专利名称：无线通信系统中解码接收信号的接收机和方法
无线通信系统中解码接收信号的接收机和方法
背景技术：
根据本发明的实施例涉及无线通信系统，特别是在无线通信系统中解码接收信号的接收机和方法。未来无线通信系统的一个主要目标是一致的用户体验。在蜂窝系统中，小区边缘的用户遭受路径损耗和相邻小区的干扰，感受到比小区中心的用户低得多的数据速率。为了克服该问题，可用额外的中继节点来支持通信。到目前为止主要考虑两种中继函数，即前向放大(AF)和前向解码(DF)。DF可以要么表示在中继站的信道解码，要么表示对接收信号的直接硬判决，为了避免混淆，这里称之为DetF。后一种情况令人关注，因为避免计算上很复杂的信道解码可以使非常简单和小型的低功耗中继站成为可能。但是，AF和DetF都具有某些缺点，导致需要寻找更复杂解决方法的想法。AF受噪声放大的影响，DetF则由于硬判决而丢失有用信息。为了这一目的，在结合了 AF和DF优点的文献中提出了称为前向估计(EF)、能够最小化均方误差的中继函数。EF的函数是所发射的符号的期望值，因而结合了为了保留有关第一跳的可靠性信息而利用离散字母表的想法。在任何情况下，都期望增加用户吞吐量。
发明内容
本发明的目的在于提供一个改进的在无线通信系统中对接收信号进行解码的构思，其能够降低误比特率和/或增加互信息。该目的通过根据权利要求1的接收机或根据权利要求14的方法得以解决。本发明的一实施例提供了在无线通信系统中对接收信号进行解码的接收机，该接收机包括信号判决器，软信息判决器和软信息解码器。信号判决器， 配置用于为所述接收信号判决复数接收值。进一步地，软信息判决器，配置用于获得由第一概率值和第二概率值的组合所表示的软信息。能够通过相加取决于在符号的同一比特位置包括相同第一比特值的调制字母表的每个符号的全概率密度函数而定的数值来推导所述第一概率值，其中所述调制字母表的每个符号代表至少两比特。如果代表考虑相加的各符号的信号已从发射机发射到中继站，代表各符号的信号引发从中继站接收的所述接收信号，则所述全概率密度函数表示接收所述复数接收值的概率。能够通过相加取决于在符号的同一比特位置包括相同第二比特值的调制字母表的每个符号的全概率密度函数而定的数值来推导所述第二概率值。第一比特值和第二比特值不同。进一步地，软信息解码器，配置用于基于获得的软信息来对所述接收信号包含的净负荷数据进行解码。根据本发明的实施例基于如下中心思想对于使用具有至少4个不同符号(每个符号代表至少2个比特)的调制字母表的无线通信系统，如果数据经由中继站发射，则能够基于表示一要被解码的比特是逻辑0或是逻辑1的概率的软信息来对接收信号包含的净负荷数据进行解码。为此，由于软信息取决于表示接收复数接收值的概率的全概率密度函数， 如果向中继站发射代表考虑相加的各符号的信号，其中代表各符号的信号引发从中继站接收的接收信号，则中继站的行为被软信息考虑。这样，中继站的行为能够被考虑更精确地用于复数调制字母表。因此，可以降低误比特率和/或增加吞吐量或互信息。CN 102387116 A
在根据本发明的一些实施例中，软信息判决器计算第一概率值和第二概率值并组合第一和第二概率值来获得软信息。这样，软信息判决器取决于判决的复数接收值来计算软fe息。本发明的一些其它实施例包含存储单元，其配置用于存储包含对于多个预定义的复数接收值的多个软信息的查找表。而且，软信息判决器基于由判决的复数接收值而定的查找表所包含的多个软信息来判决用于解码的软信息。在这种情况下，对于多个预定义的复数接收值预先设定了多个软信息，并且软信息判决器可以选择其中一个软信息或者在查找表包含的软信息间插值来获得软信息解码器用于解码的软信息。在根据本发明的某些实施例中，软信息表示对数似然率。根据本发明的某些实施例涉及取决于接收机已知的中继函数而定的全概率密度函数。中继站使用该中继函数，基于从发射机接收的无线信号来确定要发射到接收机的无线信号。该中继函数可基于最小均方误差方法。
以下，参考附图来详细说明根据本发明的实施例，其中图1是接收机的框图；图2是接收机的框图；图3是传统的三端系统的系统模型的示意图；图4示出上行目标配置的示意图；图5是中继函数的示意图；图6是概率密度函数的示意图；图7是概率密度函数的对照的示意图；图8是对数似然率的分段线性近似的示意图；图9是对数似然度的分段线性近似的另一示意图；图10表示在最大似然或最大比组合后，在接收机处对于16QAM的未编码误比特率相对于源端与中继间的距离的图；图11表示在对SNRsi^n SNRed的不同值进行最大似然组合后，在接收机处对于 16QAM的互信息的图；图12表示接收机处的互信息的图；图13表示对于16QAM，不同数量的并行中继的未编码误比特率相对于源端与中继间的距离的图；图14表示对于16QAM，无卷积码的误码率相对于源端与中继间的距离的示意图；图15 表示对于16QAM，有卷积码的误码率相对于源端与中继间的距离的图；以及图16是在无线通信系统中对接收信号进行解码的方法的流程图。
具体实施例方式在下文中，具有相同或类似功能属性的对象和功能单元部分地使用相同的附图标记，并且为了减少对于实施例的说明的重复，对于一幅附图中对它们的说明也将适用于其他附图。
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由于结合了简单线性中继如前向放大(AF)和硬判决中继如前向解码(DF)或前向检测(DetF)的优点，在过去几年中，在中继网络中转发可靠性信息引起了很大的注意。在下文中，考虑使用不进行信道解码的简单中继的未编码传输或编码传输。后者令人关注，因为在几乎所有通信系统中都进行信道编码，但是在一些情况下，中继应该尽可能的保持简单。特别是，有电池限制的移动中继是对于未来通信系统有前景的方法。虽然在源_中继信道状态好的情况下DetF表现出好的性能，而AF在相反情况下表现较好， 但在一些情况下，它们均表现出显著的损失。一种可能性是根据具体场景或信道状态在中继函数间切换。提出的这种方法，例如，通过如DetF那样把离散符号考虑进去，但是仍然如AF那样保留了要在接收机处被利用的可靠性信息，从而结合AF和DetF的优点。例如， 在“X.Bao and J. Li，“Efficient Message Relaying for Wireless User Cooperation Decode-Ampl ify-Forward (DAF) and Hybrid DAF and Coded-Cooperation，，，IEEE Transaction on Wireless Communications, vol.6, no.11，pp.3975-3984，Nov. 2007” 禾口 "S. Yang and R. kotter, "Network Coding over a Noisy Relay :a Belief Propagation Approach，，，in IEEE International Symposium on Information Theory, Nice，France， Jim. 2007”中展示了在BPSK(二进制相移键控)或者QPSK(正交相移键控)的情况下转发对数似然率(LLR)，或者在“W. Pu，C. Luo，S. Li，and C. W. Chen，“Continuous Network Coding in Wireless Relay Networks,，，in IEEE Conference on Computer Communications, Apr. 2008, pp. 1526-1534”中展示了根据可靠性调制BPSK符号的相位。一个更加系统性的方法是在一定意义下寻找最佳中继函数。对于未解码系统，误比特率(BER)可以是待优化指标的合适的度量。这样的对于BPSK的BER最小化函数在“I. Abou-Faycal md M. Medard, “Optimal uncoded regeneration for binary antipodal signaling，” in IEEE International Conference on Communications, Paris，France，Jun. 2004，，中推导得到，在 “Τ. Cui，Τ. Ho，and J. Kliewer，“Memoryless relay strategies for two-way relay channels,"IEEE Transactions on Communications,vol. 57,no. 10,pp. 3132-3143, 2009”中扩展到双向中继。虽然该方法在不编码的两跳系统中工作得良好，但几乎所有的通信系统都进行信道编码。虽然在这种情况下不编码BER是无意义的度量，但代替的是，一最小化均方误差(MSE)的中继函数在 “K. Gomadam and S. A. Jafar，“Optimal Relay Functionality for SNR Maximization in Memoryless Relay Networks,，，IEEE Journal on Selected Areas in Communications, vol. 25, no. 2. pp. 390-401, Feb. 2007” 中推导出。此函数导出也被称为软符号的发射符号的期望值。这种方法工作于所有调制字母表并且在 ““On the Capacity of Memoryless Relay Networks,，，in IEEE International Conference on Communications, Istanbul, Turkey, Jun. 2006，，中显现出至少对于受至Ij无记忆函数的约束的BPSK，甚至能够最大化容量，这意味着不在中继进行例如信道解码的符号处理。称为前向估计(EF)的无记忆中继的MSE最小化函数是对于未编码两跳中继系统的强大的方法。但是如果中继的目的不仅仅是扩大范围，还有分集和容量增益，以及源端和目的端之间的直接链路或者甚至来自其它中继的信号也可能被考虑在内。在实践上令人关注的源端和中继的正交介质接入的情况下，两个信号可以被适当的组合。虽然BPSK情况下，LLR 的计算所需要的分布在 “R. Thobaben and Ε. G. Larsson, "Sensor-network aidedcognitive radio :0n the optimal receiver for estimate-and-forward protocols applied to the relay channel，” in Asilomar Conference on Signal, Systems and Computers，Pacific Grove, USA，Nov. 2007” 禾口 “P. Weitkemper，D. Wubben, V. Kuhn, and K· Kammeyer，"Soft Information Relaying for Wireless Networks with Error-Prone Source-Relay Link，，，in 7th International ITG Conference on Source and Channel Coding, Jan. 2008”中已知，但是仍然没有对于任意信号字母表的解决方法。常用的次优解决方法是中继传输的信号的高斯逼近，这导致这两种接收信号的简单加权组合。由于EF函数的非线性性质，这种方法不是最优的。在下文中，例如，用于EF的最大似然检测在一常规方法中推导出，此常规方法通过pdf (概率密度函数)的适当组合来计算LLR，实现最佳接收。通过仿真来显示EF的增益，以及特别是在此系统中建议的接收机的增益。这种方案可以直接应用到使用简单、非解码中继的经编码的系统中。 在如图3所示的所考虑的系统300中，信息比特d可能被信道编码和交织，然后映射到调制符号s e A，并以发射功率Ps发射。由于此方案可以被应用到上行链路和下行链路，故希望发射消息的终端被称为源端，而它可以是UE (用户设备)或eNB (演进节点B)，而希望接收到该消息的终端被称为目的端。源端S发射的信号是
权利要求
1.无线通信系统中用于对接收信号(102)进行解码的接收机(100，200)，包括信号判决器(110)，配置用于为所述接收信号(102)判决复数接收值(112，ysD)；软信息判决器(120)，配置用于获得由第一概率值和第二概率值的组合所表示的软信息(122，Lsed, L(d))，其中，能够通过相加取决于在符号的同一比特位置包括相同第一比特值的调制字母表 (A)的每个符号(s)的全概率密度函数(p(yKD|s))而定的数值来推导所述第一概率值，其中所述调制字母表(A)的每个符号(s)代表至少两比特，其中如果代表考虑相加的各符号 (S)的信号已从发射机发射到中继站，代表各符号的信号引发从中继站接收的所述接收信号(102)，则所述全概率密度函数(p(yED|s))表示接收所述复数接收值(112, Yed)的概率，其中，能够通过相加取决于在符号的同一比特位置包括相同第二比特值的调制字母表 (A)的每个符号(s)的全概率密度函数(p(yKD|s))而定的数值来推导所述第二概率值，其中，第一比特值和第二比特值不同；以及软信息解码器(130)，配置用于基于获得的软信息(122，Lsed，L (d))来对所述接收信号 (102)包含的净负荷数据(132)进行解码。
2.如权利要求1的接收机，包括配置用于存储针对多个预定义的复数接收值包含多个软信息的查找表的存储单元(240)，所述软信息判决器(120)被配置为基于取决于所判决的复数接收值(112，yED)而定的所述查找表所包含的多个软信息，判决用于解码的软信息 (122，Lsed，L(d))。
3.如权利要求1的接收机，其中所述软信息判决器(120)被配置为通过相加取决于在符号的同一比特位置包括相同第一比特值的调制字母表(A)的每个符号(s)的全概率密度函数(P(yKD|s))而定的数值来计算第一概率值，其中，所述软信息判决器(120)被配置为通过相加取决于在符号的同一比特位置包括相同第二比特值的调制字母表(A)的每个符号(S)的全概率密度函数(p(yKD|s))而定的数值来计算第二概率值，并且其中所述软信息判决器(120)被配置为组合所述第一概率值和所述第二概率值以获得所述软信息(122，Lskd，L(d))。
4.如权利要求1的接收机，其中软信息表示所述第一概率值除以所述第二概率值的对数，因此所述软信息(122，Lskd，L(d))表示对数似然率。
5.如权利要求1的接收机，其中所述调制字母表(A)的每个符号(s)代表多于两个的比特。
6.如权利要求1的接收机，其中所述全概率密度(P(Y1Js))基于所述接收机已知的中继函数(f(yKS))，其中所述中继站基于从所述发射机接收的无线信号，使用所述中继函数 (f(yES))以确定将要发射到所述接收机的无线信号。
7.如权利要求6的接收机，其中所述中继函数(f(yKS))基于
8.如权利要求6的接收机，包括配置用于存储缩放因子、提供所述缩放因子到用于判决所述软信息(122，Lsed，L (d))的所述软信息判决器(120)的存储单元(240)，其中如果接收信号包含的、代表发射机与中继站间的信道的噪声水平的噪声信息变化超过预设阈值， 则所述软信息判决器(120)被配置用于确定新的缩放因子并用所述新的缩放因子更新存储的缩放因子。
9.如权利要求1的接收机，其中所述信号判决器(110)被配置用于从所述接收信号 (102)中判决或提取表示中继站与接收机间的信道的噪声水平的第一噪声信息(σ )，并被配置为从所述接收信号(102)中提取表示发射机与中继站间的信道的噪声水平的第二噪声信息(σ ),其中所述全概率密度函数(p(yKD|s)))取决于第一噪声信息和第二噪声信息而定。
10.如权利要求1的接收机，其中所述软信息判决器(120)被配置为基于接收自所述发射机的接收信号(ySD)获得对数似然率，其中所述软信息(122，Lskd，L (d))表示具有所述第一概率值除以所述第二概率值的对数的对数似然率，其中所述第一概率值和所述第二概率值取决于所述全概率密度函数与取决于接收自发射机的接收信号而定的概率密度函数的乘积，其中接收自所述发射机的接收信号包含与接收自中继站的接收信号(102)包含的相同的净负荷数据。
11.如权利要求1的接收机，其中中继站发射的无线信号经由第一信道而被接收，发射机发射的无线信号经由第二信道而被接收，其中第一信道与第二信道相互独立。
12.如权利要求5的接收机，其中如果所述中继站发射包含由中继函数确定的复数发射值(ySK)的无线信号，则所述全概率密度函数(P(Y1Js))基于表示接收所述复数接收值 (112，yED)的概率的第一概率密度函数(Pb^f^yj))，其中，如果考虑相加的各符号(s) 通过发射机发射到中继站，则所述全概率密度函数(P(Y1Js))基于表示在中继站处接收来自发射机的具有复数接收值(ySK)的接收信号的概率的第二概率密度函数(P(ySK|s))。
13.如权利要求1的接收机，其中软信息判决器(120)被配置为基于
14.用于对无线通信系统中的接收信号进行解码的方法(1600)，包括 对于所述接收信号判决复数接收值(1610)； 获得由第一概率值与第二概率值的组合表示的软信息(1620)， 其中，能够通过相加取决于在符号的同一比特位置包括相同第一比特值的调制字母表的每个符号的全概率密度函数而定的数值来推导所述第一概率值，其中所述调制字母表的每个符号代表至少两比特，其中如果代表考虑相加的各符号的信号已从发射机发射到中继站，代表各符号的信号引发从中继站接收的所述接收信号，则所述全概率密度函数表示接收所述复数接收值的概率，其中，能够通过相加取决于在符号的同一比特位置包括相同第二比特值的调制字母表的每个符号的全概率密度函数而定的数值来推导所述第二概率值，其中，第一比特值和第二比特值不同；以及基于获得的软信息，对所述接收信号所包含的净负荷数据进行解码(1630)。
15.具有用于执行如权利要求14的方法的程序代码、运行于计算机或微控制器的计算机程序。
全文摘要
本发明涉及无线通信系统中解码接收信号的接收机和方法。接收机包括信号判决器，软信息判决器和软信息解码器。信号判决器为接收自中继站的接收信号判决复数接收值。软信息判决器获得由第一概率值和第二概率值的组合所表示的软信息。能够通过相加取决于在符号的同一比特位置包括相同第一比特值的调制字母表的每个符号的全概率密度函数而定的数值来推导所述第一概率值，其中所述调制字母表的每个符号代表至少两比特。能够通过相加取决于在符号的同一比特位置包括相同第二比特值的调制字母表的每个符号的全概率密度函数而定的数值来推导所述第二概率值。软信息解码器基于获得的软信息来对接收信号包含的净负荷数据进行解码。
文档编号H04L27/38GK102387116SQ20111031914
公开日2012年3月21日 申请日期2011年9月1日 优先权日2010年9月1日
发明者G·迪特尔, P·维特卡姆普尔 申请人:株式会社Ntt都科摩