CN101237434B - 一种格雷映射m-psk调制的软判决方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种高阶格雷码映射M-PSK调制的低复杂度软解调算法，由信道估计、对接收信号r进行均衡、硬判决、计算比特似然比、译码过程组成，其特征在于计算比特似然比的方法上比现有的星座搜索法简单容易实现，大大降低计算量。

Description

一种格雷映射M-PSK调制的软判决方法 

技术领域

该项发明属于无线通信的调制解调领域。 

背景技术

随着无线通信用户的快速增加，如何提高频谱利用率已成为设计无线通信系统的一个主要目标。 

格雷映射M-PSK(多进制相移键控)调制由于频谱利用率高而被广泛应用于无线数字通信系统中。其中，格雷映射代表所采用的调制星座图进行的是格雷编码，从而可以保证任意两个相邻星座点之间只有一位码元不同，从而能在与高效编译码结合的通信系统中有效提高系统性能。 

在具有FEC(前向纠错)的无线系统中，软判决解调法相对硬判决解调法能提供较大的性能改善，见文献：F.Tosato and P.Bisaglia，”Simplifed soft-output demapper for binary interleavedCOFDM with application to HIPERLAN/2，”in proc.IEEE ICC’02，2002，pp，664-668。 

综上所述，在无线通信系统的发射端使用格雷映射M-PSK调制，同时在接收端使用软判决解调的无线调制解调技术已被广泛的使用。 

传统的软解调判决方法如下：接收信号r通常可以表示如式(1)所示。 

                       r＝ax+n                                  (1) 

其中x是发射信号，其属于格雷映射M-PSK调制的星座点集合S＝{s₁，s₂，...s_M}，其中M代表调制的阶数，a为信道增益，n为均值为0，方差为σ²的加性白高斯噪声。每个星座点s_i代表k＝log₂ M个比特的信息，记为：b₀，b₁，...，b_k-1。 

根据文献M.M.Wang，Weimin Xiao，and T.Brown，“Soft decision metric for QAM withchannel estimation error.”IEEE trans，Commun，vol.50.pp.1058-1061.July 2002。接收信号r中第i个比特b_i的比特似然比可以表示为： 

$\mathrm{LLR}\left(b_i\right)=\frac{1}{{\mathrm{\σ}}^2}({|r-{\mathrm{as}}_i^{-}|}^2-{|r-{\mathrm{as}}_i^{+}|}^2),i=\mathrm{0,1}...,k-1---\left(2\right)$

其中LLR(b_i)表示b_i的比特似然比，s_i ^-表示第i个比特为0且离r/a最近的星座点，s_i ⁺表示第i比特为1且离r/a最近的星座点，σ²是接收信号的噪声功率。 

根据公式(2)，计算比特似然比LLR(b_i)要寻找的是s_i ^-和s_i ⁺。假设用s^*表示由硬判决确定的星座点，那么s^*是M-PSK星座图中距离r/a最近的星座点，显然，如果s^*的第i个比特为0，则 $s_i^{-}=s^{*};$ 如果s^*的第i个比特为1，则 $s_i^{*}=s^{*}.$ 这样，在传统的软解调方法中，s_i ^-和s_i ⁺其中一个可以通过硬判决获得，但另一个需要搜索星座图中的所有点才能获得，对于高阶调制来说，其计算量十分大。 

发明内容

针对在传统软解调方法中计算比特似然比LLR(b_i)时，由于s_i ^-或s_i ⁺需要搜索星座图中的所有点才能获得，由此对于高阶调制来说，其计算量十分大的问题，本发明提供了一种高阶格雷码映射M-PSK调制的低复杂度软解调算法，包括发射端处理过程和接收端处理过程。 

发射端处理过程如下列步骤完成： 

步骤1：对输入的二进制数据进行编码，以降低其在传输过程可能出现的随机和突发错误。 

步骤2：对编码后的数据进行格雷映射M-PSK调制得到发送信号x∈S。 

接收端对接收信号的处理过程如下步骤完成： 

步骤3：信道估计。根据某种估计准则，从接收信号r中进行信道估计，为下一步均衡提供条件。 

步骤4：信道均衡消除干扰。根据步骤3得到的估计信道对接收信号r进行均衡，以期消除信道对发送信号x所造成的干扰，得到均衡后的信号 

步骤5：硬判决。对 

进行硬判决，获得硬判决星座点 $s^{*}=(b_0^{*},b_1^{*},...,b_{i-1}^{*},b_i^{*},b_{i+1}^{*},...,b_{k-2}^{*},b_{k-1}^{*}).$ 其中b_i ^*(i＝0，1，2...k-1)表示s^*的第i个比特。 

步骤6：计算均衡后的接收信号 

的第0比特b₀的比特似然比LLR(b₀)，具体步骤如下： 

子步骤1：判断硬判决后所得到比特b₀ ^*， 

●如果 $b_0^{*}=0,$ 则令 ${s_0^{-}=s}^{*}=(0,b_1^{*},...,b_{i-1}^{*},b_i^{*},b_{i+1}^{*},...,b_{k-2}^{*},b_{k-1}^{*}),$ 而令星座点s₀ ⁺的第0个比特取1，s₀ ⁺的第1个比特与硬判决星座点s^*的第1个比特相同，s₀ ⁺的其余比特全为0，即 $s_0^{+}=(1,b_1^{*},\mathrm{0,0},...,\mathrm{0,0,0},...,\mathrm{0,0});$

●如果 $b_0^{*}=1,$ 则 ${s_0^{+}=s}^{*}=(1,b_1^{*},...,b_{i-1}^{*},b_i^{*},b_{i+1}^{*},...,b_{k-2}^{*},b_{k-1}^{*}),$ 星座点s₀ ^-的第0个比特取0，s₀ ^-的第1个比特与硬判决星座点s^*第1个比特相同，s₀ ^-的其余比特全为0，即 

$s_0^{-}=(0,b_1^{*},\mathrm{0,0},...\mathrm{0,0,0},...,\mathrm{0,0});$

子步骤2：将子步骤1所得到的s₀ ^-与s₀ ⁺代入公式(3)计算均衡后的信号 

的第0比特的似然比： 

$\mathrm{LLR}\left(b_0\right)=\frac{1}{{\mathrm{\σ}}^2}({|\hat{r}-s_0^{-}|}^2-{|\hat{r}-s_0^{+}|}^2)---\left(3\right)$

步骤7：计算均衡后的信号 

的其余比特b_i(i＝1，2...，k-1)的似然比LLR(b_i)方法为： 

子步骤1：判决步骤5中计算所得的b_i ^*， 

●如果 $b_i^{*}=0,$ 则令 ${s_i^{-}=s}^{*}=(b_0^{*},b_1^{*},...,b_{i-1}^{*},0,b_{i+1}^{*},...,b_{k-2}^{*},b_{k-1}^{*}),$ 而令星座点s_i ⁺的第0至i-1个比特与硬判决星座点s^*的第0至i-1个比特相等，第i个比特为1，第i+1个比特为1，其余比特全为0，即 $s_i^{+}=(b_0^{*},b_1^{*},...,b_{i-1}^{*},1,\mathrm{1,0,0},...,0);$

●如果 $b_i^{*}=1,$ 则令 ${s_i^{+}=s}^{*}=(b_0^{*},b_1^{*},...,b_{i-1}^{*},1,b_{i+1}^{*},...,b_{k-2}^{*},b_{k-1}^{*}),$ 而令星座点s_i ^-的第0至i-1个比特与硬判决星座点s^*的第0至i-1个比特相等，第i个比特为0，第i+1个比特为1，其余比特全为0，即 $s_i^{-}=(b_0^{*},b_1^{*},...,b_{i-1}^{*},\mathrm{0,1,0},0,...,0);$

子步骤2：将s_i ^-与s_i ⁺代入公式(4)计算得到 

中第i个比特b_i的比特似然比： 

$\mathrm{LLR}\left(b_i\right)=\frac{1}{{\mathrm{\σ}}^2}({|\hat{r}-s_0^{-}|}^2-{|\hat{r}-s_0^{+}|}^2),i=\mathrm{1,2}...k-1---\left(4\right)$

步骤8：利用步骤6和步骤7计算得到的每个比特的比特似然比，进行译码，然后输出译码后的数据。 

需要说明的是： 

1)步骤2中的格雷映射M-PSK调制方法必须采用3GPP在TR 25.848 V4.0.0标准中规定的规则，如图2所示；详情见TR 25.848 V4.0.0； 

2)步骤5中格雷映射M-PSK调制下接收信号对应的简化硬判算法见文献：“C.K，Yuen，A fast analog to gray code converter，”in Proceedings of the IEEE，vol.65，pp.1510-1511，Oct.1977，利用该算法能够有效地降低格雷映射M-PSK调制的硬判决复杂度。 

本发明的实质与效果： 

本发明的实质是：用硬判决法确定s_i ^-与s_i ⁺符号中的其中一个后，就可以根据s_i ^-与s_i ⁺之间的内在关系直接确定s_i ^-与s_i ⁺中的另外一个符号，然后计算得到接收信号每个比特的似然比LLR(b_i)，从而避免了复杂星座图搜索过程。因此，该算法能够有效地降低软解调的复杂度，便于硬件实现，同时降低硬件成本，使之能在未来高速移动通信系统中得到广泛应用。 

附图说明

图1为本发明LLR(b_i)计算的实现流程。 

图2为3GPP规定的16-PSK格雷映射星座图。 

下面给出一个具体的本专利的实施方法，需要说明的是：下例中的参数并不影响本专利 的一般性。 

发端 

输入信号进行码长为300，码率为1/2的LDPC编码后，进行格雷映射，然后进行16-PSK调制，再将调制后的信号功率归一化后经过无线信道。 

如图2所示，这里M＝16，k＝4。 

收端 

对接收信号依次进行信道估计、均衡，得到经均衡后的信号 

对 

进行硬判获得硬判决星座点s^*根据发明内容中步骤7和步骤8的方法计算接收 

的每个比特的比特似然比。最后将接收信号的比特似然比送到译码模块译码后，得到判决输出。 

Claims (1)

1.一种格雷映射M-PSK调制的软判决方法，该格雷映射M-PSK调制采用3GPP在TR 25.848 V4.0.0的规则，该方法由信道估计、对接收信号r进行均衡、硬判决、计算比特似然比、译码过程组成，其特征在于：在硬判决得到星座点 之后，计算比特似然比的方法为：

步骤1：计算均衡后的接收信号 

的第0比特b₀的比特似然比LLR(b₀)，具体步骤如下：

子步骤1-1：判断硬判决后所得到的比特b₀ ^*，

●如果 

则令 

而令星座点s₀ ⁺的第0个比特取1，s₀ ⁺的第1个比特与硬判决得到的星座点s^*的第1个比特相同，s₀ ⁺的其余比特全为0，即 

●如果 

则 

星座点s₀ ^-的第0个比特取0，s₀ ^-的第1个比特与硬判决得到的星座点s^*第1个比特相同，s₀ ^-的其余比特全为0，即 

子步骤1-2：将子步骤1-1所得到的s₀ ^-与s₀ ⁺代入公式(1)计算接收信号 

的第0比特的似然比：

步骤2：计算接收信号 的其余比特b_i(i＝1，2...，k-1)的比特似然比LLR(b_i)方法为：

子步骤2-1：判决硬判决后所得到的b_i ^*，

●如果 则令 

而令星座点s_i ⁺的第0至i-1个比特与硬判决得到的星座点s^*的第0至i-1个比特相等，第i个比特为1，第i+1个比特为1，其余比特全为0，即

●如果 

则令 

，而令星座点s_i ^-的第0至i-1个比特与硬判决得到的星座点s^*的第0至i-1个比特相等，第i个比特为0，第i+1个比特为1，其余比特全为0，即

子步骤2-2：将子步骤2-1所得到的s_i ^-与s_i ⁺代入公式(2)计算得到 

中第i个比特b_i的比特似然比： 

步骤3：利用步骤1和步骤2计算得到的每个比特的比特似然比，进行译码，然后输出译码后的数据。 

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