(57)【要約】  本発明の一実施形態によれば、直交振幅変調(QAM)符号語の個々のビットの符号化された組(40)について対数尤度比を決定するための方法およびシステムが開示される。前記方法では、最大2つの定数値(33、35)が、所定の関数の組を実行して、符号語の個々のビットの組のうちの各個々のビットについて対数尤度比(37)を決定するために、決定されることができ、各関数の出力は、定数値と、符号語に対応する少なくとも1つの受信成分とに基づく。QAM符号語は、広帯域符号分割多元接続(WCDMA)規格に従って動作するモバイル第3世代装置などの無線装置の信号の少なくとも一部に対応することができる。
2008519519.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
QAM符号語のビットの組の直交振幅変調(QAM)信号について対数尤度比を決定するための方法であって、
前記符号語の前記ビットの組のうちの各ビットについて対数尤度比を決定するために、前記符号語に対応する受信信号の信号エネルギーおよび雑音電力スペクトル密度特性にその出力が基づく関数の組を使用して、対数尤度比を決定するステップを含む方法。
【請求項２】
前記符号語が、ターボ符号化符号語である、請求項1に記載の方法。
【請求項３】
復調される信号が、無線システム用である、請求項1に記載の方法。
【請求項４】
前記無線システムが、モバイル第3世代セルラシステムである、請求項3に記載の方法。
【請求項５】
前記無線システムが、符号分割多元接続規格(CDMA)に従って動作する、請求項3に記載の方法。
【請求項６】
前記無線システムが、無線符号分割多元接続(WCDMA)規格の高速ダウンリンクパケットアクセス(HSDPA)部分に従って動作する、請求項3に記載の方法。
【請求項７】
前記符号語が、16-QAM符号語である、請求項1に記載の方法。
【請求項８】
前記符号語の前記個々のビットの組が、前記16-QAM符号語にマッピングされる4情報ビットを含む、請求項7に記載の方法。
【請求項９】
オフセット定数と事前スケール定数とを含む2つの定数値を決定するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
【請求項１０】
aが正規化定数であるとした場合、8a2ES/N0によって与えられる第1の定数と、4a√ES/N0によって与えられる第2の定数を決定するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
【請求項１１】
少なくとも1つの受信成分が、rIであり、スケーリングされた受信成分r'Iが、rIに事前スケール定数kを乗じたものとして定義される場合、個々のビットi1およびオフセット定数Δについての対数尤度比Λが、関数
Λi1(r'I)=r'I+max*(r'I, Δ)-max*(-r'I, Δ)
に従って決定されるステップであって、関数max*は、max*(x, y)=max(x, y)+ln(1+exp[-|x-y|])として定義されるステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
【請求項１２】
少なくとも1つの受信成分が、rIであり、スケーリングされた受信成分r'Iが、rIに事前スケール定数kを乗じたものとして定義される場合、個々のビットi2およびオフセット定数Δについての対数尤度比(Λ)が、関数
Λi2(r'I)=-max$(-r'I-Δ, r'I-Δ) 
に従って決定されるステップであって、関数max$は、
【数１】
2008519519.tif 000019
として定義されるステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
【請求項１３】
少なくとも1つの受信成分が、rQであり、スケーリングされた受信成分r'Qが、rQに事前スケール定数kを乗じたものとして定義される場合、個々のビットq1およびオフセット定数Δについての対数尤度比(Λ)が、関数
Λq1(r'Q)=r'Q+max*(r'Q, Δ)-max*(-r'Q, Δ)
に従って決定されるステップであって、関数max*は、max*(x, y)=max(x, y)+ln(1+exp[-|x-y|])として定義されるステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
【請求項１４】
少なくとも1つの受信成分が、rQであり、スケーリングされた受信成分r'Qが、rQに事前スケール定数kを乗じたものとして定義される場合、個々のビットq2およびオフセット定数Δについての対数尤度比(Λ)は、関数
Λq2(r'Q)=-max$(-r'Q-Δ, r'Q-Δ) 
に従って決定されるステップであって、関数max$は、
【数２】
2008519519.tif 000020
として定義されるステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
【請求項１５】
前記個々のビットの少なくとも1つについての対数尤度比の決定の少なくとも一部を実行する再構成可能実行ユニットを構成するために、カスタム符号化命令を使用するステップであって、前記決定が、最大で2つの定数値の少なくとも1つを使用することを含むステップをさらに含む、請求項1から14のいずれかに記載の方法。
【請求項１６】
前記再構成可能実行ユニットの入力の値を、前記対数尤度比決定において使用される前記少なくとも1つの定数値に基づいて設定するステップをさらに含む、請求項15に記載の方法。
【請求項１７】
前記少なくとも1つの個々のビットについての前記対数尤度比の計算を2サイクルで完了するために、前記再構成可能実行ユニットを使用するステップをさらに含む、請求項15に記載の方法。
【請求項１８】
前記少なくとも1つの個々のビットについての前記対数尤度比の計算を1サイクルで完了するために、前記再構成可能実行ユニットを使用するステップをさらに含む、請求項15に記載の方法。
【請求項１９】
前記再構成可能実行ユニットが、コンピュータシステムの単一命令多重データレーンを含む、請求項15に記載の方法。
【請求項２０】
前記コンピュータシステムが、別個の制御実行パスと、別個のデータ実行パスとを含む、請求項19に記載の方法。
【請求項２１】
前記再構成可能実行ユニットが、前記別個のデータ実行パスの一部を形成する、請求項20に記載の方法。
【請求項２２】
ブランチユニットおよび制御実行ユニットを含む専用制御実行パスと、
再構成可能実行ユニットを含む専用データ実行パスと、を備えるコンピュータシステムであって、
前記再構成可能実行ユニットが、前記コンピュータシステムの単一命令多重データ(SIMD)レーンを含み、前記再構成可能実行ユニットが、直交振幅変調(QAM)符号語の個々のビットについての対数尤度比の決定の少なくとも一部を実行するために、カスタム符号化命令によって構成されることが可能である、コンピュータシステム。
【請求項２３】
前記QAM符号語が、ターボ符号化符号語である、請求項22に記載のコンピュータシステム。
【請求項２４】
復調される信号が、無線システム用である、請求項22に記載のコンピュータシステム。
【請求項２５】
前記無線システムが、モバイル第3世代セルラシステムである、請求項24に記載のコンピュータシステム。
【請求項２６】
前記無線システムが、符号分割多元接続規格(CDMA)に従って動作する、請求項24に記載のコンピュータシステム。
【請求項２７】
前記無線装置が、無線符号分割多元接続(WCDMA)規格の高速ダウンリンクパケットアクセス(HSDPA)部分に従って動作する、請求項24に記載のコンピュータシステム。
【請求項２８】
前記符号語が、16-QAM符号語である、請求項22に記載のコンピュータシステム。
【請求項２９】
前記符号語の個々のビットの組が、前記16-QAM符号語にマッピングされる4情報ビットを含む、請求項28に記載のコンピュータシステム。
【請求項３０】
前記符号語の前記ビットの組のうちの各ビットについて対数尤度比を決定するために、前記符号語に対応する受信信号特性にその出力が基づく関数を使用して、前記対数尤度比の前記決定が行われる、請求項22に記載のコンピュータシステム。
【請求項３１】
前記符号語に対応する前記受信信号特性が、信号エネルギーおよび雑音電力スペクトル密度を含む、請求項30に記載のコンピュータシステム。
【請求項３２】
前記対数尤度比の前記決定が、オフセット定数と事前スケール定数とを含む2つの定数値を決定することをさらに含む、請求項30に記載のコンピュータシステム。
【請求項３３】
aが正規化定数であるとした場合、8a2ES/N0によって与えられる第1の定数と、4a√ES/N0によって与えられる第2の定数を決定することをさらに含む、請求項22に記載のコンピュータシステム。
【請求項３４】
前記再構成可能実行ユニットの入力値が、前記対数尤度比決定において使用される少なくとも1つの定数値に基づいて決定される、請求項30に記載のコンピュータシステム。
【請求項３５】
前記再構成可能実行ユニットが、少なくとも1つの個々のビットについての対数尤度比を2サイクルで計算することが可能な、請求項30に記載のコンピュータシステム。
【請求項３６】
前記再構成可能実行ユニットが、少なくとも1つの個々のビットについての対数尤度比を1サイクルで計算することが可能な、請求項30に記載のコンピュータシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、余剰符号化システムにおける直交振幅変調(QAM: quadrature amplitude modulation)信号の復調に関し、詳細には、符号化QAM信号について対数尤度比(log-likelihood ratio)を決定することに関する。
【背景技術】
【０００２】
通信システムにおける情報ビットのストリームの送信では、誤り訂正符号および変調方式が必要とされる。一般に実施される1つの変調方式は、QAMである。しばしばQAMを補足する誤り訂正符号は、ターボ符号(turbo code)、連接符号(concatenated code)、畳み込み符号(convolutional code)、低密度パリティ検査(LDPC: low density parity check)符号などである。
【０００３】
ターボ符号化QAM信号を復号するため、2つの最大事後(MAP: maximum a posteriori)復号器から成るターボ復号器は、受信ターボ符号化ビットの対数尤度比の知識を必要とする。16-QAM信号について対数尤度比を決定する手法は、Goff他、「Turbo-codes and High Spectral Efficiency Modulation」、Proceedings of ICC、1994年5月、645〜649頁に開示されている。
【０００４】
従来のシステムでは、正確な対数尤度比を計算するための計算複雑度は高く、近似は受信器感度の低下をもたらす。
【０００５】
現在、かなり大きな計算複雑度を導入することなく、符号化QAM信号について正確な対数尤度比を計算するためのシステムまたは方法を提供する知られた技術は存在しない。
【非特許文献１】Goff他、「Turbo-codes and High Spectral Efficiency Modulation」、Proceedings of ICC、1994年5月、645〜649頁
【非特許文献２】technical specification Release 5 [3G TS 25.213] (WCDMA Release 5)
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様は、QAM符号語のビットの組の直交振幅変調(QAM)信号について対数尤度比を決定するための方法を提供し、前記方法は、符号語のビットの組のうちの各ビットについて対数尤度比を決定するために、符号語に対応する受信信号の信号エネルギーおよび雑音電力スペクトル密度(noise power spectral density)特性にその出力が基づく関数の組を使用して、対数尤度比を決定するステップを含む。
【０００７】
一実施形態によれば、符号語は、ターボ符号化符号語である。復調される信号は、無線システム用とすることができる。無線システムは、モバイル第3世代セルラシステムとすることができる。無線システムは、符号分割多元接続(CDMA: Code-Division Multiple Access)規格に従って動作することができる。無線システムは、無線符号分割多元接続(WCDMA: Wireless Code-Division Multiple Access)規格の高速ダウンリンクパケットアクセス(HSDPA: High-Speed Downlink Packet Access)部分に従って動作することができる。
【０００８】
他の実施形態では、符号語は、16-QAM符号語である。符号語の個々のビットの組は、16-QAM符号語にマッピングされる4情報ビットを含む。オフセット定数(offset constant)と事前スケール定数(pre-scale constant)とを含む2つの定数値が、決定されることができる。aが正規化定数(normalization constant)であるとした場合、8a2ES/N0によって与えられる第1の定数と、4a√ES/N0によって与えられる第2の定数も、決定されることができる。
【０００９】
他の実施形態では、少なくとも1つの受信成分が、rIであり、スケーリングされた受信成分r'Iが、rIに事前スケール定数kを乗じたものとして定義される場合、個々のビットi1およびオフセット定数Δについての対数尤度比Λは、関数
Λi1(r'I)=r'I+max*(r'I, Δ)-max*(-r'I, Δ)
に従い、ここで、関数max*は、max*(x, y)=max(x, y)+ln(1+exp[-|x-y|])として定義される。少なくとも1つの受信成分が、rIであり、スケーリングされた受信成分r'Iが、rIに事前スケール定数kを乗じたものとして定義される場合、個々のビットi2およびオフセット定数Δについての対数尤度比(Λ)は、関数
Λi2(r'I)=-max$(-r'I-Δ, r'I-Δ) 
に従って決定されることができ、ここで、関数max$は、
【００１０】
【数１】
2008519519.tif 000003
【００１１】
として定義される。少なくとも1つの受信成分が、rQであり、スケーリングされた受信成分r'Qが、rQに事前スケール定数kを乗じたものとして定義される場合、個々のビットq1およびオフセット定数Δについての対数尤度比(Λ)は、関数
Λq1(r'Q)=r'Q+max*(r'Q, Δ)-max*(-r'Q, Δ)
に従って決定されることができ、ここで、関数max*は、max*(x, y)=max(x, y)+ln(1+exp[-|x-y|])として定義される。少なくとも1つの受信成分が、rQであり、スケーリングされた受信成分r'Qが、rQに事前スケール定数kを乗じたものとして定義される場合、個々のビットq2およびオフセット定数Δについての対数尤度比(Λ)は、関数
Λq2(r'Q)=-max$(-r'Q-Δ, r'Q-Δ) 
に従って決定されることができ、ここで、関数max$は、
【００１２】
【数２】
2008519519.tif 000004
【００１３】
として定義される。
【００１４】
他の実施形態では、個々のビットの少なくとも1つについての対数尤度比の決定の少なくとも一部を実行する再構成可能実行ユニット(reconfigurable execution unit)を構成するために、カスタム符号化命令(custom-coded instruction)が、使用されることができ、前記決定は、最大で2つの定数値の少なくとも1つを使用することを含む。再構成可能実行ユニットの入力の値は、対数尤度比決定において使用される少なくとも1つの定数値に基づいて設定されることができる。再構成可能実行ユニットは、少なくとも1つの個々のビットについての対数尤度比の計算を2サイクルで完了するために使用されることができる。再構成可能実行ユニットは、少なくとも1つの個々のビットについての対数尤度比の計算を1サイクルで完了するために使用されることができる。再構成可能実行ユニットは、コンピュータシステムの単一命令多重データ(single instruction multiple data)レーンを含むことができる。コンピュータシステムは、別個の制御実行パス(control execution path)と、別個のデータ実行パス(data execution path)とを含むことができる。再構成可能実行ユニットは、別個のデータ実行パスの一部を形成することができる。
【００１５】
本発明の一態様は、コンピュータシステムを提供し、前記システムは、ブランチユニット(branch unit)および制御実行ユニット(control execution unit)を含む専用制御実行パスと、再構成可能実行ユニットを含む専用データ実行パスとを備え、再構成可能実行ユニットは、コンピュータシステムの単一命令多重データ(SIMD)レーンを含み、再構成可能実行ユニットは、直交振幅変調(QAM)符号語の個々のビットについての対数尤度比の決定の少なくとも一部を実行するために、カスタム符号化命令によって構成されることが可能である。
【００１６】
実施形態では、符号語のビットの組のうちの各ビットについて対数尤度比を決定するために、符号語に対応する受信信号特性にその出力が基づく関数を使用して、対数尤度比の決定が行われる。符号語に対応する受信信号特性は、信号エネルギーおよび雑音電力スペクトル密度を含むことができる。対数尤度比の決定は、オフセット定数と事前スケール定数とを含む2つの定数値を決定することをさらに含むことができる。aが正規化定数であるとした場合、8a2ES/N0によって与えられる第1の定数と、4a√ES/N0によって与えられる第2の定数が、決定されることができる。再構成可能実行ユニットの入力値は、対数尤度比決定において使用される少なくとも1つの定数値に基づいて決定されることができる。再構成可能実行ユニットは、少なくとも1つの個々のビットについての対数尤度比を2サイクルで計算可能とすることができる。再構成可能実行ユニットは、少なくとも1つの個々のビットについての対数尤度比を1サイクルで計算可能とすることができる。
【００１７】
本発明を具体化するためのシステムおよび方法が、添付の図面を参照しながら、例としてのみ今から説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の実施形態によれば、ターボ復号器のためにQAM信号の情報シンボルの個々のビットの対数尤度比を決定するための方法およびシステムが開示される。
【００１９】
本明細書で説明される本発明の実施形態は、例示の目的で提供され、加法的白色ガウス雑音(AWGN: additive white Gaussian noise)チャネルで動作する16-QAM/ターボ符号化システムにおいて対数尤度比を導き出すのに特に適している。そのようなシステムは、広帯域符号分割多元接続(WCDMA: wide band code division multiple access)規格、技術仕様書リリース5 [3G TS 25.213] (WCDMA Release 5)の、第3世代パートナーシッププロジェクト(3GPP: 3rd Generation Partnership Project)高速ダウンリンク共用チャネル(HS-DSCH: high speed downlink shared channel)においてサポートされる。
【００２０】
しかし、本発明の実施形態が、例えば32、64、256値等のQAMシステムなど、その他のQAM/符号化システムに、および例えば高品位テレビ(high definition television)信号を伝達するモデムなど、その他のアプリケーションにも適用され得ることに留意されたい。さらに、ターボ符号化以外のその他の誤り訂正符号が実施されることもできる。そのような誤り訂正符号は、連接符号、低密度パリティ検査(LDPC)符号、畳み込み符号などを含む。本発明の範囲は、変調実施形態の特定のターボ符号化16-QAMレベルに限定されない。
【００２１】
図1は、送信器12および受信器14を有する従来の通信システム10のブロック図である。送信器は、データ源20から、ターボ符号器22に入力データビット/フレームを提供される。ターボ符号器は、入力データを符号化し、QAM変調器26より前で、システマティックビットおよびパリティビットをチャネルインターリーバ24に提供する。変調信号は、送信手段28によって、受信器の受信手段38へと送信される。QAM復調器30で受け取られたターボ符号化QAM信号の復号時に、チャネル状態情報決定、およびターボ符号化QAM信号に関連する各到来情報シンボルビットについての軟判定(soft-decision)が、ターボ復号器36のためにモジュール32において実行され、ターボ復号器は、チャネルデインターリーバ34を介して得た信号を復号して、出力データ39を提供する。
【００２２】
モジュール32において計算される軟判定は、対数尤度比である。図2は、本発明の一実施形態による軟判定モジュール32のブロック図を示している。復調QAM信号31は、モジュール32で受け取られ、定数サブモジュール33、35は、検索表(LUT)41に保存された関数を対数尤度比サブモジュール37において計算するために、定数を処理する。対数尤度比43は、メモリ39に保存されることができ、またターボ復号器に送られることができる。本発明の一実施形態によるモジュール32の実施は、図11〜図13を参照しながら、より詳しく説明される。
【００２３】
本発明の一実施形態による対数尤度比は、図3Aに示されるような、QAM復調器から受け取られた信号の関数としてのビット/符号語マッピング(bit-to-codeword mapping)40の、個別のビットi1、q1、i2、q2の各々について導き出されることができる。結果の4情報ビット40は、どの16-QAMシンボルを送り出すべきかを確定するために、図3Bの16 QAMコンステレーション(16 QAM constellation)42に示されるようなコンステレーションシンボルにマッピングされる。復調器から受け取られた信号は、複素数r=rI+jrQによって表現され、ここで、rIおよびrQの分散は、N0/2に等しく、各々は、送信信号に依存する独立した平均
【００２４】
【数３】
2008519519.tif 000005
【００２５】
を有し、ここで、ESは、符号化シンボルエネルギーであり、N0は、片側雑音電力スペクトル密度である。ここでは、aは、全コンステレーションの平均シンボルエネルギーを正規化するために使用される定数であり、1/√10に設定されることができる。その他の値も使用され得ることに留意されたい。例えば、WCDMAリリース5では、aは、1/√5に設定される。
【００２６】
図3A〜図3Bのビット/シンボルマッピング(bit-to-symbol mapping)から明らかなように、i1およびi2の検出は、rIにのみ依存し、q1およびq2の検出は、rQにのみ依存する。本発明の一実施形態に従ってビットi1を検出するため、図3Bの16-QAMシンボルの組は、図4に示されるように、2つの半分に分割される。左2列46から成るコンステレーションクラスタは、i1=1を有する16-QAMシンボルに対応し、右2列48から成るコンステレーションクラスタは、i1=0を有する16-QAMシンボルに対応する。i1の対数尤度比を決定するため、
P(i1=0|rI)、および
P(i1=1|rI)
として定義される事後確率を計算することが必要である。これらの確率の比または比の対数は、ターボ復号器に渡される。
【００２７】
i1について対数尤度比を計算するため、条件付き確率(conditional probability)に関係するベイズの定理(Bayes' theorem)
【００２８】
【数４】
2008519519.tif 000006
【００２９】
が使用される。
【００３０】
【数５】
2008519519.tif 000007
【００３１】
となるように、シンボルが等確率であること、すなわち、P(i1=0)=P(i1=1)=1/2であることが仮定されてもよい。したがって、2つの必要な条件付き確率は、
【００３２】
【数６】
2008519519.tif 000008
【００３３】
のように書き表されることができる。式4を操作することで、i1の対数尤度比は、
【００３４】
【数７】
2008519519.tif 000009
【００３５】
のように表されることができ、ここで、関数max*は、max*(x, y)=max(x, y)+ln(1+exp[-|x-y|])として定義される。
【００３６】
max*(x, y)≒max(x, y)と近似することは、式5を3つの領域に分割する。近似はこのように行われてよいが、しかし、近似はこの例に限定されず、その他の近似方法が使用されることもできる。この例の近似は、
【００３７】
【数８】
2008519519.tif 000010
【００３８】
を提供する。
【００３９】
rIをrQで置き換え、同一の手法に従うことによって、q1についての対数尤度比を取得することができ、q1についての式5の同様の変形は、以下のようになる。
【００４０】
【数９】
2008519519.tif 000011
【００４１】
式5においてN0を単位に正規化することは、本発明の一実施形態に従って決定される、ES/N0=10dBの場合の、受信成分rIの関数としての、ビットi1についての対数尤度比の、図5に示されるグラフ50をもたらす。ES/N0のこの比においては、近似式52と正確な式54の間の差は、非常に小さく、この差は、ES/N0を大きくするにつれて小さくなる。ビットi1の対数尤度比Λi1についての式5とビットq1の対数尤度比Λq1についての上の式との類似から、図5に示された関数Λi1と同様のパターンを有するグラフが、受信成分rQの関数としてのビットq2の対数尤度比Λq1について作成され得ることは明らかである。
【００４２】
上記の手法を繰り返すと、ビットi2の対数尤度比が、本発明の一実施形態に従って取得されることができる。図6は、i2ビットについての16-QAMコンステレーションの分割を示している。左列62と右列62から成るコンステレーションクラスタは、i2=1を有する16-QAMシンボルに対応し、中央2列64から成るコンステレーションクラスタは、i2=0を有する16-QAMシンボルに対応する。i2ビットについての16-QAMコンステレーションの異なる分割は、確率密度関数の異なる組を生み出し、その結果、異なる関数をもたらす。i2について、条件付き確率は、
【００４３】
【数１０】
2008519519.tif 000012
【００４４】
によって与えられる。
【００４５】
rQの分布は、i2とは独立であって、
P(rQ|i2=0)=P(rQ|i2=1)    (式8)
であり、このことは、i2ビットについての対数尤度比を、
【００４６】
【数１１】
2008519519.tif 000013
【００４７】
と変形し、これは、以下の関数
【００４８】
【数１２】
2008519519.tif 000014
【００４９】
を定義することによって、
【００５０】
【数１３】
2008519519.tif 000015
【００５１】
のように書き換えられる。
【００５２】
式9は、
max$(x, y)≒max(x, y)
と近似することによって、正と負の2つの領域に分割されることができ、すなわち、以下のようになる。
【００５３】
【数１４】
2008519519.tif 000016
【００５４】
式10の近似は、上で与えられたmax$(x, y)関数の定義において、最終項(対数項)を無視することによって成り立つ。図7のグラフ70は、max*関数およびmax$関数の最終項を無視したために、|x-y|がより大きくなるにつれて、近似が良好な近似になることを示しており、x軸は|x-y|であり、上側の曲線72は、max*関数の最終項であり、下側の曲線74は、max$関数の最終項である。図7では、|x-y|が大きくなるにつれて、両方の補正項はゼロに接近し、したがって、|x-y|が大きくなると、式10について行われた近似が成り立つ。
【００５５】
rIをrQで置き換え、同一の手法に従うことによって、q2についての対数尤度比を取得することができ、q2についての式9の同様の変形は、以下のようになる。
【００５６】
【数１５】
2008519519.tif 000017
【００５７】
式9を使用して、図8は、本発明の一実施形態に従って決定される、受信成分rIの関数としての、ビットi2についての対数尤度比のグラフ80を示している。ビットi2の対数尤度比Λi2についての式9とビットq2の対数尤度比Λq2についての上の式との類似から、図8に示された関数Λi2と同様のパターンを有するグラフが、受信成分rQの関数としてのビットq2の対数尤度比Λq2について作成され得ることは明らかである。
【００５８】
本発明の一実施形態によれば、各ビットについての対数尤度比計算は、式5および式9、ならびにq1およびq2についてのそれらの類似式に基づいて、以下の表1にあるように要約されることができる。表1では、オフセット定数Δおよび事前スケール定数kが、式5および式9に現れる定数について定義される。これらの定数定義を使用し、r'I=krIおよびr'Q=krQとすることで、各ビットについての結果の対数尤度比計算は、以下のようになることができる。
【００５９】
【表１】
2008519519.tif 000018
【００６０】
本発明の一実施形態によれば、表1の対数尤度比計算および上記の導出式は、図11〜図15を参照しながらより詳しく説明される、再構成可能ディープ実行プロセッサ(reconfigurable deep execution processor)を使用して実施されることができる。表1および関連する定義から理解され得るように、r'Iおよびr'Qを定義するのに使用される2つの定数、すなわち、オフセット定数Δおよび事前スケール定数kだけが、4つすべての対数尤度比を決定するために、非常に低い周波数で、計算される必要がある。これらは、データのブロックに対して計算されることができ、事前スケーリングは、最大比合成(MRC: Maximal Ratio Combining)プロセスの一部として適用される。
【００６１】
図9は、本発明の一実施形態を用いて達成され得る、完全なターボ復号器反復1から6についての性能利得(BERおよびEb/N0)92を、Goff他によってとられた従来の手法94と比較したグラフ90を示している。したがって、図9から理解され得るように、本発明による一実施形態は、受信器の感度を約0.25dBだけ向上させるために使用されることができる。
【００６２】
図16を参照すると、非限定的な例として、本発明の一実施形態による方法300が示されている。図16の方法は、図10〜図13を併せて参照しながら説明される。本発明の一実施形態では、計算される2つの定数304は、オフセット定数と事前スケール定数だけである。この実施形態は、図10〜図13の実施形態に示される、再構成可能実行プロセッサ200または軟判定モジュール32、100において、実施されることができる。図10は、対数尤度比が決定され得るコンピュータシステム100のブロック図を示している。定数/入力選択器102およびLUT 204は、図2の定数サブモジュール33、35およびLUT 41に対応する。対数尤度比サブモジュール37では、MAX*ユニット104および累算器レジスタ202は、LUT 204を参照して、i1、q1についての対数尤度比を決定し、MAX$ユニット106は、LUT 204を参照して、i2、q2についての対数尤度比を決定する。図11および図12は、再構成可能プロセッサが、第1のステップの図11および第2のステップの図12において、i1およびq1 302についての対数尤度比308を計算するために、カスタム符号化命令によって作成される必要がある接続を太線でより詳しく示している。同様に、図13は、i2およびq2を計算するために、再構成可能プロセッサ200において作成される接続を太線で示している。図11〜図13の処理ユニットの入力の値は、オフセット定数および事前スケール定数に基づいて設定され、その値は検索表204に保存される。検索表204は、対数尤度比を計算するために状態メトリック計算を完了するMAX*関数306を実施するための補正値を保存することができ、その他の値を用いてQAM信号を復調することができる。言い換えると、入力値r'は、事前スケール定数kを使用して、(成分i1およびi2を決定するために)r'Iまたは(成分q1およびq2を決定するために)r'Qのいずれかに設定されることができる。同様に、図11〜図13の構成を使用して対数尤度比を計算するため、入力値offは、(4つのビットi1、i2、q1、q2のすべてを決定するために)オフセット定数Δを使用してΔに設定されることができる。図11では、i1およびq1の計算の第1のステップにおいて、r'がオフであるとき、r'+
MAX*の結果は、累算器レジスタ202内に保存される。図12では、i1およびq1の計算の第2のステップにおいて、累算器レジスタ内に保存された結果から、-r'がオフであるMAX*の値が減算される。図13は、-r'およびr'がオフであるときに、-MAX$が計算される場合、i1およびq1の計算のために必要とされる単一ステップを示している。このように、i1またはq1についての対数尤度比は、どのSIMDレーンにおいても2サイクルで計算されることができ、i2またはq2についての対数尤度比は、どのSIMDレーンにおいても1サイクルで計算されることができる。SIMDレーンの構成は、図14〜図15を参照しながら、より詳しく説明される。
【００６３】
一実施形態では、対数尤度比は、別個の制御実行パスおよびデータ実行パスを有するコンピュータシステムにおいて使用される再構成可能実行ユニットという文脈において決定されることができる。この実施形態は、例示の目的で示されるが、しかし、本発明の実施形態が、その他のコンピュータシステムアーキテクチャ上でも実施され得ることは理解されよう。図14は、対数尤度比が本発明の一実施形態に従って決定され得る、そのようなコンピュータシステムのアーキテクチャブロック図を示している。命令復号ユニット1401は、命令パケット1400の組のうちの個々の命令を、専用制御実行パス1402による実行のための命令と、専用データ実行パス1403による実行のための命令とに分割する。各専用実行パス1402および1403は、制御レジスタファイル1404およびデータレジスタファイル1405内に、それ独自のレジスタファイルを有する。制御実行パス1402は、ブランチユニット1406および実行ユニット1407などの、それ独自の機能ユニットを有する。データ実行パス1403は、SIMD固定実行ユニット1409および再構成可能ディープ実行ユニット1410などの、機能ユニットを有する。制御実行パス1402およびデータ実行パス1403は、ロードストアユニット(load store unit)1408を共有する。
【００６４】
図15は、対数尤度比が本発明の一実施形態に従って決定され得る、再構成可能ディープ実行ユニット1510のブロック図である。この実施形態は、例示の目的で提供されるが、本発明の実施形態が、その他のコンピュータシステムアーキテクチャ上でも実施され得ることは理解されよう。動作中、図15の実施形態の再構成可能実行ユニット1510は、以下のようにパイプライン化される。実行ユニット1510用のすべての命令は、例えば、実行ユニット1510によって実行される命令と、その結果を消費するその他のデータサイド命令の間を満たす、4つの命令発行スロット(instruction issue slot)など、5サイクルの待ち時間を有する。実行ユニット1510用の4つのパイプラインステージは、READステージ1532と、XBARステージ1533と、EX0〜3ステージ1526〜1529と、WRITEステージ1541とを含むことができる。READステージ1532は、データレジスタファイル1538を読むことができ、64ビットのXBARステージ入力1539および1540を選択する。2つの64ビットのオペランドsrc1 1530およびsrc0 1531が、データレジスタファイル1538からフェッチされる。その後、64ビットのXBARステージ入力1539および1540の値が、選択器1543および1544を使用して決定され、その各々は、64ビットのオペランド1530、1531か、またはスクラッチパッドリードベクトル(scratchpad read vector)(spval)1545を、XBARステージ入力1539、1540とするために選択する。XBARステージ1533は、入力1539および1540内の8つの16ビットオペランドを、SIMDレーン1526〜1529のレーン入力P、Q、R、Sに導くことができ、16個の5ウェイ16ビット幅マルチプレクサ(各レーンの各入力に1つ)を含むことができる。マルチプレクサを制御するためには、48ビットが必要とされ、そのビットは、構成検索表内で検索され得る、再構成可能実行ユニット1510用の各命令内に見出されるオペコードの関数である。EX0〜3ステージは、SIMDレーン1526〜1529を含むことができ、SIMDレーンは、再構成可能加算器、シフタ、乗算器などを含むことができる。WRITEステージ1541は、データレジスタ1542に書き込むことができる。その後、SIMDレーン1526〜1529の4つの16ビットZレーン出力は、バイパスマルチプレクサ1547を使用してREADステージ1532にバイパスされ戻し、実行ユニット1510用の5サイクル待ち時間を完了することができる。
【００６５】
再構成可能実行ユニットとしての図15の実施形態の説明に関して、本明細書では、「構成可能」とは、その少なくともいくつかがデータ処理命令のオペレーションコード部分によって選択可能な複数の擬似静的演算子構成(pseudo-static operator configuration)の中から、演算子構成を選択する能力を意味することに留意されたい。また、本明細書の実施形態によれば、「構成可能」命令は、マルチビット値のレベルで、例えば、4以上のマルチビット値のレベルまたはワードのレベルで、カスタマイズ動作の実行を可能にする。図15に示された本発明の実施形態の実施によれば、実行レーン1526〜1529の動作は、有利には、様々な演算子クラスに事前構成される。例えば、演算子は、乗算演算子、ALU演算子、状態演算子、相互レーン置換子(cross-lane permuter)に事前構成されることができ、その他の事前構成クラスも、可能とすることができる。しかし、演算子のクラスが事前構成されるとしても、対数尤度比を決定するための図11〜図13に示された構成など、与えられたアルゴリズムを実施するための特定の構成を最終的に構成するため、命令が、(i)各クラス内の演算子の結合性(connectivity)、および(ii)他のクラスからの演算子との結合性を構成できる、ランタイムの柔軟性が存在する。
【００６６】
上で説明されようなQAMデジタル変調システムにおいてターボ復号器入力を決定するためのシステムおよび方法は、システム性能を損なうことなく、またシステムにさらなる複雑性を導入することなく、ターボ復号器の反復回数を最小化するために、ターボ復号器に正確な入力を提供するなどの利点を提供することは理解されよう。さらに、本発明の実施形態は、例えば32、64、256値等のQAMシステムなど、その他のQAMシステム(n-QAM)にも適用されることができ、本発明の範囲は、変調実施形態の特定の16-QAMレベルに限定されない。同様に、本発明の範囲は、特定のターボ符号化実施形態に限定されない。その他の符号化タイプを用いるその他の実施形態も想定されることができる。本発明の特定の実施形態が例示の目的で説明されたが、添付の特許請求の範囲によって確定される本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更が施され得ることは理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】従来技術によるターボ符号化QAM信号を有する通信システムのブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態による軟判定モジュールのブロック図である。
【図３Ａ】16-QAM変調モードについてのビット/符号語マッピングを示した図である。
【図３Ｂ】16-QAM変調についての変調コンステレーションシンボルへのビット/シンボルマッピングを示した図である。
【図４】本発明の一実施形態による、ビットi1についての、図3Bのビット/シンボルマッピングの分割を示した図である。
【図５】本発明の一実施形態に従って決定される、受信成分rIの関数としての、ビットi1についての対数尤度比のグラフである。
【図６】本発明の一実施形態による、ビットi2についての、図3Bのビット/シンボルマッピングの分割を示した図である。
【図７】本発明の一実施形態で使用される近似によって減少する補正項の値を示した図である。
【図８】本発明の一実施形態に従って決定される、受信成分rIの関数としての、ビットi2についての対数尤度比のグラフである。
【図９】本発明の一実施形態による、完全なターボ復号器反復1から6についての性能利得を示した図である。
【図１０】対数尤度比が本発明の一実施形態に従って決定され得るコンピュータシステムのブロック図である。
【図１１】本発明の一実施形態による、i1およびq1についての対数尤度比の計算の第1のステップを実行するために構成された再構成可能実行ユニットの概略図である。
【図１２】本発明の一実施形態による、i1およびq1についての対数尤度比の計算の第2のステップを実行するために構成された再構成可能実行ユニットの概略図である。
【図１３】本発明の一実施形態による、i2およびq2についての対数尤度比を決定するために構成された再構成可能実行ユニットの概略図である。
【図１４】対数尤度比が本発明の一実施形態に従って決定され得る別個の制御実行パスおよびデータ実行パスを有するコンピュータシステムのアーキテクチャブロック図である。
【図１５】対数尤度比が本発明の一実施形態に従って決定され得る図14のコンピュータシステムの再構成可能ディープ実行ユニットのブロック図である。
【図１６】本発明の一実施形態による方法を示した図である。
【符号の説明】
【００６８】
10  通信システム
12  送信器
14  受信器
20  データ源
22  ターボ符号器
24  チャネルインターリーバ
26  QAM変調器
28  送信手段
30  QAM復調器
32  軟判定モジュール
33  定数サブモジュール
34  チャネルデインターリーバ
35  定数サブモジュール
36  ターボ復号器
37  対数尤度比サブモジュール
38  受信手段
39  出力データ
39  メモリ
41  検索表
43  対数尤度比
100  コンピュータシステム
102  定数/入力選択器
104  MAX*ユニット
106  MAX$ユニット
202  累算器レジスタ
204  検索表
1400  命令パケット
1401  命令復号ユニット
1402  制御実行パス
1403  データ実行パス
1404  制御レジスタファイル
1405  データレジスタファイル
1406  ブランチユニット
1407  実行ユニット
1408  ロードストアユニット
1409  SIMD固定実行ユニット
1410  再構成可能ディープ実行ユニット
1510  再構成可能ディープ実行ユニット
1526〜1529  EX0〜3ステージ
1532  READステージ
1533  XBARステージ
1538  データレジスタファイル
1541  WRITEステージ
1547  バイパスマルチプレクサ
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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2008519519.tif 000039
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