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CN102369672A - 生成软比特的系统和方法 - Google Patents

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CN102369672A
CN102369672A CN2009801490077A CN200980149007A CN102369672A CN 102369672 A CN102369672 A CN 102369672A CN 2009801490077 A CN2009801490077 A CN 2009801490077A CN 200980149007 A CN200980149007 A CN 200980149007A CN 102369672 A CN102369672 A CN 102369672A
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谢凯
萨塔尔·伊莱亚斯
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Commscope Connectivity LLC
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ADC Telecommunications Inc
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Abstract

一种接收器，该接收器接收来自通信链路的接收信号，所述接收信号包括在载波上调制的符号流，所述符号流中的每个符号都从符号的星座图中选取以代表多个编码数据比特。该接收器包括：解调器，该解调器用于生成源自所述接收信号的接收符号流；信道解码器，该信道解码器用于生成源自所述接收符号流的接收数据比特流；以及存储装置，该存储装置存储与所述星座图中的多个符号相关的信息。对于所述接收符号流中的每个符号，所述解调器：确定所述星座图的多个符号中的哪个符号是距所述接收符号最近的相应的最近符号；基于存储在所述存储装置中的信息，为由用于所述接收符号的最近符号代表的每个数据比特确定相应的最近邻符号；以及对于由用于所述接收符号的相应的最近符号代表的每个数据比特，从相应的最近邻符号与所述接收符号之间的距离减去相应的最近符号与所述接收符号之间的距离，以生成用于所述接收符号的相应的软比特。

Description

生成软比特的系统和方法
背景技术
在许多数字调制方案中，将二进制数据映射到调制符号上。在许多这种方案中，有两种以上可能不同的调制符号，这意味着每个被调制的符号都包含1个比特以上的信息。在接收器处接收到的符号可能会受到噪声破坏。因此，由于噪声的随机性特征，从接收符号恢复的比特序列中可能会存在差错。换言之，无法保证每个恢复的比特就是原始传输的比特。与其他的相比，一些恢复的比特更有可能是错误的。也被称为可靠性信息的软比特被用来指示每个恢复比特差错的可能性。这种“软信息”对于差错控制解码器来说尤其有用。
典型的数字调制方案通过一系列计算密集型方程式来计算软比特。例如，在具有8个符号的星座图中，诸如在8-PSK调制方案中，每个符号代表三个数据比特。为了计算软比特，计算接收符号和星座图中的每个符号之间的距离以及六组距离值中的最小值。具体地说，六组距离值为第一位为0或1、第二位0或1以及第三位为0或1的组。例如，假定图1中的示例性星座图100，利用以下三个方程式计算软比特：
z3i＝min(Mi1，Mi2，Mi3，Mi4)-min(Mi0，Mi5，Mi6，Mi7))；
z3i+1＝min(Mi3，Mi4，Mi5，Mi6)-min(Mi0，Mi1，Mi2，Mi7))；
z3i+2＝min(Mi2，Mi3，Mi7，Mi8)-min(Mi0，Mi1，Mi4，Mi5))
在以上方程式中，量Mij代表接收符号与星座图中的其中一个符号之间的距离。下标i是接收符号索引，下标j是星座符号索引。因为计算涉及复数和平方根，所以为每个接收符号执行这些计算可能是计算密集型的。此外，将三个以上比特映射到每个符号的其他星座图将必须解决额外的方程式，每个软比特一个方程式。
发明内容
在一个实施方式中，提供了一种接收器，该接收器接收来自通信链路的接收信号，所述接收信号包括在载波上调制的符号流，所述符号流中的每个符号都从符号的星座图中选取以代表多个编码数据比特。该接收器包括：解调器，该解调器用于生成源自所述接收信号的接收符号流；信道解码器，该信道解码器用于生成源自所述接收符号流的接收数据比特流；以及存储装置，该存储装置存储与所述星座图中的多个符号相关的信息。对于所述接收符号流中的每个符号，所述解调器：确定所述星座图的多个符号中的哪个符号是距所述接收符号最近的相应的最近符号；基于存储在所述存储装置中的信息，为由用于所述接收符号的最近符号代表的每个数据比特确定相应的最近邻符号；以及对于由用于所述接收符号的相应的最近符号代表的每个数据比特，从相应的最近邻符号与所述接收符号之间的距离减去相应的最近符号与所述接收符号之间的距离，以生成用于所述接收符号的相应的软比特。
附图说明
应理解，附图仅示出了示例性实施方式，因此不应认为限制范围，通过利用附图更详细具体地描述这里示例性实施方式。
图1是星座图的示例的图解。
图2是通信系统的一个实施方式的框图。
图3是星座图的另一示例的图解。
图4是计算用于接收符号的可靠性信息的方法的一个实施方式的流程图。
具体实施方式
根据通常实践，所描述的各种特征并没有按比例绘制，而是绘制成用以强调与示例性实施方式相关的特定特征。在各附图中相同的附图标记表示相同的元素。
在以下详细的描述中，参考在此形成说明书一部分内容的附图，其中附图以说明具体图示实施方式的方式示出。然而，应理解，可以采用其他实施方式，并且可以进行逻辑、机械和电气改变。此外，附图或说明书提供的方法不能被解释为限制单独步骤可被执行的顺序。因此，并非以限制意义进行以下详细描述。
图2是通信系统200的一个实施方式的框图。通信系统200包括发射器202和接收器204。发射器202可操作用来在链路206上将调制的通信信号发送到接收器204。接收器204解调该通信信号并且执行错误校正流程以减少在接收到的调制信号中的噪声的影响。
尽管在图2中在通信链路206的相应端部处仅示出了发射器202和接收器204，但应理解，通常通信链路206的每一端都将包括发射器和接收器(以支持双向通信)。同样，尽管在图2中发射器202和接收器204被表示为分开的装置，但是在一些实施方案中，链路206的每一端的发射器和接收器集成为单个装置(有时被称为“收发器”)。因此，在这样的实施方案中，发射器202和接收器204中的每个均包括集成在单个装置中的发射器和接收器。
发射器202包括信道编码器208和调制器210。信道编码器208对从数据源201接收到的数据比特进行编码以生成二进制序列d＝[d0，d1…dN]。该二进制序列d从信道编码器208输出到调制器210。调制器210可操作成将二进制序列d中的每个比特映射到星座图中的多个符号中的一个符号上，使得每个符号代表多个比特。例如，在一些实施方式中，调制器210可操作成使用相移键控(PSK)调制方案来映射二进制序列d，该方案使用诸如图1所示的示例性星座图之类的星座图。具体地说，图1所示的PSK星座图是在全球移动通信系统(GSM)8-PSK调制方案中使用的星座图。然而，在其他实施方式中，使用诸如16位或64位正交幅度调制(QAM)之类的其他调制方案。例如，在一些实施方式中，使用基于IEEE 802.16e标准的QAM调制方案(诸如图3所示的示例性星座图300)。虽然这里提及了特定的示例性调制方案，但应理解，也可以采用其他将二进制比特序列映射到每个均代表多个比特的多个符号的调制方案。
调制器210输出调制的符号序列x＝[x0，x1…xM]。该调制序列x通过通信链路206发送到接收器204。链路206包括适用于通信信号的任何有线或无线媒介，例如但不限于光缆、同轴电缆、双绞线电缆和无线射频(RF)通信信号。因此，为在链路206上进行传输，调制器210可操作成调制符号序列x。例如，在该示例性实施方式中，发射器202还包括RF模块224。该RF模块224接收由调制器210生成的调制序列x并且生成适于在链路106上传输的RF信号。例如，在其中调制器210输出具有同相(I)和正交(Q)分量的数字基带调制信号的一个实施方案中，RF模块224执行上变频操作以将基带信号上变频到合适的RF频率并且执行数模转换(D/A)操作以生成适合传输的模拟信号。
在链路206上传输期间，各种不同的噪声源会破坏或改变符号序列x。因此，接收器204接收到符号序列y＝[y0，y1…yM]，其可能与序列x不同。具体地说，接收器204包括RF模块226、解调器112和信道解码器114。RF模块226接收在链路106上传输的RF信号并且生成适用于解调器212的包括接收符号序列y的数字基带信号。例如，在其中解调器212被配置为接收具有I分量和Q分量的数字基带调制信号的实施方案中，RF模块226执行下变频操作以将RF信号下变频到基带并且分离出I分量和Q分量。在这种实施方案中，RF模块226还执行模数转换(A/D)操作来生成适用于解调器212的基带信号的数字化版本。
解调器212根据接收到的序列y来估计序列d。解调器212还为序列y中的符号代表的每个数据比特计算软比特。估计的序列和软比特被提供给信道解码器214，该解码器214在错误校正流程中使用该软比特信息。然而，与传统系统不同，解调器212不计算一系列计算密集型方程式来确定软比特或可靠性信息。相反，解调器212使用存储在接收器214所包含的存储器218中的最近邻符号表220来更加有效率的计算软比特。具体地说，尽管在图2所示的示例性实施方式中解调器212包括存储器218，但是应理解，在其他实施方式中存储器218可以与解调器212分开。
存储器218可以实施为能由通用或专用的计算机或处理器或者任何可编程逻辑器件存取的任何可用介质。合适的处理器可读介质可包括诸如磁性或光学介质之类的储存或存储介质。例如，储存或存储介质可包括传统的硬盘、光盘只读存储器(CD-ROM)、易失或非易失介质例如随机存取存储器(RAM)(包括但不仅限于同步动态随机存取存储器(SDRAM)、双数据率(DDR)RAM、RAMBUS动态DAM(RDRAM)、静态RAM(SRAM)等等)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)以及闪存等等。合适的处理器可读介质还可包括借助于诸如网络和/或无线链路之类的通信媒介传送的如电、电磁或数字信号之类的传输介质。
对于给定的接收到的符号ym，处理功能216确定星座图中哪个符号最接近所接收到的符号。如本领域技术人员所公知的，处理功能216可以利用软件、固件、硬件或软件、固件和硬件的任何适当组合来实现。例如，处理功能216可以包括支持对接收到的符号序列y进行解调的硬件部件和电路或与所述硬件部件和电路接口。举例来说(但不是限制性的)，这些硬件部件可以包括一个或更多个微处理器、存储器元件、数字信号处理(DSP)元件、接口卡以及本领域所公知的其他标准部件。前述任何部件可由特殊设计的专用集成电路(ASIC)以及现场可编程逻辑器件(FPGA)补充或结合于其中。正如此处所使用的，表作为存储数据的任何数据结构，例如但不仅限于键控关系数据库、链表、平面文件记录等等。
在图2所示的实施方式的一种实施方案中，接收器204中的RF模块226、解调器212和/或信道解码器214的至少一部分是以在合适的可编程处理器上执行的软件实现的。例如，这种可编程处理器可以使用数字信号处理器(DSP)实现，该数字信号处理器执行实现此处描述的由RF模块226、解调器212和/或信道解码器214执行的至少部分功能的软件。这样的软件包括多个有形地体现在处理器可读介质上的程序指令。在其它示例中，该可编程处理器是另一种类型可编程装置如ASIC或FPGA的一部分。类似地，在图2所示的发射器202的一个实施方案中，RF模块224、调制器210和/或信道编码器208的至少一部分是以在合适的可编程处理器上执行的软件实现的。
处理功能216寻找星座图中的与接收到的符号具有最小距离的符号。接收到的符号和星座图符号之间的距离在此处表示为Mij，其中，下标i是接收到的符号的索引，下标j是星座图符号的索引。例如，下表1示出了用于图1中的星座图的符号索引j、星座图以及调制比特之间的关系。
Figure BPA00001387434200051
表1
类似地，下表2示出了用于图3所示的星座图的符号索引j、星座图以及调制比特之间的关系。
Figure BPA00001387434200071
表2
具有最小距离的星座图符号在此被称为“最近符号”，并且最近符号与接收到的符号之间的距离在本文中也表示为Mmin。
在确定哪个星座图符号是最近符号之后，处理功能216在存储器218中存储的表220中为最近符号中的每个比特查找最近邻符号。如本文所使用的，最近邻符号是与最近符号中的相应比特的值相反且距最近符号以最小距离定位的星座图符号。例如，下表3是存储在存储器218中用于实现图2中的星座图的实施方式的示例性表。
Figure BPA00001387434200072
表3
在表3的最左栏中，列出了星座图符号索引号。在其他三栏中，列出了用于每个星座图符号中的每个比特的最近邻符号索引号。例如，如表1所示，由星座图符号2代表的三个比特值为0、1和0。如果最近符号是星座图符号2(即jmin＝2)，则与第一比特值相反的最近邻符号是星座图符号0(代表比特1、1和1)，用于第二比特的最近邻符号是星座图符号3(代表比特0、0和0)，用于第三比特的最近邻符号是星座图符号1(代表比特0、1和1)。
对于每个软比特，处理功能216从最近邻符号与接收到的符号之间的距离(距离Mij)减去最近符号与接收到的符号之间的距离(距离Mmin)。从而，用于最近符号2的三个软比特的绝对值由相对简单的方程式Mio-Mmin，Mi3-Mmin和Mi1-Mmin给出。这些方程式相对简单，因为它们不需要像传统系统中那样计算所有星座图符号与接收到的符号之间的距离或确定用于多个组值的最小距离。因而，本文描述的实施方式提供了更有效和更少计算量的计算软比特信息的方式。
在该示例中，上述过程获得了软比特的绝对值或可靠性信息。为了确定每个软比特的极性或方向，在该实施方式中，处理功能216从也存储在存储器218中的极性表222中检索极性数据。例如，对应于图1的星座图的极性表在下表4中示出。
Figure BPA00001387434200081
表4
因而，在上述描述的最近符号为星座图符号2的示例中，应用于各软比特的极性是-1、1和-1。在向相应的软比特应用极性后，解调器212将软比特提供给信道解码器214以供在错误校正流程中使用。对每个接收到的符号重复上述描述的确定软比特的过程。信道解码器214将解码数据提供给数据接收器228，例如但不仅限于移动电话、电视机系统等等。
上述过程也可以与使用不同星座图的其它调制方案一起使用。例如，下表5是对应于图3所示的星座图的最近邻符号的示例性表。
Figure BPA00001387434200082
表5
下表6示出了对应于表5以及图3中的星座图的示例性极性表。
Figure BPA00001387434200092
Figure BPA00001387434200101
表6
图4是示出了计算软比特信息的方法400的一个实施方式的流程图。图4所示的方法400的实施方式在此被描述为通过上述针对图2描述的解调器212实现，不过其它实施方式通过其它方式实现。在该实施方式中，方法400的所有或某些部分是在有形地包含在处理器可读介质上并由处理功能216执行的程序指令中实现的。
在框图402中，解调器接收代表多个比特的经调制的符号。该符号根据例如上述PSK或QAM的星座图来调制。在方框404，解调器确定星座图中哪个符号距接收到的符号具有最小距离(这里也称为“最近符号”)。在方框406，对于由最近符号代表的每个比特，解调器212基于存储在存储装置218中的信息确定与相应的比特值相反的最近邻符号。例如，在该实施方案中，解调器212在表220中查找最近邻符号。在方框408，解调器212从每个比特的最近邻符号与接收到的符号之间的距离减去最近符号与接收到的符号之间的距离，以得到相应软比特的绝对值。在方框410，对于由最近符号代表的每个比特，解调器212在极性表中查找与相应软比特相关的极性数据，并且将该极性应用到相应的软比特。在方框412，解调器212将软比特提供给解码器以供在恢复二进制序列的错误校正流程中使用。
尽管这里已经示出并描述了具体实施方式，本领域技术人员应意识到，计算用于实现相同目的的任何装置都可以替换所示的具体实施方式。因此，明显的是本发明仅由权利要求及其等同物来限定。

Claims (20)

1.一种接收器，该接收器接收来自通信链路的接收信号，所述接收信号包括在载波上调制的符号流，所述符号流中的每个符号都从符号的星座图中选取以代表多个编码数据比特，该接收器包括：
解调器，该解调器用于生成源自所述接收信号的接收符号流；
信道解码器，该信道解码器用于生成源自所述接收符号流的接收数据比特流；以及
存储装置，该存储装置存储与所述星座图中的多个符号相关的信息；
其中，对于所述接收符号流中的每个符号，所述解调器：
确定所述星座图的多个符号中的哪个符号是距所述接收符号最近的相应的最近符号；
基于存储在所述存储装置中的信息，为由用于所述接收符号的最近符号代表的每个数据比特确定相应的最近邻符号；以及
对于由用于所述接收符号的相应的最近符号代表的每个数据比特，从相应的最近邻符号与所述接收符号之间的距离减去相应的最近符号与所述接收符号之间的距离，以生成用于所述接收符号的相应的软比特。
2.如权利要求1所述的接收器，其中所述解调器能操作成通过利用相移键控(PSK)调制方案和正交幅度调制(QAM)调制方案中的一种来生成接收符号流。
3.如权利要求2所述的接收器，其中所述PSK调制方案是全球移动通信系统(GSM)8-PSK调制方案。
4.如权利要求2所述的接收器，其中所述QAM调制方案是基于IEEE802.16e标准的调制方案。
5.如权利要求1所述的接收器，其中所述解调器还能操作成为由用于给定接收符号的最近符号代表的每个比特从所述存储装置中检索与用于所述接收符号的软比特相关的极性数据。
6.如权利要求1所述的接收器，其中所述接收信号包括射频信号，并且其中所述接收器还包括用来下变频所述接收信号的射频模块。
7.一种通信系统，该通信系统包括：
发射器，该发射器能操作成发射调制信号，所述发射器包括：
信道编码器，该信道编码用来编码数据比特流；以及
调制器，该调制器用来将编码数据比特流映射到来自符号星座图的多个符号，使得在调制信号中的每个符号都代表多个编码数据比特；和
接收器，该接收器能操作成接收调制信号，所述接收器包括：
解调器，该解调器用于生成源自所述接收信号的接收符号流；
信道解码器，该信道解码器用于生成源自所述接收符号流的接收数据比特流；以及
存储装置，该存储装置存储与所述星座图中的多个符号相关的信息；
其中，对于所述接收符号流中的每个符号，所述解调器：
确定所述星座图的多个符号中的哪个符号是距所述接收符号最近的相应的最近符号；
基于存储在所述存储装置中的信息，为由用于所述接收符号的最近符号代表的每个数据比特确定相应的最近邻符号；以及
对于由用于所述接收符号的相应的最近符号代表的每个数据比特，从相应的最近邻符号与所述接收符号之间的距离减去相应的最近符号与所述接收符号之间的距离，以生成用于所述接收符号的相应的软比特。
8.如权利要求7所述的通信系统，其中所述解调器能操作成通过利用相移键控(PSK)调制方案和正交幅度调制(QAM)调制方案中的一种来生成接收符号流。
9.如权利要求8所述的通信系统，其中所述PSK调制方案是全球移动通信系统(GSM)8-PSK调制方案。
10.如权利要求8所述的通信系统，其中所述QAM调制方案是基于IEEE802.16e标准的调制方案。
11.如权利要求7所述的通信系统，其中所述解调器还被操作成为由用于给定接收符号的最近符号代表的每个比特在所述存储装置中检索与用于所述接收符号的软比特相关的极性数据。
12.如权利要求7所述的通信系统，其中所述发射器还包括上变频所述调制信号的射频模块，并且所述接收器还包括下变频所述接收信号的射频模块。
13.一种解调制包含符号流的接收信号的方法，该方法包括：
接收包含符号流的信号，所述符号流中的每个符号都从符号星座图中选取以代表多个编码数据比特；
对于每个接收符号，确定所述星座图中的哪个符号距所述接收符号具有最小距离；
对于由距所述接收符号具有最小距离的符号代表的每个比特，基于存储在存储装置中的信息确定与相应比特值相反的最近邻符号；
对于由距所述接收符号具有最小距离的符号代表的每个比特，从每个相应比特的最近邻符号与所述接收符号之间的距离减去所述最小距离以获得用于所述接收符号的软比特。
14.如权利要求13所述的方法，其中所述星座图是相移键控(PSK)调制方案和正交幅度调制(QAM)调制方案中的一个的星座图。
15.如权利要求14所述的方法，其中所述调制方案是全球移动通信系统(GSM)8-PSK调制方案。
16.如权利要求14所述的方法，其中所述QAM调制方案是基于IEEE802.16e标准的调制方案。
17.如权利要求13所述的方法，该方法还包括：对于由具有最小距离的符号代表的每个比特，从所述存储装置检索与用于所述接收符号的可靠性信息相关的极性数据。
18.如权利要求13所述的方法，其中所述接收信号是射频信号，并且接收所述信号包括将所述接收信号下变频到基带信号。
19.一种程序产品，该程序产品包括处理器可读介质，该处理器可读介质上包含程序指令，其中所述程序指令能操作成当由包含在解调接收到的通信信号的装置中的至少一个可编程处理器执行时使所述装置：
计算代表多个比特的接收符号与星座图中的与所述接收符号最近的符号之间的距离；
对于由最近符号代表的每个比特，基于从存储装置中检索到的信息来确定与相应比特值相反的最近邻符号；
对于由所述最近符号代表的每个比特，从每个相应比特的最近邻符号与所述接收符号之间的距离减去所述最近符号与所述接受符合之间的计算距离以获得用于所述接收符号的软比特；以及
输出所述软比特以用于解码由所述最近符号代表的比特。
20.如权利要求19所述的程序产品，其中所述程序指令能进一步操作成使所述装置：
为由所述最近符号代表的每个比特，从所述存储装置检索与所述软比特相关的极性信息；
在输出所述软比特之前，将所述极性信息应用到相应的软比特。
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