專利名稱：：基于軟點的符號譯碼方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及高速無線通信系統(tǒng)中多輸入多輸出系統(tǒng)下的信號檢測方法，更具體地，本發(fā)明涉及一種基于軟點的符號譯碼方法，可適用于各種蜂窩體制下的高速無線通信系統(tǒng)及高吞吐量無線局域網(wǎng)系統(tǒng)，特別適用于高速垂直分層空時系統(tǒng)下的信號檢測。
背景技術：
：不論對于3G移動通信系統(tǒng)，還是未來的超三代通信系統(tǒng)來說，高速通信都是所追求的目標。在檢測方法當中，與最小均方誤差(MMSE)和V-BLAST(貝爾實驗室垂向分層空時)相比，最大似然方法(MLD)在更低的信噪比下可獲得相同的誤碼率或誤塊率，有效地提高了帶寬利用率，滿足高速通信的要求。然而，眾所周知，最大似然方法的復雜度隨著調制點數(shù)和天線個數(shù)成指數(shù)增長。NTT都科摩將QR分解與M算法相結合來實現(xiàn)MLD，可以在不損失性能的前提下，有效地降低運算量，成為頗具前途的研究方法，該方法簡稱為QRM(基于QR分解和M算法)-MLD(最大似然檢測)算法。QRM-MLD算法的原理框圖如圖1所示，QRM-MLD基于多天線系統(tǒng)，接收端具有多個天線，首先QRM-MLD算法利用導頻從接收信號中估計出信道信息，然后根據(jù)各個天線信道衰落的信噪比，按照從小到大的順序對各天線的接收信號以及信道矩陣，重新進行排列。然后QRM-MLD算法對重新排列后的信道矩陣H進行QR分解，從而得到正交矩陣Q和上三角矩陣R。利用Q的共軛矩陣與接收信號相乘，得到向量z。M算法將向量z看作接收信號，矩陣R看作信道，從R的最后一行開始，逐級做M選點的MLD檢測方法，利用矩陣R和向量z的MLD檢測方法，將在下一小節(jié)中詳細介紹。由此，檢測出所有天線發(fā)送的符號及其軟值，然后將軟值輸入Turbo詳碼器實現(xiàn)詳碼。下面將詳細描述QRM-MLD基于M算法的MLD檢測方法。QRM-MLD算法的原理框圖如圖1所示，QRM-MLD基于多天線系統(tǒng)，接收端具有多個天線，首先QRM-MLD算法利用導頻從接收信號中估計出信道信息，然后根據(jù)各個天線信道衰落的信噪比，按照從小到大的順序對各天線的接收信號以及信道矩陣重新進行排列。本節(jié)主要對排序后的處理過程做一簡要介紹。設排序后接收信號為y，信號矩陣為H，y為一個N×1維的列向量，它的第i個元素yi對應了重排后第i個接收天線收到的信號，H的第i行j列的元素分別對應了第i個接收天線到第j個發(fā)射天線間的信道衰落，于是有y＝Hd+n其中n為噪聲信號，d為發(fā)射天線發(fā)送的符號序列QRM-MLD算法對重新排列后的信道矩陣H進行QR分解，從而得到正交矩陣Q和上三角矩陣R。利用Q的共軛矩陣與接收信號相乘，得到向量zz＝QHy＝QHHd+QHn＝QHQRd+QHn＝Rd+QHn然后M算法將向量z看作接收信號，矩陣R看作信道，從R的最后一行開始，逐級做M選點的MLD檢測方法。R為上三角陣，在第一級，符號dN的可選節(jié)點為星座點所有可能取值，設cx為一個候選符號，那么zN與cx的歐式距離為e1，x＝|z1-rN，Ncx|2然后，從所求得的歐式距離中，求解最小的m個節(jié)點，帶到第二級求解進行MLD求解。在第二級中，符號dN-1的可選節(jié)點為星座點所有可能取值，設其中一個候選符號為cy，我們定義em，y，x為基于上一級的第x個生存節(jié)點，m級采用第y個候選符號得到的歐式距離，那么e2，y，x＝|z2-rN-1，Nc1，x-rN-1，N-1cy|+e1，x同理，可以得到各級MLD檢測得到生存節(jié)點。檢測出所有天線發(fā)送的符號后，需要求解其軟值，求每個比特的軟值時，當某個比特在所有節(jié)點中即包含1又包含-1，求其軟值時，從所有的節(jié)點中選擇1對應節(jié)點的最小歐式距離e1選擇-1對應節(jié)點的最小歐式距離e-1，其軟值為兩值開根號后相減，Λb=eb,-1-eb,1]]>對于某些比特在所有生存節(jié)點中所對應的比特均為1或-1(即，非存在比特)，本發(fā)明提出了針對這些比特的基于軟點的軟值計算方法，當所有比特的軟值求解完畢，將其輸入Turbo譯碼器進行譯碼。下面將描述現(xiàn)有技術中存在的問題。經(jīng)過M算法后，得到了MN個節(jié)點，這些節(jié)點中包含了各個發(fā)射天線所發(fā)射符號的MN個最可能取值。如果發(fā)射天線的個數(shù)為N，每B個比特調制為一個符號，這樣每個節(jié)點中包括NB個比特，其某個比特在各節(jié)點中可能為1，也有可能為-1，比如在第i個比特在一些節(jié)點中為1，而在另一些節(jié)點中為-1，也有可能第i個比特在所有節(jié)點中都為1，或都為-1。圖2給出了這種情況的示意圖，在星座圖的16個節(jié)點當中，黑色實心園點表示經(jīng)過M算法選中的節(jié)點，求每個比特的軟值時，當某個比特在所有節(jié)點中即包含1又包含-1，求其軟值時，從所有的節(jié)點中選擇1對應節(jié)點的最小歐式距離e1選擇-1對應節(jié)點的最小歐式距離e-1，其軟值為兩值開根號后相減，這樣比特1的軟值為比特2的軟值為比特4的軟值為而對于第3個比特來說，所有選擇出的節(jié)點對應的比特都為-1，這樣無法按照如上所述的方法進行求解。對于這種情況，NTT都科摩提出了軟值求解的經(jīng)驗公式，如圖3所示，首先得到每個比特所有可能的歐式距離，然后對于節(jié)點中即包括1又包括-1的比特，求解該比特為1時所對應各節(jié)點的最小歐式距離，為-1時所對應各節(jié)點的最小歐式距離，從這兩個最小值中，選擇較大的值，并將對所有這樣的比特(即包含1又包含-1)求解的較大的值求平均，乘以1.5后得到e，如果在歐式距離最小的點中，該比特為1，那么該比特的值為如果在歐式距離最小的點中，該比特為-1，那么該比特的值為同采用硬判斷的Turbo譯碼相比，可以有效的提高誤碼率。然而，這種軟值求解參數(shù)的選取和設置依賴于經(jīng)驗，當環(huán)境(如信噪比，調制方法，碼率等條件)發(fā)生變化時，無法相應做出調整，通用性較差。
發(fā)明內容本發(fā)明提出了基于軟點的QRM-MLD的似然值求解算法，提出了基于軟點的QRM-MLD的似然值求解算法，傳統(tǒng)的方法通過求解星座點與接收信號的距離，來得到各符號中所有比特的軟值，本發(fā)明首先根據(jù)QRM-MLD的檢測結果，得到包含噪聲的某個符號所在位置，然后利用星座點的分布，確定各個比特的軟值，為了保證采用不同方法求得軟值的一致性，本發(fā)明還對所求的軟值進行了修正。根據(jù)本發(fā)明，提出了一種基于軟點的符號譯碼方法，所述方法包括以下步驟確定待譯碼符號在星座圖上的位置以便形成軟點；根據(jù)星座圖上的軟點，按照星座圖上各星座點的對應排列關系來獲得軟點中非存在比特的軟值；以及根據(jù)所獲得的軟點中非存在比特的軟值執(zhí)行譯碼以便獲得待譯碼符號。優(yōu)選地，所述符號譯碼方法應用于QR分解-最大似然檢測。優(yōu)選地，根據(jù)所獲得的軟點中非存在比特的軟值執(zhí)行譯碼以便獲得待譯碼符號的步驟還包括對所獲得的非存在比特的軟值進行修正以使其與存在比特的軟值保持一致；以及將所述修正后的軟值與存在比特的軟值結合在一起來獲得待譯碼符號。優(yōu)選地，按照星座圖上各星座點的對應排列關系來獲得軟點中非存在比特的軟值的步驟包括針對非存在比特在軟點中的比特位置，通過將星座圖上的相鄰連續(xù)的、在所述比特位置上具有相同值的星座點劃分為各星座點組而獲得各星座點區(qū)域；以及計算所述非存在比特相對于其所位于的星座點組區(qū)域與在所述比特位置上具有相反值的另一極性相反星座點組區(qū)域的對稱軸的距離來獲得所述非存在比特的軟值。通過參考以下結合附圖對所采用的優(yōu)選實施例的詳細描述，本發(fā)明的上述目的、優(yōu)點和特征將變得顯而易見，其中圖1是示出了根據(jù)現(xiàn)有技術的QRM-MLD檢測方法的方框圖；圖2是示出了根據(jù)現(xiàn)有技術的利用生存節(jié)點求解軟值的示意圖；圖3是示出了根據(jù)現(xiàn)有技術的對于非存在比特的歐式距離估計方法的方框圖；圖4是示出了V-BLAST系統(tǒng)模型的方框圖；圖5是示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的非存在比特的歐式距離估計方法(即，獲取軟值)的一個示例的示意圖；圖6是示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的非存在比特的歐式距離估計方法的另一示例的示意圖；圖7是示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的非存在比特的歐式距離估計方法的再一示例的示意圖；圖8是示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的非存在比特的軟值計算方法的方框圖。具體實施例方式如上所述，對于某些比特在所有生存節(jié)點中所對應的比特均為1或-1(或0)(即，非存在比特)，本發(fā)明提出了針對這些比特的基于軟點的軟值計算和符號譯碼方法。下面將參考附圖來描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。V-BLAST系統(tǒng)的示意圖如圖4所示，設系統(tǒng)有N個發(fā)送天線，R個接收天線。導頻序列經(jīng)過串并變換，在分層調制/編碼器中生成MIMO系統(tǒng)下的導頻序列，分別從多個天線中發(fā)送出去。在接收端，接收到帶有噪聲的各天線發(fā)射的信號，假設噪聲為高斯白噪聲。各個天線上的信道衰落服從瑞利衰落，只要接收天線或發(fā)射天線不同，則其天線間的信道衰落相互獨立，在接收天線上，各天線接收到的噪聲也服從獨立分布。為了表達簡潔，我們不妨設發(fā)射和接收天線個數(shù)相等，均為N，信號采用16QAM的調制方式。下面將描述基于軟點的軟值計算，這通過估算非存在比特的歐式距離來實現(xiàn)。具體地，本發(fā)明提出了一種基于軟點求解軟值并由此進行符號譯碼的方法，該方法在于求解QRM-MLD檢測后、所有節(jié)點中對應比特為全零或全1(非存在比特)的軟值，其原理框圖如圖8所示。首先，在步驟S801利用接收信號及信道信息，得到包含噪聲的檢測信號，然后在步驟S802根據(jù)所求比特與檢測點在復平面上的x和y坐標的關系，提取檢測點的x坐標或y坐標。檢測點在復平面的位置便被稱為軟點。如果比特的取值與x坐標或y坐標的正負號有關，則將檢測信號的x坐標或y坐標乘以相應符號作為所求比特的軟值；如果比特的取值與x坐標或y坐標的幅度，則將檢測信號的x坐標或y坐標減去相應實數(shù)作為所求比特的軟值。另外，由于對于0，1都存在比特采用的是參考文件(HiroyukiKawai，KenichiHiguchi，NoriyukiMaed等人所寫的“LikelihoodfunctionforQRM-MLDsuitableforsoft-decisionturbodecodinganditsperformanceforOFCDM-MIMOmultiplexinginmultipathfadingchannel”，IEICETrans.Commun.Vol.E88-B，No.1，January，2005，pp.47-57)中的軟值求解方法，為了保證與0，1都存在比特(即，存在比特)軟值的一致性，在步驟S803還需對求得全0和全1比特軟值進行修正和調整。最后，在步驟S804對得到的軟值進行加權，乘以系數(shù)x，得到最終軟值解。下面將參考圖5、圖6和圖7來說明非存在比特的歐式距離估計方法(即，獲取軟值)的示例。下面以16QAM(如圖5和圖6所示)為例說明如何利用檢測信號的位置得到所需比特的軟值的。設16QAM的星座點分布如圖5所示，圖5中的空心圓為檢測到包含噪聲的信號在復平面上的位置rx+jry(即，待譯碼符號)，對于比特0(即，四比特符號的最低位，注意，比特1、2、3的位置依次類推)求解其軟值時，令檢測點的y坐標與y=2/10]]>或y=-2/10]]>相減，即Λ=ry±2/10.]]>如果檢測信號的y坐標大于零，則與y=2/10]]>相減，如果y坐標小于零，則與y=-2/10]]>相減，圖5給出了示意說明。同理可以求得比特2的軟值，為檢測點的x坐標與x=2/10]]>或x=-2/10]]>相減，即Λ＝rx±2。總之，該方法是按照星座圖上各星座點的對應排列關系來獲得軟點中非存在比特的軟值。當這樣來獲得非存在比特的軟值時，需要針對非存在比特在軟點中的比特位置，通過將星座圖上的相鄰連續(xù)的、在所述比特位置上具有相同值的星座點劃分為各星座點組而獲得各星座點區(qū)域；以及計算所述非存在比特相對于其所位于的星座點組區(qū)域與在所述比特位置上具有相反值的另一極性相反星座點組區(qū)域的對稱軸的歐氏距離來獲得所述非存在比特的軟值。例如，如圖5所示，當對位于圖5下方的空心圓所示檢測點求解比特0的軟值時，1111、1011、0011、0111構成了該檢測點所位于的星座點組區(qū)域，而1110、1010、0010、0110構成了另一極性相反星座點組區(qū)域，y=-2/10]]>即為這兩個星座點組區(qū)域的對稱軸。同樣，對于上方的空心圓所示檢測點求解比特0的軟值時，1100、1000、0000、0100構成了該檢測點所位于的星座點組區(qū)域，而1101、1001、0001、0101構成了另一極性相反星座點組區(qū)域y=-2/10]]>即為這兩個星座點組區(qū)域的對稱軸。而當對位于圖5下方的空心圓所示檢測點求解比特2的軟值時，1101、1100、1110、1111構成了該檢測點所位于的星座點組區(qū)域，而1001、1000、1010、1011構成了另一極性相反星座點組區(qū)域，x=-2/10]]>即為這兩個星座點組區(qū)域的對稱軸。對于圖5上方的空心圓所示檢測點情況也是如此。圖6示出了對比特1、3的軟值進行求解的示意圖。如圖6所示，比特1，3的軟值分別對應了檢測信號的y坐標和x坐標，由于在圖6所示的星座圖中，當星座點的x或y坐標大于零時，所對應的比特為0，而當星座點的x或y坐標大于零時，所對應的比特為1，因此，比特1的軟值為y坐標與-1相乘，比特3的軟值為x坐標與-1相乘。在圖6中，對于空心圓所示的檢測點，當求比特1的軟值時，1110、1010、0010、0110、1111、1011、0011、0111構成了該檢測點所位于的星座點組區(qū)域，而1101、1001、0001、0101、1100、1000、0000、0100構成了另一極性相反星座點組區(qū)域，自然，x軸即為這兩個星座點組區(qū)域的對稱軸。當求比特3的軟值時，1101、1100、1110、1111、1001、1000、1010、1011構成了該檢測點所位于的星座點組區(qū)域，而0001、0000、0010、0011、0101、0100、0110、0111構成了另一極性相反星座點組區(qū)域，自然，y軸即為這兩個星座點組區(qū)域的對稱軸。按照如上做法，同理，我們可以在各種調制方式(如BPSK，8PSK，64QAM)由檢測點確定軟值。圖7給出了64QAM的星座圖，比如對于b0，如果檢測點的y坐標小于0，如果其絕對值大于4，則考慮y坐標和y=-6/42]]>間的距離，如果其絕對值小于4，則考慮y坐標和y=-2/42]]>間的距離。其他比特的軟值同理可得，在此不再贅述。下面將描述如何獲得檢測信號在復平面的位置。我們采用迫零算法，利用上三角矩陣的逆與z向量相乘，得到p向量，即p＝R-1z如果全0或全1比特為第i個天線所發(fā)射符號中的某個比特，那么取p向量的第i個元素，令pi為前文所述的檢測信號，利用pi按照前文所述方法，求得所需比特的軟值。由于前文描述的本發(fā)明的軟值計算方法與0，1均存在的比特(存在比特)軟值計算的方法(傳統(tǒng)方法)不同。為此，還需對本文中軟值計算進行調整。設歐式距離最小節(jié)點中各個符號取值為(si1，si2…siN)，其中第j個符號中有個比特為全零或全1比特，需要按照本節(jié)中所述方法求解，得到11令(si1，si2…siN)中第j個元素為零，得到向量s′，令向量p中第j個元素為零，得到向量p′，然后z′＝p′-s′，令z′＝p′-s′中第j個元素元素為11得向量z″，所得歐式距離為e＝‖z″‖本發(fā)明針對V-BLAST系統(tǒng)QRM-MLD檢測方法，提出了基于軟點的QRM-MLD的似然值求解算法，傳統(tǒng)的方法通過求解星座點與接收信號的距離，來得到各符號中所有比特的軟值，本發(fā)明首先根據(jù)QRM-MLD的檢測結果，得到包含噪聲的某個符號所在位置，然后利用星座點的分布，確定各個比特(主要是非存在比特)的軟值，為了保證采用不同方法求得軟值的一致性，本發(fā)明還對所求的軟值進行了修正。盡管以上已經(jīng)結合本發(fā)明的優(yōu)選實施例示出了本發(fā)明，但是本領域的技術人員將會理解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對本發(fā)明進行各種修改、替換和改變。因此，本發(fā)明不應由上述實施例來限定，而應由所附權利要求及其等價物來限定。權利要求1.一種基于軟點的符號譯碼方法，所述方法包括以下步驟確定待譯碼符號在星座圖上的位置以便形成軟點；根據(jù)星座圖上的軟點，按照星座圖上各星座點的對應排列關系來獲得軟點中非存在比特的軟值；以及根據(jù)所獲得的軟點中非存在比特的軟值執(zhí)行譯碼以便獲得待譯碼符號。2.根據(jù)權利要求1所述的符號譯碼方法，其特征在于所述符號譯碼方法應用于基于QR分解和M算法-最大似然檢測。3.根據(jù)權利要求2所述的符號譯碼方法，其特征在于根據(jù)所獲得的軟點中非存在比特的軟值執(zhí)行譯碼以便獲得待譯碼符號的步驟還包括對所獲得的非存在比特的軟值進行修正以使其與存在比特的軟值保持一致；以及將所述修正后的軟值與存在比特的軟值結合在一起來獲得待譯碼符號。4.根據(jù)權利要求1到3任一個所述的符號譯碼方法，其特征在于按照星座圖上各星座點的對應排列關系來獲得軟點中非存在比特的軟值的步驟包括針對非存在比特在軟點中的比特位置，通過將星座圖上的相鄰連續(xù)的、在所述比特位置上具有相同值的星座點劃分為各星座點組而獲得各星座點區(qū)域；以及計算所述非存在比特相對于其所位于的星座點組區(qū)域與在所述比特位置上具有相反值的另一極性相反星座點組區(qū)域的對稱軸的歐氏距離來獲得所述非存在比特的軟值。全文摘要根據(jù)本發(fā)明，提出了一種基于軟點的符號譯碼方法，所述方法包括以下步驟確定待譯碼符號在星座圖上的位置以便形成軟點；根據(jù)星座圖上的軟點，按照星座圖上各星座點的對應排列關系來獲得軟點中非存在比特的軟值；以及根據(jù)所獲得的軟點中非存在比特的軟值執(zhí)行譯碼以便獲得待譯碼符號。文檔編號H04L1/00GK1972173SQ20051012863公開日2007年5月30日申請日期2005年11月24日優(yōu)先權日2005年11月24日發(fā)明者李繼峰,趙錚申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社