CN109474552B - 软符号估计方法、接收机及计算机可读介质 - Google Patents

软符号估计方法、接收机及计算机可读介质 Download PDF

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Abstract

一种软符号估计方法、接收机及计算机可读介质。所述软符号估计方法包括：计算传输符号为第i个星座图映射符号的概率，其中i为星座图映射符号的索引值；基于相邻的星座图映射符号之间的相同比特，计算传输符号为与第i个星座图映射符号相邻的星座图映射符号的概率。应用上述方案，可以利用任意两个相邻的映射符号之间具有部分相同的比特信息，简化星座图符号概率的计算，从而降低软符号估计的复杂度。

Description

软符号估计方法、接收机及计算机可读介质
技术领域
本发明实施例涉及通信领域，尤其涉及一种软符号估计方法、接收机及计算机可读介质。
背景技术
随着无线通信系统的快速发展，接收机复杂度也随之增加。在无线通信系统中，不管发送端发送比特1还是比特0，接收端都可能误判。如果接收到信号r，正确判为0的概率与正确判为1的概率的比值就是似然比，将其取自然对数即为对数似然比(Log LikelihoodRatio，LLR)。
传统接收机需要根据接收到的每一个比特的LLR，通过加权和，计算传输符号为每一个星座图映射符号的概率，即软符号估计，复杂度很高。
发明内容
本发明实施例解决的技术问题是如何降低接收机进行软符号估计的复杂度。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种软符号估计方法，所述方法包括：计算传输符号为第i个星座图映射符号的概率，其中i为星座图映射符号的索引值；基于相邻的星座图映射符号之间的相同比特，计算传输符号为与第i个星座图映射符号相邻的星座图映射符号的概率。
可选地，所述计算传输符号为第i个星座图映射符号的概率包括：计算传输符号为第i个星座图映射符号pi的概率为：Pr[pPAM＝pi]，其中Pr[·]为求概率运算符，pPAM为采用脉冲幅度调制的传输符号。
可选地，所述基于相邻的星座图映射符号之间的相同比特，计算传输符号为与第i个星座图映射符号相邻的星座图映射符号的概率，包括：获取第i个星座图映射符号pi的第k位比特xk的值为b,其中b∈{0,1}；利用相邻的星座图映射符号之间的相同比特，推算与第i个星座图映射符号相邻的第i+1个星座图映射符号pi+1的第k位比特xk的值为
Figure BDA0001402439440000011
计算传输符号为第i+1个星座图映射符号pi+1的概率为：
Figure BDA0001402439440000021
其中L(xk)为第k位比特xk的先验最大似然比。
可选地，所述星座图包括：独立正交的I路PAM星座图和Q路PAM星座图，对于任一路PAM星座图，pi和pi+1为相邻的两个星座图映射符号，每个星座图映射符号由N位比特组成，其中
Figure BDA0001402439440000022
R为PAM星座图的阶数，N＝M/2，M＝log2R。
本发明实施例提供一种接收机，所述接收机包括：第一计算单元，适于计算传输符号为第i个星座图映射符号的概率，其中i为星座图映射符号的索引值；第二计算单元，适于基于相邻的星座图映射符号之间的相同比特，计算传输符号为与第i个星座图映射符号相邻的星座图映射符号的概率。
可选地，所述第一计算单元包括：第一计算子单元，适于计算传输符号为第i个星座图映射符号pi的概率为：Pr[pPAM＝pi],其中Pr[·]为求概率运算符，pPAM为采用脉冲幅度调制的传输符号。
可选地，所述第二计算单元包括：第一获取子单元，适于获取第i个星座图映射符号pi的第k位比特xk的值为b,其中b∈{0,1}；第二计算子单元，适于利用相邻的星座图映射符号之间的相同比特，推算与第i个星座图映射符号相邻的第i+1个星座图映射符号pi+1的第k位比特xk的值为
Figure BDA0001402439440000023
第三计算子单元，适于计算传输符号为第i+1个星座图映射符号pi+1的概率为：
Figure BDA0001402439440000024
其中L(xk)为第k位比特xk的先验最大似然比。
可选地，所述星座图包括：独立正交的I路PAM星座图和Q路PAM星座图，对于任一路PAM星座图，pi和pi+1为相邻的两个PAM星座图映射符号，每个PAM星座图映射符号由N位比特组成，其中
Figure BDA0001402439440000025
R为PAM星座图的阶数，N＝M/2，M＝log2R。
本发明实施例提供一种计算机可读介质，其上存储有计算机指令，所述计算机指令运行时执行上述任一种所述方法对应的步骤。
本发明实施例提供一种接收机，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有能够在所述处理器上运行的计算机指令，所述处理器运行所述计算机指令时执行上述任一种所述方法对应的步骤。
与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：
本发明实施例通过计算传输符号为第i个星座图映射符号的概率，并基于相邻的星座图映射符号之间的相同比特，计算传输符号为与第i个星座图映射符号相邻的星座图映射符号的概率，可以利用任意两个相邻的映射符号之间具有部分相同的比特信息，简化星座图映射符号的概率的计算，从而降低软符号估计的复杂度。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种软符号估计方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的一种星座图映射符号的组成示意图；
图3是本发明实施例提供的一种接收机的结构示意图。
具体实施方式
随着无线通信系统的快速发展，接收机复杂度也随之增加。在无线通信系统中，不管发送端发送比特1还是比特0，接收端都可能误判。如果接收到信号r，正确判为0的概率与正确判为1的概率的比值就是似然比，将其取自然对数即为对数似然比(Log LikelihoodRatio，LLR)。传统接收机需要根据接收到的每一个比特的LLR，通过加权和，计算传输符号为每一个星座图映射符号的概率，即软符号估计，复杂度很高。
对于多输入多输出(multiple input multiple output，MIMO)系统，采用线性最小均方误差(Linear Minimum Mean Square Error，LMMSE)迭代接收机，调制方式为采用格雷映射的正交幅度调制(Square Quadrature AmplitudeModulation，S-QAM)，星座图由相互正交的I路(in-phase)和Q路(quadrature)组成。设定系统传输符号为sS-QAM，接收机估计的传输符号为
Figure BDA0001402439440000031
R阶(R-ary)S-QAM星座图的符号为s1,…,sR，且所有符号属于集合sR∈χS-QAM。每个星座图符号si＝x1…xM由M＝log2R位比特组成。
在软符号估计时，首先通过信道译码获取第k位比特xk的先验LLRL(xk)。
计算xk被判断为b的概率如下：
Figure BDA0001402439440000041
其中Pr[·]求概率运算符，b∈{0,1}。
然后计算
Figure BDA0001402439440000042
为星座图符号集合中某一符号的概率，即符号sS-QAM为si的概率，如下：
Figure BDA0001402439440000043
最后计算传输符号sS-QAM的软符号估计值
Figure BDA0001402439440000044
可表示如下：
Figure BDA0001402439440000045
根据公式(2)，计算
Figure BDA0001402439440000046
需要的实数乘法计算的次数为M-1。根据公式(3)所示的计算软符号
Figure BDA0001402439440000047
的方法，所需乘法计算的次数为(M-1+2)R＝(log2R+1)R，所需加法计算的次数为2(R-1)。调制阶数越高，计算复杂度越高。
为了简化上述计算复杂度，可将公式(2)转换为对数域计算，如下：
Figure BDA0001402439440000048
则计算传输符号sS-QAM的软符号估计值
Figure BDA0001402439440000049
可表示如下：
Figure BDA00014024394400000410
由于对数运算和指数运算通常可以通过查表得到，故在不考虑对数运算和指数运算复杂度的前提下，公式(4)需要实数加法计算的次数为log2R-1。根据公式(5)所示的计算软符号
Figure BDA00014024394400000411
的方法所需的实数乘法计算的次数为2R，所需实数加法计算的次数为：(log2R-1)+(2R-2)＝2R+log2R-3，算法复杂度较高。
本发明实施例通过计算传输符号为第i个星座图映射符号的概率，并基于相邻的星座图映射符号之间的相同比特，计算传输符号为与第i个星座图映射符号相邻的星座图映射符号的概率，可以利用任意两个相邻的映射符号之间具有部分相同的比特信息，简化星座图映射符号的概率的计算，从而降低软符号估计的复杂度。
为使本发明的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
参见图1，本发明实施例提供了一种软符号估计方法，所述方法可以包括如下步骤：
步骤S101，计算传输符号为第i个星座图映射符号的概率，其中i为星座图映射符号的索引值。
在具体实施中，可以首先计算传输符号为任一个星座图映射符号的概率，例如，计算传输符号为第i个星座图映射符号的概率，其中i为星座图映射符号的索引值，在具体实施中，i可以为任意可以表示星座图映射符号的正整数。
在本发明一实施例中，可以采用连续的正整数依次表示星座图映射符号，即与第i个星座图映射符号相邻的星座图映射符号对应的索引值为i-1或者i+1。
步骤S102，基于相邻的星座图映射符号之间的相同比特，计算传输符号为与第i个星座图映射符号相邻的星座图映射符号的概率。
在具体实施中，由于相邻的星座图映射符号之间具有部分相同的比特信息，故可以基于相邻的星座图映射符号之间的相同比特，计算传输符号为与第i个星座图映射符号相邻的星座图映射符号的概率。
例如，以8阶脉冲幅度调制(Pulse Amplitude Modulation，PAM)为例，星座图映射符号依次为000、001、011、010、110、111、101和100，可以看出，任意两个相邻的星座图映射符号之间只有一个比特是不同的，另外两个比特是相同的。
在本发明一实施例中，采用连续的正整数依次表示星座图映射符号，计算传输符号为第i个星座图映射符号pi的概率如下：
Pr[pPAM＝pi]
其中Pr[·]为求概率运算符，pPAM为采用PAM的传输符号。
然后获取第i个星座图映射符号pi的第k位比特xk的值为b，其中b∈{0,1}。
利用相邻的星座图映射符号之间的相同比特，推算与第i个星座图映射符号相邻的第i+1个星座图映射符号pi+1的第k位比特xk的值为
Figure BDA0001402439440000061
根据上述信息，计算传输符号为第i+1个星座图映射符号pi+1的概率如下：
Figure BDA0001402439440000062
其中L(xk)为第k位比特xk的先验最大似然比。
根据公式(6)，计算Pr[pPAM＝pi+1]所需的乘法计算的次数仅为1次，降低了计算复杂度。
在具体实施中，所述星座图可以由独立正交的I路PAM星座图和Q路PAM星座图等效组成，对于任一路PAM星座图，pi和pi+1为相邻的两个星座图映射符号，每个星座图映射符号由N位比特组成，其中
Figure BDA0001402439440000063
R为PAM星座图的阶数，N＝M/2，M＝log2R。
在本发明一实施例中，对于I路PAM星座图，pi和pi+1为相邻的两个星座图映射符号，每个星座图映射符号由N位比特组成，其中
Figure BDA0001402439440000064
RR为PAM星座图的阶数，N＝M/2，M＝log2R。将复数域计算转换为实数域计算，符号
Figure BDA0001402439440000065
为PAM星座图符号集合χPAM的元素，每个符号pi＝x1…xN，由N位比特组成。传输符号pPAM的软估计值
Figure BDA0001402439440000066
(即S-QAMI路的传输符号)可表示如下：
Figure BDA0001402439440000067
对于Q路PAM星座图，表示方法、参数范围与I路PAM星座图完全一致，只是采用不同的标号进行标识，如采用
Figure BDA0001402439440000068
pi′表示软符号估计值和星座图映射符号，以示区分，此处不再赘述。
利用正交的I路和Q路计算S-QAM符号如下：
Figure BDA0001402439440000069
可以理解的是，在具体实施中，也可以采用
Figure BDA0001402439440000071
pi标识Q路PAM星座图，采用
Figure BDA0001402439440000072
p′i标识I路PAM星座图，上述标号的具体使用并不构成对本发明保护范围的限制。
应用上述方案，通过计算传输符号为第i个星座图映射符号的概率，并基于相邻的星座图映射符号之间的相同比特，计算传输符号为与第i个星座图映射符号相邻的星座图映射符号的概率，可以利用任意两个相邻的映射符号之间具有部分相同的比特信息，简化星座图映射符号的概率的计算，从而降低软符号估计的复杂度。
为使本领域技术人员更好地理解和实现本发明实施例，本发明实施例提供了一种星座图映射符号的组成示意图，如图2所示。
参见图2，在8阶PAM调制方式下，星座图映射符号分别为p1、p2、…p8，其中pi＝x1x2x3，由3位比特组成，L(xk)为第k位比特xk的先验最大似然比，1≤k≤3，1≤i≤8。
应用上述软符号估计方法，首先通过N-1次乘法计算出传输符号为第一个星座图映射符号p1的概率为：Pr[pPAM＝p1]，即
Figure BDA0001402439440000073
然后根据传输符号为p1的概率，计算传输符号为p2的概率，再传输符号为p2的概率，计算传输符号为p3的概率，直至计算传输符号为p8的概率。
计算传输符号为p2到p8的概率，所需乘法计算的次数为1+2+4＝7次，降低了软符号估计的计算复杂度。
根据公式(6)、(7)、(9)，对于由独立正交的I路PAM星座图和Q路PAM星座图等效组成的PAM星座图，可以计算任一路PAM星座图，所需乘法计算的总次数
Figure BDA0001402439440000074
如下：
Figure BDA0001402439440000075
根据公式(7)、(8)、(10)，对于由独立正交的I路PAM星座图和Q路PAM星座图等效组成的PAM星座图，应用上述软符号估计方法，所需乘法计算的次数为
Figure BDA0001402439440000081
所需加法计算的次数为
Figure BDA0001402439440000082
由此可知，复杂度为
Figure BDA0001402439440000083
而现有的方法即使转换为对数域计算，所需实数加法计算的次数仍为2R+log2R-3。故应用上述软符号估计方法，可以降低计算复杂度。
为使本领域技术人员更好地理解和实现本发明实施例，本发明实施例提供了能够实现上述软符号估计方法的接收机，如图3所示。
参见图3，所述接收机30可以包括：第一计算单元31和第二计算单元32，其中：
所述第一计算单元31，适于计算传输符号为第i个星座图映射符号的概率，其中i为星座图映射符号的索引值。
所述第二计算单元32，适于基于相邻的星座图映射符号之间的相同比特，计算传输符号为与第i个星座图映射符号相邻的星座图映射符号的概率。
在本发明一实施例中，所述第一计算单元31包括：第一计算子单元311，适于计算传输符号为第i个星座图映射符号pi的概率为：Pr[pPAM＝pi]，其中Pr[·]为求概率运算符，pPAM为采用脉冲幅度调制的传输符号。
在本发明一实施例中，所述第二计算单元32包括：第一获取子单元321、第二计算子单元322和第三计算子单元323，其中：
所述第一获取子单元321，适于获取第i个星座图映射符号pi的第k位比特xk的值为b，其中b∈{0,1}。
所述第二计算子单元322，适于利用相邻的星座图映射符号之间的相同比特，推算第i+1个星座图映射符号pi+1的第k位比特xk的值
Figure BDA0001402439440000084
所述第三计算子单元323，适于计算传输符号为第i+1个星座图映射符号pi+1的概率为：
Figure BDA0001402439440000085
其中L(xk)为第k位比特xk的先验最大似然比。
在具体实施中，所述星座图包括：独立正交的I路PAM星座图和Q路PAM星座图。对于任一路PAM星座图，pi和pi+1为相邻的两个PAM星座图映射符号，每个PAM星座图映射符号由N位比特组成，其中
Figure BDA0001402439440000091
R为PAM星座图的阶数，N＝M/2，M＝log2R。
本发明实施例还提供一种计算机可读介质，其上存储有计算机指令，所述计算机指令运行时上述任一种所述方法对应的步骤，此处不再赘述。
在具体实施中，所述计算机可读存储介质可以包括：ROM、RAM、磁盘或光盘等。
本发明实施例还提供一种接收机，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有能够在所述处理器上运行的计算机指令，所述处理器运行所述计算机指令时执行上述任一种所述方法对应的步骤，此处不再赘述。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (6)

1.一种软符号估计方法，其特征在于，包括：
计算传输符号为第i个星座图映射符号的概率，包括：计算传输符号为第i个星座图映射符号pi的概率为：Pr[pPAM＝pi]，其中Pr[·]为求概率运算符，pPAM为采用脉冲幅度调制的传输符号，i为星座图映射符号的索引值；
基于相邻的星座图映射符号之间的相同比特，计算传输符号为与第i个星座图映射符号相邻的星座图映射符号的概率，包括：获取第i个星座图映射符号pi的第k位比特xk的值为b,其中b∈{0,1}；利用相邻的星座图映射符号之间的相同比特，推算与第i个星座图映射符号相邻的第i+1个星座图映射符号pi+1的第k位比特xk的值为
Figure FDA0002392598020000011
计算传输符号为第i+1个星座图映射符号pi+1的概率为：
Figure FDA0002392598020000012
其中L(xk)为第k位比特xk的先验对数似然比。
2.根据权利要求1所述的软符号估计方法，其特征在于，所述星座图包括：独立正交的I路PAM星座图和Q路PAM星座图，对于任一路PAM星座图，pi和pi+1为相邻的两个星座图映射符号，每个星座图映射符号由N位比特组成，其中
Figure FDA0002392598020000013
R为PAM星座图的阶数，N＝M/2，M＝log2R。
3.一种接收机，其特征在于，包括：
第一计算单元，适于计算传输符号为第i个星座图映射符号的概率，其中i为星座图映射符号的索引值；所述第一计算单元包括：第一计算子单元，适于计算传输符号为第i个星座图映射符号pi的概率为：Pr[pPAM＝pi],其中Pr[·]为求概率运算符，pPAM为采用脉冲幅度调制的传输符号；
第二计算单元，适于基于相邻的星座图映射符号之间的相同比特，计算传输符号为与第i个星座图映射符号相邻的星座图映射符号的概率；所述第二计算单元包括：第一获取子单元，适于获取第i个星座图映射符号pi的第k位比特xk的值为b,其中b∈{0,1}；第二计算子单元，适于利用相邻的星座图映射符号之间的相同比特，推算与第i个星座图映射符号相邻的第i+1个星座图映射符号pi+1的第k位比特xk的值为
Figure FDA0002392598020000014
第三计算子单元，适于计算传输符号为第i+1个星座图映射符号pi+1的概率为：
Figure FDA0002392598020000015
其中L(xk)为第k位比特xk的先验最大似然比。
4.根据权利要求3所述的接收机，其特征在于，所述星座图包括：独立正交的I路PAM星座图和Q路PAM星座图，对于任一路PAM星座图，pi和pi+1为相邻的两个PAM星座图映射符号，每个PAM星座图映射符号由N位比特组成，其中
Figure FDA0002392598020000021
R为PAM星座图的阶数，N＝M/2，M＝log2R。
5.一种计算机可读介质，其上存储有计算机指令，其特征在于，所述计算机指令运行时执行权利要求1或2所述方法对应的步骤。
6.一种接收机，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有能够在所述处理器上运行的计算机指令，所述处理器运行所述计算机指令时执行权利要求1或2所述方法对应的步骤。
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