专利名称：Golden码的迭代译码器和迭代译码方法
技术领域：
本发明涉及空时编码技术领域及译码器技术领域，具体涉及一种迭代译码 器和迭代译码方法。
背景技术：
空时编码技术是目前无线通信多输入多输出天线(MIMO)领域广泛研究的、 提高无线链路性能的有效方法。由于MMO能够同时提供分集增益和复接增益， 设计全分集、全速率的空时编码成为当前空时研究领J成的热点问题。Golden码 是一种基于格子思想的离散线性代数码，适用于2x2 MIMO系统。由于其具有 全分集、全速率的特性，同时能提供最大的编码增益，Golden码已经被WiMax 标准所采纳，将在未来的无线系统中获得广泛的应用。
由于多天线之间的信号流存在相互干扰的问题，MIMO系统的接收机(特别 是检测部分)具有较高的复杂度。在常用的MIMO检测算法中存在如下矛盾 算法复杂度低性能越差，而性能越好算法复杂度也越高，特别是当发射天线较 多、传输速率较高时，性能好的检测算法复杂度非常高。目前，常用的MIMO 检测算法包括逼零检测算法、最小均方误差检测算法、干扰消除算法、最大 似然检测算法等。现有的Golden码的解调采用基于最大似然检测的球形译码算 法。球形译码隐含的主要思想就是，只在接收到的信号y周围半径为及的超球体 内的格点中搜索，而不是搜索整个格。虽然球形译码算法能够对Golden码实现 次最优解调，但半径及的选择将对接收机的性能具有很大的影响。同时，虽然 球形译码可以通过在所定义的球体内搜索来避免穷举搜索，但其译码的最差情
况复杂度仍是呈指数的，它的期望复杂度(噪声和格取平均)表现为多项式(通常 是立方或偶次立方)。目前，迭代译码的思想已经成功运用于MIMO系统中。MIMO迭代接收机 是基于迭代干扰对消和解码的组合。接收到的信号被认为是一组相互干扰的数 据流，它们来自于多发送天线并通过空时编码策略联系起来。多流干扰的出现 促成了多用户检测构架的形成，而普通基本码导致了数据流的联合迭代解码。 图1是这种策略的一般块结构图。外层编码经过交织处理后，送入空时编码才莫 块进行相应的空时编码处理，最后通过多天线发射信息符号。接收端，数据流 的迭代解码是由标准软输入^l输出(SISO)解码器实现的。MIMO处理器首先提 取来自多个接收天线上的符号软信息，软信息通过解交织模块后作为SISO模 块的输入。SISO对外层编码进行解调，码位上的外在信息，帔计算为软输入软 输出解码器输入和输出的差异，通过交织器在不同流的解码器之间相互交换。 软迭代干扰对消包括从接收到的信号中除去干扰的后天期望值，期望值是基于 先前的软输入软输出解码步骤。
现有的MIMO的迭代译码器及译码方法中，MIMO处理模块采用球形译码 算法获得编码符号的软信息。其主要缺点是接收机的迭代性能受到搜索半径/ 的影响，同时接收机的复杂度较高。
发明内容
有鉴于此，为了解决上述问题，为此，本发明提出了一种Golden码的迭 代译码器，采用标量高斯近似(SGA)的方法获得符号软信息，并将软信息提 供给信道译码器进行迭代译码，特別适用于2x2 MIMO系统。
本发明的目的是这样实现的Golden码的迭代译码器，包括
信道估计器，对接收信号进行信道估计，获得标量高斯近似检测器所需的 接收信号矩阵和旋转矩阵。
标量高斯近似检测器，根据利用第一信息序列的先验信息对第一信息序列 进行标量高斯近似解码，获得第 一信息序列的似然信息作为第 一外信息；
信道译码器，接收所述第一外信息，获得第一信息序列的先验信息并输出 到标量高斯近似检测器，并最终输出最佳估值序列。进一步，所述信道译码器包括
解交织器，对所述第一外信息进行解交织运算，获得第二外信息；
软输入输出检测器，将对所述第二外信息和第三信息序列的先验信息进行
译码，获得第二信息序列的后验信息和第三信息序列的后验信息；
交织器，将第二信息序列的后验信息作为第三外信息进行交织运算，获得 第四外信息；
运算器，对第四外信息和第一外信息进行相减运算，将运算结果作为第一 信息序列的先-验信息输出到标量高斯近似;f全测器；
判决器，当所有外信息趋于稳定时，对所述的第三信息序列的后-睑信息进 行硬判决运算，获得最佳估值序列并输出。
进一步，所述标量高斯近似检测器第一次对第一信息序列进行标量高斯近 似解码时使用的先-睑信息为预设值；
进一步，所述先验信息的预设值为0;
进一步，所述第三信息序列的先验信息为0。
本发明还提供一种Golden码的迭代译码方法，同样采用标量高斯近似的方 法，包括
Golden码的迭4<译码方法，包括如下步骤
1) 对接收信号进行信道估计，获得第一信息序列；
2) 利用第 一信息序列的先验信息对第 一信息序列进行标量高斯近似解码， 获得第 一信息序列的第 一外信息；
3) 对所述第一外信息进行解交织运算，获得第二外信息；
4 )将所述的第二外信息作为第二信息序列的先l全信息，联合第三信息序列
的先验信息进行译码，获得第三信息序列的后验信息和第二信息序列的后,验信
息；
5)对所述的第二信息序列的后验信息作为第三外信息进行交织运算，获得 第一信息序列的后验信息；
66) 将第 一信息序列的后验信息作为第四外信息，将所述第四外信息与第一 外信息进行相减运算，将运算结果作为第 一信息序列的先验信息；
7) 重复步骤2-6)进行迭代译码，当外信息趋于稳定时，对所述的第三信 息序列的后验信息进行硬判决运算，获得最佳估值序列输出。
进一步，第 一次对第 一信息序列进行标量高斯近似解码时使用的第 一信息 序列的先验信息为预设值；
进一步，所述先验信息的预设值为0; 进一步，所述第三信息序列的先-险信息为0。
相对于现有技术，本发明具有算法复杂度低的优点。MIMO迭代接收机首 先需要提取符号软信息，现有技术采用球形译码的方法获得符号软信息，基于 最大似然的球形译码在半径R的超球体中搜索接收信号y的最优解。半径R的 选择将直接影响算法的性能，球形译码的最差情况复杂度是随格子维数呈指数 的，它的期望复杂度(噪声和格取平均)表现为多项式(通常是立方或偶次立方)。 同时，球形译码算法需要将所处理的数据变换成实数形式，这将增加格子的维 数。本发明提出采用标量高斯近似检测的方法获得符号软信息，其可以直接对 复数数据进行处理，无需变换成实数形式，降低了格子维数。同时，标量高斯 近似检测算法的复杂度随格子维数呈线性关系，与球形译码相比，在复杂度上 有显著的降低，并且译码性能不受搜索半径的影响。
本发明的其他优点、目标，和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行 阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是 显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点 可以通过下面的说明书，权利要求书，以及附图中所特别指出的结构来实现和 获得。
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述
图1示出了现有技术中迭代译码器的结构示意图2示出了本发明Golden码的迭代译码器的结构示意图。
具体实施例方式
以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
下面结合附图，以2 x2 MIMO系统中的Golden码为例具体阐述本发明所 提供的Golden码的迭代译码器和迭代译码方法。
如图2所示，本发明提供的Golden码的迭代译码器包括一个信道估计器1、 一个标量高斯近似检测器2以及信道译码器
信道估计器1,接收信息矩阵Y并估计出衰落系数矩阵H,对接收信号模 型作出转换，最终输出接收信号矩阵Y'和旋转矩阵G，具体包括如下步骤
l)对接收信号进行信道估计，获得4x4的信道传输矩阵，并估计出衰落系
数矩阵H;
2 )分解2x2 Golden码的码字矩阵，获得4x4的变换矩阵和4xl的符号矩
阵；
3)将信道传输矩阵与变换矩阵进行相乘运算，获得标量高斯近似检测器所 需的旋转矩阵G;
4 )将接收信号变换成标量高斯近似检测器所需的4xl的接收信号矩阵Y'。
标量高斯近似;险测器2,根据接收信号矩阵Y'和旋转矩阵G,利用第一信 息序列的先验信息对第一信息序列进行标量高斯近似解码，计算出信息符号序 列S中的比特似然信息P(d)作为第一信息序列d的外信息，并将所述外信息作 为第 一外信息送入解交织器。
信道译码器，接收所述第一外信息，获得第一信息序列的先验信息并输出 到标量高斯近似检测器，并最终输出最佳估值序列。
所述信道译码器具体包括解交织器31,对第一外信息进行解交织运算，获得第二外信息Z。(c)作为第
二信息序列c的先a^言息；
软输入输出检测器32,对第二信息序列c的先验信息￡。 (c)和第三信息序列u 的先验信息Zf(u)进行外部编码的译码。Zf(ii)是初始化信息，在迭代过程中恒为 0。软输入输出检测器模块是通用的软输入输出模块，采用BCJR算法。软输入 输出检测器输出第二信息序列c的后验信息r(c)和第三信息序列u的后验信息
，(u);
交织器33，将后验信息，(c)作为第三外信息进行交织运算，交织的规则与 解交织器的规则对称。交织后可以得到第一信息序列d的后验信息，(d), ，(d) 作为第四外信息。将第一外信息和第四外信息进行相减运算后可以得到第一信 息序列d的先验信息Z:(d);
运算器34,对第四外信息和第一外信息进行相减运算，将运算结果作为第 一信息序列的先验信息输出到标量高斯近似检测器；标量高斯近似检测器2再 次对第一信息序列进行标量高斯近似解码，并输出第一外信息，进行迭代译码；
判决器35,当所有外信息趋于稳定时，对第三信息序列u的后验信息Z^(n) 进行硬判决，输出最佳序列估计，最终实现实现Golden码与外部编码的联合译 码。
第 一次对第 一信息序列进行标量高斯近似解码时使用的第 一信息序列的先 验信息为预设值0，所述第三信息序列的先验信息为0。 下面具体阐述本发明提供的迭代译码方法。
Golden码是基于Golden数ii^的应用于2x2 MIMO系统的全速率离散代
2
信息符号(x,， x2， x3， x4}，因此空时编码的速率是两个符号每信号间隔。 Golden码的码字矩阵如下式
94
上式中，Z[i]表示复整数环，0 = 1^, 6 = 1^， y=i,a = l + !'(l-e),
a = l + e)。 a,b，c,d是传输的信息符号,而且a,b，c,deS匚Z[/]。 S表示2他-QAM 调制的星座图，其同相分量和正交分量可以表示成±1,±3，K ,每信息符号包含 7w;比特二进制信息。因此在天线中传输的空时符号为x产"0 + W)， x2=a(c+W)，
x3=7a(c + rf^)， x4= (a + 6。。 Golden码码字矩阵的最小行列式为1/5,满足分集
-复接折中的非零行列式准则。 接收端的信号模型为
Y=HX+W
Y是2x2接收信号矩阵，X是2x2的传输信号矩阵，H呵、& /^]是衰落 系数矩阵，矩阵H中的系数之间独立同分布，是均值为零，方差为1的复高斯 变量。W wl2; iv21 ]是独立同分布的复高斯噪声，满足概率密度函数
信道估计器对接收信号模型作如下变换
Vec(Y)
'00、
、oo,
、0、、
、o o,
A
*0>S + Vec(Wr)
=Hrf*OS + Vec(Wr) Vec(Y)表示将矩阵Y的每一列依次连接成一列后的列向量，信息符号序列 S = [a b c d]T。
0> =
V、
0 0 ' 0 0
0
0
、、
L戸戸《
r ^、 、0 0
最后，旋转矩阵G- Hrf*0>,因此接收信号模型最终为:
10V
+
人-W4.
Y'=G * S + W'
标量高斯近似检测器接收数据矩阵Y'和G。接收数据^t型重新表示为
、i K MO M
、g" L
H二diag(/^、/23，/^是单位矩阵。由上式可以得到由下4个等式
少2 = V(g21 "1 +g22"2+L g24"4) + W2 少3 = V(g3i"i+g32"2+L g34"4) + W3
Y'=U，Ky4]T。可见，对于某个感兴趣的^ (k=l, l ,4),在 (/4)已知的 情况下，共有4个等式可以解调出&。因此，对于每个^汰=1, L，4)，进行 软干扰抵消后可以得到4个软干扰抵消信号如下
Z=[Zl, L ,Z4],假设Z中的各个分量Zn之间相互独立，从而构成了标量高 斯近似算法。
为了实现独立性假设，可以认为以上4个等式中的关于n(n-l，…，4)独 立，故可以替换为^由比特向量dm =[《，K ，cC]映射而成，d称为第 一信息序列。
假设对于每个编码比特《，具有4个不同的先-睑才既率《(《),K ，丄:(《)分别对 应于Y中的4个分量。因此对于S中的每个分量x,,将具有4个不同的期望和 方差(A(O、 ■ (&))。由如下两个等式计算
/=1
11var"2(0 = !X—肌)l PrK) 《，是S ,的2他个可能的耳又4直，由2We -QAM调制确定。
由于Zn之间相互独立，条件方差计算式为
var2(^ l )=|/z |2 ￡ |g , ,|2 var 2Om)+ 2o"2
根据Var2(Z |_0,可以计算出条件概率p(^k):
-exp
var (z h)
;rvar (z | s J
、 z
g(《)是《的先验信息。在第一次迭代过程中是初始化信息，初始化信息
为o。最终，标量高斯近似检测器计算出比特似然信息r(《)
Zf(《)》max<{》og
所述标量高斯近似检测器输出比特向量似然信息r(d)作为第一信息序列的 外信息，并将所述外信息作为第一外信息输入解交织器。
解交织器对第一外信息进行解交织运算，获得第二外信息丄"(c)作为第二信
息序列c的先验信息。
软输入软输出模块采用BCJR算法，联合第二外信息r(c)和第三信息序列u
的先验信息r(u)对第二信息序列c进行译码。软输入软输出模块输出第二信息
序列c的后验信息F (c)和第三信息序列u的后验信息严(u)。
交织器将第二信息序列c的后验信息F(c)作为第三外信息进行交织运算，
获得第四外信息。第一外信息与第四外信息进行相减运算后获得第一信息序列
a的先验信息r(d)。相減运算为
￡。(d) = rp(d)-Zf(d)
根据上式对第一信息序列d的先验信息Zf(d)更新后就可以实现重复的迭代 处理。这样，经过多次迭代后(实际中一般为4至6次)，标量高斯近似检测器 和软输入软输出检测器中的外信息趋于稳定，硬判决器对第三信息序列u的后
12验概率P(ll)进行硬判决，获得最佳估值序列输出。
具体硬判决规则如下
u,l if ^(n,l)-卩K-O)〉0; u,O if ，(u,l)-，(u一)〈0。 以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领 域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和 范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技 术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
权利要求
1.Golden码的迭代译码器，其特征在于包括信道估计器，对接收信号进行信道估计，获得标量高斯近似检测器所需的接收信号矩阵和旋转矩阵；标量高斯近似检测器，根据利用第一信息序列的先验信息对第一信息序列进行标量高斯近似解码，获得第一信息序列的似然信息作为第一外信息；信道译码器，接收所述第一外信息，获得第一信息序列的先验信息并输出到标量高斯近似检测器，并最终输出最佳估值序列。
2. 如权利要求1所述的Golden码的迭代译码器，其特征在于所述信道 译码器包括解交织器，对所述第一外信息进行解交织运算，获得第二外信息；软输入输出检测器，将对所述第二外信息和第三信息序列的先验信息进行 译码，获得第二信息序列的后验信息和第三信息序列的后验信息；交织器，将第二信息序列的后验信息作为第三外信息进行交织运算，获得 第四外信息；运算器，对第四外信息和第一外信息进行相减运算，将运算结果作为第一 信息序列的先-验信息输出到标量高斯近似;险测器；判决器，当所有外信息趋于稳定时，对所述的第三信息序列的后验信息进 行硬判决运算，获得最佳估值序列并输出。
3. 如权利要求2所述的Golden码的迭代译码器，其特征在于所述标量 高斯近似检测器第 一次对第 一信息序列进行标量高斯近似解码时使用的先验信 息为预设值。
4. 如权利要求3所述的Golden码的迭代译码器，其特征在于所述先验 信息的预设值为0。
5. 如权利要求2所迷的Golden码的迭代译码器，其特征在于所迷第三 信息序列的先-睑信息为0。
6. Golden码的迭代译码方法，其特征在于包括如下步骤 1)对接收信号进行信道估计，获得第一信息序列；2 )利用第一信息序列的先验信息对第一信息序列进^f亍标量高斯近似解码， 获得第 一信息序列的第 一外信息；3) 对所述第一外信息进行解交织运算，获得第二外信息；4) 将所述的第二外信息作为第二信息序列的先验信息，联合第三信息序列 的先验信息进行译码，获得第三信息序列的后验信息和第二信息序列的后验信5 )对所述的第二信息序列的后验信息作为第三外信息进行交织运算，获得 第一信息序列的后验信息；6) 将第一信息序列的后验信息作为第四外信息，将所述第四外信息与第一 外信息进行相减运算，将运算结果作为第一信息序列的先-睑信息；7) 重复步骤2-6)进行迭代译码，当外信息趋于稳定时，对所述的第三信 息序列的后验信息进行硬判决运算，获得最佳估值序列输出。
7. 如权利要求6所述的Golden码的迭代i奪码方法，其特;[正在于第一次 对第一信息序列进行标量高斯近似解码时使用的第一信息序列的先验信息为预设值。
8. 如权利要求7所述的Golden码的迭代译码器，其特征在于所述先验 信息的预设值为0。
9. 如权利要求6所述的Golden码的迭代译码器，其特征在于所述第三 信息序列的先-险信息为0。
全文摘要
本发明提出了一种Golden码的迭代译码器及迭代译码方法，采用标量高斯近似(SGA)的方法获得符号软信息，并将软信息提供给信道译码器进行迭代译码，特别适用于2×2MIMO系统；其中Golden码的迭代译码器包括信道估计器，对接收信号进行信道估计，获得标量高斯近似检测器所需的接收信号矩阵和旋转矩阵；标量高斯近似检测器，利用第一信息序列的先验信息对第一信息序列进行标量高斯近似解码，获得第一信息序列的似然信息作为第一外信息；信道译码器，接收所述第一外信息，获得第一信息序列的先验信息并输出到标量高斯近似检测器，并最终输出最佳估值序列。
文档编号H03M13/00GK101494463SQ200910103320
公开日2009年7月29日 申请日期2009年3月5日 优先权日2009年3月5日
发明者吴玉成, 琳 徐, 妮 李, 李国权, 李雯静, 祁美娟, 邓慧平, 伟 郭, 陈丽容 申请人:重庆大学