专利名称：基于一维dpc系统的软解调方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及移动通信技术领域，尤其涉及一种基于一维DPC系统的软解调方法和系统。
背景技术：
信道参数的不同，一些发射信道同时具有信道干扰和信道噪声时，发射机可以利用已知的信道干扰重新设计发送信号，使得接收端仅受信道噪声而不受信号干扰的影响， 就像没有信道干扰一样。DPC (Dirty Paper Coding)就是这样一种在发射端对干扰进行预消除的信号处理技术。目前DPC可以用于解决许多重要的通信问题，在备受B3G和4G关注的多输入多输出(Multiple Input Multiple Output, ΜΙΜΟ)传输技术中，DPC是获取多用户MIMO下行链路和容量的最优预编码方法。在多用户MIMO下行链路中，移动台接收信号中的干扰是由基站发送给其他用户的信号产生的，对于发射机而言是已知的，因此，发射机可以利用DPC技术对用户信号进行预处理，从而在发射端消除用户间干扰(Inter-user Interference, IUI)，大大降低接收机的复杂度。但传统DPC解调算法的复杂度是和星座点个数成线性关系，在星座点个数较多的通信系统中，解调算法计算量大，效率较低，由此造成的译码延时也相对增加。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于一维DPC系统的软解调方法和系统，基于本发明，在降低软解调接收复杂度的同时，具有很好的误比特性能。一方面，本发明公开了一种基于一维DPC系统的软解调方法，该方法包括如下步骤发送步骤，将干扰序列叠加到发送信号序列上进行信道编码，获取信道编码器的输出码字；调制步骤，在所述信道编码器的输出码字中，将每m个比特组成一组{Cl，c2，…，cm}，将该Ic1, c2，…，cm}映射到多级正交幅度调制方形星座的一个星座点(uM，uim)；获取映射后的多级正交幅度调制方形星座；其中，映射到Ure的码字比特集合记为i5re，映射到Uim的码字比特集合记为Sim ；且Sre+Sim= {ci;c2,…，cm}，&nl = 0;其中，M=2m，m为编码后每符号包含的比特数，m为正整数；解调步骤，将所述映射后的多级正交幅度调制方形星座拆分成正交的Vi-PAM星座和同相的V^-PAM星座,所述正交的V^-PAM星座和同相的V^-PAM 星座相互独立；扩展步骤，分别对所述正交的 ΡΑΜ星座和所述同相的V^-PAM星座进行扩展，在一维星座图中完成复制和软解调，并在扩展的星座图中计算比特的对数似然比值。另一方面，本发明还公开了一种基于一维DPC系统的软解调系统，包括发送模块、调制模块、解调模块和扩张模块。其中，发送模块用于将干扰序列叠加到发送信号序列上进行信道编码，获取信道编码器的输出码字；调制模块用于在所述信道编码器的输出码字中，将每m个比特组成一组{Cl，c2，…，cj，将该{Cl，c2，…，cm}映射到多级正交幅度调制方形星座的一个星座点(uM，Uiffl)；获取映射后的多级正交幅度调制方形星座；其中，映射到Um的码字比特集合记为Sre，映射到Uhll的码字比特集合记为Sim ；且Sre+Sim= {Cl，c2,…， }入。^ = 0;其中，M = 2m，m为编码后每符号包含的比特数，m为正整数；解调模块用于将所述映射后的多级正交幅度调制方形星座拆分成正交的V^-PAM星座和同相的V^-PAM星座，所述正交的 V^7-PAM星座和同相的V^-PAM星座相互独立；扩展模块用于分别对所述正交的V^-PAM 星座和同相的V^-PAM星座进行扩展，在一维星座图中完成复制和软解调，并在扩展的星座图中计算比特的对数似然比值。相对于现有技术而言，本发明具有如下优势首先，本发明实现了在同相和正交分量上各自独立的计算，相比于传统的软解调对数似然比算法，计算对数似然比值(Log-likelihood ratio, LLR)时，计算量从M的倍数降低为#的倍数。对于实际中常使用的高阶调制系统来说可以大大降低LLR的计算复杂度。其次，和传统的软解调对数似然比算法相比，该方案具有在同等的信道环境下相同的误比特率性能，同时还有利于降低接收机设计复杂度，节省接收端设备所需的各类资源。
图1为本发明一维DPC系统的软解调方法的步骤流程图；图加为一维DPC系统结构框图；图沘为Vi-PAM及其复制后的星座图；图3a为4-QAM调制下DPC系统采用卷积码时的误比特性能曲线；图北为16-QAM调制下DPC系统采用卷积码时的误比特性能曲线；图3c为64-QAM调制下DPC系统采用卷积码时的误比特性能曲线；图如为4-QAM调制下DPC系统采用LDPC码时的误比特性能曲线；图4b为16-QAM调制下DPC系统采用LDPC码时的误比特性能曲线；图如为64-QAM调制下DPC系统采用LDPC码时的误比特性能曲线；图5为利用式(7)计算LLR时所需的计算量；图6为本发明基于一维DPC系统的软解调系统实施例的结构框图。
具体实施例方式为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明。本发明公开了一种基于一维DPC系统的软解调方法，参照图1，该方法包括如下步骤发送步骤S110，将干扰序列叠加到发送信号序列上进行信道编码，获取信道编码器的输出码字；调制步骤S120，在所述信道编码器的输出码字中，将每m个比特组成一组Ic1, c2,…，cm}，将该Ic1, c2，…，cm}映射到多级正交幅度调制方形星座的一个星座点(uM，uim)； 获取映射后的多级正交幅度调制方形星座；其中，映射到Ure的码字比特集合记为 5Μ，映射到Uhll的码字比特集合记为Sim ；且、+Sim= Ic1, C2,…，cj η S,m = 0淇中，M= 2m，m 为编码后每符号包含的比特数，m为正整数。解调步骤S130，将所述映射后的多级正交幅度调制方形星座拆分成正交的 ΡΑΜ星座和同相的V^-PAM星座，所述正交的星座和同相的 ΡΑΜ星座相互独立；扩展步骤S140，分别对所述正交的V^-PAM星座和所述同相的V^-PAM星座进行扩展，在一维星座图中完成复制和软解调，并在扩展的星座图中计算比特的对数似然比值。下面结合附图对本发明的方法加以详细说明。首先，一维DPC的系统模型如图加所示采用M-QAM调制，M是星座点的个数。经过信道编码和调制映射后，要发送的符号记为U。α e (0，1]是一个与SNR有关的常数，将其与s相乘得到部分干扰信号《 S。为了消除干扰，发射机将α s从发送符号u中减去，并利用模△操作约束发送信号的功率。在接收机端，首先将信道输出信号乘以α，然后进行与发射端对称的模△操作，得到接收信号y'。最后M-QAM软解调模块根据y'计算每个码字比特的LLR值，并将其作为初始软信息输入到信道译码器模块。因为α e (0，1]，因此图加所示的方案称为部分干扰预消除(Partial Interference Presubtraction，PIP)，并且最优的 α 值为 α = SNR/(SNR+1)。随着 SNR 的增加，α逐渐趋近于1，因此，可以省略发射端的乘α操作，从发射消息中减去整个干扰，即 u-s0为了与PIP方案进行对比，这一方案又称为完全干扰预消除(Complete Interference Presubtraction, CIP)。CIP方案可以看作是PIP方案在α = 1时的特例。PIP方案的性能高于CIP方案，但随着SNR的增加其性能差距将越来越小。M-QAM的调制符号为复数信号，用实值对(UM，Uim)表示其实部和虚部的值，其取值集合为
f-VM+1. -^M+3 .Λ模Δ操作是在复数信号的实部和虚部分别进行的，发送信号为xre = (ure-a sre) mod Δxim = (uim-a SJ mod Δ (2)模Δ操作后的接收信号为y' re = (a xre+a sre+a zre) mod Δ = (ure_ (1_ a ) xre+a zre) mod Δy' im= (a Xim+a Sim+a ZJ mod Δ = (uim-(1-a) Xim+a zim) mod Δ (3)其中，Zre和Zim是同相和正交方向的独立高斯噪声，均值为零，方差为4。从式(3) 中可以看出，噪声已不再是单纯的高斯噪声，而是两个独立噪声的叠加，将叠加得到的复合噪声记为L = -(1 - )χ + 0^,和1 = "(1 - + 。因此，接收信号可以简记为y're = (ure + zJ mod Δy'n, = (uim + ^iJ mod Δ⑷从式(4)可以看出，接收信号(y' re, y' im)不是简单的在调制符号(UM，Uiffl)上叠加噪声得到的，且噪声也不是单纯的高斯噪声，因此不能利用常规的软解调方法计算比特的LLR值。针对CIP系统提出本发明根据M-QAM方形星座的映射关系，可以将其拆分成正交和同相两个独立的 V^r-PAM信号，并在一维V^r-PAM星座上完成复制和LLR的计算过程，使LLR的计算量为‘倍数。
对于任意M-QAM方形星座，星座点(ure，uim)的实部和虚部均可以独立地进行映射， 因此，码字比特{Cl，C2,…，CfflI可以分成两部分，将映射到Ure的码字比特集合记为 5Μ，映射到Uim的码字比特集合记为Sim。从式(4)可以看出，接收信号(y' re,y' im)的实部和虚部分别受到两个独立噪声的影响，Sm中的码字比特只需依赖y' 进行软解调，Sim中的码字比特只需依赖y' ^进行软解调。因此，M-QAM的软解调可以分解成同相和正交两个独立的V^r-PAM的软解调，因同相与正交方向的解调过程类似，故以同相V^r-PAM为例阐述解调过程。根据星座扩展的思想，将同相V^-PAM星座以Δ为间隔沿实轴正负方向各复制一次。例如，图2b给出了 4-QAM的成员Vi-PAM信号复制后的星座图。经过复制后，星座点扩大到个，码字比特Ci = 0和Ci = 1分别对应个星座点。令表示Ci = 0对应的星座点集合，&，,表示Ci = 1对应的星座点集合，则Sm中每个码字比特的LLR为
权利要求
1. 一种基于一维DPC系统的软解调方法，其特征在于，该方法包括如下步骤 发送步骤，将干扰序列叠加到发送信号序列上进行信道编码，获取信道编码器的输出码字；调制步骤，在所述信道编码器的输出码字中，将每m个比特组成一组{Cl，C2,…，cj, Ci为编码后的码字比特，将该Ic1, C2,…，cj映射到多级正交幅度调制方形星座的一个星座点(ure，Uiffl)；获取映射后的多级正交幅度调制方形星座；其中，映射到Um的码字比特集合记为Sre，映射到Uim的码字比特集合记为Sim ；且Sre+Siffl = Ic1, c2,…，cj η Sim =0., 其中，M = 2m，m为编码后每符号包含的比特数，m为正整数；解调步骤，将所述映射后的多级正交幅度调制方形星座拆分成正交的 ΡΑΜ星座和同相的Vi-PAM星座，所述正交的Vi-PAM星座和同相的Vi-PAM星座相互独立；扩展步骤，分别对所述正交的 ΡΑΜ星座和所述同相的V^-PAM星座进行扩展，在一维星座图中完成复制和软解调，并在扩展的星座图中计算比特的对数似然比值。 一种基于一维DPC系统的软解调系统，其特征在于，包括发送模块，用于将干扰序列叠加到发送信号序列上进行信道编码，获取信道编码器的输出码字；调制模块，用于在所述信道编码器的输出码字中，将每m个比特组成一组{Cl，C2,…， cm}，将该Ic1, C2,…，cj映射到多级正交幅度调制方形星座的一个星座点(ure，Uiffl)；获取映射后的多级正交幅度调制方形星座；其中，映射到Ure的码字比特集合记为SM，映射到Uim 的码字比特集合记为Sim ；且Sre+Siffl = Ic1, c2,…，cj η = 0 ；其中，M = 2m，m为编码后每符号包含的比特数，m为正整数；解调模块，用于将所述映射后的多级正交幅度调制方形星座拆分成正交的V^-PAM星座和同相的Vi-PAM星座，所述正交的Vi-PAM星座和同相的Vi-PAM星座相互独立；扩展模块，用于分别对所述正交的 ΡΑΜ星座和同相的V^-PAM星座进行扩展，在一维星座图中完成复制和软解调，并在扩展的星座图中计算比特的对数似然比值。
全文摘要
本发明公开了一种基于一维DPC系统的软解调方法和系统。该方法将方形M-QAM星座拆分成正交和同相两个独立的信号，对星座进行扩展，在一维星座图中完成复制和软解调的过程，并在扩展的星座图中计算比特的对数似然比值。基于本发明，在降低软解调接收复杂度的同时，具有很好的误比特性能。
文档编号H04L27/34GK102355446SQ20111018138
公开日2012年2月15日 申请日期2011年6月30日 优先权日2011年6月30日
发明者杨维, 樊婷婷, 许昌龙, 阳振华 申请人:北京交通大学