專利名稱：一種帶有自適應(yīng)性以及高速Viterbi解碼器的設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及Viterbi解碼技術(shù)，具體地說是一種帶有自適應(yīng)性以及高速Viterbi解碼器的設(shè)計(jì)方法，其中主要包括局部Viterbi算法(亦稱局部ML算法)、高速的Viterbi算法、帶有自適應(yīng)性的Viterbi算法，以及這些解碼器設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的架構(gòu)方案，這些算法和方案的提出是基于理論證明和仿真驗(yàn)證的。
背景技術(shù)：
隨著數(shù)字通訊技術(shù)的發(fā)展，要求越來越高的數(shù)據(jù)傳輸率和傳輸速度，因而需要高速的發(fā)射和接收設(shè)備，對(duì)高速算法和高速架構(gòu)方面的要求尤為突出；編碼和解碼技術(shù)作為數(shù)字通訊技術(shù)的核心部分之一，是數(shù)據(jù)糾錯(cuò)和傳輸質(zhì)量保證的必備手段，也是具有技術(shù)挑戰(zhàn)性的部分之一，從理論方面來講，編碼和解碼技術(shù)是趨近于信息論所確立的Shannon極限的具體構(gòu)造性方法，因構(gòu)造理論依據(jù)不同和應(yīng)用范圍不同，而有許多不同的編碼方法和解碼方法，其中卷積碼是應(yīng)用最為廣泛的編碼技術(shù)之一，被廣泛地應(yīng)用于各類有線和無線通訊系統(tǒng)，包括2G、2.5G、3G和正在建議中的4G、和已開始著手研究的超寬帶無線通訊系統(tǒng)，Viterbi算法(即ML算法)作為卷積碼的最優(yōu)序列解碼方法，已經(jīng)被廣泛而成功地應(yīng)用了三十多年，并形成了許多產(chǎn)品和設(shè)計(jì)。
正如前面提到，高速解碼器的設(shè)計(jì)是現(xiàn)代通訊系統(tǒng)的必需，高速解碼器的設(shè)計(jì)因此成為近年來極為活躍的分支，高速Viterbi解碼器的研究在二十世紀(jì)八十年代極為活躍，當(dāng)時(shí)的工作主要集中在對(duì)解碼器網(wǎng)格狀態(tài)的并行處理和架構(gòu)設(shè)計(jì)方面，近年來則因缺乏算法上的突破和turbo解碼的興起而較少有人涉足，G.Fettweis和H.Meyr發(fā)表在IEEE CommunicationsMagazine雜志1991年五月版第46-55頁題為High speed parallel Viterbidecodingalgorithm and VLSI architecture的文章是這一方向的階段性總結(jié)；總體而言，高速解碼器的設(shè)計(jì)分為三個(gè)互相依存的重要部分算法設(shè)計(jì)、架構(gòu)設(shè)計(jì)、硬件實(shí)現(xiàn)，為介紹本發(fā)明的算法和設(shè)計(jì)方案，首先總述在前面三個(gè)方面國(guó)際上已有的工作；在硬件實(shí)現(xiàn)方面目前的研究工作主要集中在用模擬線路實(shí)現(xiàn)高速邏輯運(yùn)算方面，J.Hagenauer，M.Moerz和A.Schaefer發(fā)表在Proceedings of 2002 International Zurich Seminar on BroadbandCommunications(February 19-21，Zurich，Switzerland，pp3-1-3-8)的題為Analog decoders and receivers for high speed applications的文章是這一方面的代表；在架構(gòu)方面的工作主要集中在解碼器的有效架構(gòu)設(shè)計(jì)和架構(gòu)優(yōu)化，這一方面的工作主要在解碼器產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程中進(jìn)行，可以參閱許多公司的產(chǎn)品說明和設(shè)計(jì)摘要，前面提到的G.Fettweis和H.Meyr的文章則是較為系統(tǒng)的總結(jié)；在算法面的工作曾是Viterbi解碼器研究的重點(diǎn)，經(jīng)過幾十年的研究和探索后曾一度呈現(xiàn)飽和狀態(tài)，近年又因turbo解碼(請(qǐng)參閱C.Berrou等人題為Near Shannon limit error-correcting coding and decodingTurbo codes，IEEE Int.Conf.On Comm.，pp 1064-1070，May，1993的文章)的發(fā)明和研究重點(diǎn)轉(zhuǎn)移而出現(xiàn)緩慢狀態(tài)，因?yàn)榧軜?gòu)設(shè)計(jì)和硬件實(shí)現(xiàn)方面的工作無一不是受到算法研究的制約和界定；在詳細(xì)介紹本發(fā)明之前，首先列舉幾篇主要的相關(guān)參考文獻(xiàn)作為進(jìn)一步解釋本發(fā)明的起點(diǎn)，關(guān)于Viterbi解碼算法和數(shù)字通訊系統(tǒng)的基本知識(shí)，在Viterbi和Omura的專著Principlesof digital communication and coding(McGraw-Hill，1979)中有詳細(xì)介紹，作為Viterbi解碼應(yīng)用技術(shù)重要補(bǔ)充的Yamamoto-Itoh指標(biāo)則在Yamamoto和Itoh的題為Viterbi decoding algorithm for convolutional codes with repeatrequest(IEEE Trans.Info.Theory，Vol 26，No 5，pp540-547，1980)的原始論文中有詳細(xì)說明，作為比Viterbi解碼具有更好表現(xiàn)的具有最小信息比特位出錯(cuò)概率的卷積碼MAP解碼算法(也以作者的姓名縮寫而被稱為BCJR算法)，請(qǐng)參閱L.Bahl等人的文章Optimal decoding of linear codes forminimizing symbol error rate(IEEE Trans.Info.Theory，Vol 20，pp284-287，March，1974)，此一種解碼算法是研究Viterbi算法的重要參考，也是turbo解碼器的基礎(chǔ)；對(duì)于在工程設(shè)計(jì)中極為常用的截?cái)嗍絍iterbi算法，則可參看前面提到的Viterbi和Omura的專著或G.Fettweis and H.Meyr的論文，這一重要實(shí)現(xiàn)技巧和在此基礎(chǔ)之上進(jìn)一步發(fā)展起來的窗口算法(主要是針對(duì)MAP解碼和turbo解碼算法，盡管這些方法對(duì)于Viterbi解碼同樣適用)，這里稱之為單邊窗口算法，則是為了降低解碼器設(shè)計(jì)所需內(nèi)存的極為重要的應(yīng)用算法，這一方面的主要參考文獻(xiàn)為下面的三篇論文(1)A.Viterbi，An intuitive justification and a simplification of a simplified implementation ofthe MAP decoder for convolutional codes，IEEE JSAC Vol 16，No 2，pp260-264，F(xiàn)ebruary，1998，(2)S.Benedetto et al，Soft input soft output MAPmodule to decode parallel and serial concatenated codes，TDA Progress Report42-127，JPL，1996，(3)S.Pietrobon，Efficient implementation of continuousMAP decoders and a synchronization technique for turbo decoders，pp586-589，Proc.Int.Sym.Inform.Theory Appl.，Victoria，B.C.Canada，1996；在運(yùn)用模擬電路實(shí)現(xiàn)高速邏緝運(yùn)算來設(shè)計(jì)高速解碼器方面，則可參閱前面提到的J.Hagenauer等人的文章和其中的參考文獻(xiàn)，而對(duì)于高速M(fèi)AP解碼算法和高速turbo解碼算法方面的研究，則當(dāng)參看下列文章(1)P.Beerel and K.Chugg，A low latency SISO with application to broadband turbo decoding，IEEEJSAC Vol.19，No 5，May 2001，pp860-870，(2)A.Worm，H.Lamm and N.When，VLSI architectures for high-speed MAP decoders，Proceedings onDesign，Automation and Test in Europe，2001，pp258-265，(3)J.Hagenauer，M.Moerz and A.Schaefer，Analog decoders and receivers for high speedapplications，Proceedings of 2002 International Zurich Seminar on BroadbandCommunications，F(xiàn)ebruary 19-21，Zurich，Switzerland，pp3-1-3-8；與高速Viterbi解碼器和高速turbo解碼器密切相關(guān)的是高速LDPC解碼方法，關(guān)于這一方面的情況請(qǐng)參看A.Blansky和C.Howland的文章A 690-mW 1-Gb/s1024-b，rate-1/2 low-density code decoder，IEEE Journal of Solid-state Circuits，Vol.37，No.3，2002，pp404-412以及其中所列文獻(xiàn)，這種解碼器的研究是近年極為活躍的一個(gè)相關(guān)領(lǐng)域，商業(yè)解碼器設(shè)計(jì)方面，F(xiàn)larion公司則有現(xiàn)已投放市場(chǎng)的數(shù)率達(dá)10Gbps的高速LDPC解碼器設(shè)計(jì)，可作為這方面的參考。
在高速Viterbi解碼方面的重要技巧首先是截?cái)嗍絍iterbi算法，這是工程設(shè)計(jì)中極為常用的用來減少Viterbi解碼器所需內(nèi)存的重要技巧，也是最原始的單邊窗口技巧，這方面的內(nèi)容請(qǐng)參看前面提到的Viterbi和Omura的專著或G.Fettweis and H.Meyr的論文，這一重要實(shí)現(xiàn)技巧和在此基礎(chǔ)之上進(jìn)一步發(fā)展起來的(主要用于MAP解碼器和進(jìn)一步的turbo解碼器)單邊窗口算法，則是為了降低解碼器設(shè)計(jì)所需的內(nèi)存的極為重要的應(yīng)用算法，這些算法只能用來減少Viterbi解碼器設(shè)計(jì)所需要的內(nèi)存，并不能用來提高解碼器的速度。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有的高速Viterbi解碼器設(shè)計(jì)技術(shù)中的算法不足和速度限制，本發(fā)明目的在于提供一種帶有自適應(yīng)性以及高速Viterbi解碼器的設(shè)計(jì)方法，本發(fā)明在局部Viterbi解碼器的基礎(chǔ)上結(jié)合各類傳統(tǒng)的ARQ方法，則可得到帶有自適應(yīng)性的Viterbi算法和解碼器設(shè)計(jì)方案；本發(fā)明為一類全新的基于局部Viterbi解碼器的高速Viterbi解碼算法和架構(gòu)實(shí)現(xiàn)方案，本發(fā)明的算法根基是局部Viterbi解碼算法，而架構(gòu)根基則是局部Viterbi解碼器的平行放置，高速Viterbi解碼器的設(shè)計(jì)因此得以實(shí)現(xiàn)。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明技術(shù)方案如下帶有自適應(yīng)性Viterbi解碼器的設(shè)計(jì)方法基于局部Viterbi解碼技術(shù)，采用雙邊窗口，結(jié)合包括Yamamoto-Itoh指標(biāo)在內(nèi)的ARQ方案，以改進(jìn)Viterbi解碼的質(zhì)量，使其具備適應(yīng)信道信號(hào)衰減的能力；其輸入為數(shù)據(jù)采樣，輸出為L(zhǎng)LR值或數(shù)據(jù)位硬判定，其中包含M個(gè)局部Viterbi解碼器對(duì)應(yīng)于整個(gè)數(shù)據(jù)幀的M個(gè)數(shù)據(jù)段、使用Yamamoto-Itoh指標(biāo)的局部ARQ方案、帶有自適應(yīng)性的Viterbi解碼器控制系統(tǒng)、帶有自適應(yīng)性的Viterbi解碼器的數(shù)據(jù)進(jìn)出系統(tǒng)、帶有自適應(yīng)性的Viterbi解碼器的外部接口；其中所述M個(gè)局部Viterbi解碼器對(duì)應(yīng)于數(shù)據(jù)幀的M個(gè)數(shù)據(jù)段的平均SNR估計(jì)值或者包括Yamamoto-Itoh指標(biāo)在內(nèi)的ARQ方案指標(biāo)小于給定的閾值時(shí)，所述局部的采樣可以被重新發(fā)送，即實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)性；所述帶有自適應(yīng)性的Viterbi解碼器控制系統(tǒng)是用于控制、協(xié)調(diào)和調(diào)度整個(gè)帶有自適應(yīng)性的Viterbi解碼器的各個(gè)組成部分和其功能，對(duì)M個(gè)局部Viterbi解碼器都有一個(gè)獨(dú)立的控制系統(tǒng)；所述帶有自適應(yīng)性的Viterbi解碼器的數(shù)據(jù)進(jìn)出系統(tǒng)用于控制、協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)的進(jìn)出，每一個(gè)局部Viterbi解碼器都有一個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)出系統(tǒng)；所述帶有自適應(yīng)性的Viterbi解碼器的外部接口用于該解碼器和通訊系統(tǒng)內(nèi)其他部分的連接和通訊，每一個(gè)局部Viterbi解碼器都有與外部的通訊系統(tǒng)；本發(fā)明假設(shè)包含尾位的被解碼數(shù)據(jù)幀的大小為L(zhǎng)，使用M個(gè)局部Viterbi解碼器，所述ARQ設(shè)計(jì)方法如下1)帶有自適應(yīng)性的Viterbi解碼器包含M個(gè)局部Viterbi解碼器對(duì)應(yīng)于整個(gè)數(shù)據(jù)幀的M個(gè)數(shù)據(jù)段，假設(shè)其雙邊窗口的大小足夠長(zhǎng)；2)采用具有不良SNR值的數(shù)據(jù)段舍棄和重新傳輸?shù)母鞣NARQ方案，如果一個(gè)數(shù)據(jù)段的平均SNR值低于某個(gè)閾值，則可以舍棄這個(gè)數(shù)據(jù)段并要求重新傳輸，如果能在局部Viterbi解碼之前即能估計(jì)其平均SNR值而且其SNR值低于所設(shè)定的閾值，可以不需運(yùn)行該局部Viterbi解碼器，直接跳過這個(gè)數(shù)據(jù)段而直接要求重新傳輸；3)使用Yamamoto-Itoh指標(biāo)的局部ARQ方案，如果一個(gè)數(shù)據(jù)段上Yamamoto-Itoh指標(biāo)值低于某個(gè)閾值，則舍棄這個(gè)數(shù)據(jù)段并要求重新傳輸，如果能在局部MAP解碼之前即能估計(jì)Yamamoto-Itoh指標(biāo)值而且低于所設(shè)定的閾值，可以不運(yùn)行該局部Viterbi解碼器，直接跳過這個(gè)數(shù)據(jù)段而直接要求重新傳輸；本發(fā)明假設(shè)包含尾位的被解碼數(shù)據(jù)幀的大小為L(zhǎng)，使用M個(gè)局部Viterbi解碼器；所述局部Viterbi解碼設(shè)計(jì)方法1)如果i＝1，用{y0，y1，...，y4M-2，y4M-1}開始解碼網(wǎng)格狀態(tài)處理的蝶形運(yùn)算，在蝶形運(yùn)算和路徑度量進(jìn)行到2M-1時(shí)刻(處理完兩個(gè)窗口的樣本后)開始路徑回溯，對(duì)信息數(shù)據(jù)比特位{x0，x1，...，xM-1}進(jìn)行Viterbi解碼；2)當(dāng)i＝N-1或i＝N時(shí)，用采樣{y2L-6M，y2L-6M+1，...，y2L-1}開始解碼網(wǎng)格狀態(tài)處理的蝶形運(yùn)算，通過在L-1時(shí)刻(處理了至少兩個(gè)窗口的樣本后)開始路徑回溯，對(duì)數(shù)據(jù)比特位{xL-2M，xL-2M+1，...，xL-1}進(jìn)行Viterbi解碼(因?yàn)橥瑯拥腣iterbi回溯狀態(tài)，在這里這兩種局部Viterbi解碼情況有最后兩個(gè)窗口的重復(fù)，即最后兩個(gè)窗口同時(shí)解碼)；3)當(dāng)1＜i＜N-1時(shí)，用采樣{y2(i-1)M，y2(i-1)M+1，...，y2(i+2)M-1}開始解碼網(wǎng)格狀態(tài)處理的蝶形運(yùn)算，通過在2(i+2)M-1時(shí)刻(也即處理了對(duì)應(yīng)于三個(gè)窗口的樣本后)開始Viterbi回溯，對(duì)數(shù)據(jù)比特位{xiM，xiM+1，...，x(i+1)M-1}進(jìn)行Viterbi解碼；所述局部Viterbi解碼設(shè)計(jì)方法中1)如果i＝1，在蝶形運(yùn)算和路徑度量進(jìn)行到2M-1時(shí)刻，從具有最大路徑度量的狀態(tài)開始路徑回溯為佳(理論表明可以從任何狀態(tài)開始回溯)；2)當(dāng)i＝N-1或i＝N時(shí)，通過在L-1時(shí)刻從零狀態(tài)開始路徑回溯為佳；3)當(dāng)1＜i＜N-1時(shí)，通過在2(i+2)M-1時(shí)刻從具有最大路徑度量的狀態(tài)開始Viterbi回溯為佳(理論表明可以從任何狀態(tài)開始回溯)；所述局部Viterbi解碼設(shè)計(jì)方法中1)如果i＝1，用{y0，y1，...，y4M-2，y4M-1}開始網(wǎng)格狀態(tài)處理，當(dāng)i＝0，路徑度量初始化以PM(i)＝0為佳，i≠0時(shí)，路徑度量初始化以PM(i)＝+∞為佳；2)當(dāng)i＝N-1或i＝N時(shí)，用采樣{y2L-6M，y2L-6M+1，...，y2L-1}開始網(wǎng)格狀態(tài)處理，對(duì)于所有的i狀態(tài)，路徑度量均初始化以PM(i)＝0為佳；3)當(dāng)1＜i＜N-1時(shí)，用采樣{y2(i-1)M，y2(i-1)M+1，...，y2(i+2)M-1}開始網(wǎng)格狀態(tài)處理，對(duì)于所有的i狀態(tài)，路徑度量初始化以PM(i)＝0為佳。
高速Viterbi解碼器的設(shè)計(jì)方法以局部Viterbi解碼算法為根基，通過局部Viterbi解碼器的平行放置架構(gòu)，在局部Viterbi解碼器的基礎(chǔ)上采用雙邊窗口、結(jié)合包括Yamamoto-Itoh指標(biāo)在內(nèi)的ARQ方法和局部迭代停止方法，以提高整個(gè)Viterbi解碼器的速度；其中包含M個(gè)局部Viterbi解碼器對(duì)應(yīng)于整個(gè)數(shù)據(jù)幀的M個(gè)數(shù)據(jù)段、可將使用Yamamoto-Itoh指標(biāo)的局部ARQ方案、帶有自適應(yīng)性的Viterbi解碼器控制系統(tǒng)、帶有自適應(yīng)性的Viterbi解碼器的數(shù)據(jù)進(jìn)出系統(tǒng)、帶有自適應(yīng)性的Viterbi解碼器的外部接口；其輸入為數(shù)據(jù)采樣，輸出為L(zhǎng)LR值或數(shù)據(jù)位硬判定；其中所述M個(gè)局部Viterbi解碼器都利用截?cái)嗍诫p邊窗口算法，所有雙邊窗口的大小等同并且尺寸足夠長(zhǎng)，窗口長(zhǎng)度應(yīng)該長(zhǎng)到可以忽略由近似Viterbi解碼而帶來的性能誤差；或可以使用不均勻的M個(gè)局部Viterbi解碼器和不等長(zhǎng)的截?cái)嗍诫p邊窗口尺寸(甚至可以是傳統(tǒng)的單邊窗口算法)，所有窗口的尺寸足夠長(zhǎng)，窗口長(zhǎng)度應(yīng)該長(zhǎng)到可以忽略由近似Viterbi解碼而帶來的性能誤差；
所述高速Viterbi解碼器控制系統(tǒng)用于控制、協(xié)調(diào)和調(diào)度整個(gè)高速Viterbi解碼器的各個(gè)組成部分和其各種功能，對(duì)M個(gè)局部Viterbi解碼器都有一個(gè)獨(dú)立的控制系統(tǒng)；所述高速Viterbi解碼器的數(shù)據(jù)進(jìn)出系統(tǒng)用于控制、協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)的進(jìn)出，每一個(gè)局部Viterbi解碼器都有一個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)出系統(tǒng)；所述高速Viterbi解碼器的外部接口用于該解碼器和通訊系統(tǒng)內(nèi)其他部分的連接和通訊，每一個(gè)局部Viterbi解碼器都有與外部的通訊系統(tǒng)；本發(fā)明假設(shè)包含尾位的被解碼數(shù)據(jù)幀的大小為L(zhǎng)，使用M個(gè)局部Viterbi解碼器，所述通過局部Viterbi解碼器的平行放置架構(gòu)設(shè)計(jì)方法如下1)高速Viterbi解碼器包含M個(gè)局部Viterbi解碼器對(duì)應(yīng)于整個(gè)數(shù)據(jù)幀的M個(gè)數(shù)據(jù)段，假設(shè)雙邊窗口的大小足夠長(zhǎng)；2)并行操作高速Viterbi解碼器中的M個(gè)局部Viterbi解碼器，對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)幀的M個(gè)數(shù)據(jù)段分別進(jìn)行局部Viterbi解碼；使用M個(gè)局部Viterbi解碼器，對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)幀的M個(gè)數(shù)據(jù)段分別進(jìn)行局部Viterbi解碼的運(yùn)算可以并行處理(高速Viterbi解碼器的解碼速度由局部Viterbi解碼器的并行程度決定，若所有局部Viterbi解碼器全部并行處理，則高速Viterbi解碼器具有最高的運(yùn)行速度，若所有局部Viterbi解碼器全部串行處理，則高速Viterbi解碼器具有最低的運(yùn)行速度)；本發(fā)明可以在高速Viterbi解碼器中結(jié)合帶有自適應(yīng)性的Viterbi解碼器(即根據(jù)高速Viterbi解碼器的設(shè)計(jì)結(jié)合使用ARQ方案)，可以將具有不良SNR值的數(shù)據(jù)段舍棄和重新傳輸?shù)母鞣NARQ方案用于帶有自適應(yīng)性的Viterbi解碼，如果一個(gè)數(shù)據(jù)段的平均SNR值低于某個(gè)閾值，可以舍棄這個(gè)數(shù)據(jù)段并要求重新傳輸，如果能在局部Viterbi解碼之前即能估計(jì)其平均SNR值而且其SNR值低于所設(shè)定的閾值，可以不需運(yùn)行該局部Viterbi解碼器，直接跳過該數(shù)據(jù)段直接要求重新傳輸；可將使用Yamamoto-Itoh指標(biāo)的局部ARQ方案用于基于局部Viterbi解碼器的帶有自適應(yīng)性的Viterbi解碼方法之中，如果一個(gè)數(shù)據(jù)段上的最低Yamamoto-Itoh指標(biāo)低于某個(gè)閾值，可以舍棄這個(gè)數(shù)據(jù)段并要求重新發(fā)送；本發(fā)明假設(shè)包含尾位的被解碼數(shù)據(jù)幀的大小為L(zhǎng)，使用M個(gè)局部Viterbi解碼器；所述局部Viterbi解碼設(shè)計(jì)方法1)如果i＝1，用{y0，y1，...，y4M-2，y4M-1}開始解碼網(wǎng)格狀態(tài)處理的蝶形運(yùn)算，在蝶形運(yùn)算和路徑度量進(jìn)行到2M-1時(shí)刻(處理完兩個(gè)窗口的樣本后)開始路徑回溯，對(duì)信息數(shù)據(jù)比特位{x0，x1，...，xM-1}進(jìn)行Viterbi解碼；2)當(dāng)i＝N-1或i＝N時(shí)，用采樣{y2L-6M，y2L-6M+1，...，y2L-1}開始解碼網(wǎng)格狀態(tài)處理的蝶形運(yùn)算，通過在L-1時(shí)刻(處理了至少兩個(gè)窗口的樣本后)開始路徑回溯，對(duì)數(shù)據(jù)比特位{xL-2M，xL-2M+1，...，xL-1}進(jìn)行Viterbi解碼(因?yàn)橥瑯拥腣iterbi回溯狀態(tài)，在這里這兩種局部Viterbi解碼情況有最后兩個(gè)窗口的重復(fù)，即最后兩個(gè)窗口同時(shí)解碼)；3)當(dāng)1＜i＜N-1時(shí)，用采樣{y2(i-1)M，y2(i-1)M+1，...，y2(i+2)M-1}開始解碼網(wǎng)格狀態(tài)處理的蝶形運(yùn)算，通過在2(i+2)M-1時(shí)刻(也即處理了對(duì)應(yīng)于三個(gè)窗口的樣本后)開始Viterbi回溯，對(duì)數(shù)據(jù)比特位{xiM，xiM+1，...，x(i+1)M-1}進(jìn)行Viterbi解碼；所述局部Viterbi解碼設(shè)計(jì)方法中1)如果i＝1，用{y0，y1，...，y4M-2，y4M-1}開始網(wǎng)格狀態(tài)處理，當(dāng)i＝0，路徑度量初始化以PM(i)＝0為佳，i≠0時(shí)，路徑度量初始化以PM(i)＝+∞為佳；2)當(dāng)i＝N-1或i＝N時(shí)，用采樣{y2L-6M，y2L-6M+1，...，y2L-1}開始網(wǎng)格狀態(tài)處理，對(duì)于所有的i狀態(tài)，路徑度量均初始化以PM(i)＝0為佳；3)當(dāng)1＜i＜N-1時(shí)，用采樣{y2(i-1)M，y2(i-1)M+1，...，y2(i+2)M-1}開始網(wǎng)格狀態(tài)處理，對(duì)于所有的i狀態(tài)，路徑度量初始化以PM(i)＝0為佳；所述局部Viterbi解碼設(shè)計(jì)方法中1)如果i＝1，用{y0，y1，...，y4M-2，y4M-1}開始網(wǎng)格狀態(tài)處理，當(dāng)i＝0，路徑度量初始化以PM(i)＝0為佳，i≠0時(shí)，路徑度量初始化以PM(i)＝+∞為佳；2)當(dāng)i＝N-1或i＝N時(shí)，用采樣{y2L-6M，y2L-6M+1，...，y2L-1}開始網(wǎng)格狀態(tài)處理，對(duì)于所有的i狀態(tài)，路徑度量均初始化以PM(i)＝0為佳；3)當(dāng)1＜i＜N-1時(shí)，用采樣{y2(i-1)M，y2(i-1)M+1，...，y2(i+2)M-1}開始網(wǎng)格狀態(tài)處理，對(duì)于所有的i狀態(tài)，路徑度量初始化以PM(i)＝0為佳。
與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明更具有如下有益效果本發(fā)明則是基于對(duì)傳統(tǒng)的截?cái)嗍絍iterbi算法(用來減少Viterbi解碼器所需內(nèi)存的重要技巧，也是最原始的單邊窗口技巧)、單邊窗口算法(用于減少M(fèi)AP解碼器和進(jìn)一步的turbo解碼器所需內(nèi)存)的進(jìn)一步發(fā)展和改進(jìn)，本發(fā)明將單邊窗口算法改進(jìn)為雙邊窗口算法，并首次將其應(yīng)用到高速Viterbi解碼器(并不是僅僅用來減少解碼器所需內(nèi)存)，從理論方面講，本發(fā)明提出了一種用于Viterbi解碼的新型窗口算法，本發(fā)明稱之為雙邊窗口算法，這種窗口算法實(shí)質(zhì)上是一種用于Viterbi解碼的帶有逼近誤差的(誤差由窗口大小控制，由原來的單邊窗口算法改進(jìn)為雙邊窗口算法)近似Viterbi解碼算法，這種窗口算法能夠在任何一段采樣上建立起局部Viterbi解碼器，因此首次打破了原來的Viterbi解碼受制于采樣時(shí)序和幀長(zhǎng)的局面，將若干局部Viterbi解碼器并行排列，則能夠構(gòu)建出高速的而且?guī)в凶赃m應(yīng)性的Viterbi解碼器；若使用固定的窗口尺寸，并對(duì)于每個(gè)系統(tǒng)采樣都設(shè)計(jì)一個(gè)局部Viterbi解碼器，那么Viterbi解碼器的時(shí)間延遲可以被降到一個(gè)固定時(shí)鐘周期值(即雙邊窗口處理所需時(shí)間周期，借助于硬件設(shè)計(jì)技巧，此一時(shí)間延遲可以被降低至可以忽略的程度)，換言之，本發(fā)明至少是在理論上能設(shè)計(jì)出處理任何數(shù)據(jù)速率的(也即速度幾乎是任意高的)高速Viterbi解碼器，因此至少是在理論上已經(jīng)找到了構(gòu)建幾乎是任意速率(當(dāng)然是不考慮實(shí)現(xiàn)代價(jià))的高速Viterbi解碼器方法。
本發(fā)明采用局部Viterbi解碼器的并行排列方式，即是高速Viterbi解碼器設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)，因?yàn)槊恳粋€(gè)局部Viterbi解碼器甚至可以被設(shè)計(jì)成只用來處理一個(gè)信息比特位，本發(fā)明不僅提供了可以設(shè)計(jì)具有與信息傳輸數(shù)率無關(guān)的具有固定時(shí)間延遲的高速Viterbi解碼方法，而且對(duì)兩個(gè)相連接的局部Viterbi解碼器的任意組合和分割性質(zhì)，給出了與傳統(tǒng)Viterbi解碼方法兼容的、解碼速度從最低到最高的Viterbi解碼器設(shè)計(jì)方法，展示了高速Viterbi解碼設(shè)計(jì)中的和諧與美感。
作為這一發(fā)明核心部分的局部Viterbi解碼器也提供了具有局部解碼功能的、帶有自適應(yīng)性的Viterbi解碼器設(shè)計(jì)方法，這類自適應(yīng)性解碼器以前并不存在，新方法不但可以兼容傳統(tǒng)的基于Yamamoto-Itoh指標(biāo)的ARQ方案，也可以利用基于局部Viterbi解碼的各種ARQ方案，也是本項(xiàng)發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。


圖1是局部Viterbi解碼器的示意圖。
圖2是帶有自適應(yīng)性Viterbi解碼器的示意圖。
圖3是高速并行局部Viterbi解碼器示意圖。
圖4是局部解碼器時(shí)間序列分解示意圖。
圖5是局部解碼器狀態(tài)空間和時(shí)間序列分解示意圖。
圖6是并行局部Viterbi解碼器表現(xiàn)性能圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
不失一般性，本發(fā)明假設(shè)碼率r為1/2，Stotal是相應(yīng)的解碼網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的全部狀態(tài)數(shù)，用于卷積編碼器的數(shù)據(jù)幀的大小為L(zhǎng)，另外假設(shè)編碼器在零狀態(tài)啟動(dòng)和結(jié)束(加以適當(dāng)?shù)奈脖忍匚?，假設(shè)M={mi}i=0L-1]]>是已發(fā)送的信息比特位流，卷積編碼器的輸出為X={xi,pi}i=0L-1]]>(顯然xi＝mi對(duì)于系統(tǒng)型編碼成立)，采用BPSK調(diào)制在噪聲方差為σ2=N02]]>的AWGN信道上進(jìn)行發(fā)送，接收到采樣值為Y={yi,ti}i=0L-1,]]>其中yi=xiEb+ni,]]>ti=piEb+ni′,]]>極性是0→+1和1→-1；在內(nèi)容方面，本發(fā)明提出了一種局部Viterbi解碼方法，可被用于構(gòu)建帶有自適應(yīng)性的或高速的Viterbi(ML)解碼器，對(duì)于高速Viterbi解碼，本發(fā)明是依靠高度的并行方法(網(wǎng)格結(jié)構(gòu)狀態(tài)的并行處理和數(shù)據(jù)幀段的并行處理)來提高Viterbi解碼器的速度，如果忽略實(shí)現(xiàn)成本，本發(fā)明至少是在理論上確實(shí)可以設(shè)計(jì)出大到幾乎是任意高速度的高速Viterbi解碼器，對(duì)于帶自適應(yīng)性的Viterbi解碼，本發(fā)明則是基于使用局部Viterbi解碼器技術(shù)和包括Yamamoto-Itoh指標(biāo)在內(nèi)的各種傳統(tǒng)ARQ方案，這些方案可以完全舍棄帶有不良SNR值的數(shù)據(jù)段，并利用ARQ方案來重新發(fā)送不良的數(shù)據(jù)段，借以改進(jìn)Viterbi解碼的質(zhì)量，這種靈活的方案使得Viterbi解碼器具備了適應(yīng)信道信號(hào)衰減的能力，這種特性因而被稱為自適應(yīng)性，在算法方面，只要有足夠大的窗口，本發(fā)明的局部Viterbi算法(當(dāng)然是一種漸進(jìn)的近似算法)就有幾乎無異于理想狀態(tài)Viterbi算法的表現(xiàn)，而局部Viterbi解碼器的平行放置，顯然是并行算法和體系結(jié)構(gòu)方案，因而并不會(huì)降低Viterbi解碼器的表現(xiàn)性能，本發(fā)明也給出了某些驗(yàn)證算法性能的理論結(jié)果和數(shù)值仿真結(jié)果以便用來進(jìn)一步證實(shí)和說明本發(fā)明。
某些理論結(jié)果，SNR和虛擬SNR計(jì)算令Si為對(duì)應(yīng)于i-th信息比特時(shí)間片的編碼(解碼)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的狀態(tài)，MAP解碼是采用下面向前和向后遞歸公式的最優(yōu)的信息位對(duì)信息位檢測(cè)(1)---α(Si)=ΣSi-1α(Si-1)γ(Si-1→Si),]]>α(S0)＝1，S0＝0，α(S0)＝0，S0≠0，(2)---β(Si)=ΣSi+1β(Si+1)γ(Si→Si+1),]]>β(SL)＝1，SL＝0，α(SL)＝0，SL≠0，軟判定LLR值由下面被稱為log-MAP算法的公式計(jì)算(3)---Li=logp[mi=+1|Y]p[mi=-1|Y]=logΣS+α(Si)γ(Si→Si+1)β(Si+1)ΣS-α(Si)γ(Si→Si+1)β(Si+1),]]>其中γ(Si→Si)為分支度量，ML算法則在搜索最佳的連續(xù)路徑上是最優(yōu)的；Viterbi解碼器在AWGN信道上搜索最優(yōu)路徑時(shí)利用有效的路徑削減的動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法ACS操作(add，compare and select)，在數(shù)學(xué)上，基于i.i.d分布的樣本假設(shè)，X=arg{maxXp[Y|X]},]]>因而有p[Y|X]=Πi=0L-1p[yi|xi]p[ti|pi]=(12πσ)2Le-12σ2Σi=0L-1{(xi-yi)2+(pi-ti)2};]]>最優(yōu)路徑具有歐式距離平方的最小值，或者說具有最大相關(guān)路徑度量，相關(guān)路徑度量的附加屬性和相應(yīng)的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)為ACS運(yùn)算提供了高效的蝶形結(jié)構(gòu)，這一結(jié)構(gòu)有效地降低了相關(guān)路徑度量更新時(shí)的分支路徑計(jì)算，從而很大程度地提高了Viterbi解碼器的計(jì)算效率，本發(fā)明的分析結(jié)果，Viterbi解碼(與MAP解碼平行)的如下向前和向后遞歸序列(4)---α*(Si)=maxSi-1{α*(Si-1)γ(Si-1→Si)},]]>α*(S0)＝1，S0＝0，α*(S0)＝0，S0≠0，(5)---β*(Si)=maxSi+1{β*(Si+1)γ(Si→Si+1)},]]>β*(SL)＝1，SL＝0，β*(SL)＝0，SL≠0，向前和向后遞歸序列實(shí)際上是對(duì)Viterbi解碼方法的另一種不同的解釋(向后序列可以被簡(jiǎn)單地看作是Viterbi解碼器在相反時(shí)間方向上運(yùn)行，或者是在接收到一個(gè)完整幀的樣本之后的向前解碼)，軟判定LLR值由下式計(jì)算(6)---Li*=logΣS+α*(Si)γ(Si→Si+1)β*(Si+1)ΣS-α*(Si)γ(Si→Si+1)β*(Si+1),]]>上式在實(shí)現(xiàn)中也被稱為max-log-MAP算法。
本發(fā)明的關(guān)鍵和根本技術(shù)是局部Viterbi解碼器算法，它是對(duì)著名的滑動(dòng)窗口技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和改進(jìn)，關(guān)鍵突破點(diǎn)為將原來的單邊窗口技術(shù)修改為雙邊窗口技術(shù)，并將這一原為減少Viterbi解碼器和MAP解碼器(進(jìn)而turbo解碼器)內(nèi)存而創(chuàng)立的技術(shù)應(yīng)用到局部Viterbi解碼，進(jìn)而將其應(yīng)用到高速Viterbi解碼器，以及結(jié)合各種傳統(tǒng)的ARQ方案而構(gòu)建帶有自適應(yīng)性的Viterbi解碼器的設(shè)計(jì)當(dāng)中，雙邊窗口算法(包括依照直覺提出且為實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的單邊窗口算法)以及被截?cái)嗟腣iterbi解碼器(最原始的單邊窗口算法)的追溯長(zhǎng)度的SNR相關(guān)性可以在理論上被嚴(yán)格證明。
Viterbi解碼窗口算法的理論證明對(duì)于Viterbi解碼，如在網(wǎng)格結(jié)構(gòu){xi，pi，xi+1，pi+1，...，xi+W，pi+W}上一個(gè)隨機(jī)選擇的狀態(tài)開始回溯，回溯長(zhǎng)度為W，回溯路徑對(duì)(i-1)-th位xi-1不給予相同的位判定的事件E的概率滿足下式(7)---p(E)≤Nstate·Q(WEbKN0),]]>其中Nstate是解碼器網(wǎng)格結(jié)構(gòu)狀態(tài)數(shù)目的總數(shù)，K是解碼器網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的約束長(zhǎng)度，明顯地，limW→∞p(E)=0;]]>log-MAP和max-log-MAP解碼窗口算法的理論證明對(duì)于窗口大小為W，兩端被截?cái)嗟腗AX-log-MAP解碼，則有(8)---E[|Li-Li(W)|]≤Ce-W[1+Ntotal(22W-1)e-dfEb2σ2],]]>其中C為常數(shù)，Nstate是網(wǎng)格結(jié)構(gòu)狀態(tài)數(shù)目的總數(shù)，Li(W)是由窗口技術(shù)生成的LLR值，明顯地，limW→∞E[|Li-Li(W)|]=0;]]>這些結(jié)果表明，對(duì)于Viterbi解碼而言，在SNR大于零的情況下(這在發(fā)射信號(hào)輸出功率不為零的情況下總是成立的，否則無討論意義)，只要回溯長(zhǎng)度足夠長(zhǎng)，通過從任意狀態(tài)開始回溯，就可以得到優(yōu)良的Viterbi解碼性能，換言之，即帶有雙邊窗口的近似Viterbi解碼的LLR值在窗口大小趨近于無限大時(shí)趨近于理想Viterbi解碼的LLR值，所以滑動(dòng)窗口開得越大，局部Viterbi解碼的性能就越接近理想，因而局部Viterbi解碼算法是漸近最優(yōu)的解碼方法。
Viterbi(ML)解碼器算法，體系結(jié)構(gòu)和進(jìn)一步推廣實(shí)現(xiàn)Viterbi解碼的關(guān)鍵技術(shù)之一是解碼網(wǎng)格狀態(tài)處理的蝶形結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)被用來在ACS路徑度量更新處理中減少計(jì)算量，這種簡(jiǎn)單的技術(shù)可以有效地減少所需的基于極性的分支度量計(jì)算的數(shù)目，在實(shí)際設(shè)計(jì)中，可以設(shè)計(jì)能同時(shí)處理2，4，8或更多的解碼網(wǎng)格狀態(tài)的蝶形結(jié)構(gòu)，能同時(shí)并行處理越多的狀態(tài)，Viterbi解碼器的速度就越快，當(dāng)然，提高Viterbi解碼器的速度通常會(huì)增加實(shí)際實(shí)現(xiàn)的硬件，將解碼網(wǎng)格狀態(tài)處理的蝶形結(jié)構(gòu)平行排列的策略已經(jīng)被深入地研究過(例如前面反復(fù)提到G.Fettweis and H.Meyr的文章和其中所列文獻(xiàn))；用有限回溯長(zhǎng)度的截?cái)嗍絍iterbi解碼器代替每一數(shù)據(jù)幀的完全回溯是另外一種傳統(tǒng)的重要實(shí)現(xiàn)方法，這種技術(shù)被進(jìn)一步改進(jìn)成稱為滑動(dòng)窗口的技術(shù)，其目的主要是用來減少M(fèi)AP解碼器和turbo解碼器設(shè)計(jì)中所需要的內(nèi)存，交換的代價(jià)自然是多余的運(yùn)算，本發(fā)明稱這類技術(shù)為單邊窗口算法，但這種技術(shù)并不能提高解碼器的速度，本發(fā)明改進(jìn)并發(fā)展了這一技術(shù)，將其發(fā)展為雙邊窗口算法，并將這種技術(shù)首次應(yīng)用到高速解碼器的設(shè)計(jì)之中(因而不同于傳統(tǒng)的只為減少解碼器的內(nèi)存)，從而引進(jìn)了局部Viterbi解碼算法和局部Viterbi解碼器，首次打破了由數(shù)據(jù)幀的大小所造成的速度延遲壁壘；給定僅對(duì)幀中一段數(shù)據(jù)的Viterbi解碼能力，本發(fā)明可以使用平行排列的局部Viterbi解碼器對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)幀進(jìn)行解碼；這樣，再結(jié)合平行處理解碼器網(wǎng)格狀態(tài)的蝶形結(jié)構(gòu)的并行排列，就可以構(gòu)建出至少是在理論上幾乎是具有任意速度的Viterbi解碼器，最極端的情況則是用每個(gè)局部Viterbi解碼器來對(duì)僅僅一個(gè)數(shù)據(jù)比特位來進(jìn)行解碼，這樣全部Viterbi解碼的時(shí)間延遲就被降低到僅僅為雙邊窗口的處理時(shí)間，這是一個(gè)固定的時(shí)鐘周期常數(shù)，而這一時(shí)間延遲可以利用優(yōu)化的硬件設(shè)計(jì)被降到極小，因此本發(fā)明的方法實(shí)際上是達(dá)到了可能的高速Viterbi解碼器的速度極限，而借助于Yamamoto-Itoh指標(biāo)和各種ARQ方案，帶有自適應(yīng)性的Viterbi解碼器也可以很容易地在局部Viterbi解碼器的基礎(chǔ)上建立起來；本發(fā)明現(xiàn)正式給出局部Viterbi算法，在形式上，假設(shè)包含尾位的數(shù)據(jù)幀的大小為L(zhǎng)，使用M個(gè)局部Viterbi解碼機(jī)(本發(fā)明將整個(gè)幀平均分為M份，當(dāng)然可以用不均勻分割)，假設(shè)LM=N]]>為整數(shù)，局部Viterbi算法詳細(xì)如下局部Viterbi解碼算法如果i＝1，用{y0，y1，...，y4M-2，y4M-1}開始解碼網(wǎng)格狀態(tài)處理的蝶形運(yùn)算，當(dāng)i＝0，路徑度量初始化為PM(i)＝0，i≠0時(shí)，路徑度量初始化為PM(i)＝+∞，在蝶形運(yùn)算和路徑度量進(jìn)行到2M-1時(shí)刻(也即處理了對(duì)應(yīng)于兩個(gè)窗口的樣本后)，從具有最大路徑度量的狀態(tài)開始路徑回溯(理論結(jié)果表明可以從任何狀態(tài)開始回溯)，對(duì)信息數(shù)據(jù)比特位{x0，x1，...，xM-1}進(jìn)行Viterbi解碼；當(dāng)i＝N-1或i＝N時(shí)，用采樣{y2L-6M，y2L-6M+1，...，y2L-1}開始解碼網(wǎng)格狀態(tài)處理的蝶形運(yùn)算，對(duì)于所有的i狀態(tài)，路徑度量均初始化為PM(i)＝0，通過在L-1時(shí)刻(也即處理了對(duì)應(yīng)于至少兩個(gè)窗口的樣本后)，從零狀態(tài)開始路徑回溯，對(duì)數(shù)據(jù)比特位{xL-2M，xL-2M+1，...，xL-1}進(jìn)行Viterbi解碼，請(qǐng)注意，因?yàn)橥瑯拥腣iterbi回溯狀態(tài)(零狀態(tài))，在這里這兩種局部Viterbi解碼情況有最后兩個(gè)窗口的重復(fù)(即最后兩個(gè)窗口同時(shí)解碼)；當(dāng)1＜i＜N-1時(shí)，用采樣{y2(i-1)M，y2(i-1)M+1，...，y2(i+2)M-1}開始解碼網(wǎng)格狀態(tài)處理的蝶形運(yùn)算，對(duì)于所有的i狀態(tài)，路徑度量初始化均為PM(i)＝0，通過在2(i+2)M-1時(shí)刻(也即處理了對(duì)應(yīng)于三個(gè)窗口的樣本后)，從具有最大路徑度量的狀態(tài)開始Viterbi回溯(理論結(jié)果表明可以從任何狀態(tài)開始回溯)，對(duì)數(shù)據(jù)比特位{xiM，xiM+1，...，x(i+1)M-1}進(jìn)行Viterbi解碼；如前所述，局部Viterbi算法是對(duì)經(jīng)典的Viterbi算法、工程設(shè)計(jì)中常用的截?cái)嗍絍iterbi算法、以及為節(jié)省解碼器內(nèi)存的單邊窗口算法的進(jìn)一步改進(jìn)和發(fā)展，這一局部Viterbi算法是下面將要引進(jìn)的高速Viterbi解碼算法、帶有自適應(yīng)性的Viterbi算法的基礎(chǔ)，這一簡(jiǎn)單方法是本發(fā)明的核心和關(guān)鍵所在，而局部Viterbi解碼器在雙邊窗口趨于無窮時(shí)(即被解碼的數(shù)據(jù)段包含了整幀數(shù)據(jù)時(shí))就是傳統(tǒng)的Viterbi解碼器，而局部Viterbi解碼器若只運(yùn)用單邊窗口就是截?cái)嗍絍iterbi解碼器，這種與傳統(tǒng)方案的連接，不僅進(jìn)一步證實(shí)了本發(fā)明，更加揭示了Viterbi解碼算法內(nèi)在的和諧。
在體系結(jié)構(gòu)方面，局部Viterbi解碼器的設(shè)計(jì)則可以依照傳統(tǒng)的截?cái)嗍絍iterbi解碼器體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改，人們?cè)诮財(cái)嗍絍iterbi解碼器的體系結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)技巧方面已經(jīng)在多年實(shí)踐的基礎(chǔ)上積累了大量的經(jīng)驗(yàn)，并有許多經(jīng)實(shí)踐充分驗(yàn)證的設(shè)計(jì)例證，本發(fā)明所引入的局部Viterbi算法在結(jié)構(gòu)上是截?cái)嗍絍iterbi解碼器的體系結(jié)構(gòu)的延續(xù)和進(jìn)一步改進(jìn)發(fā)展，因而以往的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)儲(chǔ)備可以被很快地運(yùn)用到局部Viterbi解碼器和即將被引入的高速Viterbi解碼器以及帶有自適應(yīng)性的Viterbi解碼器的設(shè)計(jì)當(dāng)中。
帶有自適應(yīng)性的Viterbi解碼設(shè)計(jì)方法使用局部Viterbi解碼器可以在一個(gè)數(shù)據(jù)段而不是整個(gè)數(shù)據(jù)幀上進(jìn)行Viterbi解碼，因而可以進(jìn)一步建立起高速Viterbi解碼器和帶有自適應(yīng)性的Viterbi解碼器的設(shè)計(jì)方案，很簡(jiǎn)單地說，在利用局部Viterbi解碼器時(shí)可以舍棄具有不良SNR值的數(shù)據(jù)段而保留具有優(yōu)良SNR值的數(shù)據(jù)段，例如這些方案可以實(shí)際應(yīng)用在舍棄壞幀的語音信息接收；當(dāng)然還可以要求發(fā)射機(jī)重新發(fā)送不良數(shù)據(jù)段和不良數(shù)據(jù)幀，這樣就可以得到具有低的比特位錯(cuò)誤概率的整幀，在局部Viterbi解碼器的幫助下，本發(fā)明可以很容易地修改使用Yamamoto-Itoh指標(biāo)的傳統(tǒng)ARQ方案，讓該ARQ方案具有對(duì)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的一段數(shù)據(jù)具有重新請(qǐng)求發(fā)送的能力，這樣就可以在接收端舍棄具有不良SNR值的數(shù)據(jù)段(而不是整個(gè)一幀數(shù)據(jù))，進(jìn)而要求發(fā)射機(jī)重新傳輸該段的數(shù)據(jù)，這樣一來整個(gè)一幀的平均SNR值就會(huì)得到改善和保證，這樣就可以得到具有低的比特位錯(cuò)誤概率的一幀數(shù)據(jù)，因而使整個(gè)幀的接收質(zhì)量得到保證(即通過局部數(shù)據(jù)段的質(zhì)量控制來保證整個(gè)數(shù)據(jù)幀的質(zhì)量)，當(dāng)然，本發(fā)明也可以在局部Viterbi解碼器的基礎(chǔ)之上結(jié)合其他各種不同類型的傳統(tǒng)的ARQ方法，進(jìn)而利用局部數(shù)據(jù)段的重新傳輸來保證整數(shù)據(jù)幀的質(zhì)量，這已經(jīng)與傳統(tǒng)的ARQ方法有了實(shí)質(zhì)性的不同，因而這是一種從前并不存在的新方法；如前面一樣，假設(shè)包含尾比特位的幀長(zhǎng)為L(zhǎng)，用M個(gè)局部Viterbi解碼機(jī)(即將整個(gè)數(shù)據(jù)幀平均分為M份，當(dāng)然可以用不均勻分割)，假設(shè)LM=N]]>是整數(shù)，帶有自適應(yīng)性的Viterbi解碼算法詳細(xì)敘述如下帶有自適應(yīng)性的Viterbi解碼器包含M個(gè)局部Viterbi解碼器對(duì)應(yīng)于整個(gè)數(shù)據(jù)幀的M個(gè)數(shù)據(jù)段，假設(shè)所有雙邊窗口的大小等同并且足夠長(zhǎng)(長(zhǎng)到可以忽略由近似Viterbi解碼而帶來的性能誤差)；將具有不良SNR值的數(shù)據(jù)段舍棄和重新傳輸?shù)母鞣NARQ方案用于帶有自適應(yīng)性的Viterbi解碼，如果一個(gè)數(shù)據(jù)段的平均SNR值低于某個(gè)閾值，就可以舍棄這個(gè)數(shù)據(jù)段并要求重新傳輸，如果能在局部Viterbi解碼之前即能估計(jì)其平均SNR值而且其SNR值低于所設(shè)定的閾值，就可以不需運(yùn)行該局部Viterbi解碼器，直接跳過這個(gè)數(shù)據(jù)段而直接要求重新傳輸；這是基于局部ARQ方案和局部Viterbi解碼器的帶有自適應(yīng)性的Viterbi解碼；可將使用Yamamoto-Itoh指標(biāo)的局部ARQ方案用于基于局部Viterbi解碼器的帶有自適應(yīng)性的Viterbi解碼方法之中，如果一個(gè)數(shù)據(jù)段上的最低Yamamoto-Itoh指標(biāo)低于某個(gè)閾值，可以舍棄這個(gè)數(shù)據(jù)段并要求重新發(fā)送；在體系結(jié)構(gòu)方面，局部Viterbi解碼器的設(shè)計(jì)是在傳統(tǒng)的截?cái)嗍絍iterbi解碼器體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行修改，而帶有自適應(yīng)性的Viterbi解碼器因此可以借助于對(duì)傳統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)方案的改進(jìn)而設(shè)計(jì)，最主要的實(shí)現(xiàn)部分是ARQ方案的設(shè)立和對(duì)帶有自適應(yīng)性Viterbi解碼器的控制，而這種控制的主要任務(wù)實(shí)質(zhì)上則是對(duì)局部Viterbi解碼器的控制。
為了說明帶有自適應(yīng)性Viterbi解碼器的性能，以下是本發(fā)明利用傳統(tǒng)技巧(請(qǐng)結(jié)合參看A.Viterbi和J.Omura的專著Principles of digitalcommunication and coding，McGraw-Hill，1979)得到的表現(xiàn)結(jié)果。
帶有自適應(yīng)性Viterbi解碼器的性能證明如果采用基于ARQ方案的帶有自適應(yīng)的Viterbi解碼，且SNR閾值為T*(當(dāng)然一般假定小于 )，那么最終接收到的數(shù)據(jù)幀的位出錯(cuò)概率(9)---pe≤Q(2dfT*(1+AN04Eb))·edEb/N0·T(D)|D=e-Eb/N0,]]>其中df為解碼網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的自由距離，pe為每個(gè)節(jié)點(diǎn)的誤差概率，T(D)是生成函數(shù)；同樣的有(10)---pb≤Q(2dfT*(1+AN04Eb))·edEb/N0·T(D)|D=e-Eb/N0,]]>其中pb是位判定誤差概率，T(D，L，I)為生成函數(shù)，L表示長(zhǎng)度，I表示信息序列中1的數(shù)目；對(duì)于采用基于帶有自適應(yīng)性的Viterb解碼的Yamamoto-Itoh指標(biāo)的ARQ方案，最終幀的數(shù)據(jù)位誤差概率(11)---pe≤Q(2dEbN0(1+A))·edEb/N0·T(D)|D=e-Eb/N0,]]>其中df為解碼網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的自由距離，pe為每個(gè)節(jié)點(diǎn)的誤差概率，T(D)是生成函數(shù)；同樣有(12)---pb≤Q(2dEbN0(1+A))·edEb/N0·T(D)|D=e-Eb/N0;]]>以上的理論結(jié)果表明帶有自適應(yīng)性的Viterbi解碼器的信息比特位出錯(cuò)概率的表現(xiàn)性能，借助于傳統(tǒng)的ARQ方案(也包括利用Yamamoto-Itoh指標(biāo)的ARQ方案)Viterbi解碼器的表現(xiàn)會(huì)有所改進(jìn)，本發(fā)明提供的方案最根本的是借助于局部Viterbi解碼方法，通過檢查并重新傳輸每一段數(shù)據(jù)采樣的方法，來保證每一段數(shù)據(jù)采樣的有效SNR值并進(jìn)一步來保證整個(gè)一幀采樣的有效SNR值，因?yàn)樾盘?hào)在傳輸過程中所受到的影響不同而且不均勻，所以利用局部Viterbi算法為基礎(chǔ)的ARQ方案能在有效性上勝過基于整個(gè)一幀的ARQ方案，有效性的衡量當(dāng)然是以信息比特位出錯(cuò)概率的表現(xiàn)性能和有效信息輸出率為標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)榫植縑iterbi解碼可以被用來進(jìn)行甚至是小到一個(gè)數(shù)據(jù)比特位的解碼，所以本發(fā)明所提供的基于帶有自適應(yīng)性Viterbi解碼的ARQ方案具有最大可能的靈活性，因而本發(fā)明稱其為帶有自適應(yīng)性的Viterbi解碼方法；但特別值得一提的是這種方法的一部分用到有效SNR值作為ARQ的實(shí)現(xiàn)指標(biāo)，這在實(shí)踐中卻只能依賴于估計(jì)，有一個(gè)細(xì)微點(diǎn)需要說明的是SNR值的估計(jì)是越局部越好(最好是有精確到每一個(gè)采樣的估計(jì)，因?yàn)檫@樣一來便是自適應(yīng)性的極致)，然而局部的估計(jì)方法卻有本身存在的誤差，而估計(jì)的區(qū)段越短誤差就越大(只利用一個(gè)采樣所作的估計(jì)，便是誤差的極致)，所以對(duì)這兩種極致情況的折衷便是設(shè)計(jì)中的重要問題。
高速Viterbi解碼器設(shè)計(jì)方法高速Viterbi解碼算法是本發(fā)明的核心內(nèi)容，也是實(shí)用性最強(qiáng)的方面之一，在局部Viterbi解碼器、帶有自適應(yīng)性的Viterbi解碼器已經(jīng)引入的情況下，介紹高速Viterbi解碼方法成為很直接和輕而易舉的事，如前所述，在構(gòu)建高速Viterbi解碼器方面主要有兩個(gè)策略，構(gòu)建高速Viterbi解碼器的第一個(gè)策略是將常用的用于處理解碼器網(wǎng)格狀態(tài)的ACS蝶形結(jié)構(gòu)平行布局，利用并行處理來提高網(wǎng)格結(jié)構(gòu)狀態(tài)處理的速度，常用的ACS蝶形結(jié)構(gòu)一般同時(shí)有2個(gè)狀態(tài)，4個(gè)狀態(tài)等等，平行排列或是串行排列是權(quán)衡硬件面積(如果用ASIC實(shí)現(xiàn))和解碼器速度而定的，這方面的工作有許多詳細(xì)的闡述，其中前面提到的G.Fettweis和H.Meyr的文章是這一方向的階段性總結(jié)；本發(fā)明著重介紹構(gòu)建高速Viterbi解碼器的另一種全新的策略局部Viterbi解碼器的并行排列；同前面一樣，假設(shè)整個(gè)數(shù)據(jù)幀被分成M份(假設(shè)劃分是統(tǒng)一的)，假設(shè)包含尾比特位的幀長(zhǎng)為L(zhǎng)，用M個(gè)局部Viterbi解碼器(即將整個(gè)幀平分為M份，當(dāng)然可以使用不均勻分割)，假設(shè)LM=N]]>是整數(shù)，下面則是本發(fā)明所提供的構(gòu)建高速Viterbi解碼器的較為詳細(xì)設(shè)計(jì)方法；高速Viterbi解碼器包含M個(gè)局部Viterbi解碼器對(duì)應(yīng)于整個(gè)數(shù)據(jù)幀的M個(gè)數(shù)據(jù)段，假設(shè)所有雙邊窗口的大小等同并且足夠長(zhǎng)(長(zhǎng)到可以忽略由近似Viterbi解碼而帶來的性能誤差)；并行操作高速Viterbi解碼器中的M個(gè)局部Viterbi解碼器，對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)幀的M個(gè)數(shù)據(jù)段分別進(jìn)行局部Viterbi解碼，這些運(yùn)算當(dāng)盡量并行處理(當(dāng)然是在采樣已經(jīng)具備的情況下)；可以在高速Viterbi解碼器中結(jié)合帶有自適應(yīng)性的Viterbi解碼器，即根據(jù)高速Viterbi解碼器的設(shè)計(jì)結(jié)合使用ARQ方案；高速Viterbi解碼器的解碼速度由局部Viterbi解碼器的并行程度決定，若所有局部Viterbi解碼器全部并行處理，則高速Viterbi解碼器具有最高的運(yùn)行速度，若所有局部Viterbi解碼器全部逐一串行處理，則高速Viterbi解碼器具有最低的運(yùn)行速度；以下是兩個(gè)設(shè)計(jì)的極端情況若使用L個(gè)局部Viterbi解碼器(即對(duì)每一個(gè)樣本都設(shè)立一個(gè)局部Viterbi解碼器)且全部并行處理，則得到可能的最高速度Viterbi解碼，若使用一個(gè)局部Viterbi解碼器(即完全不采用窗口算法)，則是傳統(tǒng)的最慢的Viterbi解碼方法；本發(fā)明現(xiàn)在對(duì)高速Viterbi解碼器速度作進(jìn)一步的簡(jiǎn)要分析，假設(shè)能在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)比特位進(jìn)行所有需要的解碼網(wǎng)格結(jié)構(gòu)狀態(tài)的處理(這可以借助于硬件設(shè)計(jì)技巧實(shí)現(xiàn))，則每個(gè)局部Viterbi解碼器的解碼時(shí)間延遲為3M時(shí)鐘周期(應(yīng)用適當(dāng)?shù)挠布夹g(shù)，回溯和LLR值計(jì)算的開銷可以降到零，這些延遲因而在此被忽略不計(jì))，在完全并行處理情況下，高速Viterbi解碼器的解碼時(shí)間延遲也為3M時(shí)鐘周期，是一個(gè)固定的值，這表明高速Viterbi解碼器的速度可幾乎可以達(dá)到無限，例如，如果選擇M＝100，則能在300個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)幀進(jìn)行Viterbi解碼(這樣的Viterbi解碼速度至少在理論上幾乎足以快到應(yīng)付任何數(shù)率的數(shù)據(jù)傳輸)，更何況硬件的設(shè)計(jì)技巧足以建立起在更為有限的時(shí)鐘周期內(nèi)(可以少到只有幾個(gè)時(shí)鐘周期)完成的局部Viterbi解碼器，首先，對(duì)于突破了數(shù)據(jù)幀尺寸壁壘的局部Viterbi解碼器的平行排列，全部平行高速Viterbi解碼器的速度已與數(shù)據(jù)幀的大小無關(guān)，其次，只要高速Viterbi解碼器的速度快于其它的數(shù)字接收器模塊，就可以認(rèn)為Viterbi解碼器的速度已足夠快，因?yàn)樵趯?shí)際應(yīng)用中并不需要速度快到無限的Viterbi解碼器；在實(shí)現(xiàn)代價(jià)方面，需要考慮由于局部Viterbi解碼器的并行排列而導(dǎo)致的硅片面積擴(kuò)大、實(shí)際操作功耗增加等實(shí)現(xiàn)代價(jià)，同通常的Viterbi實(shí)現(xiàn)方式相比，使用全平行局部Viterbi解碼器的并行排列而實(shí)現(xiàn)的ASIC面積粗略估計(jì)增加 倍(當(dāng)然是不考慮有關(guān)的附加邏輯和控制邏輯)，可以假設(shè)運(yùn)行 個(gè)平行處理的局部Viterbi解碼器的功耗是運(yùn)行通常局部Viterbi解碼器操作功耗的 倍，操作功耗的增加主要由于第一個(gè)同步窗口處理部分所帶來的額外運(yùn)算(這部分是必需的)，因此，和通常的Viterbi解碼器相比，動(dòng)態(tài)功耗大約增加 (每個(gè)局部Viterbi解碼器的硅片占用面積和功耗同樣也由蝶形結(jié)構(gòu)的布局方式?jīng)Q定)。
粒度、靈活組合、實(shí)現(xiàn)自由度和數(shù)值結(jié)果帶有自適應(yīng)性的Viterbi解碼器方案可以通過數(shù)據(jù)處理、重新發(fā)送或用Yamamoto-Itoh指標(biāo)等各種傳統(tǒng)ARQ方案來增強(qiáng)數(shù)據(jù)的解碼質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)這些方案的關(guān)鍵在于能進(jìn)行分段處理的局部Viterbi解碼器，由于數(shù)據(jù)段可以是和一個(gè)整數(shù)據(jù)幀一樣長(zhǎng)，或者是和一個(gè)單個(gè)采樣一樣短，就可以以最大的自由度靈活地構(gòu)建帶有自適應(yīng)性的Viterbi解碼器，要用到的其他技術(shù)是SNR估計(jì)或ARQ方案的有效流量，同傳統(tǒng)的各種借助Viterbi解碼的ARQ方案相比，本發(fā)明所提供的方案是則在一個(gè)小段數(shù)據(jù)上進(jìn)行操作，這種方案因而具有極大的自適應(yīng)性和靈活性。
本發(fā)明將高速Viterbi解碼方案看作是兩種處理操作的組合網(wǎng)格狀態(tài)處理和數(shù)據(jù)采樣處理，網(wǎng)格狀態(tài)和數(shù)據(jù)采樣都可以用平行或串行的方式處理，進(jìn)而也可以將這些處理看作是狀態(tài)“分解”和采樣“分解”的組合，并行處理程度越高，本發(fā)明就認(rèn)為分解就越細(xì)，反之，并行處理程度越低，本發(fā)明就認(rèn)為分解就越粗，假設(shè)網(wǎng)格狀態(tài)被按照蝶形結(jié)構(gòu)處理時(shí)所出現(xiàn)的順序組織，而數(shù)據(jù)采樣則以自然的時(shí)間順序組織，圖4和圖5中的所示的每一個(gè)盒子表示對(duì)應(yīng)于一個(gè)局部Viterbi解碼器，網(wǎng)格狀態(tài)分解和數(shù)據(jù)采樣分解可以全局或局部均勻分布(當(dāng)然可以有非均勻分布的局部Viterbi解碼器)，一個(gè)局部Viterbi解碼器可以被分解成兩個(gè)局部Viterbi解碼器，兩個(gè)順序相連的相鄰局部Viterbi解碼器可以被合并為一個(gè)局部Viterbi解碼器，這種“分開和合并”可以根據(jù)任意的分解粒度來完成，與此相似，網(wǎng)格狀態(tài)分解也可以被“分開和合并”(具有最細(xì)分解的蝶形結(jié)構(gòu)完全并行排列，與之相反，具有最粗分解的蝶形結(jié)構(gòu)則是完全串行排列)，高速Viterbi解碼器可以基于任意的分解組合而設(shè)計(jì)，速度范圍則從最慢(對(duì)應(yīng)于最粗的分解)到最快(對(duì)應(yīng)于最細(xì)的分解)，這種設(shè)計(jì)的靈活性和自由性揭示了Viterbi解碼器設(shè)計(jì)中內(nèi)在的和諧和優(yōu)美。
本發(fā)明現(xiàn)給出局部Viterbi解碼方案的表現(xiàn)性能來部分地顯示高速Viterbi解碼以及帶有自適應(yīng)性的turbo解碼方案的優(yōu)良性；本發(fā)明僅僅給出具有不同窗口尺寸，在靜態(tài)信道上并行排列的局部Viterbi解碼器的表現(xiàn)性能，采用標(biāo)準(zhǔn)CDMA2000卷積碼(約束長(zhǎng)度為9，速率為1/2，每幀504位)來驗(yàn)證不同窗口尺寸的Viterbi解碼方案，結(jié)果列于圖6中，這里W5*K，W6*K，和W7*K分別表示窗口大小是5，6和7倍于約束長(zhǎng)度，即分別為45，54和63個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)，即分別為90，108和126個(gè)樣本，基于常用的5倍于約束長(zhǎng)度的截?cái)嗍絍iterbi解碼回溯長(zhǎng)度，對(duì)于兩頭截?cái)嗟木植縑iterbi解碼器，可以用仿真來確定最終所需的窗口尺寸，衰減信道自然需要更長(zhǎng)的窗口尺寸；蝶形結(jié)構(gòu)的并行排列僅是一種實(shí)現(xiàn)技術(shù)和并行算法，并不會(huì)影響到解碼的性能表現(xiàn)，仿真的結(jié)果也驗(yàn)證了局部Viterbi解碼器并行排列的高速解碼方案，對(duì)于回溯長(zhǎng)度或窗口尺寸5倍于約束長(zhǎng)度時(shí)，局部Viterbi解碼方案并不能取得優(yōu)良性能。要想表現(xiàn)性能下降得更少，窗口的尺寸就要更大，這與人們的直覺完全一致。
權(quán)利要求
1.一種帶有自適應(yīng)性Viterbi解碼器的設(shè)計(jì)方法，其特征在于基于局部Viterbi解碼技術(shù)，采用雙邊窗口，結(jié)合包括Yamamoto-Itoh指標(biāo)在內(nèi)的ARQ方案，以改進(jìn)Viterbi解碼的質(zhì)量，使其具備適應(yīng)信道信號(hào)衰減的能力；其輸入為數(shù)據(jù)采樣，輸出為L(zhǎng)LR值或數(shù)據(jù)位硬判定，其中包含M個(gè)局部Viterbi解碼器對(duì)應(yīng)于整個(gè)數(shù)據(jù)幀的M個(gè)數(shù)據(jù)段、使用Yamamoto-Itoh指標(biāo)的局部ARQ方案、帶有自適應(yīng)性的Viterbi解碼器控制系統(tǒng)、帶有自適應(yīng)性的Viterbi解碼器的數(shù)據(jù)進(jìn)出系統(tǒng)、帶有自適應(yīng)性的Viterbi解碼器的外部接口。
2.按照權(quán)利要求1所述帶有自適應(yīng)性Viterbi解碼器的設(shè)計(jì)方法，其特征在于所述M個(gè)局部Viterbi解碼器對(duì)應(yīng)于數(shù)據(jù)幀的M個(gè)數(shù)據(jù)段的平均SNR估計(jì)值或者包括Yamamoto-Itoh指標(biāo)在內(nèi)的ARQ方案指標(biāo)小于給定的閾值時(shí)，所述局部的采樣可以被重新發(fā)送，即實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)性。
3.按照權(quán)利要求1所述帶有自適應(yīng)性Viterbi解碼器的設(shè)計(jì)方法，其特征在于所述帶有自適應(yīng)性的Viterbi解碼器控制系統(tǒng)是用于控制、協(xié)調(diào)和調(diào)度整個(gè)帶有自適應(yīng)性的Viterbi解碼器的各個(gè)組成部分和其功能，對(duì)M個(gè)局部Viterbi解碼器都有一個(gè)獨(dú)立的控制系統(tǒng)；所述帶有自適應(yīng)性的Viterbi解碼器的數(shù)據(jù)進(jìn)出系統(tǒng)用于控制、協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)的進(jìn)出，每一個(gè)局部Viterbi解碼器都有一個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)出系統(tǒng)；所述帶有自適應(yīng)性的Viterbi解碼器的外部接口用于該解碼器和通訊系統(tǒng)內(nèi)其他部分的連接和通訊，每一個(gè)局部Viterbi解碼器都有與外部的通訊系統(tǒng)。
4.按照權(quán)利要求1所述帶有自適應(yīng)性Viterbi解碼器的設(shè)計(jì)方法，其特征在于假設(shè)包含尾位的被解碼數(shù)據(jù)幀的大小為L(zhǎng)，使用M個(gè)局部Viterbi解碼器，所述ARQ設(shè)計(jì)方法如下1)帶有自適應(yīng)性的Viterbi解碼器包含M個(gè)局部Viterbi解碼器對(duì)應(yīng)于整個(gè)數(shù)據(jù)幀的M個(gè)數(shù)據(jù)段，假設(shè)其雙邊窗口的大小足夠長(zhǎng)；2)采用具有不良SNR值的數(shù)據(jù)段舍棄和重新傳輸?shù)母鞣NARQ方案，如果一個(gè)數(shù)據(jù)段的平均SNR值低于某個(gè)閾值，則可以舍棄這個(gè)數(shù)據(jù)段并要求重新傳輸，如果能在局部Viterbi解碼之前即能估計(jì)其平均SNR值而且其SNR值低于所設(shè)定的閾值，可以不需運(yùn)行該局部Viterbi解碼器，直接跳過這個(gè)數(shù)據(jù)段而直接要求重新傳輸；3)使用Yamamoto-Itoh指標(biāo)的局部ARQ方案，如果一個(gè)數(shù)據(jù)段上Yamamoto-Itoh指標(biāo)值低于某個(gè)閾值，則舍棄這個(gè)數(shù)據(jù)段并要求重新傳輸，如果能在局部MAP解碼之前即能估計(jì)Yamamoto-Itoh指標(biāo)值而且低于所設(shè)定的閾值，可以不運(yùn)行該局部Viterbi解碼器，直接跳過這個(gè)數(shù)據(jù)段而直接要求重新傳輸。
5.按照權(quán)利要求1所述帶有自適應(yīng)性Viterbi解碼器的設(shè)計(jì)方法，其特征在于假設(shè)包含尾位的被解碼數(shù)據(jù)幀的大小為L(zhǎng)，使用M個(gè)局部Viterbi解碼器；所述局部Viterbi解碼設(shè)計(jì)方法1)如果i＝1，用{y0，y1，…，y4M-2，y4M-1}開始解碼網(wǎng)格狀態(tài)處理的蝶形運(yùn)算，在蝶形運(yùn)算和路徑度量進(jìn)行到2M-1時(shí)刻開始路徑回溯，對(duì)信息數(shù)據(jù)比特位{x0，x1，…xM-1}進(jìn)行Viterbi解碼；2)當(dāng)i＝N-1或i＝N時(shí)，用采樣{y2L-6M，y2L-6M+1，…，y2L-1}開始解碼網(wǎng)格狀態(tài)處理的蝶形運(yùn)算，通過在L-1時(shí)刻開始路徑回溯，對(duì)數(shù)據(jù)比特位{xL-2M，xL-2M+1，…，xL-1}進(jìn)行Viterbi解碼；3)當(dāng)1＜i＜N-1時(shí)，用采樣{y2(i-1)M，y2(i-1)M+1，…，y2(i+2)M-1}開始解碼網(wǎng)格狀態(tài)處理的蝶形運(yùn)算，通過在2(i+2)M-1時(shí)刻開始Viterbi回溯，對(duì)數(shù)據(jù)比特位{xiM，xiM+1，…，x(i+1)M-1}進(jìn)行Viterbi解碼。
6.按照權(quán)利要求5所述帶有自適應(yīng)性Viterbi解碼器的設(shè)計(jì)方法，其特征在于所述局部Viterbi解碼設(shè)計(jì)方法中1)如果i＝1，在蝶形運(yùn)算和路徑度量進(jìn)行到2M-1時(shí)刻，從具有最大路徑度量的狀態(tài)開始路徑回溯為佳；2)當(dāng)i＝N-1或i＝N時(shí)，通過在L-1時(shí)刻從零狀態(tài)開始路徑回溯為佳；3)當(dāng)1＜i＜N-1時(shí)，通過在2(i+2)M-1時(shí)刻從具有最大路徑度量的狀態(tài)開始Viterbi回溯為佳。
7.按照權(quán)利要求5所述帶有自適應(yīng)性Viterbi解碼器的設(shè)計(jì)方法，其特征在于所述局部Viterbi解碼設(shè)計(jì)方法中1)如果i＝1，用{y0，y1，…，y4M-2，y4M-1}開始網(wǎng)格狀態(tài)處理，當(dāng)i＝0，路徑度量初始化以PM(i)＝0為佳，i≠0時(shí)，路徑度量初始化以PM(i)＝+∞為佳；2)當(dāng)i＝N-1或i＝N時(shí)，用采樣{y2L-6M，y2L-6M+1，…，y2L-1}開始網(wǎng)格狀態(tài)處理，對(duì)于所有的i狀態(tài)，路徑度量均初始化以PM(i)＝0為佳；3)當(dāng)1＜i＜N-1時(shí)，用采樣{y2(i-1)M，y2(i-1)M+1，…，y2(i+2)M-1}開始網(wǎng)格狀態(tài)處理，對(duì)于所有的i狀態(tài)，路徑度量初始化以PM(i)＝0為佳。
8.一種高速Viterbi解碼器的設(shè)計(jì)方法，其特征在于以局部Viterbi解碼算法為根基，通過局部Viterbi解碼器的平行放置架構(gòu)，在局部Viterbi解碼器的基礎(chǔ)上采用雙邊窗口、結(jié)合包括Yamamoto-Itoh指標(biāo)在內(nèi)的ARQ方法和局部迭代停止方法，以提高整個(gè)Viterbi解碼器的速度；其中包含M個(gè)局部Viterbi解碼器對(duì)應(yīng)于整個(gè)數(shù)據(jù)幀的M個(gè)數(shù)據(jù)段、可將使用Yamamoto-Itoh指標(biāo)的局部ARQ方案、帶有自適應(yīng)性的Viterbi解碼器控制系統(tǒng)、帶有自適應(yīng)性的Viterbi解碼器的數(shù)據(jù)進(jìn)出系統(tǒng)、帶有自適應(yīng)性的Viterbi解碼器的外部接口；其輸入為數(shù)據(jù)采樣，輸出為L(zhǎng)LR值或數(shù)據(jù)位硬判定。
9.按照權(quán)利要求8所述高速Viterbi解碼器的設(shè)計(jì)方法，其特征在于所述M個(gè)局部Viterbi解碼器都利用截?cái)嗍诫p邊窗口算法，所有雙邊窗口的大小等同并且尺寸足夠長(zhǎng)，窗口長(zhǎng)度應(yīng)該長(zhǎng)到可以忽略由近似Viterbi解碼而帶來的性能誤差；或可以使用不均勻的M個(gè)局部Viterbi解碼器和不等長(zhǎng)的截?cái)嗍诫p邊窗口尺寸，所有窗口的尺寸足夠長(zhǎng)，窗口長(zhǎng)度應(yīng)該長(zhǎng)到可以忽略由近似Viterbi解碼而帶來的性能誤差。
10.按照權(quán)利要求8所述高速Viterbi解碼器的設(shè)計(jì)方法，其特征在于所述高速Viterbi解碼器控制系統(tǒng)用于控制、協(xié)調(diào)和調(diào)度整個(gè)高速Viterbi解碼器的各個(gè)組成部分和其各種功能，對(duì)M個(gè)局部Viterbi解碼器都有一個(gè)獨(dú)立的控制系統(tǒng)；所述高速Viterbi解碼器的數(shù)據(jù)進(jìn)出系統(tǒng)用于控制、協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)的進(jìn)出，每一個(gè)局部Viterbi解碼器都有一個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)出系統(tǒng)；所述高速Viterbi解碼器的外部接口用于該解碼器和通訊系統(tǒng)內(nèi)其他部分的連接和通訊，每一個(gè)局部Viterbi解碼器都有與外部的通訊系統(tǒng)。
11.按照權(quán)利要求8所述高速Viterbi解碼器的設(shè)計(jì)方法，其特征在于假設(shè)包含尾位的被解碼數(shù)據(jù)幀的大小為L(zhǎng)，使用M個(gè)局部Viterbi解碼器，所述通過局部Viterbi解碼器的平行放置架構(gòu)設(shè)計(jì)方法如下1)高速Viterbi解碼器包含M個(gè)局部Viterbi解碼器對(duì)應(yīng)于整個(gè)數(shù)據(jù)幀的M個(gè)數(shù)據(jù)段，假設(shè)雙邊窗口的大小足夠長(zhǎng)；2)并行操作高速Viterbi解碼器中的M個(gè)局部Viterbi解碼器，對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)幀的M個(gè)數(shù)據(jù)段分別進(jìn)行局部Viterbi解碼。
12.按照權(quán)利要求11所述高速Viterbi解碼器的設(shè)計(jì)方法，其特征在于使用M個(gè)局部Viterbi解碼器，對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)幀的M個(gè)數(shù)據(jù)段分別進(jìn)行局部Viterbi解碼的運(yùn)算可以并行處理。
13.按照權(quán)利要求11所述高速Viterbi解碼器的設(shè)計(jì)方法，其特征在于可以結(jié)合帶有自適應(yīng)性的Viterbi解碼器，可以將具有不良SNR值的數(shù)據(jù)段舍棄和重新傳輸?shù)母鞣NARQ方案用于帶有自適應(yīng)性的Viterbi解碼，如果一個(gè)數(shù)據(jù)段的平均SNR值低于某個(gè)閾值，可以舍棄這個(gè)數(shù)據(jù)段并要求重新傳輸，如果能在局部Viterbi解碼之前即能估計(jì)其平均SNR值而且其SNR值低于所設(shè)定的閾值，可以不需運(yùn)行該局部Viterbi解碼器，直接跳過該數(shù)據(jù)段直接要求重新傳輸；可將使用Yamamoto-Itoh指標(biāo)的局部ARQ方案用于基于局部Viterbi解碼器的帶有自適應(yīng)性的Viterbi解碼方法之中，如果一個(gè)數(shù)據(jù)段上的最低Yamamoto-Itoh指標(biāo)低于某個(gè)閾值，可以舍棄這個(gè)數(shù)據(jù)段并要求重新發(fā)送。
14.按照權(quán)利要求8所述高速Viterbi解碼器的設(shè)計(jì)方法，其特征在于假設(shè)包含尾位的被解碼數(shù)據(jù)幀的大小為L(zhǎng)，使用M個(gè)局部Viterbi解碼器；所述局部Viterbi解碼設(shè)計(jì)方法1)如果i＝1，用{y0，Y1，…，y4M-2，y4M-1}開始解碼網(wǎng)格狀態(tài)處理的蝶形運(yùn)算，在蝶形運(yùn)算和路徑度量進(jìn)行到2M-1時(shí)刻開始路徑回溯，對(duì)信息數(shù)據(jù)比特位{x0，x1，…，xM-1}進(jìn)行Viterbi解碼；2)當(dāng)i＝N-1或i＝N時(shí)，用采樣{y2L-6M，y2L-6M+1，…，y2L-1}開始解碼網(wǎng)格狀態(tài)處理的蝶形運(yùn)算，通過在L-1時(shí)刻開始路徑回溯，對(duì)數(shù)據(jù)比特位{xL-2M，xL-2M+1，…，xL-1}進(jìn)行Viterbi解碼；3)當(dāng)1＜i＜N-1時(shí)，用采樣{y2(i-1)M，y2(i-1)M+1，…，y2(i+2)M-1}開始解碼網(wǎng)格狀態(tài)處理的蝶形運(yùn)算，通過在2(i+2)M-1時(shí)刻開始Viterbi回溯，對(duì)數(shù)據(jù)比特位{xiM，xiM+1，…，x(i+1)M-1}進(jìn)行Viterbi解碼。
15.按照權(quán)利要求6所述高速Viterbi解碼器的設(shè)計(jì)方法，其特征在于所述局部Viterbi解碼設(shè)計(jì)方法中1)如果i＝1，用{y0，y1，…，y4M-2，y4M-1}開始網(wǎng)格狀態(tài)處理，當(dāng)i＝0，路徑度量初始化以PM(i)＝0為佳，i≠0時(shí)，路徑度量初始化以PM(i)＝+∞為佳；2)當(dāng)i＝N-1或i＝N時(shí)，用采樣{y2L-6M，y2L-6M+1，…，y2L-1}開始網(wǎng)格狀態(tài)處理，對(duì)于所有的i狀態(tài)，路徑度量均初始化以PM(i)＝0為佳；3)當(dāng)1＜i＜N-1時(shí)，用采樣{y2(i-1)M，y2(i-1)M+1，…，y2(i+2)M-1}開始網(wǎng)格狀態(tài)處理，對(duì)于所有的i狀態(tài)，路徑度量初始化以PM(i)＝0為佳。
16.按照權(quán)利要求6所述高速Viterbi解碼器的設(shè)計(jì)方法，其特征在于所述局部Viterbi解碼設(shè)計(jì)方法中1)如果i＝1，用{y0，y1，…，y4M-2，y4M-1}開始網(wǎng)格狀態(tài)處理，當(dāng)i＝0，路徑度量初始化以PM(i)＝0為佳，i≠0時(shí)，路徑度量初始化以PM(i)＝+∞為佳；2)當(dāng)i＝N-1或i＝N時(shí)，用采樣{y2L-6M，y2L-6M+1，…，y2L-1}開始網(wǎng)格狀態(tài)處理，對(duì)于所有的i狀態(tài)，路徑度量均初始化以PM(i)＝0為佳；3)當(dāng)1＜i＜N-1時(shí)，用采樣{y2(i-1)M，y2(i-1)M+1，…，y2(i+2)M-1}開始網(wǎng)格狀態(tài)處理，對(duì)于所有的i狀態(tài)，路徑度量初始化以PM(i)＝0為佳。
全文摘要
本發(fā)明公開一種帶有自適應(yīng)性Viterbi解碼器的設(shè)計(jì)方法。它基于局部Viterbi解碼技術(shù)，采用雙邊窗口，結(jié)合包括Yamamoto－Itoh指標(biāo)在內(nèi)的ARQ方案，改進(jìn)Viterbi解碼的質(zhì)量，使其具備適應(yīng)信道信號(hào)衰減的能力；其中包含M個(gè)局部Viterbi解碼器對(duì)應(yīng)于整個(gè)數(shù)據(jù)幀的M個(gè)數(shù)據(jù)段、使用Yamamoto－Itoh指標(biāo)的局部ARQ方案、帶有自適應(yīng)性的Viterbi解碼器控制系統(tǒng)、帶有自適應(yīng)性的Viterbi解碼器的數(shù)據(jù)進(jìn)出系統(tǒng)、帶有自適應(yīng)性的Viterbi解碼器的外部接口。本發(fā)明是一類全新的基于局部Viterbi解碼器的高速Viterbi解碼算法和架構(gòu)實(shí)現(xiàn)方案，高速Viterbi解碼器的設(shè)計(jì)因此得以實(shí)現(xiàn)。
文檔編號(hào)H03M13/41GK1665145SQ200410021330
公開日2005年9月7日 申請(qǐng)日期2004年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月3日
發(fā)明者許樹湛, 韋恩·斯塔克 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院沈陽自動(dòng)化研究所