專利名稱：一種格雷正交幅度調(diào)制下低復(fù)雜度的軟解調(diào)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無(wú)線通信領(lǐng)域，它特別涉及格雷M-QAM調(diào)制下的軟解調(diào)方法。

背景技術(shù)：
在未來(lái)無(wú)線通信中，頻譜資源越來(lái)越寶貴，提高頻譜利用率成為無(wú)線通信系統(tǒng)的一個(gè)主要目標(biāo)。因此，高階調(diào)制技術(shù)M-QAM(多進(jìn)制的正交幅度調(diào)制)由于其高的頻譜利用率而被廣泛使用。格雷映射可以提高系統(tǒng)的誤碼率性能，也被應(yīng)用于現(xiàn)代無(wú)線通信系統(tǒng)中。在具有前向糾錯(cuò)編碼的通信系統(tǒng)中，軟判決算法比硬判的性能有明顯的改善，見(jiàn)文獻(xiàn)F.Tosato and P.Bisaglia，“Simplifed soft-outputdemapper for binary interleaved COFDM with application to HIPERLAN/2，”in Proc.IEEE ICC’02，vol.2，pp.664-668，2002。因此，發(fā)端格雷高階調(diào)制，收端進(jìn)行軟判決解調(diào)(軟解調(diào))的方法已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代無(wú)線通信系統(tǒng)中。
然而，軟解調(diào)算法需要計(jì)算每個(gè)接收信號(hào)的比特似然比信息，因此，其計(jì)算復(fù)雜度很高。這里，先介紹傳統(tǒng)的軟解調(diào)算法中比特似然比的計(jì)算方法，即圖1中的比特似然比計(jì)算模塊7。
發(fā)端采用格雷映射M—QAM調(diào)制(3GPP標(biāo)準(zhǔn)推薦)，則接收信號(hào)的實(shí)部和虛部滿足正交性，且都是

調(diào)制，因此對(duì)均衡后的信號(hào)中的實(shí)部x′進(jìn)行硬判決，得到星座點(diǎn)對(duì)虛部y′進(jìn)行硬判，得到星座點(diǎn)一種硬判決簡(jiǎn)化算法見(jiàn)文獻(xiàn)“C.K，Yuen，A fast analog togray code converter，”in Proceedings of the IEEE，vol.65，pp.1510-1511，Oct.1977. 分別對(duì)實(shí)部，虛部進(jìn)行比特似然比的計(jì)算 其中，LLR(b(x)i)表示實(shí)部的比特似然比，LLR(b(y)i)表示虛部的比特似然比，i表示比特序號(hào)，

表示第i比特是0且與虛部x′歐式距離最小的星座點(diǎn)，

表示第i比特是1且與虛部y′歐式距離最小的星座點(diǎn)；σ2是復(fù)高斯噪聲的功率；根據(jù)硬判結(jié)果，可以得到以下結(jié)論 若則若則 若則若則 利用上述公式在計(jì)算比特似然比的時(shí)候，可以根據(jù)硬判結(jié)果來(lái)確定

或


或

的一個(gè)，但是，另外一個(gè)必須進(jìn)行搜索來(lái)確定，每次搜索都要進(jìn)行

個(gè)歐式距離的運(yùn)算，特別在高階調(diào)制下，該計(jì)算的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度很高。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種格雷正交幅度調(diào)制下低復(fù)雜度的軟解調(diào)方法，它具有的特點(diǎn)是利用硬判符號(hào)與計(jì)算比特似然比所需的所有星座點(diǎn)之間的規(guī)律，通過(guò)硬判符號(hào)直接得到計(jì)算比特似然比所需的星座點(diǎn)，然后利用比特似然比的計(jì)算公式計(jì)算比特似然比，因此該算法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度較低。
為了方便地描述本文的內(nèi)容，首先作一下術(shù)語(yǔ)定義 格雷映射M-QAM調(diào)制帶有格雷映射的M階正交幅度調(diào)制； 格雷映射

調(diào)制帶有格雷映射的

階脈沖幅度調(diào)制； 本發(fā)明提供的一種格雷映射M-QAM調(diào)制下低復(fù)雜度的軟解調(diào)方法，它包含發(fā)端對(duì)發(fā)射信號(hào)的處理步驟和收端對(duì)接收信號(hào)的處理步驟如下，如圖2所示。
所述發(fā)端對(duì)發(fā)射信號(hào)的處理步驟是 步驟1將輸入數(shù)據(jù)依次進(jìn)行編碼1，格雷映射M-QAM調(diào)制2，這樣經(jīng)過(guò)格雷映射M-QAM調(diào)制得到的信號(hào)就是發(fā)射信號(hào)S； 所述收端對(duì)接收信號(hào)的處理步驟是 步驟2將發(fā)射信號(hào)S功率歸一化，經(jīng)過(guò)信道3，得到接收信號(hào)r；通過(guò)接收信號(hào)r進(jìn)行信道估計(jì)4，得到信道沖激a； 步驟3根據(jù)信道沖激a對(duì)接收信號(hào)r進(jìn)行均衡5，得到均衡后的信號(hào)r′，r′＝x′+y′i，其中x′是均衡后信號(hào)的實(shí)部，y′是均衡后信號(hào)的虛部； 步驟4對(duì)經(jīng)過(guò)均衡5得到的信號(hào)r′乘以功率歸一化因子的倒數(shù)還原到調(diào)制星座點(diǎn)，則均衡后信號(hào)的實(shí)部x′是格雷映射

調(diào)制信號(hào)，均衡后信號(hào)的虛部y′也是格雷映射

調(diào)制信號(hào)，然后對(duì)實(shí)部x′和虛部y′均進(jìn)行符號(hào)硬判6，得到實(shí)部硬判符號(hào)和虛部硬判符號(hào)k為整數(shù)，i是比特序號(hào)，

表示

的第i個(gè)比特，

表示

的第i個(gè)比特； 步驟5根據(jù)均衡后的信號(hào)實(shí)部x′和實(shí)部x′的硬判符號(hào)

利用式(3)計(jì)算信號(hào)實(shí)部每個(gè)比特的似然比LLR(b(x)i)，如圖3所示 其中，σ2是接收信號(hào)的噪聲功率，第i個(gè)比特為0且離信號(hào)實(shí)部x′歐式距離最小的星座點(diǎn)

和第i個(gè)比特為1且離信號(hào)實(shí)部x′歐式距離最小的星座點(diǎn)

確定的方法如下 若則而星座點(diǎn)

中的前i-1個(gè)比特與實(shí)部硬判符號(hào)

相同，第i比特為1，第i+1比特為0，其他比特全為1，即 若則而星座點(diǎn)

中的前i-1個(gè)比特與實(shí)部硬判符號(hào)

相同，第i比特為0，第i+1比特為0，其他比特全為1，即 步驟6根據(jù)步驟4得到經(jīng)過(guò)均衡的信號(hào)虛部y′和虛部y′的硬判符號(hào)

利用式(4)計(jì)算實(shí)部每個(gè)比特的似然比LLR(b(y)i)，如圖4所示 其中，σ2是接收信號(hào)的噪聲功率，第i個(gè)比特為0且離信號(hào)虛部y′歐式距離最小的星座點(diǎn)

和第i個(gè)比特為1且離信號(hào)虛部y′歐式距離最小的星座點(diǎn)

確定規(guī)則如下 若則星座點(diǎn)

中的前i-1個(gè)比特與虛部硬判符號(hào)

相同，第i比特為1，第i+1比特為0，其他比特全為1，即 若則星座點(diǎn)

中的前i-1個(gè)比特與虛部硬判符號(hào)

相同，第i比特為0，第i+1比特為0，其他比特全為1，即 步驟7將步驟5中得到的LLR(b(x)i)作為接收信號(hào)r奇數(shù)位的比特似然比，將步驟6中得到LLR(b(y)i)作為接收信號(hào)r偶數(shù)位的比特似然比，將接收信號(hào)r奇數(shù)位的比特似然比和接收信號(hào)r偶數(shù)位的比特似然比一起送入譯碼8判決輸出，經(jīng)過(guò)以上步驟可以實(shí)現(xiàn)格雷正交幅度調(diào)制下低復(fù)雜度的軟解調(diào)方法。
需要說(shuō)明的是 1) 步驟1～步驟7中的編碼1，格雷映射M-QAM調(diào)制2，信道3，信道估計(jì)4，均衡5，符號(hào)硬判6，譯碼8均采用傳統(tǒng)技術(shù)(如圖1所示)； 2) 步驟5～步驟6是低復(fù)雜度的比特似然比計(jì)算模塊9； 3) 步驟3中的格雷映射M-QAM模塊中必須采用3GPP在TR 25.848V4.0.0標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的規(guī)則，如圖5所示；詳情見(jiàn)TR25.848 V4.0.0； 4)步驟4中格雷映射

調(diào)制下接收信號(hào)對(duì)應(yīng)的硬判算法見(jiàn)文獻(xiàn)“C.K，Yuen，A fast analog to gray code converter，”in Proceedings of theIEEE，vol.65，pp.1510-1511，Oct.1977. 本發(fā)明的實(shí)質(zhì)是 根據(jù)格雷碼的鏡像映射原理，利用硬判符號(hào)與計(jì)算比特似然比所需星座點(diǎn)之間的規(guī)律，通過(guò)硬判符號(hào)直接得到計(jì)算比特似然比所需的星座點(diǎn)，避免了傳統(tǒng)方法中用最小歐式距離搜索的方法來(lái)確定星座點(diǎn)，降低了實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度，使之能在高速移動(dòng)通信系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用； 本發(fā)明的創(chuàng)新之處在于 根據(jù)格雷映射M-QAM調(diào)制信號(hào)的特點(diǎn)，計(jì)算接收信號(hào)比特似然比所需星座點(diǎn)

和

直接通過(guò)硬判符號(hào)得到，避免了傳統(tǒng)方法中用最小歐式距離搜索的方法來(lái)確定計(jì)算比特似然比所需的星座點(diǎn)，降低了計(jì)算復(fù)雜度，使得軟解調(diào)方法在未來(lái)移動(dòng)通信系統(tǒng)中能夠得到廣泛應(yīng)用。
本發(fā)明與傳統(tǒng)方法相比，具有以下特點(diǎn) 本發(fā)明方法計(jì)算比特似然比時(shí)，每個(gè)符號(hào)只需根據(jù)硬判符號(hào)即可得到計(jì)算所有比特的似然比所需星座點(diǎn)，而傳統(tǒng)算法每符號(hào)每個(gè)比特的似然比均需要進(jìn)行最小歐式距離的搜索，即

次歐式距離的計(jì)算，因此，本發(fā)明方法避免了復(fù)雜的搜索過(guò)程，大幅度的降低了計(jì)算復(fù)雜度。
本發(fā)明的有益效果是 計(jì)算比特的似然比所需的星座點(diǎn)均可以通過(guò)硬判符號(hào)直接計(jì)算得到，避免了傳統(tǒng)算法中復(fù)雜的最小歐式距離的搜索，降低了實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度，在硬件實(shí)現(xiàn)中降低成本，使得格雷映射M-QAM調(diào)制下的軟解調(diào)方法能在高速移動(dòng)通信系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。



圖1為傳統(tǒng)軟解調(diào)方法的系統(tǒng)框圖 其中1為編碼模塊，2為格雷映射M-QAM調(diào)制，3為信道，4為信道估計(jì)模塊，5為均衡模塊，6為符號(hào)硬判，7為比特似然比模塊，8譯碼模塊； 圖2為本發(fā)明軟解調(diào)方法的系統(tǒng)框圖 其中，1為編碼模塊，2為格雷映射M-QAM調(diào)制，3為信道，4為信道估計(jì)模塊，5為均衡模塊，6為符號(hào)硬判，9為本發(fā)明計(jì)算比特似然比模塊，8譯碼模塊； 圖3為本發(fā)明的軟解調(diào)方法實(shí)部比特似然比計(jì)算模塊流程圖其中，x′表示經(jīng)過(guò)均衡后信號(hào)的實(shí)部，

表示均衡后信號(hào)實(shí)部x′的硬判符號(hào)，且i表示比特序號(hào)，

表示第i個(gè)比特為0且離均衡后信號(hào)實(shí)部x′歐式距離最小的星座點(diǎn)，

表示第i個(gè)比特為1且離均衡后信號(hào)實(shí)部x′歐式距離最小的星座點(diǎn)，

表示

的第i比特，LLR(b(x)i)表示接收信號(hào)實(shí)部第i個(gè)比特的似然比，表示比特位數(shù)； 圖4為本發(fā)明的軟解調(diào)方法虛部比特似然比計(jì)算模塊流程圖 其中，y′表示經(jīng)過(guò)均衡后信號(hào)的虛部，

表示均衡后信號(hào)虛部y′的硬判符號(hào)，且i表示比特序號(hào)，

表示第i個(gè)比特為0且離均衡后信號(hào)虛部y′歐式距離最小的星座點(diǎn)和

表示第i個(gè)比特為1且離均衡后信號(hào)虛部y′歐式距離最小的星座點(diǎn)，

表示

的第i個(gè)比特，LLR(b(y)i)表示接收信號(hào)虛部第i個(gè)比特的似然比，表示比特位數(shù)； 圖5為采用3GPP在TR25.848 V4.0.0標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的格雷M-QAM映射規(guī)則；
具體實(shí)施例方式 下面給出一個(gè)具體的本專利的實(shí)施實(shí)例，需要說(shuō)明的是下例中的參數(shù)并不影響本專利的一般性。
此實(shí)施方法采用了仿真工具M(jìn)ATLAB； 一、發(fā)端 輸入信號(hào)進(jìn)行碼長(zhǎng)為300，碼率為1/2的LDPC編碼后，進(jìn)行格雷映射，然后進(jìn)行16-QAM調(diào)制，再將調(diào)制后的信號(hào)功率歸一化后經(jīng)過(guò)AWGN信道； 二、收端 對(duì)接收信號(hào)依次進(jìn)行信道估計(jì)、均衡，將經(jīng)均衡后的信號(hào)r′＝x′+y′i乘以歸一化因子的倒數(shù)還原到調(diào)制星座點(diǎn)，則實(shí)部x′是4-PAM調(diào)制信號(hào)，虛部y′是4-PAM調(diào)制信號(hào)，再對(duì)實(shí)部x′進(jìn)行符號(hào)硬判得到硬判符號(hào)

對(duì)虛部y′進(jìn)行符號(hào)硬判得到硬判符號(hào)

然后根據(jù)步驟5和步驟6計(jì)算比特似然比，最后將接收信號(hào)的比特似然比輸入到譯碼模塊，通過(guò)譯碼得到判決輸出； 通過(guò)仿真比較，本方法與傳統(tǒng)方法相比，系統(tǒng)誤碼率性能沒(méi)有任何損失，但采用本方法可以直接通過(guò)硬判符號(hào)得到計(jì)算比特似然比所需的所有星座點(diǎn)，相對(duì)于傳統(tǒng)方法每個(gè)比特都要進(jìn)行4次歐式距離的計(jì)算來(lái)確定比特似然比所需的星座點(diǎn)而言，降低了實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度。
權(quán)利要求
1、一種格雷映射M-QAM調(diào)制下低復(fù)雜度的軟解調(diào)方法，它包含發(fā)端對(duì)發(fā)射信號(hào)的處理步驟，
所述發(fā)端對(duì)發(fā)射信號(hào)的處理步驟是
步驟1將輸入數(shù)據(jù)依次進(jìn)行編碼1，格雷映射M-QAM調(diào)制2，這樣經(jīng)過(guò)格雷映射M-QAM調(diào)制得到的信號(hào)就是發(fā)射信號(hào)S；
其特征是它還包含收端對(duì)接收信號(hào)的處理步驟，所述收端對(duì)接收信號(hào)的處理步驟是
步驟2將發(fā)射信號(hào)S功率歸一化，經(jīng)過(guò)信道3，得到接收信號(hào)r；通過(guò)對(duì)接收信號(hào)r進(jìn)行信道估計(jì)4，得到信道沖激a；
步驟3根據(jù)信道沖激a對(duì)接收信號(hào)r進(jìn)行均衡5，得到均衡后的信號(hào)r′，r′＝x′+y′i，其中x′是均衡后信號(hào)的實(shí)部，y′是均衡后信號(hào)的虛部；
步驟4對(duì)經(jīng)過(guò)均衡5得到的信號(hào)r′乘以功率歸一化因子的倒數(shù)還原到調(diào)制星座點(diǎn)，則均衡后信號(hào)的實(shí)部x′是格雷映射
調(diào)制信號(hào)，均衡后信號(hào)的虛部y′也是格雷映射
調(diào)制信號(hào)，然后對(duì)實(shí)部x′和虛部y′均進(jìn)行符號(hào)硬判6，得到實(shí)部硬判符號(hào)和虛部硬判符號(hào)k為整數(shù)，i是比特序號(hào)，
表示
的第i個(gè)比特，
表示
的第i個(gè)比特；
步驟5根據(jù)均衡后的信號(hào)實(shí)部x′和實(shí)部x′的硬判符號(hào)
利用式(3)計(jì)算信號(hào)實(shí)部每個(gè)比特的似然比LLR(b(x)i)
其中，σ2是接收信號(hào)的噪聲功率，第i個(gè)比特為0且離信號(hào)實(shí)部x′歐式距離最小的星座點(diǎn)
和第i個(gè)比特為1且離信號(hào)實(shí)部x′歐式距離最小的星座點(diǎn)
確定的方法如下
若則而星座點(diǎn)
中的前i-1個(gè)比特與實(shí)部硬判符號(hào)
相同，第i比特為1，第i+1比特為0，其他比特全為1，即
若則而星座點(diǎn)
中的前i-1個(gè)比特與實(shí)部硬判符號(hào)
相同，第i比特為0，第i+1比特為0，其他比特全為1，即
步驟6根據(jù)步驟4得到經(jīng)過(guò)均衡的信號(hào)虛部y′和信號(hào)虛部y′的硬判符號(hào)
利用式(4)計(jì)算實(shí)部每個(gè)比特的似然比LLR(b(y)i)，
其中，σ2是接收信號(hào)的噪聲功率，第i個(gè)比特為0且離信號(hào)虛部y′歐式距離最小的星座點(diǎn)
和第i個(gè)比特為1且離信號(hào)虛部y′歐式距離最小的星座點(diǎn)
確定規(guī)則如下
若則星座點(diǎn)
中的前i-1個(gè)比特與虛部硬判符號(hào)
相同，第i比特為1，第i+1比特為0，其他比特全為1，即
若則星座點(diǎn)
中的前i-1個(gè)比特與虛部硬判符號(hào)
相同，第i比特為0，第i+1比特為0，其他比特全為1，即
步驟7將步驟5中得到的LLR(b(x)i)作為接收信號(hào)r奇數(shù)位的比特似然比，將步驟6中得到LLR(b(y)i)作為接收信號(hào)r偶數(shù)位的比特似然比，將接收信號(hào)r奇數(shù)位的比特似然比和接收信號(hào)r偶數(shù)位的比特似然比一起送入譯碼8判決輸出。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種格雷正交幅度調(diào)制下低復(fù)雜度的軟解調(diào)方法，它是根據(jù)格雷碼的鏡像映射原理，利用硬判符號(hào)與計(jì)算比特似然比所需的所有星座點(diǎn)之間的規(guī)律，通過(guò)硬判符號(hào)直接得到計(jì)算比特似然比所需的星座點(diǎn)，避免了傳統(tǒng)方法中用最小歐式距離搜索的方法來(lái)確定星座點(diǎn)，因此，本發(fā)明方法避免了復(fù)雜的搜索過(guò)程，大幅度的降低了計(jì)算復(fù)雜度；在硬件實(shí)現(xiàn)中降低成本，使得格雷映射M-QAM調(diào)制下的軟解調(diào)方法能在高速移動(dòng)通信系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。
文檔編號(hào)H04L27/38GK101437012SQ200710050520
公開(kāi)日2009年5月20日 申請(qǐng)日期2007年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月15日
發(fā)明者林燈生, 箏 李, 悅 肖, 李少謙 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)