一种基于第一路信息流解调信息进行双流信号解调的方法*

潘 涛，汪毅峰

（上海诺基亚贝尔股份有限公司，江苏 南京 210037）

0 引言

在通信系统中，由于频谱资源有限，所以系统的频谱效率是极其重要的，而多输入多输出（Multiple-Input Multiple-Output，MIMO）技术是提升频谱效率的有效手段。以无线通信为例，在接收端采用多天线接收，可以提升接收信噪比，而在收发两端均采用多天线时，则可有效提升频谱效率，例如，收发两端均采用两天线时，频谱效率可提升两倍。但是，在有些情况下，例如，基于中心站组网的系统中，由于成本、尺寸等因素限制，非中心站的终端难以支持多收发器，但中心站对成本、尺寸等因素不敏感，通常可以支持多收发器。在这种场景下，为提升频谱效率，中心站会调度两个或两个以上终端同时同频地向中心站传输数据，形成多流通信系统，从而提高频谱效率。[1-2]然而，多流同时同频传输时，多路信息流叠加在一起，接收解调时需采用多符号联合译码算法，复杂度高，而不像单用户单输入单输出（Single-Input Single-Output，SISO）链路中，只需低复杂度的单符号译码。例如，在两发两收系统中，某设备两发射器同时同频地向另一设备两接收器发送不同的信息流，或者两个具有单发射器的设备同时同频地发送不同的信息流给接收设备的两接收器，接收端在解调时，需要进行两符号联合译码。

两符号联合译码对接收端信号处理要求较高，为了解决这个问题，本文提出了一种基于第一路信息流解调信息进行双流信号解调的方法，新方法处理复杂度降低，可以保证接收端的解调性能。

1 两符号联合译码算法

两符号联合译码算法是目前主流的算法。如图1所示为相关技术中的两发两收MIMO 系统或者一发两收双用户通信系统基本结构。如图1 中，某设备两发射天线（天线A 和天线B）同时同频地向另一设备两接收天线（天线1 和天线2）发送不同的信息流，或者，两发射天线（也表示为天线A 和天线B，但分别属于两单天线设备）同时同频地向接收设备的两接收天线发送不同的信息流。[3-5]

图1 通信系统基本结构

在发送端，信息流a 和b 首先经信道编码，并进行星座调制，如M进制正交幅度调制（M-ary Quadrature Amplitude Modulation，M-QAM），其中M为2的幂次方，将比特流映射成实数或复数符号流。

接收端天线1 和天线2 收到的信号可表示为：

式中：r1和r2为接收天线1 和天线2 接收到的信号；sA和sB为天线A 和天线B 发送的符号，假定它们为MA-QAM 和MB-QAM 调制符号；hA1、hA2、hB1和hB2分别为从天线A 和B 到接收天线1 和2的信道衰落系数；n1和n2为加性高斯噪声。

假定信道估计是理想的，那么根据最大后验概率（Maximum A-posteriori Probability，MAP）准则，可估计出发送符号sA和sB的概率软信息，进而在解星座调制后获得编码比特的概率软信息，最后送入信道ke 译码器恢复出发送比特流。接收端主要计算估计发送符号sA和sB的概率软信息。

由于先验等概率时，MAP 准则等效于最大似然（Maximum-likelihood，ML）准则，所以sA和sB的判决规则为，在所有星座点对的集合内寻找可满足式（3）的符号对。

显然，ML 硬判不会影响最小结果的搜索。因此，发送符号sA和sB的概率软信息的计算流程如下文所述。

（1）在sA对应的星座空间中，进行遍历搜索，即依次取一个星座点si,i=1,2,…,MA，并得到一个相应的z，其中，MA为调制方式对应的星座点个数。

（2）针对z，利用式（4）在sB对应的星座空间中解调出。

（4）依次求出所有可能的星座点sA=si,i=1,2,…,MA所对应的最小距离,i=1,2,…,MA。

（5）根据最小距离和噪声方差信息，可得到发送符号sA的概率软信息：

式中：α和β为和噪声方差相关的常数；exp 表示自然指数。

（6）由sA的概率软信息Pr(sA)，在解星座调制后可获得编码信息比特流的概率软信息，送入信道译码器可得到发送信息比特流的估计，完成a 路比特流的解调。

（7）将sA和sB对调，并按照同样的上述步骤处理，完成b 路比特流的解调。

2 算法分析和改进

两符号联合译码算法需要遍历a 路流和b 路流的调制星座空间，且每次遍历时还需要对另一路符号做硬判，特别是在高阶调制时。例如，其中一路为64QAM 甚至更高阶调制时，则需要遍历64 点甚至更多的星座点，而且每遍历一点还要做一次单符号硬判操作（仅对矩形星座调制而言，单符号硬判可按各比特位进行二进制判决而得到简化），才可以解出某一路信息流，另一路信息流也需同样的解调方式，所以复杂度仍很高。

为此，本文提出一种双流通信系统接收端的信号解调方法，该信号解调方法信号处理复杂度降低，可以保证接收端的解调性能。

图2 为一个实施例的双流通信系统接收端的信号解调方法的流程。

图2 双流通信系统接收端的信号解调方法流程

该信号解调方法的具体步骤如下文所述。

步骤1（S1）：双流通信系统接收端在接收到第一路信息流和第二路信息流之后，对第一路信息流进行解调以获得第一路信息流的解调信息。其中，第一路信息流的调制阶数不大于第二路信息流的调制阶数。仍以上述相关技术中的通信系统为例，接收端首先选择调制阶数不大于另外一路信息流的一路信息流进行处理，例如，设MA≤MB，其中，MA为第一路信号流的调制阶数，MB为第二路信号流的调制阶数，则接收端先对第一路信息流的信号进行解调。接收端对第一路信息流进行解调的过程：

（1）在sA对应的星座空间中，进行遍历搜索，即依次取一个星座点si,i=1,2,…,MA，并得到一个相应的z；

（2）针对z，利用在sB对应的星座空间中解调出；

（4）依次求出所有可能的星座点sA=si,i=1,2,…,MA所对应的最小距离,i=1,2,…,MA；

（5）根据最小距离和噪声方差信息，可得到发送符号sA的概率软信息Pr(sA=si)=α·exp(-/β)；

（6）由sA的概率软信息Pr(sA)，在星座解调制后可获得编码信息比特流的概率软信息，将概率软信息传输至信道译码器，可得到发送信息比特流的估计，完成第一路信息流的比特流的解调，从而获得第一路信息流的解调信息。

可以看出，接收端在对第一路信息流进行解调时，与相关技术方案中的复杂度一样，性能也一样。

步骤2（S2）：接收端将第一路信息流的解调信息代回并求出第一路信息流对应的发送信号以获得反馈符号流。接收端以第一路信息流所对应的发送端的编码方式对第一路信息的解调信息进行编码，并将编码之后的信息进行星座调制以获得反馈符号流。例如，接收端获得第一路信息流的比特流之后，重新按照发送端的编码方式进行编码，并做星座调制，例如，MA-QAM 星座调制，设调制之后的符号流即为反馈符号流，进而接收端根据反馈符号流对第二路信息流进行解调，即进入步骤3（S3）。

步骤3（S3）：接收端根据反馈符号流依次进行干扰消除和合并以获得合并信号，并根据合并信号对第二路信息流进行单符号解调处理以获得第二路信息流的概率软信息。接收端将s^A传输至接收端的干扰消除模块，进行干扰消除：

根据合并之后的合并信号进行单符号解调处理，接收端将符号sB按照比特位映射为sB=bKbK-1…b1，共Kbit，其中，K=log2(MB)，MB为第二路信息流的调制阶数。接收端根据合并信号rB依次计算bKbK-1…b1中各比特对应的概率软信息以获得第二路信息流的概率软信息。具体地，接收端计算第二路信息流的概率软信息的公式为：

式中：ρ和σ是和噪声方差相关的常数。

由上述单符号解调过程可以看出，在对第二路信息流进行解调时，也需要计算距离|rB-(|hB1|2+|hB2|2)si|2，但是，与对第一路信息流进行解调不同的是，只需要计算K次距离，而对第一路信息流进行解调时需要计算MA次距离，并且每次还需要做一次针对符号sB的硬判断。

步骤4（S4）：接收端将概率软信息进行解码以获得第二路信息流的解调信息。接收端将上述获得的第二路信息流，即符号sB中的各比特对应的概率软信息，传输至信道译码器，即信道解码模块，即可得到第二路信息流的估计，完成第二路信息流的解调，获得第二路信息流的解调信息。

基于上述说明，以第一路信息流为QPSK，第二路信息流为64QAM 为具体实例进行描述，本方法的信号解调方法与相关技术相比，在对第一路信息流进行解调时，复杂度相同。由于是QPSK 信号，故复杂度较低，性能也相同。但是，在对第二路信息流进行解调时，其他相关技术中的方案需要计算64 次距离以及64 次针对QPSK 符号的硬判断，而采用本文的信号解调方法，只需计算6 次距离。虽然本文方法需要对第一路信息流的解调信息的译码结果进行重编码，并进行星座调制之后再做干扰消除、合并和单符号解调，进而在一定程度上增加了复杂度，但是整体上仍然明显能够降低计算量。另外，在第二路信息流的解调过程中获得了第一路信息流的迭代译码增益，因此，接收端对第二路信息流的解码性能也比相关技术的方案更好。

3 结语

本文提出了一种基于第一路信息流解调信息进行双流信号解调的方法。该方法通过对接收的双接收信息流中调制阶数低的那一路信息流进行解调，获得解调信息之后，对该解调信息进行迭代处理，并做干扰消除，得到只有单流的两路接收信号，然后可简单地进行单符号解调，从而获得另一路信息流的概率软信息，实现对另一路信息流的解调。该信号解调方法可以降低处理复杂度，特别是高阶调制信息流的处理复杂度，同时还保证了解调性能。