JP4739013B2 - Receiving apparatus and receiving method - Google Patents
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Description
本発明は、誤り訂正符号を用いたデジタル通信における受信装置および受信方法に関する。 The present invention relates to a receiving apparatus and a receiving method in digital communication using an error correction code.
現在、携帯電話の通信方式の一つとして符号分割多元接続(Code Division Multiple Access)方式が用いられている。同方式に基づくW−CDMAやcdma2000のセルラーシステムでは、誤り訂正符号にターボ符号を利用しており、このターボ符号によってShannon限界に近い伝送特性が現実的な処理で実現されている(例えば、非特許文献1および2参照)。
ここで図5と図6を用い、ターボ符号を使ったデータ通信の仕組みを簡単に説明する。図5はターボ符号器30、図6はターボ復号器15のブロック図である。
Currently, a code division multiple access method is used as one of communication methods for mobile phones. In W-CDMA and cdma2000 cellular systems based on the same scheme, a turbo code is used as an error correction code, and transmission characteristics close to the Shannon limit are realized by this turbo code through realistic processing (for example, non-coding). (See
Here, the mechanism of data communication using the turbo code will be briefly described with reference to FIGS. FIG. 5 is a block diagram of the
図5において、送信される情報ビット系列は、要素符号器31とターボインタリーバ33にそれぞれ入力される。要素符号器31は、パリティビット系列p1を作成して出力する。またターボインタリーバ33は、入力データの順序を並べ替えてもう一つの要素符号器32へ出力し、要素符号器32はパリティビット系列p2を作成して出力する。2つのパリティビット系列p1、p2は、所望の符号化率に応じて、単純に多重化、若しくは間引きしてから多重化され、さらに元の情報ビット系列と多重化されて、通信路に送出される。
なおここで、2つの要素符号器31、32の構成は同じでも異なっていてもよいものとする。
In FIG. 5, the transmitted information bit sequence is input to the
Here, the configurations of the two
次に図6において、ターボ復号器15は2つの要素復号器105a・105bと、2つのターボインタリーバ106a・106bと、1つのターボデインタリーバ107aとから構成される。
要素復号器105aは、通信路値演算器104aからの出力である受信ビット系列α1を受け取って復号化し、α1に含まれる各情報シンボルの信頼度情報を外部値として出力する。この外部値は、ターボインタリーバ106aによって順序を並べ替えられ、事前値t2として要素復号器105bへ入力される。一方、要素復号器105bには、ターボインタリーバ106bによって順序を並べ替えられた受信ビット系列α2が入力される。要素復号器105bは、この受信ビット系列α2を復号化するが、この復号化処理において、復号対象である(α2に含まれる)情報シンボルの信頼度情報として上記の事前値t2を利用する。そして復号化の結果である外部値が出力される。
Next, in FIG. 6, the
要素復号器105bで得られた外部値は、ターボデインタリーバ107aによって順序を元に戻されてから、要素復号器105aへ事前値t1として入力される。要素復号器105aは、受信ビット系列α1の2回目以降の復号化処理において、この事前値t1をα1に対する信頼度情報として利用する。
ターボ復号器15は以上の処理を十分に繰り返し実行した後、要素復号器105bから最終的な復号結果である事後値を出力する。そしてこの事後値が硬判定され、送信された情報ビット系列に対応する受信情報ビットが得られる。
The external value obtained by the
The
このようにターボ復号器15は、2つの要素復号器でそれぞれ各ビットの信頼度情報を更新し、それをもう一方の要素復号器にフィードバックさせるループ(確率伝搬用のフィードバックループと呼ばれる)を備えている。ターボ符号による通信では、これによって効率的なMAP(Maximum A posteriori Probability)復号が実現される。
In this way, the
非特許文献1および2ではまた、ターボ符号の訂正能力を改善する復調方法として、ツインターボ復調が提案されている。図7にツインターボ復調器20のブロック図を示す。
ツインターボ復調器20は、ターボ復号器15と同じ確率伝搬用のフィードバックループに加えて、確率結合用のフィードバックループを備えている。ここで、確率結合用のフィードバックループとは、要素復号器105a(および要素復号器105b)で得られた仮判定値の確からしさを通信路値演算器104b(および通信路値演算器104a)にフィードバック入力して通信路値を更新し、その更新された通信路値をもう一方の要素復号器105b(および要素復号器105a)に入力して復号化処理を行うループのことである。ツインターボ復調では、この確率結合用のフィードバックループを用いて、変調シンボルに含まれる各ビットの尤度の結合確率を計算し、この結合確率(受信信号点の出現確率)に従って受信信号点に対応する変調シンボルを判定する。
The
しかしながら、上述した従来のターボ符号やツインターボ復調を利用した通信方式においては、誤り訂正ブロックと伝搬路推定ブロックとは機能が独立であるため、いくら誤り訂正能力を向上させても受信性能は伝搬路推定の精度に左右されてしまう、という問題があった。
ここで、伝搬路推定について簡単に説明する。一般に送信信号は、無線伝搬路を伝搬することによって振幅変動と位相回転の影響を受けるため、受信装置において正しく復調、復号を行うためにはこれらの変動の影響を正しく推定し、受信信号に補正をかける必要がある。この、送信信号が伝搬路から受ける影響を推定する処理が、伝搬路推定である。
However, in the communication system using the conventional turbo code or twin turbo demodulation described above, the error correction block and the propagation path estimation block are independent in function, so that the reception performance is propagated no matter how much the error correction capability is improved. There was a problem that it depends on the accuracy of the route estimation.
Here, the propagation path estimation will be briefly described. In general, the transmission signal is affected by amplitude fluctuation and phase rotation by propagating through the radio propagation path. Therefore, in order to correctly demodulate and decode in the receiver, the influence of these fluctuations is correctly estimated and corrected to the received signal. It is necessary to apply. The process for estimating the influence of the transmission signal from the propagation path is propagation path estimation.
伝搬路推定の方法としては、データシンボルと共に既知のパイロットシンボルを送信して、パイロットシンボルの振幅変動と位相回転を測定し、その結果から伝搬路の影響を推定するという方法が一般的に行われる。図8は、データシンボルの間に埋め込まれたパイロットシンボルを模式的に表した図である。同図において、時間方向(同図(a))と周波数方向(同図(b))のそれぞれについてパイロットシンボルの測定結果を補間することにより、データシンボルに対する伝搬路の影響の推定が行われる。ただし、伝送スループットの低下を避けるため、パイロットシンボルの割合は一定の範囲に抑える必要がある。 As a propagation path estimation method, a known pilot symbol is transmitted together with a data symbol, the amplitude fluctuation and phase rotation of the pilot symbol are measured, and the influence of the propagation path is estimated from the result. . FIG. 8 is a diagram schematically showing pilot symbols embedded between data symbols. In the figure, the influence of the propagation path on the data symbols is estimated by interpolating the measurement results of the pilot symbols in each of the time direction (the figure (a)) and the frequency direction (the figure (b)). However, in order to avoid a decrease in transmission throughput, it is necessary to keep the ratio of pilot symbols within a certain range.
さて、伝搬路推定とターボ符号による誤り訂正を相補的に行うことによって、受信機の受信特性を改善させることが可能である。そこで、上記の特許文献1〜6には、データシンボルの仮判定値をフィードバックさせて伝搬路推定を行うことでその精度を向上させるという手法が提案されている。具体的には、仮判定値として、特許文献1、2、および4では復号器から出力された後の硬判定値を、また特許文献3、5、および6では通信路値演算器から出力された復号化処理前の軟判定値を、それぞれ利用している。
しかし、例えば硬判定値を利用する手法では、データシンボルを“0”か“1”のいずれか一方であるとして扱い、確率的な情報を用いていないため、伝搬路推定の処理結果が発散する場合がある等の点が問題となっていた。
Now, it is possible to improve the reception characteristics of the receiver by complementarily performing channel estimation and error correction using a turbo code. Therefore,
However, for example, in the method using the hard decision value, the data symbol is treated as either “0” or “1”, and since the probabilistic information is not used, the processing result of the propagation path estimation diverges. There were cases where there were cases.
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、伝搬路推定値を精度良く算出することで高品質な通信を実現することが可能な受信装置および受信方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a receiving apparatus and a receiving method capable of realizing high-quality communication by accurately calculating a propagation path estimated value. It is in.
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、請求項1に記載の発明は、確率伝搬用のフィードバックループを有する復号器を具備した受信装置であって、受信信号に対する伝搬路推定値を算出する伝搬路推定手段と、受信信号を前記復号器において復号する過程で得られる仮判定値およびその確からしさを前記伝搬路推定手段にフィードバックする手段と、を備え、前記伝搬路推定手段は、入力された前記仮判定値およびその確からしさに基づいて補正された伝搬路推定値を算出することを特徴とする受信装置である。
The present invention has been made to solve the above problems, and the invention according to
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の受信装置において、受信信号点の出現確率としてフィードバックされた前記仮判定値の確からしさを利用することによって、前記伝搬路推定値を基に受信信号の復調を行って該受信信号の通信路値を演算する通信路値演算手段をさらに備えている。 Further, in the second aspect of the present invention, in the receiving apparatus according to the first aspect, the propagation path estimated value is obtained by using the probability of the provisional determination value fed back as the appearance probability of the received signal point. A communication channel value calculating means for demodulating the received signal based on the received signal and calculating the communication channel value of the received signal is further provided.
また、請求項3に記載の発明は、受信信号を復号する過程で得られた仮判定値およびその確からしさを利用して該受信信号に対する伝搬路推定値を算出し、前記伝搬路推定値を基に受信信号を復調し、前記復調によって得られた通信路値に対し、復号されたビットの信頼度を事前値として利用することによって該ビットを復号することを特徴とする受信方法である。 According to a third aspect of the present invention, a propagation path estimated value for the received signal is calculated using the provisional determination value obtained in the process of decoding the received signal and its probability, and the propagation path estimated value is calculated. The reception method is characterized in that the received signal is demodulated, and the bit is decoded by using the reliability of the decoded bit as a prior value for the channel value obtained by the demodulation.
また、請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の受信方法において、前記受信信号の復調において、前記仮判定値の確からしさを受信信号点の出現確率として利用し通信路値を演算することを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the reception method according to the third aspect, in the demodulation of the received signal, the channel value is calculated by using the probability of the temporary judgment value as the appearance probability of the received signal point. It is characterized by doing.
本発明によれば、受信信号を復号する過程で得られた仮判定値およびその確からしさを利用して伝搬路推定値を逐次補正しているので、精度良く伝搬路推定値を算出することが可能である。これにより、受信機の受信特性が改善して、高品質な通信を実現することができる。
また、パイロットシンボル数を増大させることなく伝搬路推定値が高精度に求められるため、伝送スループットを向上させることが可能となる。
According to the present invention, since the propagation path estimated value is sequentially corrected using the provisional determination value obtained in the process of decoding the received signal and its certainty, the propagation path estimated value can be calculated with high accuracy. Is possible. As a result, the reception characteristics of the receiver are improved, and high-quality communication can be realized.
Further, since the channel estimation value is obtained with high accuracy without increasing the number of pilot symbols, it is possible to improve the transmission throughput.
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳しく説明する。
≪第1の実施形態≫
図1は、本発明の第1の実施形態による受信装置10aの構成図である。この受信装置10aは、ターボ復号器15により得られた受信信号の仮判定値とその確からしさとを伝搬路推定器12にフィードバックするループを備えたものである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
<< First Embodiment >>
FIG. 1 is a configuration diagram of a receiving
受信装置10aにおいて行われる復調および復号化の処理について説明する。
まず、受信された変調シンボルが受信信号点検出部11へ送られ、当該シンボルの振幅情報と位相情報とからIQ平面上の受信信号点が検出される。検出された受信信号点は、通信路値演算器14へ入力される。
Demodulation and decoding processing performed in the receiving
First, the received modulation symbol is sent to the reception
一方、参照用のパイロットシンボルが受信されると、同シンボルは伝搬路推定器12へ送られる。伝搬路推定器12は、実際に伝搬路を通って伝送されてきた当該パイロットシンボルと、既知である元のパイロットシンボルとの差分を求めることによって、伝送信号の振幅と位相に伝搬路が与える変動の度合いを表す伝搬路推定値を計算する。さらに伝搬路推定器12は、パイロットシンボルに対して求められた伝搬路推定値を補間することによって、時間方向と周波数方向それぞれについて全ての変調シンボルに対する伝搬路推定値を計算する。このようにして得られた伝搬路推定値は、基準信号点作成部13に入力され、送信装置(図示しない)が送信する変調シンボルに対応する受信信号点の候補(基準信号点)が作成される。作成された基準信号点は通信路値演算器14へ送られる。
On the other hand, when a reference pilot symbol is received, the symbol is sent to the
通信路値演算器14は、入力された受信信号点と基準信号点とから、当該受信信号点に対応する最も確からしい変調シンボルを判定し、その変調シンボルに含まれる各ビットの軟判定値を計算して軟判定データ(通信路値)としてターボ復号器15へ出力する。この通信路値のビット系列はターボ復号器15によって復号化され、それにより求められた各情報ビットが「0」であるか「1」であるかの確からしさが事後値として出力される。
The
この事後値は、伝搬路推定器12へフィードバックされて、伝搬路推定値を再計算するために利用される。具体的には、伝搬路推定器12は、まず各変調シンボルについて、各ビットのフィードバック情報に従って変調シンボルを構成している全ビットの結合確率を計算し、最も確からしい変調シンボルを仮判定する。例えばQPSK変調の場合、変調シンボルは2ビットで構成されるので、最初のビットが0である確率が80%、2番目のビットが1である確率が90%とすると、その変調シンボルが「01」である結合確率は72%と計算される。この結合確率がその変調シンボルの確からしさである。
そして仮判定した変調シンボルを擬似的なパイロットシンボルと見做して実際に受信した信号との差分を求めることにより、新たな伝搬路推定値を得る。但しこの時、仮判定値から求められた値と、伝搬路推定値の初回計算時にパイロットシンボルのみを用いた補間処理により得られている値とを、仮判定値の確からしさで重み付けし、この重み付けによって得られる値を新たな伝搬路推定値とするものとする。また、2回目以降のフィードバック時には、前回のフィードバック時に更新された伝搬路推定値と、仮判定値から求められた値とを、同様に重み付けして伝搬路推定値を更新する。
This posterior value is fed back to the
Then, a temporarily estimated modulation symbol is regarded as a pseudo pilot symbol, and a difference from the actually received signal is obtained to obtain a new propagation path estimation value. However, at this time, the value obtained from the provisional judgment value and the value obtained by the interpolation processing using only the pilot symbol at the time of the initial calculation of the propagation path estimation value are weighted with the probability of the provisional judgment value, A value obtained by weighting is assumed to be a new propagation path estimation value. In the second and subsequent feedbacks, the propagation path estimated value is updated by weighting the propagation path estimated value updated at the previous feedback and the value obtained from the provisional determination value in the same manner.
こうして更新された伝搬路推定値は、ターボ復号器15によって復号された受信信号に関する仮判定値の確率情報を反映しているため、最初の値よりも更新後の値の方がより精度が高くなっていることが期待される。よって、伝搬路推定値を基にして得られる通信路値に対して復号化処理を行い、その結果を用いて伝搬路推定値を更新するというフィードバックループの処理を十分に繰り返すことで、正しい復号結果が得られる可能性が大きくなる。
Since the propagation path estimated value updated in this way reflects the probability information of the provisional determination value related to the received signal decoded by the
次に、上述した受信装置10aにおけるターボ復号器15の構成と動作をより詳しく説明する。図2は、ターボ復号器15の構成を示すブロック図である。
同図において、受信信号点と、伝搬路推定器102aの出力値を基に基準信号点作成部103aで作成された基準信号点とが通信路値演算器104aに入力されて、ビット毎に通信路値が出力される。復号器105aには、この通信路値と、もう一方の復号器105bから出力された外部値の順序をターボデインタリーバ107aで並べ替えて得られる事前値とが入力される。復号器105aは、この事前値を利用して、入力された通信路値のビット系列を復号化し、復号された各シンボルの信頼度情報である外部値と、同シンボルに含まれる各ビットの事後値を出力する。
Next, the configuration and operation of the
In the figure, the received signal point and the reference signal point created by the reference signal point creation unit 103a based on the output value of the
出力された外部値は、ターボインタリーバ106aによって順序を並べ替えられてから事前値として復号器105bに入力される。復号器105bは、通信路値演算器104bからターボインタリーバ106bを介して入力されるビット系列に対し、復号器105aと同様の処理を行って外部値と事後値を出力する。この外部値はターボデインタリーバ107aを介して復号器105aへフィードバックされる。この、2つの復号器105a、105bと、ターボインタリーバ106a、ターボデインタリーバ107aによって形成されるループは、図6における従来のターボ復号器15が有するものと同じ構成(確率伝搬用のフィードバックループ)であり、この部分で行われる復号化の処理についても従来と同様である。
The output external values are rearranged in order by the
一方、復号器105aから出力された事後値は、復号器105bの前段に置かれたもう一つの伝搬路推定器102bに入力(フィードバック)される。伝搬路推定器102bは、伝搬路推定値の計算においてこの事後値を利用し、その推定精度を向上させている。通信路値演算器104bは、この伝搬路推定値から作成された基準信号点を使い、前述の通信路値演算器104aと同様の処理を行って通信路値を出力する。この通信路値はターボインタリーバ106bを介して復号器105bへ入力される。
On the other hand, the a posteriori value output from the
復号器105bにおける復号化により得られる事後値は、ターボデインタリーバ107bへ送られて順序が並べ替えられ、伝搬路推定器102aにフィードバックされる。伝搬路推定器102aは、前述の伝搬路推定器102bと同じく、この事後値を利用して伝搬路推定値を精度よく推定する。
The posterior values obtained by decoding in the
このようにターボ復号器15は、復号器105b(復号器105a)で得られた事後値を伝搬路推定器102a(伝搬路推定器102b)にフィードバックさせて伝搬路推定値を順次更新していく新たなループを備えており、各復号器によって復号された受信信号に関する仮判定値の確率情報を伝搬路推定値の計算に反映させることで、その推定精度の向上を図っている。そしてその結果、受信機の受信特性が改善して、高品質な通信が実現することになる。
Thus, the
≪第2の実施形態≫
次に、他の実施形態について説明する。図3は、本発明の第2の実施形態による受信装置10bの構成図である。
この受信装置10bは、ツインターボ復調器20(復号により得られた仮判定値の確からしさを受信信号点の出現確率として通信路値演算器14へフィードバックするループを有する)を備えた受信装置に、ターボ復号器15により得られた受信信号の仮判定値とその確からしさとを伝搬路推定器12にフィードバックするループを設けている。
<< Second Embodiment >>
Next, another embodiment will be described. FIG. 3 is a configuration diagram of a receiving
The receiving
すなわち、図3において、ターボ復号器15で得られた仮判定値の確からしさを通信路値演算器14へ戻すループが通常のツインターボ復調のフィードバックループ、同仮判定値を伝搬路推定器12へ戻すループが本発明により新しく作られたフィードバックループとなっている。
したがって、受信装置10bでは、復号処理した変調シンボル内の各ビットの尤度に基づいて求められた受信信号点の出現確率を通信路値の計算に利用すると共に、同じく復号処理した変調シンボルに関する仮判定値の確率情報を事後値として伝搬路推定値の計算に利用することによって、受信機の性能をより一層向上させることが図られている。
That is, in FIG. 3, a loop for returning the probability of the provisional decision value obtained by the
Therefore, the receiving
図4は、受信装置10bにおけるツインターボ復調器20の詳細な内部構成を示すブロック図である。同図において、復号器105a→ターボインタリーバ106a→復号器105b→ターボデインタリーバ107a→復号器105aと流れるループはターボ復号を行う確率伝搬用のフィードバックループであり、通信路値演算器104a→復号器105a→通信路値演算器104b→ターボインタリーバ106b→復号器105b→ターボデインタリーバ107b→通信路値演算器104aと流れるループはツインターボ復調を行う確率結合用のフィードバックループである。これら2つのフィードバックループは、図7における従来のツインターボ復調器20が有するものと同一の構成であり、その動作も同じである。
FIG. 4 is a block diagram showing a detailed internal configuration of the
ここで、ツインターボ復調器20には、伝搬路推定器102a→基準信号点作成部103a→通信路値演算器104a→復号器105a→伝搬路推定器102b→基準信号点作成部103b→通信路値演算器104b→ターボインタリーバ106b→復号器105b→ターボデインタリーバ107b→伝搬路推定器102aと流れる新たなフィードバックループが形成されている。この構成により、復号器105b(復号器105a)で得られた事後値が伝搬路推定器102a(伝搬路推定器102b)へ戻されて、伝搬路推定値が更新されていく。
Here, the
このように本実施形態においても、各復号器によって復号された受信信号に関する仮判定値の確率情報を伝搬路推定値の計算に反映させ、その推定精度の向上を図っている。その結果、受信機の受信特性が改善し、高品質な通信が実現する。 As described above, also in the present embodiment, the probability information of the provisional determination value related to the received signal decoded by each decoder is reflected in the calculation of the propagation path estimation value to improve the estimation accuracy. As a result, the reception characteristics of the receiver are improved, and high-quality communication is realized.
以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。
例えば、伝搬路推定器102a・102bにおいて仮判定値とその確からしさを利用して伝搬路推定値を再計算する際に、仮判定値の確からしさが予め定めたある閾値を超えた場合にのみ、仮判定値から求めた値を伝搬路推定値の更新に取り入れるようにしてもよいものとする。
As described above, the embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to that described above, and various design changes and the like can be made without departing from the scope of the present invention. It is possible to
For example, when the
10a、10b…受信装置 11…受信信号点検出部 12…伝搬路推定器 13…基準信号点作成部 14…通信路値演算器 15…ターボ復号器 20…ツインターボ復調器 30…ターボ符号器 31、32…要素符号器 33…ターボインタリーバ 102a、102b…伝搬路推定器 103a、103b…基準信号点作成部 104a、104b…通信路値演算器 105a、105b…復号器 106a、106b…ターボインタリーバ 107a、107b…ターボデインタリーバ
DESCRIPTION OF
Claims (4)
受信信号に対する伝搬路推定値を算出する伝搬路推定手段と、
受信信号を前記復号器において復号する過程で得られる仮判定値およびその確からしさを前記伝搬路推定手段にフィードバックする手段と、
を備え、
前記伝搬路推定手段は、入力された前記仮判定値およびその確からしさに従って変調シンボルを構成している全ビットの結合確率を計算し、得られた結合確率に基づいて補正された伝搬路推定値を算出する
ことを特徴とする受信装置。 A receiver comprising a decoder having a feedback loop for probability propagation,
Propagation path estimating means for calculating a propagation path estimated value for the received signal;
Means for feeding back the provisional decision value obtained in the process of decoding the received signal in the decoder and its probability to the propagation path estimation means;
With
The propagation path estimation means calculates a joint probability of all bits constituting a modulation symbol according to the input provisional determination value and its probability , and a propagation path estimation value corrected based on the obtained joint probability A receiving device characterized by:
をさらに備えた請求項1に記載の受信装置。 A communication channel that demodulates a received signal based on the propagation path estimated value and calculates a channel value of the received signal by using the probability of the provisional determination value fed back as an appearance probability of the received signal point The receiving device according to claim 1, further comprising a value calculating means.
前記伝搬路推定値を基に受信信号を復調し、
前記復調によって得られた通信路値に対し、復号されたビットの信頼度を事前値として利用することによって該ビットを復号する
ことを特徴とする受信方法。 Calculate the joint probability of all the bits constituting the modulation symbol according to the provisional decision value obtained in the process of decoding the received signal and its probability, and estimate the propagation path for the received signal using the obtained joint probability Calculate the value,
Demodulate the received signal based on the propagation path estimated value,
A receiving method, wherein the bit is decoded by using the reliability of the decoded bit as a prior value for the channel value obtained by the demodulation.
ことを特徴とする請求項3に記載の受信方法。 The reception method according to claim 3, wherein, in demodulation of the received signal, the channel value is calculated using the probability of the provisional determination value as the appearance probability of the received signal point.
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