专利名称：：为qam-ofdm调制信号产生对数似然比的方法
技术领域：
：本发明涉及通信系统，更具体地，本发明涉及通信系统的接收机中的解调和译码技术。
背景技术：
：作为具有高效频谱利用率的技术，正交频分复用(OFDM)和高阶正交幅度调制(M-QAM)技术常常被用于多媒体宽带无线通信系统[1.移动多媒体广播第1部分广播信道帧结构、信道编码和调制.中华人民共和国广播电视电影行业标准GY/T200.1-2006;2.数字电视地面广播传输系统帧机构、信道编码和调制，中华人民共和国国家标准GB20600-2006,2006.];此类系统一般还采用Turbo码或LDPC码等强力差错控制编码技术来提升系统的抗干扰能力。为达到良好性能，此类译码器一般采用迭代译码，译码时需要输入比特软信息。QAM解调的目的就是计算比特软信息。一般来讲，比特软信息可以用对数似然比(LLR)来表示。比特对数似然比定义如式(l)所示，八卜h/d輔,","1，…0)(1)其中，P(bkj=m|r(n)，n=k,k-1...,0)表示接收到信号为r(n)(n=k,k-l"..，0)的条件下，第k个载波符号中菊比特bk广m(n^O,l)的概率。k=log2M,M为星座空间的点数。进入信道估计模块之前的接收信号复包络可以表示为r(k)=H(k)*X(k)+n(k)(2)其中H(k)为信道频率响应，n(k)表示噪声。假设噪声为均值为0，方差为^的高斯噪声，星座点中每个符号的发送概率相等，即均为1/M。经过运算后，式(l)可以表示为Zexp{-1-歸)《I2/2cr2}2>xp{-1,-柳)&卩/2ct2}&s{S:6y=0)从上式中可以看出，为了计算对数似然比，需要准确的估计噪声功率和信道响应。对高阶QAM星座来说，对数似然比的计算量非常大，不易于硬件实现。一般都是利用式(4)所示的对数域近似公式来得到简化的近似LLR，该近似公式成立的条件是累加和式主要由其最大子项决定，在具有较高信噪比的信道中这一点往往成立InZjexp{Zj}=maXjln(exp{Zj})=maXjZj,(4)这样，A(6t/)=max['、'-^——^~]一m'ax[-1、,'111fminI2-,min|-柳)卩实际还经常忽略噪声因子，得到式(6):A(D=,I-糊SI2-,,I-糊《I2(6)为了减少乘法操作，式(6)可以写成式(7)的形式mini巡一s,卩一min|I—&卩].刚2()实际中通常都是用公式(7)来计算每个比特的似然比，完成解调的功能。基于公式(7)来计算对数似然比一般有下列问题存在(1)当信噪比较低或在衰落信道情况下，该近似LLR和式(3)计算的理论LLR存在较大的误差。这种误差会严重降低Turbo/LDPC迭代译码器的性能，尤其是当其采用了非线性操作时，性能下降会更严重。准确的LLR计算对这类译码器非常重要，因为输入的LLR值在通过非线性操作时，其不准确性会被放大，从而导致无法接受的译码性能。(2)该近似LLR的范围受信道因子的幅度影响非常大，而信道条件变化迥异，这会导致译码结果在不同信道条件下的不稳定性。。)还有一些方法是应用于低阶QAM调制的单载波CDMA系统，并不适于高阶QAM调制的OFDM系统。和单载波系统不一样的是，多载波OFDM系统中不同的子载波会受到不同的信道衰落影响，OFDM系统中信道估计也相对简单。这些特性在计算LLR时都可以被利用起来。
发明内容本发明的目的是提供一种为QAM-OFDM调制信号计算比特对数似然比的新方法。为实现上述目的，一种为QAM-OFDM调制信号产生对数似然比的方法，包括步骤a)OFDM接收机为每个QAM子载波符号估计频域信道因子；b)利用估计出的频域信道因子对每个QAM子载波符号进行信道补偿；c)对估计出的频域信道因子进行归一化处理；d)经过归一化处理的信道因子被乘以从查找表中选择的特定縮放因子；e)对经过补偿后的QAM符号进行QAM解映射得到基本比特度量信息；f)将基本比特度量信息乘以经过归一化和缩放处理的缩放因子；g)利用縮放后的软信息査找预加重查找表以获取最终的比特对数似然比并输出。本发明是一种通用方法，能够显著提升系统性能，适用于各种现代宽带无线多媒体通信系统。其简单性在于没有复杂计算，易于硬件实现。图l是对数似然比产生框图2是信道因子归一化框图3是QAM解映射框图4是STiMi链路接收机框图5是软信息预加重函数；图6是理想信道估计，P1信道模型下误码率(BER)仿真结果；图7是实际信道估计，P1信道模型下误码率(BER)仿真结果。具体实施方式本发明的结构框图如图(l)所示，主要由OFDM接收机，信道因子归一，QAM解映射,縮放因子査找表，预加重函数查找表等几部分组成。下面按照操作流程说明每一部分的原理和作用。(l)OFDM接收机OFDM接收机通过快速傅立叶变换(FFT)把接收到的时域信号转换为频域数据,每个频域数据对应OFDM符号中的一个子载波，若干个子载波数据组成一个OFDM符号,其中的导频子载波被送到OFDM接收机中的信道估计模块来估计一个OFDM符号中每一个数据子载波对应的信道频率响应。这个估计值然后被用于数据补偿和软信息计算。其中信道补偿可用式(8)表示K就是接收到的频域子载波符号经过补偿后的值。采用这种补偿方法的一个好处是可以降低后续QAM符号解映射模块的复杂度。(2)信道因子归一众所周知,准确的QAM符号解映射需要用到信道状态信息，但变化迥异的信道条件可能导致解映射后的软信息范围变化非常大,从而影响译码器判决性能。在本发明中,估计出来的信道频率响应的幅度值归一后再用于软信息的计算。为了平滑突发响应，这个归一操作可通过如图(2)所示的参考电平为1的自动增益控制(AGC)模块来完成。这个归一化操作可以减少解映射性能严重依赖于信道条件的情况，也有利于后续软信息縮放的操作。正如后面的仿真曲线可以看到的结果一样，正是这一点保证了在恶劣信道条件下，本发明产生的软信息用于信道译码时，依然有很好的误码率性能。(3)QAM符号解映射按照式(8)补偿后的数据(^)被送到QAM解映射模块来产生基本的比特度量软信息。QAM符号解映射可以用式(9)表示，图(3)显示了一种QAM解映射结构图，本地星座点U)按照当前比特位置为0或1分成两组,然后分别求出当前处理信号y与这两组信号的最小距离，他们的差即为基本比特度量信息(A'(D)。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>(9)(4)软信息縮放2在本发明中，基本的比特度量信息被归一化的信道增益(^)加权后，还被乘以一个縮放因子(/),这个过程可以用式(10)表示。这种縮放的目的是为了使近似计算得到的软信息的值空间和式(3)计算的软信息值空间更加相近。从而使得利用本发明产生的软信息也可用于有非线性操作的迭代译码器译码，这一措施可以进一步改善系统的误码性能。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>(io)縮放因子(p)的大小由系统调制编码参数,和信道条件等因素决定。在实际中,我们可以利用式(ll)所示的公式来初步选择这个值,然后通过对最差的信道条件仿真优化来调整这个值的大小。其中，cr是系统码率如1/2,3/4等。《是星座中偏0星座点和偏1星座点之间的归一化距离的一半，M-QAM的《可以通过式(12)计算得到。表(l)列出了几种典型方形星座的距离。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>表(l):几种典型星座的《M<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>(5)软信息预加重从QAM解映射模块输出的比特度量值被乘以经过归一化和缩放处理的信道增益后,再用来查找一个预先设定的査找表来获取最后的对数似然比(LLR)值，这一过程可用式(13)表示，这个预设置的函数f(.)用来对LLR的分布进行预加重调整:绝对值较小的LLR,由于可靠性低,就让其分布更加模糊,绝对值较大的LLR，由于可靠性高，就让其分布更加清晰。这样可以提高迭代译码器的性能。A(、)=/(13)本发明的一个实例应用是卫星地面交互多业务基础设施[l](简称为STiMi)接收机。其结构如图(4)所示。来自射频前端的信号经过自动增益调整后被送往同步模块；同步模块对其进行时域和频域定时调整，快速傅立叶变换后，频域OFDM符号经过解扰码，然后被送往信道估计和补偿模块；估计出的信道增益以及利用本发明中需求的方法补偿后的QAM符号被送到比特最大似然比计算模块，该模块运用本发明提供的方法计算比特软信息，产生的软比特流经过比特解交织模块后，输入到LDPC码译码器，最后经过RS码译码，数据流被输出到应用处理引擎，供上层应用程序使用。在整个接收过程中，控制模块接收链路上的信令消息，控制所有子模块的开关，以达到节省功耗的目的。该系统中信号调制方式可以是BPSK,QPSK，16QAM中的一种，内码LDPC码率为l/2或3/4，码长为9216;外码采用码长为240字节的RS(240,K)码，K可以为240,224,182,176中的一种。数据信号FFT点数为4096(8MHz带宽模式)或1024(2MHz带宽模式)。我们用C语言搭建了一个针对该系统的全链路仿真器，在仿真中选择的縮放因子(/)如表2所示，所采用的软信息预加重函数如图(5)所示。信道模型分别选用该规范中指定的各种信道模型，一系列各种条件下的仿真结果都证明了本发明的有效性。图(6)和图(7)仅显示了在8MHz带宽模式，DVB-T便携接收信道模型P1下，16QAM，1/2码率的仿真结果，图(6)显示的是采用理想信道估计的结果，图(7)显示的是采用实际的信道估计的结果。从这两幅图中可以看出，本发明提出的新方法可以显著提升系统误码性能，与利用公式7的传统方法相比，大约有1.0dB的增益。表(2):缩放因子(/)査找表.<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>权利要求1.一种为QAM-OFDM调制信号产生对数似然比的方法，包括步骤a)OFDM接收机为每个QAM子载波符号估计频域信道因子；b)利用估计出的频域信道因子对每个QAM子载波符号进行信道补偿；c)对估计出的频域信道因子进行归一化处理；d)经过归一化处理的信道因子被乘以从查找表中选择的特定缩放因子；e)对经过补偿后的QAM符号进行QAM解映射得到基本比特度量信息；f)将基本比特度量信息乘以经过归一化和缩放处理的缩放因子；g)利用缩放后的软信息查找预加重查找表以获取最终的比特对数似然比并输出。2.根据权利要求l所述的方法，其特征在于按下式进行信道补偿A=刚2。3.根据权利要求l所述的方法，其特征在于按下式对软信息进行縮放入'(V—o(w)。4.权利要求3所述的方法，其特征在于所述縮放因子(3由下述步骤产生利用公式^=^确定初始值；其中，cr是系统码率，《是星座中偏0星座点和偏1星座点之间的归一化距离的一半；通过恶劣信道条件仿真来优化调整该值。5.根据权利要求l所述的方法，其特征在于按下式得到基本比特度量信勾、i^H應"'"|2。全文摘要一种为QAM-OFDM调制信号产生对数似然比的方法，包括步骤OFDM接收机为每个QAM子载波符号估计频域信道因子；利用估计出的频域信道因子对每个QAM子载波符号进行信道补偿；对估计出的频域信道因子进行归一化处理；经过归一化处理的信道因子被乘以从查找表中选择的特定缩放因子；对经过补偿后的QAM符号进行QAM解映射得到基本比特度量信息；将基本比特度量信息乘以经过归一化和缩放处理的缩放因子；利用缩放后的软信息查找预加重查找表以获取最终的比特对数似然比并输出。本发明是一种通用方法，能够显著提升系统性能，适用于各种现代宽带无线多媒体通信系统。其简单性在于没有复杂计算，易于硬件实现。文档编号H04L1/00GK101471749SQ20071030782公开日2009年7月1日申请日期2007年12月28日优先权日2007年12月28日发明者朴范镇,潘立军,谭敏强申请人:三星电子株式会社;北京三星通信技术研究有限公司