專利名稱：一種聯(lián)合解調(diào)制和譯碼的迭代接收機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是一種聯(lián)合解調(diào)制和譯碼的接收機，尤其是涉及聯(lián)合解高階調(diào)制和迭代軟輸入軟輸出譯碼器的迭代接收機。
當今無線通信迅速發(fā)展，無線通信用戶對數(shù)據(jù)業(yè)務的需求日益提高，世界各大無線通信公司紛紛推出支持高速數(shù)據(jù)業(yè)務的方案，其中所有的方案都使用高階調(diào)制技術，如8PSK、16QAM等。雖然高階調(diào)制技術可以提高系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率，但是高階調(diào)制要求較高的信噪比，這限制了高階調(diào)制的使用。目前在通信界還沒有一個能較好地解決該問題的技術。
S.T.Brink，J.Speidel和R-H Yan在IEEE Global Telecommunications’1998會議錄“Iterative Demapping and Decoding for Multilevel Modulation”一文中提出了聯(lián)合迭代解映射和譯碼的接收機和發(fā)射機方案，但是該方案對調(diào)制器的映射方式有嚴格的要求(即要求反格雷anti-Gray映射)，否則不能帶來性能改善。
本發(fā)明的目的是克服了現(xiàn)有高階調(diào)制技術的缺點，改善上述聯(lián)合迭代解映射和譯碼的接收機和發(fā)射機方案，提出一種新型的聯(lián)合解調(diào)制和譯碼的接收機。這樣有效地解決高速數(shù)據(jù)業(yè)務要求使用高階調(diào)制和高階調(diào)制的性能不理想之間的矛盾。
信息在惡劣的無線信道中傳輸并且要保證一定的差錯率，必須求助于很好的信道編碼。在現(xiàn)階段，好的信道編碼(如并行鏈接卷積碼(又名turbo碼)、串行鏈接卷積碼和LDPC碼)都使用迭代譯碼，都使用軟輸入軟輸出譯碼器。在使用迭代譯碼器，因為譯碼器每次迭代輸出軟信息，輸出的軟信息作為先驗信息和接收到的信號一起輸入到下一次的譯碼器中，譯碼器輸出本次迭代的軟信息，這樣就形成迭代譯碼。
本發(fā)明是在迭代譯碼器的基礎上發(fā)明的一種聯(lián)合解調(diào)制和迭代軟輸入軟輸出譯碼相結(jié)合的迭代接收機。
本發(fā)明使用帶有先驗信息輸入的高階調(diào)制解調(diào)制器。因為迭代軟輸入軟輸出譯碼器的輸出為軟輸出，而在每次迭代中迭代軟輸入軟輸出譯碼器輸出外軟信息(extrinsic information)作為下一次迭代其自身的先驗信息軟輸入，其輸出的對數(shù)似然率信息(Log-Likelihood Ratio(LLR)information)可以作為高階調(diào)制解調(diào)制器的先驗信息，然后高階調(diào)制解調(diào)制器輸出更可靠的信息，并輸入到軟輸入軟輸出譯碼器。這就是本發(fā)明的思想。
同時為了更充分地利用迭代軟輸入軟輸出譯碼器中有多個基本軟輸入軟輸出譯碼器(Elementary Soft-Input-Soft-Output decoders)的特性，可以在一次迭代中每個基本軟輸入軟輸出譯碼器的軟輸出反饋給高階調(diào)制解調(diào)制，這樣可以在每次迭代中的每個階段除了譯碼器的先驗信息外，都有更可靠的源信息輸入(其中一次迭代譯碼中一個基本軟輸入軟輸出譯碼器譯碼輸出為一個譯碼階段(decoding stage))。
其中解調(diào)制器按下式工作L(sk|z)=lnΣi=02M-1-1p(z|sk=1,sj,j=0,...,M-1,j≠k≡bin(i))·expΣj=0,j≠kbtst(i,h)=1M-1La(sj)Σi=02M-1-1p(z|sk=0,sj,j=0,...,M-1,j≠k≡bin(i))·expΣj=0,j≠kbtst(i,h)=1M-1La(sj)k=0,...M-1---(1)]]>其中z是解調(diào)制器的高階調(diào)制符號信號輸入，一個高階調(diào)制符號z中包含有M個比特的信息，上式輸出L(sk|z)為比特sk的軟輸出信息，La(sj)，j＝0，...，M-1，j≠k，btst(i，h)＝1為比特sk的先驗信息；sj，j＝0，...，M-1，j≠k≡bin(i)指的是0、1值的s0，...，sj-1，sj+1，...，sM-1按二進制組合為i，如M＝3，k＝1，i＝2則sj，j＝0，...2，j≠1≡bin(2)表示s0＝0，s2＝1；btst(i，h)表示i按二進制分解在第h個比特上的值，h的值按下式計算 本發(fā)明使用于各種高階調(diào)制(用于格雷映射高階調(diào)制能得到最好的性能)，都能帶來差錯率性能上的改善；本發(fā)明可使用各種迭代軟輸入軟輸出譯碼器，如并行鏈接卷積碼(又名turbo碼)的譯碼器、串行鏈接卷積碼的譯碼器和LDPC碼的譯碼器等。
本發(fā)明還有一大優(yōu)點就是本發(fā)明的實現(xiàn)幾乎不增加接收機的復雜度。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作詳細說明附
圖1為采用格雷(Gray)映射的8PSK的星座示意圖；附圖2為一種發(fā)射機的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖3為本發(fā)明提出的聯(lián)合解調(diào)制和譯碼迭代接收機的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖4為本發(fā)明使用在8PSK解調(diào)制和Turbo碼譯碼器相結(jié)合的實施例接收機結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖5為本發(fā)明使用在8PSK解調(diào)制和Turbo碼譯碼器相結(jié)合的另一個實施例接收機結(jié)構(gòu)示意圖。
從附圖1可知使用格雷(Gray)映射的8PSK調(diào)制的比特映射關系。
附圖2為信息經(jīng)過信道編碼器進行編碼，編碼器輸出經(jīng)過刪除復用器(Puncturerand Multiplexer)和交織器，交織器的輸出按星座圖映射成高階調(diào)制符號。其中信道編碼為可以使用迭代譯碼的信道編碼。
在附圖3的接收機中，其工作步驟為1.初始化解調(diào)制器的先驗信息全為0，初始化譯碼器的先驗信息全為0，并初始化譯碼器迭代計數(shù)器I為1，打開可控開關；2.將輸入的高階調(diào)制信號和解調(diào)制器的先驗信息輸入到解調(diào)制器中，解調(diào)制器的輸出經(jīng)過解交織器后輸入到迭代軟輸入軟輸出譯碼器中；3.如果要將迭代軟輸入軟輸出譯碼器中每個譯碼階段(Decoding Stage)對應的基本軟輸入軟輸出譯碼器(Elementary Soft-Input-Soft-Output Decoder)的軟輸出都輸出作為解調(diào)制器的先驗信息，初始化階段計數(shù)器J為1，跳到步驟4；如果只將迭代軟輸入軟輸出譯碼器中每次譯碼迭代最后一個譯碼階段對應的基本軟輸入軟輸出譯碼器的軟輸出輸出作為解調(diào)制器的先驗信息，跳到步驟5；4.迭代軟輸入軟輸出譯碼器輸出本階段的信息比特軟信息1，如果階段計數(shù)器J＝J0，輸出信息比特軟信息2，跳到步驟6，如果階段計數(shù)器J＜J0，迭代軟輸入軟輸出譯碼器的軟輸出信息1經(jīng)過組合器和交織器后輸入到解調(diào)制器的先驗信息輸入端，將輸入的高階調(diào)制信號和解調(diào)制器的先驗信息輸入到解調(diào)制器中，解調(diào)制器的輸出經(jīng)過解交織器后輸入到迭代軟輸入軟輸出譯碼器中，階段計數(shù)器J加1，跳到步驟4進行下一個階段的譯碼；5.迭代軟輸入軟輸出譯碼器在本次迭代譯碼的最后一個階段輸出其信息比特軟信息1和2；6.如果譯碼器迭代計數(shù)器I＝I0，可控開關閉合，硬判決器對迭代軟輸入軟輸出譯碼器的輸出2進行硬判決輸出，結(jié)束本次迭代接收過程；如果譯碼器迭代計數(shù)器I＜I0，迭代軟輸入軟輸出譯碼器的軟輸出信息1經(jīng)過組合器和交織器后輸入到解調(diào)制器的先驗信息輸入端，譯碼器迭代計數(shù)器I加1，返回步驟2，進行下一次迭代接收；其中I0為預先設好的最大譯碼器迭代次數(shù)，J0為一次迭代譯碼中固定的階段數(shù)，其值等于迭代軟輸入軟輸出譯碼器中基本軟輸入軟輸出譯碼器的個數(shù)。
接收機中的組合器的工作原理是，它是一個有N位軟輸入，N/r位軟輸出的處理單元(其中N是一幀中系統(tǒng)碼的位數(shù)，r為信道編碼的編碼速率)，先直接將N位軟輸入信號輸出，然后在其后輸出(N/r-N)位的零，使得其輸出數(shù)據(jù)的位置與迭代譯碼器的輸入信號中各數(shù)據(jù)位置完全一致。
附圖4為本發(fā)明使用在8PSK解調(diào)制和Turbo碼譯碼器相結(jié)合的實施例接收機結(jié)構(gòu)示意圖。其對應的發(fā)射機的結(jié)構(gòu)和圖2一致，只是其中的高階調(diào)制器使用由附圖1給出的8PSK星座圖。
在附圖4中的接收機中，其工作步驟為1.初始化解調(diào)制器的先驗信息全為0，初始化譯碼器的先驗信息全為0，初始化迭代計數(shù)器I為1，打開可控開關；2.將接收到的高階調(diào)制信號和解調(diào)制器的先驗信息輸入到8PSK解調(diào)制器中，8PSK解調(diào)制器按(1)式運算(其中M＝3)；3.8PSK解調(diào)制器的輸出經(jīng)過解交織器后輸入到解刪除復用器(Demultiplexerand Depuncturer)中；4.解刪除復用器輸出三個信號，分別為系統(tǒng)碼信號D2、校驗碼信號D1和校驗碼信號D3；解刪除復用器輸出D1輸入到MAP譯碼器1的輸入端2，解刪除復用器輸出D2輸入到MAP譯碼器1的輸入端3、內(nèi)交織器2的輸入端和加法器1的輸入端3，解刪除復用器輸出D3輸入到MAP譯碼器2的輸入端2，MAP譯碼器1輸出輸入到加法器1的輸入端1，加法器1的輸出輸入到內(nèi)交織器1的輸入端，內(nèi)交織器1的輸出輸入到MAP譯碼器2的輸入端1和加法器2的輸入端3，內(nèi)交織器2的輸出分別輸入到MAP譯碼器2的輸入端3和加法器2的輸入端2，MAP譯碼器2的輸出輸入到加法器2的輸入端1和內(nèi)解交織器2的輸入端，內(nèi)解交織器2的輸出端輸入到組合器的輸入端和可控開關的輸入端；5.如果迭代計數(shù)器I＝預先設好的最大迭代次數(shù)，可控開關閉合，硬判決器對譯碼器的輸出進行判決輸出，結(jié)束本次迭代接收過程；如果迭代計數(shù)器I＜該預先設好的最大迭代次數(shù)，將組合器的輸出經(jīng)過交織器輸入到8PSK解調(diào)制器的輸入端1，加法器2的輸出輸入到內(nèi)解交織器1的輸入端，內(nèi)解交織器1
輸出輸入到MAP譯碼器1的輸入端1和加法器1的輸入端2，迭代計數(shù)器I加1，返回步驟2，進行下一次迭代。
附圖5為本發(fā)明使用在8PSK解調(diào)制和Turbo碼譯碼器相結(jié)合的另一個實施例接收機結(jié)構(gòu)示意圖。其對應的發(fā)射機的結(jié)構(gòu)和圖2一致，只是其中的高階調(diào)制器使用由附圖1給出的8PSK星座圖。
在附圖5中的接收機中，其工作步驟為1.初始化8PSK解調(diào)制器的先驗信息全為0，初始化譯碼器的先驗信息全為0，初始化迭代計數(shù)器I為1，打開可控開關；2.將接收到的高階調(diào)制信號和解調(diào)制器的先驗信息輸入到8PSK解調(diào)制器(Demodulator)中，8PSK解調(diào)制器按(1)式運算(其中M＝3)；3.8PSK解調(diào)制器的輸出經(jīng)過解交織器(Deinterleaver)后輸入到解刪除復用器(Demultiplexer and Depuncturer)中；4.階段計數(shù)器J＝1，解刪除復用器輸出三個信號，分別為系統(tǒng)碼信號D2、校驗碼信號D1和校驗碼信號D3；解刪除復用器輸出D1輸入到MAP譯碼器1的輸入端2，解刪除復用器輸出D2輸入到MAP譯碼器1的輸入端3和加法器1的輸入端2，MAP譯碼器1輸出輸入到加法器1的輸入端1，雙向開關打到觸頭1處，加法器1的輸出輸入到組合器和加法器2的輸入端1，將組合器的輸出經(jīng)過交織器輸入到8PSK解調(diào)制器的輸入端1，8PSK解調(diào)制器根據(jù)輸入端1、2輸入的信號和(1)式(其中M＝3)輸出更可靠的信號到解交織器，階段計數(shù)器J＝2，進行本次迭代譯碼的下一個階段譯碼，解交織器的輸出輸入到解刪除器中，解刪除復用器輸出D2輸入到內(nèi)交織器2的輸入端，解刪除復用器輸出D3輸入到MAP譯碼器2的輸入端2，加法器2的輸出輸入到內(nèi)交織器1的輸入端，內(nèi)交織器1的輸出輸入到MAP譯碼器2的輸入端1和加法器4的輸入端2，內(nèi)交織器2的輸出分別輸入到MAP譯碼器2的輸入端3和加法器3的輸入端2，MAP譯碼器2的輸出輸入到加法器3的輸入端1和內(nèi)解交織器2的輸入端，內(nèi)解交織器2的輸出端輸入到可控開關的輸入端；5.如果迭代計數(shù)器I＝預先設好的最大迭代次數(shù)，可控開關閉合，硬判決器對譯碼器的輸出進行判決輸出，結(jié)束本次迭代接收過程；如果迭代計數(shù)器I＜該預先設好的最大迭代次數(shù)，加法器3的輸出輸入到加法器4的輸入端1和內(nèi)解交織器3的輸入端，雙向開關打到觸頭2處，內(nèi)解交織器3的輸出輸入到組合器的輸入端，將組合器的輸出經(jīng)過交織器輸入到8PSK解調(diào)制器的輸入端1，加法器4的輸出輸入到內(nèi)解交織器1的輸入端，內(nèi)解交織器1輸出輸入到MAP譯碼器1的輸入端1和加法器2的輸入端2，迭代計數(shù)器I加1，返回步驟2，進行下一次迭代。通過對本發(fā)明提出的接收機方案進行計算機仿真，可知該接收機有很大的性能改善，幾乎不增加接收機的復雜度。
權(quán)利要求
1.一種接收機，其特征在于，一種聯(lián)合解高階調(diào)制和迭代軟輸入軟輸出譯碼的迭代接收機，將迭代軟輸入軟輸出譯碼器的軟輸出作為下一次迭代中解高階調(diào)制的先驗信息，以使得在下一次迭代時解高階調(diào)制輸出更可靠的信息，其結(jié)構(gòu)為信號輸入接解調(diào)制器的輸入端2，解調(diào)制器的輸出端接解交織器的輸入端，解交織器的輸出端接迭代軟輸入軟輸出譯碼器的輸入端，迭代軟輸入軟輸出譯碼器的輸出端1、2分別接組合器的輸入端和可控開關的輸入端，組合器的輸出端接交織器的輸入端，交織器的輸出端接解調(diào)制器的輸入端1，可控開關的輸出端接硬判決器的輸入端，硬判決器的輸出端為該接收機的輸出端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的迭代接收機，其特征在于其工作步驟為1)初始化解調(diào)制器的先驗信息全為0，初始化譯碼器的先驗信息全為0，并初始化譯碼器迭代計數(shù)器I為1，打開可控開關；2)將輸入的高階調(diào)制信號和解調(diào)制器的先驗信息輸入到解調(diào)制器中，解調(diào)制器的輸出經(jīng)過解交織器后輸入到迭代軟輸入軟輸出譯碼器中；3)如果要將迭代軟輸入軟輸出譯碼器中每個譯碼階段(Decoding Stage)對應的基本軟輸入軟輸出譯碼器(ElementarySoft-Input-Soft-Output Decoder)的軟輸出都輸出作為解調(diào)制器的先驗信息，初始化階段計數(shù)器J為1，跳到步驟4)，如果只將迭代軟輸入軟輸出譯碼器中每次迭代譯碼最后一個譯碼階段對應的基本軟輸入軟輸出譯碼器的軟輸出輸出作為解調(diào)制器的先驗信息，跳到步驟5)；4)迭代軟輸入軟輸出譯碼器輸出本階段的信息比特軟信息1，如果階段計數(shù)器J＝J0，輸出信息比特軟信息2，跳到步驟6)，如果階段計數(shù)器J＜J0，迭代軟輸入軟輸出譯碼器的軟輸出信息1經(jīng)過組合器和交織器后輸入到解調(diào)制器的先驗信息輸入端，將輸入的高階調(diào)制信號和解調(diào)制器的先驗信息輸入到解調(diào)制器中，解調(diào)制器的輸出經(jīng)過解交織器后輸入到迭代軟輸入軟輸出譯碼器中，階段計數(shù)器J加1，跳到步驟4)進行下一個階段的譯碼；5)迭代軟輸入軟輸出譯碼器在本次迭代譯碼的最后一個階段輸出其信息比特軟信息1和2；6)如果譯碼器迭代計數(shù)器I＝I0，可控開關閉合，硬判決器對迭代軟輸入軟輸出譯碼器的輸出2進行硬判決輸出，結(jié)束本次迭代接收過程；如果譯碼器迭代計數(shù)器I＜I0，迭代軟輸入軟輸出譯碼器的軟輸出信息1經(jīng)過組合器和交織器后輸入到解調(diào)制器的先驗信息輸入端，譯碼器迭代計數(shù)器I加1，返回步驟2)，進行下一次迭代接收；其中I0為預先設好的最大譯碼器迭代次數(shù)，J0為一次迭代譯碼中固定的階段數(shù)，其值等于迭代軟輸入軟輸出譯碼器中基本軟輸入軟輸出譯碼器的個數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的解調(diào)制器，其特征在于該解調(diào)制器按下式工作L(sk|z)=lnΣi=02M-1-1p(z|sk=1,sj,j=0,...,M-1,j≠k≡bin(i))·expΣj=0,j≠kbtst(i,h)=1M-1La(sj)Σi=02M-1-1p(z|sk=0,sj,j=0,...,M-1,j≠k≡bin(i))·expΣj=0,j≠kbtst(i,h)=1M-1La(sj)k=0,...M-1]]>其中z是解調(diào)制器的高階調(diào)制符號信號輸入，一個高階調(diào)制符號z中包含有M個比特的信息，上式的輸出L(sk|z)為比特sk的軟輸出信息，La(sj)j＝0，...，M-1，j≠k，btst(i，h)＝1為比特sk的先驗信息；sj，j＝0，...M-1，j≠k≡bin(i)指的是0、1值的s0，...，sj-1，sj+1，...，和sM-1按二進制組合起來為i；btst(i，h)表示i按二進制分解在第h個比特上的值，h的值按下式計算 這樣可得到解調(diào)制器輸入信號中包含的所有信息的軟輸出。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合器，其特征在于其工作原理是，它是一個有N位軟輸入，N/r位軟輸出的處理單元(其中N是一幀中系統(tǒng)碼的位數(shù)，r為信道編碼的編碼速率)，先直接將N位軟輸入信號輸出，然后在其后輸出(N/r-N)位的零，使得其輸出數(shù)據(jù)的位置與迭代譯碼器的輸入信號中各數(shù)據(jù)位置完全一致。
全文摘要
本發(fā)明提供一種聯(lián)合解高階調(diào)制和迭代軟輸入軟輸出譯碼的迭代接收機方案，本發(fā)明基于迭代軟輸入軟輸出譯碼器和解高階調(diào)制器的原理，本發(fā)明帶來接收機在差錯率性能上的改善，有效地克服了高階調(diào)制在差錯率上的缺點，而且使用靈活實用。
文檔編號H04B1/06GK1433155SQ0210008
公開日2003年7月30日 申請日期2002年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月17日
發(fā)明者古建, 楊大成 申請人:楊大成