專利名稱：維特比譯碼器的高速相加－比較－選擇的制作方法
背景技術(shù)：
I.發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明一般涉及Viterbi(維特比)算法的應(yīng)用，尤其涉及一種經(jīng)改進(jìn)的系統(tǒng)與方法，用于在執(zhí)行Viterbi算法時(shí)完成高速率相加-比較-選擇(ACS)蝶形操作。
II.相關(guān)技術(shù)的說(shuō)明Viterbi算法作為一種卷積編碼信號(hào)的譯碼方法于1967年首次出現(xiàn)，以后在數(shù)據(jù)通信、數(shù)據(jù)記錄與數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域中得到廣泛采納。該算法已成功地解決了各種數(shù)字估算問(wèn)題，包括減少了存貯媒體的記錄誤差、消除了碼元間于擾，增強(qiáng)了字符與文本識(shí)別能力。
這樣，Viterbi算法已成為卷積編碼數(shù)據(jù)最主要的糾錯(cuò)譯碼方法。對(duì)于這樣的應(yīng)用，根據(jù)一連串觀察，Viterbi算法決定了以最小誤差量度通過(guò)表征所有可能編碼器狀態(tài)格構(gòu)的路徑。這一最短路徑例示了卷積編碼器最可能生成的序列。


圖1A示出一種典型的卷積編碼器。卷積編碼器100包括一個(gè)8位分接的移位寄存器110和一對(duì)異或型加法器120，后者把輸入數(shù)據(jù)位U(D)105序列轉(zhuǎn)換成輸出碼元C0(D)、C1(D)125序列。具體而言，圖1A是一例1/2速率代碼，對(duì)每個(gè)輸入數(shù)據(jù)位U(D)105產(chǎn)生兩個(gè)輸出碼元C0(D)、C1(D)25。注意，圖示的特定碼率與卷積編碼器100的配置僅為舉例，并不限制本發(fā)明各實(shí)施例的操作或范圍，因而本發(fā)明諸實(shí)施例可以使用1/3或3/4等不同的碼率。
根據(jù)發(fā)生器碼多項(xiàng)式G0(D)、G1(D)限定的特定移位寄存器結(jié)構(gòu)，編碼器100對(duì)輸入位流U(D)105通過(guò)移位和異或相加而產(chǎn)生各輸出碼元C0(D)、C1(D)125。在此情況下，圖1A示出的移位寄存器互連，提供1/2速率發(fā)生器碼多項(xiàng)式 多項(xiàng)式G0(D)的系數(shù)與輸入數(shù)據(jù)序列U(D)105卷積而生成輸出卷積碼元C0(D)125。同樣地，圖1A示出了1/2速率發(fā)生器碼多項(xiàng)式 其系數(shù)與輸入數(shù)據(jù)序列U(D)105卷積后，生成輸心卷積碼元C1(D)125。編碼器100的約束長(zhǎng)度K大于寄存器110中的延遲單元數(shù)；對(duì)于編碼器100，K為9。對(duì)于輸入編碼器100的每一數(shù)據(jù)位，輸出碼元C0(D)、C1(D)125取決于輸入的位和前一K-1輸入位。因此，編碼器100產(chǎn)生的輸出碼元C0(D)、C1(D)125，能跨越2k-1個(gè)可能的編碼器狀態(tài)。
在一典型通信系統(tǒng)中，輸出碼元C0(D)、C1(D)125接著調(diào)制并通過(guò)噪聲信道(未示出)發(fā)送。譯碼器最終收到含噪的卷積編碼數(shù)據(jù)流，并應(yīng)用利用卷積碼特性的Viterbi算法最終確定輸入數(shù)據(jù)序列U(D)105。
卷積碼的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是其可為對(duì)稱碼樹提供高度重復(fù)的結(jié)構(gòu)。從理論上講，卷積碼能生成無(wú)限的碼元序列。然而，由于其對(duì)稱性，在確定最可能路徑時(shí)要求估算狀態(tài)數(shù)，導(dǎo)致輸入數(shù)據(jù)序列U(D)105減少為2k-1(此時(shí)為256)種狀態(tài)。另外，在譯碼這種對(duì)稱碼時(shí)，只關(guān)心進(jìn)入256種可能編碼器狀態(tài)中每種狀態(tài)的最可能(即保存)的局部路徑，所有其它路徑可能不再深究。這是由于通過(guò)某一狀態(tài)的最可能全局路徑必須跟隨通過(guò)該狀態(tài)的保存局部路徑的緣故。
為了起到具有一組狀態(tài)轉(zhuǎn)換的有限狀態(tài)機(jī)的作用，Viterbi譯碼器依賴于這些碼特征。根據(jù)從收到的噪雜卷積編碼數(shù)據(jù)流得到的觀察結(jié)果，譯碼器假設(shè)每一種可能的編碼器2k-1狀態(tài)，確定編碼器從其中的每一種狀態(tài)轉(zhuǎn)換到下一組可能的2k-1編碼器狀態(tài)的概率。
轉(zhuǎn)換概率用稱為量度的量表示，這種量度正比例于概率值的負(fù)算法。顯然，量度越小，則出現(xiàn)的概率越大。量度有兩類狀態(tài)量度與分支量度。狀態(tài)量度也稱為路徑量度，代表發(fā)送的碼元組通過(guò)特定狀態(tài)的相對(duì)概率。分支量度代表從一特定源狀態(tài)到一發(fā)送的特定目標(biāo)狀態(tài)轉(zhuǎn)換的條件概率(假定源狀態(tài)正確)。
Viterbi算法可以歸納如下把時(shí)間分成d個(gè)樣本，每一時(shí)間樣本K有n個(gè)可能的狀態(tài)SiK(其中i是來(lái)自 的整數(shù)，K為來(lái)自 整數(shù))。對(duì)于K＞1，路徑可從任一p個(gè)先前狀態(tài)Sjk-1(j為來(lái)自 的整數(shù))到達(dá)各狀態(tài)。對(duì)每種狀態(tài)，在這些P條可能的路徑中間識(shí)別量度最小的路徑，并連同量度值存貯起來(lái)。
初始化對(duì)開始的時(shí)間樣本(K＝1)，對(duì)各狀態(tài)Si1存貯的量度初始化。在開始狀態(tài)已知的情況下，可將此時(shí)的量度置零，其它狀態(tài)Si1的量度置成大的數(shù)。這一方法迫使算法后面的迭代只選擇從期望的開始狀態(tài)出發(fā)的路徑。
迭代對(duì)每個(gè)時(shí)間樣本( )，訪問(wèn)所有的狀態(tài)Sik。在每一狀態(tài)Sik，把導(dǎo)向該狀態(tài)的每條路徑j(luò)的量度計(jì)算為(a)先前狀態(tài)Sjk-1的量度與(b)從狀態(tài)Sjk-1導(dǎo)向狀態(tài)Sjk的分支的量度bmjk之和。導(dǎo)向各狀態(tài)Sjk的P路徑，在該狀態(tài)選擇并存貯最低量度的路徑(即幸存者路徑)，還把該路徑的量度存貯為該狀態(tài)的量度smik。
回鏈在訪問(wèn)了最后時(shí)間樣本的所有狀態(tài)時(shí)，識(shí)別出最低狀態(tài)量度的狀態(tài)Sik。從存儲(chǔ)器里讀出該狀態(tài)的幸存者路徑，由此識(shí)別出時(shí)間樣本d-1的相應(yīng)狀態(tài)。從存儲(chǔ)器里讀出這后一種狀態(tài)的幸存者路徑，重復(fù)回鏈過(guò)程，直到識(shí)別出包含導(dǎo)向狀態(tài)Sid的路徑(即最可能通過(guò)狀態(tài)時(shí)間陣列的路徑)的所有狀態(tài)。
這樣，在任何時(shí)間k，Viterbi算法都計(jì)算導(dǎo)向狀態(tài)Snk的路徑的量度，確定幸存者路徑(n個(gè)狀態(tài)Snk的每個(gè)狀態(tài)有一條)，并且存貯n條幸存者路徑及它們各自的量度。對(duì)于每個(gè)考慮的目標(biāo)狀態(tài)而言，這樣相當(dāng)于存貯導(dǎo)向它的源狀態(tài)。因此，任何一種Viterbi算法的實(shí)施，都要求應(yīng)用圖1B所示的相加-比較-選擇(Add-Compare-Select)(ACS)單元150來(lái)執(zhí)行這些操作。ACS單元150負(fù)責(zé)計(jì)算狀態(tài)量度值，還運(yùn)用ACS蝶形操作表征源與目標(biāo)狀態(tài)間的關(guān)系。圖2示出了單次ACS蝶形操作155。
蝶形操作155包括可能對(duì)編碼器100中兩個(gè)特定源狀態(tài)出現(xiàn)的唯一可能的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。這部分是由于這樣一個(gè)事實(shí)，即在任一指定時(shí)刻，編碼器100的狀態(tài)是編碼器前一狀態(tài)右移1位。下一(右移)信息位決定了從源狀態(tài)作何種轉(zhuǎn)換，并將呈現(xiàn)為目標(biāo)狀態(tài)的最高有效位(MSB)。這樣，只有兩個(gè)可能的源狀態(tài)可轉(zhuǎn)換的目標(biāo)狀態(tài)。因此，由圖2可以看出，根據(jù)輸入數(shù)據(jù)位U(D)的值，編碼器100只能從源狀態(tài)“x0”轉(zhuǎn)換到目標(biāo)狀態(tài)“0x”或“1x”，和從源狀態(tài)“x1”轉(zhuǎn)換到目標(biāo)狀態(tài)“0x”或“1x”。要注意，記號(hào)“x0”與“x1”表示該源狀態(tài)的最低有效位(LSB)分別為“0”與“1”，上位用“x”表示；記號(hào)“0x”與“1x”分別表示目標(biāo)狀態(tài)的MSB為“0”或“1”，下位用“x”表示。項(xiàng)“x”不管包含在源狀態(tài)里還是目標(biāo)狀態(tài)里，都代表同一值(如7位值)。
圖2還揭示，從源狀態(tài)到目標(biāo)狀態(tài)的每次轉(zhuǎn)換，都會(huì)產(chǎn)生一組假設(shè)碼元H0(D)、H1(D)或 其實(shí)當(dāng)編碼器100沿ACS蝶形155的平行分支工作時(shí)(如從“x0”轉(zhuǎn)換到“0x”，或從“x1”轉(zhuǎn)換到“1x”)，都對(duì)兩條平行分支產(chǎn)生碼元H0(D)、H1(D)125。這一特征的部分原因是一般卷積碼的重復(fù)特征，而且使用了將其MSB和LSB置成1(即對(duì)G0(D)與G1(D)兩者而言，g0與g8都等于1)的發(fā)生器碼多項(xiàng)式。以同樣方式，在編碼器100沿ACS蝶155任一對(duì)角分支操作時(shí)(如從“x0”轉(zhuǎn)換到“1x”，或從“x1”轉(zhuǎn)換到“0x”)，就生成碼元
如上所述，ACS150單元計(jì)算目標(biāo)狀態(tài)量度tm0x、tm1x。ACS150邏輯存貯源狀態(tài)量度Smx0、Smx1，它們與接收的一組碼元導(dǎo)向源狀態(tài)“x0”與“x1”的概率有關(guān)。再看圖1B，在收到一組碼元后，分支量度單元140計(jì)算分支量度值bmij與 。ACS150把對(duì)應(yīng)于兩種導(dǎo)向特定目標(biāo)狀態(tài)的每一種轉(zhuǎn)換的分支量度bmij、 同相應(yīng)的源狀態(tài)量度Smx0、Smx1“相加”。分支量度bmij、 代表從一特定源狀態(tài)轉(zhuǎn)換到一出現(xiàn)的特定目標(biāo)狀態(tài)的條件概率。分支量度bmij表明收到的碼元與ACS150假設(shè)的碼元H0(D)、H1(D)125匹配得如何緊密，而分支量度 則表明收到的碼元與 匹配得如何緊密。分支量度bmij、 的值只取決于收到的碼元對(duì)與假設(shè)的碼元對(duì)H0(D)、H1(D)之間的距離。
對(duì)兩種目標(biāo)狀態(tài)的每種狀態(tài)，ACS150對(duì)導(dǎo)向該目標(biāo)狀態(tài)的源狀態(tài)量度-分支量度對(duì)之和作比較。然后，ACS150“選擇”由最小量度和代表的最可能對(duì)各目標(biāo)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，并把它分配給該目標(biāo)狀態(tài)作為目標(biāo)狀態(tài)量度tm0x、tm1x。
如上所述，對(duì)導(dǎo)向目標(biāo)狀態(tài)的兩種轉(zhuǎn)換的每一種，ACS150邏輯都把分支量度bmij、 加到源狀態(tài)量度smx0、Smx1里，并判定從產(chǎn)生更小量度和的轉(zhuǎn)換進(jìn)入該目標(biāo)狀態(tài)的最可能的路徑。于是，選擇該更小的量度和，并變成新的目示狀態(tài)量度tm0x、tm1x。ACS150還把該狀態(tài)量度(即與導(dǎo)向各目標(biāo)狀態(tài)的最可能路徑有關(guān)的代價(jià))存入狀態(tài)RAM145里。如圖1B所示，在回鏈存儲(chǔ)單元160的路徑存儲(chǔ)器中，選擇最小量度和會(huì)導(dǎo)致存貯1位的量，稱為判定位。由獲勝源狀態(tài)量度的LSB指示的判定位，識(shí)別出在兩種轉(zhuǎn)換中被選擇的一種轉(zhuǎn)換。
回鏈存儲(chǔ)單元160存貯對(duì)應(yīng)于最可能進(jìn)入各目標(biāo)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換的判定位。對(duì)于約束長(zhǎng)度k＝9的編碼器100，將生成2k-1或256個(gè)對(duì)應(yīng)于編碼器100各256個(gè)可能狀態(tài)的判定位。一旦產(chǎn)生和存貯預(yù)定狀態(tài)數(shù)量所有這類信息的陣列，后鏈單元160就在最有可能向正確路徑行進(jìn)的狀態(tài)(即其中對(duì)應(yīng)于最小代價(jià)的最新時(shí)間單位的狀態(tài))起動(dòng)，然后通過(guò)讀到最后的PX256(即P×2k-1)判定位及時(shí)后鏈選擇P位，P是路徑存儲(chǔ)器的有效回鏈深度。由于判定位代表假設(shè)為已通過(guò)編碼器100的最可能一組位，所以是譯碼器能輸出的最佳數(shù)據(jù)。結(jié)果，鏈路在判定歷史中返回得更深，則選擇的路徑與正確路徑歸并的可能性更大。因此，回鏈深度P越高，性能就越佳，不過(guò)流水線與存貯延遲也更大。因此，通常把回鏈深度P設(shè)置為編碼器100約束長(zhǎng)度K的3~10倍。對(duì)于K＝9的編碼器，一般把回鏈深度P設(shè)置為64。
ACS處理循環(huán)規(guī)定了ACS單元150對(duì)收到的預(yù)定數(shù)量的碼元計(jì)算新目標(biāo)狀態(tài)量度tm0x、tm1x的周期。對(duì)于1/2速率卷積碼，每對(duì)收到的碼元要求1個(gè)處理循環(huán)作量度計(jì)算。處理循環(huán)的長(zhǎng)度等于對(duì)兩組收到的碼元的所有編碼器狀態(tài)作ACS蝶形操作所需的時(shí)鐘循環(huán)數(shù)。例如，如圖2所示，為了執(zhí)行編碼器100所有256個(gè)狀態(tài)的操作，具有單個(gè)ACS蝶形的Viterbi譯碼器，一般要求每一收到的碼元有128次時(shí)鐘循環(huán)。為了提高處理速度，可以使用部署了多個(gè)ACS蝶形的ACS蝶形陣列結(jié)構(gòu)減少一個(gè)處理循環(huán)的時(shí)鐘循環(huán)次數(shù)。
一例這樣的結(jié)構(gòu)就是圖3所示的8×1ACS蝶形陣列300。通過(guò)構(gòu)建8個(gè)并聯(lián)的平行ACS蝶形單元155，陣列300將處理速度提高到8倍。對(duì)一組收到的碼元，在單次時(shí)鐘循環(huán)中，8×1蝶形陣列300用所有8個(gè)蝶形單元155讀出16個(gè)源狀態(tài)，并計(jì)算16個(gè)相應(yīng)的目標(biāo)狀態(tài)量度tm0x、tm1x。如上所述，ACS單元155接收每個(gè)源狀態(tài)的狀態(tài)量度和四種可能的轉(zhuǎn)換的每一種的分支量度bmij、 。分支量度bmij、 只取決于收到碼元對(duì)和假設(shè)符號(hào)對(duì)H0(D)、H1(D)或 (D)、 (D)的值，而且是兩者之間距離的測(cè)量值。圖3中作為源與目標(biāo)狀態(tài)一部分包括在內(nèi)的“X”，代表通過(guò)從0計(jì)算到15的16次時(shí)鐘循環(huán)記錄的四位數(shù)位保持符(即X＝(X0，X1，X2，X3)。這樣，對(duì)于兩組收到的碼元，8×1蝶形陣列300在32次時(shí)鐘循環(huán)中(即每個(gè)收到的碼元為16次時(shí)鐘循環(huán))，對(duì)編碼器100所有256個(gè)可能的狀態(tài)計(jì)算目標(biāo)狀態(tài)量度tm0x、tm1x。
8×1蝶形陣列結(jié)構(gòu)300的一個(gè)缺點(diǎn)在于，對(duì)每組收到的碼元，必須讀出16個(gè)源狀態(tài)量度，而且必須對(duì)16次時(shí)鐘循環(huán)的每次循環(huán)同時(shí)產(chǎn)生要求的分支量度。這樣，為適應(yīng)這種操作，8×1蝶形陣列300要求極大的存儲(chǔ)器帶寬。
另一例陣列結(jié)構(gòu)是圖4的4×2ACS蝶形陣列400。該陣列400可像8×1蝶形陣列300那樣同樣程度地提高速度，卻是用2組并聯(lián)的4只ACS蝶形單元155實(shí)現(xiàn)的。蝶形陣列400通過(guò)暫存中間目標(biāo)狀態(tài)量度tm0x、tm1x，緩和了存儲(chǔ)器帶寬問(wèn)題。例如，在單次時(shí)鐘循環(huán)內(nèi)，陣列400的第一級(jí)讀出8種源狀態(tài)并計(jì)算8個(gè)相對(duì)的目標(biāo)狀態(tài)量度tm0x、tm1x。然而，蝶形陣列400并不立即存貯中間目標(biāo)狀態(tài)量度tm0x、tm1x。相反地，仍在該時(shí)鐘循環(huán)內(nèi)，蝶形陣列400將中間目標(biāo)狀態(tài)重新排列，作為源狀態(tài)饋入第二級(jí)，接著對(duì)下一組收到的碼元計(jì)算8個(gè)相應(yīng)的目標(biāo)狀態(tài)量度tm0x、tm1x。這樣，像8×1蝶形陣列300一樣，在32次時(shí)鐘循環(huán)范圍內(nèi)，蝶形陣列400能對(duì)兩組收到的碼元計(jì)算目標(biāo)狀態(tài)量度tm0x、tm1x。
由于無(wú)需向ACS150狀態(tài)存儲(chǔ)器讀或?qū)懼虚g目標(biāo)狀態(tài)量度(即第一級(jí)目標(biāo)量度tm0x、tm1x)，所以4×2ACS蝶形陣列400具有縮減ACS150狀態(tài)存儲(chǔ)器帶寬的顯著優(yōu)點(diǎn)。再者，中間目標(biāo)狀態(tài)值聯(lián)合流入下一級(jí)，避免了延遲，帶寬要求最小。
然而，4×2ACS蝶形陣列400并非沒(méi)有局限性。例如，縮減狀態(tài)存儲(chǔ)器帶寬的優(yōu)點(diǎn)完全依賴于這樣一個(gè)事實(shí)，即陣列400在單次時(shí)鐘循環(huán)內(nèi)執(zhí)行2級(jí)ACS150操作。這條嚴(yán)格的路徑嚴(yán)重限制了更高的時(shí)鐘速度。
另外，無(wú)論是8×1ACS蝶形陣列300還是4×2ACS蝶形陣列400，在回鏈操作方面都存在性能問(wèn)題。如上所述，回鏈單元160負(fù)責(zé)存貯ACS陣列產(chǎn)生的判定位，并且通過(guò)存貯的判定位作回鏈而產(chǎn)生譯碼的判定位。對(duì)于約束長(zhǎng)度k＝9的編碼器(如編碼器100)，譯碼器里的ACS陣列將對(duì)每組收到的碼元生成2k-1或256個(gè)判定位(即對(duì)256個(gè)可能的編碼器狀態(tài)的每個(gè)狀態(tài)生成1個(gè)判定位)，而回鏈存儲(chǔ)單元160通常包含深度p＝64字組(塊)的后鏈路徑存儲(chǔ)器。
在32次處理循環(huán)后，每次循環(huán)計(jì)算兩組收到碼元的目標(biāo)狀態(tài)量度，回鏈單元160從最新的處理循環(huán)開始(如64個(gè)路徑存儲(chǔ)字組最右邊的存儲(chǔ)字組B0)如圖5A所示?；劓渾卧?60從回鏈存儲(chǔ)字組B0內(nèi)的256個(gè)判定位里識(shí)別出對(duì)應(yīng)于最低量度值R0狀態(tài)的判定位。該狀態(tài)定義為最佳狀態(tài)BS0，具有一個(gè)8位地址，如圖5B所示。回鏈單元160讀出該最佳狀態(tài)判定位，然后把它左移入BS0最低有效位(即bs0)而將該值引入BS0地址，如圖5所示。圖5B示明，BS0地址中的其它位值(即bs6-bs1)也被左移，導(dǎo)致丟失BS0最高有效位(即bs7)而表示一新地址BS1。如圖5A所示，BS1是回鏈存儲(chǔ)器塊B1中最佳狀態(tài)值R1的地址。接著，回鏈單元160讀出對(duì)應(yīng)于BS1地址的判定位值，將該值左移入BS1地址而生成下一地址BS2，它對(duì)應(yīng)于回鏈存儲(chǔ)器塊B2的最佳狀態(tài)。
重復(fù)這種讀與左移操作，直到處理了所有的回鏈存儲(chǔ)字組(即P＝64字組)。一般而言，回鏈操作像規(guī)定的回鏈長(zhǎng)度P那樣作多次讀出，此時(shí)，例如要作64次讀出，以便回跟蹤期望的路徑并生成譯碼的判定位。然而，這種多次讀出會(huì)影響譯碼處理的效率與性能。
因此，要求有一種在實(shí)施Viterbi算法時(shí)能有效地作高速ACS蝶形操作的系統(tǒng)與方法。

發(fā)明內(nèi)容
與本發(fā)明原理相符的系統(tǒng)與方法，針對(duì)上述提出的要求，提供的系統(tǒng)與方法在實(shí)施Viterbi算法時(shí)可執(zhí)行高速ACS蝶形操作。
按本發(fā)明原理在這里實(shí)施并概括描述的系統(tǒng)與方法，包括存貯多個(gè)源狀態(tài)量度的第一存儲(chǔ)單元。第一存儲(chǔ)單元耦合至復(fù)用器，后者根據(jù)奇偶次時(shí)鐘循環(huán)能在第一與第二操作路徑之間作選擇。該復(fù)用器耦合至相加-比較-選擇機(jī)構(gòu)，后者對(duì)每個(gè)源狀態(tài)量度計(jì)算目標(biāo)狀態(tài)量度。第二存儲(chǔ)單元耦合至相加-比較-選擇機(jī)構(gòu)和復(fù)用器，用于暫存目標(biāo)狀態(tài)量度，而第三存儲(chǔ)單元存貯的預(yù)定邏輯位對(duì)應(yīng)于導(dǎo)致最低值目標(biāo)狀態(tài)量度的源狀態(tài)。因此，復(fù)用器在偶數(shù)時(shí)鐘循環(huán)期間選擇第一操作路徑，并把源狀態(tài)量度從第一存儲(chǔ)單元供給相加-比較-選擇機(jī)構(gòu)，以生成目標(biāo)狀態(tài)量度。在奇數(shù)時(shí)鐘循環(huán)期間，復(fù)用器選擇第二操作路徑訪問(wèn)第二存儲(chǔ)單元，把上次計(jì)算的目標(biāo)狀態(tài)量度用作中間源狀態(tài)量度，使相加-比較-選擇機(jī)構(gòu)根據(jù)該中間源狀態(tài)量度生成目標(biāo)狀態(tài)量度。
附圖簡(jiǎn)介結(jié)合在此并構(gòu)成本說(shuō)明書一部分的諸附圖，示出了本發(fā)明一實(shí)施例，并與說(shuō)明書一起說(shuō)明本發(fā)明的目的、優(yōu)點(diǎn)和原理。附圖中圖1A是字組級(jí)的示意圖，示出K＝9、速率＝1/2的卷積編碼器。
圖1B是示出ACS和回鏈單元的系統(tǒng)級(jí)框圖。
圖2是示出ACS蝶形操作的轉(zhuǎn)換圖。
圖3是示出8×1ACS蝶形陣列的轉(zhuǎn)換圖。
圖4是示出4×2ACS蝶形陣列的轉(zhuǎn)換圖。
圖5A、5B是示出回鏈操作的功能框圖。
6A、6B是示出本發(fā)明一實(shí)施例的示意圖。
較佳實(shí)施例的詳細(xì)描述以下對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)描述所參照的附圖，示出了符合本發(fā)明的較佳實(shí)施例。在不違背本發(fā)明的精神與范圍的情況下，其它實(shí)施例也可行，并且可對(duì)這些實(shí)施例作修改。因此，以下詳述并不限制本發(fā)明，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)項(xiàng)規(guī)定。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員很清楚，下述的本發(fā)明可在圖示實(shí)例中以許多不同的軟件、固件與硬件實(shí)施例來(lái)實(shí)施。用于實(shí)施本發(fā)明的實(shí)際軟件代碼或?qū)Ｓ每刂朴布⒉幌拗票景l(fā)明。因此，在描述本發(fā)明的操作與行為時(shí)，并不特指實(shí)際的軟件代碼或?qū)Ｓ糜布?，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，可以按這里的描述設(shè)計(jì)出軟件和控制硬件來(lái)實(shí)施本發(fā)明較佳的實(shí)施例。
圖6A、6B示出本發(fā)明一實(shí)施例。該例利用了一種8×1ACS蝶形陣列600，運(yùn)用8個(gè)平行ACS蝶形單元155提供8倍的處理速度。與如此提高速度的其它方式不同，蝶形陣列600在不同的時(shí)鐘循環(huán)內(nèi)工作，既限制了每次時(shí)鐘循環(huán)的計(jì)算量，又降低了存儲(chǔ)器帶寬要求。
參照?qǐng)D6A，在偶數(shù)時(shí)鐘循環(huán)期間，蝶形陣列600用所有8個(gè)蝶形單元155讀出由4位計(jì)數(shù)器X標(biāo)識(shí)的16個(gè)新的源狀態(tài)，然后對(duì)當(dāng)前格構(gòu)層計(jì)算16個(gè)對(duì)應(yīng)的目標(biāo)狀態(tài)量度tm0x、tm1x。在偶數(shù)時(shí)鐘循環(huán)以后(即在奇數(shù)時(shí)鐘循環(huán)期間)，蝶形陣列600對(duì)下一格構(gòu)層把偶數(shù)循環(huán)目標(biāo)狀態(tài)用作奇數(shù)源狀態(tài)。這樣，蝶形陣列600就將偶數(shù)循環(huán)目標(biāo)狀態(tài)量度tm0x、tm1x采納為奇數(shù)源狀態(tài)量度值Smx0、Smx1，然后根據(jù)量度值Smx0、Smx1，對(duì)相應(yīng)的格構(gòu)層計(jì)算奇數(shù)目標(biāo)狀態(tài)量度tm0x、tm1x。
這樣，圖6A所示改進(jìn)8×1ACS蝶形陣列600，要完全處理兩組收到的由K＝9編碼器生成的碼元，需要32次時(shí)鐘循環(huán)。在偶數(shù)時(shí)鐘循環(huán)期間，蝶形陣列600讀出用增數(shù)的4位計(jì)數(shù)X標(biāo)識(shí)的16個(gè)新的源狀態(tài)，并對(duì)第一組收到的碼元計(jì)算16個(gè)對(duì)應(yīng)的目標(biāo)狀態(tài)量度tm0x、tm1x。對(duì)奇數(shù)時(shí)鐘循環(huán)，蝶形陣列600把偶數(shù)循環(huán)目標(biāo)狀態(tài)用作新的源狀態(tài)，并對(duì)第二組收到的碼元計(jì)算奇數(shù)目標(biāo)狀態(tài)量度tm0x、tm1x。這樣，蝶形陣列600每一時(shí)鐘循環(huán)只執(zhí)行一層的ACS，從而克服了4×2蝶形陣列400的單次時(shí)鐘循環(huán)多層ACS計(jì)算問(wèn)題。
圖6B示出支持圖6A所示8×1改進(jìn)型ACS蝶形陣列600的Viterbi譯碼器電路650。所有狀態(tài)的源狀態(tài)量度Smx0、Smx1都存貯在狀態(tài)RAM145中。根據(jù)圖示情況，從偶數(shù)時(shí)鐘循環(huán)期間讀狀態(tài)RAM145開始描述Viterbi譯碼電路650的操作。一般技術(shù)人員很容易明白，該實(shí)施例同樣可從奇數(shù)時(shí)鐘循環(huán)期間讀狀態(tài)RAM145開始描述。同樣地，可在奇數(shù)循環(huán)期間作所有讀操作，在偶數(shù)循環(huán)期間作所有寫操作，反之亦然。
這樣，在偶數(shù)時(shí)鐘循環(huán)期間，將復(fù)用器MUX670配置成從對(duì)應(yīng)于第一組收到碼元的RAM145中選擇16個(gè)連續(xù)狀態(tài)的源態(tài)量度信息。源狀態(tài)信息直接供給ACS單元150，后者包括8×1ACS蝶形陣列600。然后，蝶形陣列600計(jì)算相應(yīng)的16個(gè)目標(biāo)狀態(tài)量度tm0x、tm1x，這些量度反饋給狀態(tài)RAM145和MUX670。接著，把計(jì)算的目標(biāo)狀態(tài)信息暫存在寄存器680中，蝶形陣列600防止存貯的狀態(tài)信息返回存儲(chǔ)器，從而改善了8×1ACS蝶形陣列300的存儲(chǔ)器帶寬問(wèn)題。
在奇數(shù)時(shí)鐘循環(huán)期間，復(fù)用器MUX670選擇前一時(shí)鐘循環(huán)計(jì)算并鎖存在寄存器680里的目標(biāo)狀態(tài)量度信息。該目標(biāo)狀態(tài)量度信息然后被8×1ACS蝶形陣列600用作新的源狀態(tài)量度Smx0、Smx1。接著，蝶形陣列600處理該源狀態(tài)量度信息，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于第二組收到碼元的目標(biāo)量度信息。然后，把該目標(biāo)量度信息存入狀態(tài)存儲(chǔ)器RAM145，將被用作下一迭代的源狀態(tài)量度。這種處理對(duì)第一與第二組收到碼元重復(fù)32次時(shí)鐘循環(huán)，以對(duì)其中每二組收到碼元生成256個(gè)判定值。在32次時(shí)鐘循環(huán)后，Viterbi譯碼電路650以下面兩組收到碼元啟動(dòng)該全過(guò)程。
通過(guò)減少生成譯碼判定位所需的讀次數(shù)，Viterbi譯碼電路650還提高了回鏈操作的性能。如上所述，回鏈單元160負(fù)責(zé)存貯ACS陣列生成的判定位。再者，在二次時(shí)鐘循環(huán)(即奇偶次時(shí)鐘循環(huán))后，改進(jìn)的8×1ACS蝶形陣列600生成32個(gè)判定位。Viterbi譯碼電路650讓這32個(gè)判定位以單個(gè)32位存儲(chǔ)字存貯，這樣就把奇偶時(shí)鐘循環(huán)期間生成的判定位以同一存儲(chǔ)字存貯。
因此，如相對(duì)回鏈操作描述的那樣，為了建立回鏈時(shí)間的開始點(diǎn)，首先用最佳狀態(tài)從最后一次處理循環(huán)開始識(shí)別最低量度的狀態(tài)(即最佳狀態(tài)判定位值)。由于每個(gè)存儲(chǔ)字有32位，所以每次處理循環(huán)有16個(gè)字(兩組收到的碼元)，每個(gè)32位存儲(chǔ)字有一獨(dú)特的8位地址。一實(shí)施例用最佳狀態(tài)地址的4位選擇要讀的存儲(chǔ)字，另外4位則確定在該32位存儲(chǔ)字中要讀的16位。具體而言，若最佳狀態(tài)BS0有8位地址(bs7~bs1、bs0)，該實(shí)施例就選用位(bs5、bs4、bs3、bs2)在存儲(chǔ)字組B。內(nèi)選擇一特定存儲(chǔ)字，并依靠位(bs7、bs6、bs1、bs0)選擇最佳狀態(tài)判定位R0。將最佳狀態(tài)判定位R0左移入BS0LSB(bs6、bs5、bs4、bs3、bs2、bs1、bs0、R0)，形成新的最佳狀態(tài)地址BS1。
由于ACS計(jì)算對(duì)兩組收到碼元進(jìn)行，因而對(duì)剛讀出的判定位而言，導(dǎo)向目標(biāo)狀態(tài)的源狀態(tài)具有它們貯存在同一32位存儲(chǔ)字內(nèi)的判定位。因此，該實(shí)施例選用位(bs6、bs1、bs0、R0)來(lái)選擇另一半32位存儲(chǔ)字的下一個(gè)最佳狀態(tài)判定位R1。所以，該最佳狀態(tài)判定位從32位存儲(chǔ)字的一半位中選出，而選出的位有助于確定在另一半32位存儲(chǔ)字中哪一個(gè)判定位是下一個(gè)最佳狀態(tài)判定位。因此，正確地回鏈到期望的路徑并生成譯碼的判定位所需的讀次數(shù)可減少一半。這樣，對(duì)一路徑存儲(chǔ)器深度P＝64存儲(chǔ)字組的回鏈單元160而言，只要求讀32次。
上述描述的本發(fā)明較佳實(shí)施例提供了示例與說(shuō)明，但并非將本發(fā)明限制于揭示的精確形式。根據(jù)上述技術(shù)或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐，可以作出更改與變化。如很容易把這里揭示的實(shí)施例結(jié)構(gòu)擴(kuò)展成16×1陣列或32×1陣列，每次時(shí)鐘循環(huán)可以生成32或64種狀態(tài)。另外，不是對(duì)兩組收到的碼元操作，實(shí)施例還能對(duì)若干組收到的碼元操作。因而要指出，本發(fā)明的范圍由權(quán)項(xiàng)及其等同物限定。
權(quán)利要求
1.一種對(duì)實(shí)施維特比算法作相加-比較-選擇蝶形操作的方法，其特征在于，所述方法包括下述步驟在偶數(shù)時(shí)鐘循環(huán)期間，從對(duì)應(yīng)于第一組收到碼元的第一存儲(chǔ)單元中讀出多個(gè)源狀態(tài)量度；對(duì)每個(gè)所述源狀態(tài)量度計(jì)算目標(biāo)狀態(tài)量度；把所述目標(biāo)狀態(tài)量度暫存入第二存儲(chǔ)單元；確定哪一個(gè)所述目標(biāo)狀態(tài)量度含最低值；把對(duì)應(yīng)于所述最低值目標(biāo)狀態(tài)量度的預(yù)定邏輯位存入第三存儲(chǔ)單元；在奇數(shù)時(shí)鐘循環(huán)期間，從所述第二存儲(chǔ)單元中讀出所述目標(biāo)狀態(tài)量度，并把所述讀出的目標(biāo)狀態(tài)量度用作多個(gè)對(duì)應(yīng)于第二組收到碼元的中間源狀態(tài)量度；對(duì)每個(gè)所述中間源狀態(tài)量度計(jì)算中間目標(biāo)狀態(tài)量度；確定哪一個(gè)所述中間目標(biāo)狀態(tài)量度含有最低值；把對(duì)應(yīng)于所述最低值中間目標(biāo)狀態(tài)量度的預(yù)定邏輯位存入所述第三存儲(chǔ)單元。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，應(yīng)用約束長(zhǎng)度K對(duì)所述第一與第二組收到碼元作編碼。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，執(zhí)行所述相加-比較-選擇蝶形操作，直到對(duì)各所述第一與第二組收到碼元訪問(wèn)了2k-1種目標(biāo)狀態(tài)的每種狀態(tài)。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，用8×1相加-比較-選擇蝶形結(jié)構(gòu)作所述相加-比較-選擇蝶形操作。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述多個(gè)源狀態(tài)量度包括一組16種連續(xù)源狀態(tài)的量度，所述16種連續(xù)源狀態(tài)組在增加偶數(shù)時(shí)鐘循環(huán)期間連續(xù)選出。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述計(jì)算目標(biāo)狀態(tài)量度包括把所述源狀態(tài)量度加到對(duì)應(yīng)于兩種可能轉(zhuǎn)換的每種轉(zhuǎn)換的分支量里，比較每個(gè)所述源狀態(tài)量度與分支量度之和，和選擇最小和值，將它定為目標(biāo)狀態(tài)量度。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述計(jì)算中間目標(biāo)狀態(tài)量度的步驟包括把所述中間源狀態(tài)量度加到對(duì)應(yīng)于兩種可能轉(zhuǎn)換的每種轉(zhuǎn)換的分支量度里，比較每個(gè)所述中間源狀態(tài)量度與分支量度之和，和選擇最小和值并將它定為中間目標(biāo)狀態(tài)量度。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述相加-比較-選擇蝶形操作用于對(duì)卷積編碼數(shù)據(jù)作譯碼。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述第三存儲(chǔ)單元設(shè)置在包含多個(gè)存儲(chǔ)字組的回鏈存儲(chǔ)裝置中，每個(gè)所述存儲(chǔ)字組對(duì)每次所述偶數(shù)與奇數(shù)時(shí)鐘循環(huán)包含所述預(yù)定邏輯位。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，還包括一種回鏈操作，以便生成多個(gè)譯碼的位值。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述回鏈操作步驟包括對(duì)所述回鏈存儲(chǔ)裝置中最新的所述存儲(chǔ)字組，識(shí)別含最低值的所述預(yù)定邏輯位；使所述最低值邏輯位與一特定地址相關(guān)聯(lián)；讀取所述預(yù)定邏輯位；和將所述最低值邏輯位值移入所述特定地址的最低有效位，并將所述特定地址內(nèi)的所有值左移一位位置，以便在所述回鏈存儲(chǔ)裝置中確定對(duì)應(yīng)于下一個(gè)存儲(chǔ)字組的下一個(gè)特定地址。
12.一種對(duì)維特比算法實(shí)施方案作相加-比較-選擇蝶形操作的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括用于存貯多個(gè)源狀態(tài)量度的第一存儲(chǔ)單元；與所述第一存儲(chǔ)單元耦合的復(fù)用器，用于在偶數(shù)時(shí)鐘循環(huán)期間選擇第一操作路徑，在奇數(shù)時(shí)鐘循環(huán)期間選擇第二操作路徑；與所述復(fù)用器耦合的第二存儲(chǔ)單元，用于臨時(shí)存貯目標(biāo)狀態(tài)量度；與所述第二存儲(chǔ)單元和所述復(fù)用耦合的相加-比較-選擇機(jī)構(gòu)，用于對(duì)每個(gè)所述源狀態(tài)量度計(jì)算目標(biāo)狀態(tài)量度；和第三存儲(chǔ)單元，用于存貯對(duì)應(yīng)于含最低值的目標(biāo)狀態(tài)量度的預(yù)定邏輯位；其中，所述復(fù)用器在偶數(shù)時(shí)鐘循環(huán)期間選擇第一操作路徑，并將所述源狀態(tài)量度從所述第一存儲(chǔ)單元提供給所述相加-比較-選擇機(jī)構(gòu)，以生成對(duì)應(yīng)于第一組收到碼元的目標(biāo)狀態(tài)量度；和所述復(fù)用器在奇數(shù)時(shí)鐘循環(huán)期間選擇第二操作路徑，以便從所述第二存儲(chǔ)單元讀取目標(biāo)狀態(tài)量度，并將所述讀取的目標(biāo)狀態(tài)量度用作中間源狀態(tài)量度，以便所述相加-比較-選擇機(jī)構(gòu)根據(jù)對(duì)應(yīng)于第二組收到碼元的所述中間源狀態(tài)量度生成中間目標(biāo)狀態(tài)量度。
13.如權(quán)利要求12所述系統(tǒng)，其特征在于，所述第一與第二組收到碼元用約束長(zhǎng)度K編碼。
14.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，執(zhí)行所述相加-比較-選擇蝶形操作，直到對(duì)每個(gè)所述第一與第二組收到碼元訪問(wèn)了每個(gè)2k-1種目標(biāo)狀態(tài)。
15.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，用8×1相加-比較-選擇蝶形結(jié)構(gòu)作所述相加-比較-選擇蝶形操作。
16.如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述多個(gè)源狀態(tài)量度包括一組16種連續(xù)源狀態(tài)的量度，所述組的16種連續(xù)狀態(tài)在增加偶數(shù)時(shí)鐘循環(huán)期間連續(xù)選出。
17.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述相加-比較-選擇機(jī)構(gòu)通過(guò)下述執(zhí)行所述相加-比較-選擇操作把所述源狀態(tài)量度加到對(duì)應(yīng)于每個(gè)兩種可能轉(zhuǎn)換的分支量度里，比較每個(gè)所述源狀態(tài)量度與分支量度之和，以及選擇最小和值并把它定為目標(biāo)狀態(tài)量度。
18.如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述相加-比較-選擇蝶形操作用于對(duì)卷積編碼數(shù)據(jù)作譯碼。
19.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第三存儲(chǔ)單元設(shè)置在包含多個(gè)存儲(chǔ)字組的回鏈存儲(chǔ)裝置中，每個(gè)所述存儲(chǔ)字組對(duì)每次所述奇偶數(shù)時(shí)鐘循環(huán)含有所述預(yù)定邏輯位。
20.如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述回鏈存儲(chǔ)裝置生成多個(gè)譯碼的位值。
21.如權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述回鏈存儲(chǔ)裝置對(duì)最新的所述存儲(chǔ)字組識(shí)別含最低值的所述預(yù)定邏輯位，把所述最低值邏輯位與特定地址相關(guān)聯(lián)，讀取所述預(yù)定邏輯位，而且將所述最低值邏輯位的值移入所述特定地址的最低位，把所述特定地址內(nèi)所有值左移一位位置，以便在所述回鏈存儲(chǔ)裝置中確定對(duì)應(yīng)于下一存儲(chǔ)字組的下一特定地址。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種在Viterbi算法實(shí)施方案中作相加－比較－選擇(ACS)蝶形操作的系統(tǒng),包括:存貯多個(gè)源狀態(tài)量度的第一存儲(chǔ)單元(145);根據(jù)奇偶數(shù)時(shí)鐘循環(huán)可在第一與第二操作路徑之間作選擇的復(fù)用器(670);對(duì)每個(gè)源狀態(tài)量度計(jì)算目標(biāo)狀態(tài)量度的ACS機(jī)構(gòu)(600);與ACS機(jī)構(gòu)和復(fù)用器耦合并用來(lái)臨時(shí)存儲(chǔ)目標(biāo)量度的第二存儲(chǔ)器。因此,復(fù)用器在偶數(shù)時(shí)鐘循環(huán)期間選擇第一操作路徑,并把源狀態(tài)量度從第一存儲(chǔ)器提供給ACS機(jī)構(gòu)而生成目標(biāo)狀態(tài)量度。在奇數(shù)時(shí)鐘循環(huán)期間,復(fù)用器選擇第二操作路徑訪問(wèn)第二存儲(chǔ)器,并將上一次計(jì)算的目標(biāo)狀態(tài)量度用作中間源狀態(tài)量度。
文檔編號(hào)H03M13/41GK1379931SQ00814538
公開日2002年11月13日 申請(qǐng)日期2000年10月23日 優(yōu)先權(quán)日1999年10月21日
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