專利名稱：一種維特比譯碼裝置及方法
技術領域：
本發(fā)明涉及數(shù)字通信系統(tǒng)，具體地說涉及一種維特比(Viterbi)譯碼 裝置及方法。
背景技術：
目前，維特比譯碼算法已被廣泛應用在數(shù)字通信系統(tǒng)中，其具有強大 的糾錯能力，對改善通信質(zhì)量有很好的作用。維特比譯碼算法是一種最大 似然譯碼算法，它根據(jù)接收序列，按照最大似然法則，分段地在網(wǎng)格圖上 計算尋找有最大度量的路徑，其實現(xiàn)的結構框圖如圖l所示，接收序列先 通過支路路徑度量計算單元計算出各譯碼狀態(tài)所有分支的支路路徑度量， 然后在ACS (加比選)計算單元，對每一譯碼狀態(tài)，把進入該譯碼狀態(tài)的 所有分支的支路路徑度量，和存儲在路徑度量存儲單元中的同這些分支相 連的前一時刻的路徑度量相加，比較并選擇最大度量值及該度量值對應的 幸存路徑，并分別存入路徑度量存儲單元和幸存路徑存儲單元，當譯碼到 譯碼深度后，判決輸出單元輸出譯碼序列。
傳統(tǒng)的對路徑度量(PM)值的存儲采用乒乓操作的方式，圖2是該 方式的示意圖，該圖可廣泛見于學術論文中，例如陳源，江修富發(fā)表于《裝 備指揮學院學報》2005年10月，第16巻第5期77-81頁的《維特比算法 的關鍵問題研究及DSP實現(xiàn)》及鐘文楓，鄭建宏發(fā)表于《西安郵電學院學 報》2005年7月，第10巻第3期27-30頁的《W-CDMA系統(tǒng)中維特比譯 碼的FPGA實現(xiàn)》、張治元發(fā)表于《微計算機信息》2005年第21巻第11-3 期177-178頁的《第三代移動通信中巻積碼譯碼方法研究及應用》等等論 文。
可以看到，現(xiàn)有技術中在存取各級的PM值時是采用了 A、 B兩個存儲 空間交替使用的方式，這是因為傳統(tǒng)的維特比譯碼算法在ACS計算中，譯 碼狀態(tài)的轉移會導致度量的讀出和寫入地址不同，下面從原理上對該點作 一一說明。
假定巻積碼的約束長度=4，碼率二1/2。巻積編碼器如圖3所示，圖中
編碼器的狀態(tài)為A1A2A3，總狀態(tài)數(shù)為2"， A0為待編碼數(shù)據(jù)位，a和b (n=0，…，3)為巻積碼的生成系數(shù)，均取值0或1。編碼規(guī)則為
c0 =十"乂 c;=十M" G)
隨著待編碼數(shù)據(jù)位的輸入，編碼器的狀態(tài)也隨之變化，其中的一步轉移過
程如圖4所示，由圖可以看出，相鄰的偶奇兩個老狀態(tài)將轉移到兩個新狀 態(tài)。
設狀態(tài)圖中的新狀態(tài)對應的二進制值為^，老狀態(tài)對應的二進制值為 K，則
^7=^+『6*2] (當Vb乘以2時，最高位移出) (2) 在老狀態(tài)中，偶奇相鄰兩狀態(tài)對應的二進制值表示為
= 0」i "3々—2
K,L4,…d C3)
由他們轉移得到的兩個新狀態(tài)的二進制值表示為
由圖4可以看出，新狀態(tài)的度量是由能夠轉移到達的兩個相鄰老狀態(tài) 的度量經(jīng)過"加_比-選"運算獲得的。由于轉移前后的狀態(tài)(地址)不同， 度量的讀出與寫入不能在同一地址進行，也不能在同一片存儲器內(nèi)進行(會 破壞其它狀態(tài)的度量)，必需配置相同的讀和寫空間(各2^個字單元)， 并在每產(chǎn)生一位譯碼輸出后交換讀寫空間，達到更新度量的目的。
這樣的方式，由于ACS計算中譯碼狀態(tài)的轉移導致度量的讀出和寫 入地址不同，在路徑度量(PM)值的存儲時，需要兩個分別等于狀態(tài)數(shù)目 的向量空間來完成更新操作。在利用FPGA或DSP等硬件實現(xiàn)維特比譯碼 器時，所消耗的硬件資源較多，尤其是在約束長度較大時，其消耗更是不 容小視。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種維特比譯碼裝置及方法，可以 降低譯碼時所消耗的硬件資源。
為了解決上述技術問題，本發(fā)明的維特比譯碼裝置，包括路徑度量存
儲單元和加比選計算單元，所述路徑度量存儲單元用于存儲譯碼狀態(tài)的路 徑度量，還包括地址狀態(tài)映射器，所述地址狀態(tài)映射器用于構建譯碼狀態(tài) 的路徑度量和其在所述路徑度量存儲單元的存儲地址的映射關系，所述加 比選計算單元根據(jù)該映射關系從所述路徑度量存儲單元的存儲地址中獲取 譯碼狀態(tài)的路徑度量進行計算更新，并將更新后的路徑度量值存回取值的 原存儲地址。
所述映射關系滿足如下關系譯碼狀態(tài)的路徑度量在所述路徑度量存 儲單元中的存儲地址為譯碼狀態(tài)值循環(huán)右移i位所得的值，其中，i為各狀 態(tài)的狀態(tài)級。
本發(fā)明還公開了一種維特比譯碼方法，包含如下步驟
A、 構建譯碼狀態(tài)的路徑度量和其存儲地址的映射關系；
B、 根據(jù)地址狀態(tài)映射關系從存儲地址中讀取譯碼狀態(tài)的路徑度量進 行加比選計算以更新譯碼狀態(tài)的路徑度量；將更新后的路徑度量存回取值 的原存儲地址。
所述步驟B中的地址狀態(tài)映射關系通過如下原則構建譯碼狀態(tài)的路 徑度量的存儲地址是通過譯碼狀態(tài)值循環(huán)右移i位獲得，其中，i為各狀態(tài) 的狀態(tài)級。
所述步驟B具體通過如下步驟實現(xiàn)
Bl、令i等于當前狀態(tài)級，將譯碼狀態(tài)循環(huán)右移i位獲得其路徑度量 的存儲地址；
B2、從所述存儲地址讀取路徑度量進行加比選計算，更新所述路徑度
B3、將更新后的路徑度量存回取值的原存儲地址； B4、 i遞增1，重復上述步驟。
由于采用地址狀態(tài)映射器構建譯碼狀態(tài)的路徑度量和其在所述路徑 度量存儲單元的存儲地址的映射關系，使得更新后的路徑度量可以存回到 取出路徑度量的原存儲地址，從而可以節(jié)省存儲空間，較之現(xiàn)有技術，本 方案至少可節(jié)省一片存儲器，因而有效的減少了硬件資源的消耗。


圖1是現(xiàn)有技術中的維特比譯碼裝置的結構框圖2是傳統(tǒng)的乒乓操作的原理圖3是約束長度為4的巻積碼編碼器示意圖4是約束長度為4的維特比譯碼器其中一步的轉移過程圖5是本發(fā)明的地址映射流程圖6是本發(fā)明的地址狀態(tài)映射器的結構圖7是本發(fā)明實施例一中旋轉值為0時相鄰兩個stage之間的網(wǎng)格圖； 圖8是本發(fā)明實施例一從圖7中取出的一個ACS計算過程； 圖9是本發(fā)明實施例一中旋轉值為l時相鄰兩個stage之間的網(wǎng)格圖； 圖10是本發(fā)明實施例一中旋轉值為2時相鄰兩個stage之間的網(wǎng)格
圖11是本發(fā)明實施例一連續(xù)起來操作時的過程圖； 圖12是本發(fā)明實施例二中第一個stage時的狀態(tài)與相應的地址； 圖13是本發(fā)明實施例二中第二個stage時的狀態(tài)與相應的地址； 圖14是本發(fā)明實施例二中第三個stage時的狀態(tài)與相應的地址； 圖15是本發(fā)明實施例二中第四個stage時的狀態(tài)與相應的地址； 圖16是本發(fā)明實施例二中第五個stage時的狀態(tài)與相應的地址； 圖17是本發(fā)明實施例二中第六個stage時的狀態(tài)與相應的地址； 圖18是本發(fā)明實施例二中第七個stage時的狀態(tài)與相應的地址； 圖19是本發(fā)明實施例二中第八個stage時的狀態(tài)與相應的地址； 圖20是本發(fā)明實施例二中第九個stage時的狀態(tài)與相應的地址；
具體實施例方式
下面對照附圖結合具體實施方式
對本發(fā)明作進一步說明。 從原理上說，如果能夠使度量的讀出與寫入地址相同，就可使存儲空 間減小一半。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，譯碼過程中的狀態(tài)轉移具有很強的規(guī)律性，如 果建立了轉移后的新狀態(tài)與轉移前的老狀態(tài)的地址的關系，就可使度量值 的讀出和寫入在原存儲單元進行。本發(fā)明的維特比譯碼裝置及方法采用的 地址讀寫方式被稱為旋轉地址原位運算方式。
從實際設計的角度來說，旋轉地址原位運算方式的出發(fā)點，是在一次ACS運算過程中，當前狀態(tài)級(stage)的兩個參與運算的狀態(tài)的所對應的 PM值存儲空間的數(shù)據(jù)已經(jīng)被取出使用了，因此，其存儲空間的值對當前 stage而言，就失去了意義，于是，可以用該存儲空間來存儲計算出的下 一個stage的兩個狀態(tài)的PM值。如果將新狀態(tài)的度量放回老狀態(tài)地址中， 至少不會破壞其它狀態(tài)的度量。將新狀態(tài)^。的內(nèi)容放回老狀態(tài)的K。單元 中，新狀態(tài)^的內(nèi)容放回老狀態(tài)的^單元中，構成原位運算，根據(jù)前面的
論述，新老狀態(tài)的度量更新地址映射關系(一步轉移)為
<formula>formula see original document page 7</formula>同理，可以推得下一步轉移關系為
<formula>formula see original document page 7</formula>可見轉移關系在K-l步后將重復并以周期K-l循環(huán)。這樣，在某時刻讀取 每一狀態(tài)度量時，只要按照狀態(tài)地址映射關系去尋址，就能找到存放度量 的正確位置，并將更新了的度量放回該位置。用于旋轉地址原位運算的地 址狀態(tài)映射器的映射流程如圖5所示，其結構如圖6所示。
本發(fā)明的維特比譯碼裝置，其他部分與現(xiàn)有技術的譯碼裝置相同，主 要的區(qū)別在于增加地址狀態(tài)映射器，用于構建譯碼狀態(tài)的路徑度量和其在 所述路徑度量存儲單元的存儲地址的映射關系，映射關系滿足如下關系 譯碼狀態(tài)的路徑度量在所述路徑度量存儲單元中的存儲地址為譯碼狀態(tài)值 循環(huán)右移i位所得的值，其中，i為各狀態(tài)的狀態(tài)級。由此，保證了路徑度 量的取出和存回可以在同一存儲地址進行，同時，也不會使得存儲路徑度 量的地址產(chǎn)生沖突，破壞整個操作。這樣，加比選計算單先根據(jù)該映射關 系從路徑度量存儲單元的存儲地址中獲取譯碼狀態(tài)的路徑度量進行計算更 新后，就可以根據(jù)映射關系將更新后的路徑度量值存回到取值的原存儲地 址。
本發(fā)明的維特比譯碼方法，包含如下步驟:
1、構建譯碼狀態(tài)的路徑度量和其存儲地址的映射關系；地址狀態(tài)映射 關系通過如下原則構建譯碼狀態(tài)的路徑度量的存儲地址是通過譯碼狀態(tài) 值循環(huán)右移i位獲得，其中，i為各狀態(tài)的狀態(tài)級。
2、令i等于當前狀態(tài)級，將譯碼狀態(tài)循環(huán)右移i位獲得其路徑度量的 存儲地址；
3 、從所述存儲地址讀取路徑度量進行加比選計算，更新所述路徑度量；
4、 將更新后的路徑度量存回取值的原存儲地址；
5、 i遞增1，重復上述步驟2-4。
實施例一本例中，取&4， K代表接收序列的信息位，則譯碼狀態(tài) 為2"=8，此時旋轉的范圍為0 K-2，即0 2，假設當前的狀態(tài)級在stage
(n)時，旋轉值剛好為O，此時，狀態(tài)級stage (n)中的所有狀態(tài)取PM 值的地址由狀態(tài)值循環(huán)右移旋轉值所對應的值得到，其他狀態(tài)級下的取值 地址也類似產(chǎn)生，參見圖7至圖11。
圖7中有四個圖8所示的ACS計算過程，分別是當前狀態(tài)級stage (n) 中的狀態(tài)OOO、 100與下一狀態(tài)級stage (n+l)中的狀態(tài)OOO、 001，當前 狀態(tài)級stage (n)中的狀態(tài)OOl、 101與下一狀態(tài)級stage (n+1)中的狀態(tài) 010、 011，當前狀態(tài)級stage (n)中的狀態(tài)OlO、 110與下一狀態(tài)級stage
(n+1)中的狀態(tài)IOO、 101，當前狀態(tài)級stage (n)中的狀態(tài)Oll、 111與 下一狀態(tài)級stage (n+1)中的狀態(tài)IIO、 111。圖中虛線表示bmO，實線表 示bml。如圖8所示，由于狀態(tài)級stage (n+1)中狀態(tài)000與狀態(tài)級stage
(n)中的狀態(tài)OOO相對，因此，新計算出的PM值，存儲地址即為狀態(tài)級 stage (n)中狀態(tài)000的PM值的取出地址000;狀態(tài)級stage (n+1)中狀 態(tài)001的新PM值的存儲地址即為在ACS單元中左側與其相對的stage (n) 中狀態(tài)100的PM值的取出地址。對于圖8沒有示出的圖7中的其余6個狀 態(tài)的取出和存入的地址，與圖8類似，由此，完成了一次狀態(tài)轉移過程。
旋轉值為1和旋轉值為2的狀態(tài)轉移過程的PM的讀出和存入的地址與 狀態(tài)關系分別在圖9和圖10中示出，圖11中示出了整個過程連續(xù)起來操 作時的過程，其中，旋轉值以i表示，i采取模3 (即K-1)加法運算。
當前狀態(tài)級Stage (n)中各狀態(tài)旋轉i位產(chǎn)生下一狀態(tài)級stage (n)中各 狀態(tài)的PM值在RAM中的地址，取出相應值，參加ACS運算，將得到的狀態(tài) 級Stage (n+l)中各狀態(tài)的PM值存儲到ACS單元中左側的狀態(tài)級Stage (n) 中的狀態(tài)取PM值的地址中。 一次狀態(tài)轉移的操作結束之后，i加l。然后 依此過程， 一直進行同樣的操作。
由圖中完成的一次旋轉值由0到2的遞增(2之后的值又恢復為0)可 以看出，存儲PM值的地址沒有產(chǎn)生沖突。
實施例二本例中，取&9，旋轉范圍為0 K-2，即0 7，其中的一 次地址循環(huán)過程如圖12至圖20所示。
由此例可以看出，256個狀態(tài)的二進制數(shù)不會重復，經(jīng)過循環(huán)移位后 仍然不會重復，因此，能夠保證操作不出錯。
由于采用了旋轉地址原位運算方式，在地址映射器的作用下，可以摒 棄乒乓操作，使路徑度量的存儲空間減小一半，有效的減少了硬件資源的 消耗。
以上內(nèi)容是結合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說 明，不能認定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術 領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若 干簡單推演或替換，都應當視為屬于本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1、一種維特比譯碼裝置，包括路徑度量存儲單元和加比選計算單元，所述路徑度量存儲單元用于存儲譯碼狀態(tài)的路徑度量，其特征在于，還包括地址狀態(tài)映射器，所述地址狀態(tài)映射器用于構建譯碼狀態(tài)的路徑度量和其在所述路徑度量存儲單元的存儲地址的映射關系，所述加比選計算單元根據(jù)該映射關系從所述路徑度量存儲單元的存儲地址中獲取譯碼狀態(tài)的路徑度量進行計算更新，并將更新后的路徑度量值存回取值的原存儲地址。
2、 如權利要求l所述的維特比譯碼裝置，其特征在于，所述映射關系滿足如下關系譯碼狀態(tài)的路徑度量在所述路徑度量存儲單元中的存儲地 址為譯碼狀態(tài)值循環(huán)右移i位所得的值，其中，i為各狀態(tài)的狀態(tài)級。
3、 一種維特比譯碼方法，其特征在于，包含如下步驟A、 構建譯碼狀態(tài)的路徑度量和其存儲地址的映射關系；B、 根據(jù)地址狀態(tài)映射關系從存儲地址中讀取譯碼狀態(tài)的路徑度量進 行加比選計算以更新譯碼狀態(tài)的路徑度量；將更新后的路徑度量存回取值 的原存儲地址。
4、 如權利要求3所述的維特比譯碼方法，其特征在于，所述步驟B 中的地址狀態(tài)映射關系通過如下原則構建譯碼狀態(tài)的路徑度量的存儲地址是通過譯碼狀態(tài)值循環(huán)右移i位獲得，其中，i為各狀態(tài)的狀態(tài)級。
5、 如權利要求4所述的維特比譯碼方法，其特征在于，所述步驟B具體通過如下步驟實現(xiàn)Bl、令i等于當前狀態(tài)級，將譯碼狀態(tài)循環(huán)右移i位獲得其路徑度量 的存儲地址；B2、從所述存儲地址讀取路徑度量進行加比選計算，更新所述路徑度B3、將更新后的路徑度量存回取值的原存儲地址； B4、 i遞增1，重復上述步驟。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種維特比譯碼裝置及方法，所述裝置包括路徑度量存儲單元和加比選計算單元，所述路徑度量存儲單元用于存儲譯碼狀態(tài)的路徑度量，還包括地址狀態(tài)映射器，所述地址狀態(tài)映射器用于構建譯碼狀態(tài)的路徑度量和其在所述路徑度量存儲單元的存儲地址的映射關系，所述加比選計算單元用于根據(jù)該映射關系從所述路徑度量存儲單元的存儲地址中獲取譯碼狀態(tài)的路徑度量進行計算更新，并將更新后的路徑度量值存回取值的原存儲地址。所述方法根據(jù)地址狀態(tài)映射關系進行路徑度量的讀出和寫入。本發(fā)明可以節(jié)省存儲空間，因而有效的減少了硬件資源的消耗。
文檔編號H03M13/41GK101106385SQ200710075380
公開日2008年1月16日 申請日期2007年8月1日 優(yōu)先權日2007年8月1日
發(fā)明者勇 趙, 郭正偉 申請人:北京大學深圳研究生院