專利名稱：局部并行格柵解碼器裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用最大似然序列估算(MLSE)，或格柵(trellis)，解碼器在公用衰落信道條件下對(duì)接收的數(shù)字信號(hào)解碼的方法和裝置。
維特比算法是可用來從經(jīng)通信信道接收的信號(hào)估算發(fā)射的數(shù)字序列的熟知型的MLSE解碼方法。使用由維特比解碼器解碼的初始數(shù)據(jù)(培訓(xùn)碼元)(training symbols)構(gòu)成此后用來對(duì)接收信號(hào)的主體解碼的初始信道估算。由于采用接收信號(hào)構(gòu)成格柵，格柵中從時(shí)間t=(n-1)T到連續(xù)時(shí)間t=nT的每個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)移的狀態(tài)轉(zhuǎn)移量度或是根據(jù)諸如最小均方誤差標(biāo)準(zhǔn)之類的標(biāo)準(zhǔn)被視為無效而放棄，或是用來為進(jìn)一步的狀態(tài)轉(zhuǎn)移計(jì)算來修改信道估算。在接收信號(hào)結(jié)束時(shí)，反向跟蹤該格柵以獲得估算的發(fā)射數(shù)字序列。
如果因通信信道條件的改變或其它原因而造成最初或以后解碼處理部分期間的信道估算不準(zhǔn)確，對(duì)接收的數(shù)字信號(hào)主體的解碼可能導(dǎo)致累積的錯(cuò)誤。初始信道估算中的誤差可造成維特比解碼器在不適合跟蹤動(dòng)態(tài)通信信道狀況的方向修改信道估算器。另外，動(dòng)態(tài)信道估算中任何以后發(fā)生的誤差可造成與實(shí)際的動(dòng)態(tài)通信信道狀況的重現(xiàn)不可恢復(fù)的偏離。
上述常規(guī)維特比解碼器的一種改進(jìn)是針對(duì)格柵解碼器中的每個(gè)狀態(tài)使用分開和獨(dú)立的信道估算，而不是對(duì)整個(gè)維特比解碼器進(jìn)行一個(gè)唯一的信道估算。隨著在維特比解碼處理期間通過該格柵，從時(shí)間t=(n-1)T到時(shí)間t=nT計(jì)算每個(gè)狀態(tài)的信道估算。當(dāng)接收的數(shù)字信號(hào)結(jié)束時(shí)，通過反向跟蹤整個(gè)格柵，用最佳累積信道估算確定估算的發(fā)射數(shù)字序列。因此，可在多個(gè)方向修改初始信道估算，減少了不準(zhǔn)確的初始信道估算將導(dǎo)致進(jìn)一步累積更差的信道估算的機(jī)會(huì)。1995年7月11日授予Polydoros等人的美國專利No.5，432，821提出了這種全并行維特比方案，并將其與常規(guī)維特比解碼器對(duì)比。
由于全并行維特比處理為每個(gè)狀態(tài)生成通信信道的獨(dú)立估算，并且每個(gè)信道估算在每個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)移期間需要更新和跟蹤，全并行維特比處理大大增加了對(duì)接收信號(hào)解碼所需的計(jì)算功率。因此，與常規(guī)維特比解碼相比，需要改進(jìn)的對(duì)接收信號(hào)的MLSE解碼，但與全并行維特比處理相比應(yīng)減少計(jì)算的復(fù)雜性。


圖1表示四個(gè)時(shí)間周期的范圍中四狀態(tài)格柵解碼器的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣。
圖2表示四個(gè)時(shí)間周期的范圍中衰落信道期間的四狀態(tài)格柵解碼器的典型狀態(tài)轉(zhuǎn)移路徑。
圖3表示根據(jù)無線電話中實(shí)施的優(yōu)選實(shí)施例的局部并行格柵解碼器。
圖1表示四狀態(tài)最大似然序列估算(MLSE)格柵解碼器，例如四狀態(tài)維特比解碼器在四個(gè)時(shí)間周期T的范圍中的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣100。在矩陣100中，t=(n-2)T時(shí)的四個(gè)狀態(tài)s1、s2、s3、s4中的每一個(gè)具有到t=(n-1)T時(shí)的四個(gè)狀態(tài)s1、s2、s3、s4中的每一個(gè)的路徑。同樣，t=(n-1)T時(shí)的四個(gè)狀態(tài)中的每一個(gè)具有到t=nT時(shí)的四個(gè)狀態(tài)s1、s2、s3、s4中的每一個(gè)的路徑，t=nT時(shí)的四個(gè)狀態(tài)中的每一個(gè)具有到t=(n+1)T時(shí)的四個(gè)狀態(tài)s1、s2、s3、s4中的每一個(gè)的路徑，t=(n+1)T時(shí)的四個(gè)狀態(tài)中的每一個(gè)具有到t=(n+2)T時(shí)的四個(gè)狀態(tài)s1、s2、s3、s4中的每一個(gè)的路徑。應(yīng)注意整個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的復(fù)雜性。
當(dāng)使用該狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣時(shí)，利用從一個(gè)狀態(tài)到一個(gè)相繼狀態(tài)的每個(gè)路徑的狀態(tài)轉(zhuǎn)移量度加權(quán)來構(gòu)成格柵。在接收信號(hào)結(jié)束時(shí)，當(dāng)格柵結(jié)束時(shí)，解碼器貫穿該格柵反向跟蹤并選擇通過格柵的具有最佳累積狀態(tài)轉(zhuǎn)移量度的路徑。該選擇路徑中的狀態(tài)為發(fā)射序列提供最大似然序列估算。
圖2表示四個(gè)時(shí)間周期T的范圍中在衰落信道期間四狀態(tài)格柵解碼器的典型狀態(tài)轉(zhuǎn)移路徑200。在衰落通信信道中，大部分解碼誤差以組出現(xiàn)在衰落期間。由于這種情況，格柵解碼器中從一個(gè)時(shí)間周期到一個(gè)相繼時(shí)間周期間的大部分路徑從一個(gè)單個(gè)狀態(tài)產(chǎn)生；利用最小均方誤差標(biāo)準(zhǔn)或另一種排除方法通過完全殘存(per-survival)處理排除其它三種狀態(tài)。t=(n-2)T時(shí)，僅有一個(gè)狀態(tài)s3具有到t=(n-1)T時(shí)的四個(gè)狀態(tài)中每一個(gè)的可行路徑。t=(n-1)T時(shí)，兩個(gè)狀態(tài)具有到t=nT時(shí)的狀態(tài)的可行路徑；t=(n-1)T時(shí)的狀態(tài)s2具有到t=nT時(shí)的狀態(tài)s2的單個(gè)路徑，t=(n-1)T時(shí)的狀態(tài)s4具有到t=nT時(shí)的三個(gè)狀態(tài)s1、s3、s4的路徑。t=nT時(shí)，僅有一個(gè)狀態(tài)s4具有到t=(n+1)T時(shí)的四個(gè)狀態(tài)中的每一個(gè)的可行路徑，t=(n+1)T時(shí)，僅有一個(gè)狀態(tài)s1具有到t=(n+2)T時(shí)的四個(gè)狀態(tài)中的每一個(gè)的可行路徑。
傳輸路徑200表示在所示的其它時(shí)間不出現(xiàn)深度衰落的時(shí)間t=(n-1)T與時(shí)間t=nT之間通信信道中的衰落。在無衰落的條件下，經(jīng)常僅有一個(gè)狀態(tài)具有延續(xù)到相繼狀態(tài)的可行路徑。然而，在衰落期間，經(jīng)常有多于一個(gè)狀態(tài)具有延續(xù)到相繼的時(shí)間周期中的狀態(tài)的可行路徑。在大多數(shù)情況下，在衰落和未衰落兩種情況下，少于所有四種狀態(tài)s1、s2、s3、s4具有延續(xù)到相繼時(shí)間周期中的狀態(tài)的路徑。
取代為整個(gè)解碼器使用單個(gè)信道估算器或?yàn)榻獯a器的每個(gè)狀態(tài)使用單獨(dú)的信道估算器，局部并行格柵解碼器使用涉及多個(gè)信道估算器，但對(duì)每個(gè)狀態(tài)使用少于一個(gè)獨(dú)立信道估算器的方案，對(duì)于每個(gè)附加信道估算器，來自具有按前一個(gè)時(shí)間周期期間計(jì)算的最佳狀態(tài)量度的狀態(tài)的狀態(tài)信息組被用來更新主信道估算器，來自具有按前一個(gè)時(shí)間周期期間計(jì)算的第二好的狀態(tài)量度的狀態(tài)的狀態(tài)信息組被用來更新第一輔助信道估算器，來自具有按前一個(gè)時(shí)間周期期間計(jì)算的第三好的狀態(tài)量度的狀態(tài)的狀態(tài)信息組被用來更新第二輔助信道估算器，等等。狀態(tài)信息組具有關(guān)于定義目前經(jīng)過整個(gè)格柵的轉(zhuǎn)移所需的狀態(tài)的數(shù)據(jù)，狀態(tài)量度是可用于確定最終對(duì)應(yīng)于最可能的發(fā)射序列的最可能的狀態(tài)的任何量度。狀態(tài)量度可包括狀態(tài)轉(zhuǎn)移量度，瞬時(shí)碼元誤差，或其它算法。
一旦用狀態(tài)信息組更新信道估算器，更新的信道估算器處理該狀態(tài)信息組以計(jì)算可能的發(fā)射碼元和其相關(guān)聯(lián)的狀態(tài)量度。由于信道估算器的數(shù)量比狀態(tài)少，使用主信道估算器處理任何未指定的狀態(tài)，但不更新主信道估算器。局部并行格柵解碼器比常規(guī)維特比解碼器執(zhí)行得更好，并且比全并行維特比處理使用更少的計(jì)算功率。
圖3表示無線電話300中實(shí)施的優(yōu)選實(shí)施例的方框圖。該優(yōu)選實(shí)施例使用具有用于完全殘存處理的最小均方誤差標(biāo)準(zhǔn)的四狀態(tài)維特比解碼器370。然而，可根據(jù)應(yīng)用來使用具有不同狀態(tài)數(shù)量的其它類型的MLSE解碼器代替四狀態(tài)維特比解碼器370。無線電話300具有耦合到數(shù)字處理器305的話筒301或其它輸入設(shè)備，該數(shù)字處理器305處理從話筒301接收的音頻信號(hào)。將處理后的信號(hào)送到用于編碼和調(diào)制的發(fā)射機(jī)307和雙工器309，以便經(jīng)天線310在通信信道上傳輸。
雙工器309處理經(jīng)天線310從通信信道接收的編碼調(diào)制信號(hào)并送到接收機(jī)320。在接收機(jī)320中，射頻前端330將接收的編碼信號(hào)解調(diào)成基帶頻率。然后將基帶信號(hào)送到數(shù)字解碼器340。數(shù)字解碼器340包括模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器350，該模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器把接收的數(shù)字編碼信號(hào)送到具有實(shí)施優(yōu)選實(shí)施例的均衡器的解碼器360。
在具有均衡器的局部并行格柵解碼器360中，將接收的數(shù)字編碼信號(hào)送到主自適應(yīng)信道估算器377，輔助自適應(yīng)信道估算器379，和四狀態(tài)維特比解碼器370。如果希望，可使用培訓(xùn)序列初始化一個(gè)或多個(gè)自適應(yīng)信道估算器。該培訓(xùn)不是對(duì)接收信號(hào)解碼所必需的，但它在特定條件下可提高精度。到自適應(yīng)信道估算器377、379的培訓(xùn)輸入端376接收已知的培訓(xùn)序列，并表明何時(shí)將表示已知培訓(xùn)序列的接收數(shù)字信號(hào)從模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器350送到信道估算器377、379。由于從模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器350接收的數(shù)字序列是已知的，可在自適應(yīng)信道估算器377、379內(nèi)建立通信信道的精確初始估算。這為信道估算的后續(xù)適用提供了起始點(diǎn)。
當(dāng)對(duì)信號(hào)的主體解碼時(shí)，維特比解碼器370處理從模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器350接收的數(shù)字信號(hào)以便開始格柵。四狀態(tài)維特比解碼器370計(jì)算從t=(n-1)T時(shí)的四個(gè)過去狀態(tài)到t=nT時(shí)的四個(gè)當(dāng)前狀態(tài)的路徑。這些路徑包括狀態(tài)信息組和狀態(tài)量度。多路復(fù)用器378把由多路復(fù)用器輸入端371接收的狀態(tài)信息組從維特比解碼器370傳送到適當(dāng)?shù)淖赃m應(yīng)信道估算器377、379。把來自具有最佳狀態(tài)量度的狀態(tài)的狀態(tài)信息組經(jīng)多路復(fù)用器輸出端372送到主自適應(yīng)信道估算器377。把來自具有次最佳狀態(tài)量度的狀態(tài)的狀態(tài)信息組經(jīng)另一個(gè)多路復(fù)用器輸出端375送到輔助自適應(yīng)信道估算器379。
主自適應(yīng)信道估算器377使用從維特比解碼器370接收的t=nT時(shí)的數(shù)字信號(hào)和接收的t=(n-1)T時(shí)的第一狀態(tài)信息組來更新目前的信道估算，并生成主更新信道估算。此后，自適應(yīng)信道估算器377使用主更新信道估算處理第一狀態(tài)信息組，以便計(jì)算可能的發(fā)射碼元和其相關(guān)聯(lián)的狀態(tài)量度。同樣，輔助自適應(yīng)信道估算器379使用從維特比解碼器370接收的t=nT時(shí)的數(shù)字信號(hào)和由具有t=(n-1)T時(shí)的次最佳狀態(tài)量度的狀態(tài)提供的第二狀態(tài)信息組來更新目前的信道估算，然后使用輔助更新信道估算來處理第二狀態(tài)信息組，以便計(jì)算可能的發(fā)射碼元和其相關(guān)聯(lián)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移量度。
經(jīng)多路復(fù)用器輸出端373、374發(fā)送剩下的兩個(gè)具有第三和第四好的狀態(tài)量度的狀態(tài)，并通過主自適應(yīng)信道估算器377處理，但不更新該自適應(yīng)信道估算器377。在優(yōu)選實(shí)施例中，自適應(yīng)信道估算器377、379包括濾除更新的信道估算的可選的信道預(yù)測(cè)器387、389，以便隨其在時(shí)間范圍中的改變提供該通信信道更平滑的估算。局部并行格柵解碼器不需要信道預(yù)測(cè)器387、389；然而，在許多系統(tǒng)中，信道預(yù)測(cè)器387、389將改善結(jié)果。
把來自自適應(yīng)信道估算器377、379的可能的發(fā)射碼元和其相關(guān)聯(lián)的狀態(tài)量度送到四狀態(tài)維特比解碼器370以便幫助構(gòu)成格柵。當(dāng)維特比解碼器370已完成格柵的構(gòu)成時(shí)，它對(duì)整個(gè)格柵進(jìn)行反向跟蹤以便找到具有最佳累積狀態(tài)量度的路徑。具有最佳累積狀態(tài)量度的路徑是最大似然序列估算，也被稱為估算的發(fā)射數(shù)字序列。該估算的發(fā)射數(shù)字序列被傳送到用于最終處理的數(shù)字處理器305并經(jīng)音頻揚(yáng)聲器395或其它輸出設(shè)備最終輸出。
因此，對(duì)于四狀態(tài)維特比解碼器370，使用少于四個(gè)自適應(yīng)信道估算器對(duì)接收的數(shù)字編碼信號(hào)解碼。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可很容易地采用對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的改進(jìn)。例如，局部并行四狀態(tài)維特比解碼器可使用一個(gè)以上的輔助自適應(yīng)信道估算器來代替圖3所示的單個(gè)輔助自適應(yīng)信道估算器。在這種變化中，來自具有最佳狀態(tài)量度的狀態(tài)的狀態(tài)信息組更新并由主自適應(yīng)信道估算器處理，來自具有第二好的狀態(tài)量度的狀態(tài)的狀態(tài)信息組更新并由第一輔助自適應(yīng)信道估算器處理，來自具有第三好的狀態(tài)量度的狀態(tài)的狀態(tài)信息組更新并由第二輔助自適應(yīng)信道估算器處理，來自具有第四好的，或最差狀態(tài)量度的狀態(tài)的狀態(tài)信息組僅由主自適應(yīng)信道估算器處理。
在另一個(gè)替換實(shí)施例中，在無衰落周期期間減少輔助自適應(yīng)信道估算器的數(shù)量。例如，如果在一個(gè)周期期間的信噪比是可接受的，則可停用一個(gè)或多個(gè)輔助自適應(yīng)信道均衡器，并由此降低該周期期間的處理要求。如果出現(xiàn)衰落并且信噪比降低到特定閾值以下，則可重新啟用一個(gè)或多個(gè)輔助自適應(yīng)信道均衡器以補(bǔ)償惡化的信道狀況。
在通信信道在主自適應(yīng)信道解碼器不準(zhǔn)確地跟蹤的方向衰落的情況下，輔助自適應(yīng)信道估算器為具有均衡器的解碼器提供恢復(fù)機(jī)制。維特比解碼器中每個(gè)狀態(tài)少于一個(gè)自適應(yīng)信道估算器提供了具有均衡器的減小復(fù)雜性的局部并行解碼器。
因此，局部并行格柵解碼器提供比傳統(tǒng)維特比解碼器更準(zhǔn)確的解碼器，但比全并行維特比處理的計(jì)算強(qiáng)度小。雖然上面描述了局部并行格柵解碼器的具體部件和功能，本領(lǐng)域技術(shù)人員在本發(fā)明的真實(shí)精神和范圍內(nèi)可采用更少或更多的功能。本發(fā)明僅由所附權(quán)利要求書限定。
權(quán)利要求
1．一種用于對(duì)接收的數(shù)字信號(hào)解碼的局部并行格柵解碼器，包括s狀態(tài)格柵解碼器，其中s是大于或等于3的整數(shù)，用于接收該接收的數(shù)字信號(hào)，并計(jì)算狀態(tài)信息組和從t=(n-1)T時(shí)到t=nT時(shí)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移的狀態(tài)量度；耦合到s狀態(tài)格柵解碼器的主自適應(yīng)信道估算器，用于使用第一狀態(tài)信息組和接收的數(shù)字信號(hào)更新主信道估算，和根據(jù)主信道估算處理該第一狀態(tài)信息組；和耦合到s狀態(tài)格柵解碼器的輔助自適應(yīng)信道估算器，用于使用第二狀態(tài)信息組和接收的數(shù)字信號(hào)更新輔助信道估算，和根據(jù)輔助信道估算處理第二狀態(tài)信息組，其中由主自適應(yīng)信道估算器根據(jù)主信道估算來處理剩余的狀態(tài)信息組。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的局部并行格柵解碼器，其中主自適應(yīng)信道估算器包括濾除主信道估算的第一信道預(yù)測(cè)器。
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的局部并行格柵解碼器，其中s狀態(tài)格柵解碼器從與最可能的發(fā)射序列對(duì)應(yīng)的狀態(tài)量度確定第一狀態(tài)信息組。
4．根據(jù)權(quán)利要求3所述的局部并行格柵解碼器，其中狀態(tài)量度包括狀態(tài)轉(zhuǎn)移量度。
5．根據(jù)權(quán)利要求3所述的局部并行格柵解碼器，其中s狀態(tài)格柵解碼器從與第二最可能的發(fā)射序列對(duì)應(yīng)的狀態(tài)量度確定第二狀態(tài)信息組。
6．根據(jù)權(quán)利要求1所述的局部并行格柵解碼器，其中s狀態(tài)格柵解碼器使用用于完全殘存處理的最小均方誤差標(biāo)準(zhǔn)。
7．一種對(duì)在通信信道上接收的編碼信號(hào)解碼的方法，包括步驟從編碼信號(hào)構(gòu)成最大似然序列估算格柵；從編碼信號(hào)至少確定與第一狀態(tài)量度對(duì)應(yīng)的第一狀態(tài)信息組，與第二狀態(tài)量度對(duì)應(yīng)的第二狀態(tài)信息組，和與第三狀態(tài)量度對(duì)應(yīng)第三狀態(tài)信息組；使用第一狀態(tài)信息組和編碼信號(hào)更新主通信信道估算；使用主通信信道估算處理第一狀態(tài)信息組并修改格柵；使用第二狀態(tài)信息組和編碼信號(hào)更新輔助通信信道估算；使用第二通信信道估算處理第二狀態(tài)信息組并修改格柵；使用主通信信道估算處理第三狀態(tài)信息組并修改格柵；和反向跟蹤格柵以構(gòu)成最大似然估算序列。
8．根據(jù)權(quán)利要求7所述的對(duì)接收的編碼信號(hào)解碼的方法，進(jìn)一步包括步驟在確定步驟之前使用已知的培訓(xùn)序列初始化主通信信道估算。
9．根據(jù)權(quán)利要求7所述的對(duì)接收的編碼信號(hào)解碼的方法，進(jìn)一步包括步驟在更新主通信信道估算的步驟之后濾除該主通信信道估算。
10．根據(jù)權(quán)利要求9所述的對(duì)接收的編碼信號(hào)解碼的方法，進(jìn)一步包括步驟在更新輔助通信信道估算的步驟之后濾除該輔助通信信道估算。
全文摘要
具有均衡器的局部并行格柵解碼器(36)使用多個(gè)信道估算器(377、379),但每種狀態(tài)少于一個(gè)單獨(dú)的信道估算器。采用來自具有按前一個(gè)時(shí)間周期期間計(jì)算的最佳狀態(tài)量度的狀態(tài)的狀態(tài)信息組更新主信道估算器(377),采用來自具有按前一個(gè)時(shí)間周期期間計(jì)算的次最佳狀態(tài)量度的狀態(tài)的狀態(tài)信息組更新輔助信道估算器(379)。每個(gè)更新的信道估算器(377、379)處理對(duì)應(yīng)的狀態(tài)信息組,以計(jì)算可能的發(fā)射碼元和其相關(guān)聯(lián)的狀態(tài)量度。
文檔編號(hào)H03M13/41GK1285659SQ0012385
公開日2001年2月28日 申請(qǐng)日期2000年8月22日 優(yōu)先權(quán)日1999年8月24日
發(fā)明者戴維W.魯索 申請(qǐng)人:摩托羅拉公司