專利名稱：信道解碼器和信道解碼方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及信道解碼器以及信道解碼的方法。
信道編碼用于使發(fā)射的數(shù)字信息信號(hào)相對(duì)于噪聲更加健壯。為此，信息比特序列在發(fā)射機(jī)端由信道編碼器編碼，而在接收機(jī)端由信道解碼器解碼。在編碼器中，冗余信息被加入到信息比特序列中，以便于解碼器執(zhí)行糾錯(cuò)。比如，在系統(tǒng)信道編碼方案中，冗余信息加入到信息比特序列就象附加的插入“編碼”比特。因此，編碼信號(hào)由信息比特和編碼比特組成。在非系統(tǒng)信道編碼方案中，輸出的比特全是編碼比特，不再有任何‘真實(shí)的’信息比特。編碼器的輸入比特(信息比特)數(shù)少于輸出比特?cái)?shù)(信息比特加上插入的編碼比特，或全編碼比特)。輸入／輸出比特比率稱為‘碼率R’(典型地，R=1∶2)。例如，普遍流行的信道編碼為分組碼和卷積碼，后者可以為遞歸的或非遞歸的。
級(jí)聯(lián)編碼方案利用(至少)兩個(gè)并行或串行的級(jí)聯(lián)編碼器。通過(guò)此方式，同一信息序列以并行方式或以串行方式被編碼兩次。迭代譯碼算法可用于并行或串行的級(jí)聯(lián)編碼系統(tǒng)(Benedetto，S．，Divsalar，D．，Montorsi，G．，ollara，F(xiàn)．‘交織碼的串行級(jí)聯(lián)性能分析，設(shè)計(jì)和迭代譯碼’，IEEE Trans．Inf．Theory，1998，44，(3)，pp．909-926)。


圖1示出了真實(shí)的串行級(jí)聯(lián)編碼方案。信息的發(fā)送是在分組的基礎(chǔ)上操作。信號(hào)序列在發(fā)射機(jī)端以串行方式被編碼兩次。來(lái)自數(shù)字源(如，來(lái)自麥克風(fēng)的具有模擬輸入信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器)的二元信號(hào)首先由外層編碼器(碼率R0)編碼。外層編碼器的輸出經(jīng)過(guò)一個(gè)比特交織器，該交織器改變輸入比特符號(hào)的次序，以使信號(hào)顯得更隨機(jī)從而進(jìn)入到下面的處理步驟。經(jīng)過(guò)交織器處理之后，信號(hào)由‘內(nèi)層編碼器’(碼率R1)第二次被編碼。發(fā)射信號(hào)的整個(gè)碼率為R0·R1。相應(yīng)地，在接收機(jī)端信號(hào)首先由內(nèi)層解碼器解碼，去交織，然后由外層解碼器解碼。從外層解碼器，軟值(soft values)作為附加的‘先驗(yàn)(a priori)’輸入被反饋到內(nèi)層解碼器。該軟值代表解碼信號(hào)質(zhì)量的可靠性值。這些值的反饋有助于減小外層解碼器輸出端在以后的迭代譯碼步驟中硬判決0，1值的誤碼率。特定發(fā)射序列的迭代譯碼由一個(gè)獨(dú)立的終止要求而停止。例如，在一個(gè)固定數(shù)量的迭代之后，或直到達(dá)到一個(gè)特定的誤碼率。應(yīng)當(dāng)注意的是，發(fā)射比特序列(‘0th迭代’)的每次第一解碼，輸入到內(nèi)層解碼器的‘先驗(yàn)’軟值被設(shè)定為0。此外，對(duì)信息比特的硬判決只需為每個(gè)序列計(jì)算一次，即，在通過(guò)外層解碼器的最終路徑(最后迭代)。
一般來(lái)說(shuō)，內(nèi)層和外層二元碼可為任何類型系統(tǒng)的或非系統(tǒng)的，分組的或卷積的，遞歸的或非遞歸的。
在接收機(jī)，兩個(gè)解碼器均為軟入／軟出(soft-in／soft-out)解碼器(SISO解碼器)。一個(gè)軟值代表相應(yīng)比特符號(hào)(發(fā)送的是0還是1)比特判定上的可靠性。軟入解碼器為輸入比特符號(hào)接受軟可靠性值，軟出解碼器為輸出比特符號(hào)提供軟可靠性輸出值。軟出可靠值通常比軟入可靠值更為精確，因?yàn)樗鼈兡茉诮獯a處理期間基于發(fā)射機(jī)端每一編碼步驟加入的冗余信息得到改善。作為SISO解碼器，其最好性能是提供適合于相應(yīng)的信道碼的后驗(yàn)概率計(jì)算器(APP)(L．bahl，J．cocke，F(xiàn)．jelinek，J．raviv，“符號(hào)差錯(cuò)率最小的線性碼優(yōu)化解碼”，IEEE Trans．IT．，vol，20，PP 284-287，March 1974)。還有一些更快的，但不那么理想的算法，如，SOVA(軟輸出維特比算法)(J．hagenauer，P．Hoeher，“具有軟判定輸出的維特比算法及其應(yīng)用”，Proc．IEEEGlobecom 1989，Dallas，Texas，PP．47．1．1-457．1．7，Nov．1989)，在迭代譯碼路徑中，‘外層非本征信息’通過(guò)比特交織器，并作為一種先驗(yàn)知識(shí)反饋到內(nèi)層解碼器?！鈱臃潜菊鳌畔⑹峭鈱咏獯a器軟輸入／軟輸出之間的差值，并描述由外層解碼過(guò)程獲得的新的、統(tǒng)計(jì)上獨(dú)立的信息(至少為第一迭代)。由此，內(nèi)層解碼器提供‘內(nèi)層非本征’信息和信道信息(如圖1)。
在此背景下，本發(fā)明認(rèn)為從特定的編碼方案可得到一定的優(yōu)點(diǎn)。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種信道解碼器，用于解碼由串聯(lián)的外層碼和內(nèi)層碼編碼的數(shù)據(jù)，其中外層碼為碼率1∶2的重復(fù)碼，可用于編碼一個(gè)數(shù)據(jù)比特bn為兩個(gè)相同的編碼比特bcoded，n0，bcoded，n1，而且其中編碼比特為交織的。該解碼器包括一個(gè)軟入軟出(SISO)內(nèi)層解碼器，輸入和輸出信息為對(duì)數(shù)似然比，即輸入信息為編碼數(shù)據(jù)和外層非本征信息的對(duì)數(shù)似然比；該裝置用于從內(nèi)層解碼器輸出信息減去反饋的外層非本征信息以產(chǎn)生內(nèi)層非本征信息；用于在對(duì)應(yīng)一個(gè)信息比特bn的內(nèi)層非本征信息中交換對(duì)數(shù)似然比Ln0，Ln1，以產(chǎn)生反饋的非本征信息，所述的編碼器與前一迭代產(chǎn)生的外層非本征信息一起作迭代操作；用于將對(duì)應(yīng)內(nèi)層非本征信息的一個(gè)信息比特bn的對(duì)數(shù)似然比Ln0，Ln1相加；以及用于對(duì)基于相加的對(duì)數(shù)似然比做出硬判決。與現(xiàn)有技術(shù)提出的其他解碼器相比，這種配置特別簡(jiǎn)單，特別是在當(dāng)認(rèn)識(shí)到交換裝置能在不需要單獨(dú)的解交織和交織步驟的情況下執(zhí)行交換時(shí)。
一般情況下，第一迭代設(shè)置反饋外層非本征信息設(shè)置為0。
本發(fā)明同時(shí)擴(kuò)展了一種方法，用于解碼包含由串聯(lián)外層和內(nèi)層碼編碼數(shù)據(jù)的信道信息，其中外層碼為碼率1∶2的重復(fù)碼，可用于編碼一個(gè)數(shù)據(jù)比特bn為兩個(gè)相同的編碼比特bcoded，n0，bcoded，n1，而且其中的編碼比特是交織的。該方法包含解碼信道信息，該信息是利用外層非本征信息產(chǎn)生內(nèi)層編碼對(duì)數(shù)似然比信息的接收編碼數(shù)據(jù)的對(duì)數(shù)似然比；該方法用于從內(nèi)層解碼的對(duì)數(shù)似然比信息中減去反饋的外層非本征信息以產(chǎn)生內(nèi)層非本征信息；該方法對(duì)應(yīng)一個(gè)信息比特bn，在內(nèi)層非本征信息中交換對(duì)數(shù)似然比Ln0，Ln1，以產(chǎn)生反饋的非本征信息，與前一迭代產(chǎn)生的外層非本征信息一起執(zhí)行所述的迭代解碼操作；該方法用于將對(duì)應(yīng)內(nèi)層非本征信息的一個(gè)信息比特bn的對(duì)數(shù)似然比Ln0，Ln1相加；以及用于對(duì)基于相加的對(duì)數(shù)似然比做出硬判決。
通過(guò)舉例并參考附圖，現(xiàn)在描述本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其中圖1是帶有迭代譯碼的現(xiàn)有技術(shù)的串聯(lián)編碼器和解碼器的方框圖；圖2是體現(xiàn)本發(fā)明的串聯(lián)編碼器和解碼器的方框圖；圖3示出了圖2解碼器的簡(jiǎn)化后的結(jié)構(gòu)方框圖；和圖4示出了圖3的解碼器進(jìn)一步簡(jiǎn)化后的方框圖。
參考附圖中的圖2，二元數(shù)據(jù)源2提供數(shù)據(jù)給外層碼率1∶2的重復(fù)編碼器4。對(duì)每個(gè)輸入到編碼器4的數(shù)據(jù)比特bn，有兩個(gè)相同的輸出編碼bcoded，n0，bcoded，n1。一個(gè)數(shù)據(jù)分組中的編碼比特根據(jù)預(yù)定模式被交織器6交織，以便碼組對(duì)下面的步驟來(lái)講顯得更為隨機(jī)。交織的比特接著被另一編碼器8編碼。
從內(nèi)層編碼器8輸出的編碼信息通過(guò)一媒體發(fā)射，在此信息被加性噪聲削弱。
通過(guò)媒體接收的削弱的編碼信息與外層非本征信息一起，被輸入到軟入軟出(SISO)內(nèi)層解碼器10，兩者均為對(duì)數(shù)似然比形式。非本征信息初始值設(shè)為0，表示比特為0或?yàn)?的似然率相等。
反饋的外層非本征信息(以對(duì)數(shù)似然比形式)由加法器12從內(nèi)層解碼輸出信息(也以對(duì)數(shù)似然比形式)中減去，以向解交織器14的輸入端提供內(nèi)層非本征值。解交織器的輸出代表來(lái)自內(nèi)層解碼器和信道信息的內(nèi)層非本征信息，該輸出輸入到碼率1∶2的重復(fù)解碼器16。
外層解碼器16的輸出提供以對(duì)數(shù)似然比的形式表示的編碼比特的軟值。內(nèi)層非本征信息由累加器18從軟值中減去以提供外層非本征值，它們由交織器20交織以提供外層非本征信息。
解碼器迭代性地操作，這樣對(duì)于第二迭代，可采用來(lái)自第一迭代的外層非本征信息，依此類推。在一些預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)滿足后，迭代終止，而且信息比特的軟值(以對(duì)數(shù)似然比形式)輸出到一個(gè)鑒別器以執(zhí)行每個(gè)比特的硬判決。該標(biāo)準(zhǔn)可能是預(yù)定數(shù)量的迭代，如4個(gè)，或當(dāng)該迭代和下一迭代之間的值的變化小于某個(gè)門限時(shí)。
在L值符號(hào)表示法中，L0coded=L1coded=Lcoded=L0+L1L值符號(hào)表示法在(J．Hagenauer，“渦輪原理指導(dǎo)性介紹和目前技術(shù)水平”，渦輪碼專題論文集，Brest，F(xiàn)rance，September 1997)。
L0和L1為輸入到解碼器的兩個(gè)L值(由于碼率為1∶2，每個(gè)“重復(fù)碼”一碼字有兩個(gè)值)。
對(duì)于碼率1∶2的重復(fù)碼，結(jié)果是Linfo=Lcoded。
為恢復(fù)期望的比特信息，需要在解碼器的輸出端對(duì)Linfo值執(zhí)行硬判決(標(biāo)記)。
最重要的是，非本征輸出值(在迭代譯碼處理期間反饋到內(nèi)層解碼器)計(jì)算為L(zhǎng)0，extr=L0，coded-L0=L1L1，extr=L0，coded-L1=L0因此，非本征解碼器輸出值通過(guò)每個(gè)“重復(fù)碼”一碼字交換兩個(gè)輸入值L0和L1就可得到。
圖3示出了如何利用這種方式簡(jiǎn)化外層解碼器。在此外層重復(fù)解碼器16和累加器18被加法器24和緩沖器26取代。緩沖器26存儲(chǔ)來(lái)自內(nèi)層非本征信息的兩個(gè)連續(xù)值以及對(duì)應(yīng)于一個(gè)數(shù)據(jù)比特bn的值Ln0，Ln1。它們?cè)诩臃ㄆ?4相加以提供輸入到鑒別器22的信息比特的軟值，這些值也輸入到緩沖器28，從緩沖器它們以相反的順序(交換)讀取，以提供輸入到解交織器20的外層非本征值流。
進(jìn)一步簡(jiǎn)化的圖如圖4所示。在此圖3的緩沖器28、解交織器14、交換器28和交織器20組合成一個(gè)單一的單元(交織器30)，該單元直接從加法器12輸出的內(nèi)層非本征值交換對(duì)應(yīng)于一個(gè)數(shù)據(jù)比特bn的值Ln0，Ln1，而不首先將它們解交織。
使用內(nèi)層碼率1∶2的遞歸系統(tǒng)碼特別具有吸引力，以獲得碼率為1的內(nèi)層碼(半數(shù)的內(nèi)層編碼比特被移走)。加上外層的碼率1∶2的重復(fù)碼，使得整個(gè)碼率為1∶2。注意內(nèi)層編碼器不加入冗余，在內(nèi)層編碼器處輸入比特?cái)?shù)與輸出比特?cái)?shù)相同。
在內(nèi)層編碼器的輸出端移走半數(shù)的編碼比特的收縮模式是隨機(jī)的，但必須讓接收端知道。然而，有兩個(gè)限制1．在瞬時(shí)時(shí)刻K，可以移動(dòng)信息比特Ik或相關(guān)的奇偶校驗(yàn)位Pk，但不能同時(shí)是兩者。2．在編碼序列必須總保持有一些奇偶校驗(yàn)位存在，否則是不可能進(jìn)行迭代譯碼的。
從比率1∶2的母碼獲得比率為1的碼的收縮模式的例子為1．移走所有的信息比特，這樣編碼比特序列只由奇偶校驗(yàn)位組成。
P0，P1，P2，P3…2．移走一半信息比特，一半奇偶校驗(yàn)位。
i0，P1，i2，P3…3．移走2／3的信息比特，和1／3的奇偶校驗(yàn)位。
i0，P1，P2，i3，P4，P5…如果以迭代方式譯碼，不同的收縮模式1．，2．，3．和4．導(dǎo)致級(jí)聯(lián)碼的不同誤碼率(BER)特性。涉及的信息比特越少，渦輪陡壁就越遲(根據(jù)信噪比)，但誤碼率標(biāo)準(zhǔn)就越低。
權(quán)利要求
1．一種信道解碼器，用于解碼由串聯(lián)的外層碼和內(nèi)層碼編碼的數(shù)據(jù)，其中外層碼為碼率1∶2的重復(fù)碼，可用于將編碼一個(gè)數(shù)據(jù)比特bn編碼為兩個(gè)相同的編碼比特bcoded，n0，bcoded，n1，而且其中編碼比特為交織的，該解碼器包括一個(gè)軟入軟出(SISO)內(nèi)層解碼器，輸入和輸出信息為對(duì)數(shù)似然比，即輸入信息為編碼數(shù)據(jù)和外層非本征信息的對(duì)數(shù)似然比；用于從內(nèi)層解碼器輸出信息減去反饋的外層非本征信息，以產(chǎn)生內(nèi)層非本征信息的裝置；用于在對(duì)應(yīng)一個(gè)信息比特bn的內(nèi)層非本征信息中交換對(duì)數(shù)似然比Ln0’Ln1，以產(chǎn)生反饋的非本征信息的裝置，所述的編碼器與前一迭代產(chǎn)生的外層非本征信息一起作迭代操作；用于將對(duì)應(yīng)內(nèi)層非本征信息的一個(gè)信息比特bn的對(duì)數(shù)似然比Ln0，Ln1相加的裝置；以及用于對(duì)基于相加的對(duì)數(shù)似然比做出硬判決的裝置。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的解碼器，第一迭代中反饋的外層非本征信息設(shè)置為0。
3．根據(jù)權(quán)利要求1或2的解碼器，其中用于交換的裝置執(zhí)行交換而不需要單獨(dú)的解交織和交織步驟。
4．一種用于解碼包含由串聯(lián)外層和內(nèi)層碼編碼數(shù)據(jù)的信道信息的方法，其中外層碼為碼率1∶2的重復(fù)碼，可用于編碼一個(gè)數(shù)據(jù)比特bn為兩個(gè)相同的編碼比特bcoded，n0，bcoded，n1，而且其中的編碼比特是交織的，該方法包含解碼信道信息，該信息是利用外層非本征信息產(chǎn)生內(nèi)層編碼對(duì)數(shù)似然比信息的接收編碼數(shù)據(jù)的對(duì)數(shù)似然比；從內(nèi)層解碼的對(duì)數(shù)似然比信息中減去反饋的外層非本征信息以產(chǎn)生內(nèi)層非本征信息；在內(nèi)層非本征信息中交換對(duì)數(shù)似然比Ln0，Ln1，以產(chǎn)生反饋的非本征信息，與前一迭代產(chǎn)生的外層非本征信息一起執(zhí)行所述的迭代解碼操作，前述對(duì)數(shù)似然比Ln0，Ln1對(duì)應(yīng)于一個(gè)信息比特bn；將對(duì)應(yīng)內(nèi)層非本征信息的一個(gè)信息比特bn的對(duì)數(shù)似然比Ln0，Ln1相加；以及用于根據(jù)相加的對(duì)數(shù)似然比做出硬判決。
5．根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中對(duì)于第一迭代，反饋外層非本征值設(shè)置為0。
6．根據(jù)要求要求4或5的裝置，其中解交織、交換和交織步驟在一個(gè)步驟內(nèi)完成，而不需要單獨(dú)的解交織和交織步驟。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種信道解碼器,該解碼器包括一個(gè)軟入軟出內(nèi)層解碼器;用于從內(nèi)層解碼器輸出信息減去反饋的外層非本征信息以產(chǎn)生內(nèi)層非本征信息的裝置;用于在對(duì)應(yīng)信息比特bn的內(nèi)層非本征信息中交換對(duì)數(shù)似然比L
文檔編號(hào)H03M13/45GK1295382SQ0012638
公開(kāi)日2001年5月16日 申請(qǐng)日期2000年9月12日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月14日
發(fā)明者斯蒂范·T·布林克 申請(qǐng)人:朗迅科技公司