专利名称：采用个别比特加权算法的改进型解调器的制作方法
技术领域：
一般地，本发明涉及数字通信系统，更具体地，涉及采用M相移键控(M-PSK)或M正交幅度调制(M-QAM)的数字通信系统。
背景技术：
数字通信系统承载二进制信息流，并且其质量由于通信信道介质的变化、业务简档变化等等而常常变化。如本领域技术人员所公知的，所述二进制信息可以被分为称为分组(packet)的可管理段，以进行错误检测，以及重新发送数据流的特定部分。分组还被进一步分为称为码元(symbol)的比特集群。例如，用于发送视频会议数据的码元可能包含指定为语音的一比特以及表示视频图像的三比特。码元中的比特数m与信号星座中1位置M之间的关系为M＝2m。
通信系统性能的一种度量为其比特错误率(BER)。BER为在发送期间发生的比特错误的数目，表示为比特总量中比特错误的数目(例如1000比特中的1个错误)。BER与系统信噪比(SNR)成反比。当SNR增加时，BER减少。
M-PSK与M-QAM调制为通信系统中常用的调制技术。在M-PSK调制中，载波在输入数据比特流逻辑状态所确定的不同相位之间变化。M-QAM调制为包含幅度与相位调制的复合调制。M-PSK中的M表示被调制的相位位置数目。在4-PSK系统中，调制4个相位，在16-PSK系统中，调制16个相位。另外，作为例子，在8-PSK调制中，处理3个比特以产生单个相位变化。这意味着8-PSK系统中每个码元都包含3个比特。
在典型的8-PSK通信系统中，二进制数据数字被编码、交织、并且相位调制到载波信号上。然后载波信号通过各种类型的通信信道(诸如空气、同轴电缆、光纤线等等)发送。在接收器处，载波被解调、解交织、并且解码，以生成对原始二进制数据比特的估计值。这些估计值被称为“软值”。
信号星座图用来表示码元中比特的不同组合(8-PSK系统包含3个比特)。每种比特组合映射到星座中的唯一相位角度。在具有8相位的8-PSK系统中，8相位中每一个都表示星座中的45度(如图2所示)。在用于8-PSK星座的常规解调器中，因为星座是对称的，所以解调器对每个比特同等地依SNR进行加权。然而，对于星座的每个比特的相同加权因子进行加权的结果，使解码器SNR受限制的，因此导致较高的BER，这限制了解码器性能。
因此，在M-PSK与M-QAM解码器领域希望有一种改进的解码器设计，其增加解码器SNR，并且由此降低解码器BER并且提高解码器性能。
发明内容
考虑到上述，本发明提供了通过融入个别比特加权算法而改进解调器/解码器性能及其比特错误率、并且由此增加解调器的信噪比(SNR)的电路与方法。公开了一种对解调后码元的软值进行加权的方法与系统。根据调制星座解调输入的码元，以获得与输入码元相关的多个软值。获得至少一个软值的有效信噪比(SNR)，其将被用做解码基准，并且获得所有其他软值的有效SNR。然后，根据每个SNR与基准SNR之间的比值，计算软值的权重集合，其中根据所述比值，将权重应用到软值，以供对其进一步解码。
在一种实施方式中，在量化器之前或之后实现融入个别比特加权算法的定点M-PSK解调器。融入比特加权算法增加了解调器SNR，这进而减少了解调器BER，由此提高了解调器解码器性能。
但是本发明操作的方法与结构、及其其他目的与优点最好从以下结合附图的、对特定实施方式的描述中理解。
图1显示典型通信系统。
图2显示典型8-信号PSK星座图。
图3显示根据本发明第一实施方式，在量化器之前具有个别比特加权的定点解调器。
图4显示图3比特加权模块306的示例详细视图。
图5显示根据本发明第二实施方式，在量化器之后具有个别比特加权的定点解调器。
具体实施例方式
图1显示包含通过通信信道106耦合到接收机104的发射机102的典型通信系统100。二进制数字输入信号108可以表示数字化语音、数字化视频信号、或者来自PC或计算机系统的数字信号。接收机104的输出为对二进制数字输入信号108的估计值124。
发射机102包含编码器模块110，其耦合至交织器模块112，交织器模块112进一步耦合至调制器模块114并且向其提供数据输入。输入到编码器模块110的二进制数字输入信号108是以任何已知格式所排列的数据比特串。虽然在图1中显示的编码器模块110、交织器模块112、以及调制器模块114为分离的设备，但是本领域技术人员应该理解这些模块可以集成到一起作为信号处理系统的一或多个部件。
编码器模块110可以为比特处理设备，其将比特添加到输入的二进制数字数据流108上，以允许在接收机处的错误纠正。交织器模块112也是比特处理设备，其改变来自编码器模块110的比特的时间顺序，以产生修改后的输出流。交织器模块112在比特流中引入了时间分集(time diversity)，而没有在数据流中添加额外的比特。交织用来将突发错误分布在多个信道块上，从而每个块中的错误数目得到限制。
调制器模块114被设计来利用公知的频谱高效调制技术(例如PSK或QAM)以数字方式调制信号。在本发明中，调制器模块114为M-PSK调制器，其中M表示可以由调制器发送的不同比特分组的总数。作为例子，如果M为8，则有8个相位信号。每个比特分组(码元)包含3个比特(N＝log2M)，其中每个比特可以承载不同的比特能量水平。
调制处理将输入的比特映射为码元。一种公知的映射技术称为“格雷映射”。码元只不过就是根据特定调制方案(例如PSK与QAM)调制的数字信号。为了进一步说明，如果以10Khz速度每次发送3比特，则比特速度为30Khz。码元速度也称为波特率，通过将比特速度除以码元中的比特数目来计算。如果每个码元有一个比特，则码元速度为30Khz。如果每个码元有两个比特，则码元速度为15Khz。
信号系统可以使用各种类型的通信信道106，例如空气、同轴电缆、光纤线等等。这些通信信道介质的每一种都具有改变原始发射信号特性的不利效果。如通信理论中所公知的，通过通信信道106传送的数据经受乘积式畸变，例如相位抖动、幅度下降、以及频率移动等，都直接影响发射的信号。
接收机模块104由以下构成解调器模块116、解交织器模块118、以及解码器模块120。接收机模块104通过通信信道106接收所发射的信号122，并且生成包含估计值124的输出信号，该输出信号经过了纠错。
虽然解调器模块116、解交织器模块118、以及解码器模块120在图1中显示为分离的设备，但是它们可以被集成在一起作为信号处理系统的部件。
解调器模块116接收已发射的码元122，并且计算相应于该码元比特的软值。实质上，解调器模块116为将码元转换为比特的部件，换言之，其翻转比特到码元的映射。解交织器模块118将解调器数据比特流重新设置为从编码器模块110输出的相同数据流。解交织器模块118的输出送入解码器模块120。解码器模块120计算每个比特的距离度量集合。最后，解码器模块120生成比特判决124。
图2显示典型的8-信号PSK星座图200。星座图200上8个点中的每一个表示一个已编码的数据码元。星座点的相位角可按照距离I信道轴的度数表示。该星座图200提供了8个相位，用来表示从发射机传送给接收机的数据码元。星座图200上8个星座点中的每一个由3个比特定义(b1，b2，b3)。例如，星座点000具有从I信道轴测量的相位角22.5度，同时每个随后的点从先前星座点再偏离45度(例如001在67.5度，011在112.5度等等)。还应理解在本发明中，虽然图2所示的调制星座是对称的，但是调制星座既可以是对称的，也可是非对称的。
图1所示典型数字通信系统中的一种计算比特估计值(或软值)的方法为采用每比特的对数似然性比(LLR)。然而，完整的LLR计算方法相当复杂，一般以简化形式的计算方法替换。在本例中，欧几里得距离d0与欧几里得距离d1的比值近似于LRR。欧几里得距离为两点之间的直线距离x。当X为收到的信号时，d0为从X到属于0比特值的最近星座点的距离，d1为从X到属于1比特值的最近星座点的距离。
在本例子中，一种特别的方法可利用信号星座对称性来划分信号空间(abs(I)-abs(Q))/√2可以是对于8-PSK信号星座的比特0估计值，其中I为收到信号X的同相分量。同相分量I可以单独是比特1估计值。Q为收到信号X的正交分量。正交分量Q可以单独是比特2估计值。
图3显示根据本发明第一实施方式的改进型数字通信接收机300，其在量化器之前使用具有个别比特加权的解调器302(例如定点解调器)。解调器302由耦合到个别比特加权模块306的解调器电路304构成，个别比特加权模块306进一步耦合到量化器308。解调器302用来处理所发射的信号122。该处理涉及利用个别比特加权模块306的算法，用来计算每个比特估计值(软值)的能量、并且生成在解码之前可应用到软值的一权重集合。解调器302的输出送到如解交织器模块118的典型解交织器，并随后到如解码器模块120的典型解码器以供进一步的信号处理，从而产生估计值124。因为使用该新的个别比特加权方法替换限制SNR的常规相等比特加权方法，所以提高了解码器性能。
8-PSK解调方案根据信号调制星座生成与输入的码元相关的多个软值。个别比特加权算法根据每个软值的SNR与一基准SNR之间的比值来计算软值的权重集合。然后，将所计算的权重应用到软值以供进一步解码。
该个别比特加权方法首先计算一个软值上的一有效SNR，这将被用做解码的一基准SNR。然后，计算所有其他软值的有效SNR。接着根据每个软值的SNR与该基准SNR之间的比值，计算软值的权重集合。最后，根据该比值，将所计算的权重集合应用到软值以供进一步解码。该个别比特加权算法将增加解调制器的SNR，这进而将减少其BER，由此改进解码器性能。
在该例子中，考虑用于图2中对于8-PSK信号星座相同的特殊解调方案(abs(I)-abs(Q))/√2其中，同相分量I与正交分量Q用于比特0、比特1、以及比特2估计。
然后，比特0的有效SNR为SNRbit0＝(c-s)2*a2/2＝0.44Es/N0/2其中c＝a cos(π/8)，s＝a sin(π/8)，Es为信号的比特能量水平，N0为所涉及噪声的能量水平，a＝√6Es/N0。
因此，比特0的有效SNR为SNRbit0＝0.88在Es/N0＝0dB处可以理解的是Es为比特到码元映射之前的比特能量，并且在映射之后(即本发明中的调制)，SNR在比特之间改变。有效SNR为映射之后的SNR。
比特1与2的有效SNR为SNRbit1＝SNRbit2＝(c+s)2a2/4(1+a2/2-(c+s)2a2/4＝0.89Es/N0/2因此，
SNRbit1＝1.78 在Es/N0＝0dB处 以及SNRbit2＝1.78 在Es/N0＝0dB处一个软值的有效SNR将被用做解码所有其他软值的基准SNR。在该例子中，比特1将被用做比特加权算法的基准。因此比特0加权＝√SNRbit0/SNRbit1＝ √0.88/1.78＝0.7；比特1加权＝√SNRbit1/SNRbit1＝ √1.78/1.78＝1；以及比特2加权＝√SNRbit2/SNRbit1＝ √1.78/1.78＝1；如图3所示，解调器模块304提供相应于码元比特的各种软值。当在比特权重模块306中产生了个别权重时，这些权重被应用到从解调器模块304收到的软值。然后，被个别加权后的软值可进一步地量化，以供进一步解交织和/或解码处理。因为每个软值都适当地利用不同权重调整，所以解码处理个别地处理了不同软值，并且改进了解码结果。
图4显示图3比特加权模块306的示例详细视图。权重生成模块402如以上参照图3所述地计算个别权重。权重生成模块402可以是分离的处理模块，但是也可以与接收机的处理器集成在一起，以共享处理能力来生成权重。然后，将权重应用到一混合器404。当软值输入时，应用权重于输入的软值。例如，上述例子中个别不同的权重为0.7、1、1。假定解调器为每个收到的码元依次生成软值，即比特0、比特1、比特2。当软值依次到达乘法器时，乘法器在0.7、1、1之间轮换进而改变系数或权重。
图5显示根据本发明第二实施方式，利用在量化器之后具有个别比特加权的定点解调器502的数字通信接收机500。解调器502由耦合到量化器508的解调器电路504构成，量化器508进一步耦合到个别比特加权模块506。用于个别比特加权模块506的算法与用于个别比特加权模块406中的算法相同，其中为每个比特估计值计算能量，生成权重集合，并且在解码之前将权重集合应用于软值。解调器502的输出送往常规解交织器(例如解交织器模块118)以及常规解码器(例如解码器模块120)以供进一步信号处理。接收机500中修改后的配置具有与接收机400类似的解码器性能参数。
以上说明提供了许多不同的实施方式或者实现本发明不同特征的实施方式。描述了组件与过程的特定实施方式以助于澄清本发明。当然，这些只是实施方式，不是要限制权利要求中所述的本发明。
虽然此处以一或多个具体实例显示并描述了本发明，但是不是要将本发明限于所示的细节，这是因为在不脱离本发明的精神的前提下，在权利要求的范围内，可以进行各种修改或结构变化。相应地，应该广义地、并且以与权利要求所列本发明范围相符的方式理解权利要求。
权利要求
1.一种对解调后码元的软值进行加权的方法，该方法包含根据预定调制星座解调一输入的码元，以获得与该输入码元相关的多个软值；计算该每个软值的有效信噪比；在所计算的有效信噪比中标识一基准信噪比；根据每个有效信噪比与该基准信噪比之间的比值，计算软值的一权重集合，其中根据所计算的比值，将权重应用到软值，以供对其进一步解码。
2.如权利要求1所述的方法，其中调制星座为对称的。
3.如权利要求1所述的方法，其中调制星座为非对称的。
4.如权利要求1所述的方法，还包含在计算有效信噪比之前，量化解调后的输入信号。
5.如权利要求1所述的方法，还包含量化解调后的经加权的软值。
6.如权利要求1所述的方法，其中解调处理使用8相移键控解调方案。
7.一种解调系统，包含解调器电路，用来根据预定调制星座解调一输入的码元，以获得与该输入码元相关的多个软值；个别比特加权模块，用来计算每个软值的有效信噪比，在所计算的有效信噪比中标识基准信噪比，以及根据每个有效信噪比与基准信噪比之间的比值，计算软值的权重集合，其中根据所计算的比值，将权重应用到软值，以供对其进一步解码。
8.如权利要求7所述的系统，其中调制星座为对称的。
9.如权利要求7所述的系统，其中调制星座为非对称的。
10.如权利要求7所述的系统，还包含量化器，用来在计算有效信噪比之前，量化解调后的输入信号。
11.如权利要求7所述的系统，还包含量化器，用来量化经加权的软值。
12.如权利要求7所述的系统，其中解调器电路使用8相移键控解调方案。
全文摘要
公开了一种对解调后码元的软值进行加权的方法与系统。根据调制星座解调一输入的码元，以获得与该输入码元相关的多个软值。获得至少一个软值的有效信噪比(SNR)，其将被用做解码基准，并且获得所有其他软值的有效信噪比。然后，根据每个有效信噪比与基准信噪比之间的比值，计算软值的权重集合，其中根据所述比值，将权重应用到软值，以供对其进一步解码。
文档编号H04L27/06GK1829208SQ20061007542
公开日2006年9月6日 申请日期2006年4月14日 优先权日2005年4月15日
发明者姜仁成, 沈强, 塔伦·K·坦登 申请人:开曼群岛威睿电通股份有限公司