方向是-45度的情况进行说明。
图2是示出本发明的实施方式1的似然度生成电路的概略结构的图。路径12表示选择了QPSK调制方式用的QPSK似然度生成方式时的路径。其它路径表示选择了8QAM似然度生成方式时的路径。QPSK调制方式的接收数据的接收码元被输入到路径12，8QAM调制方式的接收数据的接收码元被输入到接收码元用相位旋转部13。
接收码元用相位旋转部13使输入码元旋转到第1象限，以便进行以下的处理。相位旋转调整部14判定内圆和外圆的码元。在相位旋转调整部14中，阈值判定部14a根据阈值进行码元的振幅判定。相位旋转处理部14b对被判定为内圆的码元实施-45度旋转。另外，被实施-45度旋转的数据是输入码元，是在接收码元用相位旋转部13及阈值判定部14a进行处理之前的数据。
第1似然度生成部(第1QPSK似然度生成部15a)15进行QPSK的似然度生成，是QPSK和8QAM的似然度生成部的电路共用部分。第1似然度生成部15生成并输出2比特的似然度。其中，QPSK似然度生成部15a只要是生成QPSK的似然度的电路结构即可，可以是任何结构。即，既可以是如上所述的对输入码元分别求出与发送比特为1的模式的所有码元候选点(参照图1的(b))的误差(欧几里得距离)的最小值、和与发送比特为0的模式的所有码元候选点的误差的最小值，根据两者之差的对数似然比LLR生成2比特的似然度，也可以是前述的专利文献1的方式。该QPSK似然度生成部15a输出的2比特的似然度成为QPSK的接收码元的情况下的似然度、或者8QAM的接收码元的情况下的3比特中的排后2比特的似然度。
相位旋转部16对实施了-45度相位旋转后的数据(码元)进行向第1象限的旋转。第2似然度生成部17生成8QAM的接收码元的情况下的3比特中排最前的1个比特的似然度。第2似然度生成部17具有偏置处理部17a、常数倍处理部17b和QPSK似然度生成部(第2QPSK似然度生成部)17c。成为通过从第2似然度生成部17输出由QPSK似然度生成部17c输出的2个比特的似然度中的1个比特的似然度，并与从第1似然度生成部15输出的对应于8QAM的排后2比特的似然度进行组合，而输出对应于8QAM的3比特的似然度的电路。
另外，为了基于调制方式进行似然度生成的切换，作为调制方式选择部分，例如在图2的左侧的接收码元的输入侧和右侧的似然度的输出侧中的至少一方设置输入或者输出的切换部(用虚线示出)，该输入或者输出的切换部按照来自外部的切换信号，对输入信号进行生成QPSK似然度还是生成8QAM似然度的切换。并且，由接收码元用相位旋转部13、相位旋转调整部14及相位旋转部16构成相位旋转部分，由第1及第2似然度生成部15、17构成似然度生成部分。
图3、图4是用于说明图2的似然度生成电路的处理中的8QAM的似然度生成处理的图。图3示出针对图1的(b)的码元集的码元映射的比特映射例。在本例中，将排最前的比特设为表示内圆还是外圆的比特，以使外圆为“0”、内圆为“1”的方式进行映射。并且，排后的2个比特用于对外圆的第1象限的码元分配“00”、对第2象限的码元分配“10”、对第3象限的码元分配“11”、对第4象限的码元分配“01”，内圆适用与使外圆旋转45度(逆时针方向)后的位置的码元相同的比特映射。
以图3的基于比特映射的8QAM为例，说明排后的2个比特的似然度生成方法。首先，利用图2的接收码元用相位旋转部13，使数据(输入码元)进行相位旋转到第1象限。在阈值判定部14a中，根据阈值来判定是内圆还是外圆。此时，判定轴可以根据振幅、I/Q的位置信息中的任意信息进行判定。其中，接收码元用相位旋转部13是仅对第1象限进行判定的处理，根据电路规模，也能够设为不进行相位旋转到第1象限而判定内圆、外圆的振幅的电路。即，能够省略接收码元用相位旋转部13。在判定内圆、外圆后，在是内圆时适用如下的处理：在相位旋转处理部14b使码元旋转-45度(以星座映射图的I轴和Q轴相交的原点为中心顺时针方向旋转45度)，使映射至I/Q轴上的码元旋转到象限内。
在本比特映射例中，通过使内圆按照图3的(a)～(b)所示旋转-45度，位于各象限的排后的2个比特在内圆和外圆中相同，能够应用与QPSK等效的处理。因此，在应用了接收码元用相位旋转部13、相位旋转调整部14的处理后，使其通过QPSK的似然度生成电路即第1似然度生成部15，由此在第1似然度生成部15中能够输出8QAM的排后的2个比特的2比特的似然度。并且，由于对象限方向仅分配给排后的2个比特，因而也能够应用与QPSK同样的差动编码及解码。
本例是安装本发明的电路所需要的比特映射，但比特的分配规则自身也可以不同。方针是根据内圆还是外圆来分配8QAM的3个比特中的1个比特(例如排最前的比特)。剩余的2个比特(例如排后的2个比特)分配给使对外圆分配的比特映射旋转±45度后的相邻码元中的任意码元。通过遵守上述的规则，无需改变似然度生成的结构即可应对。另外，在将外圆的码元和旋转-45度后的码元作为使排后的2个比特相同的比特映射的情况下，通过相位旋转处理部14b使其旋转45度，由此能够采取相同的结构。并且，对于图1的(a)的映射，比特映射的法则也相同，通过将旋转的码元设为外圆的码元，图1的(a)的映射也能够应对。
接着，生成剩余的1个比特的似然度。图4示出基于图2的相位旋转调整部14的输出的处理。图4的(a)示出相位旋转调整部14(相位旋转处理部14b)的输出的码元映射，(b)示出利用图2的相位旋转部16使(a)的码元映射进行相位旋转到第1象限的情况下的码元映射。其中，排后的2个比特由图2的第1似然度生成部15生成似然度，因而仅记载排前的1个比特。
接着，在图2的第2似然度生成部17中生成剩余的1个比特的似然度，图4的(c)示出第2似然度生成部17的似然度计算方法。在第2似然度生成部17的偏置处理部17a的偏置处理中，进行使被映射至第1象限的2个码元的中间点移动到原点的处理。在常数倍处理部17b中，对将中间点移动到原点的2个码元施加常数倍处理。该处理是用于应用QPSK似然度生成处理的处理。这样通过应用偏置、常数倍处理，将码元映射调整至能够利用QPSK似然度生成部17c生成似然度的范围内，由此能够共用QPSK似然度生成部来生成1个比特的似然度。在此，从QPSK似然度生成部17c输出2个比特的似然度，但在图3的映射中，无论输出I/Q成分的哪个似然度都能够得到相同的结果，因而输出哪个都可以。并且，也能够通过似然度相加来提高似然度的精度。
如上所述，能够提供使8QAM和QPSK的似然度生成电路共用化的电路，能够解决曾经成为问题的安装与调制方式相应的似然度生成电路而导致的电路规模增大。
实施方式2
图5是示出本发明的实施方式2的似然度生成电路的概略结构的图。图5示出作为8QAM的似然度生成电路执行图3、4的排前的1个比特的比特映射的另一种生成方法。其中，到排后的2个比特为止的处理与图2相同，同样能够实现8QAM和QPSK的似然度生成电路的共用化。第2似然度生成部18生成剩余1个比特的似然度。第2似然度生成部18具有与(第1)阈值判定部14a不同的(第2)阈值判定部18a、似然度计算部18b、以及赋予软判决值的软判决表输出部18c，该软判决值是将似然度计算部18b的运算结果转化为将要输出的尺寸的值。
另外，与上述实施方式相同，为了基于调制方式进行的似然度生成的切换，作为调制方式选择部分，例如在图5的左侧的接收码元的输入侧和右侧的似然度的输出侧中的至少一方设置输入或者输出的切换部(用虚线示出)。并且，由接收码元用相位旋转部13和相位旋转调整部14构成相位旋转部分，由第1及第2似然度生成部15、18构成似然度生成部分。
第2似然度生成部18是1个比特的似然度生成部，如上所述，排后的2个比特的似然度生成方法与前述的方法相同，因而对排前的1个比特的似然度生成处理进行说明。
(第2)阈值判定部18a判定图6的区域。其中，阈值判定部18a的阈值判定是用于判定相对于I＝Q的轴206而言下方的区域#1(204)或上方的区域#2(205)哪一方区域中存在数据(码元)。似然度的计算是将差分常数倍后的值作为似然度，该差分是指作为似然度计算对象的比特为“1”的码元与接收数据的欧几里得距离中的最小欧几里得距离、与作为计算对象的比特为“0”的码元与接收数据的欧几里得距离中的最小欧几里得距离的差分。
当在第1象限存在数据的情况下，图6所示的码元(0：s1)201、码元(1：s2)202、码元(1：s3)203将“1”或者“0”的欧几里得距离作为最小。第2似然度生成部18的输入是接收码元用相位旋转部13的输出，因而仅在第1象限中存在接收数据。其中，在图3的映射例中，在将排前的1个比特的似然度作为计算对象的情况下，码元(0：s1)201是成为“0”的最小欧几里得距离的码元，当在区域#1(204)中存在数据的情况下，码元(1：s2)202是成为“1”的最小欧几里得距离的码元，当在区域#2(205)中存在数据的情况下，码元(1：s3)203是成为“1”的最小欧几里得距离的码元，根据以下的计算能够计算出似然度(对数似然度比LLR)。
LLR＝[1/(2σ2)](|r-s2|2-|r-s1|2) 区域#1
LLR＝[1/(2σ2)](|r-s3|2-|r-s1|2) 区域#2
其中，r表示接收到的数据，σ2表示高斯噪声的方差。
根据以上所述，当在阈值判定部18a中根据阈值判定了区域的情况下，决定待计算的码元的候选。
在似然度计算部18b中接受阈值判定的结果，计算码元(0：s1)201、码元(1：s2)202、码元(1：s3)203与所接收到的数据的欧几里得距离，通过运算计算出似然度。在8QAM中，需要计算8个码元候选点与接收到的数据之间的欧几里得距离，并选择最小欧几里得距离计算似然度，但是通过采取本结构，仅仅计算两个欧几里得距离即可计算似然度，能够实现电路削减。并且，在欧几里得距离的计算中，码元(0：s1)201、码元(1：s2)202、码元(1：s3)203的映射是固定值，因而在将上式展开时，仅将接收数据与位移(bit shift)相加即可表现，能够生成不需要应用乘法电路的电路。
在软判决表输出部18c中，通过具有反映了似然度计算时的常数倍处理的表(用于将利用似然度计算部18b得到的似然度值变换为实施了常数倍处理后的结果的似然度值的表)，作为最终的似然度值进行输出。
如上所述，通过共用用于求出8QAM的接收码元的似然度的排后的2个比特的似然度的电路和QPSK的似然度生成电路，能够采取可简化8QAM的接收码元的似然度的排最前的1个比特的运算并可得到电路削减效果的结构。
另外，本发明的似然度生成电路例如由微处理器/FPGA/ASIC等构成。
产业上的可利用性
本发明的似然度生成电路及其方法能够广泛应用于各种领域的接收装置等。
标号说明
12路径；13接收码元用相位旋转部；14相位旋转调整部；14a(第1)阈值判定部；14b相位旋转处理部；15第1似然度生成部；15a、17c QPSK似然度生成部；16相位旋转部；17第2似然度生成部；17a偏置处理部；17b常数倍处理部；18第2似然度生成部；18a(第2)阈值判定部；18b似然度计算部；18c软判决表输出部。

Claims (7)

1.一种似然度生成电路，其生成QPSK调制方式及8QAM调制方式的接收数据的接收码元的似然度，其特征在于，该似然度生成电路具有：
相位旋转调整部，其对被分配了选择星座映射图上的内圆或外圆的比特和表示各象限的2个比特而进行了比特映射的、8QAM调制方式的接收数据的码元集的内圆或者外圆的码元进行相位旋转；
第1似然度生成部，其通过QPSK似然度生成，一并生成QPSK调制方式的接收数据的接收码元的似然度、以及表示由所述相位旋转调整部处理后的8QAM调制方式的码元集的象限的2个比特的似然度；
相位旋转部，其使由所述相位旋转调整部处理后的8QAM调制方式的码元集相位旋转到所述星座映射图上的第1象限；以及
第2似然度生成部，其使由所述相位旋转部处理后的8QAM调制方式的码元集移动到QPSK调制方式的码元映射位置，通过QPSK似然度生成，生成表示是8QAM调制方式的码元集的内圆还是外圆的比特的似然度。
2.根据权利要求1所述的似然度生成电路，其特征在于，
在所述第2似然度生成部中，对相位旋转到所述第1象限的码元集进行偏置及常数倍的处理，通过QPSK似然度生成，生成下述比特的似然度，该比特表示是8QAM调制方式的码元集的内圆还是外圆。
3.根据权利要求1或2所述的似然度生成电路，其特征在于，
所述似然度生成电路还具有使8QAM调制方式的接收数据的码元集相位旋转到所述星座映射图上的第1象限的接收码元用相位旋转部，所述相位旋转调整部对所述接收码元用相位旋转部处理后的码元集进行相位旋转。
4.一种似然度生成电路，其生成QPSK调制方式及8QAM调制方式的接收数据的接收码元的似然度，其特征在于，该似然度生成电路具有：
相位旋转调整部，其对被分配了选择星座映射图上的内圆或外圆的比特和表示各象限的2个比特而进行了比特映射的、8QAM调制方式的接收数据的码元集的内圆或者外圆的码元进行相位旋转；
第1似然度生成部，其通过QPSK似然度生成，一并生成QPSK调制方式的接收数据的接收码元的似然度、以及表示由所述相位旋转调整部处理后的8QAM调制方式的码元集的象限的2个比特的似然度；
接收码元用相位旋转部，其使8QAM调制方式的接收数据的码元集相位旋转到所述星座映射图上的第1象限；以及
第2似然度生成部，其从所述接收码元用相位旋转部处理后的8QAM调制方式的码元集中，根据各码元的位置决定进行似然度计算的码元的候选，仅根据候选的码元生成表示是8QAM调制方式的数据的码元集的内圆还是外圆的比特的似然度。
5.根据权利要求4所述的似然度生成电路，其特征在于，
在所述第2似然度生成部中，根据以I＝Q的轴为基准的区域与码元之间的关系来判定码元的位置。
6.根据权利要求4或5所述的似然度生成电路，其特征在于，
所述相位旋转调整部对在所述接收码元用相位旋转部中相位旋转到所述星座映射图上的第1象限的8QAM调制方式的接收数据的码元集进行相位旋转。
7.一种似然度生成方法，生成QPSK调制方式及8QAM调制方式的接收数据的接收码元的似然度，其特征在于，在该似然度生成方法中，
根据是在星座映射图上的内圆还是外圆来分配8QAM调制方式的3个比特中的1个比特，将剩余的2个比特分配给使对外圆分配的比特映射旋转±45度后的相邻码元中的任意码元，
通过QPSK似然度生成，一并生成QPSK调制方式的接收数据的接收码元的似然度、以及对相位旋转处理后的8QAM调制方式的接收数据的码元集的外圆分配的2个比特的似然度，使所述相位旋转处理后的8QAM调制方式的码元集移动到QPSK调制方式的码元映射位置，通过QPSK似然度生成，生成表示是8QAM调制方式的码元集的内圆还是外圆的比特的似然度。
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