專利名稱：軟判定裝置和軟判定方法
技術領域：
本發明涉及軟判定裝置和軟判定方法，其中，所述軟判定裝置用 于基于解調信號為每個符號的每個比特輸出用于對每個符號進行解碼 的軟判定值。
背景技術：
在移動通信中，通常改善編碼增益以增加不良傳輸路徑的接收性 能，使得基于軟判定值執行誤差校正和設計解調電路。作為軟判定值
而輸出的編碼被發送到誤差校正器作為指示0到7的精度的數據，并 且在所述數據中，將在硬判定中輸出為0或1的1比特數據擴展為， 例如，3比特。通過根據適當確定的閾值而量化解調的連續波，可獲得 精度。
圖7示出在關于二值編碼的情形中的二值的軟判定值和概率分布 之間的關系。在圖中的曲線中的橫坐標表示解調的波的幅度，縱坐標 表示概率。在圖中的附圖標記71表示如下的曲線，該曲線表示在解調 的波是1的情形下的概率分布，附圖標記72表示如下的曲線，該曲線 表示在解調的波是0的情形下的概率分布。數字0到7是被分配給每 個幅度范圍的幅度的軟判定值。 一般地，通過輸出如在圖7中所示的 分配給解調的波的幅度的軟判定值，執行BPSK等的二值編碼的軟判 定。對于編碼0，軟判定值O是最可能的，對于編碼0，軟判定值7是 最不可能的。對于編碼l，軟判定值7是最可能的，對于編碼l，軟判 定值0是最不可能的。
圖8示出關于四值編碼的情形的軟判定的示例。對于諸如四值編 碼的多值編碼，例如，被以與在圖7中的相似的操作在復平面上執行。即，如在圖8中所示，與在圖7中的相似的接收信號的軟判定以實部 和虛部來執行，并且軟判定值可以在相對應的部分中輸出。該類技術
例如在專利文獻1中被使用。此外，在專利文獻2的傳統示例中對該
類技術進行討論。
圖9示出在通過時間波形觀察解調的波的情形中的幅度，以及幅
度與分配給幅度的軟判定值之間的對應關系。因此，四值被分配給線 性時間波形的幅度值，以使基于時間波形的幅度值而獲得軟判定值。
這被應用到圖8中的情形，其與以相等角度布置每個軟判定值的閾值 等價。
順便提一下，這里，解調的波的幅度被分配給每個軟判定值的比 例被稱為"權重"。如在上述示例中，每個軟判定值到其中以相等的閾 值來劃分解調的波的幅度的每個范圍中的分配被稱為"線性權重"。圖 8和圖9在權重的分配上是彼此不同的。在以上的每個情形中，特定的 標準被相等地分配，使得如線性權重一樣來處理每個情形。
在軟判定解碼方法中的誤差校正已經經常使用在，例如，維特比 (Viterbi)解碼器中。維特比解碼器將軟判定值處理為度量，為每個比 特增加度量，并且完成網格(trellis)。因為度量是編碼之間的距離，所 以理想的是，度量是編碼字的概率。
然而，根據與軟判定值相關的傳統線性權重，閾值以相等間隔布 置，如在圖7和圖8中所示，從而軟判定值不完全代表實際概率。例 如，圖7的曲線示出如下的概率分布，其中，在特定誤差率的條件下， 相對于在橫坐標上的解調的波的幅度，解調比特是0或1。如果將其重 寫為解調比特為1的概率，則獲得圖10。換句話，如果軟判定值是0 到2，則解碼的字基本上是1。如果軟判定值是5到7，則解碼的字基 本上不是l。概率在軟判定值3和4之間被反轉，這說明軟判定值不能 代表概率。為了解決上述問題，在專利文獻2中的軟判定單元在其接收器中 裝備S/N檢測單元，以根據接收環境改變軟判定的閾值，避免上述問
題。然而，根據上述方法，需要增加諸如S/N檢測單元這樣的電路。
此外，需要準備用于軟判定的多個閨值以執行復雜的處理。
圖11示出在特定誤差率下四值FSK的解調比特是1的概率的測 量值，其中，橫坐標為幅度，縱坐標為概率。稍后介紹與幅度對應的 比特布置。根據傳統的軟判定方法，對于四值FSK，如果幅度是-3或 更小以及3或更大，則軟判定值不改變。然而，實際上，由于多徑衰 落或高斯噪聲的強度，概率減小。根據傳統軟判定方法，還難以再現 該部分。
根據在專利文獻3中的解碼設備和解碼方法，出于提高透平 (turbo)解碼的精度的目的，通過計算確定實際量化噪聲和高斯噪聲 的方差(dispersion),以執行軟判定解碼。因此，確定高斯噪聲的方差 使得允許從解調的波計算編碼字的概率，并且如果幅度值大的話其準 確地表示概率的減小，然而，這引起顯著地使計算復雜的問題。
專利文獻1:日本專利申請特開No. H10-136046 專利文獻2:日本專利申請特開No. H06-29951 專利文獻3:日本專利申請特開No. 2005-28662
發明內容
本發明要解決的問題
鑒于上述傳統技術的問題，本發明的第一目的在于，使軟判定值 被計算為表示與實際概率盡可能地接近的概率的近似值，從而在將軟 判定值分配到解調的波時，權重得以優化。本發明的第二目的在于， 使近似值的計算非常簡單，假設通過利用DSP等的軟件執行計算。
6解決問題的方式
為了實現本發明的上述目的，根據本發明的第一方面的軟判定裝 置的特征在于，基于解調信號，使用于對每個符號進行解碼的每個符 號的每個比特的軟判定值為與將每個比特的預定函數應用到每個符號 的采樣值而獲得的函數值相對應的值而輸出，在所述解調信號中，由 于通信路徑的噪聲，在每個符號點的所述采樣值的概率分布呈現高斯 分布，其中，用于每個所述比特的每個預定函數與表示相對于所述解
調信號的每個符號的所述采樣值而言每個比特是1或0的概率的曲線 相近似，并且通過利用二次函數來形成。
例如，對于四值FSK調制或QPSK調制的情形，解調信號與其中 電勢采樣值由于通信路徑的噪聲而呈現高斯分布的解調信號相對應。 例如，通過實際測量或通過利用高斯分布的概率密度函數來計算而獲 得的曲線與表示相對于解調信號的每個符號的采樣值而言每個比特是 1或0的概率的曲線相對應。
在該構造中，用于獲得每個符號的每個比特的軟判定值的每個比 特的函數與表示相對于解調信號中的每個符號的采樣值而言每個比特 是1或0的概率的曲線相近似，從而通過將用于每個比特的每個函數 應用到每個符號的采樣值而獲得的函數值更接近于每個比特是1或0 的概率。因為這個原因，對應的軟判定值也更好地表示概率。
用于每個比特的函數通過使用二次函數而形成，并且不使用指數 函數(exp)，從而可以只通過重復若干次平方、絕對值、加法和減法 的計算而獲得采樣值的函數值。換句話，例如可以通過C語言以十幾 個步驟來描述該計算。為此，在不需要用于處理設備的大負荷的情況 下，能夠為每個采樣值的每個比特計算和輸出軟判定值。
在本發明的第一方面，根據其第二方面的軟判定裝置的特征在于， 如果所述預定函數被取作y-f(x)，則f(x)可以通過下述過程而獲得(1)將如下曲線的y值平方，所述曲線在由所述二次函數形成的部分的x
的范圍內由斜率是1或-1的直線表示，并且在所述曲線中的其他部分
的x的范圍內y是恒定值；(2)將整個所述曲線向方向y平行移位預 定值，然后在x的預定范圍內反轉所述y值；以及(3)執行縮放，從 而反轉后的所述曲線的y值與所述軟判定值對應。
在本發明的第二方面，根據其第三方面的軟判定裝置的特征在于， 如果假設所述解調信號基于多值調制系統，所述符號的每個比特是在 多值數目為2的情形下的第一和第二比特，并且如果以"a"作為預定 常量，所述符號點在兩極表示中被取為-3*&/2， -a/2， a/2， 3* a/2，則每 個所述比特的所述函數中所述第一比特的函數通過下述步驟而獲得 對于"x"的函數ABS(n-ABS(x))+a-n，在函數值是L或更大的"x"的 范圍內設函數值為"a"，并且在函數值是O或更小的"x"的范圍內設 函數值為"0"而進行平方，由此來執行前述過程(1)，其中，"x" 是解調的波的幅度，"n"和"L"是預定常量，并且ABS是絕對值； 通過在"x"是O或更大的范圍內從通過所述過程獲得的函數中減去"a" 的平方，并且在"x"是O或更小的范圍內從"a"的平方中減去所述函 數而執行前述過程(2);以及執行前述過程(3)，另一方面，每個 所述比特的所述函數中所述第二比特的函數可以通過下述步驟來獲 得對于"x"的函數ABS(ABS(-ABS(x)+a)-a)，在函數值是L或更大 的"x"的范圍內設函數值為"a"并進行平方，由此來執行前述過程(l); 通過在"x"的絕對值是"a"或更大的范圍內從"a"的平方中減去通 過所述過程獲得的函數，并且在"x"的絕對值是"a"或更小的范圍 內從所述函數中減去"a"的平方來執行前述過程(2);以及執行前述 過程(3)。順便提一下，第一和第二比特的值對應于其中用作符號值
的格雷編碼是"ir (-3)， "io" (-i), "oo" (+i),和"or (+3)的情形。
在本發明的第一方面到第三方面的任何一項的軟判定裝置中，根 據其第四方面的軟判定裝置的特征在于，如果預定函數被取為f(x)，則 在"x"變化的范圍的兩端的預定范圍中的f(x)的值是f(x)變化的范圍的一半的值。
在本發明的第五方面的軟判定方法的特征在于，執行如下處理 基于解調信號，使用于對每個符號進行解碼的每個符號的每個比特的 軟判定值為與將每個比特的預定函數應用到每個符號的采樣值而獲得 的函數值相對應的值而輸出，在所述解調信號中，由于通信路徑的噪 聲，在每個符號點的所述采樣值的概率分布呈現高斯分布，其中，用 于每個所述比特的每個預定函數與表示相對于所述解調信號的每個符 號的所述采樣值而言每個比特是1或0的概率的曲線相近似，并且通 過利用二次函數來形成。
本發明的效果
根據本發明，用于獲得每個符號的每個比特的軟判定值的每個比 特的函數與表示相對于解調信號中的每個符號的采樣值而言每個比特 是1或0的概率的曲線相近似，從而用于每個符號的采樣值的軟判定 值可以被輸出為更好地表示每個比特是1或0的概率的軟判定值。
用于每個比特的函數通過使用二次函數而形成，并且不使用指數
函數(exp)，從而在不需要處理設備的大負荷的情況下，為每個符號
值的每個比特計算和輸出軟判定值。


圖1是示出根據本發明的實施例的無線電設備的構造的框圖； 圖2是示出通過圖1中的無線電設備的相位檢測電路輸出的解調
的波的曲線圖3是示出用于以近似的方式獲得表示MSB比特的軟判定值的曲 線的過程的曲線圖4是示出用于以近似的方式獲得表示LSB比特的軟判定值的曲 線的過程的曲線圖5是示出在通過圖3中的過程獲得的近似曲線和實際測量值之間的比較的曲線圖6是示出在通過圖4中的過程獲得的近似曲線和實際測量值之 間的比較的曲線圖7是示出在與根據傳統示例的二值編碼的情形中的二值有關的 軟判定值和概率分布之間的關系的曲線圖8是示出在根據傳統示例的四值編碼的情形中的軟判定的示例 的曲線圖9是示出根據傳統示例，在通過時間波形觀察解調的波的情形 中的幅度以及幅度與分配給該幅度的軟判定值之間的對應關系的圖IO是在其中對于解調比特為1的概率的情形而將圖7進行重寫 的圖；以及
圖11是示出在特定誤差率下，四值FSK的解調比特是1的概率 的測量值的曲線圖，其中，橫坐標為幅度，縱坐標為概率。
附圖標記
1: RF電路，2:相位檢測電路，3:符號獲取單元，4:時鐘再生 單元，5:軟判定解碼單元，71、 72:表示概率分布的曲線
具體實施例方式
圖1是示出根據本發明的實施例的無線電設備的構造的框圖。如
在該圖中所示，在無線電設備中，在RF電路1中，通過調諧、外差轉 換等，通過天線輸入的信號被轉換成中頻信號。基于該信號，解調的 波在相位檢測電路2中被再現。解調的波由符號獲取單元3基于來自 時鐘再生單元4的采樣時鐘以適當的采樣間隔采樣，其由軟判定解碼 單元5轉換成MSB和LSB軟判定值并且輸出。
圖2示出由相位檢測電路2輸出的解調的波。橫坐標表示時間。 解調的波由符號獲取單元3以適當的采樣間隔采樣，以提供幅度值作 為接收符號。幅度值通過-3到+3被標準化。對于硬判定，格雷(gray) 編碼被用于將每個幅度確定為"-3"、 "-l"、 " + l"、和"+3"，由此每個符號提供2比特解碼字"11"、 "10"、 "00"、和"01"。解碼字的第一半被稱為"MSB比特"，并且解碼字的第二半被稱為"LSB比特"。
對于軟判定，需要確定每個符號的MSB和LSB比特的精度。如果通過線性權重執行軟判定，則對獲得的幅度值應用在圖9中的幅度值與軟判定值的對應關系，以確定關于MSB和LSB比特的軟判定值。然而，如上所述，基本不可能再現與MSB和LSB比特相關的實際概率的曲線。即使曲線是線性近似的，也難以獲得基于幅度值正確表示概率的軟判定值。因此，在本實施例中，表示概率的曲線由二次函數近似。為了減小用于處理近似計算的負荷，通過變形簡單二次曲線y-x2形成二次曲線。
圖3和圖4示出用于以近似的方式確定表示MSB和LSB比特的軟判定值的曲線的過程。換句話，將獲得的曲線是與在圖11中的曲線近似的曲線。在該過程中，解調的波的幅度被取作"x"，用于調整曲線形狀的變量被取作"n"，并且用于確定近似的范圍的值被取作"L"。圖3和圖4示出與n=2.8并且L=2.8的情形有關的過程。
為了獲得表示與MSB比特相關的軟判定值的曲線，如在圖3 (a)中所示，首先獲得曲線y = ABS(n-ABS(x))+2-n。然后，當y是L或更大時，與曲線有關的y的值被固定為2，并且當y是O或更小時，y的值被取為0，由此獲得圖3 (b)的曲線。與圖3 (b)的曲線有關的y的值被平方以獲得圖3 (c)的曲線。關于圖3 (c)的曲線，當x是0或更大時，從y中減4并且將其取作新的y，并且當x是O或更小時，從4中減y并且將其取作新的y，由此獲得圖3 (d)的曲線。圖3 (d)的曲線被縮放，從而y的值變為0到7。這可以將表示MSB的軟判定值的曲線近似為在圖11中的曲線。
另一方面，為了獲得表示與LSB有關的軟判定值的曲線，如在圖4 (a)中所示，首先獲得曲線y二ABS(ABS(-ABS(x)+2)-2)。然后，當y是L或更大時，與曲線有關的y的值被固定為2，由此獲得圖4 (b)的曲線。與圖4 (b)的曲線有關的y的值被平方以獲得圖4 (c)的曲線。關于圖4 (c)的曲線，當x的絕對值是2或更大時，從4中減y并且將其取作新的y，并且當x的絕對值是2或更小時，從y中減4并且將其取作新的y，由此獲得圖4 (d)的曲線。圖4 (d)的曲線被縮放，從而y的值變為0到7。這可以將表示LSB的軟判定值的曲線近似為在圖11中的曲線。
根據用于獲得表示MSB和LSB比特的軟判定值的曲線的過程，軟判定解碼單元5對在符號獲取單元3中順序地采樣的幅度值順序地執行計算，使得順序地為每個符號的每個比特輸出0到7的軟判定值。在該兩個過程中，改變最后執行的縮放的范圍，以改變軟判定的適合度。
圖5示出在通過圖3中的過程獲得的與MSB比特有關的近似曲線和在圖11中的實際測量值之間的比較。圖6示出在通過圖4中的過程獲得的與LSB比特有關的近似曲線和在圖11中的實際測量值之間的比較。從這些圖，可以看出，通過近似的曲線可以再現實際測量的概率的曲線。在圖3和圖4中的過程中的值"L"確定幅度值的上限。實際上，對接收的解調的波進行濾波，從而超過特定值的幅度值不被輸入。大的幅度值不落在概率的曲線內，從而與超過上限的幅度值有關的概率被取為50%。
根據本實施例，通過簡單的計算處理，可以獲得與幅度值對應的每個比特的軟判定值，上述計算處理遵循如下的過程，S卩，在所述過程中，通過使用簡單的二次函數形成表示軟判定值的曲線。例如，可以通過C語言利用十幾行來描述該處理。因為用于調整曲線形狀的變量n和用于確定近似的范圍的值L被用在形成表示軟判定值的曲線的過程中，所以變化這些值能容易地調整曲線形狀和近似范圍。適當地選擇縮放的范圍其實能容易地適用于例如256級的軟判定值。為了通過實際計算概率來確定表示MSB和LSB比特的精度的曲 線，需要解決和增加在各個符號點(-3， -1， +1，和+3)處的概率密度 函數。可以通過下面等式表示概率密度函數。
表達式1]
其中，p是平均值，(12是方差。在-3的符號點的平均值p被取作 -3，并且o和02是可以提前準備。如果在-3的符號點的概率密度函數 被取作N(-3)，并且相似地，在各個點的概率密度函數被取作N (-1)、 N ( + 1)和N (+3)，則通過(N(+l)+N(+3"/(N(-l)+N(-3)+N(+l)+N(+3)〉 確 定 MSB 比特 的 曲 線。 可 以 通過 {N(-l)+N(+l)}/{N(-l)+N(-3)+N(+l)+N(+3)}確定LSB比特的曲線。如果 根據該過程計算MSB和LSB精度，則在通過DSP等執行計算時，在 概率密度函數的等式中的指數函數(exp)的存在增加了負荷，使得顯 著地減緩了處理。
應該理解的是，本發明不限制于上述實施例，并且其中可進行各 種修改。雖然在上述實施例中，基于在四值FSK的情形下的解調信號 的幅度波形，輸出軟判定值，但是，本發明還可以被應用到其他調制 系統和四值FSK中，只要調制系統能夠將遵循高斯分布的概率密度函 數分配到每個符號點。例如，本發明還可以被應用到QPSK。
1權利要求
1.一種軟判定裝置，特征在于，基于解調信號，使用于對每個符號進行解碼的每個符號的每個比特的軟判定值為與將每個比特的預定函數應用到每個符號的采樣值而獲得的函數值相對應的值而輸出，在所述解調信號中，由于通信路徑的噪聲，在每個符號點的所述采樣值的概率分布呈現高斯分布，其中，用于每個所述比特的每個預定函數與表示相對于所述解調信號的每個符號的所述采樣值而言每個比特是1或0的概率的曲線相近似，并且通過利用二次函數來形成。
2. 根據權利要求l所述的軟判定裝置，其中，如果所述預定函數 被取作y=f(x)，則f(x)可以通過下述過程而獲得(1) 將如下曲線的y值平方，所述曲線在由所述二次函數形成的 部分的x的范圍內由斜率是1或-1的直線表示，并且在所述曲線中的 其他部分的x的范圍內y是恒定值；(2) 將整個所述曲線向方向y平行移位預定值，然后在x的預定 范圍內反轉所述y值；以及(3) 執行縮放，從而反轉后的所述曲線的y值與所述軟判定值對應。
3. 根據權利要求2所述的軟判定裝置，其中，如果假設所述解調 信號基于多值調制系統，所述符號的每個比特是在多值數目為2的情 形下的第一和第二比特，并且如果以"a"作為預定常量，所述符號點 在兩極表示中被取為-3*3/2， -a/2， a/2， 3* a/2，則每個所述比特的所述函數中所述第一比特的函數通過下述步驟而獲得對于"x"的函數ABS(n-ABS(x))+a-n，在函數值是L或更大的"x" 的范圍內設函數值為"a"，并且在函數值是0或更小的"x"的范圍內 設函數值為"0"而進行平方，由此來執行前述過程(1)，其中，"x"是解調的波的幅度，"n"和"L"是預定常量，并且ABS是絕對值； 通過在"x"是0或更大的范圍內從通過所述過程獲得的函數中減去"a"的平方，并且在"x"是0或更小的范圍內從"a"的平方中減去所述函數而執行前述過程(2);以及 執行前述過程(3)，另一方面，每個所述比特的所述函數中所述第二比特的函數可以 通過下述步驟來獲得對于"x"的函數ABS (ABS(-ABS(x)+a)-a)，在函數值是L或更大 的"x"的范圍內設函數值為"a"并進行平方，由此來執行前述過程(l);通過在"x"的絕對值是"a"或更大的范圍內從"a"的平方中減 去通過所述過程獲得的函數，并且在"x"的絕對值是"a"或更小的 范圍內從所述函數中減去"a"的平方來執行前述過程(2);以及執行前述過程(3)。
4. 根據權利要求1到3的任何一項所述的軟判定裝置，其中，如 果所述預定函數被取為f(x)，則在"x"變化的范圍的兩端的預定范圍 中的f(x)的值是f(x)變化的范圍的一半的值。
5. —種軟判定方法，特征在于，執行如下處理 基于解調信號，使用于對每個符號進行解碼的每個符號的每個比特的軟判定值為與將每個比特的預定函數應用到每個符號的采樣值而 獲得的函數值相對應的值而輸出，在所述解調信號中，由于通信路徑 的噪聲，在每個符號點的所述采樣值的概率分布呈現高斯分布，其中，用于每個所述比特的每個預定函數與表示相對于所述解調 信號的每個符號的所述采樣值而言每個比特是l或o的概率的曲線相 近似，并且通過利用二次函數來形成。
全文摘要
一種軟判定裝置和方法，用于通過簡單的處理來獲得軟判定值，作為表示與實際概率盡可能接近的概率的值。軟判定裝置和方法被用來根據解調信號，為每個符號的每個比特輸出用于對每個符號進行解碼的軟判定值，來作為與通過將用于每個比特的預定函數應用到每個符號的采樣值而獲得的函數值相對應的值，使得在每個符號點中的采樣值的概率分布是高斯分布。每個比特的函數與表示對于解調信號的每個符號的采樣值而言每個比特是1或0的概率的曲線相近似，并且通過利用二次函數來定義。
文檔編號H04L27/38GK101682339SQ200880017040
公開日2010年3月24日 申請日期2008年5月20日 優先權日2007年5月21日
發明者真島太一 申請人:株式會社建伍