專利名稱：用于計算數(shù)字通信系統(tǒng)中接收信號的似然度量的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及從數(shù)字通信系統(tǒng)中的接收信號中檢測消息的方法， 更具體地，涉及一種計算調(diào)制后的數(shù)字信號的似然度量的方法和設(shè) 備。
背景技術(shù)：
在數(shù)字通信系統(tǒng)中，在傳輸構(gòu)成消息的每個符號之前，每個符 號都要經(jīng)過調(diào)制處理。如這里所使用的調(diào)制具有將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為 可以在信道中被傳輸?shù)男问降母鼘挼奶幚砗x。通過將數(shù)字信號加 載到單載波或多載波上來執(zhí)行調(diào)制。這根據(jù)數(shù)字信號的數(shù)字值引起 載波的某些變化，并使接收端能基于調(diào)制方式的信息從調(diào)制后的信 號中恢復(fù)出原始信號。
數(shù)字調(diào)制方式的實例包括幅移鍵控(ASK)、相移鍵控(PSK)、 以及頻移4建控(FSK)。 ASK 4艮據(jù)數(shù)字凄t據(jù)的4直來改變載波信號的 幅度。雖然ASK具有簡單的結(jié)構(gòu)，但是接收端不能區(qū)分信噪比低 的環(huán)境下的信號電平的不同。
PSK和FSK具有比ASK更好的性能。用于表示二進制凝:據(jù)的 PSK和FSK ^皮稱作為二進制PSK ( BPSK )和二進制FSK ( BFSK )。 BPSK通過使用被表示為'0，和'1，的二進制符號來使載波的相位變
化。即，當(dāng)將要被傳輸?shù)臄?shù)據(jù)值從'o，變到'r或從'r變到'o，時，通
9過將載波的相位改變180度來使在信道中傳輸?shù)妮d波信號變化。另 一方面，BFSK利用頻率而非相4立。即，為了表示'O，和'l，， BFSK 利用#1表示為各個不同頻率的正弦波的兩栽波。
然而，BPSK和BFSK并未有效地利用頻帶。這是因為，BPSK 用一個載波僅表示兩個信號，以及BFSK需要與載波信號數(shù)目成比 例增加的頻帶。為了解決上述問題，將正交PSK(QPSK)用作調(diào) 制方式。QPSK通過將載波的相位改變?yōu)榫哂?0度間隔的4個不同 值來傳輸四個數(shù)據(jù)電平。
在數(shù)字調(diào)制中，可以組合地使用基本調(diào)制方式。尤其是，基于 同時改變幅度和相位的調(diào)制方式被稱為正交幅度調(diào)制(QAM )。 QAM可以產(chǎn)生其幅度相同而相^f立不同的4言號、其相4立相同而幅度 不同的信號、以及其相位和幅度都不同的信號。16QAM、 64QAM、 以及256QAM是QAM的^表'l"生實例，其可以分別表示16、 64、 以及256個不同的凝:才居4直。
關(guān)于如上所述的調(diào)制后的信號，4妄收端通過解調(diào)和4企測的處理 來恢復(fù)原始消息。解調(diào)是信號的恢復(fù)，而檢測是檢測信號的數(shù)字值 的處理。在BPSK和BFSK的情況下，消息的才企測相對容易的，因
為其僅需要確定接收數(shù)據(jù)的值是對應(yīng)于'o，還是對應(yīng)于'r。然而，在
QPSK或QAM的情況下，才企測消息并不容易，因為大量凄t據(jù)符號 被密集地分配在有限的頻帶內(nèi)。
因此，在這種情況下，不能清楚地確定接收數(shù)據(jù)是對應(yīng)于'O， 還是對應(yīng)于'l，。代替地，可以確定接收信號的原始發(fā)射比特值是'O，
還是'r的似然。如上所述的確定方法被稱為軟判決。在這種情況下， 檢測器的輸出被稱為軟比特。更具體地，通過計算每個比特的似然 度量來執(zhí)行軟判決。似然度量是表示關(guān)于接收信號已經(jīng)發(fā)射了特定
信號的似然的值。圖1是示出接收從數(shù)字通信系統(tǒng)中所發(fā)射的信號的傳統(tǒng)方法的 流程圖。
如圖1中所示，在操作110中，接收端通過使用快速傅立葉變 換(FFT)模塊來將接收信號轉(zhuǎn)換到頻域。在操作120中，接收端 在頻域中從接收信號中計算信道估計，該信道估計是被估計的信道 特性的值。在操作130中，接收端基于信道估計來補償接收信號的 畸變。在操作140中，接收端計算補償后的接收信號的似然度量。 在操作150中，接收端基于計算出的似然度量對在發(fā)射端被編碼的 數(shù)據(jù)進行譯碼。作為最后一步，接收端檢測原始消息。如上所述， 在檢測消息之前執(zhí)行似然度量的計算。因此，似然度量計算的性能 在確定消息檢測性能的過程中成為重要的因素。
在下文中，將通過采用16QAM和64QAM的實例來詳細(xì)描述 作為似然度量計算方法的傳統(tǒng)技術(shù)的本發(fā)明所屬的技術(shù)領(lǐng)域。
圖2和圖3是示出^皮包括在信號星座中的16QAM和64QAM 信號中的消息符號的位置的示意圖。關(guān)于調(diào)制后的信號的傳統(tǒng)以然 度量計算方法以計算圖2和圖3的信號星座中的每個符號和接收信 號之間的復(fù)凄t^巨離(complex distance )為凈爭4正。
當(dāng)所傳輸?shù)年P(guān)于第k個符號的信號Ck通過具有hk特性的信道 并且與添加的噪聲分量nk—起被接收時，接收信號yk被表示為
如果4妄收端能完全估計信道，則可以通過將^妄收信號與信道估 計的復(fù)共軛相乘來補償由信道所引起的畸變。根據(jù)上述方法所計算的升且#:信道估計的絕對值的平方所歸一化(normalize)的補償后 的接收信號rk被表示為
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如相關(guān)領(lǐng)域的4支術(shù)人員所知，16QAM的每個符號都由四個比 特組成。在加性白高斯噪聲(AWGN)環(huán)境下，將關(guān)于每個符號比 特的似然表示為具有高斯分布的隨才幾變量。在這種情況下，AWGN 環(huán)境被用于模擬普通系統(tǒng)的熱噪聲。作為實例，當(dāng)發(fā)射端發(fā)射對應(yīng) 于'0，或'1，的值的比特時，第一比特的似然被表示為
<formula>formula see original document page 0</formula>在這種情況下，fT〗表示噪聲的方差，以及4("I0)表示當(dāng)發(fā)射端
傳輸關(guān)于第k個符號的第1比特的'0，時的似然。A(、I0)和^(W1)之 比3皮稱作為對數(shù)似然比(LLR)。
來計算
關(guān)于第k個符號比特的LLR的方法表示為[等式4]
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在傳統(tǒng)技術(shù)中，基于圖2的信號星座中的每個符號與接收信號 之間的距離來計算每個比特的似然。通過使用如上所計算的似然值 來計算LLR,并JM尋該LLR表示為
<formula>formula see original document page 0</formula>在這種情況下，
~=b-f以及",k廣f，其中6 = 0; / =如e = i; / =如e = 2; / = e = 3; / 當(dāng)將相同方法應(yīng)用于其他比特時，可以將
計算16QAM4妄^:〗言號的每個比4爭的LLR的方法表示為
丄W (6。 ) = min(A。, /)93) - min(D 1, ￡> 2) ZMt (6,) = min(i^ ， Z) 3) - min( ,) Z瑪(62) = min( Ao, ￡>,3) - min(Dn ， ",2) 丄瑪(63) = min(化2, ￡>i3) - min(D,。 ， )當(dāng)將相同方法應(yīng)用于64QAM信號時，可以通過以下等式獲得 構(gòu)成64QAM信號的6個比特的每個比特的LLR:
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在這種情況下，
<formula>formula see original document page 14</formula>
包括上述運算的傳統(tǒng)似然度量計算方法具有以下問題。
首先，在基于如等式2中所示的信道估計補償接收信號的畸變 的運算中利用了除法運算或除法器。如已經(jīng)所知的，被除了二的冪 之外的任意數(shù)所除使似然度量計算更復(fù)雜，因此惡化了計算速度并 且增加了實施成本。
同樣地，傳統(tǒng)似然度量計算方法是基于距離度量的，并將每個 符號的位置表示為信號星座中的固定位置。同樣地，因為當(dāng)計算似 然度量時固定符號位置變?yōu)楸容^的標(biāo)準(zhǔn)，所以由信道變化所導(dǎo)致的 影響沒有被恰當(dāng)?shù)胤从?。因此，會惡化似然度量計算的性能。特別是，在信道變化劇烈的無線通信系統(tǒng)的情況下，不能獲得滿意的結(jié) 果。
因此，本發(fā)明提出了一種可以快速并且精確地計算包括無線通 信系統(tǒng)的數(shù)字通信系統(tǒng)中的接收信號的似然度量的新技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題
本發(fā)明提供了 一種高階QAM信號的似然度量計算方法，其能 夠降低計算的復(fù)雜度并增加其精度。
本發(fā)明還提供了 一種似然度量計算方法，其能夠?qū)⑿盘栃亲?反映信道變化影響的點用作比較的標(biāo)準(zhǔn)，從而更精確地計算對信道 進行譯碼時將被利用的似然度量信息。
本發(fā)明還提供了一種區(qū)域變量(region variable),其凈皮表示為 隨著作為比較標(biāo)準(zhǔn)的信道變化而變化的區(qū)域，而不是將具有固定符 號位置的信號星座用作比4交標(biāo)準(zhǔn)，從而改進信道變化劇烈的無線通 信環(huán)境中的消息;險測性能。
本發(fā)明還提供了 一種似然度量計算方法，當(dāng)基于信道特性補償 信道時，其可以去除具有更高程度的硬件和軟件復(fù)雜度的除法運算 或除法器，并可以有效地構(gòu)建和操作接收裝置。
本發(fā)明還提供了 一種似然度量計算方法，其可以根據(jù)與區(qū)域變 量的比較結(jié)果來輸出線性表示的閉式(closed form)的似然度量結(jié) 果，從而更精確地計算似然度量而不增加系統(tǒng)的復(fù)雜度。本發(fā)明還4是供了 一種似然度量計算方法，其可以通過更有效地 計算似然度量來增加系統(tǒng)的連接建立性能，并且還可以更穩(wěn)定和快 速地發(fā)射/接收數(shù)據(jù)。特別是，本發(fā)明提供了 一種似然度量計算方法， 其可以改進快速衰落信道或頻率選"^奪性衰落信道環(huán)境下的系統(tǒng)的 運行性能。
才支術(shù)方案
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提出了一種計算數(shù)字通信系統(tǒng)中接收信
號的似然度量的方法，該方法包括估計接收信號的信道；基于該 信道估計補償接收信號的信道；基于該信道估計計算區(qū)域變量，該 區(qū)域變量是通過利用信道估計來定標(biāo)信號星座中對應(yīng)于接收信號 的符號坐標(biāo)值所獲得的值；以及比較區(qū)域變量和補償后的接收信號 的幅度并根據(jù)比較的結(jié)果計算接收信號的似然度量。
根據(jù)本發(fā)明的另 一方面，提供了 一種用于計算數(shù)字通信系統(tǒng)中 接收信號的似然度量的設(shè)備，該設(shè)備包括信道估計單元，估計接 收信號的信道；信道補償單元，基于信道估計補償接收信號的信道； 區(qū)域變量計算單元，基于信道估計計算區(qū)域變量，該區(qū)域變量是通 過利用信道估計來定標(biāo)信道星座中對應(yīng)于接收信號的符號坐標(biāo)值 所獲得的值；比較單元，比較區(qū)域變量和補償后的接收信號的幅度； 以及比特度量計算單元，根據(jù)比較的結(jié)果來計算關(guān)于補償后的接收 信號的每個比特的似然度量。
有益效果
根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)計算數(shù)字通信系統(tǒng)中接收信號的似然度量時， 利用了信道估計。因此，能夠降低隨信道變化的計算性能的惡化。同樣地，根據(jù)本發(fā)明，在信道變化嚴(yán)重的移動通信或其他無線 通信系統(tǒng)中，可以更精確地計算4妻收信號的似然度量。因此，能夠 降低整個系統(tǒng)的傳輸誤差率，并且防止補償傳輸誤差所需的資源的 浪費。
同樣地，根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)根據(jù)信道估計補償信道時，可以通過 去除除法運算或除法器來降低系統(tǒng)的復(fù)雜度。因此，可以改進消息 才企測速度和系統(tǒng)性能。同樣地，可以更經(jīng)濟和有效地構(gòu)建4妻收端。
為此，根據(jù)本發(fā)明的似然度量計算方法將補償信道的運算分成 使用信道估計的復(fù)共軛以及使用信道估計的幅度的平方分量。第一 個包括在信道補償中，以及第二個包括在計算每個比特的似然度量 中。因此，可以降〗氐計算的復(fù)雜度。
同樣地，根據(jù)本發(fā)明，根據(jù)信號星座中補償后的接收信號的位 置來確定比較區(qū)域。根據(jù)所確定的比較區(qū)域僅計算關(guān)于主符號坐標(biāo) 的似然。因此，可以簡單地計算似然度量。
同樣地，根據(jù)本發(fā)明，利用了在其中比較區(qū)域隨著信道估計而 自適應(yīng)地改變的新型信號星座，而非具有固定符號位置的信號星 座。因此，可以改進計算的精度。
同樣地，根據(jù)本發(fā)明，利用反映信道特性的似然度量，而非關(guān) 于符號位置的線性距離。因此，能夠更精確地反映以高斯分布形式 的信道噪聲所引起的影響。
同樣地，根據(jù)本發(fā)明，能夠根據(jù)與區(qū)域變量的比較結(jié)果來輸出 似然度量結(jié)果，并且更精確地計算似然度量，而不增加系統(tǒng)的復(fù)雜 度。在這種情況下，似然度量計算結(jié)果是閉式形式的線性表示。同樣地，才艮據(jù)本發(fā)明，通過使用信道增益定標(biāo)似然度量來將恰 當(dāng)?shù)臋?quán)分配給計算結(jié)果。因此將輸出更精確的結(jié)果。


結(jié)合附圖，乂人以下的詳細(xì)描述中，本發(fā)明的上述和/或其他方面
以及優(yōu)點將變得顯而易見，并且更容易理解，在附圖中
圖1是示出接收從傳統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng)中所發(fā)射的信號的方法的 流程圖2是示出使用才艮據(jù)傳統(tǒng)技術(shù)的信號星座來計算16QAM信號 的似然度量的方法的示意圖3是示出使用根據(jù)傳統(tǒng)技術(shù)的信號星座來計算64QAM信號 的似然度量的方法的示意圖4是示出根據(jù)本發(fā)明實施例來計算接收信號的似然度量的方 法的流程圖5是示出根據(jù)本發(fā)明實施例來計算16QAM信號的似然度量 的方法的流考呈圖6是示出根據(jù)本發(fā)明實施例以64QAM信號的似然度量計算 方法來計算第0比特和第3比特的似然度量的方法的流程圖7是示出根據(jù)本發(fā)明實施例以64QAM信號的似然度量計算 方法來計算第1比特和第4比特的似然度量的方法的流程圖8是示出根據(jù)本發(fā)明實施例以64QAM信號的似然度量計算 方法來計算第2比特和第5比特的似然度量的方法的流程圖；圖9是示出根據(jù)本發(fā)明實施例來計算QAM信號的似然度量的 設(shè)備的內(nèi)部構(gòu)造的框圖10是示出根據(jù)本發(fā)明實施例利用似然度量計算方法的步行 -A系統(tǒng)的仿真結(jié)果的曲線圖11是示出根據(jù)本發(fā)明實施例利用似然度量計算方法的步行 -B系統(tǒng)的仿真結(jié)果的曲線圖12是示出根據(jù)本發(fā)明實施例利用似然度量計算方法并考慮 接收端的物理運動的步行-A系統(tǒng)的仿真結(jié)果的曲線圖；以及
圖13是示出根據(jù)本發(fā)明實施例利用似然度量計算方法并考慮 4妄收端的物理運動的步OB系統(tǒng)的仿真結(jié)果的曲線圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在將對本發(fā)明的實施例和在附圖中示出的實例進4亍詳細(xì)i也 參考，其中，自始至終，相同的參考號指的是相同的元件。以下將 描述實施例，以通過參考附圖來解釋本發(fā)明。
如用在本說明書中的數(shù)字通信系統(tǒng)是以諸如電》茲信號或光信 號的形式用離散時間間隔發(fā)射/接收離散數(shù)目波的中一個的系統(tǒng)。該 數(shù)字通信系統(tǒng)包括發(fā)射包含數(shù)字信息或由數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)所表示的模擬 信息的傳輸消息的^f壬4可類型的有線/無線系統(tǒng)。凄t字通信系統(tǒng)的實例 包括數(shù)字移動通信系統(tǒng)、數(shù)字衛(wèi)星通信系統(tǒng)、數(shù)字光學(xué)通信系統(tǒng)、 凄史字廣4番系統(tǒng)、以及有線/無線互聯(lián)網(wǎng)。
數(shù)字通信系統(tǒng)可以將數(shù)字調(diào)制應(yīng)用于傳輸消息的符號，并且經(jīng) 由有線或無線信道將調(diào)制后的信號發(fā)射至接收端。同樣地，接收端
19可以包括消息檢測單元。消息檢測單元^妻收所發(fā)射的信號并且從接 收信號中恢復(fù)傳輸消息。
在描述本發(fā)明的構(gòu)造和效果的過程中，當(dāng)與傳統(tǒng)技術(shù)進行比較
時，可以將QAM信號用作實例。QAM以密集地分配在復(fù)數(shù)域中 的多個符號為特征。在這種情況下，可以將復(fù)數(shù)區(qū)域表示為信號星 座。同樣地，QAM是應(yīng)用前述軟判決譯碼的代表性實例，并且被 廣泛地用在實際系統(tǒng)中。為了描述方便，相當(dāng)簡單并且被頻繁使用 的16QAM和64QAM信號將被用作實例。然而，4艮據(jù)本發(fā)明的方 法和設(shè)備將可應(yīng)用于256QAM、 512QAM、和其他更高的QAM信 號。同樣地，本發(fā)明并不限于^f吏用QAM方法的系統(tǒng)，并且可以浮皮 應(yīng)用于通常的凄t字通4言系統(tǒng)。即，本發(fā)明可以廣泛i也應(yīng)用于可以^)奪 包括在調(diào)制后的信號中的每個符號表示為信號星座(即，復(fù)數(shù)域中 的位置)的任意調(diào)制方式的接收信號。
圖4是示出才艮據(jù)本發(fā)明實施例的似然度量計算方法的流程圖。
如圖4中所示，在操作410中，根據(jù)本發(fā)明實施例的似然度量 計算方法估計接收信號的信道，在操作420中，基于信道估計補償 信道，在操作430中，基于信道估計計算區(qū)域變量，在操作440中， 將區(qū)域變量與補償后的接收信號進行比較，以及在操作450中，根 據(jù)比較的結(jié)果來計算似然度量。
將數(shù)字通信系統(tǒng)的發(fā)射信號經(jīng)由有線/無線信道發(fā)射至接收端。 信號失真隨著信道狀態(tài)而發(fā)生。當(dāng)沒有適當(dāng)?shù)匮a償信號失真時，接 收端不能完全地恢復(fù)傳^T消息，并且會具有^皮惡化的系統(tǒng)性能。
因此，需要估計信道特性的操作410，以補償由信道所引起的 信號失真，即，補償接收信號的信道。信道的估計可以利用(例如) 發(fā)射端與接收端之間預(yù)定義的訓(xùn)練符號。在操作420中，數(shù)字通信系統(tǒng)的信號接收端基于在操作410中 所產(chǎn)生的信道估計來補償接收信號的信道。根據(jù)本發(fā)明的似然度量 計算方法包括如所示的通過將接收信號與信道估計的復(fù)共輒相乘 來補償信道
^ ":八=&2<^+/2:
在這種情況下，》是接收信號，Q是第k個符號的發(fā)射信號，
;^是信道估計，以及w是接收端的噪聲分量。通過上述處理移動了 接收信號》的相位。
如等式8中所示，對包括在根據(jù)本發(fā)明的似然度量計算方法中
的信道的補償不利用|^|2的除法。如上所述，似然度量計算方法不 利用已經(jīng):故示為傳統(tǒng)方法中惡化系統(tǒng)性能的因素的除法運算或除 法器。因此，降低了硬件和軟件的復(fù)雜度，其改進了系統(tǒng)的性能。 即，本發(fā)明具有分離構(gòu)成傳統(tǒng)技術(shù)中的信道補償運算的兩個計算 (即，/2;的乘法和|^|2的除法)的4支術(shù)特性。因此，可以改進系統(tǒng)的 性能。
然而，因為上述運算中的補償后的信號不反映&i2，所以不能 應(yīng)用如傳統(tǒng)技術(shù)中具有固定符號位置的信號星座。因此，根據(jù)本發(fā) 明的似然度量計算方法包括計算被稱為區(qū)域變量的新變量、比較區(qū) 域變量和補償后的接收信號的幅度、以及計算似然度量的新運算。
可以通過利用信道估計來定標(biāo)信號星座中的符號坐標(biāo)值來獲 得區(qū)域變量。更具體地，可以通過用信道估計的絕對^直的平方 |2來 乘以信號星座中對應(yīng)于接收信號的符號坐標(biāo)值來計算區(qū)域變量。即，用關(guān)于對應(yīng)于接收信號的符號坐標(biāo)值的乘法運算來取代包括在 傳統(tǒng)技術(shù)中的接收信號的除法運算。如上所述，將通過使用信道估 計的幅度來定標(biāo)信號星座中的符號坐標(biāo)值所獲得的值(即，星座點 的信道幅度的被定標(biāo)的形式)用作區(qū)域變量。因此，降低了復(fù)雜度， 并且可以容易地實施似然度量計算方法。
在下文中，將通過采用16QAM信號的實例來詳細(xì)描述^f吏用區(qū) 域變量的計算、區(qū)域變量和補償后的接收信號的幅度比較的似然度 量計算方法。
當(dāng)被包括在關(guān)于第k個符號的QAM信號中的第1比特是&時， 將第1比特的似然4表示為
<formula>formula see original document page 22</formula>
在這種情況下，o",表示噪聲方差，以及^(6,|0)表示當(dāng)發(fā)射端發(fā) 射關(guān)于第k個符號的第1比特的'O，時的似然。同樣地，在等式9中， 將^和^定義為<formula>formula see original document page 22</formula>:W和<formula>formula see original document page 22</formula>。同樣地，^和^是實
值信號，以及其AWGN的方差是<formula>formula see original document page 22</formula>可以通過使用如等式9中所計算的似然值來獲得關(guān)于接收信號 的LLR。 LLR表示關(guān)于每個比特具有'O，或'l，的值的發(fā)射信號的似 然值的比率，并且由等式4定義該LLR。 LLR值是似然度量的指標(biāo)。 同樣地，該值可以降低由指數(shù)計算所引起的計算負(fù)荷，并且還將數(shù) 值限制在某個范圍內(nèi)。因此，該值是非常有用的。計算負(fù)荷的降低 可以起實施系統(tǒng)軟件和硬件的優(yōu)勢的作用。因此，作為似然度量的 實例，將在本文中描述計算LLR的方法。然而，本發(fā)明并不限于此， 可以3奪本發(fā)明應(yīng)用于關(guān)于#:用在4全測消息的測試中的4壬<可度量的 計算。
可以將通過根據(jù)本發(fā)明的似然度量計算方法所獲得的接收信 號的第1比特的LLR表示為
LZJ^ (6，)三max
^k卩
借) 「
—max
""2KI2
如等式10中所示，根據(jù)本發(fā)明實施例的似然度量計算方法使
用通過使用|&|2來定標(biāo)信號星座中對應(yīng)于接收信號的符號坐標(biāo)值所
獲得的值來獲得LLR。這是因為^|2沒有被反映在信道的補償中， 其被包括在根據(jù)本發(fā)明實施例的似然度量計算方法中。即，根據(jù)本 發(fā)明的似然度量計算方法分離《和&l2 ，并且將《包括在信道的補償 中，并且將|^|2包括在每個比特的似然度量的計算中。因此，可以 去除除法運算或除法器。同樣地，將等式10與等式5進行比較，不像傳統(tǒng)的方法，本 發(fā)明的LLR是通過信道估計的絕對幅度的平方、I2來定標(biāo)的。即，
在相同的信道環(huán)境下，根據(jù)本發(fā)明所計算的似然度量具有比傳統(tǒng)技 術(shù)的似然度量大&「倍的值?？梢詾檩^大的信道增益(意味著好的
信道環(huán)境)輸出4交大的LLR。同樣地，可以為壞的信道環(huán)境輸出更 接近0的似然。即，在基于信道增益分配權(quán)時，計算精度將比傳統(tǒng) 方法更好。
當(dāng)將4皮表示為等式10的LLR應(yīng)用于16QAM信號的所有比特 時，將每個比特的LLR值計算為<formula>formula see original document page 24</formula>其他.
其中，
w崔
在等式ll中，接收信號是關(guān)于被表示為格雷碼的符號的信號， 并且在信號星座中，接收信號第0比特和第1比特構(gòu)成虛軸坐標(biāo)， 以及接收信號的第2比特和第3比特構(gòu)成實軸坐標(biāo)。同樣地，等式 11將如圖2中所示的信號星座中的符號位置用作標(biāo)準(zhǔn)，用于與現(xiàn)有4支術(shù)進行比4交。當(dāng)前，大部分通信系統(tǒng)正利用格雷碼，以降^f氐由i吳
差所引起的影響。同樣地，圖2的符號位置遵循美國電氣電子工程 師協(xié)會(IEEE) 802.16d/e OFDM (正交頻分多址)標(biāo)準(zhǔn)。然而，#皮 表示為等式ll的實施例僅是本發(fā)明的實施例。本發(fā)明并不限于此。
參考等式11，當(dāng)計算關(guān)于第1比特和第3比特的LLR時，將 補償后的接收信號的實部和虛部的幅度"和 》分別與通過使用、|2
來定標(biāo)信號星座中的符號坐標(biāo)值所獲得的區(qū)域變量±2、進行比較。 換句話i兌，在逐比特地LLIK直計算之前，首先確定補償后的*接收4言 號的實部或虛部的幅度是大于還是小于區(qū)域變量。以這種方式，比 較區(qū)域變量和補償后的接收信號，并為似然度量計算確定比較區(qū) 域。注意到，在整個信號比特級而非單個比特級進行區(qū)域變量和補 償后的接收信號的比較。例如，為了計算第0個比特和第2個比特 的LLR值，比較并不是必須的。
才艮據(jù)比較結(jié)果通過不同方法來計算LLR值。作為實例，等式 11將第1比特的似然度量計算為如果^ 2、，則 丄丄/^"盧2(^+ )，否則如果^>2 ，則ZZ^(6,^2(/^- )，并且否
在這種情況下，與補償后的接收信號進行比較的±2、是區(qū)域變
量。 一旦補償后的接收信號的比較范圍由區(qū)域變量所確定，就通過 如等式ll的方法計算關(guān)于16QAM的每個符號4立置之間非?？赡芤?補償后的接收信號的形式所接收的符號的LLR。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的似然度量計算方法采用不同于利用具 有固定符號位置的信號星座的傳統(tǒng)方法的區(qū)i或變量。因此，才艮據(jù)本 發(fā)明的似然度量計算方法確定補償后的接收信號的比較區(qū)域并在 比較區(qū)域中反映信道估計并計算似然度量。因此，根據(jù)本發(fā)明的似
25然度量計算方法可以防止由信道變化所引起的消息檢測性能的惡
化。尤其是，在移動通信或無線通信系統(tǒng)的情況下，例如，在OFDM 或OFDMA系統(tǒng)的'lf況下，隨著無線4言道習(xí)犬態(tài)和4妄"欠端的物理運動 信道變化清楚地顯現(xiàn)。在這種情況下，才艮據(jù)本發(fā)明的似然度量計算 方法利用基于信道估計自適應(yīng)地變化的比較區(qū)域。因此，能夠有效 地防止由信道變化而引起性能惡化。
同樣地，基于具有固定符號位置的信號星座中的距離的傳統(tǒng)方 法將高斯分布形式的噪聲近似為線性模型。因此，傳統(tǒng)方法未恰當(dāng) 地反映噪聲的影響。另一方面，根據(jù)本發(fā)明的似然度量計算方法利 用使用區(qū)域變量而非具有前述限制的信號星座中的距離的新比較 標(biāo)準(zhǔn)。因此，才艮據(jù)本發(fā)明的似然度量計算方法可以更^青確地反映信 道噪聲的影響，并且改進整個系統(tǒng)中的消息檢測性能。
圖5是更詳細(xì)地示出才艮據(jù)本發(fā)明實施例的16QAM信號的似然 度量計算方法中對于每個比特的圖4的才喿作450的流程圖。
如圖5中所示，關(guān)于第0比特和第2比特，在不與區(qū)域變量進 行比較的情況下，將LLR值計算為"^(6。) = 2 -^和
ZZ^(62) = 2 -&。關(guān)于第1比特和第3比特，通過信號幅度與±2 的
比較來確定比較區(qū)域。同樣地，關(guān)于每個比較區(qū)域來計算被表示為 LLR的似然度量。更具體地，關(guān)于第1比特，將丄Z^(、)計算為如 果。"-2 ，則2(。，,+ )；否則如果^〉2 ，則2(^- )；以及否 則 》。同樣地，關(guān)于第3比特，將ZMJW計算為如果、j-2 ， 則2(^+ )；否則如果^>2、，則2(&- )；以及否則、"
還^1奪應(yīng)用于16QAM的似然度量計算方法應(yīng)用于64QAM和其 他更高的QAM。即，可以將分離《和|^|2并且將《包括在信道的補
償中以及將、|2包括在似然度量的計算中的本發(fā)明的特性應(yīng)用于64QAM。換句話說，應(yīng)用于64QAM的似然度量計算方法還可以包 括比較補償后的接收信號和通過使用|&|2來定標(biāo)信號星座中的符號 坐標(biāo)值所獲得的區(qū)域變量。
圖6至圖8是更詳細(xì)地示出根據(jù)本發(fā)明實施例的64QAM的似 然度量計算方法中對于每個比特的圖4的操作450的流程圖。
圖6是示出關(guān)于第0比特和第3比特的似然度量計算方法的流 程圖，圖7是示出關(guān)于第1比特和第4比特的似然度量計算方法的 流程圖，以及圖8是示出關(guān)于第2比特和第5比特的似然度量計算 方法的流^E圖。
64QAM表示每個符號具有6個比特，其不同于16QAM。因此， 與16QAM相比需要更多的運算用于比較。如上所述，關(guān)于16QAM, 即使關(guān)于64QAM，可以將(例如)以LLR形式計算似然度量的方 法表示為
<formula>formula see original document page 27</formula><formula>formula see original document page 28</formula>
類似于關(guān)于16QAM的等式11,在等式12中，接收信號是關(guān) 于被表示為格雷碼的符號的信號，以及接收信號的第0比特、第l 比特、和第2比特構(gòu)成信號星座的虛軸坐標(biāo)，以及補償后的接收信號的第3比特、第4比特、和第5比特構(gòu)成信號星座的實軸坐標(biāo)。 同樣地，對于與傳統(tǒng)技術(shù)的比較，等式12是基于如圖3中示出的 信號星座中的符號位置。
圖9是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的計算數(shù)字通信系統(tǒng)中的接收信 號的似然度量的設(shè)備的內(nèi)部構(gòu)造的框圖。
參考圖9,將接收信號901輸入到信道估計單元910中，并用 于估計其信道特性。由信道估計單元910產(chǎn)生信道估計902,并將 其輸入到信道補償單元920以及區(qū)域變量計算單元930中。信道補 償單元920根據(jù)信道估計來補償接收信號的畸變，并產(chǎn)生補償后的 4妄收信號903。同樣地，區(qū)i或變量計算單元930才艮據(jù)信道估計902 計算區(qū)域變量904。在這種情況下，區(qū)域變量904是通過使用信道 估計902來定標(biāo)信號星座中的符號坐標(biāo)值所獲得的值。比較單元940 比較補償后的接收信號903的幅度與計算出的區(qū)域變量904，并確 定每個比較區(qū)域。根據(jù)比較結(jié)果905確定每個比特的似然度量計算 方法。根據(jù)本發(fā)明的似然度量計算設(shè)備根據(jù)所確定的方法計算符號 的每個比特的似然度量。
才艮據(jù)本發(fā)明的另 一實施例，信道補償單元920可以包括共軛器 和乘法器。共軛器計算信道估計的復(fù)共軛。乘法器<吏4妄收信號和信 道估計的復(fù)共軛相乘。如上所構(gòu)建的4艮據(jù)本實施例的似然度量計算 設(shè)備在信道補償中可以僅反映信道估計的復(fù)共軛，即，《。這不同 于傳統(tǒng)設(shè)備。
同樣地，根據(jù)本實施例的似然度量計算設(shè)備不包括傳統(tǒng)設(shè)備中 用于信道補償所需的除法運算或除法器。因此，降低了復(fù)雜度，并 且可以容易地實施似然度量計算設(shè)備。同樣地，通過包括在區(qū)域變 量刮且是信道估計的絕對值的平方的、I2與信號星座中的符號坐標(biāo)值相 乘。通過這個，當(dāng)計算似然度量時可以反映&l2。
上面已經(jīng)描述了根據(jù)本發(fā)明的似然度量計算方法?？梢詫⒏鶕?jù)
圖4至圖8的實施例中所涉及的描述按照現(xiàn)狀應(yīng)用于本實施例。因 此，在下文中將省略關(guān)于此的詳細(xì)描述。
才艮據(jù)本發(fā)明的另 一實施例，在對凄t字信號進4亍編碼以及發(fā)射編 碼后的數(shù)字信號的系統(tǒng)中，在接收端中計算每個比特的似然度量， 并將此似然度量輸出到譯碼器，被用于檢測所發(fā)射的消息?？梢詫?譯碼器構(gòu)建為最大似然譯碼器(諸如，維特比譯碼器或trellis譯碼 器)，其通過使用計算出的似然度量來檢測發(fā)射端中被編碼的數(shù)據(jù) 符號。
本發(fā)明可以應(yīng)用于對應(yīng)于turbo編碼或Reed-Solomon編碼、以
及在無線信道和高速數(shù)據(jù)信道中示出合適特性的其他編碼的任何 譯碼器。同樣地，可以將根據(jù)本發(fā)明實施例所計算的似然度量輸入 到最大似然譯碼器中，其把所計算的似然度量作為直接確定標(biāo)準(zhǔn)。
圖10至圖13是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的似然度量計算方法的 仿真結(jié)果的曲線圖。在圖10至圖13中，比較了傳統(tǒng)似然度量計算 方法與本發(fā)明實施例的似然度量計算方法之間的性能。
關(guān)于16QAM信號(上行PUSC模式)以及64QAM信號(下 行PUSC模式)，在步行-A信道(PedA )和步行-B信道(PedB ) 模型環(huán)境下執(zhí)行了仿真。接收信號是經(jīng)由具有二分之一編碼速率的 巻積編碼器所編碼的信號。將似然度量計算的結(jié)果輸入到維特比譯 碼器中。基于每個仿真采樣點(Eb/N。)最大100幀，通過Monte Carlo 方法來執(zhí)行仿真。圖IO是關(guān)于步行-A信道模型環(huán)境的性能比較曲 線圖，以及圖11是關(guān)于步行-B信道模型環(huán)境的性能比較曲線圖。 圖12和圖13是考慮接收端物理運動的仿真結(jié)果。在這種情況下， 圖12示出關(guān)于步行-A信道的結(jié)果，以及圖13示出關(guān)于步行-B信 道的結(jié)果。同樣地，給出了 3km/h的運動速度，以及將2.4GHz用 于載頻。
圖10至圖13是作為數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)的誤碼率 (BER)與Eb/No的曲線圖。BER指示當(dāng)通過使用才艮據(jù)本發(fā)明實施 例的似然度量計算方法和設(shè)備所計算的似然度量對接收信號進行 i爭碼時的i爭碼性能。當(dāng)由相同的譯碼器執(zhí)行譯碼時可以通過比專交 BER來比較似然度量計算的性能。如圖10和圖11中所示，盡管存 在某些量的不同，但當(dāng)將根據(jù)本發(fā)明的似然度量計算方法用在關(guān)于 16QAM信號和64QAM信號的步行-A信道和步行-B信道才莫型環(huán)境 中時，BER比傳統(tǒng)似然度量計算方法降得更快。尤其是，參考反映 接收端物理運動的圖12和圖13的仿真結(jié)果，顯著地改善了考慮信 道變化的影響的根據(jù)本發(fā)明的似然度量計算方法的檢測性能。
可以將根據(jù)本發(fā)明上述實施例的似然度量計算方法記錄在包 括程序指令的計算才幾可讀介質(zhì)中以實現(xiàn)由計算才幾所實施的多種梯: 作。介質(zhì)還可以包括單獨的程序指令、數(shù)據(jù)文件、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等或其 組合。計算機可讀介質(zhì)的實例包括諸如石更盤、軟盤、以及磁帶的萬茲 介質(zhì)；諸如CD ROM盤和DVD的光學(xué)介質(zhì)；諸如光盤的》茲光介質(zhì)； 以及諸如只讀存儲器(ROM)、隨機存取存儲器(RAM)、閃存等 ;敗具體配置為存儲并執(zhí)行程序指令的硬件裝置。該介質(zhì)還可以是諸 如包括指定程序指令、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等的載波傳輸信號的光學(xué)或金屬 線、波導(dǎo)等的傳輸介質(zhì)。程序指令的實例包括諸如由編譯器所產(chǎn)生 的機器代碼和包含可以由計算機使用解釋程序所執(zhí)行的更高級代碼的文件。所述硬件裝置可以被配置作為一個或多個軟件才莫塊，以 執(zhí)行本發(fā)明上述實施例的運算。
雖然已經(jīng)示出并描述了本發(fā)明的一些實施例，但本發(fā)明并不限 于所描述的實施例。代替地，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解在不背離本發(fā) 明的原理和精神的情況下可以對這些實施例進行改變，本發(fā)明的范 圍由權(quán)利要求和其等同所限定。
權(quán)利要求
1.一種計算數(shù)字通信系統(tǒng)中接收信號的似然度量的方法，所述方法包括估計所述接收信號的信道；根據(jù)信道估計補償所述接收信號的信道以產(chǎn)生補償后的接收信號；基于所述信道估計計算區(qū)域變量；以及比較所述區(qū)域變量和所述補償后的接收信號的幅度，并根據(jù)比較的結(jié)果計算所述接收信號的似然度量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，補償信道包括將所述接收 信號和所述信道估計的復(fù)共軛相乘。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，通過使用所述信道估計對 信號星座上對應(yīng)于所述接收信號的符號坐標(biāo)值進行定標(biāo)來獲 得所述區(qū)域變量。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，通過用所述信道估計的幅 度的平方乘以所述符號坐標(biāo)值來扭^于所述定標(biāo)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述比較的步驟包括確定 所述補償后的接收信號的實部或虛部的幅度是大于還是小于 所述區(qū)域變量。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述似然度量是為符號的 每個比特所計算的對數(shù)似然比(LLR)。
7. 才艮據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述數(shù)字通信系統(tǒng)是正交 頻分復(fù)用(OFDM )或正交頻分多址(OFDMA )系統(tǒng)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述接收信號是正交幅度 復(fù)用(QAM)信號。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述QAM是16QAM，以及所述區(qū)域變量是由被表示為、=眼的值&。的整數(shù)倍所(# ，確定的，其中，/^是關(guān)于第k個符號的所述接收信號的所述信 道估計。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中 所述區(qū)域變量是±2 ，以及當(dāng)所述補償后的接收信號是關(guān)于被表示為格雷碼的符號 的信號時，對所述補償后的接收信號與所述區(qū)域變量進行比 較，并計算所述似然度量，以及所述補償后的接收信號的第0 比特和第i比特構(gòu)成所述信號星座的虛軸坐標(biāo)，以及所述補償后的接收信號的第2比特和第3比特構(gòu)成所述信號星座的實軸 坐才示，包4舌將所述第0比特的似然度量計算為丄丄，0) = 2 ；將所述第1比特的似然度量計算為 如果。,t S -2 ，則"A (6,) = 2( + )，否則如果^>2 ，則ZZ^(W-2(^- )，以及 將所述第2比特的似然度量計算為將所述第3比特的似然度量計算為如果<formula>formula see original document page 4</formula>否則如果<formula>formula see original document page 4</formula>以及否則"^(63)=、，其中，<formula>formula see original document page 4</formula> 以及 A表示關(guān)于第k個符號的接收信號， 6 表示所述接收信號的第n比特，以及 2Zi(6J表示關(guān)于所述第n比特的LLR。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述QAM是64QAM, 以及所述區(qū)域變量是由被表示為、=41的值~的整數(shù)倍所確定的，其中，^是關(guān)于第k個符號的所述補償后的接收信號 的所述信道估計。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述區(qū)域變量是O、 ±2 、±4 、以及士6、中的任一個，以及當(dāng)所述補償后的接收信號是關(guān)于被表示為格雷碼的符號 的信號時，對所述補償后的接收信號和所述區(qū)域變量進行比 較，并計算所述似然度量，以及所述補償后的接收信號的第0 比特、第1比特、以及第2比特構(gòu)成所述信號星座的虛軸坐標(biāo)， 以及所述補償后的接收信號的第3比特、第4比特、以及第5 比特構(gòu)成所述信號星座的實軸坐標(biāo)，包括將所述第0比特的似然度量計算為 如果、<formula>formula see original document page 5</formula>、，否則如果<formula>formula see original document page 5</formula>否則如果<formula>formula see original document page 5</formula> ，以及否則<formula>formula see original document page 5</formula>將所述第1比特的似然度量計算為 如果<formula>formula see original document page 5</formula>否則如果<formula>formula see original document page 5</formula>否則如果-<formula>formula see original document page 5</formula>否則如果<formula>formula see original document page 5</formula>否則如果<formula>formula see original document page 5</formula>、，以及否則<formula>formula see original document page 5</formula>將所述第2比特的似然度量計算為<formula>formula see original document page 5</formula>否則如果<formula>formula see original document page 5</formula>否則如果<formula>formula see original document page 5</formula>否則如果<formula>formula see original document page 5</formula>則<formula>formula see original document page 5</formula>否則如果<formula>formula see original document page 5</formula>則<formula>formula see original document page 5</formula>否則如果<formula>formula see original document page 5</formula>則<formula>formula see original document page 5</formula>以及否則<formula>formula see original document page 5</formula>以及將所述第3比特的似然度量計算為如果q 2 -4 ，則iZ足(63) = q + 6 ，否則如果-4 < & SO,則(63) = -q - 2~ ，否則如果0〈&"、，則"^(63) = &-2 ，以及否則￡丄^(63) = —"+6、；將所述第4比特的似然度量計算為如果Q ^ -6 ，則"A (、 ) = + 5 )，否則如果-6 < S -2、，則"A (64) = 、* + 4、，否則如果-2 < ^ so ，則WA (64) = 2(q + 3、)，否則如果0 < q《2 ，則i^ t(64) = -2(q -3 )，否則如果2 < 、4 S 6、，則UA (64) = -、t + 4、，以及否則丄丄^(&4) = -2(、 -5 )；以及將所述第5比特的似然度量計算為 如果^ S -6、，則丄丄i^(W = +3 )， 否則如果-6 <、A《-4 ，則丄2^(65) = 3(^ +2、)， 否則如果-4 <q s-2 ，則12^(65) = 2(^ + )， 否則如果-2 < 、S 2、，則(65) = Q ， 否則如果2 < 、t S 4 ，則ZZA (65) = 2(、* - )， 否則如果4 <~" ，則"^(65) = 3((-2 )，以及 否則丄瑪(65) = 4& - 3 ),以及其中，、「ReWW，〉"mWW,以及 》表示關(guān)于第k個符號的接收信號，6"表示所述接收信號的第n比特，以及 ZJ^(6J表示關(guān)于所述第n比特的LLR。
13. —種存儲用于實現(xiàn)根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法的程序的計算 才幾可讀i己錄介質(zhì)。
14. 一種用于計算數(shù)字通信系統(tǒng)中接收信號的似然度量的設(shè)備，所 述設(shè)備包括信道估計單元，估計所述接收信號的信道；信道補償單元，根據(jù)信道估計補償所述接收信號的信道 以產(chǎn)生補償后的接收信號；區(qū)域變量計算單元，基于所述信道估計計算區(qū)域變量；比較單元，比較所述補償后的接收信號的幅度和所述區(qū) i或變量；以及比特度量計算單元，根據(jù)所述比較的結(jié)果計算關(guān)于所述 補償后的接收信號的每個比特的似然度量。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中，所述信道補償單元包括共軛器，計算所述信道估計的復(fù)共輒；以及乘法器，使所述接收信號與所述信道估計的所述復(fù)共軛 相乘。
16. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中，所述區(qū)域變量計算單元 包括乘法器，使信號星座中對應(yīng)于所述接收信號的符號坐標(biāo)值 與所述信道估計的絕對值的平方相乘。
17. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，還包括最大似然，澤碼器，利用計算出的似然度量對所述接收信號進行譯碼。
全文摘要
一種似然度量計算方法包括估計接收信號的信道并產(chǎn)生信道估計；根據(jù)信道估計補償接收信號的信道；根據(jù)信道估計計算區(qū)域變量；以及比較區(qū)域變量和補償后的接收信號的幅度并根據(jù)比較的結(jié)果計算接收信號的似然度量。一種用于計算似然度量的設(shè)備包括信道估計單元，估計接收信號的信道并產(chǎn)生信道估計；信道補償單元，根據(jù)信道估計補償接收信號的信道；區(qū)域變量計算單元，根據(jù)信道估計計算區(qū)域變量，該區(qū)域變量是通過利用信道估計來定標(biāo)信號星座中對應(yīng)于接收信號的符號坐標(biāo)值所獲得的值；比較單元，比較補償后的接收信號的幅度和區(qū)域變量；以及比特度量計算單元，根據(jù)比較的結(jié)果計算關(guān)于補償后的接收信號的每個比特的似然度量。根據(jù)本發(fā)明，能夠降低信道補償和似然度量計算的復(fù)雜度。同樣地，因為將由信道變化所引起的影響反映為計算似然度量的權(quán)系數(shù)，所以能夠改進整個系統(tǒng)的消息檢測性能。
文檔編號H04L27/38GK101406019SQ200780009283
公開日2009年4月8日 申請日期2007年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月16日
發(fā)明者崔埈相 申請人:Posdata株式會社