專利名稱：星座圖簡化裝置和方法、接收機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信系統(tǒng)的接收機(jī)，更具體地，涉及接收機(jī)的解調(diào)裝置和方法。

背景技術(shù)：
正交幅度調(diào)制(M-QAM)由于能夠在不需要增加系統(tǒng)帶寬的條件下極大地提高無線通信系統(tǒng)的傳輸效率，因此逐漸成為現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)的主要的調(diào)制方式之一。但是在無線環(huán)境下，正交幅度調(diào)制(M-QAM)往往需要較高的信噪比條件，來達(dá)到系統(tǒng)的性能要求。為了克服該缺點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常和能夠進(jìn)行迭代譯碼的、具有較好編碼增益的信道編碼方式級聯(lián)使用，例如與Turbo碼或者低密度奇偶校驗(yàn)碼(LDPC)等一起使用。因此，正交幅度調(diào)制(M-QAM)和能夠進(jìn)行迭代譯碼的、具有較好編碼增益的信道編碼方式相結(jié)合能夠在獲得較大編碼增益的同時(shí)極大地提高無線通信系統(tǒng)的傳輸效率。
對于正交幅度調(diào)制(M-QAM)結(jié)合Turbo碼和類似Turbo碼的系統(tǒng)而言，如何做到在降低正交幅度調(diào)制信號(M-QAM)的比特級軟解調(diào)輸出復(fù)雜度的同時(shí)保持系統(tǒng)較好的性能顯得至關(guān)重要。
采用極大似然(ML)比特級軟輸出解調(diào)策略可以獲得最優(yōu)系統(tǒng)性能，但是其復(fù)雜度太高，實(shí)際系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)，尤其是對于調(diào)制階數(shù)較高的MIMO(多輸入多輸出)系統(tǒng)，幾乎沒法采用該方法。如何降低極大似然(ML)比特級軟輸出解調(diào)的復(fù)雜度，成為各國研究者關(guān)注的焦點(diǎn)。其間人們提出了許多針對正交幅度調(diào)制(M-QAM)信號軟解調(diào)輸出的方法和策略，而其中最有代表性能的方法是Raju等提出的信號星座圖分區(qū)策略(見M.S.Raju，A.Ramesh，and A.Chockalingam，“BER Analysis of QAMwith transmit diversity in Rayleigh Fading Channels，”in Proc.IEEEGLOBECOM’03，San Francisco，CA.Dec.2003，pp.641-645.)，該策略在很大程度上降低了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度，并且保持了較好的性能。為便于說明和比較，本文稱之為Raju方法。
圖1示出了采用Raju方法的MIMO接收機(jī)的示意圖。
如圖1所示，接收的信號經(jīng)過射頻單元214、215后，首先在時(shí)間和頻率同步單元212處進(jìn)行時(shí)間和頻率同步。隨后由前綴去除單元210、211去掉循環(huán)前綴，并由快速傅立葉變換(FFT)單元208和209對去掉循環(huán)前綴后的信號進(jìn)行快速傅立葉變換。
MIMO信號檢測單元207對經(jīng)FFT單元進(jìn)行了快速傅立葉變換的結(jié)果進(jìn)行MIMO信號檢測。并由比特信息計(jì)算單元206對檢測出的MIMO信號進(jìn)行比特計(jì)算，獲得比特信息。然后依次由解交織單元205進(jìn)行解交織運(yùn)算、由去打孔處理單元204進(jìn)行去打孔處理、由數(shù)據(jù)合成單元203進(jìn)行數(shù)據(jù)合成、由信道譯碼單元202進(jìn)行信道譯碼、由去隨機(jī)化處理單元201對譯碼后的數(shù)據(jù)進(jìn)行去隨機(jī)化處理，得到的原始信息，然后將該信息送達(dá)信宿單元200。信宿單元就是接收凈荷信息的接收單元，對發(fā)送的凈荷信息進(jìn)行后續(xù)的拆包和分組等處理。
Raju方法在比特信息計(jì)算單元206中使用，該方法首先對星座空間進(jìn)行區(qū)域分割，然后針對每個(gè)區(qū)域進(jìn)行比特級軟信息計(jì)算，針對不同區(qū)域的比特級軟輸出的閉式解表達(dá)式不同，即對應(yīng)于一個(gè)星座符號的多個(gè)比特分別用不同的數(shù)學(xué)表達(dá)式來表達(dá)，即使對于同一個(gè)比特，如果接收信號落在不同的劃分區(qū)域，同一比特信息的數(shù)學(xué)表達(dá)式也不同。如果星座符號空間較大(如高階M-QAM調(diào)制)，該方法的計(jì)算復(fù)雜度仍然較高。這是由于同一比特信息的數(shù)學(xué)表達(dá)式會因接收信號落在不同的二維星座區(qū)域而采用不同的表達(dá)形式，因此星座符號空間越大，如256-QAM等高階調(diào)制，劃分的二維星座區(qū)域就會越多，其每一個(gè)比特信息采用的表達(dá)式就會越多，從而導(dǎo)致軟比特信息的表達(dá)式變得越來越復(fù)雜。即，該方法針對正交幅度調(diào)制(M-QAM)信號軟解調(diào)復(fù)雜度降低仍然不夠。


發(fā)明內(nèi)容
為了更進(jìn)一步降低比特級軟輸出解調(diào)的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度，本發(fā)明給出了比特級軟輸出解調(diào)方法和裝置。該方法和裝置能夠充分利用M-QAM信號星座空間的幾何特性，簡單有效地給出了任意基于格林映射M-QAM信號的比特級軟輸出信息(LLR)，復(fù)雜度低。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種星座圖簡化裝置，所述星座圖簡化裝置包括星座圖分拆器，所述星座圖分拆器用于將輸入的二維星座圖分解為X軸一維星座信息和Y軸一維星座信息；坐標(biāo)軸星座映射單元，所述坐標(biāo)軸星座映射單元依據(jù)所述星座圖分拆器輸出的一維星座信息，根據(jù)需要分析的比特，確定進(jìn)行X坐標(biāo)軸映射還是Y坐標(biāo)軸映射，并進(jìn)行映射；星座結(jié)構(gòu)劃分單元，所述星座結(jié)構(gòu)劃分單元根據(jù)經(jīng)所述坐標(biāo)軸星座映射單元映射的一維星座信息，對星座結(jié)構(gòu)進(jìn)行劃分，獲得星座結(jié)構(gòu)信息；坐標(biāo)軸位移單元，根據(jù)所述星座結(jié)構(gòu)信息，對與所述一維星座信息所映射到的坐標(biāo)軸相垂直的坐標(biāo)軸進(jìn)行移動，使所分析的比特的星座符號關(guān)于移動后的所述坐標(biāo)軸對稱，與所述一維星座信息所映射到的坐標(biāo)軸相垂直的坐標(biāo)軸稱為垂直坐標(biāo)軸；相對信息提取單元，計(jì)算該所分析的比特相對移動后的所述垂直坐標(biāo)軸的新坐標(biāo)；以及虛星座映射單元，根據(jù)所述星座結(jié)構(gòu)信息，生成虛星座，并計(jì)算所述虛星座的坐標(biāo)。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，本發(fā)明提供了一種根據(jù)所述第一方面的星座圖簡化裝置，其特征在于，該星座圖簡化裝置還具有計(jì)算條件判斷單元，所述計(jì)算條件判斷單元對經(jīng)所述坐標(biāo)軸位移單元或所述虛星座映射單元處理后的星座分布是否滿足預(yù)定計(jì)算初始條件進(jìn)行判斷，當(dāng)判斷出滿足所述預(yù)定計(jì)算初始條件時(shí)，輸出所述相對信息提取單元或所述虛星座映射單元所得的坐標(biāo)，用于比特軟信息計(jì)算，當(dāng)判斷出未滿足所述預(yù)定計(jì)算初始條件時(shí)，所述星座結(jié)構(gòu)劃分單元對經(jīng)所述相對信息提取單元或所述虛星座映射單元處理的該所分析的比特重新進(jìn)行星座結(jié)構(gòu)劃分，以獲得新的星座結(jié)構(gòu)信息供所述坐標(biāo)軸位移單元和所述虛星座映射單元使用。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，本發(fā)明提供了一種根據(jù)所述第二方面的星座圖簡化裝置，其特征在于，所述預(yù)定計(jì)算初始條件為所分析的比特的星座符號關(guān)于所述垂直坐標(biāo)軸對稱，并且所述垂直坐標(biāo)軸的兩邊各只有一個(gè)該所分析的比特的星座符號，所述垂直坐標(biāo)軸兩側(cè)的所述星座符號的特性不同。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，本發(fā)明提供了一種根據(jù)所述第三方面的星座圖簡化裝置，其特征在于，當(dāng)所分析的比特的星座符號中，在所述垂直坐標(biāo)軸的一側(cè)的星座符號具有相同的特性時(shí)，在所述坐標(biāo)軸的另一側(cè)的星座符號也具有相同的特性時(shí)，所述虛星座映射單元分別針對同一側(cè)的星座符號生成虛星座。
根據(jù)本發(fā)明的第五方面，本發(fā)明提供了一種根據(jù)所述第三方面的星座圖簡化裝置，其特征在于，當(dāng)所述垂直坐標(biāo)軸的兩側(cè)的所分析的比特的星座符號的數(shù)量大于1，并且所分析的比特的星座符號相對于所述垂直坐標(biāo)軸完全對稱時(shí)，針對所述坐標(biāo)軸一側(cè)的星座符號，所述坐標(biāo)軸位移單元進(jìn)行所述垂直坐標(biāo)軸的移位，使所述一側(cè)的星座符號相對于移動后的所述垂直坐標(biāo)軸對稱。
根據(jù)本發(fā)明的第六方面，本發(fā)明提供了一種接收機(jī)，所述接收機(jī)包括比特軟信息計(jì)算裝置，所述比特軟信息計(jì)算裝置根據(jù)第一到第五方面任一方面所述的星座圖簡化裝置輸出的坐標(biāo)，計(jì)算該所分析的比特的比特軟信息。
根據(jù)本發(fā)明的第七方面，本發(fā)明提供了一種根據(jù)所述第六方面的接收機(jī)，其特征在于，所述接收機(jī)還包括權(quán)值計(jì)算單元，所述權(quán)值計(jì)算單元根據(jù)信道估計(jì)信息計(jì)算解調(diào)權(quán)值；譯碼器，根據(jù)所述權(quán)值計(jì)算單元計(jì)算出的權(quán)值，對輸入的信號進(jìn)行譯碼，輸出譯碼后的軟星座符號；信道可靠度計(jì)算單元，根據(jù)所述信道估計(jì)信息和所述權(quán)值計(jì)算單元計(jì)算出的權(quán)值，計(jì)算信道可靠度；所述比特軟信息計(jì)算裝置對所述軟星座符號進(jìn)行比特軟信息計(jì)算；比特LLR調(diào)整器，所述比特LLR調(diào)整器根據(jù)信道可靠度計(jì)算單元計(jì)算出的信道可靠度對所述比特信息計(jì)算計(jì)算單元輸出的比特軟信息進(jìn)行比特信息調(diào)整處理。
根據(jù)本發(fā)明的第八方面，本發(fā)明提供了一種根據(jù)所述第七方面的接收機(jī)，其特征在于，信道可靠度計(jì)算單元計(jì)算出的信道可靠度是SINR，所述比特LLR調(diào)整器通過將所述SINR與所述比特信息計(jì)算計(jì)算單元輸出的比特軟信息進(jìn)行相乘，而進(jìn)行比特信息調(diào)整處理。
根據(jù)本發(fā)明的第九方面，本發(fā)明提供了一種根據(jù)所述第六方面的接收機(jī)，其特征在于，所述比特軟信息計(jì)算裝置包括根據(jù)第一方面到第五方面任一方面所述的星座圖簡化裝置，或包括存儲單元，所述存儲單元相對應(yīng)地存儲有接收信號的比特和根據(jù)權(quán)利要求第一方面到第五方面任一方面所述的星座圖簡化裝置所得出的、該比特的用于比特軟信息計(jì)算的坐標(biāo)。
根據(jù)本發(fā)明的第十方面，本發(fā)明提供了一種一種星座圖簡化方法，所述星座圖簡化方法包括星座圖分拆步驟，用于將輸入的二維星座圖分解為X軸一維星座信息和Y軸一維星座信息；坐標(biāo)軸星座映射步驟，所述坐標(biāo)軸星座映射步驟依據(jù)所述星座圖分拆步驟獲得的一維星座信息，根據(jù)需要分析的比特，確定進(jìn)行X坐標(biāo)軸映射還是Y坐標(biāo)軸映射，并進(jìn)行映射；星座結(jié)構(gòu)劃分步驟，所述星座結(jié)構(gòu)劃分步驟根據(jù)經(jīng)所述坐標(biāo)軸星座映射步驟映射的一維星座信息，對星座結(jié)構(gòu)進(jìn)行劃分，獲得星座結(jié)構(gòu)信息；坐標(biāo)軸位移步驟，根據(jù)所述星座結(jié)構(gòu)信息，對與所述一維星座信息所映射到的坐標(biāo)軸相垂直的坐標(biāo)軸進(jìn)行移動，使所分析的比特的星座符號關(guān)于移動后的所述坐標(biāo)軸對稱，與所述一維星座信息所映射到的坐標(biāo)軸相垂直的坐標(biāo)軸稱為垂直坐標(biāo)軸；相對信息提取步驟，計(jì)算該所分析的比特相對移動后的所述垂直坐標(biāo)軸的新坐標(biāo)；以及虛星座映射步驟，根據(jù)所述星座結(jié)構(gòu)信息，生成虛星座，并計(jì)算所述虛星座的坐標(biāo)。
本發(fā)明的第十一方面為一種計(jì)算機(jī)程序。所述程序在被計(jì)算機(jī)或邏輯部件執(zhí)行時(shí)，可以使所述計(jì)算機(jī)或所述邏輯部件實(shí)現(xiàn)前述的裝置、單元(例如信道可靠度計(jì)算單元)或接收機(jī)的功能，或?qū)崿F(xiàn)前述的方法。
本發(fā)明的第十二方面為一種計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)。存儲上述計(jì)算機(jī)程序。
所述存儲介質(zhì)可以是CD、DVD、VCD、軟盤、MO、硬盤、閃存等本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的任何存儲介質(zhì)。
本發(fā)明的基本原理是在Max-Log MAP解調(diào)算法的基礎(chǔ)上，利用虛星座符號的概念(virtual constellation symbols(VCS))和坐標(biāo)軸移動(axisshift)的方法，代替?zhèn)鹘y(tǒng)方法中求解多個(gè)星座符號極大函數(shù)值或者極小函數(shù)值的策略，極大地降低了M-QAM信號的比特級軟輸出解調(diào)的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度，但其性能相對于極大似然(ML)比特級軟輸出解調(diào)策略和Raju方法卻沒有明顯降低。



圖1示出了采用Raju方法的MIMO接收機(jī)的示意圖； 圖2示出了依據(jù)本發(fā)明的MIMO比特軟信息計(jì)算單元300的一種實(shí)施方式； 圖3示出了圖2所示的比特LLR計(jì)算單元304的一種實(shí)施方式； 圖4A示出了圖3所示的4QAM調(diào)制方式比特軟信息計(jì)算單元400的一種實(shí)施方式； 圖4B示出了圖3所示的16QAM調(diào)制方式比特軟信息計(jì)算單元401的一種實(shí)施方式； 圖4C示出了圖3所示的64QAM調(diào)制方式比特軟信息計(jì)算單元的一種實(shí)施方式； 圖5示出了基于格林映射的4-QAM星座符號結(jié)構(gòu)圖； 圖6示出了基于格林映射的16-QAM星座符號結(jié)構(gòu)圖； 圖7給出了本發(fā)明計(jì)算基于格林映射的16-QAM信號的相應(yīng)的比特級軟信息輸出的過程； 圖8示出了基于格林映射的64-QAM星座符號結(jié)構(gòu)圖； 圖9示出了本發(fā)明計(jì)算基于格林映射的64-QAM信號相應(yīng)的比特級軟信息輸出的過程； 圖10給出了本發(fā)明得到的系統(tǒng)性能與其它軟解調(diào)計(jì)算方法在加性白高斯信道下的性能比較結(jié)果； 圖11給出了多輸入多輸出(MIMO)系統(tǒng)中，進(jìn)行最小均方誤差(MMSE)算法譯碼條件下，本發(fā)明得到的系統(tǒng)性能與其它軟解調(diào)計(jì)算方法在瑞利衰落信道下的性能比較結(jié)果； 圖12給出了多輸入多輸出(MIMO)系統(tǒng)中，進(jìn)行迫零(ZF)算法譯碼條件下，本發(fā)明得到的系統(tǒng)性能與其它軟解調(diào)計(jì)算方法在瑞利衰落信道下的性能比較結(jié)果；以及 圖13示出了依據(jù)本發(fā)明的比特軟信息計(jì)算方法的流程圖。

具體實(shí)施例方式 下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行詳細(xì)描述。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)的主要區(qū)別在于以本發(fā)明的MIMO比特軟信息計(jì)算單元300代替了現(xiàn)有技術(shù)的MIMO檢測單元207和比特計(jì)算單元206。為了簡潔，本文省略了對與現(xiàn)有技術(shù)相同的部件的詳細(xì)描述。
圖2示出了依據(jù)本發(fā)明的MIMO比特軟信息計(jì)算單元300的一種實(shí)施方式。
如圖2所示，在依據(jù)本發(fā)明的MIMO比特軟信息計(jì)算單元300的一種實(shí)施方式中，該MIMO比特軟信息計(jì)算單元300包括MIMO譯碼器306、比特LLR計(jì)算單元304、比特LLR調(diào)整器301、信道估計(jì)單元303、權(quán)值計(jì)算單元305、信道可靠度計(jì)算單元302。其中，信道估計(jì)單元303是可選的單元，即本發(fā)明的MIMO比特軟信息計(jì)算單元300也可不包括該單元。
MIMO譯碼器306采用MMSE或者ZF譯碼方法，輸出譯碼后的軟星座符號，在圖中，由于發(fā)送端為兩根天線，因此譯碼后的軟星座符號可以表示為

和

。應(yīng)該注意，根據(jù)需要天線可以有多根，而輸出的軟星座符號的數(shù)目應(yīng)與之對應(yīng)。為說明方便，本文僅以兩根天線的情況為例。
比特LLR計(jì)算單元304接收所述軟星座符號(例如，

和

)，對接收到的軟星座符號進(jìn)行比特軟信息計(jì)算，輸出比特軟信息。該計(jì)算過程將在后文詳述。
比特LLR調(diào)整器301隨后對從比特LLR計(jì)算單元304輸入的比特軟信息進(jìn)行比特信息調(diào)整處理。該比特信息調(diào)整處理為根據(jù)信道的可靠信息(例如載干比SINR)對比特信息進(jìn)行調(diào)整，一般采取相乘的操作，即，使比特信息與計(jì)算出的SINR相乘。調(diào)整后的比特軟信息輸出到解交織單元205進(jìn)行解交織處理，便于后面的信道譯碼器的處理。
信道估計(jì)單元303通過一定的信道估計(jì)算法獲得信道估計(jì)信息，其可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所知道的任何方法。另外，雖然在圖中將該單元并入了本發(fā)明的MIMO比特軟信息計(jì)算單元300中，但本發(fā)明的MIMO比特軟信息計(jì)算單元300中可以不包括該單元，而直接利用接收機(jī)的其它部件所獲得的信道估計(jì)信息。這里信道估計(jì)信息例如為通過一定的信道估計(jì)策略(例如基于導(dǎo)頻的或盲估計(jì))得到的信道的時(shí)域或者頻域沖擊響應(yīng)。
該信道估計(jì)信息被輸入到權(quán)值計(jì)算單元305。權(quán)值計(jì)算單元305進(jìn)行MMSE或者ZF解調(diào)權(quán)值的計(jì)算，所得的權(quán)值用于MIMO譯碼器306進(jìn)行的MIMO譯碼。具體地，如果采用MMSE譯碼，并且已知信道估計(jì)信息H，則其權(quán)值W可以表示為 W＝(HHH+σ2)-1HH 其中，σ2表示噪聲功率，—1表示H矩陣求逆運(yùn)算，HH表示H矩陣的共軛轉(zhuǎn)置。
如果采用ZF譯碼，并且已知信道估計(jì)信息H，則其權(quán)值W可以表示為 W＝(HHH)-1HH 信道可靠度計(jì)算單元302根據(jù)來自信道估計(jì)單元303的信道估計(jì)信息和權(quán)值計(jì)算單元305的權(quán)值，計(jì)算對應(yīng)于MIMO MMSE或ZF譯碼算法條件下的信道可靠度。信道可靠度例如由SINR值表示。
信道可靠性的計(jì)算可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的任何方法。下面僅示意性地、簡單地介紹一下在MMSE的情況下和ZF的情況下的信道可靠性的計(jì)算。
在MMSE的情況下，第j(j是大于等于1而小于N的整數(shù)，N為發(fā)送天線的總數(shù))個(gè)發(fā)送天線上MMSE檢測后的信號為
其中為MMSE輸出信號的噪聲加干擾項(xiàng)，wji和hij分別表示MMSE權(quán)值矩陣W和信道H的第j行第i列元素，M表示接收天線個(gè)數(shù)，n表示噪聲。
理論證明，線形MMSE輸出信號中的干擾加噪聲項(xiàng)可以認(rèn)為滿足高斯分布，因此用ζj來表示其中ζj是零均值方差為的高斯隨機(jī)變量，σ2表示噪聲功率。這樣，其載干比SINR(信號可靠度)可以表示為 由于發(fā)送星座符號功率進(jìn)行了功率歸一化處理，因此上式可以表示為 在ZF的情況下，如果第j個(gè)發(fā)送天線上采用ZF檢測后的信號為
其中，

為干擾項(xiàng)，wji為ZF權(quán)值矩陣的第j行第i列元素。
則用ζj來表示

其中ζj是零均值方差為

的高斯隨機(jī)變量。上式可以改寫為
其載干比SINR(信號可靠度)可以表示為 MIMO譯碼器306利用來自權(quán)值計(jì)算單元305的權(quán)值和來自FFT單元的經(jīng)快速傅立葉變換的信號，采用MMSE或者ZF譯碼方法，輸出譯碼后的軟星座符號。
應(yīng)該注意，上面的圖2是針對MIMO的情況陳述的。但本發(fā)明的比特軟信息計(jì)算裝置和方法也適用于SISO的情況。在該情況下，相應(yīng)地省略MIMO譯碼器，而代之以SISO譯碼器，此時(shí)輸出一路信號。
下面對比特LLR計(jì)算單元304的具體實(shí)現(xiàn)進(jìn)行詳細(xì)說明。
圖3示出了比特LLR計(jì)算單元304的一種實(shí)施方式。如圖3所示，在比特LLR計(jì)算單元304的一種實(shí)施方式中，比特LLR計(jì)算單元304包括調(diào)制方式分類器403、64QAM調(diào)制方式比特軟信息計(jì)算單元402、16QAM調(diào)制方式比特軟信息計(jì)算單元401以及4QAM調(diào)制方式比特軟信息計(jì)算單元400。
應(yīng)該注意，上面的描述是示例性的，并不是對本發(fā)明的限制。在已知調(diào)制方式的情況下，可以省略調(diào)制方式分類器403，并只保留部件400、401和402中的一個(gè)。另外，本發(fā)明也適用于128QAM調(diào)制方式以及256QAM調(diào)制方式。即，還可以包括相應(yīng)的軟信息計(jì)算單元。
在圖3所示的實(shí)施方式中，調(diào)制方式分類器403確定調(diào)制方式，即確定是64QAM調(diào)制、16QAM調(diào)制還是4QAM調(diào)制。調(diào)制方式一般是收發(fā)兩端都知道的，不用判斷哪種調(diào)制方式，此處調(diào)試方式分類器403的作用是相當(dāng)于一個(gè)切換開關(guān)，當(dāng)收發(fā)兩端確定了調(diào)制方式時(shí)，就切換到對應(yīng)的處理模塊進(jìn)行比特軟信息的解調(diào)計(jì)算。調(diào)制方式分類器403的存在可以提高比特LLR計(jì)算單元304的通用性。
下面參照圖4A介紹4QAM調(diào)制方式比特軟信息計(jì)算單元400的一種實(shí)施方式。
如圖4A所示，4QAM調(diào)制方式比特軟信息計(jì)算單元400包括星座圖分拆器4410、坐標(biāo)軸星座映射單元4420、比特信息計(jì)算單元4430。
星座圖分拆器4410的輸入為二維星座圖(在圖4A的情況下，為QPSK二維星座圖，即4-QAM二維星座圖)，輸出為能夠代表星座特性的X軸和Y軸一維星座信息，即，說明哪個(gè)比特應(yīng)屬于哪個(gè)坐標(biāo)軸。
在這里，二維星座圖即軟星座符號，例如

和

。

和

為接收端均衡后的星座符號，但由于均衡后仍有噪聲，所以往往被稱為軟星座符號。本文假設(shè)軟星座符號也符合格林映射。
由于對于M-QAM調(diào)制而言，其為正交幅度調(diào)制，因此其二維星座圖是由X軸和Y軸共同決定的，并且二維星座圖分別向X軸和Y軸投影后的一維信息可以分別描述該星座圖所代表的比特，為便于分析，可以分別對投影到X軸和Y軸的一維信息進(jìn)行分析，這樣做的實(shí)質(zhì)是簡化了分析復(fù)雜度。比如4QAM調(diào)制，一個(gè)比特為X軸一個(gè)比特為Y軸，同樣16QAM調(diào)制2個(gè)比特為X軸2個(gè)比特為Y軸，依此類推。
應(yīng)注意，盡管在圖中星座圖分拆器為一個(gè)，但也可以用兩個(gè)。在這種情況下，該兩個(gè)的星座圖分拆器分別輸出X軸和Y軸的一維星座信息。
坐標(biāo)軸星座映射單元4420依據(jù)星座圖分拆器4410輸出的一維星座信息，根據(jù)需要分析的比特信息(即需要對之進(jìn)行計(jì)算的比特的信息，是比特0，還是比特1，2，3等等)，確定進(jìn)行X坐標(biāo)軸映射還是Y坐標(biāo)軸映射，并進(jìn)行映射。比如對于4QAM而言，如果要分析比特0，就需要進(jìn)行Y軸映射，而如果要計(jì)算比特1的軟信息，就需要進(jìn)行X軸映射?？傊?，就是根據(jù)所需要計(jì)算哪幾個(gè)比特的軟信息來決定是進(jìn)行X軸映射還是Y軸映射，并進(jìn)行相應(yīng)映射。
比特信息計(jì)算單元4430根據(jù)所對應(yīng)的調(diào)制方式和需要計(jì)算的比特，計(jì)算比特的軟信息。下面對此進(jìn)行詳細(xì)說明。
考慮MQAM調(diào)制方案(很顯然，在圖4A的情況下，M為4；在圖4B的情況下，M為16；在圖4C的情況下，M為64，等等)。因?yàn)橛衛(wèi)og2M＝m(即m等于星座圖表示比特的個(gè)數(shù)，而M為星座圖的星座符號個(gè)數(shù)，其關(guān)系為log2M＝m)個(gè)比特(b1，b2，…，bm)映射為復(fù)數(shù)星座符號s＝sI+jsQ。并且假定發(fā)送符號s經(jīng)過非頻率選擇性信道h到達(dá)接收端，h為慢變信道，因此接收信號y可以表示為 y＝h·s+n(1) 其中h(當(dāng)h＝1時(shí)為加性白高斯信道)為獨(dú)立同分布瑞利衰落信道系數(shù)，并且滿足E{‖h‖2}＝1，其中n＝nI+jnQ為零均值復(fù)高斯隨機(jī)變量，每維方差為σ2/2。
因此定義比特bi，i＝1，2，…，m的比特軟信息對數(shù)似然比(Log-LikelihoodRatio(LLR))為 其中，Pr表示先驗(yàn)概率。
顯然最優(yōu)判決準(zhǔn)則為當(dāng)LLR(bi)≥0時(shí)可以得到

反之亦然。定義兩個(gè)符號集

和

使得

為包含所有bi＝1的所有星座符號集合，

為包含所有bi＝0的所有星座符號集合。因此等式(2)可以改寫為 假定所有的星座符號都是等概率出現(xiàn)，并且信道和發(fā)送星座符號保持獨(dú)立，利用貝葉斯準(zhǔn)則可以得到 由于(f是復(fù)高斯概率密度)，方程(4)可以改寫為 利用log(∑jexp(-Xj))≈-minj(Xj)，上式可以改寫為 定義符號

，其中

為復(fù)高斯隨機(jī)變量，其方差為σ2/‖h‖2。把z帶入上式(6)并對LLR(bi)利用4/σ2進(jìn)行歸一化處理，可以得到 (7) 其中z＝zI+jzQ，a＝aI+jaQ，β＝βI+jβQ。注意星座符號集合

和

是有垂直邊界或者水平邊界的，因此對于兩個(gè)符號集中距離最近的兩個(gè)星座符號必然位于星座符號空間的同一行或者同一列。對于比特b1而言，兩個(gè)符號集

和

中距離最近的兩個(gè)星座符號必然滿足aQ＝βQ，因此每個(gè)比特的比特軟信息LLR利用Raju方法計(jì)算得到，但是其計(jì)算復(fù)雜度仍然很高，當(dāng)M較大時(shí)尤其如此。
對于4-QAM調(diào)制而言，如圖5所示，利用等式(7)可以直接得到對應(yīng)比特級軟解調(diào)信息，表示為 LLR(b1)＝‖h‖2dzI (8) LLR(b0)＝‖h‖2dzQ (9) 其中，d為星座點(diǎn)最小距離。應(yīng)該注意，以上是原理性的說明，其對應(yīng)于圖2中部件301的輸出。部件304的輸出為dzI和dzQ。即在比特信息計(jì)算單元4430中，應(yīng)設(shè)定h＝1。應(yīng)該注意在后文針對MIMO的情況的描述中，比特信息計(jì)算單元4430也遵循該設(shè)定。
另外，需要注意的是，雖然在圖4中，比特信息計(jì)算單元4430與部件4410、部件4420、部件4440—4480集成在一起，但在另選的實(shí)施例中，比特信息計(jì)算單元4430可以與一存儲單元集成在一起，而不予上述部件集成在一起。在該存儲單元中相對應(yīng)地存儲待分析的比特和由上述部件組成的裝置(星座圖簡化裝置)所計(jì)算出的待分析比特的軟信息計(jì)算用坐標(biāo)。
下面參照圖4B介紹16QAM調(diào)制方式比特軟信息計(jì)算單元401的一種實(shí)施方式。
對比圖4A和圖4B，可以看出，在圖4B中增加了星座結(jié)構(gòu)劃分單元4440、坐標(biāo)軸位移單元4450、虛星座映射單元4460以及相對信息提取單元4470。
星座結(jié)構(gòu)劃分單元4440根據(jù)經(jīng)坐標(biāo)軸星座映射單元映射的一維星座信息，對星座結(jié)構(gòu)進(jìn)行劃分。就是根據(jù)一維星座信息，獲取具有相同比特信息的星座符號組。這樣，就可以將具有相同比特信息的星座符號看作一組來處理了。把具有相同特性的星座點(diǎn)作為一組，便于后續(xù)的處理。
下面結(jié)合圖6所示的16-QAM調(diào)制的星座圖詳細(xì)說明獲取相同比特信息星座符號組的過程。
如前所述，對于4-QAM調(diào)制而言，可以利用等式8和等式9直接得到對應(yīng)比特級軟解調(diào)信息。
但是對于高階調(diào)制例如16-QAM，64-QAM等，對應(yīng)比特的比特級軟輸出計(jì)算需要利用Raju方法進(jìn)行分區(qū)域求得。因此隨著調(diào)制階數(shù)的增加，其計(jì)算復(fù)雜度必然也隨之增加。因而本文給出了一種利用虛星座符號(VCS)的概念和坐標(biāo)軸移動(Axis Shift)的方法，代替?zhèn)鹘y(tǒng)方法中求解多個(gè)星座符號極大函數(shù)值或者極小函數(shù)值的策略，可以極大地降低高階M-QAM信號的比特級軟輸出解調(diào)的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度。
為使說明清楚簡潔，本文僅僅分析如圖6所示的16-QAM調(diào)制的星座圖水平方向的兩個(gè)比特b3b2，垂直方向的兩個(gè)比特b1b0可以采用同樣的方法進(jìn)行分析。
因?yàn)閷τ诒忍豣3或者比特b2而言，兩個(gè)星座集合

和

中與接收信號歐氏距離最近的兩個(gè)星座符號必然滿足aQ＝βQ；并且對于比特b3b2而言，16-QAM調(diào)制星座圖可以簡化為如圖7(a)所示。應(yīng)注意，該簡化即坐標(biāo)軸星座映射的結(jié)果，具體地，是X軸映射的結(jié)果。
對于比特b3而言，在縱坐標(biāo)軸的右側(cè)有與縱坐標(biāo)軸左側(cè)的星座對稱的星座，即它們到縱坐標(biāo)軸的距離相等。在這種情況下，為了說明的簡便，稱該比特的星座相對坐標(biāo)軸對稱。如果如比特b2的情況那樣，比特的相對稱的星座的比特特性都分別相同(如b2的情況，值0的星座與值0的星座相對稱，值1的星座與值1的星座相對稱，這與b3的情況不同，在b3的情況下，值0的星座與值1的星座相對稱)，則稱該比特相對于坐標(biāo)軸均衡對稱。而如b3的情況那樣，比特的相對稱的星座的比特特性分別不同，稱該比特相對于坐標(biāo)軸非均衡對稱。
對于比特b3而言，所有位于縱坐標(biāo)軸右邊的星座符號具有相同的特性即b3＝0，而所有位于縱坐標(biāo)軸左邊的星座符號具有相同的特性即b3＝1。對于比特b2而言，其比特的星座對稱地分布在縱坐標(biāo)軸的兩側(cè)，也就是說縱坐標(biāo)軸一邊的星座符號完全能夠描述該比特的全部信息，因此取縱坐標(biāo)軸右邊的星座符號作為該比特軟信息的分析星座符號集合。以上表明相同比特的星座符號的分布特性的信息稱為星座結(jié)構(gòu)信息。
綜上所述，星座結(jié)構(gòu)劃分單元4440利用星座符號信息(如其編碼方式)、歐式距離，基于經(jīng)坐標(biāo)軸星座映射單元映射的一維星座信息，對星座結(jié)構(gòu)進(jìn)行劃分，從而對星座點(diǎn)進(jìn)行了分組。
隨后，根據(jù)星座結(jié)構(gòu)劃分單元4440的星座結(jié)構(gòu)信息，坐標(biāo)軸移位單元4450和虛星座映射單元4460分別工作。
仍以比特b3為例，根據(jù)星座結(jié)構(gòu)信息可知，對于比特b3而言，位于縱坐標(biāo)軸兩邊的所有星座符號可以分別用一個(gè)虛星座符號代替。因此由虛星座映射單元4460生成虛星座，如圖7(b)所示。然后計(jì)算虛星座的坐標(biāo)。注意，在圖7(b)的情況下，此時(shí)虛星座的坐標(biāo)分別為2d和-2d。
然后由比特信息計(jì)算單元按照針對前面的4-QAM調(diào)制方法的算法(帶入公式8)，很容易地得到對應(yīng)于比特b3的比特級軟輸出。該輸出如下式10所示。
LLR(b3)＝2‖h‖2dzI (10) 另一方面，對于比特b2而言，根據(jù)星座結(jié)構(gòu)信息，其比特信息對稱地分布在縱坐標(biāo)軸的兩側(cè)，也就是說縱坐標(biāo)軸一邊的星座符號完全能夠描述該比特的全部信息，因此取縱坐標(biāo)軸右邊的星座符號作為該比特軟信息的分析星座符號集合。因而，接收信號可以表示為‖zI‖。由坐標(biāo)軸位移單元4450將2d點(diǎn)作為新的縱坐標(biāo)軸，如圖7(c)所示。坐標(biāo)軸位移是指平行移動一維星座圖的對稱坐標(biāo)軸，平移到所分析的比特信息關(guān)于該坐標(biāo)軸對稱的位置，即該比特為0和1關(guān)于新的位置對稱。然后由相對信息提取單元4470獲取接收信號的相對新坐標(biāo)原點(diǎn)的信息，即‖zI‖-2d。相對信息提取是指根據(jù)新的對稱坐標(biāo)軸重新計(jì)算接收信號在新坐標(biāo)下的相對信息量，一般采用接收信號減去新坐標(biāo)軸位置的方法獲取相對信息。
這樣，利用前面4-QAM調(diào)制的比特信息等式，比特信息計(jì)算單元4430可以很容易地得到該比特b2的軟解調(diào)信息(即，軟信息)，如公式11所示 LLR(b2)＝‖h‖2d(2d-‖zI‖) (11) 同樣，對于另外兩個(gè)比特b1b0可以采用同樣的方法得到。公式12和13示出了計(jì)算出的比特b1b0的軟解調(diào)信息。
LLR(b1)＝2‖h‖2dzQ (12) LLR(b0)＝‖h‖2d(2d-‖zQ‖) (13) 下面參照圖4C介紹64QAM調(diào)制方式比特軟信息計(jì)算單元401的一種實(shí)施方式。
對比圖4B和圖4C，可以看出，在圖4C中增加了計(jì)算條件判斷單元4430。為方便描述，下文未具體說明各動作是由星座符號比較單元、坐標(biāo)軸位移單元和虛星座映射單元中的哪個(gè)部件具體完成的。本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)上文的描述完全可以清楚地知道各部件完成的功能。
對于64-QAM調(diào)制，其星座圖如圖8所示。同樣可以利用虛星座符號的概念(VCS)和坐標(biāo)軸移動(Axis Shift)的方法得到其對應(yīng)比特的比特級軟解調(diào)信息。同樣，為便于分析，本文僅僅分析水平方向的三個(gè)比特b5b4b3，垂直方向的三個(gè)比特b2b1b0可以采用同樣的方法進(jìn)行分析。因?yàn)閷τ诒忍豣5、b4或者比特b3而言，兩個(gè)星座集合

和

中與接收信號歐氏距離最近的兩個(gè)星座符號必然滿足aQ＝βQ；并且對于比特b5b4b3而言64-QAM調(diào)制星座圖可以簡化為如圖9(a)所示。對于比特b5而言，所有位于縱坐標(biāo)軸右邊的星座符號具有相同的特性即b5＝0，而所有位于縱坐標(biāo)軸左邊的星座符號具有相同的特性即b5＝1。因此，位于縱坐標(biāo)軸兩邊的所有星座符號可以分別用一個(gè)虛星座符號代替，如圖9(b)所示。在得到虛星座之后，計(jì)算條件判斷單元4480判斷出已經(jīng)滿足了可以按照前面的4-QAM調(diào)制方法進(jìn)行運(yùn)算的條件，當(dāng)通過虛星座符號映射或者坐標(biāo)軸移動等操作后，比特的星座關(guān)于坐標(biāo)軸非均衡對稱，并且兩邊各只有一個(gè)星座符號時(shí)，就可直接利用4-QAM調(diào)制方法，在這種情況下，稱為滿足了按照前面的4-QAM調(diào)制方法進(jìn)行運(yùn)算的條件(或簡稱為滿足了運(yùn)算初始條件)。其實(shí)質(zhì)就是把高階星座圖最后化簡為4-QAM星座圖來處理。因而由比特信息計(jì)算單元4430按照前面的4-QAM調(diào)制方法得到對應(yīng)于比特b5的比特級軟輸出。結(jié)果如公式14所示， LLR(b5)＝4‖h‖2dzI (14) 對于比特b4而言，其比特信息對稱地分布在縱坐標(biāo)軸的兩側(cè)，也就是說縱坐標(biāo)軸一邊的星座符號完全能夠描述該比特的全部信息，因此取縱坐標(biāo)軸右邊的星座符號作為該比特軟信息的分析星座符號集合。因此在接收信號表示為‖zI‖的情況下，如果坐標(biāo)軸位移單元4450把4d點(diǎn)作為新的縱坐標(biāo)軸，則接收信號相對新的坐標(biāo)原點(diǎn)的相對信息可以表示為‖zI‖-4d。此時(shí)，由于計(jì)算條件判斷單元4480判斷出尚未滿足可以按照前面的4-QAM調(diào)制方法進(jìn)行運(yùn)算的條件，因而針對坐標(biāo)軸移動之后的情況，再次由星座結(jié)構(gòu)劃分單元4440進(jìn)行處理。
在這種情況下，由于此時(shí)新的縱坐標(biāo)軸右邊和左邊的所有星座符號可以分別表示b4＝1和b4＝0，因此兩邊的星座點(diǎn)可以分別用一個(gè)虛星座點(diǎn)代替，如圖9(c)所示。在虛星座映射單元4460生成虛坐標(biāo)點(diǎn)之后，計(jì)算條件判斷單元4480判斷出已經(jīng)滿足了可以按照前面的4-QAM調(diào)制方法進(jìn)行運(yùn)算的條件，因而由比特信息計(jì)算單元4430按照前面的4-QAM調(diào)制方法得到對應(yīng)于比特b5的比特級軟輸出。結(jié)果如公式15所示， LLR(b4)＝2‖h‖2d(4d-‖zI‖)(15) 對于比特b3而言，其比特信息對稱地分布在縱坐標(biāo)軸的兩側(cè)，也就是說縱坐標(biāo)軸一邊的星座符號完全能夠描述該比特的全部信息，因此取縱坐標(biāo)軸右邊的星座符號作為該比特軟信息的分析星座符號集合。因此在接收信號表示為‖zI‖時(shí)，如果坐標(biāo)軸位移單元4450將4d點(diǎn)作為新的縱坐標(biāo)軸，則接收信號的相對新的坐標(biāo)原點(diǎn)信息可以表示為‖zI‖-4d，如圖9(d)所示。此時(shí)，由于計(jì)算條件判斷單元4480判斷出尚未滿足可以按照前面的4-QAM調(diào)制方法進(jìn)行運(yùn)算的條件，因而針對坐標(biāo)軸移動之后的情況，再次由星座結(jié)構(gòu)劃分單元4440進(jìn)行處理。
在這種情況下，該比特信息仍然關(guān)于縱坐標(biāo)軸6d點(diǎn)對稱，也就是說6d點(diǎn)右邊的所有星座符號完全可以描述該比特的信息。因此該比特接收信號可以進(jìn)一步改寫為‖‖zI‖-4d‖，如果把6d點(diǎn)作為新的垂直坐標(biāo)軸，則該比特的相對信息可以表示為‖‖zI‖-4d‖-2d。
在這種情況下，計(jì)算條件判斷單元4480判斷出已經(jīng)滿足了可以按照前面的4-QAM調(diào)制方法進(jìn)行運(yùn)算的條件，因而由比特信息計(jì)算單元4430按照前面的4-QAM調(diào)制方法得到對應(yīng)于比特b5的比特級軟輸出。比特b3的比特軟信息可以表示為 LLR(b3)＝‖h‖2d(2d-‖4d-‖zI‖‖) (16) 同樣，可以得到比特b2b1b0比特級軟解調(diào)輸出信息，其結(jié)果如公式17、18和19所示。
LLR(b2)＝4‖h‖2dzQ(17) LLR(b1)＝2‖h‖2d(4d-‖zQ‖) (18) LLR(b0)＝‖h‖2d(2d-‖4d-‖zQ‖‖) (19) 上面介紹了針對4QAM、16QAM、64QAM這三種情況下的SISO的比特LLR計(jì)算單元304的示例，應(yīng)該注意到對于圖4C所示的結(jié)構(gòu)而言，其完全可以適用于128QAM、256QAM等編碼方式。由于這對于閱讀上面的說明的本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，可以清楚地了解這一點(diǎn)，并可容易地予以實(shí)現(xiàn)，所以本文不再進(jìn)行詳述。
圖10給出了在加性高斯白噪聲信道下調(diào)制方式為16QAM、編碼速率為1/2Turbo條件下，不同比特級軟解調(diào)計(jì)算方法的性能比較結(jié)果。所采用的Turbo碼結(jié)構(gòu)為雙比特輸入系統(tǒng)Turbo碼，詳情參見IEEE802.16-2005標(biāo)準(zhǔn)。由仿真結(jié)果可以看到，該方法能夠在降低系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度的同時(shí)保持系統(tǒng)性能降低不明顯(圖中幾乎不能特別清楚地予以辨別)，與Raju方法幾乎具有相同的性能，即使同極大似然方法ML相比，性能下降也不超過0.1dB。
下面推導(dǎo)瑞利平衰落信道條件下，針對MIMO系統(tǒng)的M-QAM信號的比特LLR計(jì)算單元304的實(shí)現(xiàn)。首先考慮具有N個(gè)發(fā)送天線和M個(gè)接收天線的MIMO系統(tǒng)，一般而言，對于具有N個(gè)發(fā)送天線和M個(gè)接收天線的MIMO系統(tǒng)，滿足M≥N條件。
對于一個(gè)具有N個(gè)發(fā)送天線和M個(gè)接收天線的MIMO系統(tǒng)，定義X＝[x1，x2，…xN]T為同一時(shí)刻在N個(gè)發(fā)射天線上發(fā)射的星座符號向量。假定不同天線之間的衰落信道保持相關(guān)獨(dú)立，則M個(gè)接收天線上的接收信號r＝[r1，r2，…rM]T可以用矩陣表示為 r＝H·X+N (20) 其中

N＝[n1，n，…nM]T。復(fù)衰落系數(shù)hij(1≤i≤M，1≤j≤N)表示由第j個(gè)發(fā)送天線到第i個(gè)接收天線的信道沖激響應(yīng)，‖hij‖為瑞利分布并且滿足E{‖hij‖}＝1，并且ni(1≤i≤M)為零均值復(fù)高斯隨機(jī)變量，其方差為σ2。假定信道在接收端能夠理想估計(jì)，并且MIMO檢測采用MMSE算法，可以得到
其中

。因此，第j(1≤j≤N)個(gè)發(fā)送天線上MMSE檢測后的信號為
理論證明，線形MMSE輸出信號中的干擾加噪聲項(xiàng)可以認(rèn)為滿足高斯分布，因此用ζj來表示其中ζj為零均值方差為的高斯隨機(jī)變量。上式可以改寫為
同理如前所述，可以定義發(fā)射星座符號xj比特bi(1≤i≤m)(其中m為調(diào)制階數(shù))的比特軟信息可以表示為 假定所有的星座符號等概率出現(xiàn)，并且信道和發(fā)射星座符號保持相關(guān)獨(dú)立。利用貝葉斯原理可以得到
利用條件概率密度公式

其為高斯分布

其中

因此我們可以得到

如果對上式

利用4進(jìn)行歸一化處理，可以得到下式27

(27) 利用前面對SISO系統(tǒng)類似的分析，可以得到MIMO系統(tǒng)下比特級軟輸出信息。對于如圖5所示的4-QAM調(diào)制，可以得到比特級軟輸出信息 對于如圖6所示16-QAM調(diào)制，可以得到b3b2比特級軟輸出信息 同樣，可以得到b1b0比特級軟輸出信息 對于如圖8所示64-QAM調(diào)制，可以得到b5b4b3比特級軟輸出信息 同樣，b2b1b0比特級軟輸出信息可以表示為 同樣假定信道在接收端完全已知，接收端采用ZF譯碼，可以得到
其中

。因此，第j(1≤j≤N)個(gè)發(fā)送天線上檢測后的信號為
因此用ζj來表示

其中ζj為零均值方差為

的高斯隨機(jī)變量。上式可以改寫為
同理如前所述，我們可以將發(fā)射星座符號xj的比特bi(1≤i≤m)(其中m為調(diào)制階數(shù))的比特軟信息表示為 假定所有的星座符號等概率出現(xiàn)，并且信道和發(fā)射星座符號保持相關(guān)獨(dú)立。利用貝葉斯原理可以得到
利用條件概率密度公式

其為高斯分布

其中

因此我們可以得到


(45) 如果對上式

利用4/σ2進(jìn)行歸一化處理，我們可以得到

(46) 利用前面對SISO系統(tǒng)類似的分析，可以得到MIMO系統(tǒng)下比特級軟輸出信息。對于圖5所示的4-QAM調(diào)制，得到的比特級軟輸出信息可以表示為 對于圖6所示的16-QAM調(diào)制，得到的b3b2比特級軟輸出信息可以表示為 同樣，得到的b1b0比特級軟輸出信息可以表示為 對于如圖8所示的64-QAM調(diào)制，得到的比特級軟輸出信息可以表示為 同樣，得到的b2b1b0比特級軟輸出信息可以表示為 圖11給出了多輸入多輸出(MIMO)系統(tǒng)中，進(jìn)行最小均方誤差(MMSE)算法譯碼條件下，采用該發(fā)明方法得到的系統(tǒng)性能與其它軟解調(diào)計(jì)算方法在瑞利衰落信道下的性能比較結(jié)果；其中ML表示極大似然解調(diào)算法，Raju-Scheme表示Raju等人提出的算法，Proposed表示本發(fā)明提出的軟解調(diào)算法。由圖可見，在采用MIMO MMSE譯碼的條件下，本發(fā)明提出的方法在降低軟解調(diào)算法復(fù)雜度的同時(shí)，算法的性能卻降低較小，與ML算法相比信噪比損失不到0.5dB，與Raju等人的方法相比信噪比損失不到0.1dB，但其算法的復(fù)雜度卻有極大降低。
圖12給出了多輸入多輸出(MIMO)系統(tǒng)中，進(jìn)行迫零(ZF)算法譯碼條件下，采用該發(fā)明方法得到的系統(tǒng)性能與其它軟解調(diào)計(jì)算方法在瑞利衰落信道下的性能比較結(jié)果；其中ML表示極大似然解調(diào)算法，Raju-Scheme表示Raju等人提出的算法，Proposed表示我們提出的軟解調(diào)算法。由圖可見在采用MIMO ZF譯碼的條件下，我們提出的方法在降低軟解調(diào)算法復(fù)雜度的同時(shí)，算法的性能卻降低較小，與ML算法相比信噪比損失不到0.5dB，與Raju等人的方法相比信噪比損失不到0.1dB，但其算法的復(fù)雜度卻有極大降低。
另外，如圖13所示，本發(fā)明還公開了一種比特軟信息計(jì)算方法，該比特軟信息計(jì)算方法包括以下步驟星座圖分拆步驟1310，用于將輸入的二維星座圖分解為X軸一維星座信息和Y軸一維星座信息；坐標(biāo)軸星座映射步驟1320，依據(jù)所述星座圖分拆步驟獲得的一維星座信息，根據(jù)需要分析的比特信息，確定進(jìn)行X坐標(biāo)軸映射還是Y坐標(biāo)軸映射，并進(jìn)行映射；星座結(jié)構(gòu)劃分步驟1340，根據(jù)經(jīng)所述坐標(biāo)軸星座映射單元映射的一維星座信息，對星座結(jié)構(gòu)進(jìn)行劃分，獲得星座結(jié)構(gòu)信息；坐標(biāo)軸位移步驟1350，根據(jù)所述星座結(jié)構(gòu)信息，對坐標(biāo)軸進(jìn)行移動，使所分析的比特信息關(guān)于移動后的所述坐標(biāo)軸對稱；相對信息提取步驟1370，針對新的對稱坐標(biāo)軸重新計(jì)算接收信號在新坐標(biāo)下的相對信息量；虛星座映射步驟1360，根據(jù)所述星座結(jié)構(gòu)信息，生成虛星座；以及比特信息計(jì)算步驟1330，根據(jù)所述相對信息提取步驟或所述虛星座映射步驟的輸出，計(jì)算所分析的比特的比特軟信息。另外，還包括計(jì)算條件判斷步驟1380，判斷是否滿足計(jì)算初始條件。
上述步驟可以分別由上述星座圖分拆器4410、坐標(biāo)軸星座映射單元4420、星座結(jié)構(gòu)劃分單元4440、坐標(biāo)軸位移單元4450、相對信息提取單元4470，虛星座映射單元4460、比特信息計(jì)算單元4430、以及計(jì)算條件判斷單元4480完成，在此不予贅述。
本文分別推導(dǎo)了平衰落信道下針對單輸入單輸出(single input singleoutput(SISO))系統(tǒng)和多輸入多輸出(multiple input multiple output(MIMO))系統(tǒng)的比特級軟輸出解調(diào)閉式解。因此該比特級軟輸解調(diào)方法和裝置方法不僅可以應(yīng)用在針對單輸入單輸出(SISO)通信系統(tǒng)的迭代譯碼器前端而且可以較容易的應(yīng)用在針對多輸入多輸出(MIMO)通信系統(tǒng)的迭代譯碼器前端，降低通信系統(tǒng)比特級軟解調(diào)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度，同時(shí)保持系統(tǒng)性能沒有明顯降低。
應(yīng)該注意，雖然出于完整和清楚公開的目的結(jié)合具體實(shí)施方式
對本發(fā)明進(jìn)行了描述，但所附的權(quán)利要求并不因此而受到限制，而是應(yīng)被解釋為包括本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到并落入此處所述基本教導(dǎo)之內(nèi)的所有變型和另選結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1、一種星座圖簡化裝置，所述星座圖簡化裝置包括
星座圖分拆器，所述星座圖分拆器用于將輸入的二維星座圖分解為X軸一維星座信息和Y軸一維星座信息；
坐標(biāo)軸星座映射單元，所述坐標(biāo)軸星座映射單元依據(jù)所述星座圖分拆器輸出的一維星座信息，根據(jù)需要分析的比特，確定進(jìn)行X坐標(biāo)軸映射還是Y坐標(biāo)軸映射，并進(jìn)行映射；
星座結(jié)構(gòu)劃分單元，所述星座結(jié)構(gòu)劃分單元根據(jù)經(jīng)所述坐標(biāo)軸星座映射單元映射的一維星座信息，對星座結(jié)構(gòu)進(jìn)行劃分，獲得星座結(jié)構(gòu)信息；
坐標(biāo)軸位移單元，根據(jù)所述星座結(jié)構(gòu)信息，對與所述一維星座信息所映射到的坐標(biāo)軸相垂直的坐標(biāo)軸進(jìn)行移動，使所分析的比特的星座符號關(guān)于移動后的所述坐標(biāo)軸對稱，與所述一維星座信息所映射到的坐標(biāo)軸相垂直的坐標(biāo)軸稱為垂直坐標(biāo)軸；
相對信息提取單元，計(jì)算該所分析的比特相對移動后的所述垂直坐標(biāo)軸的新坐標(biāo)；以及
虛星座映射單元，根據(jù)所述星座結(jié)構(gòu)信息，生成虛星座，并計(jì)算所述虛星座的坐標(biāo)。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的星座圖簡化裝置，其特征在于，該星座圖簡化裝置還具有計(jì)算條件判斷單元，所述計(jì)算條件判斷單元對經(jīng)所述坐標(biāo)軸位移單元或所述虛星座映射單元處理后的星座分布是否滿足預(yù)定計(jì)算初始條件進(jìn)行判斷，當(dāng)判斷出滿足所述預(yù)定計(jì)算初始條件時(shí)，輸出所述相對信息提取單元或所述虛星座映射單元所得的坐標(biāo)，用于比特軟信息計(jì)算，當(dāng)判斷出未滿足所述預(yù)定計(jì)算初始條件時(shí)，所述星座結(jié)構(gòu)劃分單元對經(jīng)所述相對信息提取單元或所述虛星座映射單元處理的該所分析的比特重新進(jìn)行星座結(jié)構(gòu)劃分，以獲得新的星座結(jié)構(gòu)信息供所述坐標(biāo)軸位移單元和所述虛星座映射單元使用。
3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的星座圖簡化裝置，其特征在于，所述預(yù)定計(jì)算初始條件為所分析的比特的星座符號關(guān)于所述垂直坐標(biāo)軸非均衡對稱，并且所述垂直坐標(biāo)軸的兩邊各只有一個(gè)該所分析的比特的星座符號。
4、根據(jù)權(quán)利要求3所述的星座圖簡化裝置，其特征在于，當(dāng)所分析的比特的星座符號中，在所述垂直坐標(biāo)軸的一側(cè)的星座符號具有相同的特性時(shí)，在所述坐標(biāo)軸的另一側(cè)的星座符號也具有相同的特性時(shí)，所述虛星座映射單元分別針對同一側(cè)的星座符號生成虛星座。
5、根據(jù)權(quán)利要求3所述的星座圖簡化裝置，其特征在于，當(dāng)所述垂直坐標(biāo)軸的兩側(cè)的所分析的比特的星座符號的數(shù)量大于1，并且所分析的比特的星座符號相對于所述垂直坐標(biāo)軸均衡對稱時(shí)，針對所述坐標(biāo)軸一側(cè)的星座符號，所述坐標(biāo)軸位移單元進(jìn)行所述垂直坐標(biāo)軸的移位，使所述一側(cè)的星座符號相對于移動后的所述垂直坐標(biāo)軸對稱。
6、一種接收機(jī)，所述接收機(jī)包括比特軟信息計(jì)算裝置，所述比特軟信息計(jì)算裝置根據(jù)權(quán)利要求1—5任一項(xiàng)所述的星座圖簡化裝置輸出的坐標(biāo)，計(jì)算該所分析的比特的比特軟信息。
7、根據(jù)權(quán)利要求6所述的接收機(jī)，其特征在于，所述接收機(jī)還包括
權(quán)值計(jì)算單元，所述權(quán)值計(jì)算單元根據(jù)信道估計(jì)信息計(jì)算解調(diào)權(quán)值；
譯碼器，根據(jù)所述權(quán)值計(jì)算單元計(jì)算出的權(quán)值，對輸入的信號進(jìn)行譯碼，輸出譯碼后的軟星座符號；
信道可靠度計(jì)算單元，根據(jù)所述信道估計(jì)信息和所述權(quán)值計(jì)算單元計(jì)算出的權(quán)值，計(jì)算信道可靠度；
所述比特軟信息計(jì)算裝置對所述軟星座符號進(jìn)行比特軟信息計(jì)算；
比特LLR調(diào)整器，所述比特LLR調(diào)整器根據(jù)信道可靠度計(jì)算單元計(jì)算出的信道可靠度對所述比特軟信息計(jì)算裝置輸出的比特軟信息進(jìn)行比特信息調(diào)整處理。
8、根據(jù)權(quán)利要求7所述的接收機(jī)，其特征在于，信道可靠度計(jì)算單元計(jì)算出的信道可靠度是SINR，所述比特LLR調(diào)整器通過將所述SINR與所述比特軟信息計(jì)算裝置輸出的比特軟信息進(jìn)行相乘，而進(jìn)行比特信息調(diào)整處理。
9、根據(jù)權(quán)利要求6所述的接收機(jī)，其特征在于，所述比特軟信息計(jì)算裝置包括根據(jù)權(quán)利要求1—5任一項(xiàng)所述的星座圖簡化裝置，或包括存儲單元，所述存儲單元相對應(yīng)地存儲有待分析的比特和根據(jù)權(quán)利要求1—5任一項(xiàng)所述的星座圖簡化裝置所得出的、該比特的用于比特軟信息計(jì)算的坐標(biāo)。
10、一種星座圖簡化方法，所述星座圖簡化方法包括
星座圖分拆步驟，用于將輸入的二維星座圖分解為X軸一維星座信息和Y軸一維星座信息；
坐標(biāo)軸星座映射步驟，所述坐標(biāo)軸星座映射步驟依據(jù)所述星座圖分拆步驟獲得的一維星座信息，根據(jù)需要分析的比特，確定進(jìn)行X坐標(biāo)軸映射還是Y坐標(biāo)軸映射，并進(jìn)行映射；
星座結(jié)構(gòu)劃分步驟，所述星座結(jié)構(gòu)劃分步驟根據(jù)經(jīng)所述坐標(biāo)軸星座映射步驟映射的一維星座信息，對星座結(jié)構(gòu)進(jìn)行劃分，獲得星座結(jié)構(gòu)信息；
坐標(biāo)軸位移步驟，根據(jù)所述星座結(jié)構(gòu)信息，對與所述一維星座信息所映射到的坐標(biāo)軸相垂直的坐標(biāo)軸進(jìn)行移動，使所分析的比特的星座符號關(guān)于移動后的所述坐標(biāo)軸對稱，與所述一維星座信息所映射到的坐標(biāo)軸相垂直的坐標(biāo)軸稱為垂直坐標(biāo)軸；
相對信息提取步驟，計(jì)算該所分析的比特相對移動后的所述垂直坐標(biāo)軸的新坐標(biāo)；以及
虛星座映射步驟，根據(jù)所述星座結(jié)構(gòu)信息，生成虛星座，并計(jì)算所述虛星座的坐標(biāo)。
全文摘要
本發(fā)明公開了星座圖簡化裝置和方法、接收機(jī)。該裝置包括星座圖分拆器，用于將二維星座圖分解為X軸和Y軸一維星座信息；坐標(biāo)軸星座映射單元，依據(jù)所述一維星座信息，根據(jù)需要分析的比特，確定進(jìn)行X坐標(biāo)軸映射還是Y坐標(biāo)軸映射，并進(jìn)行映射；星座結(jié)構(gòu)劃分單元，根據(jù)經(jīng)映射的一維星座信息，對星座結(jié)構(gòu)進(jìn)行劃分，獲得星座結(jié)構(gòu)信息；坐標(biāo)軸位移單元，根據(jù)所述星座結(jié)構(gòu)信息，對垂直坐標(biāo)軸進(jìn)行移動，使所分析的比特的星座符號關(guān)于移動后的垂直坐標(biāo)軸對稱；相對信息提取單元，計(jì)算該所分析的比特相對移動后的垂直坐標(biāo)軸的新坐標(biāo)；以及虛星座映射單元，根據(jù)所述星座結(jié)構(gòu)信息，生成虛星座，并計(jì)算所述虛星座的坐標(biāo)。
文檔編號H04L27/38GK101453444SQ20071019634
公開日2009年6月10日 申請日期2007年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月30日
發(fā)明者凱 徐, 林宏行, 軍 田 申請人:富士通株式會社