一種基于第一路信息流解調(diào)信息進行雙流信號解調(diào)的方法*

潘 濤，汪毅峰

（上海諾基亞貝爾股份有限公司，江蘇 南京 210037）

0 引言

在通信系統(tǒng)中，由于頻譜資源有限，所以系統(tǒng)的頻譜效率是極其重要的，而多輸入多輸出（Multiple-Input Multiple-Output，MIMO）技術(shù)是提升頻譜效率的有效手段。以無線通信為例，在接收端采用多天線接收，可以提升接收信噪比，而在收發(fā)兩端均采用多天線時，則可有效提升頻譜效率，例如，收發(fā)兩端均采用兩天線時，頻譜效率可提升兩倍。但是，在有些情況下，例如，基于中心站組網(wǎng)的系統(tǒng)中，由于成本、尺寸等因素限制，非中心站的終端難以支持多收發(fā)器，但中心站對成本、尺寸等因素不敏感，通常可以支持多收發(fā)器。在這種場景下，為提升頻譜效率，中心站會調(diào)度兩個或兩個以上終端同時同頻地向中心站傳輸數(shù)據(jù)，形成多流通信系統(tǒng)，從而提高頻譜效率。[1-2]然而，多流同時同頻傳輸時，多路信息流疊加在一起，接收解調(diào)時需采用多符號聯(lián)合譯碼算法，復(fù)雜度高，而不像單用戶單輸入單輸出（Single-Input Single-Output，SISO）鏈路中，只需低復(fù)雜度的單符號譯碼。例如，在兩發(fā)兩收系統(tǒng)中，某設(shè)備兩發(fā)射器同時同頻地向另一設(shè)備兩接收器發(fā)送不同的信息流，或者兩個具有單發(fā)射器的設(shè)備同時同頻地發(fā)送不同的信息流給接收設(shè)備的兩接收器，接收端在解調(diào)時，需要進行兩符號聯(lián)合譯碼。

兩符號聯(lián)合譯碼對接收端信號處理要求較高，為了解決這個問題，本文提出了一種基于第一路信息流解調(diào)信息進行雙流信號解調(diào)的方法，新方法處理復(fù)雜度降低，可以保證接收端的解調(diào)性能。

1 兩符號聯(lián)合譯碼算法

兩符號聯(lián)合譯碼算法是目前主流的算法。如圖1所示為相關(guān)技術(shù)中的兩發(fā)兩收MIMO 系統(tǒng)或者一發(fā)兩收雙用戶通信系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)。如圖1 中，某設(shè)備兩發(fā)射天線（天線A 和天線B）同時同頻地向另一設(shè)備兩接收天線（天線1 和天線2）發(fā)送不同的信息流，或者，兩發(fā)射天線（也表示為天線A 和天線B，但分別屬于兩單天線設(shè)備）同時同頻地向接收設(shè)備的兩接收天線發(fā)送不同的信息流。[3-5]

圖1 通信系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

在發(fā)送端，信息流a 和b 首先經(jīng)信道編碼，并進行星座調(diào)制，如M進制正交幅度調(diào)制（M-ary Quadrature Amplitude Modulation，M-QAM），其中M為2的冪次方，將比特流映射成實數(shù)或復(fù)數(shù)符號流。

接收端天線1 和天線2 收到的信號可表示為：

式中：r1和r2為接收天線1 和天線2 接收到的信號；sA和sB為天線A 和天線B 發(fā)送的符號，假定它們?yōu)镸A-QAM 和MB-QAM 調(diào)制符號；hA1、hA2、hB1和hB2分別為從天線A 和B 到接收天線1 和2的信道衰落系數(shù)；n1和n2為加性高斯噪聲。

假定信道估計是理想的，那么根據(jù)最大后驗概率（Maximum A-posteriori Probability，MAP）準則，可估計出發(fā)送符號sA和sB的概率軟信息，進而在解星座調(diào)制后獲得編碼比特的概率軟信息，最后送入信道ke 譯碼器恢復(fù)出發(fā)送比特流。接收端主要計算估計發(fā)送符號sA和sB的概率軟信息。

由于先驗等概率時，MAP 準則等效于最大似然（Maximum-likelihood，ML）準則，所以sA和sB的判決規(guī)則為，在所有星座點對的集合內(nèi)尋找可滿足式（3）的符號對。

顯然，ML 硬判不會影響最小結(jié)果的搜索。因此，發(fā)送符號sA和sB的概率軟信息的計算流程如下文所述。

（1）在sA對應(yīng)的星座空間中，進行遍歷搜索，即依次取一個星座點si,i=1,2,…,MA，并得到一個相應(yīng)的z，其中，MA為調(diào)制方式對應(yīng)的星座點個數(shù)。

（2）針對z，利用式（4）在sB對應(yīng)的星座空間中解調(diào)出。

（4）依次求出所有可能的星座點sA=si,i=1,2,…,MA所對應(yīng)的最小距離,i=1,2,…,MA。

（5）根據(jù)最小距離和噪聲方差信息，可得到發(fā)送符號sA的概率軟信息：

式中：α和β為和噪聲方差相關(guān)的常數(shù)；exp 表示自然指數(shù)。

（6）由sA的概率軟信息Pr(sA)，在解星座調(diào)制后可獲得編碼信息比特流的概率軟信息，送入信道譯碼器可得到發(fā)送信息比特流的估計，完成a 路比特流的解調(diào)。

（7）將sA和sB對調(diào)，并按照同樣的上述步驟處理，完成b 路比特流的解調(diào)。

2 算法分析和改進

兩符號聯(lián)合譯碼算法需要遍歷a 路流和b 路流的調(diào)制星座空間，且每次遍歷時還需要對另一路符號做硬判，特別是在高階調(diào)制時。例如，其中一路為64QAM 甚至更高階調(diào)制時，則需要遍歷64 點甚至更多的星座點，而且每遍歷一點還要做一次單符號硬判操作（僅對矩形星座調(diào)制而言，單符號硬判可按各比特位進行二進制判決而得到簡化），才可以解出某一路信息流，另一路信息流也需同樣的解調(diào)方式，所以復(fù)雜度仍很高。

為此，本文提出一種雙流通信系統(tǒng)接收端的信號解調(diào)方法，該信號解調(diào)方法信號處理復(fù)雜度降低，可以保證接收端的解調(diào)性能。

圖2 為一個實施例的雙流通信系統(tǒng)接收端的信號解調(diào)方法的流程。

圖2 雙流通信系統(tǒng)接收端的信號解調(diào)方法流程

該信號解調(diào)方法的具體步驟如下文所述。

步驟1（S1）：雙流通信系統(tǒng)接收端在接收到第一路信息流和第二路信息流之后，對第一路信息流進行解調(diào)以獲得第一路信息流的解調(diào)信息。其中，第一路信息流的調(diào)制階數(shù)不大于第二路信息流的調(diào)制階數(shù)。仍以上述相關(guān)技術(shù)中的通信系統(tǒng)為例，接收端首先選擇調(diào)制階數(shù)不大于另外一路信息流的一路信息流進行處理，例如，設(shè)MA≤MB，其中，MA為第一路信號流的調(diào)制階數(shù)，MB為第二路信號流的調(diào)制階數(shù)，則接收端先對第一路信息流的信號進行解調(diào)。接收端對第一路信息流進行解調(diào)的過程：

（1）在sA對應(yīng)的星座空間中，進行遍歷搜索，即依次取一個星座點si,i=1,2,…,MA，并得到一個相應(yīng)的z；

（2）針對z，利用在sB對應(yīng)的星座空間中解調(diào)出；

（4）依次求出所有可能的星座點sA=si,i=1,2,…,MA所對應(yīng)的最小距離,i=1,2,…,MA；

（5）根據(jù)最小距離和噪聲方差信息，可得到發(fā)送符號sA的概率軟信息Pr(sA=si)=α·exp(-/β)；

（6）由sA的概率軟信息Pr(sA)，在星座解調(diào)制后可獲得編碼信息比特流的概率軟信息，將概率軟信息傳輸至信道譯碼器，可得到發(fā)送信息比特流的估計，完成第一路信息流的比特流的解調(diào)，從而獲得第一路信息流的解調(diào)信息。

可以看出，接收端在對第一路信息流進行解調(diào)時，與相關(guān)技術(shù)方案中的復(fù)雜度一樣，性能也一樣。

步驟2（S2）：接收端將第一路信息流的解調(diào)信息代回并求出第一路信息流對應(yīng)的發(fā)送信號以獲得反饋符號流。接收端以第一路信息流所對應(yīng)的發(fā)送端的編碼方式對第一路信息的解調(diào)信息進行編碼，并將編碼之后的信息進行星座調(diào)制以獲得反饋符號流。例如，接收端獲得第一路信息流的比特流之后，重新按照發(fā)送端的編碼方式進行編碼，并做星座調(diào)制，例如，MA-QAM 星座調(diào)制，設(shè)調(diào)制之后的符號流即為反饋符號流，進而接收端根據(jù)反饋符號流對第二路信息流進行解調(diào)，即進入步驟3（S3）。

步驟3（S3）：接收端根據(jù)反饋符號流依次進行干擾消除和合并以獲得合并信號，并根據(jù)合并信號對第二路信息流進行單符號解調(diào)處理以獲得第二路信息流的概率軟信息。接收端將s^A傳輸至接收端的干擾消除模塊，進行干擾消除：

根據(jù)合并之后的合并信號進行單符號解調(diào)處理，接收端將符號sB按照比特位映射為sB=bKbK-1…b1，共Kbit，其中，K=log2(MB)，MB為第二路信息流的調(diào)制階數(shù)。接收端根據(jù)合并信號rB依次計算bKbK-1…b1中各比特對應(yīng)的概率軟信息以獲得第二路信息流的概率軟信息。具體地，接收端計算第二路信息流的概率軟信息的公式為：

式中：ρ和σ是和噪聲方差相關(guān)的常數(shù)。

由上述單符號解調(diào)過程可以看出，在對第二路信息流進行解調(diào)時，也需要計算距離|rB-(|hB1|2+|hB2|2)si|2，但是，與對第一路信息流進行解調(diào)不同的是，只需要計算K次距離，而對第一路信息流進行解調(diào)時需要計算MA次距離，并且每次還需要做一次針對符號sB的硬判斷。

步驟4（S4）：接收端將概率軟信息進行解碼以獲得第二路信息流的解調(diào)信息。接收端將上述獲得的第二路信息流，即符號sB中的各比特對應(yīng)的概率軟信息，傳輸至信道譯碼器，即信道解碼模塊，即可得到第二路信息流的估計，完成第二路信息流的解調(diào)，獲得第二路信息流的解調(diào)信息。

基于上述說明，以第一路信息流為QPSK，第二路信息流為64QAM 為具體實例進行描述，本方法的信號解調(diào)方法與相關(guān)技術(shù)相比，在對第一路信息流進行解調(diào)時，復(fù)雜度相同。由于是QPSK 信號，故復(fù)雜度較低，性能也相同。但是，在對第二路信息流進行解調(diào)時，其他相關(guān)技術(shù)中的方案需要計算64 次距離以及64 次針對QPSK 符號的硬判斷，而采用本文的信號解調(diào)方法，只需計算6 次距離。雖然本文方法需要對第一路信息流的解調(diào)信息的譯碼結(jié)果進行重編碼，并進行星座調(diào)制之后再做干擾消除、合并和單符號解調(diào)，進而在一定程度上增加了復(fù)雜度，但是整體上仍然明顯能夠降低計算量。另外，在第二路信息流的解調(diào)過程中獲得了第一路信息流的迭代譯碼增益，因此，接收端對第二路信息流的解碼性能也比相關(guān)技術(shù)的方案更好。

3 結(jié)語

本文提出了一種基于第一路信息流解調(diào)信息進行雙流信號解調(diào)的方法。該方法通過對接收的雙接收信息流中調(diào)制階數(shù)低的那一路信息流進行解調(diào)，獲得解調(diào)信息之后，對該解調(diào)信息進行迭代處理，并做干擾消除，得到只有單流的兩路接收信號，然后可簡單地進行單符號解調(diào)，從而獲得另一路信息流的概率軟信息，實現(xiàn)對另一路信息流的解調(diào)。該信號解調(diào)方法可以降低處理復(fù)雜度，特別是高階調(diào)制信息流的處理復(fù)雜度，同時還保證了解調(diào)性能。