專利名稱：采用固定長度的判定窗口對數(shù)據(jù)信號進行譯碼的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及編碼數(shù)據(jù)通信信號的譯碼。特別地，本發(fā)明涉及一種使用固定長度判別窗口的改進的譯碼方法。
背景技術(shù)：


圖1中顯示了一種常規(guī)的數(shù)字通信系統(tǒng)。信息源10向一個源編碼器11提供模擬或數(shù)字信息，源編碼器11將信息編碼成一個信息序列x。信道編碼器12通過將冗余項有效地引入信息序列，將信息序列x變換成一個新的信息序列，以提高傳輸?shù)目煽啃浴＠?，冗余項可以用于由接收機進行誤差檢測、在接收機進行誤差校正、以及實現(xiàn)一個自動重復(fù)請求，其中由接收機進行的誤差檢測將自動開始一個重復(fù)傳輸數(shù)據(jù)的請求。應(yīng)該理解，在一個編碼消息中的校正誤差比檢測誤差需要更多的冗余項。調(diào)制器13從信道編碼器12接收編碼序列，并使用標(biāo)準(zhǔn)調(diào)制技術(shù)例如幅度、頻率、相位或脈沖調(diào)制來產(chǎn)生在一個傳輸信道14上傳輸?shù)男诺佬盘?。一般說來，傳輸信道14會出現(xiàn)噪聲和其他不利因素，例如頻率或相位失真和各種衰落特性。數(shù)字解調(diào)器15接收通過傳輸信道傳送的信號并對發(fā)送信號進行解調(diào)，以產(chǎn)生一個編碼信息序列的估值。然后信道譯碼器16應(yīng)用由信道編碼器12提供的冗余位使用該估值來再生出信息序列。最后，源譯碼器17將重構(gòu)出的信息序列變換成一種適合于信息接收端18的形式。
信道編碼器12一般使用兩種常用方法中的一種來引入冗余項分組編碼或卷積編碼。An(n,k)分組碼根據(jù)一預(yù)定編碼規(guī)則增加n-k個奇偶校驗(冗余)位，將一組k個信息位變換成一個n位碼字。然后在通信信道上傳送該n位碼字。碼率R定義為R=k/n。接收機應(yīng)用包括由n-k個奇偶校驗位引入的冗余的接收序列來估計原來的k個信息位。由于譯碼器的每個n位碼字輸出只依賴于當(dāng)前的k位信息分組，所以分組碼是“不用存儲器”的。
一般通過將一個信息位流組織成多個k位分組、然后將這些分組通過一個移位寄存器來執(zhí)行卷積編碼。移位寄存器級存儲高達v個組的k位分組，這些級連到一個線性代數(shù)函數(shù)發(fā)生器。將發(fā)生器輸出有選擇地進行組合，以產(chǎn)生一個n位的編碼輸出。卷積編碼是需要存儲器的，因為每個編碼分組不僅依賴于當(dāng)前的到移位寄存器的k位分組輸入，還依賴于v個先前的信息分組。于是，一個卷積代碼具有一個v階存儲器。卷積代碼的碼率R為R=k/n，代碼的約束長度是v+1。一般地，k和n是小的整數(shù)，通過增加移位寄存器的長度來增加冗余?？梢酝ㄟ^網(wǎng)格圖或狀態(tài)圖或狀態(tài)表來描述卷積編碼器和譯碼器的操作，這在本領(lǐng)域中是公知的。
譯碼器、解調(diào)器、均衡器和其他常規(guī)數(shù)字通信系統(tǒng)設(shè)備一般采用維特比(Viterbi)算法來估計用卷積代碼編碼的發(fā)送信號，并且使通信信道的損害最小。維特比算法通過找到通過一個可能狀態(tài)序列(一個“網(wǎng)格”)的最短轉(zhuǎn)移路徑來產(chǎn)生一個發(fā)送數(shù)據(jù)序列的最大似然估計。維特比算法一般地可以被描述為是這樣一種方法，其中所有可能的發(fā)送序列都與接收序列相關(guān)，然后根據(jù)最大相關(guān)-即具有最佳“度量(metric)”的路徑來選擇一個“剩下(Survivor)”的序列，以估計所接收的序列。
可以通過為每個估計數(shù)據(jù)位產(chǎn)生一個可靠性指示項來改進維特比算法?？煽啃灾甘卷椑缈梢允撬烙嫈?shù)據(jù)位的幅度。這種改進一般被認(rèn)為是“軟(soft)”信息。如果使用了鏈接碼，可以由以后的譯碼器來使用附加的軟信息，以提高系統(tǒng)的性能。對維特比算法的進一步修改在Nill等的歐洲專利申請0 606 724 A1和Nill等的“列表和軟碼元輸出維特比算法擴展和比較”，IEEE通信學(xué)報，Vol.43,No.2/3/4，二月/三月/四月，1995中進行了描述。Nill的公開文本公開了一種譯碼方法，該方法使用軟信息和估計位產(chǎn)生一個以概率下降順序排列的候選序列列表?？梢栽谝院蟮募壷惺褂煤蜻x序列列表來確定發(fā)送序列的最佳估計。例如，可以使用一個例如用在GSM無線電鏈路協(xié)議中的循環(huán)冗余校驗(CRC)來校驗列表中的候選序列，選擇具有校正的CRC信息的第一候選序列。通過允許不必再傳送誤差幀就能進行誤差校正，提高了系統(tǒng)性能。
下面可以對Nill的方法進行一般描述。使用維特比算法對接收的碼元進行譯碼，以便與軟信息(例如，一個最大似然值)一起產(chǎn)生最可能的數(shù)據(jù)序列估計。軟信息用于對序列中的最不可能(最弱)位進行定位。不是選擇(到達移位出最弱位的狀態(tài)的)最佳輸入轉(zhuǎn)移路徑，而是由維特比網(wǎng)格中的回溯(back-tracing)來確定另一個輸入轉(zhuǎn)移路徑。為了產(chǎn)生以下降概率排序的候選序列的有序列表，每個1列表元素具有一個第(l+1)列表元素的候選。將第(l+1)列表元素選擇為具有最佳累積度量的候選。重復(fù)這些步驟，直到已經(jīng)產(chǎn)生足夠多的備選項。Nill的方法需要保存整個維特比網(wǎng)格，這使得Nill方法對于大多數(shù)實際應(yīng)用來說都是無用的。
在維特比算法中，經(jīng)過一固定量時間后，網(wǎng)格將會聚。為了最有效地利用存儲器，希望只存儲網(wǎng)格的一部分(一個判定窗口)。因此，對于一個實際有用的譯碼方案，希望通過分配多個數(shù)據(jù)序列的估值而不需要存儲整個網(wǎng)格，來提供改進的維特比算法的性能。
發(fā)明概述本發(fā)明通過使用一個固定長度的判定窗口提供了一種對發(fā)送數(shù)據(jù)信號進行譯碼的方法，克服了上述問題，并提供了其他優(yōu)點，在該固定長度判定窗口中，多個轉(zhuǎn)移路徑會聚于一單個狀態(tài)。對于判定窗口中的每個狀態(tài)，確定次最佳序列的一個可能候選和相聯(lián)軟值，并將其與一個為次最佳序列存儲的候選和相聯(lián)次最佳軟值進行比較。如果與可能的候選序列相聯(lián)的軟值(可靠性指示項)低于與存儲的候選序列相聯(lián)的次最佳軟值，并且可能的候選序列和由維特比算法產(chǎn)生的最佳序列會聚在判定窗口內(nèi)的一個共同狀態(tài)，則次最佳序列的可能候選取代次最佳序列的存儲候選。依據(jù)本發(fā)明的方法允許從存儲器中舍棄先前的軟值和最佳轉(zhuǎn)移路徑，這樣則整個網(wǎng)格不必都保存以完成譯碼操作。
附圖簡要說明下面結(jié)合附圖進行最佳實施例的詳細(xì)說明，由此可以獲得對本發(fā)明更詳盡的理解，在附圖中相似的標(biāo)號代表相似的部件，其中圖1是可以使用本發(fā)明方法的一個常規(guī)通信系統(tǒng)中的接收機的方框圖；圖2是顯示依據(jù)本發(fā)明的一個實施例在維特比網(wǎng)格中的一個代表性判定窗口的示意圖；以及圖3是說明依據(jù)本發(fā)明的一個實施例的方法的流程圖。
最佳實施例的詳細(xì)說明現(xiàn)在參考圖2，顯示了一個長度為w”+w’的固定長度判定窗口。可以看出，所有的回溯序列都通過狀態(tài)S。依據(jù)本發(fā)明的方法，從該狀態(tài)可以產(chǎn)生一個可能的候選序列。
常規(guī)的維特比算法(VA)在概率意義上估計最大可能的發(fā)送的位序列。為了產(chǎn)生該序列的可能選擇的一個列表，依據(jù)本發(fā)明，在譯碼器中產(chǎn)生或保存下列附加信息-關(guān)于被VA排除的路徑的信息被保存。為t=k和t=k+w’之間的所有狀態(tài)完成該保存，參見圖2。因此，所需的存儲器為w’*N*w”位。在t=k+w’判定哪些路徑作為次最佳路徑被保存(在常規(guī)VA中未進行的判定)。在t=k+w’進入狀態(tài)S列的每個狀態(tài)中的次最佳路徑被存儲，直到固定長度判定窗口列已經(jīng)移出t=k。
-在t=k和t=k+w’之間的每個狀態(tài)的可靠性測量、也稱作“軟”測量被保存。這個可靠性測量表示從該狀態(tài)移出的位的確定性。可以將該可靠性測量例如計算為在時間t=k+w’處導(dǎo)向相同狀態(tài)的兩個輸入路徑之間的累積度量的絕對差值。一個路徑相應(yīng)于被移出的“1”碼元，另一個路徑相應(yīng)于被移出的“0”碼元。每次判定窗口移動時，為新列(圖2中的最右列)確定下一個最佳路徑和軟值。
-產(chǎn)生一個閾值M工NSOFT，并用其確定是否需要為一個備選序列產(chǎn)生一個可能的候選。
為了在判定窗口內(nèi)產(chǎn)生備選序列，執(zhí)行常規(guī)的VA，直到判定窗口充滿了估計出的碼元。在經(jīng)過w”+w’位時間之后(從0開始)，判定窗口充滿，可以導(dǎo)出可能的備選序列。因此，為了在此時為最佳序列產(chǎn)生一個可能的備選，可以將圖2中的黑體顯示的VA估計序列部分與一個備選序列進行交換。這種操作的條件為-要從狀態(tài)S移出的位具有一個低于當(dāng)前閾值MINSOFT的軟值。也就是說，該位不如其他先前譯碼的各個位可靠。在時間t=k+w’從最佳路徑確定狀態(tài)S；以及-由VA估計的序列(如圖2所示)和備選序列必須在判定窗口內(nèi)、即在t=k-w”之前重新合并，以達到備選序列的正確“結(jié)束”。
如果這些條件滿足了，應(yīng)該構(gòu)造一個可能的備選序列。這是通過選擇導(dǎo)向狀態(tài)S的其他路徑(由圖2中的虛線所示)然后回溯該網(wǎng)格來執(zhí)行的。MINSOFT被更新到狀態(tài)S的軟值，次最佳序列的前一個候選被新找到的序列所代替。
當(dāng)構(gòu)造了可能的備選序列時，就應(yīng)該作出新的位判定了。判定窗口被移動(向圖2中的右方)，以便為新接收的位移出空間。不管一個可能的備選序列產(chǎn)生與否，判定窗口的長度是固定的。參見圖2，判定窗口現(xiàn)在包含在t=k-w”+1和t=k+w’+1之間的網(wǎng)格。現(xiàn)在可以在t=k+1的列中找到狀態(tài)S。再次執(zhí)行前面解釋的方案，以檢驗是否可以產(chǎn)生一個在t=k+1和t=k-w”+1之間的序列(參見圖2中的位)。執(zhí)行這些步驟，直到網(wǎng)格結(jié)束，即在當(dāng)前信號列中的所有位都已經(jīng)被譯碼。
為了產(chǎn)生發(fā)送序列的兩個估值，由常規(guī)VA產(chǎn)生最佳估值，并且依據(jù)本發(fā)明產(chǎn)生次最佳估值。為了產(chǎn)生一些數(shù)目(L)的估計序列的列表，可以將上述算法擴展到處理備選序列的可能候選的一個列表，其中，候選序列與其相應(yīng)的MINSOFT值一起被保存。當(dāng)進行是否要產(chǎn)生一個新候選序列的判定時，檢驗列表，是否狀態(tài)S的軟值小于任何一個存儲的MINSOFT值。如果是這種情況，執(zhí)行產(chǎn)生并將新找到的候選插入該列表中。進行該插入以保持按增加的MINSOFT值分選的列表。也就是說，最好根據(jù)下降概率來分選列表。判定窗口被位移，重復(fù)這種過程。
現(xiàn)在參考圖3，顯示了描述依據(jù)本發(fā)明的一個實施例的譯碼方法的流程圖。該方法可以在一個譯碼器、解調(diào)器、均衡器或其他類似設(shè)備中實現(xiàn)，以便從一個接收的編碼數(shù)據(jù)序列確定出最可能的數(shù)據(jù)序列。流程圖開始于步驟100，其中，圖2中顯示的固定長度判定窗口被更新(位移)，并且執(zhí)行一個常規(guī)的VA譯碼，以確定最佳轉(zhuǎn)移路徑。如圖2所示，判定窗口包括一個狀態(tài)，其中多個轉(zhuǎn)移路徑在時間t=k會聚到該狀態(tài)，并從時間t=k向前延伸第一時間或位偏移w’，從時間t=k向后延伸第二時間或位偏移w”。
在步驟101，確定是否已經(jīng)由譯碼器接收了多于w”位。由于直至w”位沒有備選序列與最佳序列不同，所以不需要為前w”位保存任何附加信息。
在步驟102，為在當(dāng)前時間t=k+w’的每個狀態(tài)確定一個可能的下一個最佳轉(zhuǎn)移路徑和相關(guān)軟信息(可靠性指示項)。這是通過回溯網(wǎng)格來執(zhí)行的，以便為在t=k+w’的每個狀態(tài)確定最佳和次最佳序列。將該軟值計算為(度量0-度量1)的絕對值，其中度量0和度量1是累積的幅度度量。在步驟103，確定判定窗口是否是滿的。如果是，在步驟104，選定狀態(tài)S(由回溯網(wǎng)格從在t=k+w’的具有最佳可靠性指示項的狀態(tài)找到的狀態(tài))。
在步驟105，將在步驟104確定的狀態(tài)S的軟信息(可靠性指示項)SOFT與一個閾值可靠性指示項MINSOFT進行比較；如果SOFT不低于MINSOFT，處理返回到步驟100，固定長度判定窗口位移，并確定一個新的最佳狀態(tài)S。應(yīng)該理解，如果估計了L序列的一個列表，則有(L-1)個MINSOFT值。
如果SOFT小于MINSOFT，該方法進行到步驟106，其中，確定在由瞬時k、時間偏移w’和下一個最佳路徑的長度w”限定的判定窗口結(jié)束之前最佳和次最佳路徑是否已經(jīng)在某些點合并。如果下一個最佳路徑的最佳和可能候選還沒有合并(即，序列在多于w”位中不同)，處理返回到步驟100，固定長度判定窗口被位移，并且確定一個新狀態(tài)S。如果下一個最佳路徑的最佳和可能候選已經(jīng)合并，在步驟107將MINSOFT的值設(shè)置為等于SOFT的值，從存儲器中舍棄前面的下一個最佳路徑，并保存長度為w”的新的下一個最佳路徑。
上述方法例如可以在一個如圖1所示的GSM系統(tǒng)的信道譯碼器中實現(xiàn)。可以以機器可讀的計算機代碼將該方法編碼在一種合適的存儲介質(zhì)上，例如計算機磁盤。一個典型的判定窗口例如具有31位的長度和大約14位的偏移w’。應(yīng)該理解，也可以使用其他判定窗口長度和偏移w’。
在上述說明中，術(shù)語“路徑”和“序列”可以互換地使用。
雖然上述的說明已經(jīng)包括了許多細(xì)節(jié)和特例，應(yīng)該理解，這些僅僅是例示性的，并不是用于限制本發(fā)明。對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，在不偏離由附帶的權(quán)利要求書與其合法等同所限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以容易地作出很多修改。
權(quán)利要求
1．一種對具有編碼數(shù)據(jù)碼元的發(fā)送的通信信號序列進行譯碼的方法，包括步驟為處于一個譯碼器的譯碼網(wǎng)格內(nèi)的判定窗口中的每個狀態(tài)，確定用于下一個最佳譯碼路徑的可能候選和相聯(lián)的可靠性指示項，將用于下一個最佳譯碼路徑的每個可能候選與一個存儲的最佳譯碼路徑進行比較；如果可靠性指示項不低于一個閾值或者最佳譯碼路徑以及一個可能的下一個最佳譯碼路徑在判定窗口期間還沒有合并，位移判定窗口；以及如果可靠性指示項低于該閾值并且最佳譯碼路徑以及一個可能的下一個最佳譯碼路徑在判定窗口期間已經(jīng)合并，將一個新閾值定義為該可靠性指示項，保存與新閾值相聯(lián)系的可能的下一個最佳路徑，作為存儲器中下一個最佳路徑的一個新存儲的候選，舍棄所有其他下一個最佳路徑，并位移判定窗口。
2．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，可靠性指示項基于下一個最佳譯碼路徑中的每個譯碼碼元的幅度。
3．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，判定窗口是一個固定長度判定窗口。
4．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，使用維特比算法在確定步驟之前對判定窗口中的每個狀態(tài)進行譯碼。
5．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，將可靠性指示項計算為|度量0-度量1|，其中度量0和度量1是順序譯碼碼元的累積度量的幅度測量。
6．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，僅僅在數(shù)據(jù)碼元的一個接收閾值已經(jīng)由譯碼器接收到之后才執(zhí)行確定步驟。
7．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，僅僅在判定窗口內(nèi)的所有碼元已經(jīng)由譯碼器接收到之后才執(zhí)行確定步驟。
8．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，存儲的最佳譯碼路徑是由維特比算法產(chǎn)生的。
9．一種以機器可讀的計算機代碼編碼的存儲介質(zhì)，包括為處于一個譯碼器網(wǎng)格內(nèi)的判定窗口中的每個狀態(tài)確定下一個最佳譯碼路徑的可能候選和相聯(lián)的次最佳可靠性指示項，將下一個最佳譯碼路徑的每個可能候選與一個存儲的最佳譯碼路徑進行比較的裝置；如果次最佳可靠性指示項不低于一個可靠性閾值或者最佳譯碼路徑與一個可能的下一個最佳譯碼路徑在判定窗口期間還沒有合并而移動判定窗口的裝置；以及如果可靠性指示項低于該閾值并且最佳譯碼路徑與一個可能的下一個最佳譯碼路徑在判定窗口期間已經(jīng)合并，將一個新可靠性閾值定義為可靠性指示項，在存儲器中保存與新可靠性閾值相聯(lián)系的可能的下一個最佳路徑，舍棄所有其他下一個最佳路徑，并移動判定窗口的裝置。
10．如權(quán)利要求9所述的存儲介質(zhì)，其特征在于，可靠性指示項基于下一個最佳譯碼路徑中的每個譯碼碼元的幅度。
11．如權(quán)利要求9所述的存儲介質(zhì)，其特征在于，判定窗口是一個固定長度判定窗口。
12．如權(quán)利要求9所述的存儲介質(zhì)，其特征在于，在判定窗口中的每個狀態(tài)已經(jīng)預(yù)先使用維特比算法被譯碼。
13．如權(quán)利要求9所述的存儲介質(zhì)，其特征在于，將可靠性指示項計算為|度量0-度量1|，其中度量0和度量1是順序譯碼碼元的累積度量的幅度測量。
14．如權(quán)利要求9所述的存儲介質(zhì)，其特征在于，僅僅在數(shù)據(jù)碼元的一個閾值已經(jīng)由譯碼器接收到之后才執(zhí)行確定功能的裝置。
15．如權(quán)利要求9所述的存儲介質(zhì)，其特征在于，僅僅在判定窗口內(nèi)的所有碼元已經(jīng)由譯碼器接收到之后才執(zhí)行確定功能的裝置。
16．如權(quán)利要求9所述的存儲介質(zhì)，其特征在于，存儲的最佳譯碼路徑是由維特比算法產(chǎn)生的。
全文摘要
這里公開了一種使用例如在一個網(wǎng)格譯碼器中的全長度判定窗口對發(fā)送數(shù)據(jù)序列進行譯碼的方法,其中轉(zhuǎn)移路徑在該判定窗口中會聚。將判定窗口內(nèi)的轉(zhuǎn)移路徑和其相聯(lián)軟值與下一個最佳路徑的存儲候選和相聯(lián)的存儲軟值進行比較。根據(jù)比較結(jié)果以及轉(zhuǎn)移路徑和最佳路徑在判定窗口內(nèi)是否合并,移動判定窗口,或者下一個最佳轉(zhuǎn)移路徑的存儲候選及相聯(lián)存儲軟值被下一個最佳路徑的可能候選及相聯(lián)軟值所替代。然后移動判定窗口。
文檔編號H03M13/45GK1224545SQ9719610
公開日1999年7月28日 申請日期1997年5月12日 優(yōu)先權(quán)日1996年5月10日
發(fā)明者N·斯藤斯特倫, K·約翰森 申請人:艾利森電話股份有限公司