CN107872295A - 一种适用于OvXDM系统的软值提取方法、装置及OvXDM系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种适用于OvXDM系统的软值提取方法、装置及OvXDM系统。所述方法中，对所述硬值序列中全部符号进行波形编码，得到重叠编码后的预测值；对所述硬值序列进行逐符号翻转，再对每次翻转的符号及其前后相关联的符号进行重叠编码，以得到翻转后的符号的预测值；对于硬值序列中每一个符号，根据A×(z⁺¹‑z^‑1)计算当前符号的软值，其中A为与所述信道类型相关的系数，z⁺¹＝||y_rx‑y⁺¹||²,z^‑1＝||y_rx‑y^‑1||²，其中若y⁺¹为符号翻转前重叠编码的预测值，那么y^‑1为符号翻转后重叠编码的预测值；反之若y^‑1为符号翻转前重叠编码的预测值，那么y⁺¹为符号翻转后重叠编码的预测值，y_rx为接收信号序列。

Description

一种适用于OvXDM系统的软值提取方法、装置及OvXDM系统

技术领域

本申请涉及编译码领域，具体涉及一种适用于OvXDM系统的软值提取方法、装置及OvXDM系统。

背景技术

一般情况下，OvXDM系统在接收端完成波形译码后，整个过程就结束。稍复杂的情况，技术人员会将OvXDM系统与常见的传统通信技术相结合，以提高整体系统的性能，如级联OvXDM系统、预编码OvXDM系统等。而纠错码具有较好的纠错能力，能够提高整体系统的性能，降低误码率，所以大多数技术人员会将纠错码应用于OvXDM系统中。常用的纠错码译码方法中，输入信息包括硬信息和软信息，硬信息表示真实信息或数据，例如，在一个二元数据的OvXDM系统中，硬信息可以表示为{+1，-1}；软信息表示每个信息的可能取值概率。实践证明，硬信息相较软信息而言，其纠错码性能差，且有一定的编码增益损失，因此，为了提高整体系统的编码增益，大多情况采用软信息纠错码。

然而在OvXDM系统中，如果波形译码后得到的信息为硬信息，比如常用的维特比译码方法，为了将软信息纠错码应用于OvXDM系统中，首先要解决的一个问题就是，将硬信息对应的软信息提取出来。

发明内容

为解决上述问题，本申请提供一种适用于OvXDM系统的软值提取方法、装置及OvXDM系统。

根据本申请的第一方面，本申请提供一种适用于OvXDM系统的软值提取方法，包括：

对译码得到的硬值序列中全部符号进行波形编码，得到重叠编码后的预测值；

对所述硬值序列进行逐符号翻转，再对每次翻转的符号及其前后相关联的符号进行重叠编码，以得到翻转后的符号的预测值；

对于硬值序列中每一个符号，根据A×(z⁺¹-z^-1)计算当前符号的软值，其中A为与信道类型相关的系数，z⁺¹＝||y_rx-y⁺¹||²,z^-1＝||y_rx-y^-1||²，其中若y⁺¹为符号翻转前重叠编码的预测值，那么y^-1为符号翻转后重叠编码的预测值；反之，若y^-1为符号翻转前重叠编码的预测值，那么y⁺¹为符号翻转后重叠编码的预测值，y_rx为接收信号序列。

根据本申请的第二方面，本申请提供一种适用于OvXDM系统的软值提取装置，包括：

预测值计算单元，用于对译码得到的硬值序列中全部符号进行波形编码，得到重叠编码后的预测值；

翻转符号预测值计算单元，用于对所述硬值序列进行逐符号翻转，再对每次翻转的符号及其前后相关联的符号进行重叠编码，以得到翻转后的符号的预测值；

符号软值计算单元，用于对于硬值序列中每一个符号，根据A*(z⁺¹-z^-1)计算当前符号的软值，其中A为与信道类型相关的系数，z⁺¹＝||y_rx-y⁺¹||²,z^-1＝||y_rx-y^-1||²，其中若y⁺¹为符号翻转前重叠编码的预测值，那么y^-1为符号翻转后重叠编码的预测值；反之若y^-1为符号翻转前重叠编码的预测值，那么y⁺¹为符号翻转后重叠编码的预测值，y_rx为接收信号序列。

根据本申请的第三方面，本申请提出一种OvXDM系统，包括上述的适用于OvXDM系统的软值提取装置，其中OvXDM系统为OvTDM系统、OvFDM系统、OvCDM系统、OvSDM系统或OvHDM系统。

本申请的有益效果是：

依上述实施的适用于OvXDM系统的软值提取方法、装置及OvXDM系统，通过对OvXDM波形译码后得到的硬值进一步处理，采用对数似然函数提取每个符号的软信息，从而可实现软值译码，提高了系统的编码增益；同时也提高了OvXDM系统设计的灵活性，使得OvXDM系统可以和常用的软信息纠错码相结合，提高整体系统的编码增益。

附图说明

图1为传统OvTDM系统的发射端的结构示意图；

图2为OvTDM系统对输入符号进行重叠复用编码的平行四边形规则示意图；

图3(a)、(b)分别传统OvTDM接收端的预处理单元、序列检测单元；

图4为系统重叠复用次数K＝3时，系统输入-输出码树图；

图5为图4相应的系统的节点状态转移图；

图6为图4或图5相应的系统的格状(Trellis)图；

图7为本申请一实施例中适用于OvXDM系统的软值提取方法中在路径中的某个t-1时刻至t时刻的路径选择示意图；

图8为本申请一实施例中适用于OvXDM系统的软值提取方法的流程示意图；

图9为本申请一实施例中适用于OvXDM系统的软值提取方法的波形编码平等四边形示意图；

图10为本申请一实施例中适用于OvXDM系统的软值提取装置的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本申请作进一步详细说明。

现代信道编码方法中，常使用的译码方法为软入软出(Soft In Soft Out，SISO)，再配合迭代的方法，即迭代译码，有时也称为Turbo译码。软入软出的译码方法相对于传统的信道编码代数译码的方法可额外提高一定的编码增益。但软入软出的译码方法前提条件是译码器软信息的输入，然而在OvXDM系统中，如果波形译码后得到的信息为硬信息，比如常用的维特比译码方法，，若想采用软入软出的译码方法，首先需要从OvXDM系统中提取出软值。

本申请中，OvXDM系统为重叠时分复用(OvTDM，Overlapped Time DivisionMultiplexing)系统、重叠频分复用(OvFDM，Overlapped Frequency DivisionMultiplexing)系统、重叠码分复用(OvCDM，Overlapped Code Division Multiplexing)系统、重叠空分复用(OvSDM，Overlapped Space Division Multiplexing)系统或重叠混合复用(OvHDM，Overlapped Hybrid Division Multiplexing)系统。

不妨以OvTDM系统为例，简要说明一下系统的收发端。

如图1所示，为OvTDM发送端的发送过程，具体步骤如下：

(1)首先设计生成发送信号的包络波形h(t)。

(2)将(1)中所设计的包络波形h(t)经特定时间移位后，形成其它各个时刻发送信号包络波形h(t-i×ΔT)。

(3)将所要发送的符号x_i与(2)生成的相应时刻的包络波形h(t-i×ΔT)相乘，得到各个时刻的待发送信号波形x_ih(t-i×ΔT)。

(4)将(3)所形成的各个待发送波形进行x_ih(t-i×ΔT)叠加，形成发射信号波形。发送的信号可以表示为：

其中，重叠复用方法遵循如图2所示的平行四边形规则。

发送端将编码调制后的信号通过天线发射出去，信号在无线信道中传输，接收端对接收信号进行匹配滤波，再对信号分别进行抽样、译码，最终判决输出比特流。

如图3所示，为OvTDM接收端的接收过程，其中，图3(a)为OvTDM接收端的预处理单元，图3(b)为OvTDM接收端的序列检测单元，具体步骤如下：

(5)首先对接收信号进行同步，包括载波同步、帧同步、符号时间同步等。

(6)根据取样定理，对每一帧内的接收信号进行数字化处理。

(7)对接收到的波形按照波形发送时间间隔切割。

(8)按照一定的译码算法对切割后的波形进行译码。例如，以维特比译码进行译码。

其中，译码过程请参照图4～6，图4为重叠复用次数K＝3时，系统输入-输出码树图，图5为系统相应的节点状态转移图，图6为系统的格状(Trellis)图。

经过波形译码和解调的输出结果为硬信息，因此，要想采用软入软出的译码方法，首先需要从上述系统中提取出各硬信息对应的软信息，也即软值。

本申请是通过对传统OvXDM波形译码后得到的硬值进一步处理，采用对数似然函数提取每个符号的软信息，具体原理如下：

经过波形译码后所有硬值均已值出，即在格状图中已找出所有时刻的最大似然结果。在路径中的某个t-1时刻至t时刻，在最优路径输出的基础上，分别有两个选择，分别是输入值为+1或输入值为-1，如附图7所示。

令z⁺¹和z^-1分别表示在t时刻进行相反符号取值的两路路径的总测试，令r表示t时刻的总接收信号序列，令y⁺¹和y^-1分别表示波形译码的结果经过重叠复用后所对应的预测值，其中y⁺¹和y^-1分别对应t时刻取+1和-1的情况，则此时相应的测试可表示为：

z⁺¹＝||r-y⁺¹||²；

z⁺¹＝||r-y^-1||²；

令y_rx表示系统发送端发出的重叠复用后的序列，若信道为加性高斯白噪声(AWGN，Additive White Gaussian Noise)，t时刻对应的两种取值，其相应的信道转移概率可分别表示为：

在基于维特比译码t-1时刻以前已经判断的结果的基础上，可知在t-1时刻到t时刻仅存两种路径转移可能。令s_t为t时刻的输出符号，因此，可将t-1时刻转移到t时刻的符号概率表示为：

对上面两式取对数似然比后，可得到:

其中σ²为噪声方差。得到的LLR即为当前时刻硬值对应的软值。

在上述过程中，若还考虑信道衰减系数，则测度z⁺¹和z^-1的计算分别被调整如下：

z⁺¹＝||r-αy⁺¹||²

z^-1＝||r-αy^-1||²；

其中α为信道衰减系数。

以上为本申请的提取硬信息对应的软信息的构思及原理，下面对本申请进行详细说明。

不妨令OvXDM的重叠次数为K，数据帧长为N。发送端经过OvXDM波形编码发出去的信号为y_tx，信号经过真实信道传输到达接收端收到的信号后为y_rx。请参照图8，本申请提出一种适用于OvXDM系统的软值提取方法，包括步骤S05～S09，在一实施例中，还可以包括步骤S01和S03。在一实施例中，OvXDM系统为OvTDM系统、OvFDM系统、OvCDM系统、OvSDM系统或OvHDM系统。

步骤S01、对接收信号序列y_rx进行同步处理和信道均衡。

步骤S03、对经过同步处理和信道均衡后的接收信号序列按照预定的译码方法进行波形译码，得到译码后的硬值序列。硬值序列中各硬值可表示为i表示符号索引，取值范围为1～N，N为数据帧长度。在一实施例中，步骤S03中的预定的译码方法可以是现有的译码方法，例如维特比译码方法，也可以是将来出现的译码方法。

步骤S05、对译码得到的硬值序列中全部符号进行波形编码，得到重叠编码后的预测值。需要说明的是，由于OvXDM系统符号之间的相关性，当前符号经过卷积编码只影响其i-K+1位到i+K+1位。因此步骤S05中逐符号翻转后计算重新波形卷积时，只需对关联的符号进行重叠编码，不用对全部N个符号进行重叠编码。不妨以OvTDM系统为例，波形卷积编码过程呈平行四边形状，N个符号中前后K-1位符号波形卷积只影响其后或前一部分符号，对符号翻转求重叠编码预测值的过程可分为三部分单独处理，即1至K-1位，K至N-K+1位、后N-K+2至N位，如图9所示。

步骤S07、对上述硬值序列进行逐符号翻转，再对每次翻转的符号及其前后相关联的符号进行重叠编码，以得到翻转后的符号的预测值。当OvXDM系统重叠次数K较大或帧长N较长时，重新对每一位比特翻转进行全序列的重叠复用编码复杂度较大，工程实现时会造成较大的时延，而由于在最后的LLR计算过程中，存在翻转比特后测度相减的操作，所以，可只计算与翻转比特编码发生重叠的相关比特的度量值，对比序列间的差异，换言之，测度之差也仅在此部分的度量值之间产生。

步骤S09、对于硬值序列中每一个符号，根据LLR＝A×(z⁺¹-z^-1)计算当前符号的软值，其中A为与步骤S01中信道类型相关的系数，z⁺¹＝||y_rx-y⁺¹||²,z^-1＝||y_rx-y^-1||²，其中若y⁺¹为符号翻转前重叠编码的预测值，那么y^-1为符号翻转后重叠编码的预测值；反之，若y^-1为符号翻转前重叠编码的预测值，那么y⁺¹为符号翻转后重叠编码的预测值，y_rx为接收信号序列。在一实施例中，当步骤S01中的信道类型为加性高斯白噪声信道时，如果波形译码后得到的符号为+1，A为如果波形译码后得到的符号为-1，A为其中σ²为信道均方差，信道均方差σ²可以通过信道估计得到；在一实施例中，若考虑信道衰减系数，则z⁺¹和z^-1的计算可被调整为z⁺¹＝||y_rx-αy⁺¹||²，z^-1＝||y_rx-αy^-1||²，其中α为信道衰减系数，其可以通过信道估计得到。在一实施例中，还可以根据具体情况对计算得到的软信息进行调整，即乘以一个调整因子φ，换句话说，当前符号的软值被调整后变为φ×A×(z⁺¹-z^-1)，调整因子φ的取值为0～1，当OvXDM系统的重叠次数K越大，φ的取值越小，也就是越靠近0；步骤S09中得到数据帧中各符号对应的软值，这些软值可作为下一级的软入软出纠错码的输入信息。

在本申请的适用于OvXDM系统的软值提取方法，步骤S01和S03为硬值译码，步骤S05、S07和S09是从硬值中提取其相应的软信息(软值)，提取出的软值可被用于下一极的软入软出的纠错码中。

本申请的软值提取方法解决了如果传统OvXDM波形译码得到符号硬值，当OvXDM系统与纠错码相结合时，硬值纠错译码相较软值纠错译码有一定的编码增益损失，在接收端以硬值作为纠错码的输入信息时，降低了系统的性能的问题。本申请的软值提取方法通过对传统OvXDM波形译码后得到的硬值进一步处理，采用对数似然函数提取每个符号的软信息，从而可以进一步实现软值译码，提高了系统的编码增益，同时提高了OvXDM系统设计的灵活性，使得OvXDM系统可以和常用的软信息纠错码相结合，提高整体系统的编码增益。

相应地，本申请还提出一种OvXDM系统，其包括一种适用于OvXDM系统的软值提取装置，其中OvXDM系统为OvTDM系统、OvFDM系统、OvCDM系统、OvSDM系统或OvHDM系统。请参照图10，适用于OvXDM系统的软值提取装置包括预测值计算单元05、翻转符号预测值计算单元07和符号软值计算单元09，在一较优的实施例中，还包括系数单元11、信道衰减单元13和调整因子单元15中的至少一者；在一实施例中，还可以包括预处理单元01和译码单元03。

预处理单元01用于对接收信号序列y_rx进行同步处理和信道均衡。

译码单元03用于对经过同步处理和信道均衡后的接收信号序列按照预定的译码方法进行波形译码，得到译码后的硬值序列。硬值序列中各硬值可表示为i表示符号索引，取值范围为1～N，N为数据帧长度。在一实施例中，译码单元03中的预定的译码方法可以是现有的译码方法，例如维特比译码方法，也可以是将来出现的译码方法。

预测值计算单元05用于对上述硬值序列中全部符号进行波形编码，得到重叠编码后的预测值。需要说明的是，由于OvXDM系统符号之间的相关性，当前符号经过卷积编码只影响其i-K+1位到i+K+1位。因此步骤S05中逐符号翻转后计算重新波形卷积时，只需对关联的符号进行重叠编码，不用对全部N个符号进行重叠编码。不妨以OvTDM系统为例，波形卷积编码过程呈平行四边形状，N个符号中前后K-1位符号波形卷积只影响其后或前一部分符号，对符号翻转求重叠编码预测值的过程可分为三部分单独处理，即1至K-1位，K至N-K+1位、后N-K+2至N位，如前面图9所示。

翻转符号预测值计算单元07用于对上述硬值序列进行逐符号翻转，再对每次翻转的符号及其前后相关联的符号进行重叠编码，以得到翻转后的符号的预测值。当OvXDM系统重叠次数K较大或帧长N较长时，重新对每一位比特翻转进行全序列的重叠复用编码复杂度较大，工程实现时会造成较大的时延，而由于在最后的LLR计算过程中，存在翻转比特后测度相减的操作，所以，可只计算与翻转比特编码发生重叠的相关比特的度量值，对比序列间的差异，换言之，测度之差也仅在此部分的度量值之间产生。

符号软值计算单元09用于对于硬值序列中每一个符号，根据A×(z⁺¹-z^-1)计算当前符号的软值，其中A为与信道类型相关的系数，z⁺¹＝||y_rx-y⁺¹||²,z^-1＝||y_rx-y^-1||²，其中若y⁺¹为符号翻转前重叠编码的预测值，那么y^-1为符号翻转后重叠编码的预测值；反之，若y^-1为符号翻转前重叠编码的预测值，那么y⁺¹为符号翻转后重叠编码的预测值，y_rx为当前时刻的接收信号序列。符号软值计算单元09中得到数据帧中各符号对应的软值，这些软值可作为下一级的软入软出纠错码的输入信息。

系数单元11用于对符号软值计算单元09中系数A进行赋值，当信道类型为加性高斯白噪声信道时，如果波形译码后得到的符号为+1，A被赋值为如果波形译码后得到的符号为-1，A被赋值为其中σ²为信道均方差，信道均方差σ²可以通过信道估计得到；

信道衰减单元13用于当符号软值计算单元计算当前符号的软值时，还引入信道衰减系数α，使得z⁺¹＝||y_rx-αy⁺¹||²，z^-1＝||y_rx-αy^-1||²，其中信道衰减系数α可以通过信道估计得到。

调整因子单元15用于当符号软值计算单元计算当前符号的软值时，还引入一个调整因子φ，使得当前符号的软值为φ×A×(z⁺¹-z^-1)，其中所述调整因子φ的取值为0～1，当OvXDM系统的重叠次数越大，φ的取值越小。

以上内容是结合具体的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。

Claims (10)

1.一种适用于OvXDM系统的软值提取方法，其特征在于，包括：

对译码得到的硬值序列中全部符号进行波形编码，得到重叠编码后的预测值；

对所述硬值序列进行逐符号翻转，再对每次翻转的符号及其前后相关联的符号进行重叠编码，以得到翻转后的符号的预测值；

对于硬值序列中每一个符号，根据A×(z⁺¹-z^-1)计算当前符号的软值，其中A为与信道类型相关的系数，z⁺¹＝||y_rx-y⁺¹||²,z^-1＝||y_rx-y^-1||²，

其中若y⁺¹为符号翻转前重叠编码的预测值，y^-1为符号翻转后重叠编码的预测值；或者，y^-1为符号翻转前重叠编码的预测值，y⁺¹为符号翻转后重叠编码的预测值，y_rx为接收信号序列。

2.如权利要求1所述的适用于OvXDM系统的软值提取方法，其特征在于，当所述信道为加性高斯白噪声信道时，如果波形译码后得到的符号为+1，A为如果波形译码后得到的符号为-1，A为其中σ²为信道均方差。

3.如权利要求2所述的适用于OvXDM系统的软值提取方法，其特征在于，根据A×(z⁺¹-z^-1)计算当前符号的软值时，还乘以一个调整因子φ，所述调整因子φ的取值为0～1，当OvXDM系统的重叠次数增大，φ的取值减小。

4.如权利要求1所述的OvXDM系统的软值提取方法，其特征在于，根据A×(z⁺¹-z^-1)计算当前符号的软值时，进行信道衰减，所述信道衰减系数为α,z⁺¹＝||y_rx-αy⁺¹||²,z^-1＝||y_rx-αy^-1||²。

5.如权利要求1至4中任一项所述的适用于OvXDM系统的软值提取方法，其特征在于，所述OvXDM系统为OvTDM系统、OvFDM系统、OvCDM系统、OvSDM系统或OvHDM系统。

6.一种适用于OvXDM系统的软值提取装置，其特征在于，包括：

预测值计算单元，用于对译码得到的硬值序列中全部符号进行波形编码，得到重叠编码后的预测值；

翻转符号预测值计算单元，用于对所述硬值序列进行逐符号翻转，再对每次翻转的符号及其前后相关联的符号进行重叠编码，以得到翻转后的符号的预测值；

符号软值计算单元，用于对于硬值序列中每一个符号，根据A×(z⁺¹-z^-1)计算当前符号的软值，其中A为与信道类型相关的系数，z⁺¹＝||y_rx-y⁺¹||²,z^-1＝||y_rx-y^-1||²，

其中，y⁺¹为符号翻转前重叠编码的预测值，y^-1为符号翻转后重叠编码的预测值；或者，y^-1为符号翻转前重叠编码的预测值，y⁺¹为符号翻转后重叠编码的预测值，y_rx为接收信号序列。

7.如权利要求6所述的适用于OvXDM系统的软值提取装置，其特征在于，还包括系数单元，用于对符号软值计算单元中系数A进行赋值，当信道为加性高斯白噪声信道时，如果波形译码后得到的符号为+1，A被赋值为如果波形译码后得到的符号为-1，A为其中σ²为信道均方差。

8.如权利要求7所述的适用于OvXDM系统的软值提取装置，其特征在于，还包括调整因子单元，用于当符号软值计算单元计算当前符号的软值时，还引入一个调整因子φ，使得当前符号的软值为φ×A×(z⁺¹-z^-1)，其中所述调整因子φ的取值为0～1，当OvXDM系统的重叠次数增大，φ的取值减小。

9.如权利要求6所述的适用于OvXDM系统的软值提取装置，其特征在于，还包括信道衰减单元，用于当符号软值计算单元计算当前符号的软值时，进行信道衰减，所述信道衰减的系数为α，使得z⁺¹＝||y_rx-αy⁺¹||²,z^-1＝||y_rx-αy^-1||²。

10.一种OvXDM系统，其特征在于，包括如权利要求6至9中任一项所述的适用于OvXDM系统的软值提取装置，其中OvXDM系统为OvTDM系统、OvFDM系统、OvCDM系统、OvSDM系统或OvHDM系统。