專利名稱：為正交調(diào)幅信號計(jì)算位對數(shù)似然比的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及通信系統(tǒng)，尤其涉及解調(diào)和解碼在碼分多址(CDMA)系統(tǒng)中傳輸?shù)木幋a數(shù)據(jù)位的方法。
通常，由這些系統(tǒng)使用的通信路徑受到各種限制，例如帶寬。因此，存在一個(gè)限制在給定時(shí)間周期上可由通信路徑支持的信息量的實(shí)際上限。與其它解調(diào)技術(shù)相比，已經(jīng)提出了有效地增加通信路徑的信息處理能力的各種調(diào)制技術(shù)。
一種調(diào)制技術(shù)是M進(jìn)制正交調(diào)幅(QAM)。QAM提供M個(gè)調(diào)制值的坐標(biāo)(通過每個(gè)調(diào)制值具有不同的相位和幅度組合來相互區(qū)分)，其中每個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)表示多個(gè)信息位。為了在CDMA系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)更高的頻譜效率，例如，使用了更高階的調(diào)制。通常，在M進(jìn)制QAM系統(tǒng)中用每個(gè)碼元表示的位數(shù)等于log2M。例如，16 QAM使用16個(gè)不同的坐標(biāo)點(diǎn)(在包括I軸和Q軸的笛卡爾復(fù)平面的每個(gè)象限中有四個(gè)點(diǎn))，每個(gè)點(diǎn)表示log216或4個(gè)信息位。另一個(gè)例子是64-QAM，其中有64個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)，每個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)表示log264或6個(gè)信息位的組合。


圖1表示64-QAM通信系統(tǒng)的坐標(biāo)，它是一幅64個(gè)點(diǎn)的圖，每個(gè)點(diǎn)表示在一個(gè)由代表復(fù)數(shù)實(shí)部(即I)的橫軸和一個(gè)代表復(fù)數(shù)虛部(即Q)的縱軸所定義的復(fù)平面上的一個(gè)六位的組合。在通信信道上發(fā)送的QAM信息碼元(以及導(dǎo)頻與同步碼元)是調(diào)制的載波信號的離散分組，其被調(diào)制以利用載波相對于某一基準(zhǔn)的幅度和相位角移動(dòng)來傳送信息。QAM信息碼元在圖1的坐標(biāo)中作為復(fù)量被表示為具有幅度(表示距原點(diǎn)的長度或距離)和相位角度φ(相對于一個(gè)軸所測量的角度)的矢量。在64-QAM系統(tǒng)中，具有對應(yīng)于六個(gè)二進(jìn)制數(shù)字(其位來自信息源的一個(gè)串行位流)的64種不同位模式的64個(gè)不同幅度和相位角度組合，認(rèn)定坐標(biāo)上的64個(gè)點(diǎn)中的每個(gè)點(diǎn)表示一個(gè)六位的組合。
矢量100(在矩形坐標(biāo)中表示為5I+5Q，其長度＝(52+52)/2，相位角度102等于相對于實(shí)軸的5/5的正切值或45度)指向坐標(biāo)中的點(diǎn)104。這個(gè)點(diǎn)在圖1中表示六個(gè)二進(jìn)制數(shù)字的序列(即000000)。在這個(gè)坐標(biāo)中圖示了用點(diǎn)106(-1I-1Q)表示的另一個(gè)QAM碼元，并且其代表另一個(gè)六個(gè)二進(jìn)制數(shù)字的序列(即110011)。
對于任何調(diào)制方案，解調(diào)器應(yīng)當(dāng)最好向解碼器提供所接收編碼位的對數(shù)似然比(LLR)。如圖2所示，CDMA系統(tǒng)中的接收機(jī)200包括一個(gè)對數(shù)似然比計(jì)算器202，從解調(diào)器204接收解調(diào)的碼元，并為解調(diào)碼元中的每個(gè)位計(jì)算LLR。解碼器206接收由對數(shù)似然比計(jì)算器202計(jì)算出的LLR，并根據(jù)所接收的LLR解碼各個(gè)位。
當(dāng)二維調(diào)制(即具有I和Q分量)產(chǎn)生大于2bps/Hz的頻譜效率時(shí)，每個(gè)編碼位不能被映射到一個(gè)正交碼元分量。因此，必須根據(jù)解調(diào)碼元和坐標(biāo)碼元之間的歐幾里德距離來計(jì)算位的LLR。與在時(shí)間k接收到的一個(gè)碼元y(稱作yk)相關(guān)的每個(gè)實(shí)際的第j個(gè)位的LLR由下述關(guān)系來確定LLR(uk,j)=log{P(uk,j=0|yk)P(uk,j=1|yk)}---(1)]]>其中uk，j是在時(shí)間k碼元u的假定的第j個(gè)位的值，P表示假定yk是所接收的碼元，uk的第j個(gè)位是二進(jìn)制值0或1的概率。這個(gè)等式化簡為表達(dá)式LLR(uk,j)=log{Σuk:uk,j=0P(yk|uk)Σuk:uk,j=1P(yk|uk)}---(2)]]>假設(shè)所有被發(fā)射的碼元是等概率的。概率P用下述關(guān)系來表示，假設(shè)一個(gè)理想的信道校正，以便實(shí)部和虛部分量是獨(dú)立的P(yk|uk)=P(ykr,yki|uk,ruki)=P(ykr|ukr)P(yki|uki)---(3)]]>假設(shè)附加高斯噪聲，上述等式簡化為下述表達(dá)式P(yk|uk)=12πσ2exp-D22σ2---(4)]]>其中Dk2是所接收的碼元和假定碼元之間的平方歐幾里德距離，σ2是高斯噪聲的方差。因此，通過求實(shí)部(r)和虛部(i)分量的所接收碼元和假定碼元之間差值的平方和來計(jì)算平方歐幾里德距離Dk2，如下述關(guān)系所表示的Dk2=|yk-uk|2=(ykr-ukr)2+(yki-uki)2---(5)]]>將等式4代入等式(2)允許根據(jù)平方歐幾里德距離來計(jì)算LLR，產(chǎn)生下述表達(dá)式LLR(uk,j)=logΣuk:uk,j=0e-Dk22σ2-logΣuk:uk,j=1e-D22σ2---(6)]]>通過簡單地求所接收碼元和具有相應(yīng)位值1和0的假定碼元之間的最小平方距離的差值，這個(gè)表達(dá)式可以被近似。因此，等式(6)可以被簡化為下述表達(dá)式，以近似LLRLLR(uk,j)=minuk:uk,j=1[Dk2]-minuk:uk,j=0[Dk2]---(7)]]>其中通過計(jì)算所接收碼元和特定位等于1的QAM坐標(biāo)點(diǎn)之間的最小距離和所接收碼元和特定位等于0的QAM坐標(biāo)點(diǎn)之間的最小距離之間的差值來創(chuàng)建一個(gè)碼元中的一個(gè)位uk，j的LLR。在M進(jìn)制QAM系統(tǒng)中，碼元數(shù)目M等于2m，其中m是每個(gè)碼元的位數(shù)。因此，每個(gè)調(diào)制碼元需要m個(gè)LLR計(jì)算(即為碼元的m個(gè)位中的每個(gè)位計(jì)算LLR)。為了確定LLR計(jì)算的數(shù)目m，必須首先確定所接收的QAM碼元和QAM碼元坐標(biāo)中的每個(gè)QAM碼元之間的M個(gè)平方歐幾里德距離(D2)。若采用上述數(shù)學(xué)運(yùn)算，每個(gè)所接收的調(diào)制碼元的LLR值的計(jì)算需要M個(gè)平方歐幾里德距離計(jì)算(即D2的計(jì)算，每個(gè)計(jì)算包括兩個(gè)乘法操作和一個(gè)加法操作)，每個(gè)位M個(gè)比較/選擇以為碼元中的所有m個(gè)位確定到特定位值0和1的最小平方歐幾里德距離(即其中u＝1的最小D2值的數(shù)目(M/2個(gè)比較/選擇)和其中u＝0的最小D2值的數(shù)目(M/2個(gè)比較/選擇))，總值然后乘以該碼元中的總位數(shù)m，還需要m個(gè)加法操作以確定數(shù)值之間的差值，如上面的等式(7)所示。因此，每個(gè)所接收的QAM調(diào)制碼元所需要的操作總數(shù)是2M個(gè)乘法操作加上m×M個(gè)比較/選擇操作再加上M+m個(gè)加法操作。
為了說明被縮短的幀處理時(shí)間，假設(shè)CDMA系統(tǒng)的時(shí)鐘速率是32×1.2288MHz或39.3216MHz，盡管本申請的教導(dǎo)對于任何不同的時(shí)鐘速率都是有利的。乘法操作通常需要兩個(gè)時(shí)鐘周期來完成，加法操作需要一個(gè)時(shí)鐘周期，比較/選擇操作需要兩個(gè)時(shí)鐘周期。因而，例如處理一個(gè)使用64-QAM調(diào)制的包含5376個(gè)碼元的每碼元六個(gè)位的幀需要的時(shí)間近似為150毫秒。這個(gè)時(shí)間周期是有問題的，因?yàn)樗笥诟咚贁?shù)據(jù)信道所要求的5到20毫秒的幀回轉(zhuǎn)時(shí)間。諸如并行或流水線之類的技術(shù)可以用于降低時(shí)間，但是盡管如此，仍然不足以將接收機(jī)吞吐速率降低到高速數(shù)據(jù)信道中的幀回轉(zhuǎn)時(shí)間的量級上。
因此，需要將LLR的計(jì)算時(shí)間降低到接收機(jī)中一個(gè)幀時(shí)間的量級上，所述接收機(jī)位解碼QAM調(diào)制的碼元，尤其是更高階的例如64-QAM。
圖3圖示一個(gè)示例性的64-QAM方形坐標(biāo)，64個(gè)點(diǎn)中的每個(gè)點(diǎn)對應(yīng)于一個(gè)特定的6位的位序列。每個(gè)6位序列的形式為i1q1i2q2i3q3，標(biāo)示從最高有效位到最低有效位。意義在于每個(gè)“i”位獨(dú)立于縱軸或Q軸，每個(gè)“q”位獨(dú)立于橫軸或I軸。例如，“i”位沿著圖3中笛卡爾圖的“I”軸或橫軸(即沿著行的方向)變化，但是對于“Q”軸或縱軸方向中的所有坐標(biāo)點(diǎn)保持相同(即它們在橫軸方向上逐列變化)。例如，Q軸右側(cè)第二列中的位i2全為零，而Q軸左側(cè)第三列中碼元的所有位i2全為1。為了進(jìn)一步說明卡諾映射QAM信號的這種特性，在該圖中的上部和左側(cè)所示的線代表位值為1的坐標(biāo)點(diǎn)的子集，而沒有該線則表示對應(yīng)位值為0的坐標(biāo)點(diǎn)的子集。例如，位i1的值等于1的點(diǎn)的子集全部位于笛卡爾平面的左半部，而i1的值等于0的點(diǎn)的子集全部位于該平面的右半部。
在下述討論中，對于一個(gè)特定位的坐標(biāo)真(TRUE)區(qū)是指位值等于所需值的點(diǎn)的子集。假(FALSE)區(qū)是真區(qū)的補(bǔ)集，例如，i1等于零，如圖3所示，真區(qū)是右半平面，假區(qū)是左半平面。舉另外一個(gè)例子，對于位q3等于零的坐標(biāo)點(diǎn)的子集，真區(qū)包括圖3中笛卡爾圖橫軸上面和下面的第二和第三行，假區(qū)包括該橫軸上面和下面的第一和第四行。
另外，卡諾映射QAM信號還被格雷編碼，以便僅通過改變一個(gè)位值，碼元就鄰接一個(gè)給定碼元。例如，表示位000000的碼元300鄰接四個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)302、304、306和308，I方向中兩個(gè)，Q方向中兩個(gè)，僅僅是一個(gè)位值不同。例如，位于正下方的點(diǎn)302的值為000001，僅位q3的值被改變。
解調(diào)碼元的軟值根據(jù)下式被格式化為兩個(gè)補(bǔ)碼I＝sxxx.xxx＝si.f其中i指整數(shù)部分的位，f是分?jǐn)?shù)部分的位，s表示符號位。使用數(shù)學(xué)項(xiàng)，I可以用下述表達(dá)式來表示I=-s2N-1+Σk=0N-2ik2k+Σk=1Mfk2-k=-s2N-1+i+f---(8)]]>用于用N個(gè)整數(shù)位和M個(gè)分?jǐn)?shù)位表示的數(shù)。解調(diào)的QAM碼元也可以表示為I+jQ的形式。
圖3所示的卡諾映射QAM信號坐標(biāo)的特性有利于簡化LLR的計(jì)算。一個(gè)特性是圖3的坐標(biāo)對于除了兩個(gè)最高有效位i1和q1之外的所有位關(guān)于縱軸I和橫軸Q是鏡像對稱的，i1和q1在笛卡爾平面的兩個(gè)相對的半平面上分別具有相反的值。注意碼元可以被不同地卡諾映射，以便除了兩個(gè)最高有效位之外的其它位在相對的半平面上具有相反的值。然而，通常只有兩個(gè)位不是鏡像對稱的，這兩個(gè)位包括一個(gè)I位和一個(gè)q位。另一個(gè)特性是位ij或qj的對數(shù)似然比獨(dú)立于解調(diào)碼元的正交分量。具體地說，位ij獨(dú)立于Q正交分量，位qj獨(dú)立于I正交分量。因而，可以大大簡化先前在等式(7)中給出的平方歐幾里德距離的計(jì)算，因?yàn)樵撚?jì)算僅僅需要涉及水平或垂直距離，而不是兩者。在此，對于Ij和Qj位的對數(shù)似然比的計(jì)算分別通過下式給出LLR(ij)=min(ΔIj1)2-min(ΔIj0)2---(9)]]>LLR(qj)=min(ΔQj1)2-min(ΔQj0)2---(10)]]>其中ΔIj和ΔQj分別是解調(diào)碼元與位值等于0或1的一個(gè)點(diǎn)之間的水平和垂直距離。
有利于簡化LLR計(jì)算的卡諾映射信號的另一個(gè)特性是當(dāng)一個(gè)解調(diào)碼元位于一個(gè)特定位的假區(qū)中時(shí)，最近的點(diǎn)將位于最靠近真區(qū)和假區(qū)之間邊界的行或列上。因而，到最近點(diǎn)的距離將是1加上解調(diào)碼元到邊界的距離幅度。在此加1是因?yàn)閳D3卡諾圖中的邊界被設(shè)置在行和列之間的半程上，間隔距離為2。因此，從行或列到一個(gè)位于它們之間半程上的邊界的距離為1。然而，其它實(shí)施例可以使用不為2的行和列之間的距離，因此，不同的值將被添加給從解調(diào)碼元到邊界的距離的幅度上。另外，如果解調(diào)碼元位于一個(gè)特定位的真區(qū)中，根據(jù)解調(diào)碼元分量I的整數(shù)部分i為奇數(shù)還是為偶數(shù)，到最近點(diǎn)的距離等于分?jǐn)?shù)部分f或1-f。
根據(jù)這些特性，隨后根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)制定一種算法，通過該算法降低了計(jì)算每個(gè)位的LLR的計(jì)算次數(shù)。在下述討論中，所公開的算法用于一個(gè)64-QAM坐標(biāo)。
使用上述等式9，使用下式計(jì)算最高有效位i1的對數(shù)似然比LLR(i1)=min(ΔI11)2-min(ΔI10)2---(10)]]>其中I1是第一個(gè)位I1的兩個(gè)補(bǔ)碼格式化的位置。在這種情況下，解調(diào)碼元位I1和位I1的值等于零的一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)之間的最小距離可以使用下述關(guān)系來確定，而不是為所有的32個(gè)碼元計(jì)算平方歐幾里德距離，其中最高有效位將等于零。
首先，如果I的值小于或等于零，得知解調(diào)碼元位于圖3所示的笛卡爾平面的左側(cè)。因而，到i1位等于零的一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)的最小距離將是1(即該值是任意的，但是如圖3所示最好為1，其中坐標(biāo)點(diǎn)的第一列被設(shè)置在橫軸的數(shù)值1上)加上I的絕對值(即必須使用絕對值，因?yàn)镮小于等于零，即為負(fù)值)。
然后，如果I值大于零，到位I1等于零的坐標(biāo)點(diǎn)的最小距離可以根據(jù)解調(diào)碼元值I的整數(shù)部分為奇數(shù)還是為偶數(shù)而輕易地獲得。如果整數(shù)部分為奇數(shù)，則最小值簡單地等于兩個(gè)補(bǔ)碼格式化的解調(diào)碼元的分?jǐn)?shù)部分。例如，如果解調(diào)碼元的位置在笛卡爾平面I方向中的3.9上，則最近的坐標(biāo)點(diǎn)將是數(shù)值為3的第二列中的點(diǎn)。因而，沿著I軸解調(diào)碼元和坐標(biāo)點(diǎn)之間的距離為9，這是I的分?jǐn)?shù)部分f。另外，如果所解調(diào)的兩個(gè)補(bǔ)碼碼元的整數(shù)部分i為偶數(shù)，則最小值等于1-f。例如，如果解調(diào)碼元位于I方向上的4.1，最近坐標(biāo)點(diǎn)將位于沿著笛卡爾平面的I軸在5上的第三列上。因而，該距離是1減去分?jǐn)?shù)部分f(即.1)，即.9。
最后，如果解調(diào)碼元位于笛卡爾平面I軸上的數(shù)值8以外，則到最高有效位i1為零的坐標(biāo)碼元的最小距離將是數(shù)值I和右邊最后一列7之間的距離。然而，因?yàn)橥ㄟ^先前討論的條件已經(jīng)解決了落入笛卡爾平面上7和8之間的解調(diào)碼元值，該距離將通過表達(dá)式1+I-8來計(jì)算。
上述條件在數(shù)學(xué)上被表述如下，其中i1＝0 I≤0f I＞0，整數(shù)i為奇數(shù)1-f I＞0，整數(shù)I為偶數(shù)1+I-8 I＞8類似地，當(dāng)位i1＝1時(shí)，解調(diào)碼元和坐標(biāo)點(diǎn)之間距離的最小值可以用下面列出的推論條件來計(jì)算。
I＞0f I≤0，整數(shù)i為奇數(shù)1-f I≤0，整數(shù)i為偶數(shù)1+I-8 I＜-8注意對于落在Q軸上的解調(diào)I碼元值，任意地設(shè)置算法以便將零視為右半平面上的一個(gè)點(diǎn)，然而，零值也可以被假定為左半平面上值的一部分。
類似地，為了計(jì)算位i2的LLR，圖3所示的卡諾映射坐標(biāo)的其它特性被用于降低推導(dǎo)LLR所需要的計(jì)算次數(shù)。在這里，i2位對于平面兩側(cè)的外部兩列是相同的，而Q軸每側(cè)的內(nèi)部兩列對于那些特定的坐標(biāo)點(diǎn)來說值是相同的。因此，截止點(diǎn)是數(shù)值4，它位于Q軸任意一側(cè)上的兩個(gè)區(qū)之間。下面是在確定i2的值分別等于0或1的最小距離的算法中所使用的具體等式，用于確定i2的LLR的等式也使用上面的等式9。
假設(shè)i2＝0 |I|≥0f |I|＜4，整數(shù)i為奇數(shù)1-f|I|＜4，整數(shù)i為偶數(shù)假設(shè)i2＝1 |I|＜4f |I|≥4， 整數(shù)i為奇數(shù)1-f|I|≥4， 整數(shù)i為偶數(shù)1+(|I|-8) |I|＞8最后，為了計(jì)算最后一個(gè)i位i3，卡諾映射坐標(biāo)的特性被再次用于簡化確定該位的LLR所需的平方歐幾里德距離的計(jì)算。下面是對于圖3所示的特定卡諾映射64-QAM坐標(biāo)用于計(jì)算i3的LLR所用的條件，所述坐標(biāo)具有Q軸兩側(cè)的內(nèi)外兩列i3的位值相同的特性。
假設(shè)i3＝0 |I|＜21+(|I|6) |I|＞6f 2≤|I|≤6， 整數(shù)i為奇數(shù)1-f2≤|I|≤6， 整數(shù)i為偶數(shù)假設(shè)i3＝1 2≤|I|＜41+(6-|I|) 4≤|I|＜6f |I|＜2， 整數(shù)i為奇數(shù)1-f|I|＜2， 整數(shù)i為偶數(shù)f 6≤|I|＜8， 整數(shù)i為奇數(shù)1-f6≤|I|＜8， 整數(shù)i為偶數(shù)1+(|I|-8) |I|≥8類似地，使用與Ij位相同的技術(shù)來計(jì)算Qj位，只是距離在Q方向而非在I方向上。下面是在該算法中用于計(jì)算位Q1的LLR所使用等式的一個(gè)例子。
假設(shè)q1＝0|Q|≤0f Q＞0，整數(shù)q為奇數(shù)1-f Q＞0，整數(shù)i為偶數(shù)1+Q-8 Q＞8假設(shè)q1＝1|Q|＞0f Q≤0，整數(shù)q為奇數(shù)1-f Q≤0，整數(shù)i為偶數(shù)1+Q-8 Q＜-8將省略計(jì)算Q2和Q3位的LLR的討論，因?yàn)樗鼈兎謩e是上面所討論的用于i2和i3位的計(jì)算的推論。
圖4圖示可以用于實(shí)現(xiàn)前面討論的算法的一個(gè)邏輯設(shè)備方框圖。該設(shè)備可以在圖2所示的對數(shù)似然比計(jì)算器202中使用。具體地說，以兩個(gè)補(bǔ)碼的形式si.f格式化的解調(diào)碼元被輸入給邏輯設(shè)備，其中各個(gè)分量被分割成符號s、整數(shù)和分?jǐn)?shù)部分i.f、單獨(dú)的整數(shù)部分I和單獨(dú)的分?jǐn)?shù)部分f。在將兩個(gè)補(bǔ)碼碼元分割成其分量之前，一個(gè)絕對值模塊402被用于消除兩個(gè)補(bǔ)碼碼元的符號部分S。每個(gè)數(shù)值被輸入給一個(gè)組合邏輯404，它根據(jù)所輸入的數(shù)值依次計(jì)算多個(gè)標(biāo)記。例如邏輯404在I值大于0時(shí)輸出一個(gè)標(biāo)記，在整數(shù)值分別為偶數(shù)或奇數(shù)時(shí)輸出一個(gè)奇數(shù)或偶數(shù)標(biāo)記，或者在I的絕對值在特定數(shù)值之間、之上或之下時(shí)輸出一個(gè)標(biāo)記。這些標(biāo)記由該邏輯使用，以確定將輸出各個(gè)輸入中的哪一個(gè)輸入，如在下面將要討論的，并基本上表示相對于沿著I軸的各個(gè)數(shù)值的I的位置。
該邏輯包含多個(gè)求和模塊406、408、410、412、414、416、418、420、422和424，全部接收作為一個(gè)輸入的所接收碼元的絕對值|I|。相對于該值，各個(gè)數(shù)值被加上或減去，結(jié)果值用于輸入給各個(gè)判決多路復(fù)用器。然而，在輸入給判決多路復(fù)用器之前，相加模塊的結(jié)果由D觸發(fā)器(即426、428、430、432、434、436、438、440、442和444)進(jìn)行時(shí)間控制，所有的D觸發(fā)器被時(shí)鐘φ1同步。因此，所有這些值被同時(shí)并行計(jì)算，并被提供給判決多路復(fù)用器。每個(gè)判決多路復(fù)用器接收兩個(gè)或更多的輸入比特，其中包括從組合邏輯404輸出的標(biāo)記值。而且，每個(gè)多路復(fù)用器被用于輸出包括一個(gè)表示最小距離ΔI10、ΔI11、ΔI20、ΔI21、ΔI30和ΔI31的輸入的值，由多路復(fù)用器輸出的判決根據(jù)所輸入的具體標(biāo)記值，并對應(yīng)于先前討論的根據(jù)特定位Ij和到0或1的距離來計(jì)算最小距離的條件。還應(yīng)注意，多路復(fù)用器成對輸出到0和1的ΔIj。例如，多路復(fù)用器446和454分別向由時(shí)鐘φ2觸發(fā)的D鐘控觸發(fā)器448和456輸出數(shù)值ΔI10和ΔI11。如可以在圖4中看到的，分別安排類似的成對多路復(fù)用器(例如462和470、478和486)以為位I2和I3確定ΔI的值。D觸發(fā)器448、456、464、472、480和488被同時(shí)進(jìn)行時(shí)鐘控制，將到0或1的ΔIj的值分別提供給多路復(fù)用器(即450、458、466、474、482和490)，所述多路復(fù)用器用于平方所輸入的數(shù)值。對于每對多路復(fù)用器(即450和458、466和474、482和490)，平方結(jié)果被輸出給相應(yīng)的求和模塊454、468和484，由其減去平方最小距離，從而根據(jù)先前在等式7中描述的關(guān)系式計(jì)算LLR。每個(gè)求和模塊452、468和484被輸入給鐘控D觸發(fā)器，它通過時(shí)鐘φ3被并行時(shí)鐘控制，以同時(shí)輸出Ij的LLR值。注意用于計(jì)算Q分量的LLR的設(shè)備與圖4所示的設(shè)備是相同的。
圖4所示結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是所有的操作都是邏輯上的組合，從而允許操作的執(zhí)行由單個(gè)時(shí)鐘進(jìn)行時(shí)鐘控制，并在單個(gè)時(shí)鐘周期中執(zhí)行。因而，組合邏輯404所輸出的標(biāo)記的計(jì)算和D觸發(fā)器426、428、430、432、434、436、438、440、442和444(和用于Q分量的類似單元)所輸出的中間計(jì)算可以在單個(gè)時(shí)鐘周期中被執(zhí)行。類似地，也可以在單個(gè)時(shí)鐘周期上通過多路復(fù)用器和它們的標(biāo)記輸入來推導(dǎo)出最小距離。配置用于平方輸入值的乘法器所執(zhí)行的乘法操作需要兩個(gè)時(shí)鐘周期來執(zhí)行。最后，在時(shí)鐘φ3的單個(gè)時(shí)鐘周期中，鎖存的LLR通過D觸發(fā)器460、476和492被輸出。
因此，計(jì)算一個(gè)解調(diào)碼元的LLR所需要的時(shí)鐘周期總數(shù)為5。因而，對于一個(gè)5376個(gè)碼元的幀，假設(shè)時(shí)鐘速率與先前使用的時(shí)鐘速率32×1.2288MHz相同，處理時(shí)間近似于0.684毫秒。使用上述算法，例如用圖4所示設(shè)備實(shí)現(xiàn)的，將為一個(gè)5376個(gè)64-QAM碼元的幀計(jì)算位LLR所需要的時(shí)間從大約150毫秒降低到小于1毫秒。因而，即使對于高速數(shù)據(jù)信道，也可以進(jìn)行64-QAM調(diào)制系統(tǒng)中的位LLR的計(jì)算。
本申請的上述教導(dǎo)的技術(shù)顯著地降低了在一個(gè)64-QAM通信系統(tǒng)中計(jì)算位LLR所需的時(shí)間，從而可以在高速數(shù)據(jù)通信信道使用位解碼。注意本方法和設(shè)備并不僅適用于64-QAM調(diào)制系統(tǒng)，而且適用于碼元坐標(biāo)可以是正方形卡諾映射的任意M進(jìn)制QAM調(diào)制系統(tǒng)。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離權(quán)利要求書的保護(hù)范圍及其等價(jià)范圍的情況下，顯然可以實(shí)現(xiàn)除上述具體公開的實(shí)施例之外的其它
權(quán)利要求
1.一種用于為在通信系統(tǒng)中傳輸?shù)拇a元的每個(gè)位計(jì)算對數(shù)似然比的方法，包括步驟根據(jù)一種具有相應(yīng)特性的預(yù)定映射方案，調(diào)制包括一個(gè)或多個(gè)位的碼元；將已調(diào)制的碼元發(fā)送給至少一個(gè)接收機(jī)；使用至少一個(gè)接收機(jī)接收已調(diào)制的碼元并解調(diào)已調(diào)制的碼元；和根據(jù)預(yù)定映射方案的相應(yīng)特性，通過預(yù)定的邏輯條件，消除用于確定對數(shù)似然比的計(jì)算步驟，為已解調(diào)碼元的一個(gè)或多個(gè)位中的每個(gè)位計(jì)算一個(gè)相應(yīng)的對數(shù)似然比。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中預(yù)定的映射方案包括一個(gè)正方形卡諾映射，預(yù)定映射方案的相應(yīng)特性包括在這些具有在兩個(gè)以上位的碼元中，除了每個(gè)碼元的兩個(gè)預(yù)定位之外，對于該坐標(biāo)中每個(gè)碼元中所有的一個(gè)或多個(gè)位，碼元值坐標(biāo)關(guān)于縱軸和橫軸的鏡像對稱性，其中對于在縱軸和橫軸的相對側(cè)上的碼元，所述的兩個(gè)預(yù)定位具有相反值。
3.如權(quán)利要求2的方法，其中碼元值被格式化為包括一個(gè)符號位、一個(gè)或多個(gè)整數(shù)位和一個(gè)或多個(gè)分?jǐn)?shù)位的兩個(gè)補(bǔ)碼，和其中預(yù)定的邏輯條件包括a)使用兩個(gè)補(bǔ)碼的符號位、一個(gè)或多個(gè)整數(shù)位和一個(gè)或多個(gè)分?jǐn)?shù)位在橫軸和縱軸的方向上執(zhí)行中間差值的計(jì)算，該差值計(jì)算根據(jù)卡諾映射碼元坐標(biāo)中碼元位的不對稱和對稱特性以獲得多個(gè)差值；b)通過根據(jù)預(yù)先為解調(diào)碼元的每個(gè)特定位所確定的選擇標(biāo)準(zhǔn)來選擇多個(gè)差值中的一個(gè)或多個(gè)差值，該選擇標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)卡諾映射的特性，來確定所接收解調(diào)的碼元中每個(gè)位到分別具有相應(yīng)的0和1位值的卡諾映射碼元坐標(biāo)的相應(yīng)兩個(gè)最近坐標(biāo)點(diǎn)的兩個(gè)最小距離；c)平方所確定的每個(gè)位的兩個(gè)最小距離，并求平方的差值以獲得解調(diào)碼元的每個(gè)位的對數(shù)似然比。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中該碼元包括log2M個(gè)位，并根據(jù)M進(jìn)制正交調(diào)幅方案被調(diào)制，并且M進(jìn)制正交調(diào)幅方案具有64個(gè)碼元，每個(gè)碼元包括六個(gè)位。
5.一種用于為通信系統(tǒng)所接收的解調(diào)碼元的每個(gè)位確定對數(shù)似然比的設(shè)備，該設(shè)備包括接收機(jī)部分，被配置用以接收根據(jù)M進(jìn)制正交調(diào)幅被調(diào)制的解調(diào)碼元；組合邏輯，被配置用以確定所接收解調(diào)碼元的一個(gè)或多個(gè)特性；多個(gè)第一相加設(shè)備，每個(gè)被配置用以執(zhí)行將相應(yīng)值與所接收解調(diào)碼元的一部分的相應(yīng)的相加操作，并輸出相應(yīng)的結(jié)果值；多個(gè)成對配置的多路復(fù)用器，每個(gè)多路復(fù)用器被配置用以從多個(gè)第一相加設(shè)備中的一個(gè)或多個(gè)接收特定的結(jié)果值，根據(jù)由組合邏輯確定的所接收解調(diào)碼元的一個(gè)或多個(gè)特性中的至少一個(gè)特性的狀態(tài)，每個(gè)多路復(fù)用器輸出一個(gè)輸入結(jié)果值；多個(gè)平方模塊，對應(yīng)于成對的多路復(fù)用器被成對配置，多個(gè)平方模塊中的每個(gè)模塊連接到多個(gè)多路復(fù)用器中的一個(gè)相應(yīng)多路復(fù)用器，并被配置用以平方由相應(yīng)的多路復(fù)用器輸出的特定結(jié)果；和多個(gè)第二相加設(shè)備，每個(gè)被配置用以計(jì)算多個(gè)平方模塊中一對相應(yīng)配置的平方模塊的輸出之間的差值，其中該差值表示解調(diào)碼元的一個(gè)特定位的對數(shù)似然比。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的設(shè)備，其中根據(jù)包括正方形卡諾映射方案的預(yù)定映射方案來調(diào)制所述解調(diào)碼元，并且根據(jù)卡諾映射方案的特性預(yù)先確定多個(gè)第一相加設(shè)備的相加操作。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的設(shè)備，其中卡諾映射方案的特性包括，除了那些具有兩個(gè)以上位的碼元中的每個(gè)碼元的兩個(gè)預(yù)定位之外，對于該坐標(biāo)中每個(gè)碼元中所有的一個(gè)或多個(gè)位，碼元值坐標(biāo)關(guān)于縱軸和橫軸的鏡像對稱性，其中對于在縱軸和橫軸的相對側(cè)上的碼元，所述兩個(gè)預(yù)定位具有相反值，并且其中對于兩個(gè)預(yù)定位中的每個(gè)位，一個(gè)軸一側(cè)上的碼元具有設(shè)置在第一二進(jìn)制值上的預(yù)定位，在該軸另一側(cè)上的其余碼元具有設(shè)置在第二二進(jìn)制上的預(yù)定有效位。
8.根據(jù)權(quán)利要求5的設(shè)備，其中由組合邏輯所確定的一個(gè)或多個(gè)特性包括解調(diào)碼元的符號，解調(diào)碼元相對于碼元的卡諾映射坐標(biāo)軸以及相對于該軸上的預(yù)定值的位置信息。
9.根據(jù)權(quán)利要求5的設(shè)備，其中多個(gè)第一相加設(shè)備被平行配置，并具有由第一時(shí)鐘控制的輸出；多個(gè)多路復(fù)用器被并行配置，并具有由第二時(shí)鐘控制的輸出；和多個(gè)第二相加設(shè)備被并行配置，并具有由第三時(shí)鐘控制的輸出。
10.根據(jù)權(quán)利要求5的設(shè)備，其中解調(diào)碼元值被格式化為具有符號位、一個(gè)或多個(gè)整數(shù)位和一個(gè)或多個(gè)分?jǐn)?shù)位的兩個(gè)補(bǔ)碼；和其中接收機(jī)部分被配置用以將碼元值分割成符號位、一個(gè)或多個(gè)整數(shù)位、一個(gè)或多個(gè)分?jǐn)?shù)位，并推導(dǎo)出該碼元的絕對值。
全文摘要
一種為在通信系統(tǒng)中發(fā)送的M進(jìn)制QAM調(diào)制碼元中的每個(gè)位有效地計(jì)算對數(shù)似然比的方法和設(shè)備。該方法和設(shè)備使用QAM碼元坐標(biāo)的正方形卡諾映射的特性來減少為一個(gè)解調(diào)碼元中的每個(gè)位確定對數(shù)似然比所需的距離計(jì)算次數(shù)。計(jì)算次數(shù)的減少導(dǎo)致確定對數(shù)似然比所需時(shí)間的明顯減少,尤其對于高級別的M進(jìn)制QAM系統(tǒng)更為顯著。
文檔編號H04L27/38GK1375953SQ0210709
公開日2002年10月23日 申請日期2002年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月12日
發(fā)明者格雷戈里·阿加米, 羅伯特·約翰·科克, 羅恩·羅塔斯坦因 申請人:摩托羅拉公司