專利名稱：多載波系統(tǒng)的軟判決方法
技術領域：
本發(fā)明涉及多載波系統(tǒng)的軟判決方法，特別適合用于任何格雷碼星座映射進行軟判決的方法。
背景技術：
隨著現(xiàn)代通信技術的發(fā)展，各種通信業(yè)務對數據傳輸速率的要求越來越高，有限的頻譜資源顯得愈加珍貴。采用高階多元調制技術可以有效提高系統(tǒng)的通信效率，但是在發(fā)射功率一定時，采用高階多元調制技術會使得系統(tǒng)功率效率降低?，F(xiàn)代通信系統(tǒng)中大多使用較好的信道編碼方案(如Turbo碼，LDPC碼等)來解決高階調制技術功率效率低的缺點。傳統(tǒng)的多載波接收機中包括了同步器、信道估計器、FFT(快速傅立葉變換)、噪聲方差估計器和信道譯碼器，信道譯碼器采用軟輸入信息進行迭代譯碼，即解調器不進行判決，而是直接輸出模擬量或是將解調器輸出波形進行多電平量化，而不是進行簡單的0、1兩電平量化。這樣可以獲得高于硬判決技術2 3dB的性能增益。所以在對星座映射解調時，均采用軟判決技術代替硬判決技術來計算信號比特的軟判決信息，以保證信道譯碼器的性能。為了滿足各種業(yè)務需求，目前的通信系統(tǒng)中大多采用格雷碼方式的星座映射，并且要求支持多種星座調制模式(如32QAM、64QAM等模式)，其中包括方形星座和非方形星座。傳統(tǒng)的軟判決信息生成的方法多是基于最小歐式距離算法的改進方法。方形星座如圖1所示，其I、Q兩路信號相互獨立，每個比特的置信度信息只與信號的實部或虛部有關。非方形星座如圖2所示，其比特置信度不僅可能與信號的實部有關，還可能與虛部有關。在非方形星座下，其I、Q兩路信號不是相互獨立的，信號的實部和虛部都可能對某比特的置信度產生影響。方形星座可以看作非方形星座的一種特例。圖中的I、Q 信號為根據三角函數關系式，載波信號可以展開為兩部分coSW。t部分和Sinw。t部分，其中含C0SW。t部分的項稱為同向分量(I-phase，I分量)，含Sinw。t部分的項稱為正交分量 (Quadature, Q分量)。^ (i = 0、1、2…5)表示一個調制符號(如64QAM、32QAM等)的比特。坐標值中的a為調制參數，在某一種調制模式下為常量。圖中的各數值(如100000、 100001等)為每個對應的比特在該位置的取值。
TZ R R-H*傳統(tǒng)的信號均衡的頻域表達式為f = ^T = K，其中R為接收到的信號，H為信道
在子載波上的復數增益，Y表示均衡后符號，*表示對復數取共軛，I I2為復數模方。這種傳統(tǒng)的方式對信號均衡時引入了除法運算，增加了硬件資源的消耗，并且由于需要在資源開銷和數據精度之間做折中，結果常使得系統(tǒng)的性能有所降低。并且基于最小歐式距離算法的解調器太過復雜，為了支持多種星座模式的解調，硬件開銷也很大。而目前基于最小歐式距離算法改進的簡化算法多是針對特定的星座圖特點設計的，還不能很好的支持多種星座圖的解調
發(fā)明內容
針對上述的問題，本發(fā)明提供了一種多載波系統(tǒng)的軟判決方法，能夠支持各種調制模式的星座解調，并且硬件開銷小，可以適用于對任何格雷碼星座映射進行軟判決。本發(fā)明多載波系統(tǒng)的軟判決方法，包括步驟通過同步器對輸入的信號進行同步，再將信號經信道估計器進行信道估計和噪聲方差估計器進行噪聲方差估計；將經過所述信道估計的信號進行快速傅里葉計算后輸出到相位均衡器；在相位均衡器對數據的相位進行糾正；將相位糾正后的數據、信道響應的模和估計的噪聲方差數據傳入軟判決模塊，計算軟判決的公共參數；根據星座圖結構和計算得到的公共參數，獲得每個比特的對數似然比信息；將所述的對數似然比信息通傳入信道譯碼器，進行譯碼。其中信號同步、信道估計、快速傅立葉計算、噪聲方差估計和信道譯碼均與現(xiàn)有方式相同。在本發(fā)明的方法中將信號相位的糾正和幅度的補償分開進行處理，相位糾正步驟
TZ R R-H*
只對數據相位進行糾正，將傳統(tǒng)的信號均衡的頻域表達式F = $ = K，表示為Y = R 'H*,
目的在于簡化系統(tǒng)的設計。幅度的補償在計算公共參數中進行處理。軟判決模塊采用計算公共參數和對數似然比的兩極結構實現(xiàn)，這樣即可以計算出所有具有格雷碼星座映射的調制模式的對數似然比信息，同時也避免了信道均衡時的硬件的除法結構，使得軟判決方法和系統(tǒng)都得到了簡化。具體的，在星座調制的比特分布圖中，通過部分硬判決將星座進行區(qū)域劃分，將信號實部與虛部對于比特置信度度量的影響區(qū)分開，使每個比特的置信度的度量信息只與所在區(qū)域內的實部或虛部相關。進一步的，所述的計算軟判決的公共參數包括設置信號的置信度為與該比特相關的接收信號的實部或虛部到硬判決線的有符號的歐式距離。所述的硬判決即為當比特值為時，判決為1，否則判決為0。所述的硬判決線為，如圖7和圖8所示星座調制的比特分布示意圖，圖中的實現(xiàn)框和虛線框分別劃除了每個比特“0”和“1”的取值區(qū)域，在相鄰的“0”和“1”的區(qū)域間有虛直線分隔，這個虛直線就是所述的硬判決線。在非方形星座映射下，對載波的星座圖進行區(qū)域劃分，使同向分量(I分量)和正交分量⑴分量)兩路信號對信號比特分別產生獨立的影響，以便對不同的區(qū)域分別計算比特對數似然比。如在32QAM的星座調制模式中，當Re < 6a時，信號的置信度僅與信號的虛部有關時，根據接收信號的虛部到硬判決線的距離計算信號中比特置信度；當Re > 6a時，如果信號的實部>虛部時，選擇信號的虛部到I軸的距離計算信號的置信度，信號的實部《虛部時選擇信號的實部到Q軸的距離計算信號的置信度。當Re = 6a時為邊界情況，可以根據實際環(huán)境將其與Re < 6a或Re > 6a做相同處理。其中Re為接收到的信號數據的實部。為了簡化運算和系統(tǒng)的負載，一種優(yōu)選的方式為在計算公共參數和獲得每個比特的對數似然比信息時，將運算方式相同的部分進行合并，以提高系統(tǒng)運行的效率。測試得知，本發(fā)明多載波系統(tǒng)的軟判決方法能夠很好的支持各種調制模式的星座解調，明顯的減小了硬件開銷，可以適用于對任何格雷碼星座映射進行軟判決，極大的提高了軟判決的速度和對各種模式的星座映射的通用性。以下結合由附圖所示實施例的具體實施方式
，對本發(fā)明的上述內容再作進一步的詳細說明。但不應將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實例。在不脫離本發(fā)明上述技術思想情況下，根據本領域普通技術知識和慣用手段做出的各種替換或變更，均應包括在本發(fā)明的范圍內。


圖1是方形星座映射示意圖。圖2是非方形星座映射示意圖。圖3是本發(fā)明多載波系統(tǒng)的軟判決方法的流程圖。圖4是圖3的軟判決步驟中公共參數計算的框圖。圖5是32QAM調制模式下本發(fā)明方法和標準對數似然比算法的性能對比示意圖。圖6是64QAM調制模式下本發(fā)明方法和標準對數似然比算法的性能對比示意圖。圖7是圖1的星座調制的比特分布圖。圖8是圖2的星座調制的比特分布圖。
具體實施例方式如圖3所示多載波系統(tǒng)的軟判決方法，包括步驟通過同步器對輸入的信號進行同步，再將信號經信道估計器進行信道估計和噪聲方差估計器進行噪聲方差估計；其中1/ σ 2為方差倒數。將經過所述信道估計的信號進行快速傅里葉計算(FFT)后輸出到相位均衡器；由于信號在無線信道中傳輸時，將不可避免的產生相位旋轉和幅度畸變。為了在接收端盡可能的恢復發(fā)送數據，解調時必須考慮消除信道引入的對信號相位和幅度的影響。因此將經過快速傅立葉計算后的信號在相位均衡器對數據的相位進行糾正；其中H為信道在子載波S處的復數增益，Υ表示均衡后符號，*表示對復數取共軛，112為復數模方。 在該步驟中，只對接收信號進行相位糾正，不作幅度補償，因此信號相位糾正的頻域表示式為γ = κ· Τ。幅度補償在計算公共參數中進行處理。通過這種對信號相位的糾正和幅度的補償分別處理的方式，即避免了信道均衡部分的除法結構，又帶來了軟判決算法上的簡化。將相位糾正后的數據、信道響應的模和估計的噪聲方差數據傳入軟判決模塊，計算軟判決的公共參數。在星座調制的比特分布圖中，通過部分硬判決將星座進行區(qū)域劃分， 將信號實部與虛部對于比特置信度度量的影響區(qū)分開，使每個比特的置信度的度量信息只與所在區(qū)域內的實部或虛部相關。具體為設置信號的置信度為與該比特相關的接收信號的實部或虛部到硬判決線的有符號的歐式距離d(r)。如圖7中，如果接收信號在比特bi = 1的區(qū)域內，則該距離d(r)為正； 否則，該距離d(r)為負。距離d(r)的正/負號決定了對應比特硬判決的結果，其絕對值代表該比特的置信度程度。在如圖2所示的非方形星座映射下，引入部分硬判決，對載波的星座圖進行區(qū)域劃分，將接收到的信號數據實部Re分為Re < 6a和Re > 6a兩個部分，使同向分量(I分量)和正交分量⑴分量)兩路信號對信號比特分別產生獨立的影響，以便于對不同的區(qū)域計算比特對數似然比。對信號比特進行硬判決，當Re < 6a時，信號的置信度僅與信號的虛部有關時，根據接收信號的虛部到硬判決線的距離計算信號中比特置信度；當Re > 6a時， 如果信號的實部>虛部時，選擇信號的虛部到I軸的距離計算信號的置信度，信號的實部 《虛部時選擇信號的實部到Q軸的距離計算信號的置信度。當Re = 6a時為邊界情況，可以根據實際環(huán)境將其與Re < 6a或Re > 6a做相同處理。在圖2所示的非方形星座映射中， 32QAM調制模式下的比特置信度的計算公式為
權利要求
1.多載波系統(tǒng)的軟判決方法，其特征為包括步驟通過同步器對輸入的信號進行同步，再將信號經信道估計器進行信道估計和噪聲方差估計器進行噪聲方差估計；將經過所述信道估計的信號進行快速傅里葉計算后輸出到相位均衡器；在相位均衡器對數據的相位進行糾正；將相位糾正后的數據、信道響應的模和估計的噪聲方差數據傳入軟判決模塊，計算軟判決的公共參數；根據星座圖結構和計算得到的公共參數，獲得每個比特的對數似然比信息；將所述的對數似然比信息傳入信道譯碼器，進行譯碼。
2.如權利要求1所述的多載波系統(tǒng)的軟判決方法，其特征為在星座調制的比特分布圖中，通過部分硬判決將星座進行區(qū)域劃分，將信號實部與虛部對于比特置信度度量的影響區(qū)分開，使每個比特的置信度的度量信息只與所在區(qū)域內的實部或虛部相關。
3.如權利要求2所述的多載波系統(tǒng)的軟判決方法，其特征為所述的計算軟判決的公共參數包括設置信號的置信度為與該比特相關的接收信號的實部或虛部到硬判決線的有符號的歐式距離；在非方形星座映射下，對載波的星座圖進行區(qū)域劃分，使同向分量和正交分量兩路信號對信號分別產生獨立的影響，以便對不同的區(qū)域分別計算比特對數似然比。
4.如權利要求1至3之一所述的多載波系統(tǒng)的軟判決方法，其特征為在計算公共參數和獲得每個比特的對數似然比信息時，將運算方式相同的部分進行合并。
全文摘要
本發(fā)明涉及多載波系統(tǒng)的軟判決方法。包括步驟對輸入的信號進行同步，再將信號進行信道估計和噪聲方差估計器進行噪聲方差估計；將經過所述信道估計的信號進行快速傅里葉計算后輸出到相位均衡器；在相位均衡器對數據的相位進行糾正；將相位糾正后的數據、信道響應的模和估計的噪聲方差數據傳入軟判決模塊，計算軟判決的公共參數；根據星座圖結構和計算得到的公共參數，獲得每個比特的對數似然比信息；將所述的對數似然比信息進行譯碼。本發(fā)明多載波系統(tǒng)的軟判決方法能夠很好的支持各種調制模式的星座解調，明顯的減小了硬件開銷，可以適用于對任何格雷碼星座映射進行軟判決，極大的提高了軟判決的速度和對各種模式的星座映射的通用性。
文檔編號H04L27/26GK102307175SQ20111030133
公開日2012年1月4日 申請日期2011年10月8日 優(yōu)先權日2011年10月8日
發(fā)明者劉光輝, 文武, 李傳磊 申請人:四川虹微技術有限公司, 電子科技大學