DE102008057059B3 - Receipt device for receiving transmitted signals from overlay impaired, channel-coded transmitted signals, has branch of receipt for receiving overlay of impaired, channel-coded transmitted signals - Google Patents

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Abstract

The receipt device has a branch of receipt for receiving overlay of impaired, channel-coded transmitted signals and a linear detector unit coupling to branch of receipt, whose entrance is coupled laterally with the branch of receipt. The detector output signal has probability information over potentially sent transmission symbols of the transmitted signals. An independent claim is also included for a method for receiving transmitted signals.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Vorrichtungen und Verfahren zum Empfangen eines interferenz-gestörten Signals, wie sie beispielsweise in einem Mehrbenutzer-Kommunikationssystem oder zum Empfang eines über einen Mehrwegekanal übertragenen Signals eingesetzt werden können.The The present invention relates to devices and methods for receiving an interference-disturbed Signals, such as in a multi-user communication system or to receive one over a multipath channel transmitted Signals can be used.

In einem Mehrbenutzer-Kommunikationssystem werden von einer Mehrzahl von Nutzern unabhängig voneinander gleichzeitig Sendesignale ausgestrahlt. Bei der Übertragung der Sendesignale können Probleme, wie beispielsweise Mehrwegeausbreitung, Gleichkanalinterferenz, Signalschwund und Streuung auftreten, die den Empfang der Signale erschweren. Bei Mehrbenutzer-Kommunikationssystem kommunizieren die Nutzer im selben Frequenzband und innerhalb der selben Zeitspanne, was zu teils erheblicher Interferenz für einen einzelnen Nutzer führt. Durch Schätzwerte für Parameter, wie z. B. Schätzwerte für Kanalkoeffizienten und Rauschleistungen, können Empfangssignale empfängerseitig verarbeitet werden, um Schätzwerte für die gesendeten Signale zu erhalten. Dazu verwendet man bei modernen Mobilkommunikationssystemen seitens des Empfängers vermehrt mehrere Empfangsantennen, um Raumdiversität auszunutzen, was zu sog. MIMO-Übertragungskanälen führt (MIMO = Multiple-Input Multiple Output).In a multiuser communication system are used by a plurality by users independently simultaneously broadcasting broadcast signals. In the transmission of the transmission signals can Problems such as multipath propagation, co-channel interference, Signal fading and scattering occur, which is the reception of the signals difficult. Communicate with multi-user communication system the users in the same frequency band and within the same time span, resulting in some significant interference for a single user. By estimates for parameters, such as B. Estimates for channel coefficients and intoxication, can Receive signals receiver side be processed to estimates for the to receive transmitted signals. This is used in modern day Mobile communication systems by the recipient increases several receiving antennas, about space diversity exploit what leads to so-called MIMO transmission channels (MIMO = Multiple-Input Multiple Output).

Interferenz kann auch bei einem einzigen Nutzer dadurch entstehen, dass über einen Mehrwegekanal übertragen wird, so dass sich am Empfänger Signalechos überlagern. Man spricht hier von sog. Intersymbolinterferenzen. In diesem Fall muss das Signal empfangsseitig entzerrt werden, d. h. die Einflüsse des Kanals müssen möglichst rückgängig gemacht werden.interference can also arise with a single user, that over a Multipath channel transmitted will, so that at the receiver Overlay signal echoes. One speaks here of so-called Intersymbolinterferenzen. In this case the signal must be rectified on the receiving side, d. H. the influences of Channels need preferably reversed become.

Die Prinzipen, die zur Empfangssignaldetektion bei Mehrbenutzer-Kommunikationssystemen und/oder bei intersymbolinterferenzbehafteten Empfangssignalen eingesetzt werden, ähneln sich zumeist sehr. Daher können Ausführungsbeispiele der weiter unten beschriebenen Erfindung sowohl zur Mehrbenutzer-Detektion als auch zur Einbenutzer-Detektion bei Mehrwegekanalübertragung eingesetzt werden. Dennoch wird im Folgenden exemplarisch zumeist von Mehrbenutzer-Systemen die Rede sein, was aber nicht einschränkend ausgelegt werden sollte.The Principles for receiving signal detection in multi-user communication systems and / or used in intersymbol interference-prone received signals will resemble mostly very. Therefore, you can embodiments the invention described below for both multi-user detection as well as for single-user detection in multi-path channel transmission be used. Nevertheless, the following is an example in most cases talk about multi-user systems, but this is not restrictive should be.

Im Stand der Technik sind eine Vielzahl von Mehrbenutzer-Detektoren (MUD = Multi-User Detector) bekannt. Ein optimaler Mehrbenutzer-Detektor basiert auf dem sogenannten Maximum-Likelihood-Sequence-Estimator (MLSE) und vergleicht ein oder mehrere Empfangssignale mit sämtlichen Möglichkeiten für die entsprechenden Sendesignale – und zwar für jedes Sendesymbol. Die möglichen Signalpfade lassen sich in einem sog. Trellisdiagramm darstellen. Aus einem optimalen MLSE resultiert allerdings ein Rechenaufwand, der derzeit für Echtzeitsignalverarbeitung bei vielen Nutzern und/oder großen Symbolalphabeten nicht realisierbar ist.in the State of the art are a variety of multi-user detectors (MUD = Multi-User Detector) known. An optimal multi-user detector based on the so-called maximum likelihood sequence estimator (MLSE) and compares one or more receive signals with all options for the corresponding transmission signals - and though for every send symbol. The possible Signal paths can be represented in a so-called trellis diagram. From an optimal MLSE, however, results in a computational effort, the currently for Real-time signal processing for many users and / or large symbol alphabets is not feasible.

Des Weiteren existieren einige suboptimale Mehrnutzer-Detektoren, die weniger Rechenaufwand benötigen. Beispiele dafür sind sogenannte lineare Detektoren, wie Dekorrelatoren, MMSE-Detektoren (MMSE = Minimum-Mean-Squared-Error) und ZF-Detektoren (ZF = Zero-Forcing). Derartige lineare Detektoren zeigen aber bei höheren Signal-zu-Rauschleistungsverhältnissen und bei einer zunehmenden Anzahl von Nutzern im Vergleich zu einem optimalen MLSE Mehrbenutzer-Detektor eine deutlich schlechtere Leistungsfähigkeit.Of Furthermore, there are some suboptimal multi-user detectors that use less Need computational effort. Examples of this are so-called linear detectors, such as decorrelators, MMSE detectors (MMSE = minimum-mean-squared-error) and ZF detectors (ZF = zero-forcing). However, such linear detectors exhibit higher signal-to-noise power ratios and with an increasing number of users compared to one optimal MLSE multi-user detector significantly worse performance.

Ein weiterer Ansatz für aufwandsreduzierte Mehrbenutzer-Detektion ist der Einsatz von suboptimalen MLSE-Detektoren, bei denen Pfade mit einer schlechten Metrik fallengelassen und somit im Trellis nicht weiterverfolgt werden. Beispiele für solche Algorithmen sind die bekannten M- und T-Algorithmen. Beim M-Algorithmus werden nur die M metrikbesten Pfade weiterverfolgt. Beim T-Algorithmus werden lediglich die Pfade weiterverfolgt, die einen bestimmten Metrikschwellwert nicht überschreiten.One another approach for low-cost multi-user detection is the use of suboptimal MLSE detectors that have paths dropped with a bad metric and thus in trellis not be followed up. Examples of such algorithms are the known M and T algorithms. In the M algorithm, only the best metric paths are traced. In the T-algorithm only the paths are pursued, the do not exceed a certain metric threshold.

Bei einem sogenannten Turbo-Empfänger wird das gesamte Übertragungssystem als eine serielle Verkettung von zwei Faltungscodes betrachtet – dem eigentlichen Fehlerkorrekturcode (Kanalcode), der senderseitig eingesetzt wird, und den Effekten von Modulation und Mehrbenutzer-Interferenz (und/oder Intersymbolinterferenz). Ein Mehrbenutzer-Detektor als Teil eines Turbo-Empfängers führt zunächst eine Interferenzreduktion durch und bestimmt Schätzwerte der gesendeten Sendesymbole für jeden Nutzer. Diese Symbolschätzwerte werden dann, für jeden Nutzer, einem Kanaldecoder zugeführt, um Schätzwerte für die senderseitigen Kanaldecoder-Eingangsbits, d. h. die tatsächlichen Informationsbits, zu ermitteln.at a so-called turbo receiver becomes the entire transmission system considered as a serial concatenation of two convolutional codes - the actual one Error correction code (channel code), which is used on the transmitter side, and the effects of modulation and multiuser interference (and / or Inter-symbol interference). A multi-user detector as part of a turbo-receiver leads first one Interference reduction by and determines estimates of the transmitted transmit symbols for each Users. These symbol estimates then, for each user, supplied to a channel decoder, for estimating the transmitter-side channel decoder input bits, d. H. the actual Information bits to determine.

Die Turbo-Empfänger nähern den optimalen APP-Empfänger (APP = A Posteriori Probability) durch iterative Durchführung von MIMO- und/oder Mehrbenutzer-Detektion und Kanaldecodierung (z. B. Viterbi-Decoder, Turbo-Decoder, etc.) unter Berücksichtigung von a priori Informationen des jeweils anderen Blockes an. Dazu werden Turbo-Empfänger herkömmlich sowohl mit einem MMSE-Detektor als auch mit einer suboptimalen Baumsuche (z. B. QRD-M-Algorithmus) als MIMO- und/oder Mehrbenutzer-Detektor vorgeschlagen. MMSE hat dabei gegenüber dem Ansatz mit Baumsuche den Nachteil, dass die iterativ zurückgekoppelte a priori Information des Kanaldecoders nur sehr unzureichend genutzt wird. Andererseits haben nichtlineare MIMO-Detektoren (wie z. B. Baumsuche) einen deutlich höheren Rechenaufwand, der normalerweise einem Vielfachen dessen von MMSE entspricht.The turbo receivers approach the APP (A Posteriori Probability) optimal receiver by iteratively performing MIMO and / or multi-user detection and channel decoding (eg Viterbi decoder, turbo decoder, etc.), taking into account a priori information of the other block. For this purpose, turbo receivers are conventionally proposed both with an MMSE detector and with a suboptimal tree search (eg QRD-M algorithm) as MIMO and / or multi-user detector. MMSE has the disadvantage over the approach with tree search that the iteratively fed back a priori information of the channel decoder is used only very inadequate. On the other hand, non-linear MIMO detectors (such as tree search) have a significantly higher computational cost, which is usually a multiple of that of MMSE.

Die Offenlegungsschrift WO 2007/077299 A1 beschreibt einen Turbo-Entzerrer mit einer inneren Schleife für einen Entzerrungsvorgang und einer äußeren Schleife für einen Decodierungsvorgang. Durch den Entzerrungsvorgang wird ein entzerrtes Empfangssignal und zusätzliche Soft-Information für den nachfolgenden Decodierungsvorgang bereitgestellt. Die Decodierung kann basierend auf einem max log MAP (maximum a posteriori probability) Decoder basieren.The publication WO 2007/077299 A1 describes a turbo equalizer with an inner loop for an equalization process and an outer loop for a decoding process. The equalization process provides an equalized received signal and additional soft information for the subsequent decoding process. The decoding may be based on a max log MAP (maximum a posteriori probability) decoder.

Die Offenlegungsschrift WO 2006/052156 A1 befasst sich mit einem rückgekoppelten MIMO-Entzerrer-Decoder. Dabei wird ein MIMO-Empfangssignal durch ein mehrdimensionales Vorwärtsfilter zumindest teilweise entzerrt. Übrig gebliebene sogenannte Post-Cursor Intersymbolinterferenzbeseitigung und Trellis-Decodierung können darauf folgend vorgenommen werden.The publication WO 2006/052156 A1 deals with a feedback MIMO equalizer decoder. In this case, a received MIMO signal is at least partially equalized by a multi-dimensional forward filter. Remaining so-called post-cursor intersymbol interference cancellation and trellis decoding can be done subsequently.

In D. Karakolah et al.: „Architecture dedicated to the MMSE equalizer of iterative receiver for linearly precoded MIMO systems”, wird ein MMSE-Entzerrer eines iterativen Empfängers für linear vorcodierte MIMO-Systeme beschrieben. Die gezeigte Empfängerstruktur ist in zwei Hauptelemente aufgeteilt: einen MIMO-Entzerrer und einen Kanal-Decodierer. Der iterative Prozess basiert auf einem Austausch von Softinformationen zwischen diesen beiden Elementen.In D. Karakolah et al .: "Architecture dedicated to the MMSE equalizer of iterative receiver for linearly precoded MIMO systems ", becomes an MMSE equalizer of an iterative receiver for linear precoded MIMO systems described. The receiver structure shown is divided into two main elements: a MIMO equalizer and a Channel decoder. The iterative process is based on an exchange soft information between these two elements.

Vor diesem Hintergrund besteht nun die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen Turbo-Empfänger bereitzustellen, der Bitfehlerraten herkömmlicher Turbo-Empfänger mit demgegenüber reduzierten Rechenaufwand bzw. bei gleichem Rechenaufwand verbesserte Bitfehlerraten bereitstellen kann.In front This is the background of the object of the present invention in it, a turbo receiver to provide the bit error rates of conventional turbo receivers In contrast, reduced computational effort or improved at the same computational cost Can provide bit error rates.

Diese Aufgabe wird durch eine Empfangsvorrichtung nach Anspruch 1 und ein Empfangsverfahren nach Anspruch 11 gelöst.These The object is achieved by a receiving device according to claim 1 and a receiving method according to claim 11 solved.

Die Erkenntnis der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen linearen Detektor und einen nichtlinearen Detektor in einem hybriden Turbo-Empfänger-Konzept zu kombinieren, um die jeweiligen Vorteile beider Detektoren auszunutzen, und damit eine Reduktion des Rechenaufwands zu ermöglichen – bei gleichen Bitfehlerraten wie herkömmliche Turbo-Empfänger.The Recognition of the present invention is a linear Detector and a nonlinear detector in a hybrid turbo receiver concept combine to exploit the respective advantages of both detectors, and thus to allow a reduction of the computational effort - at the same Bit error rates as conventional Turbo receiver.

Dazu erfolgt in einer ersten Detektorstufe, wenn noch keine a priori Wahrscheinlichkeitsinformation verfügbar ist, eine lineare Detektion, um bei einem oder mehreren Empfangssignalen eine erste Interferenzreduktion durchzuführen. Ein oder mehrere Ausgangssignale des linearen Detektors werden anschließend iterativ durch jeweils einen Kanaldecoder nachbearbeitet, um ein oder mehrere Kanaldecoderausgangssignale mit Wahrscheinlichkeitsinformationen über die potentiell gesendeten Sendesignale zu erhalten. Beim ersten Detektionsdurchlauf wird durch Benutzung des linearen Detektors eine gute Interferenzreduktion bei minimalem Rechenaufwand erreicht. Sobald nach einem oder mehreren Kanaldecoderdurchläufen extrinsische Information vorliegt, erfolgt eine erneute, aber diesmal nichtlineare Detektion zur weiteren Interferenzreduktion. Durch die durch den Kanaldecoder erreichte Qualität der extrinsischen Information kann die nichtlineare Detektion mit relativ geringem Re chenaufwand erfolgen. Wird als nichtlinearer Detektor ein suboptimaler MLSE-Algorithmus, wie z. B. der M-Algorithmus, verwendet, so kann durch das erfindungsgemäße Konzept die Anzahl M der verfolgten metrik-besten Pfade verringert werden. Bei einem sogenannten Sphere-Decoder als nichtlinearer Detektor entspricht dies einem kleineren Suchradius. Gesamtkomplexität und Empfangsqualität des erfindungsgemäßen Empfängerkonzepts lassen sich beispielsweise durch die Anzahl der Kanaldecoder- und nichtlinearen Detektoriterationen sowie Parameterwahl dieser Signalverarbeitungsblöcke selbst den SNR-Anforderungen anpassen.To takes place in a first detector stage, if no a priori Probability information is available, a linear detection, at one or more received signals a first interference reduction perform. One or more output signals of the linear detector are subsequently iterated each postprocessed by one channel decoder to one or more Channel decoder output signals with probability information about the to receive potentially transmitted transmission signals. At the first detection pass becomes a good interference reduction by using the linear detector achieved with minimal computational effort. Once after one or more Channel decoder runs extrinsic information is present, a renewed, but this time Non-linear detection for further interference reduction. By the quality of extrinsic information achieved by the channel decoder can the non-linear detection with relatively little Re chenaufwand respectively. Becomes a non-linear detector a suboptimal MLSE algorithm, such as As the M-algorithm, so can by the inventive concept the number M of the traced metrics best paths are reduced. In a so-called sphere decoder as a nonlinear detector this corresponds to a smaller search radius. Overall complexity and reception quality of the receiver concept according to the invention can be, for example, by the number of channel decoder and nonlinear detector iterations and parameter selection of these signal processing blocks themselves adjust the SNR requirements.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen dazu eine Empfangsvorrichtung zum Empfangen eines kanalcodierten Empfangssignals, mit einem Empfangszweig, an dem eine Überlagerung einer Mehrzahl von Empfangssignalen empfangbar ist und einer linearen Detektoreinrichtung, die eingangsseitig mit dem Empfangszweig gekoppelt ist, um, in einem ersten Detektionsschritt, ausgangsseitig, durch ein lineares Detektionsverfahren, ein erstes Detektorausgangssignal zu liefern, wobei das erste Detektorausgangssignal eine erste Wahrscheinlichkeitsinformation über potenziell gesendete Sendesymbole umfasst. Ferner umfasst die Empfangsvorrichtung eine Kanaldecodereinrichtung zum decodieren des ersten Detektorausgangssignals und zum Liefern eines Kanaldecoderausgangssignals, das eine zweite Wahrscheinlichkeitsinformation über die potenziell gesendeten Sendesymbole umfasst, die zuverlässiger ist als die erste Wahrscheinlichkeitsinformation. Eine nichtlineare Detektoreinrichtung ist eingangsseitig mit dem Empfangszweig und dem Kanaldecoderausgangssignal gekoppelt, um ausgangsseitig, durch ein nichtlineares Detektionsverfahren ein zweites Detektorausgangssignal zu liefern, das eine dritte Wahrscheinlichkeitsinformation über die potenziell gesendeten Sendesymbole umfasst, die zuverlässiger ist als die zweite Wahrscheinlichkeitsinformation. Das zweite Detektorausgangssignal wird auf einen Eingang der Kanaldecodereinrichtung zurückgekoppelt, um das erste Detektorausgangssig nal in einem dem ersten nachfolgenden Detektionsschritt zu ersetzen.Exemplary embodiments of the present invention provide a receiving device for receiving a channel-coded received signal, having a receiving branch on which a superimposition of a plurality of received signals can be received, and a linear detector device, which is coupled on the input side to the receiving branch, in a first detection step, on the output side, by a linear detection method to provide a first detector output, wherein the first detector output includes first likelihood information about potentially transmitted transmit symbols. Furthermore, the receiving device comprises a channel decoder device for decoding the first detector output signal and for providing a channel decoder output signal including second probability information about the potentially transmitted transmit symbols that is more reliable than the first probability information. A non-linear detector means is coupled on the input side to the receiving branch and the channel decoder output signal for outputting, by a non-linear detection method, a second detector output signal comprising third probability information about the potentially transmitted transmission symbols, which is more reliable than the second probability information. The second detector output signal is fed back to an input of the channel decoder means to replace the first detector output signal in a first subsequent detection step.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die lineare Detektoreinrichtung eine lineare MIMO-Detektoreinrichtung, die eingangseitig mit einer Mehrzahl von Empfangszweigen gekoppelt ist, wobei an jedem der Empfangszweige eine Überlagerung einer Mehrzahl von Empfangssignalen empfangbar ist. Ausgangsseitig liefert die lineare MIMO-Detektoreinrichtung, durch ein lineares MIMO-Detektionsverfahren, eine Mehrzahl von ersten Detektorausgangssignalen, die einer Mehrzahl kanalkodierter Sendesignale entspricht, wobei jedes der ersten Detektorausgangssignale eine erste Wahrscheinlichkeitsinformation über potentiell gesendete Sendesymbole umfasst. Vorzugsweise weist die lineare MIMO-Detektoreinrichtung einen linearen MMSE-Detektor auf, um die Mehrzahl der Empfangssignale zu separieren, so dass jedes der Mehrzahl der ersten Detektorausgangssignale einem Sendesignal zuordenbar ist. Dabei ist die lineare MIMO-Detektoreinrichtung angepasst, um die ersten Detektorausgangssignale in Form von sogenannten Log-Likelihood-Quotienten auszugeben.According to one preferred embodiment According to the present invention, the linear detector device is a linear MIMO detector device, the input side with a plurality is coupled by receiving branches, wherein at each of the receiving branches an overlay a plurality of received signals can be received. On the output side provides the linear MIMO detector device, by a linear MIMO detection method a plurality of first detector output signals, a plurality of channel encoded transmit signals, each of the first detector output signals a first probability information about potentially transmitted transmission symbols includes. Preferably, the linear MIMO detector means a linear MMSE detector on to separate the plurality of received signals, so that each of the plurality of first detector output signals is a transmit signal is assignable. In this case, the linear MIMO detector device is adapted, around the first detector output signals in the form of so-called log likelihood quotients issue.

Die Kanaldecodereinrichtung ist angepasst, um die Mehrzahl der ersten Detektorausgangssignale zu decodieren und um eine Mehrzahl von Kanaldecoderausgangssignalen zu liefern, wobei jedes der Kanaldecoderausgangssignale eine zweite Wahrscheinlichkeitsinformation über die potentiell gesendeten Sendesymbole umfasst, die zuverlässiger ist als die erste Wahrscheinlichkeitsinformation. Dabei ist die Kanaldecodereinrichtung an einen senderseitigen Kanalencoder angepasst. Dazu kann die Kanaldecodereinrichtung einen Block-Decoder für Blockcodes, einen Faltungs-Decoder für Faltungscodes oder einen Turbo-Decoder für seriell oder parallel verkettete Faltungscodes umfassen. Eingangsseitig können vor dem Kanaldecoder Entschachteler (Deinterleaver) und ausgangsseitig wiederum Verschachteler (Interleaver) eingesetzt werden, um einem senderseitigen Interleaving-Prozess gerecht zu werden.The Channel decoder means is adapted to accept the plurality of first ones To decode detector output signals and a plurality of channel decoder outputs wherein each of the channel decoder outputs is a second one Probability information about includes the potentially transmitted transmit symbols, which is more reliable as the first probability information. In this case, the channel decoder device adapted to a transmitter-side channel encoder. For this purpose, the channel decoder device a block decoder for Block codes, a convolutional decoder for convolutional codes or a Turbo decoder for serially or parallel concatenated convolutional codes. On the input side can before the channel decoder Entschachteler (deinterleaver) and on the output side interleavers can be used to create a transmitter-side interleaving process to meet.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die nichtlineare Detektoreinrichtung eine nichtlineare MIMO-Detektoreinrichtung, die eingangseitig mit der Mehrzahl der Empfangszweige und den Kanaldecoderausgangssignalen gekoppelt ist. Ausgangsseitig liefert die nichtlineare MIMO-Detektoreinrichtung, durch ein nichtlineares MIMO-Detektionsverfahren, eine Mehrzahl von zweiten Detektorausgangssignalen, die der Mehrzahl kanalkodierter Sendesignale entspricht, wobei jedes der zweiten Detektorausgangssignale eine dritte Wahrscheinlichkeitsinformation über potentiell gesendete Sendesymbole umfasst, die zuverlässiger ist als die erste und zweite Wahrscheinlichkeitsinformation. Die nichtlineare MIMO-Detektoreinrichtung umfasst einen trellis-basierten MIMO-Detektor, um die Mehrzahl der Empfangssignale zu separieren, so dass jedes der Mehrzahl der zweiten Detektorausgangssignale einem Sendesignal zuordenbar ist. Bei einem dazu eingesetzten suboptimalen MLSE-Algorithmus kann es sich beispielsweise um Varianten des T-Algorithmus oder des M-Algorithmus handeln.According to one preferred embodiment The present invention is the non-linear detector device a non-linear MIMO detector device, the input side with the plurality of receive branches and the channel decoder output signals is coupled. On the output side, the non-linear MIMO detector device provides by a non-linear MIMO detection method, a plurality of second detector output signals, the majority of channel-coded Transmit signals correspond to each of the second detector output signals comprises third probability information about potentially transmitted transmission symbols, the more reliable is the first and second probability information. The non-linear MIMO detector device comprises a trellis-based MIMO detector to separate the majority of the received signals, such that each of the plurality of second detector output signals corresponds to a Transmission signal can be assigned. For a suboptimal use For example, the MLSE algorithm may be variants of the T algorithm or the M-algorithm.

Bei den Kanaldecoderausgangssignalen und bei den Detektorausgangssignalen handelt es sich gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung um sogenannte Soft-Symbole, die in Form von Log-Likelihood-Quotienten als extrinsische Information ausgegeben werden.at the channel decoder output signals and the detector output signals it is according to embodiments the present invention to so-called soft symbols, in the form of log-likelihood ratios as extrinsic information become.

Wie eingangs bereits erwähnt wurde, kann es sich bei einem erfindungsgemäßen Empfänger auch um einen SISO-Turbo-Empfänger (SISO = Single Input Single Output) handeln, um intersymbolinterferenzbehaftete Empfangssignale zu empfangen. In diesem Fall spricht man bei den linearen und nichtlinearen Detektoren auch von linearen und nichtlinearen Entzerrern. Ein erfindungsgemäßer SISO-Turbo-Empfänger könnte beispielsweise in bestehenden GSM/EDGE (GSM = Global System for Mobile communications, EDGE = Enhanced Data Rates for GSM Evolution) Mobilfunksystemen eingesetzt werden.As already mentioned at the beginning In the case of a receiver according to the invention, it may also be a SISO turbo receiver (SISO Single Input Single Output) to handle intersymbol interference Receive received signals. In this case one speaks with the linear and nonlinear detectors also of linear and nonlinear Equalizers. An inventive SISO turbo receiver could, for example in existing GSM / EDGE (GSM = Global System for Mobile Communications, EDGE = Enhanced Data Rates for GSM Evolution) Mobile Radio Systems be used.

Die Empfangsqualität von herkömmlichen Turbo-Empfängern lässt sich durch die Verwendung einer ersten linearen Empfängerstufe vor der Feedback-Schleife aus Kanaldecoder und nichtlinearem Detektor mit deutlich reduziertem Rechenaufwand erreichen. Die Kombinationsmöglichkeiten der verschiedenen Signalverarbeitungsblöcke ermöglichen eine skalierbare Anpassung einer erforderlichen Rechenleistung an die jeweiligen Empfangsanforderungen eines Empfängers bzw. Kommunikationsstandards.The reception quality from conventional Turbo receivers let yourself by using a first linear receiver stage before the feedback loop channel decoder and non-linear detector with significantly reduced Achieve computational effort. The combination possibilities of the different ones Signal processing blocks enable a scalable adaptation of a required computing power the respective reception requirements of a receiver or communication standard.

Das erfindungsgemäße Empfängerkonzept ist insbesondere für moderne Software-Defined-Radio Implementierungen interessant, weil die verschiedenen Algorithmen nicht als dedizierte Hardware vorliegen müssen, (dann würde eventuell mehr Chipfläche verbraucht), sondern auf Prozessoren zeitlich nacheinander verschiedener Code ausgeführt werden kann. Nötig ist dann nur ein minimal größerer Code-Speicher.The inventive receiver concept is especially for modern software-defined radio implementations interesting because the different algorithms are not available as dedicated hardware have to, (then would possibly more chip area consumed), but on processors successively different Code executed can be. Necessary is then only a minimally larger code memory.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:preferred embodiments The present invention will be described below with reference to FIG the enclosed drawings closer explained. Show it:

1 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Empfangen einer Mehrzahl von Empfangssignalen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 1 a flowchart of a method for receiving a plurality of received signals according to an embodiment of the present invention;

2 ein Blockdiagramm einer Empfangsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 2 a block diagram of a receiving device according to an embodiment of the present invention;

3 ein Blockdiagramm einer linearen MIMO-Detektoreinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 3 a block diagram of a linear MIMO detector device according to an embodiment of the present invention;

4 ein Blockdiagramm eines Kanaldecoders gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 4 a block diagram of a channel decoder according to an embodiment of the present invention;

5 ein Blockdiagramm eines nichtlinearen MIMO-Detektionsverfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 5 a block diagram of a non-linear MIMO detection method according to an embodiment of the present invention;

6 ein Blockdiagramm eines OFDM-Empfängers gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 6 a block diagram of an OFDM receiver according to an embodiment of the present invention;

7 eine Darstellung von Transinformation aufgetragen über SNR für verschiedene MIMO-Detektoren; 7 a representation of trans information plotted over SNR for various MIMO detectors;

8 EXIT-Chart zur Darstellung einer iterativen Empfangsverbesserung durch einen Turbo-Decoder; 8th EXIT chart showing an iterative reception improvement by a turbo decoder;

9a, b Darstellungen der Ausnutzung der a priori Information des Kanaldecoders durch den M-Algorithmus; 9a , b representations of the utilization of the a priori information of the channel decoder by the M-algorithm;

10 eine Darstellung von Rechenaufwand für verschiedene Empfängeralgorithmen aufgetragen über Ziel-SNR. 10 a representation of computational effort for different receiver algorithms plotted over target SNR.

Ein Empfänger für eine kanalcodierte Übertragung benötigt Wissen über die Kanalmatrix zwischen den Sende- und Empfangsantennen, ebenso wie über erlaubte Codewörter des verwendeten Kanalcodes. Die Übertragung über den Übertragungskanal wird mittels komplexen Modulationssymbolen bewerkstelligt, wohingegen der Kanalcode auf Informationsbits vor der Modulation angewendet wird. Die Kombination aus Kanalzustandsinformation und erlaubten Codewörtern benutzt sogenannte Log-Likelihood-Quotienten oder -verhältnisse (LLRs):

Figure 00100001
wobei c ein Informationsbit bedeutet, das die Werte ±1 annehmen kann. Der inverse Zusammenhang ist:
Figure 00110001
A channel coded receiver requires knowledge of the channel matrix between the transmit and receive antennas, as well as allowed codewords of the channel code used. The transmission over the transmission channel is accomplished by means of complex modulation symbols, whereas the channel code is applied to information bits before the modulation. The combination of channel state information and allowed codewords uses log likelihood ratios or ratios (LLRs):
Figure 00100001
where c is an information bit that can take the values ± 1. The inverse context is:
Figure 00110001

Ein Detektor generiert LLRs aus einem Empfangssymbolvektor y und einer Kanalmatrix H, die beispielsweise mittels bekannter Pilotsymbole geschätzt werden kann. Ein nachfolgender Soft-In/Soft-Out Kanaldecoder verbessert die LLRs, indem er die bekannte Kanalcodestruktur ausnutzt. Schließlich können die gesendeten Informationsbits durch eine binäre Quantisierung der LLRs geschätzt werden, wobei lediglich das Vorzeichen des LLRs betrachtet wird.One Detector generates LLRs from a receive symbol vector y and a Channel matrix H, for example by means of known pilot symbols estimated can be. A subsequent soft-in / soft-out channel decoder improved the LLRs by taking advantage of the known channel code structure. Finally, the transmitted information bits are estimated by a binary quantization of the LLRs, only the sign of the LLR is considered.

Die Übertragung über den (MIMO-)Kanal H kann als: y = H·x(c) + n, (3)modelliert werden. Beispielsweise kann Gl. (3) als ein Subträger-Modell. einer MIMO-OFDM Übertragung angesehen werden. Gemäß J. Hagenauer, „The turbo principle in mobile communications,” in International Symposium on Information Theory and Its Applications, 2002, maximiert ein MLSE-Detektor

Figure 00110002
The transmission over the (MIMO) channel H can be as: y = H * x (c) + n, (3) be modeled. For example, Eq. (3) as a subcarrier model. MIMO-OFDM transmission. According to J. Hagenauer, "The Turbo Principle in Mobile Communications," in International Symposium on Information Theory and Its Applications, 2002, an MLSE detector maximizes
Figure 00110002

Unter der Annahme von additivem, weißen Gaußschem Rauschen kann Gl. (4) geschrieben werden als:

Figure 00110003
wobei LE extrinsische Information vom Kanaldecoder bedeutet. Diese Suche über sämtliche möglichen Sendesymbolkombi nationen ist jedoch viel zu komplex für derzeitige Modulationsalphabete und Antennenzahlen (64QAM mit vier Antennen bedeutet ca. 17·106 mögliche Kandidaten).Assuming additive white Gaussian noise, Eq. (4) be written as:
Figure 00110003
where L E means extrinsic information from the channel decoder. However, this search across all possible transmitter symbol combinations is far too complex for current modulation alphabets and antenna numbers (64QAM with four antennas means about 17 × 10 6 possible candidates).

Ein praktisch realisierbarer Empfänger sollte also eine suboptimale Schätzung vornehmen, die dann durch Iteration verbessert werden könnte, sobald bessere extrinsische Informationen eines Kanaldecoders verfügbar sind. Ein Empfänger, der eine derart iterative Kombination aus Detektion und Decodierung vornimmt, wird im Allgemeinen als sogenannter Turbo-Empfänger bezeichnet.One practically realizable receiver So it should be a suboptimal estimate which could then be improved by iteration as soon as possible better extrinsic information of a channel decoder is available. A receiver, such an iterative combination of detection and decoding is generally referred to as a so-called turbo receiver.

Das erfindungsgemäße Turbo-Empfangskonzept soll nun im Nachfolgenden anhand der beiliegenden Figuren detailliert erläutert werden. Dabei wird exemplarisch von einem Mehrbenutzer-MIMO-Szenario ausgegangen, d. h. mehrere unabhängige Datenströme, die über mehrere Antennen gesendet und empfangen werden. Dabei wird einem Fachmann klar sein, dass das beschriebene Konzept ebenso auf Einbenutzer-SISO-Szenarien mit ISI angewandt werden kann.The Turbo receiving concept according to the invention will now be detailed in the following with reference to the accompanying figures explained become. This is exemplified by a multi-user MIMO scenario gone out, d. H. several independent Data streams, the above several antennas are sent and received. It becomes one Those skilled in the art should be aware that the described concept is equally applicable to single-user SISO scenarios can be applied with ISI.

1 zeigt ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens 100 zum Empfangen einer Mehrzahl N von Empfangssignalen entsprechend N Datenströmen. Dabei kann die Mehrzahl N beispielsweise einer Anzahl von zu detektierenden Nutzern oder einer Zahl von Subträgern bei einem OFDM-System (Orthogonal Frequency Division Multiplex) entsprechen. 1 shows a schematic flow diagram of a method 100 for receiving a plurality N of received signals corresponding to N data streams. In this case, the plurality N may, for example, correspond to a number of users to be detected or to a number of subcarriers in an Orthogonal Frequency Division Multiplex (OFDM) system.

In einem ersten Schritt 102 wird die Mehrzahl N der Empfangssignale mit einer Mehrzahl R von Empfangsantennen bzw. Empfangszweigen empfangen, wobei an jedem der Empfangszweige eine Überlagerung der Mehrzahl N der Empfangssignale empfangen wird. D. h. die N Empfangssignale interferieren. Die Mehrzahl N der Empfangssignale entspricht einer Mehrzahl von N Sendedatenströmen, die über einen MIMO-Kanal zu einem erfindungsgemäßen Empfänger übertragen werden.In a first step 102 the plurality N of the received signals are received with a plurality R of receiving antennas or receiving branches, wherein at each of the receiving branches an overlay of the plurality N of the received signals is received. Ie. the N receive signals interfere. The plurality N of the received signals corresponds to a plurality of N transmit data streams which are transmitted via a MIMO channel to a receiver according to the invention.

In einem zweiten Schritt 104 werden, basierend auf den R Empfangssignalen, durch ein lineares Detektionsverfahren N erste Detektorausgangssignale ermittelt, wobei die N ersten Detektorausgangssignale den N kanalcodierten Sendesignalen entsprechen und wobei jedes der ersten Detektorausgangssignale eine erste Wahrscheinlichkeitsinformation über potenziell gesendete Sendesymbole umfasst. In anderen Worten ausgedrückt bedeutet dies, dass in dem Schritt 104 aus den R Empfangssignalen N erste Detektorausgangssignale ermittelt werden, die den N Sendesignalen zugeordnet werden können. D. h., durch das lineare Detektionsverfahren werden, basierend auf den R Empfangssignalen, die N einzelnen Datenströme separiert. Dabei kann R < N, R = N oder R > N sein. In einem Extremfall ist R = 1 und N = 1, was dann lediglich einer Empfangsantenne und einem Datenstrom entspricht.In a second step 104 For example, based on the R receive signals, N first detector output signals are detected by a linear detection method, the N first detector output signals corresponding to the N channel coded transmit signals, and wherein each of the first detector output signals comprises first probability information about potentially transmitted transmit symbols. In other words, this means that in the step 104 from the R receive signals N first detector output signals are determined, which can be assigned to the N transmit signals. That is, by the linear detection method, based on the R reception signals, the N individual data streams are separated. In this case, R <N, R = N or R> N. In an extreme case, R = 1 and N = 1, which then corresponds to only one receiving antenna and one data stream.

In einem weiteren Schritt 106 werden die N ersten Detektorausgangssignale kanaldecodiert, um Redundanzinformationen eines sendeseitigen Kanalcodes auszunutzen. Durch das Kanaldecodieren werden N Kanaldecoderausgangssignale geliefert, wobei jedes der N Kanaldecoderausgangssignale eine zweite Wahrscheinlichkeitsinformation über die jeweils potenziell gesendeten Sendesymbole umfasst, die durch Kenntnis des Kanalcodes zuverlässiger ist als die erste Wahrscheinlichkeitsinformation der ersten Detektorausgangssignale.In a further step 106 For example, the N first detector output signals are channel decoded to take advantage of redundancy information of a transmission side channel code. By channel decoding, N channel decoder output signals are provided, wherein each of the N channel decoder output signals comprises second probability information on the respective potentially transmitted transmit symbols, which by knowing the channel code is more reliable than the first probability information of the first detector output signals.

In einem Schritt 108 wird nun ein nichtlineares Detektionsverfahren angewandt, um, basierend auf den R Empfangssignalen und den N Kanaldecoderausgangssignalen eine Mehrzahl N von zweiten Detektorausgangssignalen zu erhalten. Jedes der N zweiten Detektorausgangssignale weist eine dritte Wahrscheinlichkeitsinformation über die potenziell gesendeten Sendesymbole auf, die im Regelfall zuverlässiger als die zweite (und die erste) Wahrscheinlichkeitsinformation sein sollte.In one step 108 Now, a nonlinear detection method is used to obtain a plurality N of second detector output signals based on the R reception signals and the N channel decoder output signals. Each of the N second detector output signals has third probability information about the potentially transmitted transmit symbols, which should normally be more reliable than the second (and first) probability information.

In einem Rückkopplungsschritt 110 werden die N zweiten Detektorausgangssignale als Eingangssignale für den Kanaldecodier-Schritt 106 verwendet, d. h., die zweiten Detektorausgangssignale (extrinsische Information) werden als a priori Wahrscheinlichkeitsinformation zum Decodieren verwendet.In a feedback step 110 For example, the N second detector output signals are input to the channel decode step 106 ie, the second detector output signals (extrinsic information) are used as a priori probability information for decoding.

Dabei bilden die Schritte 106, 108 und 110 jeweils eine Feedback-Schleife, die nun so oft durchlaufen werden kann, bis keine signifikante Besserung der Zuverlässigkeit der zweiten und/oder dritten Wahrscheinlichkeitsinformation mehr erreicht werden kann.Here are the steps 106 . 108 and 110 in each case a feedback loop, which can now be run through so often until no significant improvement in the reliability of the second and / or third probability information can be achieved.

Ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Empfangsvorrichtung 200 zur Durchführung des Verfahrens 100 gemäß 1 ist in 2 gezeigt.A block diagram of a receiving device according to the invention 200 to carry out the process 100 according to 1 is in 2 shown.

Die Empfangsvorrichtung 200 weist R Empfangszweige 202-r (r = 1, 2, ..., R) auf, wobei an jedem der Empfangszweige 202-r (r = 1, 2, ..., R) eine Überlagerung von N durch die Übertragung beeinträchtigter Datenströme empfangbar ist. D. h., dass r-te Empfangssignal yr kann, ohne Berücksichtigung der (diskreten) Zeit, dargestellt werden als

Figure 00140001
wobei hnr den Kanalkoeffizienten des Übertragungskanals von der n-ten Datenquelle zum r-ten Empfangszweig, xn das Sendesymbol der n-ten Datenquelle und nr additives weißes Gauss'sches Rauschen am r-ten Empfangszweig bedeutet.The receiving device 200 has R reception branches 202-r (r = 1, 2, ..., R), wherein at each of the reception branches 202-r (R = 1, 2, ..., R) is a superposition of N by the transmission impaired data streams receivable. That is, the rth receive signal y r can be represented without considering the (discrete) time
Figure 00140001
where h nr denotes the channel coefficient of the transmission channel from the nth data source to the rth reception branch, x n the transmission symbol of the n th data source, and n r additive white Gaussian noise at the r th reception branch.

Die R Empfangssignale yr bzw. ein daraus resultierender Empfangssignalvektor y = [y1, y2, ..., yR]T werden einer linearen MIMO-Detektoreinrichtung 204 zugeführt, die eingangsseitig mit der Mehrzahl der R Empfangszweige 202-r gekoppelt ist. In der linearen MIMO-Detektoreinrichtung 204 wird auf die R Empfangssignale, in einem ersten Detekti onsschritt, ein lineares Detektionsverfahren angewandt, um ausgangsseitig N erste Detektorausgangssignale zu erhalten. Die N ersten Detektorausgangssignale entsprechen ersten Schätzwerten für die N kanalcodierten Sendesignale xn.The R received signals y r and a resulting received signal vector y = [y 1 , y 2 ,..., Y R ] T become a linear MIMO detector device 204 fed, the input side with the plurality of R reception branches 202-r is coupled. In the linear MIMO detector device 204 is applied to the R received signals, in a first Detekti onsschritt, a linear detection method to the output side to obtain N first detector output signals. The N first detector output signals correspond to first estimates for the N channel coded transmission signals x n .

Jedes der ersten N Detektorausgangssignale umfasst eine erste Wahrscheinlichkeitsinformation ln 1 (n = 1, 2, ..., N) über die potenziell gesendeten Sendesymbole xn. Diese erste Wahrscheinlichkeitsinformation kann beispielsweise gemäß

Figure 00150001
bestimmt werden, wobei x ^n (n = 1, 2, ..., N) einen harten Schätzwert für xn bedeutet und
Figure 00150002
die Varianz der bedingten Ausgangsverteilung ist.Each of the first N detector output signals comprises first probability information l n 1 (n = 1, 2, ..., N) over the potentially transmitted transmission symbols x n . This first probability information can, for example, according to
Figure 00150001
be determined, where x ^ n (n = 1, 2, ..., N) means a hard estimate for x n and
Figure 00150002
is the variance of the conditional output distribution.

Die ersten Detektorausgangssignale in Form der ersten Wahrscheinlichkeitsinformation ln 1 (n = 1, 2, ..., N) werden einer Kanaldecodereinrichtung 208 als a priori Wahrscheinlichkeitsinformation zugeführt. Basierend darauf liefert die Kanaldecodereinrichtung 208 ausgangsseitig N Kanaldecoderausgangssignale, wobei jedes der Kanaldecoderausgangssignale eine zweite Wahrscheinlichkeitsinformation ln 2 (n = 1, 2, ..., N) über die potenziell gesendeten Sendesymbole xn umfasst, die zuverlässiger ist als die erste Wahrscheinlichkeitsinformation ln 1 (n = 1, 2, ..., N). D. h., die Kanaldecodereinrichtung 208 umfasst gemäß einem Ausführungsbeispiel N Soft-In/Soft-Out Kanaldecoder 208-n (n = 1, 2, ..., N), um, basierend auf den von der linearen MIMO-Detektoreinrichtung 204 gelieferten N ersten Wahrscheinlichkeitsinformationen ln 1 (n = 1, 2, ..., N) ausgangsseitig Schätzwerte für die Sendesymbole xn in Form von Log-Likelihood-Ratios ln 2 (n = 1, 2, ..., N) bereitzustellen.The first detector output signals in the form of the first probability information l n 1 (n = 1, 2,..., N) become a channel decoder device 208 supplied as a priori probability information. Based on this, the channel decoder provides 208 output N channel decoder output signals, each of the channel decoder output signals comprising second probability information l n 2 (n = 1, 2, ..., N) over the potentially transmitted transmit symbols x n , which is more reliable than the first likelihood information l n 1 (n = 1) , 2, ..., N). That is, the channel decoder device 208 In one embodiment, N comprises soft-in / soft-out channel decoders 208-n (n = 1, 2, ..., N), based on that of the linear MIMO detector device 204 delivered N first probability information l n 1 (n = 1, 2, ..., N) on the output side estimates for the transmission symbols x n in the form of log likelihood ratios l n 2 (n = 1, 2, ..., N ).

Der Kanaldecoderalgorithmus der Kanaldecodereinrichtung 208 ist dabei an einen sendeseitig verwendeten Kanalencoder an gepasst und kann beispielsweise aus der Gruppe umfassend Maximum a posteriori (MAP) Decoder, Soft-Output-Viterbi-Algorithmus (SOVA) Decoder, und Bahl, Cocke, Jelinek, Raviv (BCJR) Decoder ausgewählt werden.The channel decoder algorithm of the channel decoder device 208 is adapted to a channel coder used on the transmitting side and can be selected, for example, from the group comprising a maximum a posteriori (MAP) decoder, soft output Viterbi algorithm (SOVA) decoder, and Bahl, Cocke, Jelinek, Raviv (BCJR) De be selected.

Die von der Kanaldecodereinrichtung 208 bereitgestellten Soft-Output-Symbole ln 2 (n = 1, 2, ..., N) werden einer nichtlinearen MIMO-Detektoreinrichtung 212 als a priori Information zugeführt. Des Weiteren ist die nichtlineare MIMO-Detektoreinrichtung 212 mit der Mehrzahl der Empfangszweige 202-r (n = 1, 2, ..., R) gekoppelt, so dass ihr die R Empfangssignale y = [y1, y2, ..., yR]T zugeführt werden können. Basierend auf der a priori Information ln 2 (n = 1, 2, ..., N) und dem Empfangssignal y = [y1, y2, ..., yR]T stellt die nichtlineare MIMO-Detektoreinrichtung 212 durch ein nichtlineares Detektionsverfahren ausgangsseitig N zweite Detektorausgangssignale bereit, die jeweils eine dritte Wahrscheinlichkeitsinformation ln 3 (n = 1, 2, ..., N) über die potenziell gesendeten Sendesymbole xn umfassen. Aufgrund der Verwertung der zweiten Wahrscheinlichkeitsinformation ln 2 (n = 1, 2, ..., N) als a priori Information sollte die dritte Wahrscheinlichkeitsinformation ln 3 (n = 1, 2, ..., N) zuverlässiger sein als die zweite (und die erste) Wahrscheinlichkeitsinformation. Die dritte Wahrscheinlichkeitsinformation ln 3 (n = 1, 2, ..., N) wird gemäß Ausführungsbeispielen in Form von Log-Likelihood-Ratios bereitgestellt und kann gemäß Gl. (5) (siehe oben) berechnet werden, wobei LE durch ln 2 (n = 1, 2, ..., N) zu ersetzen ist.The of the channel decoder device 208 provided soft output symbols l n 2 (n = 1, 2, ..., N) are a non-linear MIMO detector device 212 supplied as a priori information. Furthermore, the non-linear MIMO detector device 212 with the majority of reception branches 202-r (n = 1, 2, ..., R), so that the R received signals y = [y 1 , y 2 ,..., y R ] T can be supplied to it. Based on the a priori information l n 2 (n = 1, 2, ..., N) and the received signal y = [y 1 , y 2 , ..., y R ] T represents the non-linear MIMO detector device 212 by a non-linear detection method on the output side N second detector output signals, each of which includes a third probability information l n 3 (n = 1, 2, ..., N) on the potentially transmitted transmission symbols x n . Due to the utilization of the second probability information l n 2 (n = 1, 2, ..., N) as a priori information, the third likelihood information l n 3 (n = 1, 2, ..., N) should be more reliable than the second (and the first) probability information. The third probability information l n 3 (n = 1, 2,..., N) is provided according to exemplary embodiments in the form of log likelihood ratios and can, according to Eq. (5) (see above), where L E is to be replaced by l n 2 (n = 1, 2, ..., N).

Für einen zweiten Detektionsschritt werden die zweiten Detektorausgangssignale in Form der dritten Wahrscheinlichkeitsinformation ln 3 (n = 1, 2, ..., N) jeweils auf die N Eingänge der Kanaldecodereinrichtung 208 als a priori Information zurückgekoppelt. Dabei werden Schalter 214-n geöffnet, um die ersten Detektorausgangssignale ln 1 (n = 1, 2, ..., N) der linearen Detektoreinrichtung 204 von den Eingängen der Kanaldecodereinrichtung 208 abzukoppeln. Somit werden für den zweiten Detektionsschritt quasi die ersten Detektoraus gangssignale ln 1 (n = 1, 2, ..., N) durch die zweiten Detektorausgangssignale ln 3 (n = 1, 2, ..., N) ersetzt.For a second detection step, the second detector output signals in the form of the third probability information l n 3 (n = 1, 2,..., N) are respectively applied to the N inputs of the channel decoder device 208 fed back as a priori information. There are switches 214-n opened to the first detector output signals l n 1 (n = 1, 2, ..., N) of the linear detector device 204 from the inputs of the channel decoder device 208 decouple. Thus, for the second detection step, the first quasi Detektoraus output signals l n 1 (n = 1, 2, ..., N) by the second detector output signals I n 3 (n = 1, 2, ..., N) is replaced.

Die lineare MIMO-Detektoreinrichtung 204 könnte beispielsweise nach dem ZF-Prinzip oder vorzugsweise nach dem MMSE-Prinzip arbeiten.The linear MIMO detector device 204 could work, for example, according to the IF principle or preferably according to the MMSE principle.

Beim ZF-Prinzip wird der Sendesymbolvektor x = [x1, x2, ..., xN]T gemäß x ^ = (HHH)–1HH·y (7)geschätzt, wobei (HHH)–1HH die Moore-Penrose-Inverse der Kanalmatrix H ist.In the IF principle, the transmission symbol vector x = [x 1 , x 2 ,..., X N ] T becomes x ^ = (H H H) -1 H H · Y (7) (H H H) -1 H H is the Moore Penrose inverse of the channel matrix H.

Beim MMSE-Prinzip wird der Sendesymbolvektor x = [x1, x2, ..., xN]T gemäß

Figure 00170001
geschätzt, wobei noch die Rauschvarianz σ2 des Empfangssignals berücksichtigt wird.In the MMSE principle, the transmission symbol vector x = [x 1 , x 2 ,..., X N ] T is determined according to
Figure 00170001
estimated, wherein the noise variance σ 2 of the received signal is taken into account.

Anhand von 3 soll exemplarisch das lineare MMSE-Detektionsverfahren, welches gemäß einem Ausführungsbeispiel in der linearen Detektionseinrichtung 204 abläuft, veranschaulicht werden.Based on 3 is an example of the linear MMSE detection method, which according to an embodiment in the linear detection device 204 expires, be illustrated.

Basierend auf dem Empfangsvektor y und bekannten Pilotsymbolen kann zunächst eine Kanalschätzung und eine Rauschleistungsschätzung durchgeführt werden (300), so dass Schätzwerte für H und σ2 erhalten werden. Derartige Schätzverfahren sind aus dem Stand der Technik bekannt. Basierend auf der geschätzten Kanalmatrix H und der Rauschleistung σ2 kann nun der Ausdruck

Figure 00170002
berechnet werden (302). Die daraus resultierende Matrix wird nun mit dem Empfangsvektor y multipliziert (304), um den geschätzten Sendesymbolvektor x ^ zu erhalten. Die geschätzten Sendesymbole x ^n (n = 1, 2, ..., N) können nun mittels einer Soft-Demodulation (306), beispielsweise gemäß Gl. (7), in erste Wahrscheinlichkeitsinformationen ln 1 (n = 1, 2, ..., N) umgerechnet werden, die der nachfolgenden Kanaldecodereinrichtung 208 als a priori Informationen zugeführt werden.Based on the receive vector y and known pilot symbols, first a channel estimation and a noise power estimation can be performed ( 300 ), so that estimates for H and σ 2 are obtained. Such estimation methods are known in the art. Based on the estimated channel matrix H and the noise power σ 2 , the expression
Figure 00170002
be calculated ( 302 ). The resulting matrix is then multiplied by the receive vector y ( 304 ) to obtain the estimated transmit symbol vector x ^. The estimated transmission symbols x ^ n (n = 1, 2,..., N) can now be determined by means of a soft demodulation (FIG. 306 ), for example according to Eq. (7), in first probability information l n 1 (n = 1, 2, ..., N) are converted, the subsequent channel decoder device 208 as a priori information is supplied.

Bezugnehmend auf 4 soll nun ein Beispiel für einen Kanaldecoder 208-n (n = 1, 2, ..., N) der Kanaldecodereinrichtung 208 erläutert werden. 4 zeigt dazu ein Blockdiagramm eines sogenannten Turbo-Decoders 208-n, unter der Voraussetzung, dass senderseitig ein entsprechender Turbo-Encoder zur Kanalcodierung verwendet wurde.Referring to 4 Let's look at an example of a channel decoder 208-n (n = 1, 2, ..., N) of the channel decoder device 208 be explained. 4 shows a block diagram of a so-called turbo decoder 208-n , provided that a corresponding turbo encoder was used for channel coding on the transmitter side.

Der Turbo-Decoder 208-n umfasst einen ersten und einen zweiten Soft-In/Soft-Out Faltungsdecoder 402-1, 402-2, einen Turbo-Verschachteler (Interleaver) 404-1 und einen Turbo-Entschachteler (De-Interleaver) 404-2. Eingangsseitig werden Schätzwerte für Sendesymbole x ^n (n = 1, 2, ..., N) und zugehörige erste Paritätsinformationen 406-1 (entsprechend einem ersten Encoder) als Soft-Informationen bereitgestellt. Die beiden Faltungsdecoder 402-1, 402-2 können z. B. MAP-Symbolschätzer sein. Der erste Faltungsdecoder 402-1 berechnet ausgehend von den geschätzten Sendesymbolen in x ^n (n = 1, 2, ..., N), den ersten Paritätsinformationen und einem Rückkoppelsignal LLR2 erste logarithmische Zuverlässigkeitsdaten LLR1 in Form von Log-Likelihood-Ratios.The turbo decoder 208-n includes a first and a second soft-in / soft-out convolutional decoder 402-1 . 402-2 , a turbo interleaver 404-1 and a turbo-deinterleaver (de-interleaver) 404-2 , On the input side are estimates for transmit symbols x ^ n (n = 1, 2, ..., N) and associated first parity information 406-1 (corresponding to a first encoder) provided as soft information. The two convolutional decoders 402-1 . 402-2 can z. B. MAP symbol estimator. The first convolutional decoder 402-1 calculates first logarithm reliability data LLR1 in the form of log likelihood ratios based on the estimated transmission symbols in x ^ n (n = 1, 2, ..., N), the first parity information and a feedback signal LLR2.

Die ersten logarithmische Zuverlässigkeitsdaten LLR1, die auch die systematischen Daten des Sendesignals enthalten, werden von dem Turbo-Verschachteler 404-1 verschachtelt und dem zweiten Faltungsdecoder 402-2 zugeführt. Der zweite Faltungsdecoder 402-2 berechnet aus den verschachtelten ersten Zuverlässigkeitsdaten LLR1, aus den geschätzten, verschachtelten Sendesymbolen x ^n (n = 1, 2, ..., N) und zweiten Paritätsinformationen 406-2 (entsprechend einem zweiten En coder) zweite logarithmische Zuverlässigkeitsdaten LLR2 und entschachtelt diese zweiten logarithmischen Zuverlässigkeitsdaten LLR2 mit dem Entschachteler 404-2, um sie iterativ dem ersten Kanaldecoder 402-1 als extrinsische Information zuzuführen. Die dargestellte Rekursionsschleife kann mehrmals durchlaufen werden, bis schließlich die vom zweiten Kanaldecoder 402-2 gelieferten Zuverlässigkeitsdaten LLR2 durch den Entschachteler 402-2 entschachtelt werden, um die Kanaldecoderausgangssignale ln 2 (n = 1, 2, ..., N) in Form von LLRs zu erhalten.The first logarithmic reliability data LLR1, which also includes the systematic data of the transmission signal, is provided by the turbo interleaver 404-1 nested and the second convolutional decoder 402-2 fed. The second convolutional decoder 402-2 calculated from the interleaved first reliability data LLR1, from the estimated interleaved transmission symbols x ^ n (n = 1, 2, ..., N) and second parity information 406-2 (corresponding to a second encoder) second logarithmic reliability data LLR2 and deinterleaves these second logarithmic reliability data LLR2 with the deinterleaver 404-2 to iteratively the first channel decoder 402-1 as extrinsic information. The recursion loop shown can be traversed several times until finally the second channel decoder 402-2 delivered reliability data LLR2 by the deinterleaver 402-2 are deinterleaved to obtain the channel decoder output signals l n 2 (n = 1, 2, ..., N) in the form of LLRs.

An dieser Stelle soll noch einmal betont werden, dass der in 4 dargestellte Turbo-Decoder lediglich exemplarisch gemeint ist. Es könnte auch ein anderer Soft-In/Soft-Out-Kanaldecoder, abhängig vom senderseitigen Kanalencoder, verwendet werden.At this point it should be emphasized again that the in 4 illustrated turbo decoder is meant only by way of example. Another soft-in / soft-out channel decoder could also be used, depending on the transmitter-side channel encoder.

Ein Ausführungsbeispiel für das nichtlineare MIMO-Detektionsverfahren in dem nichtlinearen MIMO-Detektor 212 soll im Nachfolgenden anhand von 5 erläutert werden. Dazu zeigt 5 eine schematische Darstellung eines Ablaufs des sogenannten SQRD-M Algorithmus (Sorted QR Decomposition and M-algorithm), der im Wesentlichen Gl. 5 löst.An embodiment of the non-linear MIMO detection method in the non-linear MIMO detector 212 will be explained below by means of 5 be explained. In addition shows 5 a schematic representation of a sequence of the so-called SQRD-M algorithm (Sorted QR Decomposition and M-algorithm), which essentially Eq. 5 triggers.

Um eine Detektion mit einer Baumsuche zu ermöglichen, wird die geschätzte Kanalmatrix H zunächst QR-zerlegt (502), um eine unitäre Matrix Q und eine obere Dreiecksmatrix R zu erhalten. Vor der QR-Zerlegung kann die Kanalmatrix H sortiert werden, so dass eine Detektion mit demjenigen Signal gestartet werden kann, das am besten empfangen wird. Das Sortieren bzw. Vertauschen der Spalten der Matrix H wird durch eine Permutationsmatrix P ausgedrückt.In order to enable detection with a tree search, the estimated channel matrix H is first QR-decomposed ( 502 ) to obtain a unitary matrix Q and an upper triangular matrix R. Before the QR decomposition, the channel matrix H can be sorted so that detection can be started with the signal that is best received. The sorting of the columns of the matrix H is expressed by a permutation matrix P.

Der Empfangssignalvektor y kann mit der Matrix QH multipliziert werden, um einen modifizierten Empfangssignalvektor y' zu erhalten (504).The received signal vector y can be multiplied by the matrix Q H to obtain a modified received signal vector y '( 504 ).

Der modifizierte Empfangssignalvektor y', die Matrizen Q und R, sowie die Kanaldecoderausgangssignale ln 2 (n = 1, 2, ..., N) werden dann dem M-Algorithmus zugeführt (506), wobei nur die M metrikbesten Pfade weiterverfolgt werden (508).The modified received signal vector y ', the matrices Q and R, and the channel decoder output signals l n 2 (n = 1, 2, ..., N) are then fed to the M algorithm ( 506 ), with only the m metrikbesten paths being followed up ( 508 ).

Dabei kann die Metrik für die Baumsuche des M-Algorithmus als

Figure 00200001
geschrieben werden, wobei die Dimensionen von y' und R dem eigentlichen Baum-Such-Level entsprechen. Um aus der Liste möglichst effizient Log-Likelihood-Ratios zu bestimmen (510), wird die bekannte max-log Annäherung verwendet, so dass:
Figure 00200002
The metric for the tree search of the M-algorithm can be used as
Figure 00200001
written, with the dimensions of y 'and R correspond to the actual tree search level. To determine log likelihood ratios as efficiently as possible from the list ( 510 ), the known max-log approximation is used so that:
Figure 00200002

Um schließlich die zweiten Kanaldecoderausgangssignale in Form der dritten Wahrscheinlichkeitsinformationen ln 3 (n = 1, 2, ..., N) zu erhalten, werden die durch den SQRD-M-Algorithmus ermittelten Log-Likelihood-Ratios und die Log-Likelihood-Ratios ln 2 (n = 1, 2, ..., N) voneinander subtrahiert (512).Finally, in order to obtain the second channel decoder output signals in the form of the third probability information l n 3 (n = 1, 2,..., N), the log-like values determined by the SQRD-M algorithm are obtained lihood ratios and the log-likelihood ratios l n 2 (n = 1, 2, ..., N) are subtracted from each other ( 512 ).

Auch hier sei erwähnt, dass durch den Block 212 durchaus andere nichtlineare Detektionverfahren mit anderen Algorithmen realisiert werden können als der eben beschriebene. Wichtig ist lediglich, dass Soft-Informationen verarbeitet werden können.Again, it should be mentioned that through the block 212 quite different nonlinear detection methods can be realized with other algorithms than the one just described. The only important thing is that soft information can be processed.

6 zeigt nun ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Turbo-Empfängers 600, der im Rahmen einer OFDM-Übertragung mit P Sub-Frequenzträgern eingesetzt werden kann. 6 now shows a block diagram of a turbo-receiver according to the invention 600 , which can be used in the context of OFDM transmission with P sub-frequency carriers.

Der exemplarisch dargestellte Empfänger 600 umfasst in einem Empfänger-Frontend 602 beispielhaft R = 4 Empfangszweige 602-1 bis 602-4. In diesen Empfangszweigen 602-1 bis 602-4 werden die von den vier Empfangsantennen empfangenen Signale abwärts gemischt und analog-digital-gewandelt. Danach wird der sog. Zyklische Präfix verarbeitet und die einzelnen Empfangssignale werden mittels einer diskreten Fourier-Transformation in den Frequenzbereich transformiert.The recipient shown by way of example 600 includes in a receiver frontend 602 by way of example R = 4 reception branches 602-1 to 602-4 , In these reception branches 602-1 to 602-4 The signals received by the four receive antennas are down-converted and analog-to-digital converted. Thereafter, the so-called. Cyclic prefix is processed and the individual received signals are transformed by means of a discrete Fourier transform in the frequency domain.

Wird mit yrp [k] der k-te Abtastwert des p-ten (p = 1, 2, ..., P) FFT-Ausgangs der Empfangsantenne r (r = 1, 2, ..., R) bezeichnet, wenn das k-te OFDM-Symbol verarbeitet wird, so lässt sich schreiben:

Figure 00210001
wobei xp[k] das Symbol bedeutet, welches auf Sub-Frequenzträger p (p = 1, 2, ..., P) im k-ten OFDM-Symbolintervall übertragen wurde. H(r,p)p bedeutet den entsprechenden Kanalkoeffizienten zur r-ten (r = 1, 2, ..., R) Empfangsantenne auf dem p-ten (p = 1, 2, ..., P) Subträger.Will with y r p [K] the kth sample of the pth (p = 1, 2, ..., P) FFT output of the receiving antenna r (r = 1, 2, ..., R), if the kth OFDM Symbol is processed, so can write:
Figure 00210001
where x p [k] is the symbol transmitted on sub-frequency carrier p (p = 1, 2, ..., P) in the k th OFDM symbol interval. H (R, p) p means the corresponding channel coefficient to the rth (r = 1, 2, ..., R) receive antenna on the pth (p = 1, 2, ..., P) subcarrier.

Ein linearer MIMO-Detektor 604 umfasst, für jeden Sub-Frequenzträger p (p = 1, 2, ..., P), einen linearen MMSE-Detektor 604-1, um, basierend auf den vier Eingangssignalen y = [yp 1, yp 2, yp 3, yp 4]T für jeden Sub-Frequenzträger p (p = 1, 2, ..., P), einen ersten Schätzwert x ^'p für das entsprechende gesendete Symbol xp zu liefern. Dazu benötigt der lineare MMSE-Detektor 604-1 Schätzwerte für die MIMO-Kanalmatrix H und die Empfangsrauschleistung σ2, die von einem Parameterschätzer 606 bereitgestellt werden. Basie rend auf der geschätzten Kanalmatrix H und der Rauschleistung σ2 kann nun in einem Block 607 der Ausdruck

Figure 00220001
berechnet werden. Die von dem linearen MMSE-Detektor 604-1 geschätzten Sendesymbole x ^'p werden einem Frequenz-Offset-Kompensationsblock 604-2 zugeführt, um eventuelle Frequenz-Offsets durch Lokaloszillatordrifts oder Dopplerverschiebungen zu kompensieren. Das kann z. B. mit bekannten Autokorrelations- oder Spektralmethoden geschehen. Die daraus resultierenden frequenzoffsetkompensierten Schätzwerte x ^p werden einem Block 604-3 zugeführt, um daraus a priori Wahrscheinlichkeitsinformationen 11 (p = 1, 2, ..., P) für den nachfolgenden Kanaldecoderblock 608 zu generieren.A linear MIMO detector 604 comprises, for each sub-frequency carrier p (p = 1, 2, ..., P), a linear MMSE detector 604-1 to determine, based on the four input signals y = [y p 1 , y p 2 , y p 3 , y p 4 ] T for each sub-frequency carrier p (p = 1, 2, ..., P), a first one Estimate x ^ ' p for the corresponding transmitted symbol x p . This requires the linear MMSE detector 604-1 Estimates for the MIMO channel matrix H and the received noise power σ 2 obtained from a parameter estimator 606 to be provided. Basing on the estimated channel matrix H and the noise power σ 2 can now be in one block 607 the expression
Figure 00220001
be calculated. The from the linear MMSE detector 604-1 estimated transmit symbols x ^ ' p become a frequency offset compensation block 604-2 supplied to compensate for any frequency offsets by Lokaloszillatordrifts or Doppler shifts. This can z. B. done with known autocorrelation or spectral methods. The resulting frequency offset compensated estimates x ^ p become one block 604-3 fed to it a priori probability information 11 (p = 1, 2, ..., P) for the subsequent channel decoder block 608 to generate.

Der Kanaldecoder 608 arbeitet basierend auf dem anhand von 5 beschriebenen Turbo-Decoder-Prinzip. Er liefert an seinem Ausgang a priori Informationen lp 2 (p = 1, 2, ..., P) für einen nichtlinearen MIMO-Detektor 612, der, ab einem zweiten Detektionsschritt, dem Kanaldecoder 608 wiederum zweite Detektorausgangssignale in Form von a priori Wahrscheinlichkeiten lp 3 (p = 1, 2, ..., P) liefert, welche die ersten Detektorausgangssignale lp 1 (p = 1, 2, ..., P) ab dem zweiten Detektionsschritt ersetzen. Nach einer gewünschten Anzahl von Iterationen können dann nach einer Vorzeichenevaluierung der LLRs Schätzwerte für die gesendeten Symbole bzw. Bits ausgegeben werden.The channel decoder 608 works based on the 5 described turbo-decoder principle. It supplies at its output a priori information l p 2 (p = 1, 2,..., P) for a non-linear MIMO detector 612 which, as of a second detection step, the channel decoder 608 again provides second detector output signals in the form of a priori probabilities l p 3 (p = 1, 2, ..., P), which the first detector output signals l p 1 (p = 1, 2, ..., P) from the second Replace detection step. After a desired number of iterations, after a sign evaluation of the LLRs, estimated values for the transmitted symbols or bits can then be output.

Nachdem im Vorhergehenden das erfindungsgemäße Konzept detailliert beschrieben wurde, soll im Nachfolgenden auf die Leistungsfähigkeit des erfindungsgemäßen Empfängerkonzepts eingegangen werden.After this in the foregoing, the inventive concept is described in detail was, will be in the following on the performance of the receiver concept of the invention To be received.

Die Genauigkeit der LLRs an irgendeiner Stufe eines erfindungsgemäßen Empfängers kann als sogenannte Transinformation oder gegenseitige Information I (Mutual Information) mit den gesendeten Bits gemessen werden:

Figure 00230001
wobei p(l, c) die zweidimensionale Verteilung der gesendeten Bits c und der Empfänger-LLRs l bedeutet, und pc(c) und pl(l) die jeweiligen Randverteilungen bedeuten. Die Transinformation I ist dann ein Wert zwischen 0 und 1, wobei eine 1 eine richtige Detektion bedeutet.The accuracy of the LLRs at any stage of a receiver according to the invention can be measured as so-called transinformation or mutual information I (Mutual Information) with the transmitted bits:
Figure 00230001
where p (l, c) denotes the two-dimensional distribution of the transmitted bits c and the receiver LLRs l, and p c (c) and p l (l) denote the respective edge distributions. The transinformation I is then a value between 0 and 1, with a 1 meaning a correct detection.

7 zeigt die gegenseitige Transinformation I aufgetragen über dem Signal-zu-Rauschleistungsverhältnis (SNR) für verschiedene MIMO-Detektoren (ZF, MMSE, M-Algorithmus) bei einer 4 × 4 QPSK-Übertragung. Die MIMO-Detektoren verarbeiten dabei keine Wahrscheinlichkeitsinformationen vom Kanaldecoder. D. h., es findet keine Rückkopplung von extrinsischen Informationen statt. 7 Figure 12 shows the mutual trans-information I plotted against the signal-to-noise power ratio (SNR) for various MIMO detectors (IF, MMSE, M algorithm) in a 4x4 QPSK transmission. The MIMO detectors do not process any probability information from the channel decoder. That is, there is no feedback from extrinsic information.

Für niedriges SNR erreicht MMSE als erste Detektionsstufe eine gute Empfangsqualität bei minimalem Rechenaufwand verglichen mit dem QRD-M Algorithmus für verschiedene M.For low SNR achieves MMSE as the first detection stage a good reception quality with minimal Computing overhead compared to the QRD-M algorithm for different M.

Ein Turbo-Decoder umfasst zwei Soft-In/Soft-Out-Decoder, die iterativ betrieben werden mit dazwischen befindlichen Interleaver und De-Interleaver. Ein sogenanntes EXIT-Diagramm (EXtrinsic Information Transfer) mit LTE (Long Term Evolution) Turbo-Code-Parametern ist in 8 gezeigt. In dem Diagramm werden Gauß'sche LLR-Verteilungen angenommen und es illustriert den Austausch von extrinsischen Informationen zwischen den beiden BCJR-Decodern eines Turbo-Decoders. Die verschiedenen Kurven in dem Diagramm korrespondieren zu verschiedenen Kanalqualitäten. Für einen verrauschten Kanal hat das EXIT-Diagramm keine Öffnung und der Turbo-Decoder konvergiert nicht gegen I = 1. Sobald eine Öffnung in dem Diagramm erkennbar ist, kann der Punkt I = 1 zumindest mit einer großen Anzahl von Turbo-Decoder-Iterationen erreicht werden. Je besser der Kanal wird, des to weiter wird die Öffnung des EXIT-Diagramms und der Turbo-Decoder konvergiert schneller.A turbo decoder comprises two soft-in / soft-out decoders which are operated iteratively with an interleaver and a de-interleaver in between. A so-called EXIT diagram (EXtrinsic Information Transfer) with LTE (Long Term Evolution) turbo code parameters is in 8th shown. The diagram assumes Gaussian LLR distributions and illustrates the exchange of extrinsic information between the two BCJR decoders of a turbo decoder. The different curves in the diagram correspond to different channel qualities. For a noisy channel, the EXIT chart has no aperture and the turbo decoder does not converge to I = 1. Once an opening in the chart is apparent, the point I = 1 can be reached, at least with a large number of turbo decoder iterations become. The better the channel becomes, the further to the opening of the EXIT chart and the turbo decoder converges faster.

Die Feedback-Schleife zwischen Kanaldecoder und Detektor in einem Turbo-Empfänger hat das Potenzial, eine Öffnung in dem EXIT-Diagramm für sehr niedrige SNR zu schaffen und dadurch den Operationsbereich des Empfängers zu vergrößern. Falls bereits eine Öffnung im EXIT-Diagramm existiert, so kann die Feedback-Schleife die Zahl der Turbo-Decoder-Iterationen reduzieren.The Feedback loop between channel decoder and detector has in a turbo receiver the potential, an opening in the EXIT chart for to create very low SNR and thereby the operating area Recipient to enlarge. If already an opening exists in the EXIT chart, so the feedback loop can be the number the turbo decoder iterations to reduce.

Die 9a und b zeigen, wie der M-Detektor extrinsische Informationen vom Kanaldecoder verarbeitet.The 9a and b show how the M detector processes extrinsic information from the channel decoder.

Der M-Detektor nutzt a priori Informationen des Kanaldecoders schon bei kleinem M gut aus.Of the M-detector already uses a priori information of the channel decoder good at small M.

Für einen Empfänger, definiert als eine Abfolge von Signalverarbeitungsblöcken, kann die Performance hinsichtlich der Transinformation I bei einem bestimmten SNR abgeschätzt werden, indem EXIT-Charts verkettet werden. Den Gesamtrechenaufwand erhält man durch Aufsummieren der einzelnen Rechenanforderungen pro LLR pro Block. Die optimale Kombination von Empfangsalgorithmen ist diejenige, welche die Anforderungen hinsichtlich einer Ziel-Transinformation bei einem Ziel-SNR mit dem wenigsten Rechenaufwand erreicht. Ein beispielhafter Graph ist in 10 gezeigt.For a receiver, defined as a sequence of signal processing blocks, the performance in terms of transinformation I at a particular SNR can be estimated by concatenating EXIT charts. The total computational effort is obtained by adding up the individual computational requirements per LLR per block. The optimal combination of receive algorithms is that which meets the requirements for target trans information at a target SNR with the least amount of computation. An exemplary graph is in FIG 10 shown.

Es werden ZF, MMSE und M-Detektor mit M ≦ 16 (mit und ohne extrinsische Information) und Turbo-Decoder mit bis zu 20 Iterationen berücksichtigt. Der Graph in 10 erlaubt nur wechselnde Sequenzen zwischen Detektoren und Kanaldecodern. Für den Kanaldecoder werden vollständige Iterationen beider BCJR-Decoder und (De-)Interleaver angenommen. Die Evaluierung wurde für eine Ziel-Transinformation von 0,99, für 4 × 4 QPSK-Übertragung und variierendes SNR vorgenommen.ZF, MMSE and M detectors with M ≦ 16 (with and without extrinsic information) and turbo decoders with up to 20 iterations are considered. The graph in 10 allows only changing sequences between detectors and channel decoders. For the channel decoder, complete iterations of both BCJR decoders and (de) interleavers are assumed. The evaluation was made for a target transinformation of 0.99, for 4 x 4 QPSK transmission and varying SNR.

Lineare ZF-Detektion und Turbo-Decoder (ohne Feedback-Schleife) führt zu der Kurve 1010. Für ein Ziel-SNR von 10 dB werden zwei Turbo-Decoder-Iterationen benötigt, während für ein Ziel-SNR von 6 dB neun Turbo-Decoder-Iterationen benötigt werden.Linear IF detection and turbo decoder (without feedback loop) leads to the curve 1010 , For a target SNR of 10 dB, two turbo decoder iterations are needed, while for a target SNR of 6 dB, nine turbo decoder iterations are needed.

Die Kurve 1020 steht für M-Detektor und Turbo-Decoder (ohne Feedback-Schleife). Dadurch kann ein Kompromiss zwischen Detektor- und Kanaldecoderkomplexität gefunden werden.The curve 1020 stands for M detector and turbo decoder (without feedback loop). This allows a compromise between detector and channel decoder complexity to be found.

Die Kurve 1030 beschreibt einen linearen MMSE-Detektor und einen Turbo-Decoder (ohne Feedback-Schleife).The curve 1030 describes a linear MMSE detector and a turbo decoder (without feedback loop).

Die Kurve 1040 beschreibt einen M-Detektor-basierten Turbo-Empfänger mit Feedback-Schleife, d. h. extrinsische Informationen werden vom Turbo-Decoderausgang zurück in den M-Detektor geführt.The curve 1040 describes a M-detector-based turbo receiver with feedback loop, ie extrinsic information is fed from the turbo decoder output back into the M-detector.

Die Kurve 1050 beschreibt einen erfindungsgemäßen hybriden MMSE-Turbo-Empfänger, bei dem der erste Detektor ein linearer MMSE-Detektor ist und danach eine Feedback-Schleife zwischen Kanaldecoder und M-Detektor folgt.The curve 1050 describes a hybrid MMSE turbo receiver according to the invention, in which the first detector is a linear MMSE detector and thereafter follows a feedback loop between channel decoder and M detector.

Aus 10 lässt sich erkennen, dass sich der erfindungsgemäße hybride Turbo-Empfänger in einem SNR-Bereich von 1 dB bis 4 dB aufwandsgünstiger implementieren lässt als sämtliche betrachtete herkömmliche Empfängerkonzepte. Verglichen mit einfacher MMSE (Kurve 1030) hat es eine geringere Komplexität, indem die Anzahl von benötigten Turbo-Decoder-Iterationen verringert werden kann. Für 1 dB Ziel-SNR, MMSE-Detektion gefolgt von zwei Turbo-Decoder-Iterationen, M-Detektion mit M = 3 und fünf Turbo-Decoder-Iterationen, erfüllt das erfindungsgemäße Empfangskonzept mit 260 Zyklen pro LLR die Zielanforderungen und liegt dabei bezüglich Komplexität unterhalb der von Empfängerkonzepten mit einer Kombination von M-Detektor-basierten Turbo-Empfänger (Kurve 1040) und M-Detektor/Turbo-Decoder (Kurve 1020).Out 10 It can be seen that the hybrid turbo receiver according to the invention in an SNR range of 1 dB to 4 dB can be implemented more cost-effectively than all considered conventional receiver concepts. Compared with simple MMSE (curve 1030 ) it has a lower complexity by the number of required turbo decoder iterations can be reduced. For 1 dB target SNR, MMSE detection followed by two turbo decoder iterations, M detection with M = 3 and five turbo decoder iterations, the 260-per-LLR receive concept of the present invention meets the target requirements while being complex below that of receiver concepts using a combination of M-detector-based turbo receiver (curve 1040 ) and M detector / turbo decoder (curve 1020 ).

Die Empfangsqualität bekannter Turbo-Empfänger lässt sich also durch die Verwendung einer ersten linearen Empfängerstufe mit deutlich reduziertem Rechenaufwand erreichen. Die Kombinationsmöglichkeiten der Signalverarbeitungsblöcke ermöglicht eine skalierbare Anpassung der einzubauenden Rechenleistung an die jeweiligen Empfangsanforderungen eines Empfängers. Das erfindungsgemäße Empfängerkonzept ist somit insbesondere für moderne Software-Defined-Radio-Implementierungen interessant, weil die verschiedenen Algorithmen nicht als dedizierte Hardware vorliegen müssen, sondern auf Prozessoren zeitlich nacheinander einfach verschiedener Code ausgeführt werden kann.The reception quality known turbo receiver let yourself that is, by using a first linear receiver stage achieve significantly reduced computational effort. The combination possibilities of Signal processing blocks allows a scalable adaptation of the computing power to be integrated into the respective receiving requirements of a recipient. The receiver concept according to the invention is thus in particular for modern software-defined radio implementations interesting, because the different algorithms are not as dedicated Hardware must be present but on processors successively simply different Code executed can be.

Abhängig von den Gegebenheiten können die erfindungsgemäßen Verfahren also in Hardware oder in Software implementiert werden. Die Implementation kann auf einem digitalen Speichermedium, insbesondere einer Diskette oder einer CD mit elektronisch auslesbaren Steuersignalen erfolgen, die so mit einem programmierbaren Computersystem zusammenwirken können, dass das erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt wird. Allgemein besteht die Erfindung somit auch in einem Computer-Programm-Produkt mit einem auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wenn das Computer-Programm-Produkt auf einem Rechner abläuft. In anderen Worten ausgedrückt kann die Erfindung somit als ein Computer-Programm mit einem Programmcode zur Durchführung des Verfahrens realisiert werden, wenn das Computer-Programm auf einem Computer oder Mikrocontroller abläuft.Depending on the circumstances can the methods of the invention So be implemented in hardware or in software. The implementation can be on a digital storage medium, especially a floppy disk or a CD with electronically readable control signals, which interact with a programmable computer system can, that the inventive method accomplished becomes. Generally, the invention thus also consists in a computer program product with a program code stored on a machine-readable carrier to carry out of the method according to the invention, if the computer program product runs on a computer. In other words The invention can thus be used as a computer program with a program code for execution the process can be realized when the computer program is up a computer or microcontroller expires.

Claims (12)

Empfangsvorrichtung (200; 600) zum Empfangen eines Sendesignals aus einer Überlagerung beeinträchtigter, kanalkodierter Sendesignale, mit folgenden Merkmalen: einem Empfangszweig (202; 602), an dem die Überlagerung der beeinträchtigten, kanalkodierten Sendesignale empfangbar ist; eine lineare Detektoreinrichtung (204; 604), die eingangseitig mit dem Empfangszweig (202; 602) gekoppelt ist, um, in einem ersten Detektionsschritt, ausgangsseitig, durch ein lineares Detektionsverfahren, ein erstes Detektorausgangssignal zu liefern, das eine erste Wahrscheinlichkeitsinformation (ln 1; lp 1) über potentiell gesendete Sendesymbole des Sendesignals umfasst; eine Kanaldecodereinrichtung (208; 608) zum Decodieren des ersten Detektorausgangssignals und zum Liefern eines Kanaldecoderausgangssignals, das eine zweite Wahrscheinlichkeitsinformation (ln 2; lp 2) über die potentiell gesendeten Sendesymbole des Sendesignals umfasst, die zuverlässiger ist als die erste Wahrscheinlichkeitsinformation (ln 1; lp 1); und eine nichtlineare Detektoreinrichtung (212; 612), die eingangseitig mit dem Empfangszweig (202; 602) und dem Kanaldecoderausgangssignal gekoppelt ist, um ausgangsseitig, durch ein nichtlineares Detektionsverfahren, ein zweites Detektorausgangssignal zu liefern, das eine dritte Wahrscheinlichkeitsinformation (ln 3; lp 3) über die potentiell gesendeten Sendesymbole des Sendesignals umfasst, die zuverlässiger ist als die zweite Wahrscheinlichkeitsinformation, wobei das zweite Detektorausgangssignal auf einen Eingang der Kanaldecodereinrichtung zurückgekoppelt wird, um das erste Detektorausgangssignal in einem nachfolgenden Detektionsschritt zu ersetzen.Receiving device ( 200 ; 600 ) for receiving a transmission signal from a superposition of impaired, channel-coded transmission signals, having the following features: a reception branch ( 202 ; 602 ), at which the superposition of the impaired, channel-coded transmission signals is receivable; a linear detector device ( 204 ; 604 ), the input side with the receiving branch ( 202 ; 602 ), for outputting, in a first detection step, on the output side, by a linear detection method, a first detector output signal comprising a first probability information (l n 1 ; l p 1 ) about potentially transmitted transmission symbols of the transmission signal; a channel decoder device ( 208 ; 608 ) for decoding the first detector output signal and for providing a channel decoder output signal comprising second probability information (l n 2 ; l p 2 ) over the potentially transmitted transmission symbols of the transmission signal which is more reliable than the first likelihood information (l n 1 ; l p 1 ) ; and a non-linear detector device ( 212 ; 612 ), the input side with the receiving branch ( 202 ; 602 ) and the channel decoder output signal for outputting, by a non-linear detection method, a second detector output signal comprising third probability information (l n 3 ; l p 3 ) about the potentially transmitted transmit symbols of the transmit signal that is more reliable than the second probability information wherein the second detector output signal is fed back to an input of the channel decoder means to replace the first detector output signal in a subsequent detection step. Empfangsvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die lineare Detektoreinrichtung (204; 604) einen linearen MMSE-Detektor umfasst, um die beeinträchtigten, kanalkodierten Sendesignale zu separieren, so dass das erste Detektorausgangssignal dem Sendesignal zuordenbar ist.Receiving device according to Claim 1, in which the linear detector device ( 204 ; 604 ) comprises a linear MMSE detector for separating the corrupted channel coded transmit signals so that the first detector output signal is assignable to the transmit signal. Empfangsvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die lineare Detektoreinrichtung (204; 604) angepasst ist, um das erste Detektorausgangssignal in Form von Log-Likelihood-Quotienten (ln 1; lp 1) auszugeben.Receiving device according to one of the preceding claims, in which the linear detector device ( 204 ; 604 ) is adapted to output the first detector output signal in the form of log likelihood quotients (l n 1 ; l p 1 ). Empfangsvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Kanaldecodereinrichtung (208; 608) eingangsseitig einen Entschachteler aufweist, um verschachtelte erste Detektorausgangssignale vor dem Decodieren zu entschachteln, und bei der die Kanaldecodereinrichtung ausgangsseitig einen Verschachteler aufweist, um die decodierten ersten Detektorausgangssignale wieder zu verschachteln.Receiving device according to one of the preceding claims, in which the channel decoder device ( 208 ; 608 ) has a deinterleaver on the input side to deinterleave interleaved first detector output signals prior to decoding, and wherein the channel decoder means has an interleaver on the output side to re-interleave the decoded first detector output signals. Empfangsvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Kanaldecodereinrichtung (208; 608) angepasst ist, um das Kanaldecoderausgangssignal in Form von Log-Likelihood-Quotienten (ln 2; lp 2) auszugeben.Receiving device according to one of the preceding claims, in which the channel decoder device ( 208 ; 608 ) is adapted to output the channel decoder output signal in the form of log likelihood quotients (l n 2 ; l p 2 ). Empfangsvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Kanaldecodereinrichtung (208; 608) einen trellis-basierten Kanaldecoder aufweist.Receiving device according to one of the preceding claims, in which the channel decoder device ( 208 ; 608 ) has a trellis-based channel decoder. Empfangsvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die nichtlineare Detektoreinrichtung (212; 612) einen trellis-basierten Detektor umfasst, um die beeinträchtigten, kanalkodierten Sendesignale zu separieren, so dass das zweite Detektorausgangssignal dem Sendesignal zuordenbar ist.Receiving device according to one of the preceding claims, in which the non-linear detector device ( 212 ; 612 ) comprises a trellis-based detector to separate the impaired channel-coded transmit signals so that the second detector output signal is assignable to the transmit signal. Empfangsvorrichtung gemäß Anspruch 7, wobei der trellis-basierte Detektor ein aufwandsreduzierter Detektor ist, derart, dass die Aufwandsreduktion durch eine Zustandsreduktion und/oder durch eine Pfadselektion durch das Trellis bewerkstelligt wird.The receiving device of claim 7, wherein the trellis-based Detector is a reduced-cost detector, such that the Reduction of costs by a state reduction and / or by a Path selection is accomplished by the trellis. Empfangsvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, die angepasst ist, um die Mehrzahl beeinträchtigter, kanalkodierter Sendesignale in wenigstens zwei Detektionsschritten zu empfangen, derart, dass in dem ersten Schritt der Kanaldecodereinrichtung das erste Detektorausgangssignal zugeführt wird, um das Kanaldecoderausgangssignal und, basierend darauf, das zweite Detektorausgangssignal zu erhalten, und dass in dem zweiten Schritt der Kanaldecodereinrichtung das zweiten Detektorausgangssignal zugeführt wird, um weitere Kanaldecoderausgangssignale und, basierend darauf, weitere zweite Detektorausgangssignale zu erhalten.Receiving device according to one of the preceding Claims, which is adapted to the plurality of impaired, channel-coded transmission signals in at least two detection steps, such that in the first step of the channel decoder means, the first detector output signal supplied is the channel decoder output signal and, based on this, the receive second detector output signal, and that in the second Step of the channel decoder device, the second detector output signal is fed for more channel decoder outputs and, based on that, more to obtain second detector output signals. Empfangsvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, die in einem MIMO-OFDM Empfänger implementiert ist.Receiving device according to one of the preceding Claims, in a MIMO-OFDM receiver is implemented. Verfahren (100) zum Empfangen eines Sendesignals aus einer Überlagerung beeinträchtigter, kanalkodierter Sendesignale, mit folgenden Schritten: Empfangen der Überlagerung beeinträchtigter, kanalkodierter Sendesignale mit einem Empfangszweig; Detektieren, durch ein lineares Detektionsverfahren in einem ersten Detektionsschritt, eines ersten Detektorausgangssignals basierend auf der Überlagerung, wobei das erste Detektorausgangssignal eine erste Wahrscheinlichkeitsinformation über potentiell gesendete Sendesymbole des Sendesignals umfasst; Decodieren des ersten Detektorausgangssignals und Liefern eines Kanaldecoderausgangssignals, das eine zweite Wahrscheinlichkeitsinformation über die potentiell gesendeten Sendesymbole des Sendesignals umfasst, die zuverlässiger ist als die erste Wahrscheinlichkeitsinformation; Detektieren, durch ein nichtlineares Detektionsverfahren, eines zweiten Detektorausgangssignals basierend auf der Überlagerung und dem Kanaldecoderausgangssignal, wobei das zweite Detektorausgangssignal eine dritte Wahrscheinlichkeitsinformation über die potentiell gesendeten Sendesymbole des Sendesignals umfasst; und Ersetzen, in einem nachfolgenden Detektionsschritt, des ersten Detektorausgangssignals durch das zweite Detektorausgangssignal.Procedure ( 100 ) for receiving a transmission signal from a superimposed impaired, channel-coded transmission signals, comprising the following steps: receiving the superimposition of impaired, channel-coded transmission signals with a reception branch; Detecting, by a linear detection method in a first detection step, a first detector output based on the overlay, wherein the first detector output includes first likelihood information about potentially transmitted transmit symbols of the transmit signal; Decoding the first detector output signal and providing a channel decoder output signal including second probability information about the potentially transmitted transmit symbols of the transmit signal that is more reliable than the first probability information; Detecting, by a non-linear detection method, a second detector output based on the overlay and the channel decoder output, the second detector output comprising third probability information about the potentially transmitted transmit symbols of the transmit signal; and replacing, in a subsequent detection step, the first detector output signal by the second detector output signal. Computerprogramm zur Durchführung der Schritte des Verfahrens nach Anspruch 11, wenn das Computerprogramm auf einem Computer und/oder Mikrocontroller abläuft.Computer program for performing the steps of the method according to claim 11, when the computer program is on a computer and / or Microcontroller expires.
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