专利名称：实现多天线干扰信号分离的译码方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种实现多天线干扰信号分离的译码方法及装置。
背景技术：
Internet和移动通信的高速发展表明高速的无线数据业务存在潜在的巨大需求。多发多收的天线阵列(MIMO)能有效提高信道的频谱利用率。但是在MIMO结构中要实现高速的数据传输(BLAST)就必然因为信号干扰而降低系统的可靠性，同时要实现数据传输的可靠性必然因为引入空时相关(STBC)而降低系统的高速有效性。因此，信道编码和MIMO空时分层级联的结构能从可靠性和有效性两方面获得好处。
现有的Turbo编码由于其近香农限的优异性能而被广泛采用，而采用次优的、迭代的软译码方式不仅能有效降低复杂度，而且可以和其他技术通过软信息级联。
在传统的Turbo-MIMO结构中，目前大都将接收端分为空时干扰检测和Turbo译码两个部分级联，如图2所示。其中，干扰检测一般采用空时译码(比如STBC)或空时分层(比如BLAST)译码，然后正交STBC需要空间和时间两维相关性来保证空时码字的正交性，降低了信道利用率，而且码率不为1的编码造成了频带的浪费。
另外，BLAST分层译码一般采用基于ZF(迫零)或MMSE(最小均方误差)准则实现干扰检测，且要求接收天线数目至少和发送天线数目相同，因而约束了MIMO的特点且干扰检测的性能不佳。因此在级联处理的结构中，干扰检测的性能对Turbo译码的性能影响很大，使接收机的性能受限于干扰检测的性能，限制了Turbo软信息译码的优点。
因此，现有的MIMO系统中采用的译码方法无法保证良好的译码性能。
发明内容
鉴于上述现有技术所存在的问题，本发明的目的是提供一种实现多天线干扰信号分离的译码方法及装置，实现干扰信号分离和信息译码，从而有效提高无线通信系统的译码性能。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的本发明提供了一种实现多天线接收信号译码方法，包括A、对经由各路接收天线接收的包含干扰信号的接收信号分别经过多路迭代译码处理；B、分别对迭代译码处理后的各信息比特的似然概率比进行合并平均处理，获得各路天线的译码后的信息比特的似然概率比。
所述的步骤A包括根据编码格状图的分支度量值计算获得各个信息比特的似然概率比，所述的分支度量值定义为γi(ym，k1，H，s′，s)，其中ym,k1=[ym,ksym,kp1],]]>H=[Ehm,1,kj,Ihm,2,kj,...,Ihm,N,kj](j=s,p1),]]>s′，s表示编码格状图中一个分支的前后状态；而且，γi(ym，k1，H，s′，s)中与ym，k1和H有关的因子为(sm,ks|d1,k=i,Ehm,1,ks,Ihm,1,ks,...,Ihm,N,ks)]]>==C·exp(2ym,ksN0Es(2d1,k-1))·INs(d1,k),]]>其中，C是常数，
=Σl=1D/2e-wj2Ehm,1,ks·N0cosh(2(ym,ks-Ehm,1,ks·Es(2d1,k-1))·wlEhm,1,ks·N0),]]>其中，cosh(x)＝(ex+e-x)/2。
所述的步骤A还包括A1、对迭代译码过程的外部信息进行合并，获得下一次迭代译码过程中需要的先验信息。
所述的步骤A1包括所述的下次迭代译码过程中的每根接收天线的先验信息为Λ1,a1(dn,k)=...=ΛM,a1(dn,k)=π-1[1MΣm=1MΛm,e2(dn,k)];]]>式中，Λm，a1(dn，k)表示第m根接收天线的第1分量译码器的先验信息，Λm，e2(dn，k)表示第m根接收天线的第2分量译码器产生的外部信息，π-1表示解交织。
所述的步骤B包括各路接收天线接收的信号译码处理后获得的平均似然概率比LLRn，k为LLR‾n,k=1MΣm=1MLLRm,n,k,]]>式中，LLRm，n，k是关于系统信息dn，k的似然概率比。
本发明所述的方法还包括可以通过以下方式进行接收信号的量化处理d^n,k=1,]]>条件是LLRn，k＞0，d^n,k=0,]]>条件是LLRn，k＜0。
本发明还提供了一种实现多天线接收信号译码装置，包括
一组新迭代译码器分别与一组接收天线连接，用于直接接收各接收天线接收的带干扰的信号，并对各信号进行相应的迭代译码处理，处理结果输出到平均处理模块；外部信息合并选择模块用于对各个新迭代译码器译码过程中的外部信息进行合，并处理获得相应的先验信息，所述的先验信息应用于迭代译码处理过程；一组平均处理模块每个平均处理模块分别与一组新迭代译码器的输出连接，用于对各个新迭代译码器译码处理结果进行平均处理，获得各路接收信号的LLR值。
所述的新迭代译码器具体包括一组新迭代译码算法模块，分别用于对接收信号进行迭代译码处理，并分别将处理结果输出到各个平均处理模块。
所述的外部信息合并选择模块具体包括和平均处理模块用于将各个新迭代译码算法模块中第2分量译码器的输出的外部信息合并后进行平均处理，相应的处理结果作为各个新迭代译码算法模块中的第1分量译码器的先验信息。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明提供的将干扰信号检测和信道译码联合处理的方法在性能上明显优于传统的级联处理方法，而且能充分利用多发送天线来提高频谱利用率、多接收天线提供接收分集增益以及Turbo编码提供信息的可靠性，从而保证了MIMO系统中的译码性能。
图1为系统发送端结构示意图；图2为现有技术中接收端结构示意图；图3为本发明中接收端结构框图；
图4为Turbo编码器结构示意图；图5为Turbo迭代译码原理示意图；图6为图3中第m接收天线的新迭代译码器结构示意图；图7为图2中外部信息没有合并的处理过程示意图；图8为图3中外部信息合并的处理过程示意图。
具体实施例方式
在传统的Turbo信道编码和多天线结构相结合的系统中，通常在接收端分成多天线干扰信号检测和Turbo信道译码级联处理。
从信息理论的观点，进入Turbo译码器的信息已经因为干扰信号检测而导致部分损失，因而最终得出的译码结果将影响整个系统的性能。而且传统的MIMO干扰信号检测方法在实现上存在一些限制，比如STBC(空时分组码)的空时码字对发送天线数目和发送时隙数目有约束，BLAST(空时分层码)的接收天线数目至少和发送天线数目相同，因而限制了MIMO结构的特点而显得不够灵活。
基于上述原因，本发明提出了在MIMO(多天线结构)中实现干扰信号分离的Turbo信道软译码算法。
本发明是在MIMO结构中引入Turbo信道编码，在接收机中将干扰信号检测和信道译码联合起来作为一个整体，同步实现有效信号的分离和信息译码功能，对发送天线、发送时隙以及接收天线都没有限制要求，而且多接收天线不仅对判决似然比提供分集增益，还能够对Turbo译码每次迭代的外部信息提供分集增益，进一步提高接收机性能。
实验证明本发明提供的联合处理方法在性能上明显优于传统的级联处理方法，而且能充分利用多发送天线来提高频谱利用率、多接收天线提供接收分集增益以及Turbo编码提供信息的可靠性。
也就是说，本发明提出了在Turbo-MIMO结构中联合干扰信号分离和Turbo信道译码的接收机算法。该算法对MIMO结构的发送天线数目、接收天线数目以及发送时隙数目没有限制性的约束。
具体的处理方式为根据干扰信号模型的特点，修正传统的BCJR译码算法，Turbo信道译码的同时实现干扰信号分离。同时，这种算法能够使多接收天线的分集增益和Turbo迭代软信息译码充分接合，使每次迭代过程都能获得分集增益的好处，进而提高接收机的整体性能。
因此，本发明提供的Turbo-MIMO结构具有灵活的设置结构，充分利用多发送天线的高频谱利用率、多接收天线的接收分集增益以及Turbo信道编码的编码增益。试验证明这种接收机算法在性能上要明显优于现有文献中记录的级联处理方法。
为清楚表述本发明，下面将以一个Turbo帧的传输情况为例对本发明的具体实现方式进行说明。
首先，对本发明中涉及的一些参数进行说明，具体如下1、MIMO天线阵列有N根发送天线和M根接收天线。
2、Turbo编码器参数，码率为1/3，随机交织器，并行级联结构(PCCC)，如图3。信息比特dn，k(n＝1，2，...，N k＝1，2，...，NI，NI表示交织长度)编码为cn,k=cn,kscn,kp1cn,kp2,]]>其中s、p1和p2分别表示系统信息比特、第1校验比特和第2校验比特。
本发明中，所采用的系统发送端结构如图1所示，本发明提供的系统接收端结构如图3所示，图3中的新迭代译码器(即Turbo的迭代译码)的结构如图5所示。
在接收端，第m(1≤m≤M)根接收天线接收信号为
rm,kj=Σn=1Nhm,n,kj·xn,kj+nm,kj---(j=s,p1,p2)---(1)]]>其中，hm，n，kj表示发送天线n和接收天线m间的复衰落增益，nm，kj表示高斯分量，xn,kj=2cn,kj-1]]>(BPSK符号)；rm=[rm,1,rm,2,...,rm,NI]]]>(rm,k=rm,ksrm,kp1rm,kp2)]]>同时直接送入N个采用新迭代译码算法的译码器，如图6所示。
下面首先对本发明所述的装置的结构结合附图进行描述。
如图3所示，本发明所述的系统具体包括一组新迭代译码器分别与一组接收天线连接，用于直接接收各接收天线接收的带干扰的信号，并对各信号进行相应的迭代译码处理，处理结果输出到平均处理模块；外部信息合并选择模块用于对各个新迭代译码器译码过程中的外部信息进行合，并处理获得相应的先验信息，所述的先验信息应用于迭代译码处理过程一组平均处理模块每个平均处理模块分别与一组新迭代译码器的输出连接，用于对各个新迭代译码器译码处理结果进行平均处理，获得各路接收信号的LLR值。。
在图3中，所述的新迭代译码器的结构具体包括一组新迭代译码算法模块，如图6所示，第1个新迭代译码算法模块，第2个新迭代译码算法模块，……，第N个新迭代译码算法模块，分别用于对接收信号进行迭代译码处理，并分别将处理结果输出到各个平均处理模块。
在图3中，所述的外部信息合并选择模块的具体结构如图8所示，包括和平均处理模块用于将各个新迭代译码算法模块中第2分量译码器的输出的外部信息合并后进行平均处理，相应的处理结果作为各个新迭代译码算法模块中的第1分量译码器的先验信息。
在图8中，所述的第1分量译码器用于对接收的带干扰的信号(包括系统信息比特的信号和第1校验比特信号)根据先验信息进行迭代译码处理，相应的处理结果经交织器交织处理后作为第2分量译码器的第1先验信息；所述的第2分量译码器用于根据所述的第1先验信息对带干扰的信号(包括系统信息比特的信号和第2校验比特信号)进行迭代译码处理，相应的处理结果经解交织器解交织处理后，作为判决输入，同时，还将未进行解交织处理的外部信息输入到和平均处理模块，以便于处理获得相应的先验信息。
下面再以第1根天线d1，k的迭代软信息译码过程为例对本发明所述的方法的具体实现方式进行详细的说明。
本发明中，所述的接收机的处理具体可以分为四个步骤步骤1利用理想的信道估计，在Turbo译码前纠正信道引入的相位旋转，即 =|hm,1,kj|2·x1,kj+Σn=2N(hm,1,kj)*hm,n,kj·xn,kj+(hm,1,kj)*nm,kj]]> (2)ym，kj为纠正x1，kj信道相位后的干扰信号，该信号作为直接输入新迭代译码算法的参数；ym,k1=[ym,ksym,kp1]]]>来源于迭代译码过程中的第1分量译码器，第1，2分量译码器的输入信号分别来源于ym，1sym，1p1ym，1p2…ym，ksym，kp1ym，kp2…ym，NIsym，NIp1ym，NIp2，其中ym，1sym，1p1…ym，ksym，kp1…ym，NIsym，NIp1作为第1分量译码器的输入；ym，1sym，1p2…ym，ksym，kp2…ym，NIsym，NIp2作为第2分量译码器的输入。
步骤2利用新迭代译码算法对包含干扰的信号进行迭代译码处理；
现有的迭代译码结构如图4所示，且第1分量译码器和第2分量译码器完全相同。这里，以第1分量译码器的为例对引入干扰信号的译码过程进行说明。Turbo译码输出信息的LLR(对数似然比值)，则第m根接收天线的第n根发送天线关于第k信息比特的LLR定义如下LLRm,n,k=logPr(dn,k=1|rn)Pr(dn,k=0|rm)---(3)]]>根据现有的LLR的计算方式可知，为获得LLRm，n，k，本质就是求解编码格状图的分支度量值，本发明中相应的分支度量值定义为γi(ym，k1，H，s′，s)，其中，ym,k1=[ym,ksym,kp1],]]>H=[Ehm,1,kj,Ihm,2,kj,...,Ihm,N,kj](j=s,p1),]]>s′，s表示编码格状图中一个分支的前后状态。
其中，γi(ym，k1，H，s′，s)中与ym，k1和H有关的因子为p(ym,k1|d1,k=i,H,Sk=s′,Sk-1=s)=]]>p(ym,ks|d1,k=i,Ehm,1,ks,Ihm,1,ks,...,Ihm,N,ks)---(4a);]]> 式中，p(·/·)表示条件概率，由于公式(4a)和(4b)的计算过程相同，所述的(4a)为p(ym,ks|d1,k=i,Ehm,1,ks,Ihm,1,ks,...,Ihm,N,ks)]]> 式中，φ()是高斯概率密度分布函数，μ=Ehm,1,ks·Es(2d1,k-1)+Σn=2NIhm,n,ks·xn,ks]]>和σ2=Ehm,1,ks·N0/2]]>分别表示均值和方差；因为 有D＝2N-1种等概状态，则p(x2,ks,...,xN,ks)=1/D,]]>令 有w1＝-wD，w2＝-wD-1，...，wD/2＝-wD/2+1；则式(5)可以化简为p(ym,ks|d1,k=i,Ehm,1,ks,Ihm,1,ks,...,Ihm,N,ks)]]>==C·exp(2ym,ksN0Es(2d1,k-1))·INs(d1,k)---(6)]]>其中，C是常数，第二项和BCJR基本算法是一致的，第三项就是干扰信号引入的一个修正量，有下面定义 =Σl=1D/2e-wj2Ehm,1,ks·N0cosh(2(ym,k2-Ehm,1,ks·Es(2d1,k-1))·wlEhm,1,ks·N0)---(7)]]>这里，cosh(x)＝(ex+e-x)/2；因此，经过上述的推导计算最终可以获得本发明我的分支度量值γi(ym，k1，H，s′，s)，从而也就可以计算出相应的LLRm，n，k值。
步骤3对迭代过程的外部信息进行合并，获得合并分集；外部信息是迭代译码重要的特征，在迭代过程中能提高LLRm，n，k的判决性能，所述的外部信息通过下式得到Λm，e(dn，k)＝LLRm，n，k-Λm，a(dn，k)(8)Λm，a(dn，k)是先验概率，初始值可设为0，进行迭代译码后，前一次迭代产生的外部信息Λm，e(dn，k)可以作为下次迭代的先验信息Λm，a(dn，k)。
现有Turbo-MIMO的接收端结构如图2中，每个分支的迭代译码产生的外部信息如图7所示的处理。而在本发明提出的接收端结构如图3所示，每根接收天线的每次迭代译码产生的外部信息可以相互利用，达到接收分集的效果，如图8所示，则下次迭代的每根接收天线的先验信息为Λ1,a1(dn,k)=...=ΛM,a1(dn,k)=π-1[1MΣm=1MΛm,e2(dn,k)]---(9)]]>式中，Λm，a1(dn，k)表示第m根接收天线的第1分量译码器的先验信息，Λm，e2(dn，k)表示第m根接收天线的第2分量译码器产生的外部信息，π-1表示解交织。
步骤4信息比特的似然概率比LLR合并平均；LLRm，n，k是第m根接收天线关于信息比特dn，k的可靠性参数，现有结构如图2所示每个分支产生的LLRm，n，k直接量化；而本发明提出的结构如图3所示，则可以通过多接收天线的LLRm，n，k同时对信息比特dn，k进行可靠性校正如图3，即通过下式进一步提高dn，k的可靠性，图3中接收信号的平均似然概率比LLRn，k的计算方式如下LLR‾n,k=1MΣm=1MLLRm,n,k---(10)]]>式中，LLRm，n，k是关于系统信息dn，k的似然概率比。本发明中，具体可以通过以下方式进行接收信号的量化处理d^n,k=1ifLLR‾n,k>0]]>d^n,k=0ifLLR‾n,k<0---(11)]]>本发明中，分集效果以及性能的提高就体现在LLRn，k的合并平均。
从算法中可以看出，系统发送端类似于BLAST分层结构，取代传统的BLAST干扰检测，这里采用从Turbo译码的角度同时实现干扰消除和信道译码。多接收天线不仅可以对每次迭代译码外部信息进行合并分集，也可以对译码输出的LLR进行合并平均，达到多接收天线的接收分集效果。
综上所述，将干扰信号检测和信道译码联合处理的方法在性能上明显优于传统的级联处理方法，而且能充分利用多发送天线来提高频谱利用率、多接收天线提供接收分集增益以及Turbo编码提供信息的可靠性，从而保证了MIMO系统中的译码性能。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
权利要求
1.一种实现多天线接收信号译码方法，其特征在于，包括A、对经由各路接收天线接收的包含干扰信号的接收信号分别经过多路迭代译码处理；B、分别对迭代译码处理后的各信息比特的似然概率比进行合并平均处理，获得各路天线的译码后的信息比特的似然概率比。
2.根据权利要求1所述的实现多天线干扰信号分离的译码方法，其特征在于，所述的步骤A包括根据编码格状图的分支度量值计算获得各个信息比特的似然概率比，所述的分支度量值定义为γi(ym，k1，H，s′，s)，其中ym,k1=[ym,kxym,kp1],H=[Ehm,1,kj,Ihm,2,kj,···,Ihm,N,kJ](j=s,p1),]]>s′，s表示编码格状图中一个分支的前后状态；而且，γi(ym，k1，H，s′，s)中与ym，k1和H有关的因子为p(ym,ks|d1,k=i,Ehm,1,ks,Ihm,1,ks,···,Ihm,N,ks)]]>==C·exp(2ym,ksN0Es(2d1,k-1))·INs(dl,k),]]>其中，C是常数， =Σl=1D/2e-wj2Ehm,1,kx·N0cosh2(ym,ks-Ehm,1,ksEs(2d1,k-1))·w1Ehm,1,ks·N0,]]>其中，cosh(x)＝(ex+e-x)/2。
3.根据权利要求1或2所述的实现多天线干扰信号分离的译码方法，其特征在于，所述的步骤A还包括A1、对迭代译码过程的外部信息进行合并，获得下一次迭代译码过程中需要的先验信息。
4.根据权利要求3所述的实现多天线干扰信号分离的译码方法，其特征在于，所述的步骤A1包括所述的下次迭代译码过程中的每根接收天线的先验信息为Λ1,a1(dn,k)=···=ΛM,a1(dn,k)=π-1[1MΣm=1MΛm,e2(dn,k)];]]>式中，Λm，a1(dn，k)表示第m根接收天线的第1分量译码器的先验信息，Λm，e2(dn，k)表示第m根接收天线的第2分量译码器产生的外部信息，π-1表示解交织。
5.根据权利要求4所述的实现多天线干扰信号分离的译码方法，其特征在于，所述的步骤B包括各路接收天线接收的信号译码处理后获得的平均似然概率比LLRn，k为LLR‾n,k=1MΣm=1MLLRm,n,k,]]>式中，LLRm，n，k是关于系统信息dn，k的似然概率比。
6.根据权利要求5所述的实现多天线干扰信号分离的译码方法，其特征在于，该方法还包括可以通过以下方式进行接收信号的量化处理d^n,k=1,]]>条件是LLRn，k＞0，d^n,k=0,]]>条件是LLRn，k＜0。
7.一种实现多天线接收信号译码装置，其特征在于，包括一组新迭代译码器分别与一组接收天线连接，用于直接接收各接收天线接收的带干扰的信号，并对各信号进行相应的迭代译码处理，处理结果输出到平均处理模块；外部信息合并选择模块用于对各个新迭代译码器译码过程中的外部信息进行合，并处理获得相应的先验信息，所述的先验信息应用于迭代译码处理过程；一组平均处理模块每个平均处理模块分别与一组新迭代译码器的输出连接，用于对各个新迭代译码器译码处理结果进行平均处理，获得各路接收信号的LLR值。
8.根据权利要求7所述的实现多天线接收信号译码装置，其特征在于，所述的新迭代译码器具体包括一组新迭代译码算法模块，分别用于对接收信号进行迭代译码处理，并分别将处理结果输出到各个平均处理模块。
9.根据权利要求7或8所述的实现多天线接收信号译码装置，其特征在于，所述的外部信息合并选择模块具体包括和平均处理模块用于将各个新迭代译码算法模块中第2分量译码器的输出的外部信息合并后进行平均处理，相应的处理结果作为各个新迭代译码算法模块中的第1分量译码器的先验信息。
全文摘要
本发明涉及一种实现多天线接收信号译码方法及装置。本发明的核心包括首先，对经天线接收的包含干扰信号的接收信号直接进行迭代译码处理；然后，对迭代译码处理后的各信息比特的似然概率进行合并平均处理，获得各个天线的译码后的信息比特的似然概率比，而且，在迭代译码过程中还进行外部信息合并，以获得下一次迭代译码过程中需要的先验信息。因此，本发明提供的将干扰信号检测和信道译码联合处理的方法在性能上明显优于传统的级联处理方法，而且能充分利用多发送天线来提高频谱利用率、多接收天线提供接收分集增益以及Turbo编码提供信息的可靠性，从而保证了MIMO系统中的译码性能。
文档编号H04L1/06GK1921343SQ20051009305
公开日2007年2月28日 申请日期2005年8月25日 优先权日2005年8月25日
发明者胡旸, 尹长川, 乐光新, 罗涛, 刘丹谱, 郝建军, 纪红 申请人:北京邮电大学