专利名称：基于复数空间的星座图的软比特数字解调方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及数字信息传输技术领域，尤其涉及一种基于复数空间的星座图的软比特数字解调方法及装置。
背景技术：
在现代的无线通信系统中，信道编码和数字调制技术直接决定了通信系统误码率高低，即系统性能的好坏。在3G移动通信系统和后3G的LTE系统中，卷积编码和Turbo编码，QPSK调制、16QAM调制以及64QAM调制都是主要的信道编码和数字调制技术。在接收机，信道译码器的输入是经过数字解调后的信号，解调后的信号可以是硬比特，也可以是软比特，但软比特相对于硬比特作为译码器的输入会大大降低误码率，因此几乎所有的实际 系统都会构造软比特。软比特定义的有效性直接关系到接收机性能。译码器输入的软比特一般是通过定义和计算比特级的对数似然比LLR(Loglikelihood Ratio)来代替的。但LLR定义的方式各不相同，在LLR定义中对实际系统的考虑也不相同，从而在实际应用时不同定义方式的LLR将导致接收信号的LLR在接收机测量和判决真实发射信号性能上的差异。此外，LLR表示的复杂程度也无疑影响接收系统硬件和软件实现复杂度。现有技术中比特级的对数似然比LLR —般比较复杂，从而增加了接收系统硬件和软件实现的复杂度，影响了接收机的性能。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中比特级的对数似然比较复杂会影响接收机性能的缺陷，提供一种可提供简单的对数似然比的基于复数空间的星座图的软比特数字解调方法及装置。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种基于复数空间的星座图的软比特数字解调方法，包括以下步骤SI、接收来自发射机的接收信号并对其进行信道估计和信道均衡，所述接收信号为复数空间的星座图中的多个星点复数符号，每个星点复数符号对应星座图上的编码数据比特组合；S2、根据所述星点复数符号构造原软比特函数F1，该原软比特函数的符号函数Cl=Sign (Fl)的值满足所述星座图编码数据比特组合与星点复数符号的对应关系；S3、计算所述星点复数符号经过信道估计和信道均衡后的输出信号的噪声方差和均衡参数；S4、根据所述噪声方差和均衡参数对所述原软比特函数Fl进行修正，得到解调输出软比特函数F2 ；S5、根据所述解调输出软比特函数F2，得到该解调输出软比特函数F2在其符号函数C2=sign (F2)不同取值条件下的似然函数，并计算所述似然函数的对数似然比；
S6、对所述对数似然比进行简化，并将简化的结果作为信道译码器的输入软比特，以通过信道译码器进行译码。本发明所述的基于复数空间的星座图的软比特数字解调方法中，所述原软比特函数Fl为一阶线性函数。本发明所述的基于复数空间的星座图的软比特数字解调方法中，步骤S2中所述构造原软比特函数Fl具体为根据星点复数符号的实部和虚部定义L个原软比特函数，其中L=Iog2M, M为所述接收信号的进制，且为大于I的正数。本发明所述的基于复数空间的星座图的软比特数字解调方法中，步骤S6中对所述对数似然比进行简化具体通过对所述星点复数符号的实部和虚部的分布取均值来进行简化。本发明所述的基于复数空间的星座图的软比特数字解调方法中，所述星点复数符号均经能量归一化。·提供一种实现基于复数空间的星座图的软比特数字解调的装置，包括接收模块，用于接收来自发射机的接收信号，所述接收信号为复数空间的星座图中的多个星点复数符号，每个星点复数符号对应星座图上的编码数据比特组合；信道估计和均衡器，用于对所述接收信号进行信道估计和信道均衡；原软比特函数构造模块，用于根据所述星点复数符号构造原软比特函数F1，该原软比特函数的符号函数Cl=Sign (Fl)的值满足所述星座图编码数据比特组合与星点复数符号的对应关系；参数计算模块，用于计算所述星点复数符号经过信道估计和信道均衡后的输出信号的噪声方差和均衡参数；修正模块，用于根据所述噪声方差和均衡参数对所述原软比特函数Fl进行修正，得到解调输出软比特函数F2;对数似然比计算模块，用于根据所述解调输出软比特函数F2，得到该解调输出软比特函数F2在其符号函数C2=sign (F2)不同取值条件下的似然函数，并计算所述似然函数的对数似然比；简化模块，用于对所述对数似然比进行简化，并将简化的结果作为信道译码器的输入软比特。本发明所述的装置中，所述原软比特函数构造模块构造的所述原软比特函数Fl为一阶线性函数。本发明所述的装置中，所述原软比特函数构造模块具体用于根据星点复数符号的实部和虚部定义L个原软比特函数，其中L=Iog2M,M为所述接收信号的进制，且为大于I的正数。本发明所述的装置中，所述简化模块对所述对数似然比进行简化具体通过对所述星点复数符号的实部和虚部的分布取均值来进行简化。本发明所述的装置中，所述星点复数符号均经能量归一化。本发明产生的有益效果是本发明通过对接收来自发射机的接收信号并对其进行信道估计和信道均衡，根据星点复数符号构造原软比特函数F1，该原软比特函数的符号函数Cl=Sign (Fl)的值满足星座图编码数据比特组合与星点复数符号的对应关系，所构造的原软比特函数具有较大的灵活性；计算星点复数符号经过信道估计和信道均衡后的输出信号的噪声方差和均衡参数；根据噪声方差和均衡参数对原软比特函数Fl进行修正，得到解调输出软比特函数F2 ;根据解调输出软比特函数F2，得到该解调输出软比特函数F2在其符号函数C2=sign (F2)不同取值条件下的似然函数，并计算似然函数的对数似然比；对对数似然比进行简化，并将简化的结果作为信道译码器的输入软比特，以通过信道译码器进行译码。本发明中接收机中比特级的对数似然比值充分考虑了信道均衡对信号的影响，简化后的对数似然比计算简单，提高了接收机的性能，且便于软、硬件的实现。
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中图I是本发明实施例的基于复数空间的星座图的软比特数字解调方法流程图；
图2是本发明实施例经QPSK调制的星座图；图3是本发明实施例经16QAM调制的星座图；图4是本发明实施例基于16QAM调制的星座图的软比特数字解调方法的主要流程图；图5是本发明实施例的实现基于复数空间星座图的软比特数字解调装置结构示意图。
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。如图I所示，本发明实施例基于复数空间的星座图的软比特数字解调方法，包括以下步骤SI、接收来自发射机的接收信号并对其进行信道估计和信道均衡，接收信号为复数空间的星座图中的多个星点复数符号，每个星点复数符号对应星座图上的编码数据比特组合；S2、根据星点复数符号构造原软比特函数F1，该原软比特函数的符号函数Cl=Sign (Fl)的值满足星座图编码数据比特组合与星点复数符号的对应关系；在本发明的一个实施例中可以根据星点复数符号的实部和虚部定义L个原软比特函数，其中L=Iog2M,M为接收信号的进制，且为大于I的正数。S3、计算星点复数符号经过信道估计和信道均衡后的输出信号的噪声方差和均衡参数；S4、根据噪声方差和均衡参数对原软比特函数Fl进行修正，得到解调输出软比特函数F2 ；S5、根据解调输出软比特函数F2，得到该解调输出软比特函数F2在其符号函数C2=sign (F2)不同取值条件下的似然函数，并计算似然函数的对数似然比；S6、对对数似然比进行简化，并将简化的结果作为信道译码器的输入软比特，以通过信道译码器进行译码。
本发明的一个实施例提出了一种简单有效的采用比特级对数似然比来构造软比特的方法。该方法首先假设发射机采用M进制的数字调制，可以是PSK调制或者QAM调制，并在基带调制的星座图上建立了每L=Iog2M个比特与一个星点复数符号一一映射的关系，其中M为大于I的正数。如图2所示，为经QPSK (Quadrature Phase Shift Keying正交相移键控)调制的星座图，图中给出了 4个星座复数符号分别对应两个比特的映射关系。假设星座图上的复数表示为X = xK+jXl，且符号的能量进行归一化，即平均的符号能量满足Es= I。对于M进制的调制，每个复数符号对应L= Iog2M个比特(bit)，假设从左到右依次表示Idci,…，bu。例如QPSK调制，M=4, L=2,对第I象限的星点对应的复数,能量归一化后表示为x =古+ ■/古，对应比特bQ = 0, bj = O。为方便,可使I和0表示的2进制比特通过C1 = 2brl转化为I和(-1)表示。对应每个C1定义如下的原软比特函数，一个由xK和X1构造的一阶线性函数，f1 (X) = f1 (xE, X1)(I)满足C1 = sign (fx (xE, X1)), 1=0,, L-I(2)其中“sign ()”表示取符号运算。称满足(2)式的f\(x) = fx (xE, X1)为比特C1的“原软比特”。考虑通信系统接收机在基带的信号表示，假设对发射属于星座图中复数集合的任意一个星点复数符号X，接收机采用信道估计和信道均衡后，输出的信号表示为y = Ax+n(3)其中A为一个正的实数，即上文所说的均衡参数。n为复的加性高斯白噪声(AWGN)，实部和虚部分别满足均值为0，方差为O 2的高斯分布。需要指出的是，A的大小取决于信道均衡算法，如MRC算法，ZF算法和丽SE算法等。由(3 )得yE = Ax^n1Yi = Axj+n2(4)按照(I)的定义可得fi(y) = fi(yE, Yi)(5)构建函数(5 )，使得当(4)代入(5 )满足f1 (y) = Bf1 (xE, X1) +W(6)其中B是一个正实数，W为0均值的AWGN，其方差<7。的大小与o 2的关系，具体由
^( , X1)的形式决定，将在后续的实例中具体解释和说明。由(2)和(6)得f1 (y) = B I f1 (xE, X1) | C1+! = P C1+!(7)由于W为均值为0的AWGN，由(7)可以进行如下的估计判决C1 = sign(f1(y))(8)因此，把由(7)获得f\(y)称为C1的“解调输出软比特”。对应C1 = I和C1 = _1的似然函数为
权利要求
1.一种基于复数空间的星座图的软比特数字解调方法，其特征在于，包括以下步骤 S1、接收来自发射机的接收信号并对其进行信道估计和信道均衡，所述接收信号为复数空间的星座图中的多个星点复数符号，每个星点复数符号对应星座图上的编码数据比特组合； S2、根据所述星点复数符号构造原软比特函数F1，该原软比特函数的符号函数Cl=Sign (Fl)的值满足所述星座图编码数据比特组合与星点复数符号的对应关系； S3、计算所述星点复数符号经过信道估计和信道均衡后的输出信号的噪声方差和均衡参数； S4、根据所述噪声方差和均衡参数对所述原软比特函数Fl进行修正，得到解调输出软比特函数F2 ； S5、根据所述解调输出软比特函数F2，得到该解调输出软比特函数F2在其符号函数C2=sign (F2)不同取值条件下的似然函数，并计算所述似然函数的对数似然比； S6、对所述对数似然比进行简化，并将简化的结果作为信道译码器的输入软比特，以通过信道译码器进行译码。
2.根据权利要求I所述的基于复数空间的星座图的软比特数字解调方法，其特征在于，所述原软比特函数Fl为一阶线性函数。
3.根据权利要求2所述的基于复数空间的星座图的软比特数字解调方法，其特征在于，步骤S2中所述构造原软比特函数Fl具体为根据星点复数符号的实部和虚部定义L个原软比特函数，其中L=Iog2M, M为所述接收信号的进制，且为大于I的正数。
4.根据权利要求3所述的基于复数空间的星座图的软比特数字解调方法，其特征在于，步骤S6中对所述对数似然比进行简化具体通过对所述星点复数符号的实部和虚部的分布取均值来进行简化。
5.根据权利要求4所述的基于复数空间的星座图的数字解调方法，其特征在于，所述星点复数符号均经能量归一化。
6.一种实现基于复数空间的星座图的软比特数字解调的装置，其特征在于，包括 接收模块，用于接收来自发射机的接收信号，所述接收信号为复数空间的星座图中的多个星点复数符号，每个星点复数符号对应星座图上的编码数据比特组合； 信道估计和均衡器，用于对所述接收信号进行信道估计和信道均衡； 原软比特函数构造模块，用于根据所述星点复数符号构造原软比特函数F1，该原软比特函数的符号函数Cl=Sign (Fl)的值满足所述星座图编码数据比特组合与星点复数符号的对应关系； 参数计算模块，用于计算所述星点复数符号经过信道估计和信道均衡后的输出信号的噪声方差和均衡参数； 修正模块，用于根据所述噪声方差和均衡参数对所述原软比特函数Fl进行修正，得到解调输出软比特函数F2 ； 对数似然比计算模块，用于根据所述解调输出软比特函数F2，得到该解调输出软比特函数F2在其符号函数C2=sign (F2)不同取值条件下的似然函数，并计算所述似然函数的对数似然比； 简化模块，用于对所述对数似然比进行简化，并将简化的结果作为信道译码器的输入软比特。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述原软比特函数构造模块构造的所述原软比特函数Fl为一阶线性函数。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述原软比特函数构造模块具体用于根据星点复数符号的实部和虚部定义L个原软比特函数，其中L=Iog2M, M为所述接收信号的进制，且为大于I的正数。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述简化模块对所述对数似然比进行简化具体通过对所述星点复数符号的实部和虚部的分布取均值来进行简化。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述星点复数符号均经能量归一化。全文摘要
本发明公开了一种基于复数空间的星座图的软比特数字解调方法及装置，其中方法包括步骤对接收来自发射机的接收信号并对其进行信道估计和信道均衡，根据星点复数符号构造原软比特函数F1；计算星点复数符号经过信道估计和信道均衡后的输出信号的噪声方差和均衡参数；对原软比特函数F1进行修正，得到解调输出软比特函数F2；根据解调输出软比特函数F2，得到该解调输出软比特函数F2在其符号函数不同取值条件下的似然函数，并计算似然函数的对数似然比并对其进行简化，将简化的结果作为信道译码器的输入软比特，以通过信道译码器进行译码。本发明可提高接收机的性能，便于软、硬件的实现。
文档编号H04L27/36GK102739576SQ20121023494
公开日2012年10月17日 申请日期2012年7月9日 优先权日2012年7月9日
发明者乐高, 李平安, 焦惠芳, 邱石, 黎广 申请人:武汉理工大学