專利名稱：一種多維tcm譯碼器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于TCM譯碼技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種多維TCM譯碼器。
背景技術(shù)：
以往的編碼技術(shù)是以增加系統(tǒng)帶寬而換取編碼增益的，這對于深空通信和早期的衛(wèi)星通信等帶寬富裕的場合是適合的，而對于諸如電話通信和海量高速數(shù)據(jù)傳輸這類帶寬嚴格受限的系統(tǒng)就不是很合適。特別是今天，一方面高數(shù)據(jù)率要求系統(tǒng)的帶寬效率要高，另一方面成本或移動性要求小天線與低發(fā)射功率。TCM(網(wǎng)格編碼調(diào)制)技術(shù)的問世，為上述兩個方面提供了解決途徑。將TCM用于高速數(shù)據(jù)傳輸時，若使用編碼符號速率與調(diào)制符號速率等同的二維 TCM，對譯碼器的處理速度具有較高的要求，例如在信息速率為300Mbps編碼效率為2/3的 TCM-8PSK中，如使用二維TCM，那么譯碼器將以150Msps的符號速率進行路徑的搜索。如果采用同樣的信息速率和編碼效率四維的TCM，那么在譯碼器中，路徑搜索將以75Msps的符號速率進行。在相同的吞吐量條件下，采用2*D維TCM能使譯碼器的處理速率降到二維TCM 的1/D，這使得多維TCM在高速數(shù)據(jù)傳輸中具有很大的吸引力。但使用多維TCM會帶來新的問題，若在譯碼端不能正確判斷哪幾個連續(xù)接收的調(diào)制符號屬于同一個編碼符號，將無法進行正確的譯碼，即編碼符號同步問題?，F(xiàn)有技術(shù)中， 通常采用非盲同步插入導(dǎo)頻法，即每隔一段特定的時間在待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流中插入一段已知的同步信息比特來獲取編碼符號的同步信息的方法，這種方法會增加系統(tǒng)帶寬，降低信息的傳輸效率。關(guān)于盲同步的方法，前期的研究均不可利用Viterbi譯碼器運算的中間結(jié)果，一直沒得到廣泛的應(yīng)用，而近年來開始研究利用Viterbi譯碼器的中間結(jié)果的盲同步方法，取得了比較好的效果，如(楊軍，張爾揚，多維TCM的編碼符號同步方法，國防科技大學(xué)學(xué)報，2005年，第27卷第5期，48-51.)，該文獻提出了兩種多維TCM編碼符號盲同步方法，一種是累加相位差同步法是對這種相位差累加同步法的一種改進，這種方法可以利用 Viterbi譯碼器當前各狀態(tài)的最小累加和值與L個時刻之前保存路徑中此狀態(tài)的累加和值之差來直接獲取相位差累加值，降低了計算累加和值的復(fù)雜度，但該方法在每次判斷時還需要處理浮點數(shù)或多比特量化的定點數(shù)的減法和比較，復(fù)雜度還是較高。另一種是回溯初始狀態(tài)比較同步法。在該方法中，若編碼符號同步正確，那么接收的調(diào)制符號在Viterbi譯碼器中會沿著一條正確的路徑延伸。若接收的多維符號在譯碼器中不同步，在編碼網(wǎng)格中不存在這樣的路徑。通過判斷當前大多數(shù)狀態(tài)的幸存路徑在L時刻前的狀態(tài)相同與否，來判斷編碼符號是否同步。對于2D維TCM，回溯初始狀態(tài)比較同步法需要進行M次比較，并且需要回溯M條幸存路徑。需要的運算量比累計度量和同步法還要大。對高速硬件實現(xiàn)是非常不利的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種多維TCM譯碼器，采用本發(fā)明可利用譯碼器的中間結(jié)果實現(xiàn)對輸入譯碼數(shù)據(jù)的盲同步，且不對譯碼器的性能造成損失。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是—種多維TCM譯碼器，包括控制模塊、同步檢測模塊、分支度量模塊、輔助網(wǎng)格模塊、ACS模塊、回溯模塊和差分模塊，所述分支度量模塊根據(jù)輸入的同步譯碼數(shù)據(jù)產(chǎn)生分支度量值和分支度量值的符號值并輸出到輔助網(wǎng)格模塊；所述輔助網(wǎng)格模塊根據(jù)輸入的分值度量值產(chǎn)生分支度量和值輸出給ACS模塊；再根據(jù)分支度量和值獲得硬判決碼字以及與分支度量和值對應(yīng)的路徑信息，其中，所述的硬判決碼字輸出給同步檢測模塊，所述路徑信息輸出到回溯模塊；所述ACS模塊根據(jù)輸入的分支度量和值獲得編碼過程中產(chǎn)生分支度量和值的狀態(tài)信號和路徑度量信號，并根據(jù)路徑度量信號產(chǎn)生路徑度量歸一化信號，所述狀態(tài)信號輸出給回溯模塊，所述路徑度量歸一化信號輸出給同步檢測模塊；并將迭代譯碼過程中，最大路徑度量信號的狀態(tài)信號輸出給回溯模塊；所述回溯模塊根據(jù)輸入的產(chǎn)生分支度量和值的狀態(tài)信號狀態(tài)、最大路徑度量信號的狀態(tài)信號和路徑信息生成譯碼碼字，并將譯碼碼字分別輸出到同步檢測模塊和差分模塊；所述差分模塊對輸入的譯碼碼字進行星座逆映射，產(chǎn)生譯碼結(jié)果并輸出。所述同步檢測模塊對輸入的路徑度量歸一化信號進行計數(shù)，當計數(shù)值達到計數(shù)門限N時，如果譯碼碼字與硬判決碼字之差小于閾值門限M，則產(chǎn)生數(shù)據(jù)同步信號并輸出到控制模塊；否則產(chǎn)生數(shù)據(jù)失步信號并輸出到控制模塊；其中，所述計數(shù)門限N是由所述控制模塊在同步檢測模塊產(chǎn)生的數(shù)據(jù)同步信號或數(shù)據(jù)失步信號的間隔內(nèi)接收到的輸入譯碼數(shù)據(jù)的總比特數(shù)確定；所述閾值門限M是通過統(tǒng)計輔助網(wǎng)格模塊產(chǎn)生的硬判決碼字與回溯模塊產(chǎn)生的譯碼碼字的平均差異比特數(shù)確定的；所述控制模塊若接收到數(shù)據(jù)同步信號，則將輸入的譯碼數(shù)據(jù)中各路的并行數(shù)據(jù)分別排序后作為同步譯碼數(shù)據(jù)輸出到分支度量模塊；若接收到數(shù)據(jù)失步信號，確定輸入的譯碼數(shù)據(jù)中各路并行數(shù)據(jù)的延時節(jié)拍，根據(jù)延時節(jié)拍對并行數(shù)據(jù)進行延時獲得同步的并行數(shù)據(jù)；對同步的并行數(shù)據(jù)排序后作為同步譯碼數(shù)據(jù)輸出到分支度量模塊。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點本發(fā)明的多維TCM譯碼器利用譯碼過程中的中間結(jié)果數(shù)據(jù)對輸入譯碼數(shù)據(jù)的同步或失步狀態(tài)進行判斷與現(xiàn)有技術(shù)中在待譯碼數(shù)據(jù)中插入一段已知的同步信息比特來獲取編碼符號的同步信息-插入導(dǎo)頻法相比，提高了對譯碼數(shù)據(jù)的傳輸效率；所述的同步檢測模塊是利用譯碼碼字、硬判決碼字和路徑度量歸一化信號實現(xiàn)對譯碼數(shù)據(jù)同步或失步狀態(tài)的判斷，判斷方法可以只通過累加器和比較器實現(xiàn)對數(shù)據(jù)同步或失步信號的提取，與現(xiàn)有累加相位盲同步法相比，明顯降低了對浮點數(shù)的運算，實現(xiàn)復(fù)雜度低、所需硬件資源少。 且同步檢測在判斷數(shù)據(jù)同步信號或數(shù)據(jù)失步信號時的對路徑度量歸一化信號的計數(shù)門限和譯碼碼字與硬判決碼字之差小于閾值門限為預(yù)先設(shè)定，不需要根據(jù)信噪比的變化來動態(tài)調(diào)整同步門限，因此幾乎可以不造成譯碼性能的損失。在控制模塊中根據(jù)同步檢測模塊輸入的數(shù)據(jù)同步信號或數(shù)據(jù)失步信號進行操作，在譯碼數(shù)據(jù)失步時，僅通過延時器實現(xiàn)了對多路并行數(shù)據(jù)的同步，降低了對失步譯碼數(shù)據(jù)進行調(diào)整的實現(xiàn)復(fù)雜度。


圖1為本發(fā)明示意圖；圖2為控制模塊狀態(tài)機；圖3為控制模塊順序調(diào)整實現(xiàn)框圖；圖4為同步檢測模塊電路圖；圖5為映射方式圖；圖6為CCSDS標準的(4，3，6)卷積碼編碼器框圖；圖7為ACS上一狀態(tài)到當前狀態(tài)的轉(zhuǎn)移示意圖；圖8為回溯模塊譯碼流程圖9為本發(fā)明譯碼性能曲線圖。
具體實施例方式如圖1所示為本發(fā)明所述多維TCM譯碼器，包括控制模塊、同步檢測模塊、分支度 量模塊、輔助網(wǎng)格模塊、ACS模塊、回溯模塊和差分模塊。其中，分支度量模塊、輔助網(wǎng)格模 塊、ACS模塊、回溯模塊構(gòu)成譯碼器的譯碼結(jié)構(gòu)部分?？刂颇K根據(jù)同步檢測模塊輸入的數(shù)據(jù)同步信號或數(shù)據(jù)失步信號對輸入的譯碼 數(shù)據(jù)進行同步和排序后輸入到譯碼器的譯碼結(jié)構(gòu)中。對于本發(fā)明所述的多維TCM譯碼器的 輸入譯碼數(shù)據(jù)分為I、Q兩路后，又可在I路或Q路上分別分為多路的并行數(shù)據(jù)。在同步檢 測模塊中用于產(chǎn)生數(shù)據(jù)同步信號或數(shù)據(jù)失步信號的輸入信號包括譯碼結(jié)構(gòu)中輔助網(wǎng)格模 塊產(chǎn)生的硬判決碼字、ACS模塊產(chǎn)生的路徑度量歸一化信號和回溯模塊產(chǎn)生的譯碼碼字。控制模塊接收輸入的譯碼數(shù)據(jù)，并根據(jù)同步檢測模塊產(chǎn)生的數(shù)據(jù)同步信號或數(shù) 據(jù)失步信號對同步的譯碼數(shù)據(jù)或失步的譯碼數(shù)據(jù)進行不同的操作。若由同步檢測模塊輸入 的為數(shù)據(jù)同步信號，則控制模塊直接對譯碼數(shù)據(jù)中I路和Q路中各自的并行數(shù)據(jù)分別進行 排序后形成同步譯碼數(shù)據(jù)輸入到譯碼器的譯碼結(jié)構(gòu)中。若由同步檢測模塊輸入的為數(shù)據(jù)失 步信號，則控制模塊對I路和Q路中各自的并行數(shù)據(jù)中的每一路數(shù)據(jù)進行判斷確定每路數(shù) 據(jù)的延時節(jié)，在根據(jù)每路的延時節(jié)拍對并行數(shù)據(jù)進行延時以同步輸入的并行數(shù)據(jù)，將并行 數(shù)據(jù)同步后再對并行數(shù)據(jù)進行排序形成同步譯碼數(shù)據(jù)輸入到譯碼結(jié)構(gòu)中。以四維的TCM譯碼器為例，如圖2所示，為控制模塊工作狀態(tài)機，包括init_state 的初始狀態(tài)和shif^ shifty的同步操作狀態(tài)，其中D代表TCM譯碼器的維度，在本例 中D = 4。上電后,控制模塊進入init_state初始狀態(tài),然后在shift。 shifty同步操 作狀態(tài)中進行跳轉(zhuǎn)，完成對輸入譯碼數(shù)據(jù)的同步和排序。如圖3所示，為四維TCM譯碼器中 控制模塊的順序調(diào)整實現(xiàn)框圖。圖中，dl、d2代表延時器，當接收到數(shù)據(jù)同步信號時，控制 模塊對輸入的每路并行數(shù)據(jù)(dati0_tmp dati3_tmp)分別進行延時后，通過2選1將僅 經(jīng)過一次延時后的并行數(shù)據(jù)(datil_tmp dati3_tmp)與dati0_tmp同時輸入到順序調(diào)整 模塊，由順序調(diào)整模塊對輸入的多路并行數(shù)據(jù)排序后并行的輸出到譯碼結(jié)構(gòu)中。當接收到 數(shù)據(jù)失步信號時，控制模塊在shif\ shifty同步操作狀態(tài)中對輸入的并行數(shù)據(jù)進行失 步狀態(tài)的判斷，D維TCM譯碼器中輸入的譯碼數(shù)據(jù)具有D-1中失步狀態(tài)，通過在各個同步操作狀態(tài)中對并行數(shù)據(jù)的失步狀態(tài)進行比對，可確定符合當前輸入譯碼數(shù)據(jù)的失步狀態(tài)，從而可確定對各路并行數(shù)據(jù)的延時節(jié)拍。根據(jù)確定的延時節(jié)拍，進一步結(jié)合圖3所示結(jié)構(gòu)，對各路并行數(shù)據(jù)進行延時，利用2選I將延時后的同步并行數(shù)據(jù)輸出到順序調(diào)整模塊，同樣由順序調(diào)整模塊對輸入的多路并行數(shù)據(jù)排序后并行的輸出到譯碼結(jié)構(gòu)中。同步檢測模塊用于根據(jù)輸入的硬判決碼字X、路徑度量歸一化信號norm和譯碼碼字c產(chǎn)生數(shù)據(jù)同步信號或數(shù)據(jù)失步信號。同步檢測模塊產(chǎn)生數(shù)據(jù)同步信號或數(shù)據(jù)失步信號的方法為對輸入的路徑度量歸一化信號進行計數(shù)，當計數(shù)值達到計數(shù)門限N時，如果譯碼碼字與硬判決碼字之差小于閾值門限M，則產(chǎn)生數(shù)據(jù)同步信號；否則產(chǎn)生數(shù)據(jù)失步信號。 其中，所述計數(shù)門限N是由所述控制模塊在同步檢測模塊產(chǎn)生的數(shù)據(jù)同步信號或數(shù)據(jù)失步信號的間隔內(nèi)接收到的輸入譯碼數(shù)據(jù)的總比特數(shù)確定；閾值門限M是在計數(shù)門限N確定的情況下，通過統(tǒng)計輔助網(wǎng)格模塊產(chǎn)生的硬判決碼字與回溯模塊產(chǎn)生的譯碼碼字的平均差異比特數(shù)來確定的下面以CCSDS 401. O-B BLUE BOOK April 2009 標準中譜效率為 2. 5Bits/ Channel-Symbol、卷積碼采用(4，3，6)卷積碼的4D 8PSK-TCM為例來說明這兩個門限的確
定方法。對于計數(shù)門限N :假設(shè)每次檢測同步信號的時間內(nèi)接收到的碼字總數(shù)為T，如下文 ACS模塊部分，ACS路徑度量值始終將當前時刻輸入分支度量和與上一時刻的路徑度量值進行累加。若路徑度量值溢出，則路徑度量歸一化信號(nor_Sig)置“1”，計數(shù)門限N就是在接收的碼字總數(shù)為T情況下路徑度量值的溢出次數(shù)。采用系統(tǒng)仿真的方法，在AWGN信道下x，c，N(N為歸一化信號norm的計數(shù)值)這三者之間的關(guān)系進行仿真，當接收的碼字總數(shù)為T為IX 106bits，對應(yīng)的計數(shù)門限N = 500)， 表I中非常大的值表示大于10000。Diff表示x，c的差異比特數(shù)。由于在譯碼過程中，輔助網(wǎng)格模塊產(chǎn)生的硬判決碼字為一個粗略的譯碼結(jié)果，而回溯模塊才產(chǎn)生出真正的精確譯碼碼字，在譯碼器正常工作情況下這兩個碼字的差異比特數(shù)Diff會隨著信噪比的增大而減少。從表I中可以看到，隨著信噪比的增大，同步情況下Diff逐漸降低到零，而失步情況下Diff逐漸增大至一個穩(wěn)定值，當信噪比Eb/N0大于等于20dB，同步情況下Diff降低到 0，失步情況下Diff已經(jīng)趨于穩(wěn)定。通過這個特性可以得到閾值門限M，如果增加接收的碼字總數(shù)為T，精度會更高，N，M的值均會更大，硬件實現(xiàn)時開銷會更大，選取原則是只要能獲得同步頭，閾值門限N，M的值越小越好。仿真結(jié)果如表I所示表I. ACS歸一化次數(shù)N = 500次時的總diff (依次為最大值、平均值和最小值)
權(quán)利要求
1.一種多維TCM譯碼器，包括控制模塊、同步檢測模塊、分支度量模塊、輔助網(wǎng)格模塊、ACS模塊、回溯模塊和差分模塊，所述分支度量模塊根據(jù)輸入的同步譯碼數(shù)據(jù)產(chǎn)生分支度量值和分支度量值的符號值并輸出到輔助網(wǎng)格模塊；所述輔助網(wǎng)格模塊根據(jù)輸入的分值度量值產(chǎn)生分支度量和值輸出給ACS模塊；再根據(jù)分支度量和值獲得硬判決碼字以及與分支度量和值對應(yīng)的路徑信息，其中，所述的硬判決碼字輸出給同步檢測模塊，所述路徑信息輸出到回溯模塊；所述ACS模塊根據(jù)輸入的分支度量和值獲得編碼過程中產(chǎn)生分支度量和值的狀態(tài)信號和路徑度量信號，并根據(jù)路徑度量信號產(chǎn)生路徑度量歸一化信號，所述狀態(tài)信號輸出給回溯模塊，所述路徑度量歸一化信號輸出給同步檢測模塊；并將迭代譯碼過程中，最大路徑度量信號的狀態(tài)信號輸出給回溯模塊；所述回溯模塊根據(jù)輸入的產(chǎn)生分支度量和值的狀態(tài)信號狀態(tài)、最大路徑度量信號的狀態(tài)信號和路徑信息生成譯碼碼字，并將譯碼碼字分別輸出到同步檢測模塊和差分模塊； 所述差分模塊對輸入的譯碼碼字進行星座逆映射，產(chǎn)生譯碼結(jié)果并輸出，其特征在于所述同步檢測模塊對輸入的路徑度量歸一化信號進行計數(shù)，當計數(shù)值達到計數(shù)門限N時，如果譯碼碼字與硬判決碼字之差小于閾值門限M，則產(chǎn)生數(shù)據(jù)同步信號并輸出到控制模塊；否則產(chǎn)生數(shù)據(jù)失步信號并輸出到控制模塊；其中，所述計數(shù)門限N是由所述控制模塊在同步檢測模塊產(chǎn)生的數(shù)據(jù)同步信號或數(shù)據(jù)失步信號的間隔內(nèi)接收到的輸入譯碼數(shù)據(jù)的總比特數(shù)確定；所述閾值門限M是通過統(tǒng)計輔助網(wǎng)格模塊產(chǎn)生的硬判決碼字與回溯模塊產(chǎn)生的譯碼碼字的平均差異比特數(shù)確定的；所述控制模塊若接收到數(shù)據(jù)同步信號，則將輸入的譯碼數(shù)據(jù)中各路的并行數(shù)據(jù)分別排序后作為同步譯碼數(shù)據(jù)輸出到分支度量模塊；若接收到數(shù)據(jù)失步信號，確定輸入的譯碼數(shù)據(jù)中各路并行數(shù)據(jù)的延時節(jié)拍,根據(jù)延時節(jié)拍對并行數(shù)據(jù)進行延時獲得同步的并行數(shù)據(jù)； 對同步的并行數(shù)據(jù)排序后作為同步譯碼數(shù)據(jù)輸出到分支度量模塊。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多維TCM譯碼器包括控制模塊、同步檢測模塊、分支度量模塊、輔助網(wǎng)格模塊、ACS模塊、回溯模塊和差分模塊。其中，同步檢測模塊分別由輔助網(wǎng)格模塊產(chǎn)生的硬判決碼字、ACS模塊產(chǎn)生的路徑度量歸一化信號和回溯模塊產(chǎn)生的譯碼碼字，并對路徑度量歸一化信號進行計數(shù)，當計數(shù)值達到計數(shù)門限N時，如果譯碼碼字與硬判決碼字之差小于閾值門限M，則產(chǎn)生數(shù)據(jù)同步信號并輸出到控制模塊；否則產(chǎn)生數(shù)據(jù)失步信號并輸出到控制模塊。控制模塊當接收到數(shù)據(jù)同步信號或數(shù)據(jù)失步信號時，對輸入的同步譯碼數(shù)據(jù)進行排序后輸出或?qū)κР降淖g碼數(shù)據(jù)通過延時同步后排序輸出。本發(fā)明可利用譯碼器的中間結(jié)果實現(xiàn)對輸入譯碼數(shù)據(jù)的盲同步，且不造成對譯碼器性能的損失。
文檔編號H03M13/00GK102611457SQ20121005179
公開日2012年7月25日 申請日期2012年2月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月29日
發(fā)明者劉潔, 宋穎, 楊新權(quán), 謝天驕, 靳凡 申請人:西安空間無線電技術(shù)研究所