CN1326343C

CN1326343C - 有效计算对数似然比的方法与设备

Info

Publication number: CN1326343C
Application number: CNB028139461A
Authority: CN
Inventors: A·何; A·普伦蒂斯
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Italian French Ericsson Ltd i L; ST Ericsson SA; Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB; Ericsson Inc
Priority date: 2001-07-12
Filing date: 2002-06-28
Publication date: 2007-07-11
Anticipated expiration: 2022-06-28
Also published as: KR20040016978A; DE60217352D1; JP2004522375A; KR100876473B1; EP1410551A1; DE60217352T2; ATE350826T1; WO2003007529A1; CN1526215A; JP4023613B2; EP1410551B1; US20030053566A1; US6993098B2

Abstract

一种方法与设备，用于确定接收到的信号的对数似然比。该对数似然比是通过计算接收到的符号和与比特匹配的最近星座点之间的距离以及接收到的符号和不与该比特匹配的最近星座点之间的距离被确定的。

Description

有效计算对数似然比的方法与设备

技术领域

本发明一般涉及通信系统，尤其涉及确定闪烁增益比值的方法与设备。

背景技术

数字网络通常涉及到在传输信号上调制数字消息。典型地，数字消息在调制和传输之前被编码，并在接收和解调之后被译码。编码后的数字消息通常分组成为形成符号的一个或多个比特。所述符号用于选择一个标识为代表该符号的高频正弦电磁(EM)波形。通常用来通过高频正弦EM波形发送符号的技术是按指定的方式改变波形的幅度、频率和/或相位。因此，包括预定幅度、频率和/或相位的EM波表示一个符号，即预定的比特模式。

在接收时，EM波形被解调与译码，从而确定数字消息。通常，尤其是在采用正交幅度调制(QAM)的系统中使用Turbo译码器时，解调器产生特定比特为零或一的对数似然性的软输出。Turbo译码器将对数似然值用作Turbo译码算法的输入。而对数似然值计算是通常涉及多个比较器和乘法器的耗时且处理密集的计算。

因此，需要一种方法和设备用来确定接收数字消息中的比特为一与它为零之间的对数似然比。

发明内容

本发明提供了一种方法与设备，用于通过计算接收符号和与比特匹配的最近星座点之间的距离以及接收符号和不与该比特匹配的最近星座点之间的距离来确定对数似然比。

附图说明

下面结合附图对本发明进行详细的描述，便于对本发明及其优点有更完整的理解，其中

图1是体现本发明特征的网络环境示意图；

图2是说明解调器确定对数似然比的控制逻辑的流程图；

图3是16QAM系统的星座图；以及

图4是说明本发明计算对数似然比的一个实施例的框图。

详细描述

在下面的讨论中，多个具体细节被阐述从而提供了对本发明完整的理解。但是，没有这些具体细节也可以实施本发明对于本发明所属领域的技术人员来说是很明显的。在其他实例中，公知元件用示意图或框图的形式描述，从而避免不必要的细节使本发明模糊不清。此外，在很大程度上略去了有关通信等的细节部分，因为这些被认为是对完全理解本发明来说不是必要的，并且还认为相关技术领域的技术人员对这些细节都比较熟悉。

此外需要注意的是，如果不是另外指明，这里描述的所有功能可以在硬件或软件或两者的组合中执行。不过在优选实施例中，为了提供最有效的实现方案，这些功能均用硬件实现。可替换地，如果不是另外指明，这些功能也可以由诸如计算机或电子数据处理器之类的处理器按照被编码执行这些功能的的代码来执行，例如计算机程序代码、软件和/或集成电路。

本发明的原理与优点可以通过参考图1-4中描述的说明性实施例被最好地理解。

参考附图的图1，附图标记100通常指通信网的一部分，这体现了本发明的特征。具体地，该通信部分100包括一个连接到数字信源114的发射机110，其被配置为接收来自数字信源114的数字输入消息112，并产生和发射一个发射的已调信号116。此外，所述通信部分100包括一个接收机118，其被配置为接收通过EM波122发送的发送已调信号116作为接收的已调信号120，并将接收到的数字消息124转发到目的地126。通常，如本领域所公知的，通过EM波122发射的已调信号116进行发射会引入噪声到所述发射信号，例如路径损耗衰落和多径衰落、电磁噪声等，因此，接收到的已调信号120与发射的已调信号116不同。

发射机110通常包括与调制器130互连的编码器128。编码器128被配置为接收数字输入消息112并将发射的码字132提供给所述调制器130。优选地，该调制器130是数字调制器，例如正交幅度调制(QAM)，其被配置为将发射的码字132转换成发射的已调信号116，该信号116可以借助于无线或有线技术通过EM波122被发射，从而提供接收的已调信号120。借助于无线或者有线技术的信号发射是本领域的公知常识，因此如果不是描述本发明所必需的，将不作更详细的介绍。

接收机118包括一个与Turbo译码器互连的解调器134。解调器134被配置为接受接收到的已调信号120并产生一个接收到的符号(RS)以及在接收符号138中各个比特的对数似然比(LLR)。

该Turbo译码器136被配置为接受接收到的符号以及LLR 138，并将接收到的数字消息124提供给目的地126。接受接收到的符号和LLR 138并将接收到的数字消息124提供给目的地126的过程被认为是本领域的普通技术人员所公知的，将不作详细描述。

下面的描述都是根据使用16QAM技术的系统的描述，这仅用于示例的目的，而不能被解释为作为本发明范围的限定，本发明适用于任何M进制的QAM应用，它的应用对读了本发明的本领域的普通技术人员来说都是显而易见的。

图2描述了本发明的一个实施例，其中LLR可以通过例如解调器134(图1)被确定。然而作为初级问题，应当注意的是在业界接受的LLR通常是用下式表示的：

LLR (m) \approx \frac{E_{S}}{N} [\min (d_{i}^{2} | m = 1) - \min (d_{j}^{2} | m = 0)]

(公式1)

其中，m表示接收的符号的第m比特；

d_i ²表示接收的符号与星座的第i个符号之间的距离；

\min (d_{i}^{2} | m = 1)

表示到第i个符号的距离，其中第i个符号是到(x，y)坐标最近的符号；

d_j ²表示接收符号和星座第j个符号之间的距离，第j个符号是其第m个比特与第i个符号的第m个比特相反的符号。

\min (d_{j}^{2} | m = 0)

表示到第j个符号的距离，其中第j个符号是到(x，y)坐标最近的符号；以及

Es/N表示信噪比。

此外，一般说来，距离d_i ²可以用下式表示是被广泛接受的，距离d_j ²也是一样：

d_{i}^{2} = {(x - {\hat{I}}_{i})}^{2} + {(y - \hat{Q_{i}})}^{2} = x^{2} + y^{2} + \overset{^^{2}}{I_{i}} + \overset{^^{2}}{Q_{i}} - 2 x \hat{I_{i}} - 2 y \hat{Q_{i}}

(公式2)

其中，和

表示第i个符号的I和Q分量；以及x，y分别表示接收到的I和Q分量。

因此，通过对任何一个(x，y)坐标的解释，公式2可以代入公式1导出下面的公式：

LLR (m) = \frac{E_{S}}{N} [(\overset{^^{2}}{I_{i}} + \overset{^^{2}}{Q_{i}}) - (\overset{^^{2}}{I_{j}} + \overset{^^{2}}{Q_{j}}) - 2 x (\hat{I_{i}} - \hat{I_{j}}) - 2 y (\hat{Q_{i}} - \hat{Q_{j}})]

(公式3)

通过使用最小幅度A₀来标准化I和Q，公式变为：

LLR (m) = \frac{E_{S}}{N} A_{0} [A_{0} (\overset{^^{2}}{I_{i}} + \overset{^^{2}}{Q_{i}}) - A_{0} (\overset{^^{2}}{I_{j}} + \overset{^^{2}}{Q_{j}})] - \frac{E_{S}}{N} A_{0} [2 x (\hat{I_{i}} - \hat{I_{j}}) - 2 y (\hat{Q_{i}} - \hat{Q_{j}})]

(公式4)

最后，在Turbo译码器中可以用一个换算系数来计算项(Es/N)A₀。不过，优选地，Turbo译码器是根据Max-log-MAP算法的，其具有一个因子来消除(Es/N)A₀项。这样，公式4变为：

LLR (m) / \frac{E_{S}}{N} A_{0} = [A_{0} (\overset{^^{2}}{I_{i}} + \overset{^^{2}}{Q_{i}}) - A_{0} (\overset{^^{2}}{I_{j}} + \overset{^^{2}}{Q_{j}}) - [2 x (\hat{I_{i}} - \hat{I_{j}})] + [2 y (\hat{Q_{i}} - \hat{Q_{j}})]

(公式5)

如本领域的技术人员所知道的，给定i的值，j的值是个常数，因此，给定i和j，第一个括号中的值是恒定的。第二个括号和第三个括号中的值也可以被有效地确定。

现在再回到参考图2，用于实现从公式5中得到的公式的优选实施例确定输入到Turbo译码器136的LLR，即LLR(m)/((Es/N)*A₀)。从步骤210开始处理，其中(x，y)坐标被接收。如本领域所公知的，解调器134产生一个表示接收到的(I，Q)坐标的(x，y)坐标，其中I表示接收能量矢量中的同相分量(也就是余弦)，Q表示正交分量(即正弦)。然后(x，y)坐标被用来确定接收到的符号以及LLR 138。生成(x，y)坐标的过程被认为是本领域所公知的，因此，在此不作详细描述。

然后该处理进行到步骤212，其中符号i从(x，y)坐标中被确定，符号i是离(x，y)坐标最近的符号。优选地，符号i可以通过将x和y的值与符号边界进行比较来确定，这将参考图3进行更详细地说明。

给定符号i，处理进行到步骤214-226，其中符号i中的各个比特都执行一个循环。在步骤216中，在准备计算公式5时确定几个参数。即：j的值，这是离坐标(x，y)最近的符号，该坐标有一个与第i个符号的相应的比特值相反的比特值、

的值、

的值、

的值、的符号、的值以及的符号。它的优选的实现包括一个存储器，如只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)等，其包含上述值并用i作索引。可替换地，上述值也可以被计算。下表规定了用于实现Motorola提出的16-QAM 1Xtreme标准的符号i的最左边比特的可能值，并且仅仅作为示例的目的给出，就这一点来说，不能以任何一种形式限制本发明。

可以为符号i的其余比特构造类似的表，并且对于本领域的技术人员来说，只要读了上述所公开的这就是显而易见的。

在步骤216中确定指定参数值后，处理进行到步骤218、220、222，优选地是并行进行的。在步骤218中，公式5的第一个括号的值，即

[A_{0} (\overset{^^{2}}{I_{i}} + \overset{^^{2}}{Q_{i}}) - A_{0} (\overset{^^{2}}{I_{j}} + \overset{^^{2}}{Q_{j}})]

，是通过累加上面公开的表中各自的值进行计算的。可替换地，得到的和值，即

[A_{0} (\overset{^^{2}}{I_{i}} + \overset{^^{2}}{Q_{i}}) - A_{0} (\overset{^^{2}}{I_{j}} + \overset{^^{2}}{Q_{j}})]

，可以被预先确定并存储在表中，在这种情况下，不需要步骤218。

在步骤220中，计算项

的值。优选地，上表将

的值存储为2的幂。例如，如果

的值为8，那么存储在的值为3(2³＝2*4＝8)。

的值适用于x的值，优选地，通过使用一个移位寄存器将x左移的值个比特。可替换地，尤其是在

的值的可能范围不限于2的幂的系统中，存储在表中的各自的值可以是

的绝对值，并且项

的值可以通过使用移位寄存器和加法器来确定。例如，如果

的值是6，那么的值可以通过左移2比特以及加上初始值来被确定。

通过使用上述表中得到的“

的符号”参数可以更好地纠正符号。例如，如果在各自“ 的符号”列的值为0，那么计算的值设为负值，否则值保持为正。此外，优选地，“ 的符号”合并计算得到的值的符号和公式5中的项的符号。

以类似的方式，

的值在步骤222中被确定。

在步骤218、220、222之后，处理进行到步骤224，其中(LLR(m)/((Es/N)*A₀))的值通过相加步骤218、220、222的结果被确定。

然后处理进行到步骤226，其中确定是否已经处理符号i的所有比特。如果所作的确定是没有处理完符号i中的所有比特，那么处理进行到步骤214-224，其中符号i中的下一个比特被处理。然而。如果所作的确定是符号i中的所有m比特均被处理，那么处理进行到步骤210，其中接收到一个新的(x，y)坐标，步骤212-226如上所述重复进行。

图3描述了一个体现本发明特征的16QAM星座图，它符合Motorola建议的1Xtreme标准。可以看出，星座点位于-3A₀、-A₀、A₀和3A₀处。除了I轴和Q轴以外，点划线310、312、314和316也表示各个星座点之间的边界(-2A₀，0及2A₀)。例如，如果(x，y)坐标位于由I轴、Q轴、点划线310和点划线312形成的矩形内，那么符号i等于0，(I，Q)的坐标值在被A₀便准化之后成为(1，1)。

此外，图3描述了符号i和符号j之间的关系。如果符号i是符号0，那么如上所述，符号j是距离(x，y)坐标最近的有一个比特值与符号i的相应比特值相反的符号，对于第一个比特，即最左边的比特，是符号8。类似地，对于第二个比特，符号j等于4。

图4描述了在超大规模集成电路(VLSI)结构的情况中，用于参考图2确定上述(LLR(m)/((Es/N)*A₀))的值的一个实施例。门限比较器410被配置为接收(x，y)坐标并如上面参考图3所述将坐标值与上述门限限制进行比较，即-2A₀、0和A₀边界。门限比较器的输出是与(x，y)坐标相同的边界范围内的符号相对应的符号i，也就是符号i是距离(x，y)最近的符号。

可以选择地，使用一个(i，j)交换器412保存存储器。从上表中可以知道，符号0-7的值与符号8-15的值对称。对于特定的应用，如果需要，可以通过只存储符号0-7的值，该(i，j)交换器可以被用于保存存储器。如果符号i是8-15，那么j的值被用作表以及交换的符号的值的索引，j的值对于每个符号i的每个比特是常数。因此，该(i，j)交换器412耦合到门限比较器410从而接收符号i并提供一个索引值，其可以是符号i或符号j。该(i，j)交换器412估计符号i的第一个比特，如果符号i的第一个比特是1，也就是符号i的值是8-15，则将符号i的值与符号j的值进行交换。

诸如ROM 414之类的存储器耦合到(i，j)交换器412，并被配置用来如上面参考表1和图2所述存储上述合适的值。ROM 414也耦合到加法器416，用于接收项

和

的值并计算它们和值。可替换地，如上所述，和的和也可以直接存储在ROM 414中，在这种情况下就不需要加法器416。

移位器420(例如桶式移位器)被配置为用于接收(x，y)坐标的x分量的值以及用2的幂次表示的

的值。移位器420将x的值左移由ROM 414中的

项的值指定比特的数目。符号转换器422耦合到移位器420，用于接收移位器420的结果并变换该符号为上面针对ROM 414中的“

的符号”项指定的符号。