專利名稱：提早終止迭代的渦輪解碼器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及糾錯編碼和解碼，更具體地來說涉及渦輪解碼器計算的終止。
背景技術(shù)：
渦輪碼在使用糾錯編碼和解碼的系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用。在許多此類系統(tǒng)中，循環(huán)冗余校驗(CRC)碼追加到數(shù)據(jù)幀，然后進入到渦輪編碼器，如

圖1所示的并行渦輪編碼器。數(shù)據(jù)幀的編碼連同CRC產(chǎn)生系統(tǒng)位xk和奇偶校驗位zk和zk′。然后收縮(刪除)這些位以得到所需的碼率。傳輸使編碼的信號經(jīng)受噪聲和信道擾動。在接收器上，渦輪解碼器恢復(fù)原始數(shù)據(jù)幀和CRC。
解碼過程，如圖2所示的并行級聯(lián)碼的渦輪解碼器實施的解碼過程，比編碼過程復(fù)雜得多，并且負責收發(fā)器中總計算的重要部分。解碼過程迭代多次(如在迭代循環(huán)220中)，然后將輸出對數(shù)似然比轉(zhuǎn)換成硬判決221。對于每次迭代，誤碼率都會改善，如圖3所示，但是獲益減小。
常規(guī)的渦輪解碼方案往往在正確解碼幀之后還執(zhí)行非必要的渦輪解碼器的迭代。這浪費了時間和計算資源。
為了縮減計算資源和功耗，對于提早終止技術(shù)已經(jīng)有某種考慮。最流行的渦輪解碼器的提早終止技術(shù)基于CRC碼。在正常操作中，信道解碼之后，數(shù)據(jù)幀通過CRC解碼器以驗證數(shù)據(jù)幀是正確的。但是，存在一種可能性，CRC將指示該數(shù)據(jù)幀是正確的，而實際上該幀并不正確。這種情況發(fā)生的概率約為Pfail<PFER2n-k]]>
其中PFER是幀誤碼率，而n-k是CRC的長度，它經(jīng)過仔細挑選以給出可接受的感知服務(wù)質(zhì)量。如果發(fā)生此類錯誤，則不正確的數(shù)據(jù)幀將被標記為正確的并傳遞到更高協(xié)議層，導(dǎo)致嚴重的負面影響，尤其是在壓縮的數(shù)據(jù)源的情況下。用CRC來提早終止渦輪解碼過程的一種方案通過在每次渦輪解碼器迭代時將解碼的數(shù)據(jù)幀傳遞到CRC解碼器來起作用。一旦CRC碼通過，則終止渦輪解碼器?；趧倓傆懻摰腻e誤概率，這種CRC終止方案中將不正確的幀誤診為正確的總概率為Pfail≈LPFER2n-k]]>其中L是渦輪解碼器迭代的平均數(shù)。此類失效率對于許多類型的服務(wù)來說是不可接受的。
因此，本發(fā)明的實施例尋求提出渦輪解碼器終止的改進設(shè)備和方法。
發(fā)明概述根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提出一種用包括多次解碼器迭代的渦輪解碼過程來解碼接收到的碼元序列的方法。
在根據(jù)本發(fā)明的一個實施例中，方法包括判斷是否滿足預(yù)定的解碼器終止閾值度量；僅當滿足閾值度量時，判斷是否通過基于循環(huán)冗余校驗碼的解碼器終止測試；以及僅當通過循環(huán)冗余校驗測試時終止解碼器迭代。
在另一個相關(guān)的方法實施例中，判斷是否滿足閾值度量可以包括判斷每次解碼器迭代的對數(shù)似然比分布之間的互熵是否小于預(yù)定的互熵閾值；或用符號更改比來監(jiān)視解碼過程的收斂；或用硬判決輔助的測試；或用符號差異比來監(jiān)視解碼過程的收斂；或用平均絕對對數(shù)似然比；或判斷最小對數(shù)似然比的絕對值是否在預(yù)定絕對值閾值之上。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，此類閾值比較可以基于任何適合的比較準則。
在另一個相關(guān)的方法實施例中，該方法還可以包括從并行渦輪編碼器、串行渦輪編碼器或包括編碼器和調(diào)制器的發(fā)射器接收碼元序列。該方法還可以包括在如包括W-CDMA發(fā)射器和W-CDMA接收器的系統(tǒng)的無線蜂窩系統(tǒng)中解碼碼元。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提出一種用包括多次解碼器迭代的渦輪解碼過程來解碼接收到的碼元序列的設(shè)備。
在根據(jù)本發(fā)明的一個實施例中，設(shè)備包括閾值度量處理器，用于判斷是否滿足預(yù)定的解碼器終止閾值度量；循環(huán)冗余校驗處理器，用于僅當閾值度量處理器確定滿足閾值度量時判斷是否通過基于循環(huán)冗余校驗碼的解碼器終止測試；以及解碼器終止裝置，用于僅在通過循環(huán)冗余校驗測試時終止解碼器迭代。
在另一個相關(guān)的設(shè)備實施例中，閾值度量處理器可以包括判斷每次解碼器迭代的對數(shù)似然比分布之間的互熵是否小于預(yù)定的互熵閾值的裝置；或用符號更改比來監(jiān)視解碼過程的收斂的裝置；或用硬判決輔助測試來監(jiān)視解碼過程的收斂的裝置；或用符號差異比來監(jiān)視解碼過程的收斂的裝置；或用平均絕對對數(shù)似然比來判斷是否滿足閾值度量的裝置；或判斷最小對數(shù)似然比的絕對值是否在預(yù)定絕對值閾值之上的裝置。
在另一個相關(guān)的設(shè)備實施例中，該設(shè)備還可以包括從并行渦輪編碼器、串行渦輪編碼器或包括編碼器和調(diào)制器的發(fā)射器接收碼元序列。該設(shè)備還可以包括無線蜂窩系統(tǒng)，如包括W-CDMA發(fā)射器和W-CDMA接收器的系統(tǒng)。
在根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例中，提出一種計算機程序產(chǎn)品，它包括適于控制先前所述方法的任何一個的程序代碼裝置。
將在下面的描述中部分地闡述本發(fā)明的其他優(yōu)點和創(chuàng)新特點，且本領(lǐng)域技術(shù)人員通過分析下文和附圖將部分地了解這些優(yōu)點和創(chuàng)新特點；或可以通過實施本發(fā)明來理解這些優(yōu)點和創(chuàng)新特點。
附圖簡介為了更好地理解本發(fā)明，以及示出如何實施本發(fā)明，下文將參考僅作為實例的附圖，其中圖1示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的并行渦輪編碼器系統(tǒng)；圖2示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的渦輪解碼器系統(tǒng)；圖3示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的典型渦輪解碼器性能；圖4是根據(jù)本發(fā)明實施例的渦輪解碼器終止設(shè)備的框圖；圖5示出根據(jù)本發(fā)明實施例可供閾值度量處理器使用的多種可能的技術(shù)；圖6示出達到與對所有幀用固定數(shù)目的迭代的技術(shù)相同的性能的根據(jù)本發(fā)明的實施例所需的渦輪解碼器迭代的最小數(shù)的圖；圖7A和7B示出可以應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的實施例的W-CDMA發(fā)射器和接收器；圖8示出根據(jù)本發(fā)明的實施例可以配合使用的串行級聯(lián)渦輪碼編碼器；以及圖9示出根據(jù)本發(fā)明的實施例可以配合使用的發(fā)射器結(jié)構(gòu)。
發(fā)明的詳細說明圖4是根據(jù)本發(fā)明實施例的渦輪解碼器終止設(shè)備的框圖。在此實施例中，來自渦輪解碼器迭代的數(shù)據(jù)401(可以包括幀數(shù)據(jù)、對數(shù)似然比或其他解碼器數(shù)據(jù))被饋送到閾值度量處理器402，它執(zhí)行閾值度量測試403。閾值度量測試403基于閾值度量是落在特定閾值度量值之上還是之下來判斷是否應(yīng)該終止解碼。僅在閾值度量處理器402確定應(yīng)該終止解碼的情況下，循環(huán)冗余校驗(CRC)處理器404執(zhí)行CRC測試405以判斷是否實際上應(yīng)該終止解碼。解碼器終止裝置406僅在循環(huán)冗余校驗測試405通過的情況下終止解碼器迭代。
由此，較之僅用CRC處理器的技術(shù)，圖4的實施例用閾值度量處理器402減少測試CRC的次數(shù)，因為僅當通過閾值度量測試403的情況下使用CRC處理器404。因此，并不對所有而只是對少部分的幀一次以上地測試CRC，以不致于明顯增加CRC失效率Pfail(在背景技術(shù)部分有討論)。再者，將閾值校驗與CRC測試組合使過早終止渦輪解碼過程不可能。某些情況下圖4的實施例的技術(shù)還可以降低CRC失效的概率，因為將僅對首次通過閾值測試的數(shù)據(jù)幀檢查CRC有效性圖5示出根據(jù)本發(fā)明實施例可供閾值度量處理器502使用的多種可能技術(shù)507-511。閾值度量處理器502可以用這些技術(shù)507-511的其中之一或多個此類技術(shù)的混合或另一閾值度量技術(shù)來執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明實施例的閾值度量測試403。在互熵測試507中，閾值度量處理器502計算每次迭代i時對數(shù)似然比分布之間的互熵T(i)?；レ豑(i)應(yīng)該隨解碼的收斂而減少。仿真示出T(i)＜(0.01至0.0001)T(0)是優(yōu)選的閾值。還可以基于各種準則或目標來確定其他適合的閾值，下文將對此予以更詳細的描述?；レ販y試507可以例如利用在J.Hagenauer、E.Offer和L.Papke的“二進制分組和卷積碼的迭代解碼”(″Iterative Decoding of Binary Block and Convolutional Codes″，IEEETrans.Inform.Theory，vol.42，pp.429-445，1996年3月)中說明的原理，其公開內(nèi)容由此通過引用結(jié)合于本文。閾值度量處理器502還可以用符號更改比測試508，它通過檢查自上次迭代起有多少位更改來監(jiān)視解碼算法的收斂；或可以用符號差異比測試509，它通過檢查迭代之間發(fā)生改變的位的數(shù)量的一階導(dǎo)數(shù)來監(jiān)視解碼算法的收斂；或可以用硬判決輔助(HAD)測試510，它基于比較連續(xù)解碼器迭代中信息位的硬判決。符號更改比測試508和硬判決輔助測試510可以例如利用R.Y.Shao、Shu Lin和Marc P.C.Fossorier的“用于渦輪解碼的兩個簡單停止準則”(″Two Simple Stopping Criteria for TurboDecoding″，IEEE Transactions on Communications，vol.47，no.8，pp.1117-1120，1999年8月)中說明的原理，其公開內(nèi)容由此通過引用結(jié)合于本文。或者(或此外)，在平均估算測試511中，閾值度量處理器502計算平均絕對對數(shù)似然比，且一旦通過該比的閾值，則終止解碼。閾值度量處理器502還可以采用平均距離測試512，其中一旦最小對數(shù)似然比的絕對值在特定值之上，則終止解碼。該算法的基礎(chǔ)理論在于對于小絕對值的對數(shù)似然比很可能發(fā)生幀錯誤。實際中，只需考慮尾部事件，而無需考慮對數(shù)似然的整個分布。符號差異比測試509、平均估算測試511以及最小距離測試512可以例如利用C.Bai、J.Jiang和P.Zhang的“利用CRC輔助的提早停止的W-CDMA節(jié)點B的對數(shù)MAP渦輪解碼器的硬件實施”(″HardwareImplementation of Log-MAP Turbo Decoder for W-CDMA Node B withCRC-Aided Early Stopping″，IEEE VTC Conference May 2002，pp.1016-1019)中說明的原理，其公開內(nèi)容由此通過引用結(jié)合于本文。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，可以以實驗方式或通過仿真來確定閾值度量處理器402所用的閾值度量值。將閾值度量設(shè)得太保守(即，將閾值設(shè)為使終止前有較多的解碼器迭代)導(dǎo)致太多次迭代，而將閾值度量設(shè)得太激進(即，將閾值設(shè)為使終止前有較少的解碼器迭代)導(dǎo)致誤碼率的增加。優(yōu)選地，根據(jù)用閾值處理器來減少執(zhí)行CRC測試的次數(shù)的本發(fā)明實施例，該閾值設(shè)為相當激進的值(即盡可能地減少解碼器迭代的數(shù)目)。該閾值可以根據(jù)多個因素來確定，例如信噪比、迭代數(shù)以及幀大小。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，閾值度量處理器402可以包括最大迭代處理器512，如圖5所示。最大迭代處理器512判斷數(shù)據(jù)幀是否通過閾值測試，但是僅在預(yù)定的最大數(shù)的解碼器迭代之后才執(zhí)行該判斷；并標識像這樣的用于將來處理的那些幀。由此，系統(tǒng)可以標識不可能是正確的幀，即使CRC測試405隨后是成功的，這樣在將來的處理步驟中可以適當?shù)貙幚頌闈撛诓粶蚀_。
圖6示出基于仿真達到與對所有幀用固定數(shù)目的迭代的技術(shù)相同的性能的根據(jù)本發(fā)明的實施例所需的渦輪解碼器迭代的最小數(shù)。在圖613中1.5dB的Eb/No比處以及圖614中2.0dB的Eb/No比處，為達到與用固定數(shù)目的迭代(這里，固定數(shù)目為六次迭代)的技術(shù)相同的性能，所需的解碼器迭代的平均數(shù)減少了。更為廣義地來說，根據(jù)本發(fā)明的算法具有與純基于CRC的技術(shù)相同的功率效率，但是不增加CRC失效比，或總誤碼率。在仿真中，根據(jù)本發(fā)明的實施例示出產(chǎn)生40％至60％的功率節(jié)省，具體取決于幀長度和信噪比。
有許多設(shè)想到的應(yīng)用，且實際上本發(fā)明的實施例可以用于將渦輪用于糾錯和解碼方案的任何情況中。例如，一個此類的應(yīng)用是在第三代無線蜂窩系統(tǒng)中找到的。圖7A和7B示出W-CDMA系統(tǒng)的實例，其中渦輪編碼器和解碼器可以實施根據(jù)本發(fā)明實施例的技術(shù)。圖7A的W-CDMA發(fā)射器730包括渦輪編碼器731，并與圖7B的W-CDMA接收器732通信。接收器732包括渦輪解碼器733，它實施根據(jù)本文所述的任何實施例的解碼器終止技術(shù)。
此外，應(yīng)該理解，本文所述的實施例可以配合多種不同的可能的編碼器和解碼器系統(tǒng)來使用。例如，根據(jù)本發(fā)明實施例的渦輪解碼器可以配合類似于圖1的并行渦輪編碼器使用?；蛘?，根據(jù)本發(fā)明的實施例，渦輪解碼器可以配合串行級聯(lián)渦輪碼編碼器來使用，如圖8的串行編碼器800，只要在幀結(jié)構(gòu)中包含CRC碼(或驗證幀有效性的某個其他方法)。再者，根據(jù)本發(fā)明的實施例，渦輪解碼器可以在與如圖9的發(fā)射器900的發(fā)射器結(jié)構(gòu)對應(yīng)的接收器中使用，只要在幀結(jié)構(gòu)中包含CRC碼(或驗證幀有效性的某個其他方法)且調(diào)制器940不是無記憶過程。還應(yīng)該理解，在向根據(jù)本發(fā)明的解碼器傳輸時所用的編碼器950不必是渦輪編碼器，而可以是具有記憶的任何編碼或調(diào)制過程。
本領(lǐng)域讀者將理解，雖然上述內(nèi)容描述了被認為是最佳方式的實施例以及適合執(zhí)行本發(fā)明的其他方式，但是本發(fā)明并不應(yīng)該局限于該優(yōu)選實施例的描述中所公開的特定設(shè)備配置或方法步驟。本領(lǐng)域技術(shù)人員還將認識到本發(fā)明有廣泛范圍的應(yīng)用，以及在不背離本發(fā)明概念的前提下這些實施例允許各式各樣的修改。
權(quán)利要求
1.一種用包括多次解碼器迭代的渦輪解碼過程來解碼接收到的碼元序列的方法，所述方法包括判斷是否滿足預(yù)定的解碼器終止閾值度量；僅當滿足所述閾值度量時，判斷是否通過基于循環(huán)冗余校驗碼的解碼器終止測試；以及僅當通過所述循環(huán)冗余校驗測試時，終止所述解碼器迭代。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，判斷是否滿足所述閾值度量包括判斷每次解碼器迭代的對數(shù)似然比分布之間的互熵是否小于預(yù)定的互熵閾值。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，判斷是否滿足所述閾值度量包括用符號更改比來監(jiān)視所述解碼過程的收斂。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，判斷是否滿足所述閾值度量包括用符號差異比來監(jiān)視所述解碼過程的收斂。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，判斷是否滿足所述閾值度量包括用硬判決輔助測試。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，判斷是否滿足所述閾值度量包括用平均絕對對數(shù)似然比。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，判斷是否滿足所述閾值度量包括判斷最小對數(shù)似然比的絕對值是否在預(yù)定的絕對值閾值之上。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括從并行渦輪編碼器接收所述碼元序列。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括從串行渦輪編碼器接收所述碼元序列。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括從包括編碼器和調(diào)制器的發(fā)射器接收所述碼元序列。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括在無線蜂窩系統(tǒng)中解碼碼元。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述無線蜂窩系統(tǒng)包括W-CDMA發(fā)射器和W-CDMA接收器。
13.一種用包括多次解碼器迭代的渦輪解碼過程來解碼接收到的碼元序列的設(shè)備，所述設(shè)備包括閾值度量處理器，用于判斷是否滿足預(yù)定的解碼器終止閾值度量；循環(huán)冗余校驗處理器，用于僅在所述閾值度量處理器確定滿足所述閾值度量時判斷是否通過基于循環(huán)冗余校驗碼的解碼器終止測試；以及解碼器終止裝置，用于僅在通過所述循環(huán)冗余校驗測試時終止所述解碼器迭代。
14.如權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其特征在于，所述閾值度量處理器包括用于判斷每次解碼器迭代的對數(shù)似然比分布之間的互熵是否小于預(yù)定的互熵閾值的裝置。
15.如權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其特征在于，所述閾值度量處理器包括用符號更改比來監(jiān)視所述解碼過程的收斂的裝置。
16.如權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其特征在于，所述閾值度量處理器包括用符號差異比來監(jiān)視所述解碼過程的收斂的裝置。
17.如權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其特征在于，所述閾值度量處理器包括用硬判決輔助測試來監(jiān)視所述解碼過程的收斂的裝置。
18.如權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其特征在于，所述閾值度量處理器包括用平均絕對對數(shù)似然比來判斷是否滿足所述閾值度量的裝置。
19.如權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其特征在于，所述閾值度量處理器包括判斷最小對數(shù)似然比的絕對值是否在預(yù)定的絕對值閾值之上的裝置。
20.如權(quán)利要求13所述的設(shè)備，還包括從并行渦輪編碼器接收所述碼元序列的裝置。
21.如權(quán)利要求13所述的設(shè)備，還包括從串行渦輪編碼器接收所述碼元序列的裝置。
22.如權(quán)利要求13所述的設(shè)備，還包括從包括編碼器和調(diào)制器的發(fā)射器接收所述碼元序列的裝置。
23.如權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備包括無線蜂窩系統(tǒng)。
24.如權(quán)利要求23所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備包括W-CDMA發(fā)射器和W-CDMA接收器。
25.一種計算機程序產(chǎn)品，包括適于控制如權(quán)利要求1所述的方法的程序代碼裝置。
全文摘要
公開一種用包括多次解碼器迭代的解碼過程來解碼接收到的碼元序列的設(shè)備和方法。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，方法包括判斷是否滿足預(yù)定的解碼器終止閾值度量；僅當滿足閾值度量時，判斷是否通過基于循環(huán)冗余校驗碼的解碼器終止測試；以及僅當通過循環(huán)冗余校驗測試時，終止解碼器迭代。
文檔編號H03M13/29GK1806391SQ200480016302
公開日2006年7月19日 申請日期2004年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月17日
發(fā)明者S·A·阿爾普雷斯 申請人:艾色拉公司