專利名稱：帶寬有效的級(jí)聯(lián)格碼調(diào)制解碼器及其解碼方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種糾錯(cuò)解碼器及其解碼方法，用于信息在一個(gè)高速無線通信系統(tǒng)中可靠地發(fā)送和接收，本發(fā)明尤其涉及一種帶寬有效的級(jí)聯(lián)格碼調(diào)制(TCM)解碼器，該解碼器是通過使具有有效克服衰落信道優(yōu)點(diǎn)的特播碼，與具有帶寬有效優(yōu)點(diǎn)的TCM相組合而實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明還涉及該解碼器的解碼方法。
隨著近年來信息社會(huì)的發(fā)展，要求更高的信息傳輸速率。因此，利用一個(gè)給定帶寬有效傳輸大量信息的方案已得到研究。另外，考慮到移動(dòng)性的重要意義，有關(guān)研究已集中在覆蓋現(xiàn)有有線通信與無線通信控制的區(qū)域的方案。為滿足這些要求，高速無線通信系統(tǒng)已提升到重要地位。
我們要求高速無線通信系統(tǒng)能利用一個(gè)給定帶寬，高速、可靠地傳輸可能出現(xiàn)的大量信息。為實(shí)現(xiàn)這種可靠的高速無線通信，應(yīng)能可靠地連通信息與附加到要傳輸信息上的少量冗余信息。另外，為使無線通信具有可靠性，以及確?？梢苿?dòng)，一個(gè)通信系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計(jì)為能解決無線通信系統(tǒng)中出現(xiàn)的符號(hào)間干擾(ISI)。
一般來說，一個(gè)信道碼的增益是從帶寬擴(kuò)展得到的。換句話說，要傳輸信息的可靠性是利用冗余來保證的。盡管糾錯(cuò)能力隨所使用的這種附加位數(shù)量的增加而增強(qiáng)，但同時(shí)數(shù)據(jù)傳輸率降低，從而減小了帶寬效率。換句話說，確保可靠性所付的代價(jià)是數(shù)據(jù)傳輸率的降低，或發(fā)射功率的增加。通常，三個(gè)變量，即功率、帶寬和差錯(cuò)概率處于一種折衷關(guān)系，以便犧牲其中一個(gè)因素來換取另一因素。
為克服這個(gè)問題，一種能獲得編碼增益，而不用擴(kuò)展帶寬的被稱為TCM調(diào)制技術(shù)，與Ungerboeck引入的一種編碼技術(shù)組合起來。TCM主要目的是得到更好的編碼增益，而與未執(zhí)行編碼情況下的帶寬相比，不用增加帶寬。這似乎違背了功率、帶寬和差錯(cuò)概率之間的折衷關(guān)系，但這可認(rèn)為是，受由TCM所獲得的編碼增益與解碼器復(fù)雜度之間的折衷關(guān)系的影響。
TCM是通過組合一個(gè)多電平/相位調(diào)制信號(hào)集與一種格碼方案實(shí)現(xiàn)的。在TCM中，一個(gè)信號(hào)集可認(rèn)為是一個(gè)冗余。換句話說，一個(gè)信號(hào)集中的預(yù)定2m個(gè)信息比特增加到2m+1，接著該信號(hào)集被編碼，以便獲得編碼增益，但解碼器的復(fù)雜度增加。根據(jù)TCM，信息比特可通過一個(gè)加性高斯白噪聲(AWGN)信道高速傳輸。因此，可增加帶寬效率。然而，TCM的缺點(diǎn)在于，在衰落信道中可靠性大為降低，這是因?yàn)樗鼘?duì)ISI相當(dāng)敏感。因此，即使TCM有上述優(yōu)點(diǎn)，但在無線通信領(lǐng)域被忽視，現(xiàn)在僅存于無線通信的MODEM領(lǐng)域。
一種特播碼方法被引入作為信道碼領(lǐng)域的級(jí)聯(lián)編碼和迭代譯碼。1993年由Berrou發(fā)布的特播碼方法，是一種強(qiáng)有力的糾錯(cuò)編碼方法，它能實(shí)現(xiàn)低信噪比(SNR)，且能使由于信號(hào)失真，如衰減、ISI和AWGN等引起的差錯(cuò)概率減少到最小。在碼率為1/2的特播碼方法中，特播編碼器生成公式為G1=37和G2=21，而交織器的大小為256×256，具有極佳的糾錯(cuò)性能，以便在AWGN信道，譯碼迭代數(shù)為18時(shí)，對(duì)Pe=10-5的比特差錯(cuò)概率，Eb/N0為0.7dB。由于具有極佳的糾錯(cuò)能力和對(duì)衰減和干擾的穩(wěn)定性，特播碼最近在有線和無線通信領(lǐng)域區(qū)域趨于用作信道碼。
然而，由于其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，特播碼通常碼率最多為1/2。換句話說，等于和多于要傳輸?shù)男畔⒈忍氐母郊颖忍貞?yīng)與該信息比特一起傳輸，以便數(shù)據(jù)傳輸率降低，而且?guī)捫实?。然而，特播碼對(duì)衰落信道性能穩(wěn)定，以便利用特播碼具有極佳糾錯(cuò)性能的優(yōu)點(diǎn)，能在高速無線通信信道中克服衰減。
為解決上述問題，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種帶寬有效的級(jí)聯(lián)格碼調(diào)制(TCM)解碼器，用于組合特播碼和TCM，以克服特播碼的低碼速，以及TCM相對(duì)于衰落信道的削弱，本發(fā)明還提供該解碼器的一種解碼方法。
因此，為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，一方面，提供一種帶寬有效的級(jí)聯(lián)TCM編碼器，該編碼器包括一個(gè)基本TCM編碼設(shè)備，用于接收一個(gè)預(yù)定的m比特?cái)?shù)據(jù)序列，每個(gè)數(shù)據(jù)遞歸地生成一個(gè)奇偶校驗(yàn)位，而且映射一個(gè)包含該奇偶校驗(yàn)位的(m+1)比特的碼字序列到M-電平符號(hào)；至少一個(gè)附加TCM編碼設(shè)備，用于接收該預(yù)定的m比特?cái)?shù)據(jù)序列，以一種預(yù)定方式成對(duì)交織該m比特?cái)?shù)據(jù)序列，成對(duì)交織的數(shù)據(jù)序列中的每個(gè)數(shù)據(jù)遞歸地生成一個(gè)奇偶校驗(yàn)位，而且映射一個(gè)包含該奇偶校驗(yàn)位的(m+1)比特的碼字序列到M-電平符號(hào)，而且以對(duì)應(yīng)該預(yù)定方式的方式，成對(duì)去交織該M-電平的符號(hào)；以及一個(gè)開關(guān)，用于刪截基本TCM編碼設(shè)備以及至少一個(gè)附加TCM編碼設(shè)備的輸出。
另一方面，提供一種帶寬有效的級(jí)聯(lián)TCM解碼器，它包括一個(gè)分接器，用于分發(fā)已由一個(gè)帶寬有效的級(jí)聯(lián)TCM編碼器編碼、且通過一個(gè)信道被接收的預(yù)定數(shù)量的符號(hào)；第一到第N TCM解碼設(shè)備(N為大于2的整數(shù))，每個(gè)解碼設(shè)備用于接收一個(gè)當(dāng)前先驗(yàn)概率，以及由該分接器分發(fā)的符號(hào)，生成一個(gè)檢測值和該檢測值的非本征值，并且用該非本征值乘該檢測值，以生成一個(gè)新的先驗(yàn)概率；以及一個(gè)數(shù)據(jù)檢測器，用于檢測第一到第N TCM解碼設(shè)備所執(zhí)行的操作重復(fù)預(yù)定次數(shù)后，從第N TCM解碼設(shè)備輸出的最后數(shù)據(jù)。第一到第N TCM解碼設(shè)備以環(huán)路形式相連，而且它們中的每個(gè)設(shè)備均生成一個(gè)先驗(yàn)概率，并將其傳輸?shù)较乱籘CM解碼設(shè)備作為當(dāng)前的先驗(yàn)概率。
另一方面，提供一種帶寬有效的級(jí)聯(lián)TCM編碼方法，該方法包括步驟(a)用于接收一個(gè)預(yù)定的m比特?cái)?shù)據(jù)序列，每個(gè)數(shù)據(jù)遞歸地生成一個(gè)奇偶校驗(yàn)位，而且映射一個(gè)包含該奇偶校驗(yàn)位的(m+1)比特的碼字序列到M-電平符號(hào)；(b)接收該預(yù)定的m比特?cái)?shù)據(jù)序列，以一種預(yù)定方式成對(duì)交織該m比特的數(shù)據(jù)序列，成對(duì)交織的數(shù)據(jù)序列中每個(gè)數(shù)據(jù)遞歸地生成一個(gè)奇偶校驗(yàn)位，映射一個(gè)包含該奇偶校驗(yàn)位的(m+1)比特的碼字序列到M-電平符號(hào)，而且以對(duì)應(yīng)該預(yù)定方式的方式成對(duì)去交織該M-電平符號(hào)；以及(c)刪截和傳輸在步驟(a)和(b)中生成的符號(hào)。
再一方面，提供一種帶寬有效的級(jí)聯(lián)TCM解碼方法，該方法包括步驟(a)從接收的預(yù)定數(shù)量的符號(hào)生成一個(gè)初始先驗(yàn)概率；(b)將一個(gè)檢測值與該檢測值的非本征值相乘，該檢測值和其非本征值是利用接收的某些預(yù)定數(shù)量的符號(hào)與初始先驗(yàn)概率生成的，以生成一個(gè)新的先驗(yàn)概率；(c)將該新的先驗(yàn)概率設(shè)置為已用一種預(yù)定方式被成對(duì)交織的當(dāng)前先驗(yàn)概率，以及將一個(gè)檢測值與該檢測值的非本征值相乘，該檢測值和其非本征值是利用接收的某些預(yù)定數(shù)量的符號(hào)和當(dāng)前先驗(yàn)概率生成的，以生成另一新的先驗(yàn)概率；以及(d)用步驟(c)中生成的先驗(yàn)概率替代步驟(b)中的初始先驗(yàn)概率，而且重復(fù)步驟(b)和(c)預(yù)定次數(shù)，接著檢測最后數(shù)據(jù)。
通過參考附圖，詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，本發(fā)明的上述目的和優(yōu)點(diǎn)將變得更為清晰，其中

圖1示意了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的一種帶寬有效的級(jí)聯(lián)格碼調(diào)制(TCM)編碼器的結(jié)構(gòu)方框圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明的帶寬有效的級(jí)聯(lián)TCM的集合分解(setpartitioning)法的說明圖。
圖3為示意根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的一種帶寬有效的級(jí)聯(lián)格碼調(diào)制(TCM)解碼器的結(jié)構(gòu)方框圖。
圖4為根據(jù)本發(fā)明的帶寬有效的級(jí)聯(lián)TCM解碼器的計(jì)算非本征值過程的說明圖。
參考圖1，根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的一種帶寬有效的級(jí)聯(lián)格碼調(diào)制(TCM)編碼器包括基本TCM編碼設(shè)備1，附加TCM編碼設(shè)備2以及開關(guān)3。在這個(gè)實(shí)施例中，只有一個(gè)附加TCM編碼設(shè)備2，但本發(fā)明涉及所有包括一個(gè)以上附加TCM編碼設(shè)備的改進(jìn)方案。在圖1的本發(fā)明的實(shí)施例中，基本TCM編碼設(shè)備1包括第一遞歸編碼器10，最好是m/(m+1)個(gè)遞歸系統(tǒng)卷積(RSC)碼，以及第一符號(hào)映射器14。附加TCM編碼設(shè)備2包括成對(duì)交織器12、第二遞歸編碼器11，最好是m/(m+1)個(gè)RSC碼，第二符號(hào)映射器15，以及成對(duì)去交織器13。
第一遞歸編碼器10接收任意m比特的數(shù)據(jù)序列，且輸出一個(gè)(m+1)比特的碼字。第一符號(hào)映射器14映射該(m+1)比特的碼字到其中一個(gè)M-電平符號(hào)。
成對(duì)交織器12接收和交織該m比特的數(shù)據(jù)序列對(duì)。第二遞歸編碼器11接收成對(duì)交織器12的輸出，并輸出一個(gè)(m+1)比特的碼字。第二符號(hào)映射器15映射該(m+1)比特的碼字到其中一個(gè)M-電平符號(hào)。成對(duì)去交織器13成對(duì)去交織該M-電平符號(hào)。在此，第一和第二符號(hào)映射器14和15均利用圖2所示的集合分解法映射一個(gè)預(yù)定的碼字到一個(gè)符號(hào)。圖1中第一和第二遞歸編碼器10和11內(nèi)的輔助標(biāo)記D表示一個(gè)時(shí)延單位。
開關(guān)刪截(puncture)從基本TCM編碼設(shè)備1輸出的符號(hào)，以及從附加TCM編碼設(shè)備2輸出的符號(hào)，并將刪截的符號(hào)通過一個(gè)信道傳輸?shù)揭粋€(gè)帶寬有效的級(jí)聯(lián)TCM解碼器。
在根據(jù)本發(fā)明該實(shí)施例的帶寬有效的級(jí)聯(lián)TCM編碼器的操作中，一個(gè)預(yù)定的數(shù)據(jù)序列d=(d1,d2,d3,d4,d5,d6)(在此，di=(b1,b2,…,bm),b∈{0,1)被輸入到第一遞歸編碼器10，且輸出為(X1,C1)={(x11,c11),(x12,c12),(x13,c13),(x14,c14),(x15,c15),(x16,c16)}。在此，x1i=di(i=1,2,…,6)，而c1i(i=1,2,…,6)為第一遞歸編碼器10生成的奇偶校驗(yàn)位。第一遞歸編碼器10的輸出(X1,C1)通過第一符號(hào)映射器14被映射到符號(hào)S1=(s11,s12,s13,s14,s15,s16)。
輸入到第二遞歸編碼器11的數(shù)據(jù)序列d′=(d3,d4,d5,d6,d1,d2)(在此，di=(b1,b2,…,bm),b∈{0,1)是數(shù)據(jù)序列d=(d1,d2,d3,d4,d5,d6)被成對(duì)交織器12處理后得到的，因此數(shù)據(jù)的順序被改變。在根據(jù)本發(fā)明包括一個(gè)以上附加TCM編碼設(shè)備的另一實(shí)施例中，包含在相應(yīng)附加TCM編碼設(shè)備內(nèi)的成對(duì)交織器以不同方式改變數(shù)據(jù)的順序。
第二遞歸編碼器11的輸出為(X2,C2)={(x23,c21),(x24,c22),(x25,c23),(x26,c24),(x21,c25),(x22,c26)}。在此，x2i=di(i=1,2,…,6)，而c2i(i=1,2,…,6)為第二遞歸編碼器11生成的奇偶校驗(yàn)位。第二遞歸編碼器11的輸出(X2,C2)被第二符號(hào)映射器15映射到符號(hào)S2=(s23,s24,s25,s26,s21,s22)。符號(hào)映射的結(jié)果被成對(duì)去交織器13去交織。
為設(shè)置整個(gè)帶寬有效的級(jí)聯(lián)TCM的碼率到m/(m+1)，從第一符號(hào)映射器14輸出的符號(hào)以及從成對(duì)去交織器13輸出的符號(hào)被開關(guān)3刪截。在此，刪截為選通，其中從第一符號(hào)映射器14輸出的符號(hào)以及從成對(duì)去交織器13輸出的符號(hào)被交替輸出。結(jié)果，從圖1實(shí)施例的帶寬有效的級(jí)聯(lián)TCM編碼器輸出的符號(hào)為s11,s22,s13,s24,s15,s26。
另外，當(dāng)?shù)谝缓偷诙f歸編碼器10和11均編碼di=(b1,b2,…,bm),b∈{0,1中的b1，而不影響一個(gè)奇偶校驗(yàn)位的生成時(shí)，位于接收方的一個(gè)解碼器可利用并行轉(zhuǎn)換將其解碼，以便降低解碼復(fù)雜度。
圖2示意了圖1中第一和第二符號(hào)映射器14和15所涉及的一種符號(hào)映射規(guī)則。這個(gè)規(guī)則是由Ungerboeck提出的集合分解法。通過利用這個(gè)集合分解法，可減小檢測誤差。
圖3中的一個(gè)帶寬有效的級(jí)聯(lián)TCM解碼器實(shí)施例包括一個(gè)分接器20，用于分發(fā)一個(gè)帶寬有效的級(jí)聯(lián)TCM編碼器的輸出R，該輸出R在通過一個(gè)信道傳輸?shù)浇獯a器期間已經(jīng)失真；零號(hào)TCM解碼設(shè)備26，第一TCM解碼設(shè)備22，第二TCM解碼設(shè)備24，以及數(shù)據(jù)檢測器28。在這個(gè)實(shí)施例中，只有一個(gè)第二TCM解碼設(shè)備24，但本發(fā)明涉及所有包括一個(gè)以上TCM解碼設(shè)備的改進(jìn)方案。
零號(hào)TCM解碼設(shè)備26包括零號(hào)遞歸解碼器38、它最好為軟輸出維特比算法(SOVA)解碼器，以及矢量乘法器39。第一TCM解碼設(shè)備22包括第一遞歸解碼器30、它最好為SOVA解碼器，矢量乘法器31、規(guī)范器32以及開關(guān)40。第二TCM解碼設(shè)備24包括一個(gè)成對(duì)交織器33、第二遞歸解碼器34、它最好為SOVA解碼器，矢量乘法器35、成對(duì)去交織器36以及規(guī)范器37。
第一遞歸解碼器30和第二遞歸解碼器34分別從分接器20接收解碼器輸入，解碼接收的符號(hào)為預(yù)計(jì)要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，以及輸出該數(shù)據(jù)的軟輸出。在此，一種獲得軟輸出的方法如圖4示意。
如圖3所示，每個(gè)遞歸解碼器30、34和38同時(shí)輸出一個(gè)從輸入信息所獲得的新檢測值，以及對(duì)應(yīng)該檢測值的一個(gè)非本征值。非本征值指示，當(dāng)解碼器解碼輸入符號(hào)為預(yù)計(jì)要從一個(gè)發(fā)送方發(fā)送的數(shù)據(jù)時(shí)，該數(shù)據(jù)與源數(shù)據(jù)相同的概率。TCM解碼設(shè)備同時(shí)利用估計(jì)數(shù)據(jù)和從前一TCM解碼設(shè)備輸出的非本征值再一次進(jìn)行解碼。換句話說，當(dāng)前TCM解碼設(shè)備的輸出用作下一TCM解碼設(shè)備的先驗(yàn)概率。下一TCM解碼設(shè)備利用該先驗(yàn)概率，輸出新計(jì)算的檢測值和軟輸出到另一個(gè)下續(xù)TCM解碼設(shè)備。
其中有這樣一個(gè)步驟零號(hào)TCM解碼設(shè)備26在符號(hào)R被分接之前，通過一個(gè)信道接收完整的符號(hào)R，并為所有接收符號(hào)計(jì)算一個(gè)初始軟輸出。這個(gè)步驟用于計(jì)算要輸入到第一TCM解碼設(shè)備22的先驗(yàn)概率。通過增加這個(gè)步驟，根據(jù)本發(fā)明的帶寬有效的級(jí)聯(lián)TCM解碼器的性能可得到提高。
下面的描述涉及根據(jù)本發(fā)明的圖3中的帶寬有效的級(jí)聯(lián)TCM解碼器的操作。從一個(gè)發(fā)送方輸出的符號(hào)在通過一個(gè)信道傳輸期間已被失真，且被圖3中的帶寬有效的級(jí)聯(lián)TCM解碼器接收，例如，作為一個(gè)符號(hào)序列R。零號(hào)遞歸解碼器38輸出一個(gè)非本征值，以及對(duì)整個(gè)接收符號(hào)序列R的解碼數(shù)據(jù)的估計(jì)數(shù)據(jù)，以便減小初始差錯(cuò)率。矢量乘法器39用該非本征值乘該解碼數(shù)據(jù)，且輸出相乘結(jié)果到第一遞歸解碼器30。
第一遞歸解碼器30利用矢量乘法器39生成的先驗(yàn)概率，以及從分接器20接收的符號(hào)序列R中選擇的一個(gè)接收符號(hào)序列r1，輸出解碼數(shù)據(jù)的新估計(jì)數(shù)據(jù)和一個(gè)新非本征值。在此，接收符號(hào)序列r1對(duì)應(yīng)圖1中基本TCM編碼設(shè)備1的輸出。矢量乘法器39用該非本征值乘解碼數(shù)據(jù)。相乘的結(jié)果被規(guī)范器32標(biāo)準(zhǔn)化，以防止溢出。
該標(biāo)準(zhǔn)化值被交織器33成對(duì)交織，而且交織產(chǎn)生的值被輸入到第二遞歸解碼器34。在此，輸入值用作第二遞歸解碼器34的先驗(yàn)概率。第二遞歸解碼器34利用該先驗(yàn)概率，以及從分接器20接收的符號(hào)序列R中選擇的一個(gè)接收符號(hào)序列r2，輸出解碼數(shù)據(jù)的新估計(jì)數(shù)據(jù)以及一個(gè)新非本征值。在此，接收符號(hào)序列r2對(duì)應(yīng)圖1中附加TCM編碼設(shè)備2的輸出。解碼數(shù)據(jù)和該非本征值被矢量乘法器35相乘，被去交織器36成對(duì)去交織，以及被規(guī)范器37標(biāo)準(zhǔn)化。
從規(guī)范器37輸出的標(biāo)準(zhǔn)化值被輸入到第一遞歸解碼器30作為先驗(yàn)概率。第一遞歸解碼器30利用該先驗(yàn)概率和接收的符號(hào)序列r1，輸出解碼數(shù)據(jù)的新估計(jì)數(shù)據(jù)和一個(gè)新非本征值。輸出值被矢量乘法器31相乘、被規(guī)范器32標(biāo)準(zhǔn)化、被去交織器33成對(duì)去交織，以及被輸出到第二遞歸解碼器34作為先驗(yàn)概率。第二遞歸解碼器34利用該先驗(yàn)概率，輸出解碼數(shù)據(jù)的新估計(jì)數(shù)據(jù)以及一個(gè)新非本征值。解碼數(shù)據(jù)和非本征值被矢量乘法器35相乘、被去交織器36成對(duì)去交織、被規(guī)范器37標(biāo)準(zhǔn)化，以及被輸出到第二遞歸解碼器30作為先驗(yàn)概率。在這個(gè)操作執(zhí)行預(yù)定次數(shù)后，數(shù)據(jù)檢測器28從去交織器36的輸出中檢測數(shù)據(jù)。通過上述操作檢測的解碼數(shù)據(jù)d為從發(fā)送方發(fā)送的數(shù)據(jù)“d”的最后解碼輸出。
下面將參考圖3詳細(xì)描述上面的操作．假定從一個(gè)發(fā)送方輸出、且在通過一個(gè)信道傳輸期間被失真的預(yù)定符號(hào)s11,s22,s13,s24,s15,s26被接收為符號(hào)序列尺=(r11,r22,r13,r24,r15,r26)。一個(gè)非本征值是從該符號(hào)序列R和一個(gè)先驗(yàn)概率得到的。在此，初始先驗(yàn)概率為“0”。零號(hào)遞歸解碼器38利用該先驗(yàn)概率(其初始值為“0”)和該符號(hào)序列R，輸出解碼數(shù)據(jù)d11，d22，d13，d24，d15，d26扣一個(gè)非本征值。用于第一個(gè)遞歸解碼器30的先驗(yàn)概率是利用解碼數(shù)據(jù)，和從零號(hào)遞歸解碼器38輸出的非本征值得到的。換句話說，解碼數(shù)據(jù)的產(chǎn)物，以及非本征值d11Le11‾,d22Le22‾,d13Le13‾,d24Le24‾,d15Le15‾,d26Le26‾,]]>被輸入到第一TCM解碼設(shè)備22，并用作先驗(yàn)概率。
第一遞歸解碼器30從零號(hào)TCM解碼設(shè)備26接收該先驗(yàn)概率，而且只接收已被編碼并在圖1的基本TCM編碼設(shè)備1中被符號(hào)映射的符號(hào)，以及執(zhí)行解碼。換句話說，第一遞歸解碼器30根據(jù)從矢量乘法器39得到的先驗(yàn)概率，以及從符號(hào)序列R分接的一個(gè)符號(hào)序列r1，即r11*,r13*,r15*,輸出新解碼的數(shù)據(jù)和一個(gè)新的非本征值。在此，“*”指示此處無輸入。新輸出的解碼數(shù)據(jù)，與從第一遞歸解碼器30輸出的新非本征值被矢量乘法器31相乘，被規(guī)范器32標(biāo)準(zhǔn)化，以及輸出d11Le11‾,d22Le22‾,d13Le13‾,d24Le24‾,d15Le15‾,d26Le26‾]]>作為先驗(yàn)概率，以用于第二TCM解碼設(shè)備24中。
由此得到的先驗(yàn)概率被交織器33成對(duì)交織，接著被輸入到第二遞歸解碼器34。第二遞歸解碼器34利用該輸入先驗(yàn)概率和從符號(hào)序列R分接的符號(hào)，即，符號(hào)序列r2,*,r22,*,r24,*r26,它是從通過編碼、符號(hào)映射以及在圖1的附加TCM編碼設(shè)備2去交織，接著在通過一個(gè)信道傳輸期間失真所生成的符號(hào)得到的，來輸出新解碼的數(shù)據(jù)和一個(gè)新非本征值。該解碼數(shù)據(jù)和從第二遞歸解碼器34輸出的非本征值被矢量乘法器35相乘，從而生成值d11Le11‾,d22Le22‾,d13Le13‾,d24Le24‾,d15Le15‾,d26Le26‾]]>。 這個(gè)值被去交織器36以對(duì)應(yīng)于交織器33的方式成對(duì)去交織，接著被規(guī)范器36標(biāo)準(zhǔn)化。該標(biāo)準(zhǔn)化值被反饋到第一TCM解碼設(shè)備22的解碼器，即第一遞歸解碼器30，作為先驗(yàn)概率。執(zhí)行完上述操作預(yù)定次數(shù)后，該帶寬有效的級(jí)聯(lián)TCM解碼器最后檢測和輸出解碼數(shù)據(jù)。
圖4示意了由每個(gè)遞歸解碼器30、34和38執(zhí)行的計(jì)算非本征值的過程。對(duì)二元特播TCM，兩條路徑被合并成一個(gè)狀態(tài)。而對(duì)多級(jí)TCM，多條路徑被合并成一個(gè)狀態(tài)。因此，在本發(fā)明中一個(gè)非本征值是通過采用不同于常規(guī)二元特播TCM的方法得到的。換句話說，多條路徑中具有最大概率的一條路徑被合并成一個(gè)給定狀態(tài)，即，具有最小誤差度量(metric)值的一條路徑變?yōu)闅埓媛窂?，而其它路徑中具有最小誤差度量值的一條路徑變?yōu)楦偁幝窂?。在多?jí)SOVA中，利用一條殘存路徑和一條競爭路徑刷新路徑。在預(yù)定時(shí)刻“F被解碼比特的非本征值是由時(shí)刻“D”后，即在時(shí)刻“K+D”，所得到的殘存路徑和競爭路徑問的路徑度量差來確定的。換句話說，解碼數(shù)據(jù)是利用一個(gè)預(yù)定的判決窗口確定的，而且在判決窗口滑動(dòng)時(shí)輸出一個(gè)非本征值。
計(jì)算一個(gè)非本征值的步驟將通過下面的公式描述。內(nèi)部刷新一個(gè)值的方法，以及傳輸一個(gè)輸入到解碼器的方法對(duì)帶寬有效的級(jí)聯(lián)TCM調(diào)制的解碼方法是必需的。在利用SOVA的帶寬有效的級(jí)聯(lián)TCM中，軟輸出如圖4所示刷新。圖4為示意具有“v”時(shí)延和碼率M/(M+1)的系統(tǒng)卷積碼的格子結(jié)構(gòu)圖。殘存路徑定義為最佳，合并為殘存路徑的其它路徑依次定義為按路徑度量降序排列的次佳、第三佳等。分支轉(zhuǎn)換的概率由時(shí)刻“j”的公式(1)表述。
γ(Rj,sij-1,sij)=ρ(Rj｜dj,sij-1,sij)ρ(dj｜sij-1,sij)ρ(sij-1｜sij)(1)當(dāng)考慮奇偶校驗(yàn)位cj時(shí)，分支轉(zhuǎn)換的概率可由公式(2)表述。γ(Rj,Sj-1i,Sji)=ΣCj∈{0,1}ρ(Rj|dj,cj,Sj-1iSji)ρ(dj|Sj-1i,Sji)----(2)]]>ρ(cj｜dj,sij-1,sij)ρ(sij-1｜sij)在公式(2)中，p(Rj｜dj,cj,sij-1,sij)部分指示(dj,cj)的似然，而且可由公式(3)表述。γ(Rj|dj,cj,sj-1i,sji)=K·e|Rj-M(dj,cj)|2No----(3)]]>K為一個(gè)整數(shù)。在公式(2)中，p(dj｜sij-1,sij)部分是由單個(gè)碼的可用狀態(tài)轉(zhuǎn)換確定的，且變?yōu)椤?”或“0”。在公式(2)中，p(cj｜dj,sij-1,sij)部分值為“1”或“0”，這取決于在一定時(shí)刻考慮的一個(gè)奇偶校驗(yàn)位是否從一個(gè)相應(yīng)TCM編碼設(shè)備發(fā)送。當(dāng)該奇偶校驗(yàn)值不從該相應(yīng)TCM編碼設(shè)備發(fā)送時(shí)，p(cj｜dj,sij-1,sij)部分值為1/2，因?yàn)樵撈媾夹ｒ?yàn)位具有同等的可能性，而且獨(dú)立于狀態(tài)轉(zhuǎn)換。公式(2)中的p(sij｜sij-1)部分可由公式(4)表述。(sij｜sij-1)=ρ(dj=aq)(4)在公式(4)中，假定沒有并行轉(zhuǎn)換，而且aq為對(duì)應(yīng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換的信息符號(hào)。值ρ(dj=aq)利用從前一解碼步驟得到的先驗(yàn)概率計(jì)算出。對(duì)每一q的初始值設(shè)為ρ(dj=aq)=2-M。一個(gè)分支度量、路徑度量以及路徑概率被計(jì)算。在2m電平的格子結(jié)構(gòu)中，2m格子分支被匯合為一個(gè)節(jié)點(diǎn)。概率最小的分支被截，而且SOVA應(yīng)用于如公式(4)所示所產(chǎn)生的格子結(jié)構(gòu)中。當(dāng)?shù)谌训穆窂蕉攘勘却渭训穆窂蕉攘啃〉枚鄷r(shí)，即，當(dāng)P(S3rdk+1,Pk+1)＜＜P(S2ndk+1,Pk+1)時(shí)，正確判決的概率Pc(S1stk+1)由公式(5)表述。ρc(Sk+11st)≈ρ(Sk+11st,Rk+1)ρ(Sk+1lst,Rk+1)+ρ(Sk+12nd,Rk+1)≡11+e-Δk+1(1st,2nd)----(5)]]>Δ(1st,2nd)k+1表示一個(gè)度量差。公式(6)表述了在時(shí)刻k+1對(duì)一定節(jié)點(diǎn)，最佳路徑和次佳路徑間的度量差。
Δ(1st,2nd)k+1=Λ(S1stk+1)-Λ(S2ndk+1)(6)錯(cuò)誤判決的概率Pe(S1stk+l)由公式(7)給出。ρe(Sk+11st)≈ρ(Sk+11st,Rk+1)ρ(Sk+11st,Rk+1)+ρ(Sk+12nd,Rk+1)≡11+e-Δk+1(1st,2nd)----(7)]]>后驗(yàn)值L(dk=α1st)為對(duì)信息符號(hào)a1st，正確判決概率對(duì)錯(cuò)誤判決概率比的對(duì)數(shù)值。后驗(yàn)值可近似為公式8。在此，可看出它類似于二元SOVA。L(dk=a1st)≈min0≤l≤D{Inpc(Sk+11st)pe(Sk+11st)}----(8)]]>=min0≤1≤DΔ(1st,2nd)k+1對(duì)其它每個(gè)符號(hào)的后驗(yàn)值可根據(jù)公式(9)計(jì)算。L(dk≠a1st)≈max0≤l≤D{Inpc(Sk+11st)pe(Sk+11st)----(9)]]>=-min0≤1≤DΔ(1st,2nd)k+1在此，信息符號(hào)a1st表示，合并為一定狀態(tài)的路徑中具有最小誤差度量的一條路徑。
類似于二元SOVA,dk=a1st的非本征值根據(jù)公式(10)計(jì)算。Lg(dk=α1st)=L(dk=α1st)-Lc(dk=α1st)-La(dk=α1st)=L(dk=α1st)-Lc(dk=α1st)-OUT(CMP)·La(dk=α-1st)(10)在此La(dk=α-1st)=α·Le(dk=α-1st),La(dk=α-1st)為前一解碼階段得到的非本征值，Out(CMP)為一個(gè)函數(shù)，如果αs=α-s則輸出+1，否則輸出-1，而α為比例系數(shù)，它是用于按比例縮小該非本征值的常數(shù)。
先驗(yàn)概率P(dk=α-q)可近似為公式(11)。 公式(9)表示除最佳路徑之外，其他所有路徑的概率相同。公式(11)表示除dk=a1st外，所有信息符號(hào)的先驗(yàn)概率相同。接收方無法只計(jì)算純信息符號(hào)的似然，因?yàn)槠媾夹ｒ?yàn)位和信息符號(hào)被組合成一個(gè)信道符號(hào)，而且信道符號(hào)是以TCM傳輸?shù)摹Ｒ虼?，信息符?hào)的似然可根據(jù)奇偶校驗(yàn)位的平均概率來計(jì)算，這是在假設(shè)生成的奇偶校驗(yàn)位具有相同概率的前提下，如公式(12)表述。(Rk|dk=aq)=12Σck∈{0,1}P(Rk|dk=aq,ck)----(12)]]>根據(jù)本發(fā)明，特播碼應(yīng)用于碼率為m/(m+1)的TCM中，以補(bǔ)償常規(guī)TCM和特播碼的缺陷，從而加強(qiáng)了對(duì)抗TSI的穩(wěn)定性，以及改善了功率和帶寬效率。
根據(jù)本發(fā)明的帶寬有效的級(jí)聯(lián)TCM是一種適合于高速無線通信的信道編碼方法。TCM與特播碼組合以有效地增加頻譜。本發(fā)明可應(yīng)用于具有高帶寬效率的多級(jí)調(diào)制系統(tǒng)中。
根據(jù)本發(fā)明的帶寬有效的級(jí)聯(lián)TCM解碼方法使用SOVA算法，從而減小了解碼器復(fù)雜度和路徑存儲(chǔ)量。
另外，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了帶寬有效的級(jí)聯(lián)TCM編碼器和解碼器，以具有并行轉(zhuǎn)換，從而減小了帶寬有效的級(jí)聯(lián)TCM解碼器的復(fù)雜度。
因此，本發(fā)明可應(yīng)用于高速無線通信系統(tǒng)中，而且可增加帶寬效率和編碼增益。
權(quán)利要求
1．一種帶寬有效的級(jí)聯(lián)格碼調(diào)制(TCM)解碼器，包括一個(gè)分接器，用于分發(fā)已由一個(gè)帶寬有效的級(jí)聯(lián)TCM編碼器編碼、且通過一個(gè)信道接收的預(yù)定數(shù)量的符號(hào)；第一到第N TCM解碼設(shè)備(N為大于2的整數(shù))，每個(gè)解碼設(shè)備用于接收一個(gè)當(dāng)前先驗(yàn)概率以及由該分接器分發(fā)的符號(hào)，生成一個(gè)檢測值和該檢測值的非本征值，以及用該非本征值乘該檢測值，以生成一個(gè)新的先驗(yàn)概率；以及一個(gè)數(shù)據(jù)檢測器，用于在第一到第N TCM解碼設(shè)備所執(zhí)行的操作重復(fù)預(yù)定次數(shù)后，檢測從第N TCM解碼設(shè)備輸出的最后數(shù)據(jù)，其中，第一到第N TCM解碼設(shè)備以環(huán)路形式相連，而且它們中的每個(gè)設(shè)備均生成一個(gè)先驗(yàn)概率，并將其傳輸?shù)较乱籘CM解碼設(shè)備作為當(dāng)前的先驗(yàn)概率。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的帶寬有效的級(jí)聯(lián)格碼調(diào)制(TCM)解碼器，其中第一TCM解碼設(shè)備包括一個(gè)基本遞歸解碼器，用于接收一個(gè)當(dāng)前先驗(yàn)概率以及由該分接器分發(fā)的符號(hào)，以及生成一個(gè)檢測值和該檢測值的非本征值；以及一個(gè)基本矢量乘法器，用該檢測值的非本征值乘該檢測值，以生成一個(gè)新的先驗(yàn)概率，以及在第二到第N TCM解碼設(shè)備中，每個(gè)設(shè)備包括一個(gè)成對(duì)交織器，用于以一種預(yù)定方式成對(duì)交織一個(gè)當(dāng)前先驗(yàn)概率；一個(gè)附加遞歸解碼器，用于接收由該分接器分發(fā)的符號(hào)，和被成對(duì)交織的當(dāng)前先驗(yàn)概率，以及生成一個(gè)檢測值和該檢測值的非本征值；一個(gè)附加矢量乘法器，利用該檢測值的非本征值乘該檢測值，以生成一個(gè)新的先驗(yàn)概率，以及一個(gè)成對(duì)去交織器，用于以一種對(duì)應(yīng)于預(yù)定方式的方式，成對(duì)去交織該新的先驗(yàn)概率。
3．根據(jù)權(quán)利要求2的帶寬有效的級(jí)聯(lián)格碼調(diào)制(TCM)解碼器，其中第一到第N TCM解碼設(shè)備中，每個(gè)設(shè)備還包括一個(gè)規(guī)范器，用于標(biāo)準(zhǔn)化新的先驗(yàn)概率，以防止溢出。
4．根據(jù)權(quán)利要求2的帶寬有效的級(jí)聯(lián)格碼調(diào)制(TCM)解碼器，其中第一TCM解碼設(shè)備中的基本遞歸解碼器，以及第二到第N TCM解碼設(shè)備中的附加遞歸解碼器，均使用軟輸出維特比算法。
5．根據(jù)權(quán)利要求2的帶寬有效的級(jí)聯(lián)格碼調(diào)制(TCM)解碼器，其中第一TCM解碼設(shè)備中的基本遞歸解碼器，以及第二到第N TCM解碼設(shè)備的附加遞歸解碼器，均利用殘存路徑的誤差度量，以及合并到一定狀態(tài)的分支內(nèi)的競爭路徑的誤差度量之差，得到非本征值，具有最小誤差度量的路徑被定義為殘存路徑，而誤差度量次之的路徑被定義為競爭路徑。
6．根據(jù)權(quán)利要求5的帶寬有效的級(jí)聯(lián)格碼調(diào)制(TCM)解碼器，其中接收的符號(hào)為十六進(jìn)制或更大的符號(hào)，第一TCM解碼設(shè)備中的基本遞歸解碼器，以及第二到第N TCM解碼設(shè)備中的附加遞歸解碼器，均利用并行轉(zhuǎn)換執(zhí)行解碼，而且在一定時(shí)刻兩個(gè)并行轉(zhuǎn)換之差被設(shè)置為非本征值。
7．根據(jù)權(quán)利要求1的帶寬有效的級(jí)聯(lián)格碼調(diào)制(TCM)解碼器，還包括一個(gè)零號(hào)解碼設(shè)備，用于從分接器接收所有預(yù)定數(shù)量的符號(hào)，生成一個(gè)初始先驗(yàn)概率，以及為第一解碼設(shè)備提供該初始先驗(yàn)概率，以減小初始解碼誤差。
8．一種帶寬有效的級(jí)聯(lián)格碼調(diào)制(TCM)解碼方法，包括步驟(a)根據(jù)接收的預(yù)定數(shù)量的符號(hào)生成一個(gè)初始先驗(yàn)概率；(b)將一個(gè)檢測值與該檢測值的非本征值一起相乘，該檢測值和其非本征值是利用接收的某些預(yù)定數(shù)量的符號(hào)和初始先驗(yàn)概率生成的，以生成一個(gè)新的先驗(yàn)概率；(c)將該新的先驗(yàn)概率設(shè)置為當(dāng)前的先驗(yàn)概率，該概率已以一種預(yù)定方式成對(duì)交織，以及將一個(gè)檢測值與該檢測值的非本征值一起相乘，檢測值和其非本征值是利用接收的某些預(yù)定數(shù)量的符號(hào)和當(dāng)前先驗(yàn)概率生成的，以生成一個(gè)新的先驗(yàn)概率；以及(d)用步驟(c)中生成的先驗(yàn)概率替代步驟(b)中生成的初始先驗(yàn)概率，而且重復(fù)步驟(b)和(c)預(yù)定次數(shù)，接著檢測最后數(shù)據(jù)。
9．根據(jù)權(quán)利要求8的帶寬有效的級(jí)聯(lián)格碼調(diào)制(TCM)解碼方法，還包括步驟(c1)當(dāng)步驟(c)后交替成對(duì)交織以及相應(yīng)成對(duì)去交織時(shí)，重復(fù)步驟(c)預(yù)定次數(shù)，其中在步驟(d)中，步驟(b)中的初始先驗(yàn)概率被步驟(c1)中生成的先驗(yàn)概率取代，而且步驟(b)到步驟(c1)重復(fù)預(yù)定次數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種帶寬有效的級(jí)聯(lián)格碼調(diào)制解碼器和一種解碼方法。通過應(yīng)用特播碼方法到碼率為m/(m+1)的TCM,以補(bǔ)償常規(guī)TCM和特播碼的缺陷,提供的帶寬有效的級(jí)聯(lián)TCM可用于加強(qiáng)對(duì)抗ISI的穩(wěn)定性,以及改進(jìn)功率和帶寬效率。在帶寬有效的級(jí)聯(lián)TCM中的新提供的解碼方法利用SOVA算法,從而減小了解碼器復(fù)雜度和路徑存儲(chǔ)量。另外,本發(fā)明提供帶寬有效的級(jí)聯(lián)TCM編碼器和解碼器,以具有并行轉(zhuǎn)換,從而減小了帶寬有效的級(jí)聯(lián)TCM解碼器的復(fù)雜度。
文檔編號(hào)H03M13/29GK1306367SQ0110164
公開日2001年8月1日 申請(qǐng)日期2001年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2000年1月18日
發(fā)明者金真淑 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社