CN101771644B - 一种基于联合检测和软判决译码的信号接收方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于联合检测和软判决译码的信号接收方法，该方法包括：a.对接收信号进行联合检测；b.基于联合检测的结果，计算接收信号的可靠信息；c.基于所述可靠信息对接收信号进行软判决译码。本发明有效的结合了联合检测和软判决译码两种技术，可以进一步提高通信***的性能。

Description

一种基于联合检测和软判决译码的信号接收方法

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种无线通信***中的基于联合检测和软判决译码的信号接收方法。

背景技术

码分多址(CDMA)是一种扩频接入方法。其原理是：将需传送的具有一定信号带宽的信息数据，用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制，使原数据信号的带宽被扩展，再经载波调制并发送出去。接收端使用完全相同的伪随机码，与接收的带宽信号作相关处理，把宽带信号转换成原信息数据的窄带信号即解扩，以实现信息通信。

正交频分多址(OFDMA)是一种以OFDM为基础的多载波接入方法。其原理是将频谱分成许多正交子载波，选取一部分子载波组成子信道，并利用OFDM进行传输。由于各子载波是并行传输的，可以大大消除信号波形间的干扰。OFDM还可以采用码扩技术，将要发送的频域数据经过码扩之后分配到一个子信道的各个子载波上。

上述OFDM***和CDMA***都涉及到一个联合检测的问题。另外，软判决译码是相对于硬判决译码的一种译码方法，软判决译码在加性高斯白噪声信道下比硬判决译码高2分贝的编码增益。若两者能联合应用，则能进一步提高通信***的性能。本发明提出了一种结合联合检测和软判决译码的通信方法。

发明内容

本发明提出了一种基于联合检测和软判决译码的信号接收方法，该方法包括：

a.对接收信号进行联合检测；

b.基于联合检测的结果，计算接收信号的可靠信息；

c.基于所述可靠信息对接收信号进行软判决译码。

该方法中，所述接收信号可以为CDMA信号，使用信道估计和扩频码对接收信号进行联合检测。所述接收信号也可以为OFDM信号，使用信道估计，对接收信号进行联合检测。所述接收信号还可以为经过码扩的OFDM信号，使用信道估计和码扩矩阵组成的组合信道矩阵，对接收信号进行联合检测。上述所述信道估计可以是利用导频或者训练序列来估计信道，并进行信道拟合，所述信道拟合可以为低通滤波。

优选的，步骤b中，计算接收信号的每个比特的可靠信息为每个比特的似然比，并采用可靠信息的绝对值来衡量每个比特的可靠度，所述绝对值越小，所述比特的可靠度越低；步骤c中，对接收信号的一个码元的若干个可靠度最低的比特进行组合，再对每一个组合的码元进行硬判决译码，并计算硬判决译码结果与所述码元的可靠信息的欧氏距离，选取欧氏距离最小的码元组合作为译码输出。

优选的，步骤b中，计算接收信号的每个符号的可靠信息为与该符号次最近的欧氏距离，并采用可靠信息来衡量每个符号的可靠度，所述可靠信息的值越小，所述符号的可靠度越低；步骤c中，对接收信号的一个码元的若干个可靠度最低的符号进行组合，再对每一个组合的码元进行硬判决译码，将硬判决译码结果调制成符号序列，计算所述符号序列与接收信号的欧氏距离，选取欧氏距离最小的符号序列对应的码元组合作为译码输出。

本发明有效的结合了联合检测和软判决译码两种技术，可以进一步提高通信***的性能。尤其对于OFDM***，首先采用码扩可以获得频率分集，有效的降低信道的衰落程度；然后采用信道拟合技术和软判决译码可以进一步改善OFDM***性能。

附图说明

图1为本发明实施例的OFDM***的结构示意图；

图2为本发明实施例的在信道编码后进行16QAM调制的星座示意图；

图3为本发明实施例的一个OFDM子信道的示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施方法。

以一个如图1所示的OFDM***为例，在发射端，信源经过信源编码和信道编码后，通过OFDM调制发射出去；在接收端，通过OFDM解调接收信号后进行联合检测，基于联合检测的结果计算接收信号的可靠信息，然后依据所述可靠信息对接收信号进行软判决译码，最后进行信源译码。下面详细说明本实施例的信号发射和接收过程中的关键步骤。

1、信道编码

本实施例采用(26，24)RS码做信道码，其由GF(2⁵)域上的(31，29)码截短所得。每个编码块中含有96个比特。设每个编码块中的比特为(b₀，b₁，…，b₉₅)，根据编码比特构造29个码元符号(S₀，S₁，…，S₂₈)，每个符号由5个比特组成，方法如下：S₀＝(0b₀b₁b₂b₃)，S₁＝(0b₄b₅b₆b₇)，...，S₂₃＝(0b₉₂b₉₃b₉₄b₉₅)，S₂₄＝(00000)，S₂₅＝(00000)，S₂₆＝(00000)，S₂₇＝(00000)，S₂₈＝(00000)；编码之后加上2个校验码一共31×5＝155个比特，S₀，S₁，...，S₂₃中的第1个比特不发射，S₂₄，S₂₅，...，S₂₈不发射，则编码之后发射的比特一共有155-24-5×5＝106个比特。

2、OFDM调制发射

信道编码之后的二进制信息首先通过如图2所示的16QAM调制，将16QAM调制后的数据再进行OFDM调制。

本实施例的OFDM***采用128个子载波，分享1M的带宽。每8个子载波组成一个子信道，第i个子信道使用i，i+16，i+32，i+48，i+64，i+80，i+96，i+112号子载波。如图3所示为一个子信道的示意图，每个子信道是一个8×8的时频二维网格。对每一个子信道采用码扩技术，即将要发送的频域数据经过码扩之后分配到一个子信道的各个子载波之上。

码扩技术具体为：通过码扩变换x＝W s，将l个符号变换成N_s个数据。其中，s为码扩之前的符号，x为码扩之后的数据，W是大小N_s×l的码扩矩阵。在本实施例中，扩频矩阵采用W₈的前l列，将l个数据扩展为8个数据。

$W_8=\frac{1}{\sqrt{8}}\left(\begin{array}{cccccccc}1& 1& 1& 1& 1& 1& 1& 1\\ 1& -1& 1& -1& 1& -1& 1& -1\\ 1& 1& -1& -1& 1& 1& -1& -1\\ 1& -1& -1& 1& 1& -1& -1& 1\\ 1& 1& 1& 1& -1& -1& -1& -1\\ 1& -1& 1& -1& -1& 1& -1& 1\\ 1& 1& -1& -1& -1& -1& 1& 1\\ 1& -1& -1& 1& -1& 1& 1& -1\end{array}\right)$

将码扩以后的数据映射到8×8的子信道上，并采用pilot符号用作信道估计。最后将时频率映射之后的数据经过IFFT变换，加入循环前缀，上变频发射出去。

3、OFDM解调接收

接收信号通过下变频，完成同步接收之后，将每一个OFDM符号进行FFT变换转化成频域数据。

4、联合检测

为了使得联合检测更加精确，首先对子信道进行信道估计，并将估计的子信道在频域内进行拟合。所述信道拟合技术可以为：先将信道估计在频域内进行插值，没有利用的子载波通过信道插值获得其信道估计值，然后将所有子载波的信道估计值进行低通滤波。采用长为L的低通窗函数进行滤波，滤波前为了避免滤波器的边缘效应，可以将信道估计向高/低频率各等值延拓L-1点长度。在本实施例中，对所有已经使用的子载波进行LS信道估计，将估计之后的信道先内插为128个子载波的信道，然后将128点信道左右各等值延拓6个点，即140个点信道响应，最后使用[1，1，1，1，1，1，1]/7的权值对140点数据进行滤波。

下一步，从滤波后的信道估计中抽取出所需要的子载波的信道估计进行联合检测运算。设本实施例中某子信道各子载波的拟合之后的信道估计分别为

则接收信号为：y＝Hs+n，H为拟合之后的信道估计和码扩矩阵组成的组合信道矩阵，其中，y为频域接收信号，H计算如下：

通过联合检测的方法对S进行恢复，联合检测采用MMSE检测：

r＝(H^*H+σ²I)^-1H^*y

然后将MMSE检测之后的数据r进行16QAM解调。

5、计算可靠信息

基于联合检测的结果，计算接收信号的可靠信息。在本实施例中，计算接收信号的每个比特的可靠信息为该比特的似然比，即为：

$L=\log \frac{\underset{a_i\∈{\mathrm{\Ω}}_0}{\mathrm{\Σ}}\exp (-\frac{{(r-a_i)}^2}{2{\mathrm{\σ}}^2})}{\underset{a_i\∈{\mathrm{\Ω}}_1}{\mathrm{\Σ}}\exp (-\frac{{(r-a_i)}^2}{2{\mathrm{\σ}}^2})}$

其中Ω₀是对应比特位为0的星座点所组成的集合，Ω₁是对应比特位为1的星座点所组成的集合，σ²为噪声功率。

采用似然比的绝对值来衡量该比特的可靠度，似然比的绝对值越小，该比特的可靠度越低。

6、软译码

利用上述的接收信号的每个比特的可靠信息，对接收信号的每个信道码元采用软判决译码。从一个码元的n个比特可靠信息找出可靠度最低的m个比特，即可靠信息的绝对值最小的m个比特。该码元对这m个比特进行组合后，对应有2^m个序列。对每一个序列进行硬判决译码，并计算硬判决译码后的码元与接收信号的可靠信息的欧氏距离。选取2^m次译码中欧氏距离最小的码元作为译码输出码元。

本实施例中，记一个码元每比特对应的可靠信息为L＝L₁，L₂，...，L₁₀₆，在这106个可靠信息中寻找出可靠信息的绝对值最小的3个比特，其对应的序号不妨假设为1，2，3。对这3个比特进行组合，得到8个码元：

${\hat{x}}_0={\hat{s}}_1,{\hat{s}}_2,{\hat{s}}_3,...,{\hat{s}}_{106},$ ${\hat{x}}_1={\hat{s}}_1,{\hat{s}}_2,{\stackrel{\‾}{\hat{s}}}_3,...,{\hat{s}}_{106},$ ${\hat{x}}_2{={\stackrel{\‾}{\hat{s}}}_1,{\hat{s}}_2,\stackrel{\‾}{\hat{s}}}_3,...,{\hat{s}}_{106},$

${\hat{x}}_3={\stackrel{\‾}{\hat{s}}}_1,{\hat{s}}_2,{\hat{s}}_3,...,{\hat{s}}_{106},$ ${\hat{x}}_4={\stackrel{\‾}{\hat{s}}}_1,{\stackrel{\‾}{\hat{s}}}_2,{\hat{s}}_3,...,{\hat{s}}_{106},$ ${\hat{x}}_5={\stackrel{\‾}{\hat{s}}}_1,{\stackrel{\‾}{\hat{s}}}_2,{\stackrel{\‾}{\hat{s}}}_3,...,{\hat{s}}_{106},$

${{\hat{x}}_6={\hat{s}}_1,\stackrel{\‾}{\hat{s}}}_2,{\stackrel{\‾}{\hat{s}}}_3,...,{\hat{s}}_{106},$ ${\hat{x}}_7={\hat{s}}_1,{\stackrel{\‾}{\hat{s}}}_2,{\hat{s}}_3,...,{\hat{s}}_{106},$ 其中 $\stackrel{\‾}{\hat{s}}=\hat{s}\⊕1.$

将以上8个码元依次做RS译码后，得到译码后的码元： $\hat{b}={\hat{b}}_1,{\hat{b}}_2,...,{\hat{b}}_{106}.$ 由于译码后的码元是0，1序列，因此需要先将译码后的码元转换成-1，+1双极性序列： $\hat{c}={\hat{c}}_1,{\hat{c}}_2,...,{\hat{c}}_{106},$ ${\hat{c}}_k=2{\hat{b}}_k-1.$ 计算转换后的双极性码元与该码元的可靠信息的欧氏距离d_i＝||c_i-L||。从中找出欧氏距离最小的码元组合作为软译码的结果。

本发明的另一个实施例中，基于联合检测的结果，可以不直接计算接收信号的每个比特的可靠信息，而改为计算接收信号的每个符号的可靠信息。在16QAM星座图上，离MMSE检测之后的信号r最近和次最近的星座点分别记为

和

最近的星座点即为解调符号，则记每个解调符号的可靠信息为：

$L={|r-\hat{\hat{a}}|}^2$

L值越大，解调符号

的可靠度越低。

记一个码元的每个符号对应的可靠信息为L₁，L₂，...，L_N，在这N个可靠信息中寻找出可靠信息的绝对值最小的3个符号，其对应的序号不妨假设为1，2，3。对这3个符号进行组合，得到8个码元：

${\hat{x}}_0={\hat{a}}_1,{\hat{a}}_2,{\hat{a}}_3,...,{\hat{a}}_N,$ ${\hat{x}}_1={\hat{a}}_1,{\hat{a}}_2,{\hat{\hat{a}}}_3,...,{\hat{a}}_N,$ ${\hat{x}}_2={\hat{a}}_1,{\hat{\hat{a}}}_2,{\hat{a}}_3,...,{\hat{a}}_N,$

${\hat{x}}_3={\hat{a}}_1,{\hat{\hat{a}}}_2,{\hat{\hat{a}}}_3,...,{\hat{a}}_N,$ ${\hat{x}}_4={\hat{\hat{a}}}_1,{\hat{a}}_2,{\hat{a}}_3,...,{\hat{a}}_N,$ ${\hat{x}}_5={\hat{\hat{a}}}_1,{\hat{a}}_2,{\hat{\hat{a}}}_3,...,{\hat{a}}_N,$

${\hat{x}}_6={\hat{\hat{a}}}_1{,\hat{\hat{a}}}_2,{\hat{a}}_3,...,{\hat{a}}_N,$ ${\hat{x}}_7={\hat{\hat{a}}}_1{,\hat{\hat{a}}}_2,{\hat{\hat{a}}}_3,...,{\hat{a}}_N.$

将以上8个码元依次做RS译码后，得到8个比特序列，再将该8个比特序列调制成8个符号序列，然后再计算这8个符号序列与接收信号的欧氏距离，欧氏距离最小值对应的比特序列即为软译码的结果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种基于联合检测和软判决译码的信号接收方法，所述方法包括以下步骤：

a.对接收信号进行联合检测；

b.基于联合检测的结果，计算接收信号的可靠信息；

c.基于所述可靠信息对接收信号进行软判决译码；

其特征在于：

步骤b中，计算接收信号的每个比特的可靠信息为每个比特的似然比，并采用可靠信息的绝对值来衡量每个比特的可靠度，所述绝对值越小，所述比特的可靠度越低；

步骤c中，对接收信号的一个码元的若干个可靠度最低的比特进行组合，再对每一个组合的码元进行硬判决译码，并计算硬判决译码结果与所述码元的可靠信息的欧氏距离，选取欧氏距离最小的码元组合作为译码输出。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤a，所述接收信号为CDMA信号，使用信道估计和扩频码对接收信号进行联合检测。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤a，所述接收信号为OFDM信号，使用信道估计，对接收信号进行联合检测。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤a，所述接收信号为经过码扩的OFDM信号，使用信道估计和码扩矩阵组成的组合信道矩阵，对接收信号进行联合检测。

5.如权利要求2、3或4所述的方法，其特征在于，所述信道估计是利用导频或者训练序列来估计信道，并进行信道拟合。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述信道拟合是指进行低通滤波。

7.一种基于联合检测和软判决译码的信号接收方法，所述方法包括以下步骤：

a.对接收信号进行联合检测；

b.基于联合检测的结果，计算接收信号的可靠信息；

c.基于所述可靠信息对接收信号进行软判决译码；

其特征在于：

步骤b中，计算接收信号的每个符号的可靠信息为与该符号次最近的欧氏距离，并采用可靠信息来衡量每个符号的可靠度，所述可靠信息的值越小，所述符号的可靠度越低；

步骤c中，对接收信号的一个码元的若干个可靠度最低的符号进行组合，再对每一个组合的码元进行硬判决译码，将硬判决译码结果调制成符号序列，计算所述符号序列与接收信号的欧氏距离，选取欧氏距离最小的符号序列对应的码元组合作为译码输出。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于步骤a，所述接收信号为CDMA信号，使用信道估计和扩频码对接收信号进行联合检测。

9.如权利要求7所述的方法，其特征在于步骤a，所述接收信号为OFDM信号，使用信道估计，对接收信号进行联合检测。

10.如权利要求7所述的方法，其特征在于步骤a，所述接收信号为经过码扩的OFDM信号，使用信道估计和码扩矩阵组成的组合信道矩阵，对接收信号进行联合检测。

11.如权利要求8、9或10所述的方法，其特征在于，所述信道估计是利用导频或者训练序列来估计信道，并进行信道拟合。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述信道拟合是指进行低通滤波。

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