交叉引用
本申請要求于2015年6月11日提交的美國專利申請序列號為14/737,336、發(fā)明名稱為“用于設計星座圖的系統(tǒng)和方法及其用途”的優(yōu)先權(quán),其全部內(nèi)容通過引用結(jié)合在本申請中。
本公開一般涉及數(shù)字通信,更具體地,涉及一種用于設計星座圖的系統(tǒng)和方法及其用途。
背景技術:
通常,星座圖包括以特定配置排布的多個星座點。星座圖表示數(shù)字數(shù)據(jù)到載波信號或載波的映射,反之亦然。例如,在正交幅度調(diào)制中,彼此相差90度的兩個波的幅值被調(diào)制以表示數(shù)字數(shù)據(jù)。
技術實現(xiàn)要素:
本公開的示例實施例提供一種用于設計星座圖的系統(tǒng)和方法及其用途。
根據(jù)本公開的示例實施例,提供了一種用于操作發(fā)送設備的方法。所述方法包括:所述發(fā)送設備根據(jù)分配給接收設備的星座圖將數(shù)據(jù)映射到傳輸符號,其中,所述星座圖是根據(jù)從發(fā)送信號得到的后驗誤差率設計的;以及所述發(fā)送設備發(fā)送所述傳輸符號。
根據(jù)本公開的另一示例實施例,提供了一種用于操作接收設備的方法。所述方法包括:所述接收設備從發(fā)送設備接收傳輸符號;所述接收設備根據(jù)星座圖解映射所述傳輸符號,以生成接收數(shù)據(jù),其中,所述星座圖是根據(jù)從發(fā)送信號得到的后驗誤差率設計的;以及所述接收設備處理所述接收數(shù)據(jù)。
根據(jù)本公開的另一示例實施例,提供了一種發(fā)送設備。所述發(fā)送設備包括:處理器;非瞬態(tài)計算機可讀存儲介質(zhì),所述非瞬態(tài)計算機可讀存儲介質(zhì)存儲有由所述處理器執(zhí)行的程序。所述程序包括指令,用于:根據(jù)分配給接收設備的星座圖將數(shù)據(jù)映射到傳輸符號,其中,所述星座圖是根據(jù)從發(fā)送信號得到的后驗誤差率設計的;以及發(fā)送所述傳輸符號。
根據(jù)本公開的另一示例實施例,提供了一種接收設備。所述接收設備包括:處理器;非瞬態(tài)計算機可讀存儲介質(zhì),所述非瞬態(tài)計算機可讀存儲介質(zhì)存儲有由所述處理器執(zhí)行的程序。所述程序包括指令,用于:從發(fā)送設備接收傳輸符號;根據(jù)星座圖解映射所述傳輸符號,以生成接收數(shù)據(jù),其中,所述星座圖是根據(jù)從發(fā)送信號得到的后驗誤差率設計的;以及處理所述接收數(shù)據(jù)。
實施例的一個優(yōu)點是本文所提出的技術可以在較低的信噪比(snr)環(huán)境中操作。
附圖說明
為了更完整地理解本公開及其優(yōu)點,現(xiàn)在參考下面結(jié)合附圖的描述,其中:
圖1示出了根據(jù)本文描述的示例實施例的示例通信系統(tǒng);
圖2a示出了根據(jù)本文描述的示例實施例進行傳輸時發(fā)生在發(fā)送設備中的示例操作的流程圖;
圖2b示出了根據(jù)本文描述的示例實施例接收傳輸時發(fā)生在接收設備中的示例操作的流程圖;
圖3示出了根據(jù)本文描述的示例實施例在設計設備中的示例操作的流程圖;
圖4示出了根據(jù)本文描述的示例實施例參與星座圖設計的接收設備中的操作的流程圖;
圖5a和5b示出了根據(jù)本文描述的示例實施例的2維星座圖的維度1和2的圖;
圖6a-6c示出了根據(jù)本文描述的示例實施例的3維星座圖的維度1、2和3的圖;
圖7示出了根據(jù)本文描述的示例實施例的示例第一通信設備;
圖8示出了根據(jù)本文描述的示例實施例的示例第二通信設備;以及
圖9是可以用于實現(xiàn)本公開的設備和方法的處理系統(tǒng)的框圖。
具體實施方式
下面將詳細討論當前示例實施例的操作及其結(jié)構(gòu)。然而,應當理解,本公開提供了可以體現(xiàn)在多種特定的環(huán)境中的許多可應用的發(fā)明構(gòu)思。所討論的具體實施例僅說明本公開的具體結(jié)構(gòu)和操作本公開的方法,并不限制本公開的范圍。
本公開的一個實施例涉及星座圖的設計及其用途。例如,設備根據(jù)從信號得到的后驗誤差率設計星座圖,并提示該星座圖用于在通信系統(tǒng)中傳輸信號。
本公開將針對在特定環(huán)境,即使用星座圖的通信系統(tǒng)中的示例實施例進行描述。本公開可以應用于使用星座圖的如符合第三代合作伙伴計劃(thirdgenerationpartnershipproject,3gpp)、ieee802.11等技術標準的符合標準的通信系統(tǒng),以及符合非標準的通信系統(tǒng)。
圖1示出了一個示例通信系統(tǒng)100。通信系統(tǒng)100包括服務于多個用戶設備(userequipment,ue)的演進節(jié)點b(evolvednodeb,enb)105。一般而言,經(jīng)過enb105向ue的傳輸或者來自ue的傳輸可使用由enb105分配的資源。然而,在可替代的通信模式中,兩個ue之間的通信可以在不使用enb105充當中間媒介的情況下進行。enb通常還可以稱為節(jié)點b、基站、接入點、控制器、基站終端站等,而ue通常也可以稱為手機、移動臺、站、終端、訂戶、用戶等。
可以理解的是,通信系統(tǒng)可采用能夠與多個ue進行通信的多個enb,但是為了簡單起見,僅示出一個enb和多個ue。
在使用星座圖的通信系統(tǒng)中,使用星座圖將數(shù)字數(shù)據(jù)映射到載波波形或載波信號上(反之亦然)。星座圖可以為一維星座圖或多維星座圖。通信系統(tǒng)100還包括設計設備130。設計設備130為通信系統(tǒng)100中的設備設計星座圖(例如,一維星座圖和多維星座圖)。設計設備130可以根據(jù)本文所描述的示例實施例設計星座圖。設計設備130可以向通信系統(tǒng)100中的設備提供星座圖。設計設備130可以將星座圖存儲在存儲器或數(shù)據(jù)庫中。
圖2a示出了在進行傳輸時發(fā)生在發(fā)送設備中的示例操作200的流程圖。操作200可以指示發(fā)生在如下行鏈路傳輸中的enb或上行鏈路傳輸中的ue的發(fā)送設備中的操作。
操作200可以開始于發(fā)送設備確定接收設備的星座圖(一維或多維)(框205)。在不失一般性的情況下,術語星座和星座圖可以互換使用。發(fā)送設備可以向接收設備分配星座圖,從存儲器(遠程或本地)檢索接收設備的星座圖分配,從服務器(遠程或本地)檢索接收設備的星座圖,發(fā)送設備可以生成接收設備的星座圖等。發(fā)送設備可以接收用于接收設備的數(shù)據(jù)(框210)。發(fā)送設備可以根據(jù)星座圖編碼和調(diào)制接收到的數(shù)據(jù)(框215)。編碼和調(diào)制接收到的數(shù)據(jù)生成一個或多個qam符號。發(fā)送設備可以發(fā)送一個或多個qam符號(框220)。
圖2b示出了在接收傳輸時發(fā)生在接收設備中的示例操作250的流程圖。操作250可以指示發(fā)生在如下行鏈路傳輸中的ue或上行鏈路傳輸中的enb的接收設備中的操作。
操作250可以開始于接收設備確定星座圖(一維或多維)(框255)。接收設備可以分配在消息中向接收設備發(fā)送的星座圖,從存儲器(遠程或本地)檢索星座圖分配,從服務器(遠程或本地)檢索星座圖分配,接收設備可以為自身分配星座圖等。接收設備可以接收qam符號(框260)。接收設備可根據(jù)星座圖解映射qam符號,以生成編碼數(shù)據(jù)(框265)。接收設備可以解碼編碼數(shù)據(jù),以生成數(shù)據(jù)(框270)。接收設備可以處理數(shù)據(jù)(框275)。
可以使用星座圖的點之間的歐幾里德距離作為設計標準來設計星座圖。使用歐幾里德距離對如誤碼率(biterrorrate,ber)的度量設置上界可在高信噪比(signaltonoiseratio,snr)環(huán)境中產(chǎn)生緊密邊界。然而,使用編碼傳輸?shù)耐ㄐ畔到y(tǒng)通常在低snr環(huán)境中操作。因此,可能需要不同的設計標準,以適應在低snr環(huán)境中的編碼傳輸?shù)囊蟆?/p>
根據(jù)示例實施例,使用如后驗誤碼率(biterrorrate,ber)、后驗誤包率(packeterrorrate,per)、后驗幀誤差率(frameerrorrate,fer)等的后驗誤差率的優(yōu)化作為星座圖設計的設計標準。
為了討論的目的,考慮到最小化后驗誤碼率的設計標準
其中,
設s=[s1,s2,...sm]t是調(diào)制符號的m維向量,其中,每個調(diào)制符號sm由二進制符號θ=[θ1,θ2,...θk]的相同k維向量決定,其中θk∈{-1;1}。換句話說,向量s是二進制向量的函數(shù),即,s(θ)在多維星座圖的整個集合中有2k個可能值。
設s(θ)是在高斯背景噪聲中觀察到的向量:
y=s(θ)+η,
其中,η是具有零均值和協(xié)方差矩陣
關于發(fā)送的組合θ的所有可用信息包含在以下后驗分布中:
pps(θ|y)=cλ(y|θ)ppr(θ),
其中,ppr(θ)是二進制變量向量的先驗分布,λ(y|θ)是似然函數(shù),c是不取決于θ的歸一化常數(shù)。
似然函數(shù)可以表示為:
其中,()h是共軛轉(zhuǎn)置操作。
對于向量θ的等概率組合,
可以示出二進制隨機值θk∈{-1;1}的邊緣分布是完全由λk參數(shù)定義的且可表示為
發(fā)送的二進制符號的硬估計(基于最大后驗概率)可表示為
設二進制符號
其中,
后驗比特誤碼率可定義為事件εk=-1的平均概率,即
其中,〈〉是對噪聲η和ξ的所有可能選擇的平均操作。所有比特的平均后驗誤差率可以表示為
可以通過消除噪聲分量簡化后驗誤差率,即η=0。然后,所有比特的平均后驗誤差率可以表示為
可以使用最大后驗(map)解調(diào)算法確定參數(shù)λk,作為示例
如s(θ)函數(shù)所描述的,
根據(jù)示例實施例,可以使用用于優(yōu)化的數(shù)值法來執(zhí)行
其中,γ是加權(quán)因子,
簡化步驟可以包括通過其增量比近似改變梯度,表示為
其中,s(k,m)是矩陣s的第(k,m)個元素,并且δs是自變量的增量(星座點的移位)。由于正在確定梯度近似,星座圖校正的方向可能是不正確。建議使用具有內(nèi)部校驗的修改過程。其他形式的修正和停止條件是可能的,修改的優(yōu)化過程可以描述為:
a、確定移位的星座點
b、歸一化具有移位點的星座圖
c、確定梯度
d、歸一化梯度
e、確定新的星座圖
f、歸一化星座圖
g、確定
h、如果
i、如果
根據(jù)另一示例實施例,可以使用用于優(yōu)化的數(shù)值法來執(zhí)行
1、形成具有零均值的獨立高斯隨機增量的矩陣,且形成單位方差δsj~n(o,i);
2、確定具有相反變化方向的移位星座點
3、歸一化具有移位點的星座圖
4、確定后驗概率的值
5、確定新的星座圖
6、歸一化星座圖
7、確定
8、如果
9、如果
10、當?shù)螖?shù)達到閾值時,迭代結(jié)束。
圖3示出了設計設備中示例操作300的流程圖。當設計設備設計具有后驗誤差率的星座圖作為設計標準時,操作300可以指示發(fā)生在設計設備中的操作。
操作300可以開始于設計設備接收通信系統(tǒng)的性能參數(shù)(框305)。設計設備可以使用性能參數(shù)設計星座圖。性能參數(shù)的示例可以包括比特的數(shù)量、星座圖的維度、關于通信信道的假設等。設計設備可以選擇星座圖(框310)。星座圖可以是一維或者多維的,其中,維度可能是由性能參數(shù)、通信設備的能力等確定。選擇的星座圖可包含隨機選擇的星座點。選擇的星座圖可從多個候選星座圖中選擇。選擇的星座圖可從先前設計中使用的星座圖中選擇。
設計設備可以向接收設備發(fā)送選擇的星座圖和使用選擇的星座圖映射的信號(框315)。設計設備可以向接收設備發(fā)送選擇的星座圖的指示符,以及使用選擇的星座圖映射的信號。設計設備可以從接收設備接收后驗誤差率(框320)。后驗誤差率可以是由接收設備使用選擇的星座圖和由設計設備發(fā)送的信號測量的ber、per、fer等。設計設備可以確定后驗誤差率是否已收斂(框325)。確定后驗誤差率是否已收斂可以通過將后驗誤差率與閾值進行比較來實現(xiàn)??商鎿Q地,可以將連續(xù)的(successive)后驗誤差率彼此進行比較,并且如果滿足閾值,則可以說后驗誤差率已經(jīng)收斂。如果后驗誤差率尚未收斂,則設計設備可以調(diào)整星座圖(框330)。作為說明性示例,設計設備可移動星座圖中的一個或多個星座點。設計設備可以返回框315,向接收設備發(fā)送調(diào)整后的星座圖和使用調(diào)整后的星座圖映射的信號。如果后驗誤差率已收斂,設計設備可以向設備提示星座圖(框335)。設計設備可以向設備發(fā)送星座圖。設計設備可以將星座圖保存到存儲器或數(shù)據(jù)庫??偟膩碚f,框310、315、320、325和330可以稱為設計星座圖???20、325和330可以統(tǒng)稱為根據(jù)設計標準調(diào)整星座圖。
雖然操作300的討論集中于設計設備結(jié)合接收設備一起操作設計星座圖,但是設計設備可以自行操作設計星座圖。不是向接收設備發(fā)送使用星座圖映射的信號,而是設計設備可以對信道模型對信號的影響進行建模,對信道噪聲和/或干擾進行建模,并且由自身得到后驗誤差率。在這種情況下,星座圖的設計不需要設計設備與接收設備進行交互。此外,通信系統(tǒng)資源不必專用于星座圖設計過程。當設計設備自身進行操作時,設計設備可以不需要執(zhí)行框315和320。相反,設計設備可以根據(jù)星座圖得到后驗誤差率。操作300的其他部分可以保持不變。
圖4示出了參與星座圖設計的接收設備中的操作400的流程圖。操作400可以指示接收設備與設計設備參與星座圖設計時發(fā)生在接收設備中的操作。
操作400可以開始于接收設備接收星座圖和使用星座圖映射的信號(框405)。接收設備可以接收星座圖的指示和包括使用星座圖映射的信號的傳輸。接收設備可以確定后驗誤差率(框410)。接收設備可以向設計設備反饋后驗誤差率(框415)。接收設備可以反饋后驗誤差率的指示。
圖5a和5b示出了具有每個維度包括32個星座圖點的2維星座圖的維度1和維度2的圖,其中,多維星座圖是使用本文提出的技術設計的。
圖6a-6c示出了具有每個維度包括128個星座圖點的3維星座圖的維度1、2和3的圖,其中,多維星座圖是使用本文提出的技術設計的。
圖7示出了示例第一通信設備700。通信設備700可以是設計設備的實現(xiàn)。通信設備700可以以集成電路或芯片組實現(xiàn)。通信設備700可以用于實現(xiàn)本文討論的各種實施例。如圖7所示,發(fā)送機705被配置為發(fā)送數(shù)據(jù)包、星座圖、星座圖指示符、使用星座圖映射的信號等。通信設備700還包括接收機710,接收機710被配置為接收數(shù)據(jù)包、后驗誤差率、后驗誤差率指示符等。
星座圖設計單元720被配置為設計星座圖,以滿足通信系統(tǒng)的性能參數(shù)。星座圖設計單元720被配置為基于如后驗誤差率(例如,ber、per、fer等)的設計標準設計星座圖。星座圖設計單元720被配置為調(diào)整星座圖點。后驗誤差處理單元722被配置為處理接收到的后驗誤差率或其指示符。優(yōu)化單元724被配置為使用如梯度法、隨機搜素技術、隨機近似等優(yōu)化技術,確定后驗誤差率的收斂。存儲器730被配置為存儲星座圖、性能參數(shù)、后驗誤差率、收斂閾值等。
通信設備700的元件可以以特定的硬件邏輯塊實現(xiàn)。在替代方案中,通信設備700的元件可以以在處理器、控制器、專用集成電路等中執(zhí)行的軟件實現(xiàn)。在又一替代方案中,通信設備700的元件可以以軟件和/或硬件的組合實現(xiàn)。
作為示例,接收機710和發(fā)送機705可以以特定的硬件塊實現(xiàn),而星座圖設計單元720、后驗誤差處理單元722和優(yōu)化單元724可以是在微處理器(例如,處理器715)或定制電路或現(xiàn)場可編程邏輯陣列的定制編譯邏輯陣列中執(zhí)行的軟件模塊。星座圖設計單元720、后驗誤差率處理單元722和優(yōu)化單元724可以是存儲在存儲器730中的模塊。
圖8示出了示例第二通信設備800。通信設備800可以是如發(fā)送設備和/或接收設備的通信設備的實現(xiàn)。通信設備800可以以集成電路或芯片組實現(xiàn)。通信設備800可以用于實現(xiàn)本文討論的各種實施例。如圖8所示,發(fā)送機805被配置為發(fā)送數(shù)據(jù)包、使用星座圖映射的信號等。通信設備800還包括接收機810被配置為接收數(shù)據(jù)包、使用星座圖映射的信號等。
星座圖處理單元820被配置為確定通信設備800的星座圖。星座圖處理單元820被配置為從由通信設備800接收到的指示符確定星座圖。星座圖處理單元820被配置為從存儲器或數(shù)據(jù)庫檢索星座圖。映射/解映射單元822被配置為使用星座圖映射用于傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。映射/解映射單元822被配置為使用星座圖解映射接收的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理單元824被配置為在映射之前處理數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理單元824被配置為在解映射之后處理數(shù)據(jù)。存儲器830被配置為存儲星座圖、數(shù)據(jù)、指示符等。
通信設備800的元件可以以特定的硬件邏輯塊實現(xiàn)。在替代方案中,通信設備800的元件可以以在處理器、控制器、專用集成電路等中執(zhí)行的軟件實現(xiàn)。在又一替代方案中,通信設備800的元件可以以軟件和/或硬件的組合實現(xiàn)。
作為示例,接收機810和發(fā)送機805可以以特定的硬件塊實現(xiàn),而星座圖處理單元820、映射/解映射單元822和數(shù)據(jù)處理單元824可以是在微處理器(例如,處理器815)或定制電路或現(xiàn)場可編程邏輯陣列的定制編譯邏輯陣列中執(zhí)行的軟件模塊。星座圖處理單元820、映射/解映射單元822和數(shù)據(jù)處理單元824可以是存儲在存儲器830中的模塊。
圖9是可用于實現(xiàn)本文所公開的設備和方法的處理系統(tǒng)900的框圖。特定設備可以利用所示的所有部件,或者僅利用部件的子集,并且集成水平可以隨設備的變化而變化。此外,設備可以包含部件的多個實例,如多個處理單元、處理器、存儲器、發(fā)送機、接收機等。處理系統(tǒng)或其部分可以在一個集成電路或多個集成電路上實現(xiàn)。換句話說,處理系統(tǒng)或其部分可以以芯片組實現(xiàn)。處理系統(tǒng)可以包括配備有一個或多個如人機接口915(包括揚聲器、麥克風、鼠標、觸摸屏、小型鍵盤、鍵盤、打印機等)、顯示器910等的輸入/輸出設備的處理單元905。處理單元可以包括連接到總線945的中央處理單元(cpu)920、存儲器925、大容量存儲設備930、視頻適配器935和i/o接口940。
總線可以是包括存儲器總線或存儲器控制器、外圍總線、視頻總線等的任何類型的幾種總線架構(gòu)中的一種或多種。cpu可以包括任何類型的電子數(shù)據(jù)處理器。存儲器可以包括如靜態(tài)隨機存取存儲器(staticrandomaccessmemory,sram)、動態(tài)隨機存取存儲器(dynamicrandomaccessmemory,dram)、同步dram(synchronousdram,sdram)、只讀存儲器(read-onlymemory,rom)及其組合等的任何類型的系統(tǒng)存儲器。在實施例中,存儲器可以包括在啟動時使用的rom,以及在執(zhí)行程序時編程的dram和使用的數(shù)據(jù)存儲器。
大容量存儲設備可以包括被配置為存儲數(shù)據(jù)、程序和其他信息,且使得該數(shù)據(jù)、程序和其他信息可經(jīng)由總線訪問的任何類型的存儲設備。大容量存儲設備可以包括例如固態(tài)驅(qū)動器、硬盤驅(qū)動器、磁盤驅(qū)動器、光盤驅(qū)動器等中的一個或多個。
視頻適配器和i/o接口提供接口,以將外部輸入和輸出設備耦合到處理單元。如圖所示,輸入和輸出設備的示例包括耦合到視頻適配器的顯示器和耦合到i/o接口的鼠標/鍵盤/打印機。其他設備可以耦合到處理單元,且可以使用附加的或更少的接口卡。例如,諸如通用串行總線(universalserialbus,usb)(未示出)的串行接口可以用于為打印機提供接口。
處理單元還包括一個或多個網(wǎng)絡接口950,該一個或多個網(wǎng)絡接口950可以包括如以太網(wǎng)電纜等的有線鏈路、和/或到接入節(jié)點或不同網(wǎng)絡955的無線鏈路。網(wǎng)絡接口允許處理單元經(jīng)由網(wǎng)絡與遠程單元通信。例如,網(wǎng)絡接口可以經(jīng)由一個或多個發(fā)送機/發(fā)送天線和一個或多個接收機/接收天線提供無線通信。在一個實施例中,處理單元耦合到用于數(shù)據(jù)處理的局域網(wǎng)或廣域網(wǎng),并與如其他處理單元、因特網(wǎng)、遠程存儲設施等的遠程設備進行通信。
雖然已詳細描述了本公開及其優(yōu)點,但是應當理解的是,在不脫離由所附權(quán)利要求限定的本公開的精神和范圍的情況下,可以進行各種改變,替換和變更。