用于通信接收机中的软符号处理的方法和装置制造方法
【专利摘要】在一个方面中，本发明通过提供下述有效和准确的技术来改善通信接收机中的Turbo均衡和/或软干扰消除处理，该技术用于根据与定义的调制星座，根据作为幅度控制比特的符号中的仅那些比特的期望比特值的函数来计算例如干扰符号的接收到的符号的二阶矩。有利地，使用将比特LLR映射为相应的双曲正切函数值的LUT来计算至少一个实施例中的期望比特值。此外，根据包括期望比特值的项的线性函数来计算期望符号值，并且从二阶矩和期望符号值的平方来有效地计算软符号方差。特别是在具有非恒定幅度的调制星座的上下文中，该简化的处理降低了接收机的复杂度，并且由此节省了功率和/或提高了设计经济性。
【专利说明】用于通信接收机中的软符号处理的方法和装置
[0001]相关申请
[0002]本申请要求2012年4月24日提交并且被分配了申请号13/454，919的美国发明专利申请的优先权。
【技术领域】
[0003]本发明一般地涉及通信信号处理，并且具体地涉及该上下文中的软符号处理。
【背景技术】
[0004]在Turbo均衡和软干扰消除中，以迭代的方式进行解调和解码。在每次迭代中，信号再生步骤针对每个符号Sn计算软符号(符号的期望值)&以及其方差σ$。软符号可以用于干扰消除，而其方差可以在制定线性均衡系数中使用。这两个量被定义为
[0005]Sn ± E[Sn] = 2?1 %?Fr[Ss = Xi],(Ia)
[0006]* ^[IssIs] - PsIi = 2*?1!?13.Pr[sn = λ.,] - |iy2,(lb)
[0007]其中，M是用于传输的星座的大小，并且Xi是该星座的第i个元素。注意，等式(lb)
的右侧的第一项表示符号值的二阶矩。因此，对于每一个符号Sn，软符号方I σ,2可以通过符号值的二阶矩和符号的期望值来确定。在随机变量的方差、二阶矩和期望值之间的关系在概率和随机过程文献中是公知的。
[0008]信号再生步骤需要符号Sn的概率分布Pr [Sn = Xi], i = O, I,…，M_l,以计算这些量。实际上在每次turbo迭代之后可用于信号再生步骤的是比特对数似然比(LLR)，而不是符号概率分布。第η个符号的第k个比特的比特LLR Bn,k是
[0009]= δΛ-Ι%*=?1
(2)
[0010]使星座中的符号Xi的比特表示是[0011 ] Xt I — [bt, Q，...，bt, q-J (3)
[0012]其中，bt,ke {0,2}并且Q = log2M。定义双极比特1 _ 2.‘fc，使得当bt,k=0时，b' t,k = I，并且当bt,k = I时，b' t,k =-1。然后，可以示出概率PJSn = xt]是
[0013]Fr [Ss = xfj & π!=? PrlBnM = %λ] = cS.sxP 1-- yifk , tsA] ( 4 )
[0014]Cn
[0015]其中，(；是独立于i或k但是取决于η的比例因子。即，其独立于星座，但是必须针对每个符号Sn来计算。
[0016]现有的解决方案涉及高复杂度或过多的不准确性。例如，对于一般16-QAM而言，为了获得的期望值和方差的准确值，必须根据(4)从比特LLR计算对于i = 0，1，...,15的16个概率Pr [Sn = Xi]，然后(Ia)中的软符号，并且最后(Ib)中的方差。注意，(Ia)和(Ib)无法并行进行。首先，必须计算均值，并且然后计算方差。(然而，(Ia)和(Ib)的右侧的第一项的计息可以被并行执行)。均值(Ia)需要16次乘法和15次加法。另一方面，方差(Ib)需要17次乘法和16次加法。
[0017]另一方面，用于计算方差的低复杂度方法是
[0018]or|:? 1-1ffsI2(5)
[0019]该近似给出了其质量随着turbo迭代而劣化的结果，因为E[|Sn|2]变得显著不同于I。近似方差甚至可能是负的，并且需要裁剪(clipping)。
【发明内容】
[0020]在一个方面中，本发明通过提供下述有效和准确的技术来改善通信接收机中的Turbo均衡和/或软干扰消除处理，该技术用于根据符号中的仅如下那些比特的期望比特值来计算接收到的符号，例如干扰符号的二阶矩，那些比特根据与符号相关联的所定义的星座是幅度控制比特。有利地，在至少一个实施例中，使用将比特对数似然比(LLR)映射为相应的双曲正切函数值的查找表来计算该期望比特值。此外，根据包括期望比特值的项来计算期望符号值，并且根据二阶矩和期望符号值的平方来有效地计算软符号方差。特别是在具有非恒定幅度的调制星座的上下文中，该简化的处理降低了接收机的复杂度，并且由此节省了功率和/或提高了设计经济性。
[0021]在一个或多个实施例中，本发明包括一种通信接收机中的软符号处理的方法。该方法包括:从通信接收机中的解码器接收LLR，其对应于由通信接收机接收到的通信信号中的一个或多个干扰符号中的比特。该方法进一步包括:根据相应的LLR来计算针对每个干扰符号中的比特的期望比特值，以及计算针对每个干扰符号的期望符号值的二阶矩。
[0022]有利地，二阶矩计算在使用包括干扰符号中仅如下那些比特的期望比特值的一个或多个项来计算的意义上被简化，那些比特根据所定义的星座的所定义的比特到符号映射是幅度控制比特，该星座被用于调制干扰符号以进行传输。在示例计算中，根据基于干扰符号的幅度控制比特的期望比特值的项(是单个期望比特值的函数或期望比特值的乘积的项)的线性函数来计算二阶矩，并且该方法保留了计算简单性，同时容易适应于具有任意阶或复杂度的非恒定幅度的调制星座。
[0023]在一个或多个实施例中，该方法进一步包括:根据包括干扰符号中的所有比特的期望比特值的项的线性函数来计算每个干扰符号的期望符号值，并且基于针对干扰符号所计算的期望符号值的二阶矩和相应的期望符号值的平方来计算针对每个干扰符号的期望符号值的方差，被称为“软符号方差”。
[0024]此外，在至少一个实施例中，在Turbo均衡器布置中执行该方法。这里，期望符号值，也称为“复数软符号值”被用于再生对应于然后被从接收到的信号提取或以其他方式与接收到的信号组合的干扰符号的接收到的信号分量，以抑制从干扰符号产生的干扰。另外，在一个或多个实施例中，软符号方差被用于生成均衡权重，其然后被用于均衡经干扰消除的接收的信号以进行解调。
[0025]在示例实现中，通信接收机被配置成执行软符号处理，例如，用于Turbo均衡，并且包括被配置成提供这样的软符号处理的一个或多个处理电路。在一个或多个这样的实施例中，一个或多个处理电路(这里也被称为“软调制处理电路”)被配置为从通信接收机中的解码器接收LLR。LLR对应于在由通信接收机接收到的通信信号中的一个或多个干扰符号中的比特，并且一个或多个处理电路被配置成根据相应的LLR来计算针对每个干扰符号中的比特的期望比特值，并且使用包括干扰符号中的仅如下那些比特的期望比特值的一个或多个项来计算针对每个干扰符号的期望符号值的二阶矩，那些比特根据所定义的星座的所定义的比特到符号映射是幅度控制比特。
[0026]一个或多个实施例中的通信接收机被配置为Turbo均衡器，并且包括干扰消除电路以及均衡电路。相应地，软调制处理电路使用根据相应LLR所计算的干扰符号的期望比特值来计算针对那些符号的期望符号值，并且这些期望符号值在干扰消除电路中被使用以再生对应于干扰符号的接收到的信号分量。
[0027]再生的信号被从接收到的信号中减去或者以其他方式与接收到的信号组合以抑制干扰。经干扰抑制的信号在计算均衡权重的均衡电路中被均衡，均衡权重是根据对应于期望符号值的软符号方差被计算的。进而，有利地根据相应的二阶矩和期望符号值来计算那些软符号方差。
[0028]当然，本发明不限于上述特征和优点。实际上，本领域的技术人员在阅读下面的详细描述并且在查看附图时将认识到其他特征和优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]图1-3是已知的调制星座的图，并且图示了由这样的星座针对其构成符号所定义的各种比特到符号映射。
[0030]图4呈现了对应于针对16-QAM星座的已知混合集合划分的表。
[0031]图5是无线通信装置的一个实施例的框图。
[0032]图6是包括在图5的无线通信装置中的通信接收机的一个实施例的其他细节的框图。
[0033]图7是诸如可以在图5和图6的通信接收机中实现的软调制处理的方法的一个实施例的逻辑流程图。
【具体实施方式】
[0034]本示例讨论初始地集中于根据双极比特来推导星座符号的表达及其平方值，如在【背景技术】部分中所定义的。对于给定的星座，这些推导仅需要进行一次，并且所得到的表达例如以硬件在通信接收机中实现和/或以软件编程。在初始推导说明之后，讨论转到示例图示，其示出如何使用所得到的表达来计算针对每个符号的期望值和方差。对于感兴趣的每个接收到的符号重复这样的步骤。这里，“感兴趣”的接收的符号可以是产生干扰的任何符号，自干扰或彼此产生的干扰，期望的符号。
[0035]用于推导的示例方法包括以下动作:
[0036]1.如(7a)和(7b)中一样，根据双极比特b' t,k来获得星座符号Xi的实部和虚部的表达。这通过使用映射规则确定(8a)-(8d)中的u和V系数来进行。
[0037]2.如(15a)和(15b)中一样，根据双极比特b' t,k来获得星座符号Xi的实部和虚部的平方的表达。这通过将在前一步骤中获得的表达求平方来进行。
[0038]关于将推导结果应用于“实时”接收机处理，针对感兴趣的每个接收符号所重复示例处理动作包括以下动作:
[0039]I，.对于第η个符号sn，使用双曲正切函数的查找表来找到对于k =0，...，Q-1，其中，Ln,k是sn的第k个比特的LLR。
[0040]2’.为了计算期望值,对于k = O,..., Q-1,在用tenh pf)'替换b' t,k之后，使用在步骤(I)中获得的表达(7a)和(7b)。这在以下(12)和(13)中所示。
[0041]3’.为了计算方差erf,对于k = 0，...，Q-l，在用替换b' t,k并且减
r<\ s
[0042]去在步骤(2’)中获得的^的平方幅度之后，使用在步骤(2)中获得的表达(15a)和(15b) ο这在(12)和(13)中示出。
[0043]被配置为执行以上刚刚阐述的处理步骤的通信接收机能够非常有效地计算准确的符号的期望值和方差。该有利的处理结果，因为:
[0044]1.不需要在(4)中的概率分布的先验计算。
[0045]2.整体的处理需要比(Ia)和(Ib)中的定义更少的浮点运算。简化增益随着(调制)星座大小增加而增加。
[0046]星座符号通常是由实部和虚部组成的复数
[0047]
xt = 8t{x；}-t-1.31?},( 6 )
[0048]其中是实值,并且属于有限集。例如，对于16-QAM，IfrlI和SfsfI
属于集合根据{V tj0,...，b' t,Q_J来表达丨和?的一般方式是
[0049]
fffr!}.=n,f( 7a)
[0050]
取}? Σ|=滿 OW -., )( 7b )
[0051]其中fqfV u0,..., tn)和 gqfV u0,..., tn)是对比特的所有 q 元组的乘积的线性组合。也就是说
[0052]f0 (b; t,0J..., t.g-1) = u0, g0(b/ t,0，...，!^= v0, (8a)
[0053]
i.) ~ 2f=e%,fc.ι.ψ=.fa、*， ( 8b )
f2 ”.為料)=Σ?^Σ!^?41?2.&^6 ■ ■ y,fes
[0054],，
t-β-.LQ-t} — ^k, =0^&6=k, ■*!,.^
? '( 8c)
fq C-W Μ.^ 勤%.々-!,):* ^￠4."*.W-11) = %.§.?,￠-1 , ”*的々-1,
(8d)。
[0056]任何映射可以以该方式来表达。通过映射规则来定义U和V系数。对于实际星座，仅其中的几个是非零的，如将在后面的示例示出的。使用这些表达式，(Ia)和(Ib)中的软符号及其方差可以表达为比特LLR的函数。
[0057]首先示出软符号&= mn}^ 的表达是有帮助的。它的实部是
[0058]
WJ =* PftBm = StI( 9a )
[0059]
-■.?鳴C-W ?* m Ρφ,κ = %*])
(9b)
[0060]
=?4C-W.?'.1..?.々-!■) * Π|=δ ^t*[^?k = %.&]}
(9c)
[0061]使用恒等式
[0062]2?讀爲'PrlB^: kiA]=—(宇)
，(10 I
[0063]可以示出(9c)的关于RHS的加括号的表达减少为
[0064]
2&ie*-2&i9</fOW…，.nf=tfr 1-- = h.a] -
fq (tanh (亨),觀,tanh
ο
(11 )
[0065]因此，
[0066]
_ = Σ|=δ/;(—...…細 fa(f})( 12 )
[0067]
SR} = I|=J Sq (tanh (^.),...,tanh(13)
[0068]注意在(12)和(7a)的右侧(RHS)之间以及(13)和(7b)之间的类比。该表达是相同的，除了用相应的LLR的一半的双曲正切来替换双极比特中的每一个。因此，可以根据f和g函数的知识以直接方式计算软符号。
[0069]现在考虑符号方差。其可以根据以下来计算
[0070]
【权利要求】
1.一种在通信接收机(20)中的软符号处理的方法(700)，包括: 从所述通信接收机(20)中的解码器(24)接收(702)对数似然比(LLR)，所述对数似然比(LLR)对应于由所述通信接收机(20)接收到的通信信号(50)中的一个或多个干扰符号(14、52)中的比特；根据相应LLR来计算(704)每个干扰符号(14、52)中的比特的期望比特值；以及使用包括所述干扰符号(14、52)中的仅如下那些比特的所述期望比特值的一个或多个项来计算针对每个干扰符号(14、52)的期望符号值的二阶矩，那些比特根据所定义的星座的所定义的比特到符号映射是幅度控制比特，所述所定义的星座被用于调制所述干扰符号(14、52)以进行传输。
2.根据权利要求1所述的方法(700)，其中计算(706)所述期望符号值的所述二阶矩包括根据基于所述符号中的仅如下那些比特的所述期望比特值的项的线性函数来计算每个干扰符号(14、52)的所述二阶矩，那些比特根据所定义的星座是幅度控制比特。
3.根据权利要求2所述的 方法(700)，其中所述线性函数的、基于所述幅度控制比特的所述期望比特值的一个或多个项每一个均是单个幅度控制比特的所述期望比特值的函数或者是多个幅度控制比特的所述期望比特值的乘积。
4.根据权利要求1-3中的任何一项所述的方法(700)，进一步包括:根据包括所述干扰符号(14、52)中的所有比特的所述期望比特值的项的线性函数来计算(708)每个干扰符号(14.52)的所述期望符号值。
5.根据权利要求1-4中的任何一项所述的方法(700)，进一步包括:基于针对干扰符号(14.52)所计算的所述期望符号值的所述二阶矩和相应的期望符号值的平方，来计算针对每个干扰符号(14、52)的所述期望符号值的方差，被称为软符号方差。
6.根据任何一项前述权利要求所述的方法(700)，其中所述软符号处理被作为接收到的通信信号(50)的Turbo均衡处理的一部分而执行，并且其中所述方法进一步包括: 根据对应于所述一个或多个干扰符号(14、52)的所述期望符号值来再生所述接收到的通信信号(50)的信号分量，并且使用所再生的信号分量来抑制接收到的通信信号(50)中的对应于所述一个或多个干扰符号(14、52)的干扰；以及 根据所述软符号方差来计算均衡权重，并且根据所述均衡权重来均衡所接收到的通信信号(50) ο
7.根据任何一项前述权利要求所述的方法(700)，进一步包括:根据将LLR映射成期望比特值的双曲正切函数来计算所述期望比特值。
8.根据权利要求7所述的方法(700)，其中所述一个或多个干扰符号(14、52)是接收到的通信信号(50)中的多个干扰符号(14、52)之中的第η个，并且其中感兴趣的所述第η个符号(14、52)中的第i个比特的所述LLR被表示为Liu，并且其中所述双曲正切函数被表示为
9.根据权利要求7或8所述的方法(700)，其中根据将LLR映射成期望比特值的所述双曲正切函数来计算所述期望比特值包括:对于所述一个或多个干扰符号(14、52)之一的比特中的一个给定比特的给定LLR，索引所存储的查找表(LUT) (80)，所述存储的查找表(LUT) (80)包括针对一系列LLR的所述双曲正切函数的多个预先计算的结果。
10.一种通信接收机(20)，所述通信接收机(20)被配置成关于由所述通信接收机(20)所接收到的通信信号(50)来执行软符号处理、并且包括一个或多个处理电路(26)，所述一个或多个处理电路(26)被配置成: 从所述通信接收机(20)中的解码器(24)接收对数似然比(LLR)，所述对数似然比(LLR)对应于所述通信信号(50)中的一个或多个干扰符号(14、52)中的比特； 根据相应LLR来计算(704)针对每个干扰符号(14、52)中的比特的期望比特值；以及 使用包括所述干扰符号(14、52)中的仅如下那些比特的所述期望比特值的一个或多个项来计算针对每个干扰符号(14、52)的期望符号值的二阶矩，那些比特根据所定义的星座的所定义的比特到符号映射是幅度控制比特，所述所定义的星座被用于调制所述干扰符号(14、52)以进行传输。
11.根据权利要求10所述的通信接收机(20)，其中所述一个或多个处理电路(26)被配置成基于下述来计算所述期望符号值的所述二阶矩:被配置成根据基于所述符号中的仅如下那些比特的所述期望比特值的项的线性函数来计算每个干扰符号(14、52)的所述二阶矩，那些比特根据所定义的星座是幅度控制比特。
12.根据权利要求11所述的通信接收机(20)，其中所述线性函数的、基于所述幅度控制比特的所述期望比特值的一个或多个项中每一个均是单个幅度控制的所述期望比特值的函数或者是多个幅度控制比特的所述期望比特值的乘积。
13.根据权利要求10-12中的任何一项所述的通信接收机(20)，其中所述一个或多个处理电路(26)被配置成:根据包括所述干扰符号(14、52)中的所有比特的所述期望比特值的项的线性函数来计算每个干扰符号(14、52)的所述期望符号值。
14.根据权利要求10-13中的任何一项所述的通信接收机(20)，其中所述一个或多个处理电路(26)被配置成:基于针对所述干扰符号(14、52)所计算的所述期望符号值的所述二阶矩和相应的期望符号值的平方，来计算针对每个干扰符号(14、52)的所述期望符号值的方差，被称为软符号方差。
15.根据权利要求10-14中的任何一项所述的通信接收机(20)，其中所述通信接收机(20)被配置为执行针对所接收到的通信信号(50)的Turbo均衡处理，并且进一步包括: 干扰消除电路(62)，被配置成根据对应于所述一个或多个干扰符号(14、52)的所述期望符号值来再生所接收到的通信信号(50)的信号分量，并且使用所再生的信号分量来抑制所接收到的通信信号(50)中对应于所述一个或多个干扰符号(14、52)的干扰；以及 均衡电路(66)，被配置成根据所述软符号方差来计算均衡权重，并且根据所述均衡权重来均衡所接收到的通信信号(50)。
16.根据权利要求10-15中的任何一项所述的通信接收机(20)，其中所述一个或多个处理电路(26)被配置成根据将LLR映射成所述期望比特值的双曲正切函数来计算所述期望比特值。
17.根据权利要求16所述的通信接收机(20)，其中所述一个或多个干扰符号(14、52)是接收到的通信信号(50)中的多个干扰符号(14、52)之中的第η个，并且其中感兴趣的所述第η个符号(14、52)中的第i个比特的所述LLR被表示为Ln，i，并且其中所述双曲正切函 数被表示为 ￡—(￥)
O
18.根据权利要求16或17所述的通信接收机(20)，其中其中所述一个或多个处理电路(26)被配置成根据将LLR映射成期望比特值的所述双曲正切函数来确定所述期望比特值，包括:对于所述一个或多个干扰符号(14、52)之一的比特中的给定一个比特的给定LLR，通过索引所存储的查找表(LUT) (80)，所述存储的查找表(LUT) (80)包括针对一系列LLR的所述双曲正切函数的多个预先计算的结果。
【文档编号】H04L25/03GK104205758SQ201380019008
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2013年3月12日 优先权日:2012年4月24日
【发明者】M·萨缪尔贝鲍伊, F·赫斯, Y-P·E·王 申请人:瑞典爱立信有限公司