專利名稱：迭代解映射的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一個(gè)接收器，例如一個(gè)數(shù)字無(wú)線通信系統(tǒng)基站的信號(hào)的迭代解碼。
迭代解碼算法已經(jīng)成為數(shù)字通信研究的一個(gè)重要領(lǐng)域。首先公開(kāi)并且目前仍然非常流行的迭代解碼編碼模式是兩組被稱作“Turbo碼”的遞歸系統(tǒng)卷積碼并聯(lián)。下面的“Turbo原理”非常普遍地被應(yīng)用于其他現(xiàn)代數(shù)字通信所使用的算法，并且在幾年前就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了“Turbo原理”的其他應(yīng)用。
信道編碼被用于增強(qiáng)所發(fā)送的數(shù)字信息信號(hào)的抗噪聲能力。為了這個(gè)目的，信息位序列在發(fā)送器中被一個(gè)信道編碼器編碼，并且在接收器中被一個(gè)信道解碼器解碼。在編碼器中信息位序列中增加了冗余信息以便在解碼器中糾錯(cuò)。例如，在一個(gè)系統(tǒng)信道編碼模式中，把冗余信息作為附加的插入“編碼”位被加入信息位序列。在一個(gè)非系統(tǒng)信道編碼模式中，輸出位全部是已編碼位，并且不存在任何“空白”信息位。編碼器輸入位(信息位)的數(shù)量小于輸出位(信息位加上已插入的編碼位，或全部編碼位)的數(shù)量。輸入位和輸出位的比率稱為“編碼率R”(通常R=1∶2)。
目前使用“Turbo原理”方面的進(jìn)展已經(jīng)表明，在涉及多個(gè)與接收器進(jìn)行無(wú)線通信的用戶的數(shù)字通信系統(tǒng)中，通過(guò)把迭代解碼步驟應(yīng)用于所接收的數(shù)據(jù)可以提高解碼信號(hào)的質(zhì)量。具體地，在Baunch,Khorram和Hagenauer所著的“移動(dòng)通信系統(tǒng)中的迭代均衡和解碼”，第307到312頁(yè)，1997年10月，德國(guó)波恩EPMCC’97中，討論了應(yīng)用Turbo原理對(duì)移動(dòng)無(wú)線信道上發(fā)送的編碼數(shù)據(jù)的進(jìn)行迭代解碼。
為了適于迭代解碼，一個(gè)發(fā)送信號(hào)必須由至少兩個(gè)級(jí)接編碼(concatenated code)進(jìn)行編碼，級(jí)接可以是串連，也可以是并連。


圖1說(shuō)明了一個(gè)串行級(jí)連編碼模式逐塊進(jìn)行傳輸。來(lái)自數(shù)字源的二進(jìn)制信號(hào)首先被一個(gè)外部編碼器進(jìn)行編碼，然后發(fā)送給交織器，其中交織器改變輸入位符號(hào)的順序使得信號(hào)在以后的處理階段更為隨機(jī)。通過(guò)交織器之后，信號(hào)被一個(gè)“內(nèi)部編碼器”進(jìn)行第二次編碼。同樣地，接收器中的信號(hào)首先在第一個(gè)解碼步驟被內(nèi)部解碼器解碼，去交織，并且在第二個(gè)解碼步驟中被外部解碼器解碼。軟判定值作為附加的“先驗(yàn)(a priori)”反饋被從外部解碼器輸入到內(nèi)部解碼器。軟判定值提供關(guān)于硬判定值可靠性的信息。在第一次迭代中重復(fù)解碼步驟，并且把軟判定值作為第一和第二解碼器的輸入值。
根據(jù)一個(gè)任意的結(jié)束原則停止一個(gè)特定發(fā)送序列的迭代解碼，例如可在迭代固定次數(shù)之后，或達(dá)到一個(gè)指定的誤比特率之后停止。應(yīng)當(dāng)注意，每當(dāng)?shù)谝淮螌?duì)發(fā)送的位序列(“第0次迭代”)進(jìn)行解碼時(shí)，輸入到內(nèi)部解碼器的“先驗(yàn)”軟值被設(shè)為0。
內(nèi)部和外部二進(jìn)制編碼可以是任意類型系統(tǒng)的，或非系統(tǒng)的，塊或卷積碼。盡管為了清楚起見(jiàn)未在圖1中說(shuō)明，但可以在發(fā)送器中(在內(nèi)部編碼器之后)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的映射(例如對(duì)映(antipodal)或二進(jìn)制相移鍵控)，在接收器中(在內(nèi)部編碼器之后)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的解映射。類似地，圖1圖解說(shuō)明了一個(gè)單用戶模式，盡管適當(dāng)應(yīng)用多路復(fù)用的提供一個(gè)適合的多用戶系統(tǒng)。
接收器上的兩個(gè)解碼器是軟入/軟出解碼器(SISO解碼器)。軟值表示各個(gè)位符號(hào)(不管發(fā)送0或1)的位判定的可靠性。軟入解碼器接受輸入位符號(hào)的軟可靠值。軟出解碼器提供輸出位符號(hào)的軟可靠輸出值。由于在解碼處理過(guò)程中根據(jù)在發(fā)送器的各個(gè)編碼步驟中加入的冗余信息改進(jìn)了軟出可靠值，所以軟出可靠值通常比軟入可靠值精確。通過(guò)提供針對(duì)各個(gè)信道編碼的經(jīng)驗(yàn)概率計(jì)算器(APP)的SISO-解碼器可以獲得最優(yōu)性能。有一些快速但次最優(yōu)的算法，例如SOVA(軟輸出維特比算法)。
在一個(gè)移動(dòng)通信系統(tǒng)的具體應(yīng)用中，信道編碼器和符號(hào)間干擾(ISI)信道可以被看作是一個(gè)串連編碼模式，其中信道編碼器作為外部編碼器而ISI信道作為一個(gè)內(nèi)部的，速率為1的，時(shí)變卷積編碼器。由此，迭代編碼尤其適用于歐洲無(wú)線數(shù)字蜂窩標(biāo)準(zhǔn)“GSM”，其中均衡器執(zhí)行內(nèi)部解碼步驟而解碼器提供輸出端解碼步驟。在出現(xiàn)不良通信信道狀態(tài)(低SNR，衰減，多路徑傳播，等等)的情況下，通過(guò)各個(gè)迭代解碼步驟可以改進(jìn)誤比特率(BER)，直至達(dá)到一個(gè)BER底限。一個(gè)基站所接收的信號(hào)被加以均衡以便提供接收編碼位的軟判定值。
重復(fù)幾次解碼步驟可以改進(jìn)接收信號(hào)的BER。然而，各級(jí)迭代解碼步驟均要消耗諸如存儲(chǔ)器，計(jì)算時(shí)間和專用ASIC(志用集成電路)的資源。在一個(gè)實(shí)際的基站中，可以并行解碼的信號(hào)數(shù)量受到可用信號(hào)處理單元(SPU)數(shù)量的限制；為各個(gè)SPU提供諸如數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)的迭代解碼硬件，和軟件增加了基站的費(fèi)用和復(fù)雜度。
在多電平調(diào)制中，在發(fā)送器中把N個(gè)位(位符號(hào))組合在一起形成一個(gè)“映射符”(也簡(jiǎn)稱“符號(hào)”)。該符號(hào)可以映射到一個(gè)實(shí)信號(hào)空間或一個(gè)復(fù)信號(hào)空間(即一個(gè)實(shí)軸，或一個(gè)復(fù)平面)。映射操作簡(jiǎn)單地把未映射的符號(hào)(N個(gè)位，值為0,…,2N-1)與一個(gè)脈沖調(diào)幅(PAM)離散振幅電平，一個(gè)移相鍵控離散相位電平(PSK)，正交調(diào)幅(QAM)復(fù)平面中任意離散信號(hào)點(diǎn)，或PAM,QAM,PSK的任意組合關(guān)聯(lián)起來(lái)。通常使用格雷碼映射，其中使用一個(gè)精確的二進(jìn)制數(shù)字區(qū)分相臨信號(hào)點(diǎn)?？偟膩?lái)說(shuō)映射可以是任意類型。
接收器上的輸入符號(hào)受到噪聲的影響。硬判定解映射操作把輸入符號(hào)與信號(hào)空間中最接近的信號(hào)點(diǎn)(在實(shí)信號(hào)空間或復(fù)信號(hào)空間中具有最小歐幾里德距離的信號(hào)點(diǎn))相關(guān)聯(lián)，把各個(gè)格雷編碼碼字作為每個(gè)映射符號(hào)的N個(gè)位的硬判定值(0,1)。
然而，如果多電平調(diào)制與信道編碼和軟信道解碼(即一個(gè)軟輸入解碼器)相結(jié)合，則解映射操作最好地計(jì)算出軟可靠值以作為信道解碼器的輸入。簡(jiǎn)單地講，當(dāng)針對(duì)PAM,PSK和QAM調(diào)制時(shí)使用“多電平調(diào)制”，就意味著PAM的“多振幅電平”，PSK的“多相位電平”，和QAM的“多信號(hào)點(diǎn)”。
根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面，其中提供了一個(gè)對(duì)信號(hào)進(jìn)行迭代解碼的方法，其中包括步驟解映射信號(hào)；對(duì)解映射信號(hào)進(jìn)行解碼，并且其特征在于解映射步驟和解碼步驟是迭代的，而其進(jìn)一步的特征在于迭代的解映射步驟把前面解碼步驟的輸出作為輸入。
根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)方面，其中提供了一個(gè)對(duì)信號(hào)進(jìn)行迭代解碼的裝置，其中包括一個(gè)解映射器，該解映射器具有一個(gè)用于接收信號(hào)的第一輸入端，以及一個(gè)用于產(chǎn)生一個(gè)解映射信號(hào)的輸出端；一個(gè)解碼器，該解碼器具有一個(gè)用于接收解映射信號(hào)的輸入端，以及一個(gè)用于產(chǎn)生一個(gè)解碼信號(hào)的輸出端；其特征在于解映射器具有一個(gè)用于接收解碼信號(hào)的第二輸入端。
在一個(gè)移動(dòng)通信系統(tǒng)中的用戶對(duì)服務(wù)質(zhì)量(QoS)可以有不同的需求，即根據(jù)不同的通信服務(wù)有不同的BER和等待時(shí)間約束。例如語(yǔ)音通信具有最低的BER需求(即可以容納許多位差錯(cuò))和最高的等待時(shí)間約束(即在雙路通話中不能容忍長(zhǎng)延遲)；視頻通信具有較高的BER需求和較高的等待時(shí)間約束；數(shù)據(jù)通信(例如無(wú)線InternetWeb瀏覽)具有最高的BER需求和最低的等待時(shí)間約束。由于用戶到基站的不同距離，傳播環(huán)境和移動(dòng)速度，用戶以一個(gè)不同的信號(hào)質(zhì)量(即SNR)，多路徑傳播和衰減與基站通信。
映射操作本身不給信號(hào)增加冗余(與“傳統(tǒng)”的串連編碼模式中的內(nèi)部編碼器相比)，但是通過(guò)組合(group)若干個(gè)位符號(hào)形成一個(gè)映射符號(hào)來(lái)增加信號(hào)存儲(chǔ)量。
解映射器是一個(gè)軟解映射設(shè)備，為了接受一個(gè)來(lái)自解碼器的先驗(yàn)信息必須修改軟解映射設(shè)備。解碼器是一個(gè)信道解碼器并且可以是任意SISO-解碼器(最優(yōu)的APP，或其他次優(yōu)的算法，例如SOVA)。因此迭代解映射和解碼可以被認(rèn)為是一個(gè)串連迭代解碼模式，其中內(nèi)部解碼器由軟解映射設(shè)備代替。由一個(gè)任意結(jié)束原則(例如在固定迭代次數(shù)之后，或者達(dá)到一個(gè)特定位差錯(cuò)率)停止迭代解映射和解碼。
通過(guò)一個(gè)移動(dòng)蜂窩通信系統(tǒng)的例子并且參照附圖對(duì)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例進(jìn)行描述，其中圖1說(shuō)明了一個(gè)使用串連(serially concatenated)編碼模式的發(fā)送器和接收器。
圖2說(shuō)明了一個(gè)基于本發(fā)明的發(fā)送器和接收器。
圖3說(shuō)明了一個(gè)用于4電平PAM模式的信號(hào)集。
圖4說(shuō)明了一個(gè)用于復(fù)信號(hào)空間中矩形16點(diǎn)QAM的信號(hào)集。
圖5說(shuō)明了一個(gè)用于復(fù)信號(hào)空間中8電平PSK的信號(hào)集。
圖6說(shuō)明了一個(gè)用于任意PAM,PSK，矩形QAM以及QAM組合的信號(hào)集。
在發(fā)送器中，對(duì)二進(jìn)制隨機(jī)信號(hào)進(jìn)行卷積編碼并傳送給一個(gè)交織位符號(hào)的交織器。(可使用任意信道編碼，這里僅以非系統(tǒng)卷積碼為例)。在交織器之后，根據(jù)所使用的調(diào)制模式(如圖3到6圖解的PAM,PSK,QAM，其中I信道用于信號(hào)的實(shí)部，Q信道用于信號(hào)的虛部)組合N個(gè)位并映射到一個(gè)復(fù)合信號(hào)集。如圖3到6所示，最優(yōu)的碼字分配(也稱作‘映射’)是格雷編碼，其中只用一個(gè)二進(jìn)制數(shù)字區(qū)分相鄰的信號(hào)點(diǎn)。格雷編碼只是一個(gè)例子，也可使用其他任何諸如反格雷編碼的映射。
在信道中，加法噪聲或任何其他噪聲形式使符號(hào)產(chǎn)生畸變。
在接收器中，通過(guò)對(duì)每個(gè)符號(hào)的所有N個(gè)格雷編碼位進(jìn)行對(duì)數(shù)似然比率計(jì)算(log-likelihood ratio calculation)，對(duì)信道符號(hào)進(jìn)行解映射和拆分。把對(duì)數(shù)似然比值(“軟值”)解交織并放入一個(gè)經(jīng)驗(yàn)概率計(jì)算器(APP)中。(也可使用其他SISO解碼器)。在解碼后，通過(guò)得出信息位的APP軟輸出值的符號(hào)可以在硬判定設(shè)備的輸出端得到對(duì)發(fā)射信息位的估測(cè)。
在迭代解映射/解碼路徑中，“非本征信息”穿過(guò)位交織器并作為一個(gè)先驗(yàn)通知被反饋給軟解映射設(shè)備?！胺潜菊鳌毙畔⑹墙獯a器的軟輸入和軟輸出值之間的差值，該信息描述解碼過(guò)程獲得的新的，獨(dú)立統(tǒng)計(jì)信息(至少是第一次迭代)。
接收器上的復(fù)信道符號(hào)z可以被認(rèn)為是一個(gè)匹配濾波器輸出。它攜帶N個(gè)編碼位。因?yàn)镾ISO解碼器具有軟輸入處理，所以解映射設(shè)備從各個(gè)位x0,...,xN-1中抽出一個(gè)軟值用于SISO解碼器的進(jìn)一步解碼。對(duì)于每個(gè)符號(hào)的所有N個(gè)位，該軟值是在匹配濾波器輸出z上測(cè)量的各個(gè)位的對(duì)數(shù)似然比(L值)。L值的絕對(duì)值表示位判定的可靠性。
位xk的L值計(jì)算的全部數(shù)據(jù)項(xiàng)包括位xk的一個(gè)附加“先驗(yàn)”L值和一個(gè)小數(shù)部分，其中小數(shù)部分包含其它位xj,j=0....N-1,j≠k的先驗(yàn)L值。
位x0,...,xN-1的先驗(yàn)L值由SISO解碼器提供給軟解映射設(shè)備作為輸入。
如果位xk的附加“先驗(yàn)”L值超出位xk的整個(gè)L值，并且如果在計(jì)算位xk的L值時(shí)考慮其它位xj,j=0....N-1,j≠k的先驗(yàn)L值，則模擬結(jié)果表明迭代軟解映射和解碼獲得了最佳性能。如圖2中解映射設(shè)備之后所進(jìn)行的減法所示在解映射設(shè)備中從各個(gè)位的對(duì)數(shù)似然比計(jì)算的輸出中減去一個(gè)來(lái)自SISO解碼器的先驗(yàn)值。傳送到去交織器的信息可作為解映射設(shè)備(與來(lái)自SISO解碼器的非本征信息相比)的“非本征信息”。
注意L值的計(jì)算隱含有每個(gè)符號(hào)的N位軟解映射和拆分(ungrouping)(并非兩個(gè)獨(dú)立的操作，如圖2的建議)。
迭代軟解映射和解碼降低了使用明文信道碼的常規(guī)多電平調(diào)制模式的位差錯(cuò)率。通過(guò)把接收器電路修改成包括一個(gè)接受先驗(yàn)信息的軟解映射設(shè)備，并把SISO解碼器用作信道解碼器，可以改進(jìn)許多具有簡(jiǎn)單信道編碼和多電平調(diào)制的現(xiàn)代數(shù)字通信系統(tǒng)。
這適用于每個(gè)符號(hào)有N個(gè)位的多電平調(diào)制模式，其中對(duì)于PAM,PSK和QAM,N＞1，而對(duì)于PSK和QAM，在N=2時(shí)使用反格雷映射。
應(yīng)當(dāng)注意，交織器是一個(gè)在位電平上交織符號(hào)的位符號(hào)交織器。假定編碼器和映射器之間至少有一個(gè)位符號(hào)交織器，也可以采用在編碼器和符號(hào)映射器之間同時(shí)串連了位符號(hào)和“n位”符號(hào)交織器的其他系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1．一種對(duì)多電平調(diào)制信號(hào)進(jìn)行迭代解碼的方法，其中包括步驟對(duì)解映射信號(hào)進(jìn)行位去交織；對(duì)去交織信號(hào)進(jìn)行解碼；并且其特征在于在去交織步驟之前進(jìn)行信號(hào)的解映射；迭代解映射步驟、去交織步驟和解碼步驟，并且其特征在于迭代的解映射步驟使用先前解碼步驟的位交織輸出作為一個(gè)輸入。
2．如權(quán)利要求1所述的一種方法，其特征在于迭代執(zhí)行解映射，去交織和解碼步驟直到獲得預(yù)定誤比特率。
3．如先前任何權(quán)利要求所述的一種方法，其特征在于對(duì)信號(hào)進(jìn)行反格雷編碼。
4．如先前任何權(quán)利要求所述的一種方法，其特征在于解碼步驟可產(chǎn)生表示解碼信號(hào)的軟可靠值。
5．如權(quán)利要求4所述的一種方法，其特征在于迭代解映射步驟接受由解碼步驟產(chǎn)生的位去交織的軟可靠值。
6．對(duì)一個(gè)多電平調(diào)制信號(hào)進(jìn)行迭代解碼的裝置，其中包括一個(gè)位去交織器，具有一個(gè)用于接收信號(hào)的輸入端，以及一個(gè)用于產(chǎn)生一個(gè)去交織信號(hào)的輸出端；一個(gè)解碼器，該解碼器具有一個(gè)用于接收解交織信號(hào)的輸入端，以及一個(gè)用于產(chǎn)生一個(gè)解碼信號(hào)的輸出端；并且特征在于一個(gè)解映射器，該解映射器具有一個(gè)用于接收信號(hào)的第一輸入端，以及一個(gè)用于產(chǎn)生一個(gè)解映射信號(hào)的輸出端；位去交織器的輸入端接收解映射信號(hào)并且位去交織器的輸出端產(chǎn)生一個(gè)去交織和解映射信號(hào)；一個(gè)位交織器，該位交織器具有一個(gè)用于接收已解碼信號(hào)的第一輸入端，以及一個(gè)用于產(chǎn)生一個(gè)位交織解碼信號(hào)的輸出端；并且解映射器具有一個(gè)用于接收位交織解碼信號(hào)的第二輸入端。
7．如權(quán)利要求6所述的一種裝置，其特征在于提供一個(gè)用于分解多路復(fù)用信號(hào)，具有一個(gè)連接到解映射器的輸出端的多路分解器。
8．如權(quán)利要求6或7所述的一種裝置，其特征在于解碼器產(chǎn)生表示解碼信號(hào)的軟可靠值。
全文摘要
本發(fā)明涉及對(duì)多電平調(diào)制信號(hào)進(jìn)行迭代解碼的方法和裝置,其中一個(gè)信道解碼器的軟輸出信息被回饋到一個(gè)專門的軟解映射裝置并得到利用,從而通過(guò)進(jìn)一步的迭代解碼步驟改進(jìn)了解碼結(jié)果。該接收器包括一個(gè)解映射器,用于產(chǎn)生一個(gè)解映射信號(hào);一個(gè)位去交織器,用于產(chǎn)生一個(gè)去交織和解映射信號(hào);和一個(gè)解碼器,用于產(chǎn)生一個(gè)代表解碼信號(hào)的軟可靠值。這些軟可靠值被位解交織并作為先驗(yàn)知識(shí)被回饋到位解映射器,用于解碼過(guò)程的進(jìn)一步迭代使用。
文檔編號(hào)H04L27/00GK1236229SQ9910479
公開(kāi)日1999年11月24日 申請(qǐng)日期1999年4月2日 優(yōu)先權(quán)日1998年4月3日
發(fā)明者斯特凡·藤, 布林克 申請(qǐng)人:朗迅科技公司