接收装置及其方法与流程

本发明涉及一种用于有线或无线通信系统的接收装置。此外，本发明还涉及相应的方法、有线或无线通信系统、计算机程序以及计算机程序产品。

背景技术：

正交频分复用(orthogonalfrequencydivisionmultiplexing，ofdm)是许多通信系统(例如长期演进(longtermevolution，lte))的空中接口。高的带外(out-of-band，oob)发射是ofdm的主要缺点。由于带外发射会对相邻频段造成干扰，或者需要包含较大的保护频段来限制干扰，因此带外发射会降低整个系统的性能。

这个问题的一个解决方案是频谱预编码，在为发送处的ofdm调制器进行馈送之前，通过对数据符号进行预编码来减少oob。投影预编码器是一种频谱预编码方法，该方法对数据符号向量进行投影，以将发送限制在特定数据子空间中。这个子空间是先验确定的，以保证一定程度的oob发射。一种将发送限制在给定子空间的方法是使用正交投影。也就是说，在馈送ofdm调制器之前，对k个数据符号的向量进行频率预编码：

其中g是rank(g)＝k-m的k×k正交投影，其中m＞0是设计参数。根据定义，正交投影矩阵是幂等矩阵，即g²＝g；并且是埃尔米特(hermitian)矩阵，即它等于它的自共轭转置：g＝g^h。也就是说，投影的图像投影到自身，且该投影的范围和零空间是正交的。预编码器g将投影到(k-m)＜k维的子空间上，所以总是属于

投影是不可逆运算，即向量是能够投影到上的无限个向量的图像。然而，d中发送的数据通常是从离散星座中选出的，即，d∈c^k，其中的c，例如，可以是qam星座，因此，事实上只有有限数量的可能的d可以是的反转图像。即使是从到的投影，也将是一对一的映射，由于k通常很大，所以通过穷举搜索的方式对g求逆的代价会非常高。不过，尽管如此，仍然可以在复杂度较低的每索引符号的估计中通过使用非线性迭代接收器利用所述星座的离散性。

技术实现要素：

本发明实施例的目的在于：提供一种减轻或解决传统解决方案中的缺点和问题的解决方案。

上述目的和其他目的是通过独立权利要求的主题来实现的。本发明的其他有利的实现形式则由从属权利要求限定。

根据本发明的第一方面，通过通信系统的接收装置实现上述的以及其它的目的，所述接收装置包括接收器，所述接收器被配置为：

接收包含用正交投影预编码矩阵g预编码的数据的数据信号r；

基于所述预编码矩阵g计算所述数据信号r的传输数据符号的信干噪比snir；

使用所述预编码矩阵g对所述数据信号r进行滤波，得到经滤波的数据信号；

基于所计算的snir和所述经滤波的数据信号r计算所述传输数据符号的似然度。

根据所述第一方面的接收装置提供了许多优点。与传统解决方案相比，通过使用关于投影预编码器的信息计算snir，并使用所计算的snir计算似然度，实现了，例如，改进的符号估计和解码。

在根据所述第一方面的接收装置的第一种可能的实现形式中，所述接收器被配置为：

a)使用所述预编码矩阵g以及在前次迭代中计算的所述传输数据符号的软符号估计对所述数据信号r进行滤波，以获得所述经滤波的数据信号；

b)基于所述计算的snir，计算所述传输数据符号的似然度；

c)基于所计算的似然度，计算所述传输数据符号的软符号估计；

重复a)到c)的多次迭代。

这种可能的实现形式的优点在于，通过迭代步骤a)到c)的多次迭代，所计算的似然度得到更多地改善。这一实现形式也具有，例如，为解码，提供更好的符号估计这一直接结果。

根据所述第一方面的第一种实现形式，在接收装置的第二种可能的实现形式中，在所述第一次迭代中，接收器被配置为基于所述传输数据符号的预定软符号估计，对所述数据信号r进行滤波。

这种可能的实现形式的优点在于，在第一次迭代时计算的似然度得到了改善，而如果明智地选择了所述预定软符号估计，则将改善每次迭代中的似然度。

根据所述第一方面或所述第一方面的任何一种前述实现形式，在接收装置的第三种可能的实现形式中，所述接收器被配置为基于所述预编码矩阵g的对角元素，计算所述snir。

这种可能的实现形式的优点在于，在维持性能的同时，可以降低计算复杂度并减少所需的存储器存储。

根据所述第一方面的第三种实现形式，在接收装置的第四种可能的实现形式中，所述接收器被配置为根据以下公式计算具有传输索引i的传输数据符号α的snir：

其中，gi，i是所述预编码矩阵g的对角元素的值，n0是加性高斯白噪声(additivewhitegaussiannoise，awgn)的噪声功率。

这种可能的实现形式的优点在于，该公式给出了snir计算的明确表达式。

根据所述第一方面的第四实现形式，在接收装置的第五种可能的实现形式中，所述接收器被配置为：根据以下公式，计算具有传输索引i的所述传输数据符号α的似然度pr：

其中，是所述经滤波的数据信号的第i个分量，di是第i个传输数据符号。

这种可能的实现形式的优点在于该公式给出了似然计算的明确表达式。

根据所述第一方面或所述第一方面的第一至第五种实现形式中任一种，在接收装置的第六种可能的实现形式中，所述接收器被配置为：使用所述预编码矩阵g和所有传输数据符号的软符号估计对所述数据信号r进行滤波。

这种可能的实现形式的优点在于无需在软符号估计中进行选择。

根据所述第一方面或所述第一方面的第一至第五种实现形式中任一种，在接收装置的第七种可能的实现形式中，所述接收器被配置为：使用所述预编码矩阵g和仅对所述干扰传输数据符号的软符号估计，对所述数据信号r进行滤波。

这种可能的实现形式的优点在于改善信号重构。

根据所述第一方面或所述第一方面的第一至第七种实现形式中任一种，在接收装置的第八种可能的实现形式中，所述通信系统是正交频分复用(orthogonalfrequencydivisionmultiplexing，ofdm)系统。

这种可能的实现形式的优点在于根据所述第一方面的接收装置非常适合用于ofdm系统。

根据所述第一方面或所述第一方面的第一至第七种实现形式中任一种，在接收装置的第九种可能的实现形式中，所述通信系统是单载波频分多址(singlecarrierfrequencydivisionmultipleaccess，sc-fdma)系统。

这种可能的实现形式的优点在于根据所述第一方面的接收装置非常适合用于sc-fdma系统。

根据所述第一方面或所述第一方面的前述实现形式中任一种，在接收装置的第十种可能的实现形式中，所述接收器基于对所述传输数据符号所计算的似然度，对所述经滤波的数据信号r进行解码。

这种可能的实现形式的优点在于，与传统解决方案相比，该实现形式降低了错误率。在高mcs的情况下，错误率方面的性能改进尤为突出。

根据本发明的第二方面，使用包括根据所述第一方面的接收装置的有线或无线通信系统，实现上述目的和其它目的。

根据本发明的第三方面，通过一种方法实现上述目的和其他目的，该方法包括：

接收包含用正交投影预编码矩阵g预编码的数据的数据信号r；

基于所述预编码矩阵g，计算所述数据信号r的传输数据符号的信干噪比snir；

使用所述预编码矩阵g对所述数据信号r进行滤波，得到经滤波的数据信号；

基于所计算的snir和经滤波的数据信号r计算所述传输数据符号的似然度。

在根据所述第三方面的方法的第一种可能的实现形式中，所述方法包括：

a)使用所述预编码矩阵g以及在前次迭代中计算的所述传输数据符号的软符号估计对所述数据信号r进行滤波，以获得经滤波的数据信号；

b)基于所述计算的snir，计算所述传输数据符号的似然度；

c)基于所计算的似然度，计算所述传输数据符号的软符号估计；

重复a)到c)的多次迭代。

根据第三方面的第一种实现形式，在方法的第二种可能的实现形式中，所述方法在所述第一次迭代中包括基于所述传输数据符号的预定软符号估计，对所述数据信号r进行滤波。

根据所述第三方面或所述第三方面的任何前述实现形式，在方法的第三种可能的实现形式中，所述方法包括基于所述预编码矩阵g的对角元素，计算所述snir。

根据所述第三方面的第三种实现形式，在方法的第四种可能的实现形式中，所述方法包括根据以下公式计算具有传输索引i的传输数据符号α的snir：

其中，gi，i是所述预编码矩阵g的对角元素的值，n0是加性高斯白噪声(additivewhitegaussiannoise，awgn)的噪声功率。

根据所述第三方面的第四种实现形式，在方法的第五种可能的实现形式中，所述方法包括根据以下公式计算具有传输索引i的所述传输数据符号α的似然度pr：

其中，是所述经滤波的数据信号的第i个分量，di是第i个传输数据符号。

根据所述第三方面或所述第三方面的第一至第五种实现形式中任一种，在方法的第六种可能的实现形式中，所述方法包括使用所述预编码矩阵g和所有传输数据符号的软符号估计对所述数据信号r进行滤波。

根据所述第三方面或所述第三方面的第一至第五种实现形式中任一种，在方法的第七种可能的实现形式中，所述方法包括使用所述预编码矩阵g和仅对所述干扰传输数据符号的软符号估计，对所述数据信号r进行滤波。

根据所述第三方面或所述第三方面的第一至第七种实现形式中任一种，在方法的第八种可能的实现形式中，所述通信系统是正交频分复用(ofdm)系统。

根据所述第三方面或所述第三方面的第一至第七种实现形式中任一种，在方法的第九种可能的实现形式中，所述通信系统是单载波频分多址(sc-fdma)系统。

根据所述第三方面或所述第三方面的前述实现形式中任一种，在方法的第十种可能的实现形式中，所述方法包括基于对所述传输数据符号所计算的似然度，对所述经滤波的数据信号r进行解码。

根据所述第三方面的方法的优点与对应的根据所述第一方面的接收装置的优点相同。

本发明的实施例还涉及一种计算机程序，其特征在于代码装置，当由处理装置运行所述代码装置时，使得所述处理装置执行根据本发明的任何方法。此外，本发明还涉及一种包括计算机可读介质和所述计算机程序的计算机程序产品，其中所述计算机程序包含在所述计算机可读介质之中，而所述计算机可读介质包括来自以下组中的一个或多个：rom(只读存储器(read-onlymemory，rom))、prom(可编程rom(programmablerom，prom))、eprom(可擦除prom(erasableprom，prom))、闪存、eeprom(电eprom(electricallyeprom，eeprom))和硬盘驱动器。

根据下面的详细描述，本发明的其他应用和优点将会显而易见。

附图说明

附图旨在阐明并解释本发明的不同实施例，其中：

图1示出了根据本发明实施例的接收装置；

图2示出了对应的根据本发明实施例的方法；

图3示出了根据本发明另一实施例的接收装置；

图4示出了根据本发明实施例的无线通信系统；以及

图5示出了性能的比较结果。

具体实施方式

本发明的实施例涉及在软符号估计接收器中使用频谱预编码知识。本发明的实施例适用于由正交投影预编码器(例如频谱预编码器)预编码的任何数据类型的任意传输。一旦接收器接收到投影预编码数据，则由该接收器对所接收到的数据符号进行处理。发明人已经认识到，在发送装置处进行的投影预编码会在符号索引中产生不同静态干扰水平。因此，所述接收器可以基于在发送装置处使用的投影预编码器的知识，对其符号估计进行改进。

与本解决方案相反的传统解决方案的缺点在于，即使它们包括来自所述频谱预编码器的不同干扰水平，也要对每个索引进行相同的符号估计。这样做的结果是，对应于高信噪比(signaltonoiseratio，snr)区域的传统解决方案的性能会受干扰的限制，并且显示出更严重的劣化，对于高调制编码方案(highmodulationandcodingscheme，mcs)来说更是如此。

图1示出了根据本发明的接收装置100的实施例。接收装置100可以是无线通信装置和/或有线通信装置的一部分，例如基站(basestation，bs)、用户设备(userequipment，ue)或具有用于有线通信的计算机。

接收装置100包括接收器102，在这一特定情况下，接收器102可选地耦合到接收装置104(例如用于无线通信的天线或用于有线通信的调制解调器)，接收装置104被配置为从发送装置300(参见图5)接收无线和/或有线通信信号s。所述通信信号s包括由正交投影仪预编码器g预编码的数据。处理所述通信信号s，例如对它进行解调，以提供包括预编码数据的解调数据信号r。

根据图1实施例的当前的接收器102被配置为：接收包括经预编码的数据的数据信号r。接收器102还被配置为基于所述预编码矩阵g计算所述数据信号r的传输数据符号的信噪比干扰比(signal-to-noiseandinterferenceraio，snir)。接收器102又被配置为使用所述预编码矩阵g对数据信号r进行滤波，以获得经滤波的数据信号。接收器102还被配置为基于所计算的snir和经滤波的数据信号r计算所述传输数据符号的似然度。

通常，所述似然度是，例如，对数似然比(log-likelihoodratio，llr)形式的似然概率，但是本领域中已知的其他合适的概率也可以使用，比如最大后验概率(maximum-a-posteriory，map)。所计算的似然度可以，例如，通过计算符号估计而用于解码和/或干扰消除。

图2示出了可以在诸如图1所示的接收装置100中实现的对应方法200。方法200包括接收202包含用正交投影预编码矩阵g预编码的数据的数据信号r的步骤。方法200还包括基于所述预编码矩阵g，计算204所述数据信号r的传输数据符号的信干噪比snir的步骤。方法200还包括使用所述预编码矩阵g对所述数据信号r进行滤波206，得到经滤波的数据信号的步骤。方法200还包括基于所计算的snir和经滤波的数据信号r，计算208所述传输数据符号的似然度的步骤。

本解决方案的一个应用是对所述经滤波的数据信号进行解码。这意味着在对所述经滤波的数据信号进行解码时使用了所述传输数据符号的所计算的似然度。在该示例性应用中，将似然概率用于前向纠错(forward-error-correcting，fec)码的解码，例如，turbo码和卷积码。通常以似然比(likelihoodratio，llr)的形式，使用所计算的符号似然概率计算比特似然概率。

在本发明的另一实施例中，本解决方案在图3所示的迭代接收器102中实现。图3中的接收器102包括下面描述的主要功能块。应该注意的是，所述功能块可以是硬件独立设备或装置、或者软件实现的功能块，(例如在一个或多个处理器中实现)，或是两者的组合。

图3的实施例中的接收器102包括预编码器加载器块108，其被配置为加载所述预编码矩阵g。所述预编码矩阵g是由发送装置300用于对发送到接收装置100的数据进行预编码的预编码矩阵g。

图3的实施例中的接收器102包括信号重构块106，其被配置为接收数据信号r，并基于所述预编码器g和先前对软符号估计块114(见下文)中传输数据符号的软符号估计来消除数据信号r中的干扰。所述干扰的消除可以在匹配滤波之后执行，这将在下面的公开中得到进一步阐释。信号重构块106将经滤波的数据信号转发给似然度计算块112。在本公开中，经滤波的数据信号也表示为重构信号。

图3的实施例中的接收器102包括snir计算模块110，其被配置为基于所述预编码矩阵g，计算每个传输符号索引i的snir。仅对该snir进行一次计算，而不是在每个迭代步骤j都进行计算。在一个实施例中，仅使用所述预编码矩阵g的对角元素计算所述snir。在另一实施例中，基于所述预编码矩阵g和噪声统计，例如在下文中详细解释的噪声功率，来计算snir。

图3的实施例中的接收机102包括似然度计算块112，其被配置为接收经滤波的数据信号并基于由snir计算块110算得的sinr计算结果，计算传输数据符号的似然度。

图3的实施例中的接收器102包括软符号估计块114，其被配置为：针对每个迭代步骤j，基于所计算的似然度来计算所述传输数据符号的每软符号估计，并且将所计算的软符号估计馈送到信号重构块106，以用于下一迭代步骤。

因此，首先，接收器102通过根据前次迭代步骤提供的软符号估计消除所述数据信号r中的干扰，重构所述数据信号。然后，接收器102基于根据所述经滤波的数据信号算得的似然度，计算新的软符号估计。这两个步骤，即在对数据信号进行滤波时以及对似然度的计算中，均使用了对所述投影预编码器的知识。该过程以任意迭代次数迭代执行。

可选地，在所述迭代结束时，即在最后的迭代步骤中，将传输符号的似然度发送到解码器块116以进行解码。解码器块116的输出，即经解码的符号可以用于本领域技术人员熟知的其他处理和/或应用中。然而，应注意，所述解码也可以在本解决方案的非迭代实施例中执行。

在又一个实施例中，在第一个迭代步骤中，接收器102被配置为基于对所述传输数据符号的预定软符号估计，对所述数据信号r进行滤波。所述预定的软符号估计可以基于对所述软符号估计的假设。这是因为在执行第一次迭代步骤时之前，没有计算过软符号估计。如果没有可用的先验知识(例如，对于正交幅度调制(quadratureamplitudemodulation，qam)来说软符号估计为零)，通常的假设可以是取符号星座的平均值。

本接收装置100可以在有线或无线通信系统500中使用。在下面的公开中，在ofdm系统的背景下，用其相关术语对本发明的其他实施例进行了描述。然而，本发明的实施例并不局限于此，本解决方案可以，例如，应用于单载波频分多址(singlecarrierfrequencydivisionmultipleaccess，sc-fdma)系统中，且具有很好的性能表现；或是可以应用于任何其他合适的有线或无线通信系统、或这二者的组合中。

图4示出了ofdm系统中的示例，其中包含发送装置300的bs在无线通信信号s中发送经投影预编码的数据。包含接收装置100的ue接收所述无线通信信号s，而接收器102对所述数据信号r进行处理，如本公开所描述的那样。所述ue可以包括发送装置300，而所述bs包括接收装置100，即相反的情况。此外，所述ue和所述bs还可以包括用于双向通信的接收装置100和发送装置300。

如上所述，本发明的实施例公开了：基于对在发送装置300处使用的投影预编码器g的预编码知识，即基于g，来计算似然概率。在以下部分中将详细描述这些部分。

将投影预编码器的元素定义为且g的列为其中，gi＝[g1，i，...，gk，i]^t是g的第i列。将ofdm解调后的接收信号r重写为：

符号di对r的每个接收分量都有贡献(contribution)。考虑用gi匹配过滤r来检测di：

在矩阵形式中，可得到而由于g是共轭的，所以有：

其中，由g²＝g，故得到最后一个等式。将噪声项表示为匹配滤波具有通过投影去除项的效果，项为在平面中的噪声贡献。

则公式(3)中接收到每符号索引的数据信号等于：

其中，gi，idi是期望信号，是干扰，而nk是噪声向量的第k个分量。可以根据式(5)计算每索引sinr。以单位功率对独立同分布(i.i.d.)符号进行平均后，索引i处的sinr则为：

由于g是正交投影，因此它是共轭的，且对角元素是实数且非负数，即gi，i≥0。另外，通过构造，投影是幂等的，且能保证gg^h＝g²＝g。因此，gg^h的对角元素，即g的行的平方范数等于g的对角元素，从而得到：

并且，根据一实施例，公式(6)的sinr表达式缩减成以下公式：

该sinr表达式对应于索引间干扰，所述索引间干扰仅由所述预编码器产生，且从预编码器知识中先验已知。所述索引间干扰也仅取决于所述预编码矩阵g的对角元素。

在每一次迭代j时，使用这个固定计算的每索引sinr计算星座符号α的似然概率。使用对所述干扰的高斯假设(其通过中心极限定理证明对于较大的k来说是合理的)，根据实施例，可以通过以下公式计算每个星座符号α和每个索引i的似然概率：

其中是重构信号的第i个分量，也表示经滤波的数据信号。

为了消除所述干扰，接收器102被配置为基于所述似然概率进行软符号估计可以通过，例如，使用以下公式对所述星座符号的似然概率进行平均，获得软符号估计：

如前所述，反馈该软符号，以在信号重构块106中用于干扰消除。

将描述两个不同的实施例，其中包括作为所述信号重构的一部分的公式(3)和公式(4)的匹配滤波。

在一个实施例中，迭代接收器对传输向量d的失真进行估计及消除。由于所述失真总是属于所述传输的正交平面，因此，可以通过使用对投影预编码器的知识，将所估计的失真投影到这个子空间，从而减小估计误差。根据下式实现通过滤波进行的信号重构：

在该实施例中，用于估计di的信号重构包括所有k的贡献这意味着在该实施例中使用了对所有星座符号的软符号估计。

在另一实施例中，通过消除公式(5)中定义的中的干扰符号dk，通过滤波进行信号重构。在这个实施例中，用于估计di的信号重构仅在k≠i时是将干扰矩阵定义为：

gint＝g-gs

其中

gs＝diag(g1，1，...，gk，k)(12)

是g的具有有用的主对角线分量的对角矩阵。则从方程(3)可得到：

其对应于公式(5)中每子载波的基础上的干扰和期望信号之间的分离。因此，给定先前的符号向量估计所述接收器消除所述干扰：

因此，当没有初始符号估计时，即则初始状态为

为了一致性，最后通过期望的符号功率对所述符号重构进行归一化：

这意味着在该实施例中仅使用了对干扰星座符号的软符号估计。

本迭代解决方案(包括解码在内)，它的计算复杂度与一些传统解决方案相同。本迭代接收器102是每索引估计，其复杂度随着星座符号的数量而线性增长。然而，与传统解决方案相比，本发明的实施例提供了较低的错误率。

在图5以ofdm系统中，m＝10(投影矩阵g的零空间维度)，k＝600个频率预编码子载波为例，示出了性能增益的示例。x轴表示信噪比(signaltonoiseratio，snr)，而y轴表示比特误码概率。此外，线条a显示了普通ofdm的结果；线条b显示了传统解决方案的结果；而线条c显示了本解决方案的结果。图5示出结果的信号重构是根据使用公式(15)的实施例实现的。从图5可以看出，对于2/3码率的64正交幅度调制(quadratureamplitudemodulation，qam)以及5/6码率的64qam，在10^-3误码率(biterrorrate，ber)处snr增益分别为0.5db和1.5db。

此外，根据本发明的实施例的任何方法可以在具有代码装置的计算机程序中实现，当所述代码装置由处理装置运行时，使得所述处理装置执行该方法的步骤。所述计算机程序包含在计算机程序产品的计算机可读介质中。所述计算机可读介质基本上可以包括任何存储器，例如rom(只读存储器(read-onlymemory，rom))、prom(可编程rom(programmablerom，prom))、eprom(可擦除prom(erasableprom，prom))、闪存、eeprom(电eprom(electricallyeprom，eeprom))和硬盘驱动器。

此外，本领域技术人员应认识到，接收装置100包括用于执行本解决方案的必要的通信能力，例如功能、装置、单元、元件等形式的通信能力。其他这种装置、单元、元件和功能的例子有：处理器、存储器、缓冲器、控制逻辑、编码器、解码器、速率匹配器、解速率匹配器、映射单元、乘法器、决策单元、选择单元、交换机、交织器、解交织器、调制器、解调器、输入、输出、天线、放大器、接收器单元、发送单元、dsp、msd、tcm编码器、tcm解码器、电源单元、馈电器、通信接口、通信协议等等，将它们适当地布置起来用于执行本解决方案。

特别地，本接收器102的处理器可以包括例如中央处理单元(centralprocessingunit，cpu)、处理单元、处理电路、处理器、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，asic)，微处理器或其他可以解析并执行指令的处理逻辑中的一个或多个实例(instance)。因此，表述“处理器”可以代表包括多个处理电路的处理电路，诸如、例如上面提到的任何、部分或全部的处理电路。所述处理电路还可以执行输入、输出和包括数据缓冲的数据处理功能，以及设备控制功能，例如呼叫处理控制、用户接口控制等。

最后应理解的是，本发明不局限于上述实施例，并且本发明还涉及并包含落在所附独立权利要求范围内的所有实施例。