專利名稱：用于viterbi解碼器中的追溯方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于實(shí)現(xiàn)卷積碼的最大似然解碼的一種方法及裝置，更具體地，涉及在Viterbi解碼器中以有效方式在每一時(shí)鐘周期處理多步追溯(trace-back)的方法及裝置。
卷積碼被廣泛地用于數(shù)字通信系統(tǒng)，以便在給定噪聲信道上減少產(chǎn)生誤差的概率。它們的特征在于約束長(zhǎng)度K及碼率K0/n0，n0個(gè)信道符號(hào)是由編碼器對(duì)于K0位輸入數(shù)據(jù)而產(chǎn)生的。
通過(guò)使用卷積碼，對(duì)于大的存儲(chǔ)器m，可獲得大的編碼增益或等價(jià)地，一大的約束長(zhǎng)度k＝m+K0。用于這些碼的編碼器是具有2m個(gè)狀態(tài)的有限狀態(tài)裝置。最大似然解碼器的復(fù)雜樜近似地正比于這些狀態(tài)數(shù)，即它隨m指數(shù)地增長(zhǎng)。
Viterbi解碼器是提供正向糾錯(cuò)的最大似然解碼器。Viterbi解碼在解碼一序列編碼符號(hào)，如一個(gè)位流中被使用。位流在通過(guò)各種媒體的通信傳輸中以各組代表表一符號(hào)瞬時(shí)的位可表示編碼信息。在解碼過(guò)程中，Viterbi解碼器在每個(gè)符號(hào)瞬時(shí)回溯處理一序列的可能位序列以確定哪個(gè)位序列最可能被發(fā)送。從在一個(gè)符號(hào)瞬時(shí)或狀態(tài)的位到下一個(gè)隨后符號(hào)瞬時(shí)或狀態(tài)的位的可能的轉(zhuǎn)換是有限的。從一狀態(tài)到下一狀態(tài)的各可能的轉(zhuǎn)換可以用圖形表示并被定義為支路(branch)。一序列互連支路定義一路徑(path)。每個(gè)狀態(tài)在接收的位流中的下一位時(shí)僅能轉(zhuǎn)換到有限數(shù)目的下一狀態(tài)。因此，在解碼處理期間一些路徑殘留下來(lái)，另一些路徑則沒(méi)有殘留下來(lái)。通過(guò)消除這些不容許的轉(zhuǎn)換路徑，在確定最可能殘留的路徑方面的計(jì)算效率可被提高。Viterbi解碼器典型地確定及計(jì)算與每個(gè)支路有關(guān)的支路尺度(branch metric)并使用該支路尺度來(lái)確定哪些路徑將被殘留及哪些路徑不被殘留。
在每個(gè)符號(hào)瞬時(shí)對(duì)每個(gè)可能支路進(jìn)行支路尺度的計(jì)算。每個(gè)路徑具有相關(guān)的尺度，累計(jì)成本，它在每個(gè)符號(hào)瞬時(shí)被更新。對(duì)于每個(gè)可能的轉(zhuǎn)換，通過(guò)選擇各種可能轉(zhuǎn)換的支路尺度及在先狀態(tài)上的路徑尺度的和中較小的一個(gè)來(lái)獲得下一狀態(tài)的累計(jì)成本。
雖然多個(gè)路徑殘留了從一個(gè)符號(hào)瞬時(shí)到下個(gè)符號(hào)瞬時(shí)的轉(zhuǎn)換，但僅具有一個(gè)最小累計(jì)成本路徑。一序列符號(hào)瞬時(shí)被稱為追溯。通過(guò)以最小累計(jì)成本延伸一路徑的格子結(jié)構(gòu)追溯的符號(hào)瞬時(shí)數(shù)目定義為了一追溯的長(zhǎng)度或解碼深度D。在追溯中與最小累計(jì)成本相關(guān)的格子結(jié)構(gòu)中的單個(gè)狀態(tài)被轉(zhuǎn)換成在該符號(hào)瞬時(shí)被發(fā)送的最大可能位。該位被稱為解碼符號(hào)。
參照

圖1，它表示傳統(tǒng)Viterbi解碼器的概要框圖，其特點(diǎn)在于約束長(zhǎng)度為K＝7及碼率為K0/n0＝1/2，因此允許M＝2m＝64狀態(tài)(m＝K-K0＝6)。
卷積編碼數(shù)據(jù)被輸入到所有M個(gè)即64個(gè)支路尺度單元(BMU)。每個(gè)支路尺度單元11-i由第i狀態(tài)指示信號(hào)表示，它代表用64個(gè)狀態(tài)中的位S0i至S5i及第i狀態(tài)的兩個(gè)可能支路即可被導(dǎo)致第i狀態(tài)的兩個(gè)狀態(tài)表達(dá)的第i狀態(tài)。第i支路尺度單元11-i將基于卷積編碼數(shù)據(jù)瞬時(shí)對(duì)兩個(gè)可能的第i狀態(tài)支路計(jì)算兩個(gè)第i支路尺度值BMi1及BMi2，這兩個(gè)第i支路尺度值BMi1及BMi2將提供給第i相加-比較-選擇單元(ACSU)12-i。
第i相加-比較-選擇單元12-i基于由第i支路尺度單元11-i供給的第i支路尺度值BMi1和BMi2及第i狀態(tài)的兩個(gè)在先的第i路徑尺度值PMi1和PMi2來(lái)確定一個(gè)最大似然路徑，其中這兩個(gè)在先第i路徑尺度值PMi1和PMi2的每一個(gè)是一個(gè)累計(jì)成本，即在先前時(shí)刻上兩個(gè)可能支路的每個(gè)的另一端上的狀態(tài)的路徑尺度值。換言之，第i支路尺度值BMij(j＝1，2)被加到相應(yīng)的第i路徑尺度值PMij上；這兩個(gè)相加結(jié)果彼此相比較；及將最大的一個(gè)值作為更新的第i累計(jì)成本即更新的第i路徑尺度值PMui提供給路徑尺度網(wǎng)絡(luò)14。
第i相加-比較-選擇單元12-i接收一對(duì)路徑尺度值，它們相應(yīng)于跟隨從在路徑尺度網(wǎng)絡(luò)14中的64個(gè)更新路徑尺度值中選出的第i狀態(tài)的一個(gè)狀態(tài)的兩個(gè)可能支路，i的范圍為從0至63。
與此同時(shí)，第i相加-比較-選擇單元12-i也將用于更新的第i路徑尺度值PMuj的第i決定位DBi提供給殘留物存儲(chǔ)單元13，其中第i決定位DB1代表用于指示與更新的第i路徑尺度值PMui相對(duì)應(yīng)的兩個(gè)第i支路尺度BMi1和BMi2中一個(gè)的決定位。該決定位具有用于K0/n0卷積碼的K0(＝1)維。來(lái)自所有M(＝64)個(gè)相加-比較-選擇單元的全部K0×M(＝64)決定位形成了用于當(dāng)前卷積編碼數(shù)據(jù)CEK的64位決定矢量DVK。殘留物存儲(chǔ)單元13存儲(chǔ)64位決定矢量DVK并基于64位決定矢量DVK追溯到預(yù)定解碼深度D，以便找到未編碼數(shù)據(jù)，即Viterbi解碼數(shù)據(jù)。
參照?qǐng)D2，它表示具有解碼深度為96的圖1中的傳統(tǒng)的殘留物存儲(chǔ)單元13，其中97個(gè)處理元件20-1至20-97在它門之間以流水線追溯方式相連接，以便在解碼深度96上追溯。將當(dāng)前決定矢量DVK及任一狀態(tài)SK[5…0]例如000000輸入到第一處理元件20-1；將先前二步?jīng)Q定矢量DVK-2及先前二步狀態(tài)SK-2提供給第二處理元件20-2，余此類推，其中先前二步狀態(tài)是基于先前決定矢量DVK-1通過(guò)對(duì)任一狀態(tài)SK追溯完一步獲得的。因?yàn)槊總€(gè)處理元件每一時(shí)鐘周期完成一步追溯，最后的處理元件20-97將產(chǎn)生出Viterbi解碼數(shù)據(jù)SK-194[5]，它是基于97個(gè)先前決定矢量DVK-98至DVK-194對(duì)任一狀態(tài)SK追溯多達(dá)97步而產(chǎn)生的。
圖3表示圖2中一個(gè)處理元件的框圖，用于說(shuō)明K＝7及K0/n0＝1/2的Viterbi解碼器的一步追溯過(guò)程。每個(gè)處理元件具有一個(gè)延時(shí)器31，一個(gè)緩沖器33，一個(gè)多路復(fù)用器(MUX)35及一個(gè)移位寄存器37；并進(jìn)行一步追溯。
在每個(gè)時(shí)鐘周期上，決定矢量DVK被移入到延時(shí)器31中，及已存在的先前決定矢量DVK-1被移向緩沖器33及多路復(fù)用器35。并且當(dāng)每個(gè)時(shí)鐘周期期間，具有6位的狀態(tài)SK被耦合到移位寄存器37，且已存在的先前狀態(tài)SK-1[5…0]被耦合到多路復(fù)用器35作為在64位先前決定矢量DVK-1中選擇一位的選擇信號(hào)。選擇決定位被提供給下一處理元件的移位寄存器作為先前二步狀態(tài)SK-2的第一位SK-2[5]并提供到移位寄存器37。與此同時(shí)，先前狀態(tài)SK-1[5…0]的前5位SK-1[5…1]被移過(guò)一位以作為SK-2[4…0]被提供到下一處理元件的移位寄存器。
但是，在傳統(tǒng)的追溯裝置中，由于用于一步追溯的處理元件必須使用兩個(gè)64位寄存器，一個(gè)64∶1多路復(fù)用器及K＝7及K0/n0＝1/2的一個(gè)移位寄存器，因此甚至對(duì)于中等速度，也需要大量的存儲(chǔ)空間及硬件，使得難以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)Viterbi解碼器的VLSI。
因此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種用于Viterbi解碼器中的通過(guò)在一個(gè)時(shí)鐘周期中進(jìn)行多步追溯而以最小數(shù)量的存儲(chǔ)裝置處理追溯以使可實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)腣LSI的方法及裝置。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種追溯裝置，用于選擇用在帶有碼率K0/n0的Viterbi解碼器中的最可能的路徑，n0個(gè)信道符號(hào)是由編碼器對(duì)K0位輸入數(shù)據(jù)而產(chǎn)生的，其中根據(jù)解碼深度D被確定的，基于一序列決定矢量進(jìn)行追溯的多個(gè)處理元件彼此以流水線方式連接，每個(gè)處理元件包括用于在一預(yù)定周期中延時(shí)N個(gè)決定矢量以產(chǎn)生1步至N步延時(shí)的決定矢量的裝置，其中決定矢量在預(yù)定時(shí)間周期的一間隔被順序地輸入，并且N大于1并等于或小于解碼深度D；用于在預(yù)定周期期間存儲(chǔ)一N步延時(shí)的決定矢量并將已存在的(N+1)步延時(shí)的決定矢量提供給下一處理元件的裝置；用于在該預(yù)定周期期間保存一輸入狀態(tài)以產(chǎn)生一1步延時(shí)的狀態(tài)的裝置；及用于基于該1步延時(shí)的狀態(tài)順序地多路復(fù)用1步至N步延時(shí)的決定矢量，并將N步追溯狀態(tài)提供給下一處理元件的裝置，其中N步追溯狀態(tài)代表一基于1步延時(shí)的狀態(tài)通過(guò)該最可能路徑被追溯過(guò)N步的狀態(tài)。
從以下結(jié)合附圖對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的說(shuō)明將會(huì)使本發(fā)明的上述和另外的目的及特征更加闡明，附圖為圖1表示傳統(tǒng)Viterbi解碼器的概要框圖；圖2提供了采用流水線追溯方式的97個(gè)處理元件的陣列，用于說(shuō)明圖1中的殘留物存儲(chǔ)單元；圖3是圖2中用于進(jìn)行一步追溯的處理元件的框圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的的一個(gè)殘留物存儲(chǔ)單元的采用流水線追溯方式的33個(gè)處理元件的陣列；圖5表示根據(jù)本發(fā)明的用于進(jìn)行三步追溯的圖4中處理元件的框圖。
參照?qǐng)D4，它表示根據(jù)本段明的一殘留物存儲(chǔ)單元的流水線追溯方式的33個(gè)處理元件的一個(gè)示例陣列，其中追溯是在33個(gè)處理元件的每個(gè)處理元件中以三步為一單位來(lái)進(jìn)行的，以便對(duì)于殘留物存儲(chǔ)單元追溯過(guò)96步的解碼深度。為了在一個(gè)處理單元中以四步為一單位進(jìn)行追溯，對(duì)于96步的解碼深度最好需要有25個(gè)處理元件。
在圖4中，將決定矢量DVK及任一狀態(tài)SK輸入到第一處理元件100-1，及在同一時(shí)鐘周期中，將另一決定矢量DVK-4及另一狀態(tài)SK-4輸入到第二處理元件100-2，余此類推，其中決定矢量DVK-4代表決定矢量DVK的先前四步?jīng)Q定矢量，及狀態(tài)SK-4是在第一處理元件100-1中從狀態(tài)SK-1進(jìn)行三步追溯得到的一個(gè)狀態(tài)。
參照?qǐng)D5，它表示根據(jù)本發(fā)明的殘留物存儲(chǔ)單元的處理元件的框圖。為了說(shuō)明起見(jiàn)，假設(shè)約束長(zhǎng)度K＝7，碼率K0/n0＝1/2，解碼深度K＝96及每一時(shí)鐘周期進(jìn)行三步追溯。每個(gè)處理單元包括一個(gè)延時(shí)器110，它具有第一、第二及第三存儲(chǔ)器110-1至110-3；一個(gè)緩沖器120；第一、第二及第三多路復(fù)用器140-1至140-3；及一個(gè)狀態(tài)寄存器130。
在每個(gè)時(shí)鐘周期中，決定矢量DVK被移到延時(shí)器110的第一存儲(chǔ)器110-1中；已存在于第一存儲(chǔ)器110-1中的先前一步的決定矢量DVK-1被移到第二存儲(chǔ)器110-2及第一多路復(fù)用器140-1中；先前二步的決定矢量DVK-2被移到第三存儲(chǔ)器110-3及第二多路復(fù)用器140-2中；及先前三步的決定矢量DVK-3被移到緩沖器120及第三多路復(fù)用器140-3中。已存在于緩沖器120中的先前四步?jīng)Q定矢量DVK-2被提供給下一處理元件的延時(shí)器。換言之，在每個(gè)時(shí)鐘周期中各決定矢量DV被右移一步。
并且在每個(gè)時(shí)鐘周期的期間，狀態(tài)SK被耦合到狀態(tài)寄存器130；已經(jīng)存在的先前6位狀態(tài)SK-1[5…0]被耦合到第一多路復(fù)用器140-1作為第一選擇信號(hào)，用以在形成先前一步?jīng)Q定矢量DVK-1的位中選擇與其相應(yīng)的一個(gè)位作為第一決定位。由第一選擇信號(hào)選擇的第一決定位被提供給第二多路復(fù)用器140-2作為最低階位，即，SK-1的一步追溯狀態(tài)SK-2的第五階位SK-2[5]和SK-1的二步追溯狀態(tài)SK-3的第四階位SK-3[4]。
SK-1[5…0]的5個(gè)低位SK-1[5…1]，除最高階位SK-1
外，均被移動(dòng)一位以產(chǎn)生出SK-2[4…0]，因此，SK-1的一步追溯狀態(tài)SK-2[5…0]被耦合到第二多路復(fù)用器140-2作為第二選擇信號(hào)，用來(lái)在形成先前二步?jīng)Q定矢量DVK-2的位中選擇與其相應(yīng)的一個(gè)作為第二決定位。由第二選擇信號(hào)選擇的第二決定位被供給第三多路復(fù)用器140-3作為SK-1的二步追溯狀態(tài)SK-3的第五階位SK-3[5]。
SK-1的前4位SK-1[5…2]被移過(guò)二位以產(chǎn)生SK-3[3…0]，因此，SK-1的全部二步追溯狀態(tài)SK-3[5…0]被耦合到第三多路復(fù)用器140-3作為第三選擇信號(hào)，用來(lái)在先前三步?jīng)Q定矢量DVK-3的位中選擇與其相應(yīng)的一個(gè)位作為第三決定位。由第三選擇信號(hào)選擇的第三決定位作為最低階位，即SK1的三步追溯狀態(tài)SK-4的第五階位SK-4(5)被提供。
SK-1的較低的3位SK-1[5·3]被移動(dòng)三位移到較高階，產(chǎn)生出SK-4[2·0]及SK-2[5]，即，SK-3[4]和SK-3[5]分別相應(yīng)于SK-4[3]及SK-4[4]，因此，將SK-1的全部三步追溯狀態(tài)SK-4[5…0]提供給下一處理元件的狀態(tài)寄存器(未示出)。
因?yàn)榈谝?、第二及第三多路?fù)用器順序地根據(jù)一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)的全部6位狀態(tài)的輸入而進(jìn)行操作，每個(gè)多路復(fù)用器的操作時(shí)間必須最大為1/3時(shí)鐘周期，以使得可以在一個(gè)時(shí)鐘周期中追溯過(guò)三步。每個(gè)多路復(fù)用器的操作時(shí)間愈小，追溯步數(shù)愈多。在圖4及圖5中，為了說(shuō)明起見(jiàn)，表示出用于每時(shí)鐘周期追溯三步的追溯裝置。
如圖3及圖5所描述的，傳統(tǒng)的追溯裝置需要六個(gè)64位寄存器，三個(gè)64∶1多路復(fù)用器及三個(gè)6位寄存器用于通過(guò)三步追溯一狀態(tài)，而根據(jù)本發(fā)明的追溯裝置僅需要四個(gè)64位寄存器，三個(gè)64∶1多路復(fù)用器及一個(gè)6位寄存器用于每一時(shí)鐘周期的三步追溯，由此大大地簡(jiǎn)化了裝置。
雖然本發(fā)明是針對(duì)專門的實(shí)施例描述的，但對(duì)本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不偏離以下權(quán)利要求書(shū)的精神和范圍的前提下顯然可以作出各種變化及修改。
權(quán)利要求
1.一種追溯裝置，用于選擇用在帶有碼率K0/n0的Viterbi解碼器中的最可能的路徑，n0個(gè)信道符號(hào)是由編碼器對(duì)于K0位輸入數(shù)據(jù)而生成的，其中基于解碼深度D確定的，基于一序列決定矢量進(jìn)行追溯的一個(gè)或多個(gè)處理元件在它們間以流水線方式連接，每個(gè)處理元件包括用于在一預(yù)定周期期間延時(shí)N個(gè)決定矢量以產(chǎn)生1步至N步延時(shí)的決定矢量的裝置，其中這些決定矢量在預(yù)定周期間的一隔被順序地輸入，且N大于1并等于或小于解碼深度D；用于在預(yù)定周期期間存儲(chǔ)一N步延時(shí)的決定矢量以將已存在的(N+1)步延時(shí)的決定矢量提供給下一處理元件的裝置；用于在該預(yù)定周期期間保存一輸入狀態(tài)以產(chǎn)生一1步延時(shí)的狀態(tài)的裝置；及用于基于該1步延時(shí)的狀態(tài)順序地多路復(fù)用1步至N步延時(shí)的決定矢量，以將N步追溯狀態(tài)提供給下一處理元件的裝置，其中N步追溯狀態(tài)代表基于1步延時(shí)的狀態(tài)通過(guò)該最可能路徑而被追溯過(guò)N步的狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中該延時(shí)裝置包括N個(gè)串行連接的寄存器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中多路復(fù)用裝置包括N個(gè)多路復(fù)用器，以基于該1步延時(shí)的狀態(tài)分別在1步至N步延時(shí)的決定矢量中選擇N組的1步至N步?jīng)Q定位，其中具有K0位的各組決定位代表有關(guān)相應(yīng)決定矢量中最可能路徑的信息。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的裝置，其中一第i多路復(fù)用器基于(i-1)步追溯狀態(tài)在形成i步延時(shí)的決定矢量的位中選擇一組i步?jīng)Q定位，以將一i步追溯狀態(tài)提供給第(i+1)個(gè)多路復(fù)用器，i的范圍為從1至N，其中具有K0位的該組i步?jīng)Q定位稱為i步追溯狀態(tài)的最低K0位，且(i-1)步追溯狀態(tài)的最低(N-1)×K0位被多動(dòng)K0位，并被稱為i步追溯狀態(tài)的剩余位。
5.一種追溯方法，選擇用在帶有碼率K0/n0的Viterbi解碼器中的最可能的路徑，n0個(gè)信道符號(hào)是由編碼器對(duì)于K0位輸入數(shù)據(jù)而生成的，其中基于一序列決定矢量進(jìn)行追億的一個(gè)或多個(gè)處理元件在它們間以流水線方式連接，每個(gè)處理元件中的N步追溯方法包括以下步驟(a)在一預(yù)定周期中延時(shí)N個(gè)決定矢量以產(chǎn)生1步至N步延時(shí)的決定矢量，其中這些決定矢量在預(yù)定周期的一間隔被順序地輸入，且N大于1并等于或小于解碼深度D；(b)在預(yù)定周期期間存儲(chǔ)一N步延時(shí)的決定矢量并將已存在的(N+1)步延時(shí)的決定矢量提供給下一處理元件；(c)在該預(yù)定周期期間保存一輸入狀態(tài)以產(chǎn)生一1步延時(shí)的狀態(tài)；及(d)基于該1步延時(shí)的狀態(tài)順序地對(duì)1步至N步延時(shí)的決定矢量進(jìn)行多路復(fù)用，并將一N步追溯狀態(tài)提供給下一處理元件，其中N步追溯狀態(tài)代表基于1步延時(shí)的狀態(tài)通過(guò)最可能路徑被追溯過(guò)N步的狀態(tài)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中多路復(fù)用步驟包括N個(gè)多路復(fù)用階段，以基于該1步延時(shí)的狀態(tài)分別在1步至N步延時(shí)的決定矢量中選擇N組的1步至N步?jīng)Q定位，其中具有K0位的每組決定位代表有關(guān)相應(yīng)決定矢量中最可能路徑的信息。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中第i多路復(fù)用階段基于(i-1)步追溯狀態(tài)在形成一i步延時(shí)的決定矢量的位中選擇一組i步?jīng)Q定位，并將一i步追溯狀態(tài)提供給第(i+1)多路復(fù)用階段，i的范圍為從1至N，其中具有K0位的該組i步?jīng)Q定位被稱為i步追溯狀態(tài)的最低K0位，且(i-1)步追溯狀態(tài)的最低(N-1)×K0位被移動(dòng)K0位，并被稱為i步追溯狀態(tài)的剩余位。
全文摘要
一種追溯裝置,用于選擇用于Viterbi解碼器中的最可能的路徑,該追溯裝置包括一個(gè)或多于一個(gè)的處理元件,以基于一序列決定矢量進(jìn)行追溯在它們之間以流水線方式連接。在每個(gè)處理單元中,在一預(yù)定周期期間延時(shí)N個(gè)決定矢量以產(chǎn)生1至N步延時(shí)決定矢量;在預(yù)定周期期間存儲(chǔ)輸入狀態(tài)并產(chǎn)生1步延時(shí)狀態(tài);及多路復(fù)用裝置基于1步延時(shí)狀態(tài)順序地對(duì)1步至N步延時(shí)的決定矢量進(jìn)行多路復(fù)用,并將N步追溯狀態(tài)提供給下一處理元件。
文檔編號(hào)H03M13/41GK1175825SQ9711802
公開(kāi)日1998年3月11日 申請(qǐng)日期1997年6月16日 優(yōu)先權(quán)日1996年6月14日
發(fā)明者崔栄培 申請(qǐng)人:大宇電子株式會(huì)社