專利名稱：減小的搜索符號估值算法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的涉及用于數(shù)字通信系統(tǒng)的編碼算法，更具體地，涉及用于對卷積碼譯碼的減小的搜索符號估值算法。
背景技術(shù)：
通信系統(tǒng)的基本功能是通過通信信道從產(chǎn)生信息的源發(fā)送信息到一個或多個目的地。在數(shù)字通信系統(tǒng)中，信息被變換成數(shù)字格式，然后通過通信信道被發(fā)送。數(shù)字信息的傳輸要受到通信信道的各種有害的影響，諸如同信道和相鄰信道干擾、噪聲、色散和衰落。這些影響把誤碼(被稱為“信道誤碼”)引入到發(fā)送的數(shù)據(jù)流中。這些影響在無線通信系統(tǒng)中特別嚴重。
在1948年，Claude E.Shannon在著名的論文中證明通過在傳輸前對數(shù)字信息的適當?shù)木幋a，由噪聲信道引入的誤碼可以減小到任何想要的水平，而不會犧牲信息傳輸?shù)乃俾?。編碼是在信息傳輸之前把冗余度附加到信息的過程，這樣，在傳輸期間可能出現(xiàn)的錯誤可被檢測和/或被糾正。在接收端，譯碼器利用冗余信息和編碼方案的先驗的知識，檢測和/或糾正在信息傳輸期間可能出現(xiàn)的錯誤。
通常在數(shù)字通信系統(tǒng)中使用的一種糾錯碼是卷積碼。在卷積碼中，信息序列一次饋送到編碼器k個比特。對于輸入到編碼器的每k個比特，輸出n個比特(n＞k)。n個輸出比特形成從一組碼字C中選擇的一個碼字。因此，卷積碼代表k個輸入比特到從碼字組C中選擇的一個n比特的碼字的映射。
卷積碼的一個基本特性是由編碼器輸出的每個碼字不僅由k個輸入比特確定，然而也由在前一個編碼間隔期間輸入的信息比特確定。對先前的信息比特的依賴性使得編碼器的作用像一個有限狀態(tài)機。通常使用來表示卷積碼的一個方法是采用網(wǎng)格圖。

圖1上顯示對于編碼率1/2的卷積碼的示例性網(wǎng)格圖。在圖1所示的代碼中，在每個編碼間隔期間輸入1個比特到編碼器，以及輸出2比特。編碼的輸出因此可以取四個可能的數(shù)值中的一個數(shù)值。每個網(wǎng)格節(jié)點相應于四個可能的數(shù)值中的一個數(shù)值以及常常作為節(jié)點或狀態(tài)被返回。網(wǎng)格圖中每列節(jié)點代表一個被稱為編碼間隔或階段的時刻。節(jié)點組在每個編碼間隔內(nèi)重復。在各狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移在網(wǎng)格圖上用連接相鄰的編碼間隔的節(jié)點的分支來代表。每個分支與已被發(fā)送的特定的符號或碼字相聯(lián)系。一系列被連接的分支規(guī)定網(wǎng)格上的一條路徑。每條路徑代表正確接收的符號序列。
在網(wǎng)格圖上編碼是從左到右地進行的。在每個編碼間隔，k個比特被輸入到編碼器，它產(chǎn)生包含n個比特的編碼的輸出。網(wǎng)格圖上從起始狀態(tài)延伸到末尾狀態(tài)的每條路徑對應于一個正確的符號序列。重要的是應指出，在正確的符號序列與通過網(wǎng)格的路徑之間有一對一的相應關(guān)系。譯碼器的功能是根據(jù)接收的序列來確定所發(fā)送的符號序列。
已經(jīng)提出多種用于譯碼卷積碼的方法。由這些不同的方法中的每個方法實施的基本任務基本上是相同的找出“最接近”于接收序列的通過網(wǎng)格的路徑。最接近的路徑對應于具有被傳輸給出接收序列的最高的概率的代碼序列。
被認為最佳的、用于譯碼接收符號序列的方法被稱為最大或然率序列估值(MLSE)。在MLSE中，譯碼器試圖找出最好地匹配于接收符號序列的、通過網(wǎng)格的路徑。網(wǎng)格的每個分支被分配一個量度值，它代表對應于作為被發(fā)送的符號序列的一部分的那個分支的符號的或然率。然后，通過把與路徑上每個分支有關(guān)的分支量度相加在一起，從而計算出對于一條路徑的路徑量度。最緊密地匹配于接收符號序列的路徑是具有最低積累的路徑量度的路徑。相應于具有最低路徑量度的路徑的符號序列被作為譯碼的序列而輸出。
在大多數(shù)代碼中，可能的通過網(wǎng)格的路徑的數(shù)目相當大，所以，不可能計算對于每條可能的通過網(wǎng)格的路徑的路徑量度。所以，在尋找簡化找出最接近于接收符號序列的路徑的任務的新的算法上，已經(jīng)花費了很大的精力。一個這樣的算法被稱為維特比(Viterbi)算法。
在Viterbi算法中，通過在每個階段從開始點到結(jié)尾點順序移動通過網(wǎng)格以便對于每個狀態(tài)或節(jié)點保持一條“殘存路徑”，從而找出具有最低路徑量度的路徑。殘存路徑被定義為引導到具有最低積累路徑量度的特定的節(jié)點的路徑。對于任何給定的間隔，將有M個殘存狀態(tài)，其中M是可能的狀態(tài)或節(jié)點的數(shù)目。一旦對于每個狀態(tài)確定殘存路徑，殘存路徑就被延伸到下一個間隔，并確定對于下一個階段的殘存狀態(tài)?？梢圆幌薅ǖ剡M行遞歸，使殘存路徑的數(shù)目不超過M。當達到最后的階段時，譯碼器確定最后的殘存路徑中哪條路徑是最佳的，以及輸出相應的比特。
即使Viterbi算法大大地簡化尋找最接近路徑的任務，但Viterbi算法的復雜性隨編碼器的存儲器增加而指數(shù)地增長。因此，Viterbi算法不適用于具有長的約束長度的代碼。另一個缺點是Viterbi算法產(chǎn)生硬判決。
另一個通常使用的算法被稱為M算法(MA)。在MA中，對于網(wǎng)格中的每個編碼間隔，由譯碼器保持的殘存路徑的數(shù)目被限制為小于可能的狀態(tài)數(shù)目的一個固定數(shù)目N。在每個階段，MA根據(jù)積累的路徑量度選擇N條路徑。因此，在任何給定的時間間隔，MA把通過網(wǎng)格的搜索限制為固定數(shù)目的狀態(tài)。如果對于N的選擇的數(shù)值太小，將會存在刪除相應于發(fā)送符號序列的路徑的高概率，因此將會存在高的錯誤概率。
符號估值算法提供了一種序列估值算法的替換方案。這類算法雖然典型地比起序列估值算法更復雜，以及也并不太多地被了解，但它具有某些優(yōu)點。一個優(yōu)點是符號估值算法產(chǎn)生符號可靠度數(shù)值(軟數(shù)值)以作為它們正常設(shè)計的一部分。相反，為了產(chǎn)生可靠度數(shù)值，Viterbi算法需要進行修正。而且，由修正的Viterbi算法產(chǎn)生的軟數(shù)值不如由符號估值算法產(chǎn)生的軟數(shù)值精確。
雖然在本專利申請中，我們集中在本發(fā)明對卷積碼譯碼器的應用上，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將會看到，我們的發(fā)明可被使用于在存在符號間干擾時數(shù)字符號的估值(即，對于MAP均衡)。
發(fā)明概要本發(fā)明是類似于MAP譯碼器的減小的搜索符號估值算法。減小的搜索符號估值算法包括前向遞歸、后向遞歸、以及組合步驟。對于每個階段k，譯碼器執(zhí)行直到階段k-1的前向遞歸和直到階段k的后向遞歸。為了減小復雜性，譯碼器在前向和后向遞歸期間不保持所有的階段。相反，在前向和后向遞歸的每個階段，殘存狀態(tài)的數(shù)目被限制為小于可能狀態(tài)數(shù)目的預定數(shù)目的狀態(tài)。在前向遞歸中的殘存狀態(tài)用Qk表示。在后向遞歸中的殘存狀態(tài)用Rk表示。在遞歸的每個階段，譯碼器把分支從原先的階段的殘存狀態(tài)向前(或向后)延伸一個階段。延伸的分支結(jié)束時的狀態(tài)成為候選狀態(tài)。譯碼器比較對于每個候選狀態(tài)的分支BK的積累的路徑量度，以及保持小于總的狀態(tài)數(shù)目的預定數(shù)目的狀態(tài)。
在組合步驟期間，通過組合在Qk-1中對于殘存狀態(tài)的前向狀態(tài)量度、在Rk中對于殘存狀態(tài)的后向狀態(tài)量度、和在兩個組中連接各殘存狀態(tài)的分支量度，可以計算對于當前的狀態(tài)k的對數(shù)或然率比值或軟數(shù)值。為了計算或然率比值，把連接分支的組Bk劃分成兩個子集Bk0和Bk1，分別相應于對于當前的比特的0或1。對數(shù)或然率然后由下式給出Lk=maxBk0*(αk-1(s′)=ck(s′,s)+βk(s))-maxBk12(αk-1(s′)+ck(s′,s)+βk(s))]]>為了防止組Bk成為空的，譯碼器可以在前向和后向遞歸期間執(zhí)行增擴步驟。例如，假設(shè)在后向遞歸期間執(zhí)行增擴步驟。譯碼器執(zhí)行完全的前向遞歸，存儲每個階段的殘存狀態(tài)的狀態(tài)量度。在后向遞歸期間，譯碼器根據(jù)積累的路徑量度確定每個階段的殘存狀態(tài)。然后，譯碼器確定在后向遞歸中在狀態(tài)k的殘存狀態(tài)是否包括了一個在同一個階段來自前向遞歸的殘存狀態(tài)。如果不包括的話，譯碼器從前向遞歸的同一個階段選擇一個殘存狀態(tài)來作為后向遞歸的殘存狀態(tài)而加以包括。這個程序過程也可被使用來確保任一個Bk的子集都不是空的。
在本發(fā)明的另一個實施例中，增擴步驟在前向和后向遞歸之后、但在計算或然率比值之前執(zhí)行。也就是，在計算或然率比值之前，譯碼器確定是否存在任何連接的分支，它用于把Qk-1中的殘存狀態(tài)連接到Rk中的后向殘存狀態(tài)。如果不存在的話，則選擇另一個殘存狀態(tài)以便將其包括在Qk-1或Rk中，從而使得能夠計算或然率比值。通過從一個殘存狀態(tài)向前(或向后)延伸分支一個階段以及選擇最好的延伸的路徑，可以選擇另一個狀態(tài)。另一個方法是從一個當前的殘存狀態(tài)沿著殘存路徑回退，以便找出先前被刪除的路徑。例如，譯碼器從Rk中的殘存狀態(tài)回退，以便找出被連接到Qk中的成員的已刪除的分支。最短的再生的路徑被包括在Rk中。
附圖簡述圖1顯示對于1/2編碼率的卷積碼的網(wǎng)格圖。
圖2顯示數(shù)字通信系統(tǒng)的方框圖。
圖3是顯示通過使用來自前向和后向遞歸的積累的路徑量度來計算譯碼符號的或然率比值的方法的網(wǎng)格圖。
圖4是顯示本發(fā)明的譯碼方法的流程圖。
圖5是顯示被使用來實施譯碼方法的修正的M算法的流程圖。
圖6是顯示具有附加增擴步驟的修正的M算法的流程圖。
圖7是顯示具有增擴步驟的譯碼方法的第二實施例的流程圖。
圖8是顯示被使用來實施譯碼方法的用于再生的方法的網(wǎng)格圖。
發(fā)明詳細描述圖2顯示數(shù)字通信系統(tǒng)，總的用數(shù)字10表示。系統(tǒng)10總的包括發(fā)射機14和接收機30，它們由通信信道12相聯(lián)系。發(fā)射機14包括源編碼器16、信道編碼器20和調(diào)制器22。信息源提供源數(shù)據(jù)流I，它最終被輸送到接收機30。這個源數(shù)據(jù)假設(shè)是數(shù)字化的格式，以及被直接傳送到源編碼器16。源編碼器16用于去除冗余性，或使得源數(shù)據(jù)流隨機化，從而生成信息序列X，它對于最大信息內(nèi)容是最佳化的。來自源編碼器16的信息序列被傳送到信道編碼器18。
信道編碼器18被設(shè)計成可以把冗余性單元引入到由源編碼器16提供的信息序列X，以便生成編碼的輸出Y。雖然一開始對于前面討論的源編碼器18的功能出現(xiàn)在奇數(shù)，實際上，由信道編碼器18添加上的冗余性可用來增強通信系統(tǒng)的糾錯能力。通過以受控制的方式把冗余性引入到信息序列，一個已知所使用的代碼的接收機可以通過利用冗余的信息檢測和在可能情況下糾正在傳輸期間可能發(fā)生的錯誤。
調(diào)制器20把信道編碼器18接口到通信信道12。調(diào)制器20從信道編碼器18接收編碼的輸出，以及生成可以通過信道12有效地發(fā)送的波形。術(shù)語“信號星座圖”常常指可提供來用于映射信道編碼器18的編碼的輸出的、可能的信號波形組。這些輸出的波形或信號星座圖方案通常是根據(jù)通信系統(tǒng)的技術(shù)條件、最佳檢測性能、功率要求，或帶寬可提供性而被選擇的。在數(shù)字通信系統(tǒng)中使用的典型的信號星座圖包括16QAM、8-PSK、4-PSK等等。
在數(shù)字通信系統(tǒng)10的接收機30處，解調(diào)器32在任何給定的時間處理輸出波形(它在傳輸期間被信道12弄亂)，以確定星座圖中哪個可能的信號被發(fā)送。例如，當使用二進制調(diào)制時，解調(diào)器32處理接收的波形，以及決定發(fā)送的比特是0還是1。解調(diào)器的輸出是所接收到的序列Z。解調(diào)器32的輸出被傳送到譯碼器34，它試圖根據(jù)由信道編碼器16使用的代碼的先驗的知識來重建原先的信息序列X。解調(diào)器32和譯碼器34工作好壞的量度值是譯碼序列中出現(xiàn)錯誤的頻率。作為最后的步驟，當需要模擬輸出時，源譯碼器36接受來自譯碼器34的輸出序列，以及根據(jù)源編碼的方法的知識，試圖重建來自信息源的原先的信號。重建的信號與原先的信號之間的差別是由通信系統(tǒng)引入的失真的量度值。
MAP譯碼器使用后驗概率來得出被發(fā)送的信息符號的估值。例如，假設(shè)信息序列x被映射為碼字y。對于第k個比特xk，令C0表示在C中的、相應于在第k個位置具有0的信息塊的碼字，以及C1表示在C中的、相應于在第k個位置具有1的信息塊的的碼字。MAP譯碼器處理接收的序列z，以便通過使用以下的公式產(chǎn)生對于給定的信息比特xk的對數(shù)或然率比值LkLk=ln(Σy∈C0p(y|z)Σy∈C1p(y|z))]]>公式(1)MAP譯碼器計算譯碼處理的每個階段的或然率比值，以及根據(jù)或然率比值選擇符號?；蛉宦时戎档姆肿邮撬械拇a字y在C0的概率的總和。或然率比值的分母是所有的碼字y在C1的概率的總和。如果比值大于1，譯碼器輸出一個0作為xk的估值。如果比值小于1，譯碼器輸出一個1作為xk的估值。用來產(chǎn)生(1)的熟知的技術(shù)是BCJR算法。BCJR算法在“Optimal Decoding of Linear Codes for MinimizingSymbol Error Rate(用于使得誤符號率最小化的線性碼的最佳譯碼)”，IEEE J.Trans.Information Theory，vol.IT-20，pp.284-287，1974中詳細描述，該論文在此引用，以供參考。MAP譯碼器在計算上很繁重的，但具有產(chǎn)生軟數(shù)值作為譯碼過程的正常部分的優(yōu)點。
方程(1)不單可被使用來找出信息比特的對數(shù)或然率，也可以找出編碼的比特的對數(shù)或然率。這在多遍解調(diào)(multi-passdemodulation)時是特別有用的，它有時被稱為Turbo均衡，其中解調(diào)是通過使用來自譯碼器的信息第二次被執(zhí)行的。優(yōu)選地，固有的信息被傳送到第二遍解調(diào)器，它是通過從譯碼器輸出對數(shù)或然率數(shù)值中減去第一遍解調(diào)器對數(shù)或然率數(shù)值而形成的。通常，可以使用對數(shù)或然率或或然率數(shù)值，以及通常被稱為軟數(shù)值。
在“An Intuitive Justification and a Simple Implementation of theMAP Decoder for Convolutional Codes(用于卷積碼的MAP譯碼器的直觀證明和簡單的實施方案)”，IEEE J.Selected Areas inCommunication，Vol.16，pp.260-264(1998)中描述了MAP譯碼的方法，它包括前向和后向譯碼步驟以及組合步驟。參照圖3，假設(shè)對于第k比特尋求Lk。為了簡化討論，假設(shè)網(wǎng)格是二進制，這樣，一個分支相應于單個比特。處理過程很容易被一般化為處理每個分支的多個比特。通過應用Viterbi算法，計算在第k階段對于每個開始狀態(tài)s’的前向狀態(tài)量度。把第(k-1)節(jié)點的狀態(tài)s’的狀態(tài)量度表示為ak-1(s’)，把第k節(jié)點的狀態(tài)s的狀態(tài)量度表示為ak(s)，以及把連接節(jié)點k-1的狀態(tài)s’與節(jié)點k的狀態(tài)s的分支量度表示為ck(s’，s)，對于給定的狀態(tài)s的前向量度可由下式給出ak(s)=max*s′(ak-1(s′)+ck(s′,s))]]>公式(2)通過執(zhí)行后向Viterbi算法，計算在第k階段對于每個結(jié)尾狀態(tài)s的后向狀態(tài)量度。把第(j-1)節(jié)點的狀態(tài)s’的狀態(tài)量度表示為bj-1(s’)，把第k節(jié)點的狀態(tài)s的狀態(tài)量度表示為bj(s)，以及把連接節(jié)點k-1的狀態(tài)s’與節(jié)點k的狀態(tài)s的分支量度表示為ck(s’，s)，對于給定的狀態(tài)s’的后向量度可由下式給出bj-1(s′)=maxs*(bj(s)+cj(s′,s))]]>公式(3)在前向和后向遞歸中使用的函數(shù)max*被定義為如下max*(u1,u2,....un)=ln(eu1+eu2+...+eun)]]>公式(4)對于給定的節(jié)點k，然后通過組合對于開始狀態(tài)s’的前向狀態(tài)量度、對于結(jié)尾狀態(tài)s的后向狀態(tài)量度、以及連接開始和結(jié)尾狀態(tài)s和s’的分支而計算或然率比值。連接分支組B被劃分成相應于xk＝0的分支組B0和相應于xk＝1的互補分支組B1?；蛉宦时戎等缓笥上率浇o出Lk=maxB0*(ak-1(s′)+ck(s′,s)+bk(s))]]>-maxB1*(ak-1(s′)+ck(s′,s)+bk(s))]]>公式(5)MAP譯碼的一個問題是，它通常比序列譯碼復雜。本發(fā)明是減小復雜性的符號估值算法，它近似于具有低得多的復雜度的MAP譯碼器。
簡述之，減小的搜索符號估值算法包括前向遞歸、后向遞歸、和組合步驟。為了減小復雜性，本發(fā)明并不保持在前向和后向遞歸期間的所有的狀態(tài)。相反，在在前向和后向遞的每個階段，殘存狀態(tài)數(shù)目被限制為從候選狀態(tài)組中選擇的預定的數(shù)目的狀態(tài)。候選狀態(tài)是被分支連接到來自先前的遞歸的狀態(tài)的殘存狀態(tài)的那些狀態(tài)。譯碼器比較對于每個候選狀態(tài)的累積的路徑量度，并且保持一個特定的狀態(tài)數(shù)目，它小于網(wǎng)格中總的狀態(tài)數(shù)。對于前向遞歸，保持的狀態(tài)或殘存狀態(tài)(用Qk表示)連同相應的狀態(tài)量度一起被存儲。對于后向遞歸，保持的狀態(tài)(用Rk表示)連同相應的狀態(tài)量度一起被存儲。在組合步驟期間，Lk的計算被限制于分別在前向和后向遞歸時連接殘存狀態(tài)s和s’的分支(s，s’)。
圖4是顯示本發(fā)明的譯碼方法的流程圖。假設(shè)對于信息比特xk尋求Lk。通過使用減小復雜性搜索算法(諸如M算法)對于所有的階段執(zhí)行通過網(wǎng)格的前向遞歸(方塊102)。前向遞歸由下式定義ak(s)=maxs′*(αk-1(s′)+ck(s′,s))]]>公式(6)其中αk-1(s’)是與屬于在k-1階段的殘存狀態(tài)組Qk-1的狀態(tài)s’有關(guān)的狀態(tài)量度。后向遞歸是在網(wǎng)格的結(jié)尾狀態(tài)開始執(zhí)行的，一直到階段k(方塊104)。后向遞歸由下式定義bk-1(s′)=maxs′*(βk(s)+ck(s′,s))]]>公式(7)
其中βk-1(s’)是與屬于在階段k的殘存狀態(tài)組Rk的狀態(tài)s有關(guān)的狀態(tài)量度。對于存在連接的分支的所有的對(s’，s)，有可能組合狀態(tài)s’的前向狀態(tài)量度、狀態(tài)s的后向狀態(tài)量度、和對于連接分支的分支量度，以便得到對于第k比特的或然率。連接對(s’，s)的分支用Bk表示。在執(zhí)行后向遞歸后，譯碼器34確定是否存在連接對(s’，s)的分支Bk(方塊106)。在不存在分支Bk塊的情形下，譯碼器34必須執(zhí)行附加的運行，以產(chǎn)生或然率比值(方塊110)。為了計算或然率比值，連接分支組Bk被劃分成兩個子集Bk0和Bk1，分別相應于對于正確的比特的0或1?；蛉宦时戎等缓笥上率浇o出Lk=maxBk0*(ak-1(s′)+ck(s′,s)+βk(s))-maxBk1*(ak-1(s′)+ck(s′,s)+βk(s))]]>公式(9)它被進行計算(方塊108)以及作為軟判決輸出(方塊112)。
在輸出符號后，譯碼器檢驗是否達到最后的階段(方塊114)。如果不是的話，則譯碼器移到下一階段，重復步驟104-112。當達到最后的階段時，遞歸結(jié)束(方塊116)。
用來執(zhí)行前向和后向遞歸的算法優(yōu)選地是被稱為M算法(MA)的算法變例，以及被顯示于圖5。這個算法在這里稱為修正的M算法(M*A)。譯碼器34通常被初始化到全零狀態(tài)，以及積累的路徑量度被初始化為零(方塊202)。譯碼器34把分支從每個當前的殘存狀態(tài)延伸到下一個階段(方塊204)。在延伸的分支的結(jié)尾處的狀態(tài)被稱為候選狀態(tài)。在遞歸的初始階段，只有單個殘存狀態(tài)，它是全零狀態(tài)。然后通過使用方程(4)所示的max*功能或(4)的任何近似，計算對于每個候選狀態(tài)的路徑量度(方塊206)。某些狀態(tài)可以具有可引導到該狀態(tài)的多條路徑。在這種情形下，譯碼器34可以使用引導到該狀態(tài)的所有的路徑的路徑量度中的較大者，這將被稱為最大積累路徑量度。或者，它可以使用max*運算來組合路徑量度。在對于候選狀態(tài)計算最大積累路徑量度后，譯碼器34根據(jù)積累路徑量度選擇最好的m個狀態(tài)(在其中m是小于可能狀態(tài)的總數(shù)的整數(shù))。在當前的階段k殘存狀態(tài)組的路徑量度(對于前向遞歸用Qk表示以及對于后向遞歸用Rk表示)然后被存儲在存儲器中(方塊210)。這個處理過程重復進行，直至達到最后的階段(方塊212)為止，這時遞歸結(jié)束(方塊214)。
如果在前向和后向遞歸的每個階段保持的殘存狀態(tài)的數(shù)目N比起總的狀態(tài)數(shù)目很小，則使用上述的減小的搜索符號估值算法會有幾個缺點。首先，組Bk可能是空的，因為在Qk-1和Rk這的殘存狀態(tài)相隔很遠。也就是，沒有連接前向遞歸中的殘存狀態(tài)與后向遞歸中的殘存狀態(tài)的分支。這意味著，譯碼器34將不能計算對于正確的比特的可靠度數(shù)值。即使組Bk不是空的，子集Bk0和Bk1之一也可能是空的。如果Bk0是空的，則它的相應的max*項必須用負無窮大或某個其他的大的負數(shù)代替。在某種意義上，這意味著，譯碼器34正在產(chǎn)生正確的比特的硬數(shù)值。
現(xiàn)在參照圖6，將描述M*A的一個修正例，它確保組Bk不是空的。首先，執(zhí)行如圖5所示的完全的前向M*A，以得出在網(wǎng)格的每個階段k的殘存狀態(tài)組Qk。在前向遞歸期間，對于階段k的殘存狀態(tài)組Qk的狀態(tài)量度被存儲在存儲器。然后執(zhí)行如圖6所示的后向遞歸。譯碼器34被初始化(方塊302)，然后把分支從開始狀態(tài)延伸到下一個階段(方塊304)。計算對于候選狀態(tài)的路徑量度(方塊306)，以及選擇殘存狀態(tài)Rk(方塊308)。在選擇殘存狀態(tài)以后，譯碼器確定Rk是否包括網(wǎng)格的同一個階段k的Qk的成員。如果沒有包括的話，除了最好的N個狀態(tài)以外，來自前向遞歸的至少一個狀態(tài)Qk被保持。Qk的被選擇的成員可代替現(xiàn)有的Rk的成員，或它僅僅被添加到現(xiàn)有的Rk成員。這個附加步驟確保Bk不是空的。等價地，相同的處理過程可被使用來增擴Qk，而不增擴Rk。為了防止Bk的子集是空的，可以選擇Qk的兩個成員以便將其包括在Rk中，一個加到相應于xk＝0的結(jié)尾的分支，另一個加到相應于xk＝1的結(jié)尾的分支。
圖7顯示譯碼方法的另一個修正例，它確保Bk的子集不是空的。在這個方法中，執(zhí)行完全的前向遞歸(方塊402)和后向遞歸(方塊404)。然后在組合步驟之前執(zhí)行增擴步驟。如圖7所示，譯碼器確定子集Bk0或Bk1是否空的。如果任一個子集都是空的，則譯碼器執(zhí)行附加的增擴步驟(方塊408)。比如說，子集Bk0是空的。譯碼器34通過加上在前向遞歸期間沒有被選擇的另一個狀態(tài)S’a來增擴組Qk-1。用于找出另一個狀態(tài)s’a的一個方法是譯碼器34把相應于xk＝0的分支從Rk中的每個殘存狀態(tài)加以延伸并且選擇最好的狀態(tài)，以及把它添加到組Qk-1。另一個狀態(tài)可以作為附加成員添加到Qk-1，或可以代替Qk-1的現(xiàn)有的成員。相同的方法可被使用來確保子集Bk-1不是空的。在增擴步驟以后，可以計算或然率比值(方塊410)。在計算或然率比值后，譯碼器34選擇一個符號來加以輸出(方塊412)。在輸出一個符號后，譯碼器34檢驗是否到達最后階段(方塊416)。如果不是的話，譯碼器34移到下一級(方塊418)，以及重復進行步驟406-412，直至到達信息塊的末尾，這時，處理過程結(jié)束(方塊420)。
圖8顯示用于增擴Qk的另一個方法，它涉及到重新產(chǎn)生先前刪除的分支。圖8顯示在執(zhí)行前向遞歸和后向遞歸以后譯碼器34的狀態(tài)。如圖8所示，不存在連接Qk-1和Rk中的殘存狀態(tài)s’，s的分支。當組Bk是空的時，譯碼器34在前向遞歸或后向遞歸時可沿著殘存路徑回退，以找出分別連接Qk-1和Rk中的殘存狀態(tài)的、先前被刪除的路徑。如圖8的箭頭所示，譯碼器34沿著殘存路徑從Rk中的每個殘存狀態(tài)回退。在回退時，譯碼器34找出被連接到Qk中的成員的、刪除的路徑(以虛線表示)。譯碼器34然后選擇它們的路徑之一，以及重新產(chǎn)生選擇的路徑。圖8顯示能引導到可能的替換狀態(tài)A1-A4的四個刪除的分支。選擇一個替換的路徑。沿著選擇的路徑在階段k的節(jié)點A1、A4被包括在Rk中。同樣的方法可被使用來再生從Qk中的一個狀態(tài)開始的前向方向中的一條路徑。這個方法也可被使用來找出使得Bk0和Bk1不會變空的、對于Qk-1和Rk的另外的狀態(tài)。
本發(fā)明在譯碼Turbo碼時是有用的。典型地，使用多級MAP譯碼。本發(fā)明可被使用來減小每級的復雜性，從而減小所需要的信號處理功率。對于蜂窩終端，這可以減小電池消耗，增加通話時間。
權(quán)利要求
1.用于譯碼一個接收序列以便得到發(fā)送序列的估值的方法，包括形成包括多個節(jié)點和多個分支的網(wǎng)格，其中每個節(jié)點代表在一個時刻的特定的狀態(tài)，以及其中每個分支代表在不同的時刻的狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移，并且相應于與所述轉(zhuǎn)移有關(guān)的可能的發(fā)送符號；指定分支量度給所述網(wǎng)格的所述分支；執(zhí)行從開始狀態(tài)起動的、通過所述網(wǎng)格的前向遞歸，以及在所述前向遞歸中在每個階段形成候選狀態(tài)組，其中所述候選狀態(tài)是從先前的遞歸中的殘存狀態(tài)引導出的、具有進入分支的那些狀態(tài)；根據(jù)所述分支量度計算對于每個候選狀態(tài)的前向路徑量度；根據(jù)對于所述候選狀態(tài)的前向路徑量度，形成從所述候選狀態(tài)組中選擇的前向殘存狀態(tài)組Q，其中Q中的成員數(shù)目小于候選狀態(tài)數(shù)目；存儲對于Q中的每個成員狀態(tài)的前向路徑量度；執(zhí)行從結(jié)尾狀態(tài)起動的、通過所述網(wǎng)格的后向遞歸，以及在所述后向遞歸中在每個階段形成候選狀態(tài)組，其中所述候選狀態(tài)是從先前的遞歸中的殘存狀態(tài)引導出的、具有進入分支的那些狀態(tài)；根據(jù)所述分支量度計算對于每個候選狀態(tài)的后向路徑量度；根據(jù)對于所述候選狀態(tài)的后向路徑量度，形成從所述候選狀態(tài)組中選擇的后向殘存狀態(tài)組R，其中R中的成員數(shù)目小于候選狀態(tài)數(shù)目；存儲對于Q中的每個成員狀態(tài)的后向路徑量度；對于所述網(wǎng)格的每個階段k，根據(jù)對于Qk-1組中的殘存狀態(tài)的所述積累的前向路徑量度、對于組Rk中的殘存狀態(tài)的所述積累的后向路徑量度、以及在連接Qk-1和Rk中的殘存狀態(tài)的分支組B中的分支的分支量度，計算軟數(shù)值。
2.按照權(quán)利要求1的譯碼方法，還包括分別在所述前向或后向遞歸期間增擴至少一個Q組和R組，以便將在同一個網(wǎng)格階段的至少一個其他組的成員包括在內(nèi)，從而使得在所述計算步驟期間B將不是空的。
3.按照權(quán)利要求2的譯碼方法，還包括根據(jù)由所述分支代表的符號來把B的成員分組為多個子集，以及其中Q組和R組中的至少一個分別在所述前向或后向遞歸期間被增擴成包括另外的成員，從而使得在所述計算步驟期間B的子集都不是空的。
4.按照權(quán)利要求1的譯碼方法，還包括在所述計算步驟之前，確定B組是否空的，以及如果是的話，則增擴Q組和R組中的至少一個，以便包括具有連接到其他組中的成員的分支的至少一個另外的成員。
5.按照權(quán)利要求4的譯碼方法，其中所述增擴步驟包括沿著引導到Q或R中的殘存狀態(tài)的殘存路徑而回退；找出被連接到其他組的成員的、刪除的路徑；重新產(chǎn)生所述刪除的路徑；以及選擇沿著重新產(chǎn)生的路徑的一個節(jié)點以便將其包括在Q或R中。
6.按照權(quán)利要求4的譯碼方法，還包括根據(jù)由所述分支代表的符號把B的成員分組為多個子集，確定B的任何的子集是否空的，以及如果是的話，就增擴至少一個Q組和R組，以便包括具有屬于B的所述空的子集的分支的另外的成員。
7.用于使用網(wǎng)格來譯碼一個接收序列以得到發(fā)送序列的估值的方法，包括執(zhí)行通過所述網(wǎng)格的前向遞歸，以及在所述前向遞歸的每個階段選擇小于可能的狀態(tài)的數(shù)目的預定的數(shù)目的殘存狀態(tài)；對于在所述前向遞歸的每個階段的所述殘存狀態(tài)，計算前向狀態(tài)量度；執(zhí)行通過所述網(wǎng)格的后向遞歸，以及在所述后向遞歸的每個階段選擇小于可能的狀態(tài)的數(shù)目的預定的數(shù)目的殘存狀態(tài)；對于在所述后向遞歸的每個階段的預定的數(shù)目的所述殘存狀態(tài)，計算后向狀態(tài)量度；在所述網(wǎng)格的每個階段，根據(jù)所述前向和后向狀態(tài)量度、和對于連接在所述前向和后向遞歸中所述殘存狀態(tài)的連接分支的分支量度，計算軟數(shù)值。
8.按照權(quán)利要求7的譯碼方法，還包括當沒有連接的分支時選擇另外的殘存狀態(tài)，以使得連接分支組不是空的。
9.按照權(quán)利要求7的譯碼方法，其中計算所述或然率比值包括把連接的分支分組成相應于由所述連接分支代表的符號的子組。
10.按照權(quán)利要求9的譯碼方法，還包括當在連接分支的子組中沒有連接的分支時選擇另外的殘存狀態(tài)，以使得空的子組成為不空的。
11.通信系統(tǒng)，包括發(fā)射機，具有用于編碼一個符號序列的編碼器，和通過通信信道發(fā)送編碼的符號，其中所述編碼的序列在通過所述通信信道進行所述發(fā)送期間被改變；接收機，具有譯碼器，用于譯碼通過所述通信信道接收的一個接收序列，以便產(chǎn)生編碼序列的估值，所述譯碼器包括分支量度計算器，用于計算對于網(wǎng)格中的分支的分支量度；第一處理器，用于執(zhí)行通過所述網(wǎng)格的前向遞歸，以及在所述前向遞歸的每個階段，選擇小于在所述網(wǎng)格中的狀態(tài)的總數(shù)的預定的數(shù)目的殘存狀態(tài)；第二處理器，用于執(zhí)行通過所述網(wǎng)格的后向遞歸，以及在所述后向遞歸的每個階段，選擇小于在所述網(wǎng)格中的狀態(tài)的總數(shù)的預定的數(shù)目的殘存狀態(tài)；第一狀態(tài)量度生成器，用于計算在所述前向遞歸的每個階段中對于殘存狀態(tài)的狀態(tài)量度；第二狀態(tài)量度生成器，用于計算在所述后向遞歸的每個階段中對于殘存狀態(tài)的狀態(tài)量度；軟數(shù)值生成器，用于根據(jù)所述前向狀態(tài)量度、所述后向狀態(tài)量度、和所述分支量度來計算軟數(shù)值。
全文摘要
一種減小的搜索符號估值算法包括前向遞歸，后向遞歸，以及組合步驟。為了減小復雜性，在前向和后向遞歸期間，在每個階段保持的殘存狀態(tài)的數(shù)目小于網(wǎng)格的狀態(tài)的總數(shù)。殘存狀態(tài)是從被一些分支連接到來自遞歸的先前的階段的殘存者的候選狀態(tài)組中選擇的。譯碼器比較對于每個候選狀態(tài)的積累的路徑量度，以及保持小于總的可能狀態(tài)數(shù)的規(guī)定數(shù)目的狀態(tài)。對于前向遞歸，保持的狀態(tài)或殘存狀態(tài)(用Q
文檔編號H03M13/45GK1433589SQ00818860
公開日2003年7月30日 申請日期2000年11月13日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月7日
發(fā)明者A·S·哈伊拉拉, G·E·博頓利, D·科伊爾皮萊, K·贊吉 申請人:艾利森公司