CN100382435C - 涡轮解码器系统中的可靠性值的非线性缩放 - Google Patents

涡轮解码器系统中的可靠性值的非线性缩放 Download PDF

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Abstract

一种用于相连码诸如涡轮码的解码器系统，包括至少两个通过可靠性值处理器相互耦合的组成解码器，该可靠性值处理器用于处理可靠性值。该可靠性值处理器包括用于提供非线性缩放的可靠性值缩放单元。这减少了由组成解码器提供的可靠性值，使得该非线性缩放的可靠性值更好地反映出了可实际地实现的通常具有次最优的组成解码器的解码器系统中的真正的可靠性信息或者对数似然比(LLR)。

Description

涡轮解码器系统中的可靠性值的非线性缩放
本发明涉及一种用于相连码的解码器系统，该相连码例如是涡轮(turbo)码，该系统包括至少两个组成解码器，所述的两个组成解码器通过一个用于处理可靠性值的可靠性值处理器相互耦合。
本发明还涉及一种包括这种解码器系统的接收机、一种用于对相连码进行解码的方法，所述的相连码例如是进行了迭代解码的涡轮码，并且由此在进行解码和量化之后，可靠性值被去量化，并且对相关的信号也一样。
这种解码器系统见发表于Globecom2000(11月)、标题为“Designof Fixed-Point Iterative Decoders for Concatenated Codes withInterleavers”、作者为G.Montorsi和S.Benedetto的文章内。该已知的解码器系统包括用于相连码的解码器结构，该相连码诸如并行或串行相连码，例如涡轮码。该解码器结构包括通常所说的SISO(软输入软输出)组成解码器，这些解码器通过作为交织器和解交织器的寻址单元相互耦合。如果使用SISO解码器，则每个组成解码器都以可靠性信息的形式输出非固有信息，称作LLR(对数似然比)信息。最初由组成解码器输出的可靠性信息是模拟形式的，在提供给所述的寻址单元之前，该可靠性信息可以在一个量化器中进行量化。该可靠性信息用一个二进制值来表示。将该二进制可靠性值的位映射到最初的模拟的可靠性信息的整个范围上的若干位中，最佳地，这个位数为尽可能的少。然而，该可靠性值的大小是随着该迭代处理的进行而增加的。所以为了应对渐增的可靠性信息的动态变化，建议逐渐地减少精度，可靠性信息便是通过它用其相关的可靠性值位表示的。通过应用这种形式的精度校正，就有可能提供较大的动态可靠性信息范围，这是逐渐增加的迭代次数所要求的。
当在寻址单元中进行了处理之后，在一个去量化器中对该二进制可靠性值进行去量化，给定了二进制可靠性信息的精度校正值，还原初始的二进制值。
已经发现这种已知的解码器系统实际上并不总是象所期望的那样又好又可靠地执行。
因此，本发明的一个目的是提供一种解码器系统，其解码器的性能得到了改进。
此外，按照本发明的解码器系统的特征在于该可靠性值处理器包括一个缩放单元，所述的缩放单元用于提供非线性缩放的可靠性值。
因此，按照本发明的方法的特征在于对该可靠性值进行非线性缩放。
发明人已经发现，实际中构造的组成解码器并不总是提供准确而可靠的可靠性信息。在那些情况下，在组成解码器之间实际交换的可靠性信息被发现是过份可信了。据此，建议在按照本发明的解码器系统中非线性地缩放可靠性值。适当的非线性缩放的效果是这种被缩放的可靠性值可以表示较低的但是更准确且更精确的值，这更好地反映了可靠性信息实际上真正可以被实现的可靠性。
实验证明，在按照本发明的系统中，对一般由组成解码器作为可靠性值提供的可靠性信息的非线性缩放改善了迭代解码器的性能，这是因为与没有采用这种缩放的相同次数的迭代相比，可以得到较低的误字率(WER)和较低的误码率(BER)。反过来说，可以用较少的迭代分别达到相同的WER和BER，这在按照本发明的解码器系统中节省了可贵的信息处理时间和过程。
按照本发明的解码器系统的一个实施例的特征在于，该缩放单元具有一个或多个缩放控制输入，并且配备该缩放单元依照下面的一个或多个缩放控制信号来执行缩放：
(a)取决于组成解码器的输入之间的相关性量的缩放控制信号；
(b)取决于迭代次数或组成解码器所执行的迭代次数的缩放控制信号；
(c)取决于实际位误码率的缩放控制信号；
(d)取决于被用作组成解码器的解码器的类型的缩放控制信号；
(e)取决于解码器系统的信噪比的缩放控制信号；
(f)取决于解码器系统所期望的衰减的缩放控制信号。
有利地，可以从各种缩放控制信号中包含的诸项做出关于该非线性缩放的特定的相关性的选择。这意味着，当一个或多个上面提及的或类似的项倾向于危及按照本发明的解码器系统所要求的性能时，可以执行有关的非线性缩放。通过在以上的一个或多个项上应用非线性缩放，可以保持稳定的高的解码性能。当然，也可能选择具有关联的相关性的一个缩放控制信号或缩放控制信号的组合。这样，就可以执行从一个缩放相关性到另一个缩放相关性的转换，或者从影响该非线性缩放的这样的或类似的项中的一项转到另一项。这样，甚至能够实现可靠性值的动态的/自适应的非线性缩放，其中影响非线性缩放的特定的方式可以取决于在某一特定时刻是重要的项。
按照本发明的解码器系统的进一步的实施例，其特征在于，可靠性值处理器包括一个用于提供量化的可靠性值的量化器，并且基于对量化的可靠性值的中值的非线性缩放，由该缩放单元执行可靠性值的缩放。
对中值的非线性缩放的效果可能是，去量化时的非线性缩放的中值表示了相关的可靠性值，该可靠性值不同于初始的可靠性值，但却更好地反映了真正的获得的可靠性。
另一实施例的可变通的详细细节方面，按照本发明的解码器系统特征在于，由该缩放单元对中值执行的非线性缩放是这样的，即，对每一个单独的可靠性值采用不同的缩放因子。
按照本发明的解码器系统的另一实施例，其特征在于，该可靠性值处理器包括交织器和解交织器的形式的寻址单元，所述的交织器和解交织器分布在组成解码器之间。
我们知道，这些具有交织器和解交织器的寻址单元包括寻址存储器。有利地，可以减少按照本发明的解码器系统中采用的寻址单元的存储器的数量，如果能够借助于组合量化与非线性缩放优化对该可靠性值的量化，则甚至可以很大地减少存储器的数量，使之与不采用这样的缩放相比，用于编码可靠性信息所需的位数更少；然而并没有不利地影响正常的解码器性能。
按照本发明的解码器系统的另一个实施例，其特征在于该解码器系统包括一个或多个以下类型的组成解码器：对数APP解码器、最大对数APP(MAP)解码器、软输出维特比(SOV)解码器或者类似的相连码解码器。
这个实施例列举了某些类型的解码器，这些类型的解码器可以用作次最优的解码器，并且如果没有采用对可靠性判定间隔的非线性缩放，则其可靠性信息可能也是过于可信的。由于这种非线性缩放的缘故，这些类型的解码器的性能得以改进，因为现在它们的输出的可靠性信息更好地反映了由这些组成解码器解码的信息的真正的可靠性。
现在参照附图，将进一步阐明按照本发明的解码器系统和相关特征以及附加的优点，其中相同的参考标号指代类似的组件。
图中：
图1以例子的方式示出了按照现有技术的涡轮编码器的示意性实施例；
图2示出了按照本发明的解码器系统的一个实施例；
图3示出了图2的解码器系统中用于可能的应用的可靠性值处理器的一部分；
图4示出了用于解释按照本发明的解码器系统和方法的可靠性值与二进制编码可靠性位数的关系图；
图5示出了非线性校正的中值的非线性组的实曲线以及相对的表示现有技术的方法的虚曲线。
涡轮编码是信道编码理论领域内的技术人员所了解的并行相连码中的一种形式，其始自1993年5月在IEEE学报ICC’93，第1064-1070页发表的、作者为C.Berrou、A.Glavieux以及P.Thitimajshima、标题为“Near Shannon Limit Error-Correcting Coding andDecoding；Turbo Codes”的第一篇文章。涡轮编码器是以其杰出的误码率(BER)而著称的一种信道编码形式。例如，这种编码可以应用在所有类型的通信设备中，诸如未来的UMTS设备、深空接收机，或类似硬盘、遥测设备、或诸如局域网等的数字网络的设备，这些设备中，能够在低的信噪比环境中进行可靠的通信是至关重要的。
仅仅以举例的形式，图1示出了按照现有技术的编码系统1的一个实施例。其功能将概括如下。该编码器2-1、2-2将一个信息字的输入位映射到包括位I、P1、P2的码字，该码字是要通过传输信道(未示出)发送的码字。在这种情况下，为该信息字的各个输入位生成了三个输出位I、P1、P2，由此得到了比率为1/3的码。如图2所示，为了使在解码器系统3处接收一个不正确的码字的概率最小化，所有可能的信息中，只有彼此具有最大欧几里得距离的报文部分被用于编码。在如所示的情况中，编码器系统1包括两个递归的系统编码器2-1、2-2，每一个编码器都包括延迟线和加法器(循环地相加)，后者按照图2所示进行耦合。这两个编码器2-1、2-2被一个寻址单元隔离开来，所述的寻址单元为交织器II形式，其用于将输入的信息位流划分为具有某个长度，例如150位的信息块，并且重新排列这些块。在UMTS应用中，该交织器的大小可以从320到5120个样本。对于每个输入位产生三个输出位，它们是(可能在适当的映射之后)：一个系统位I、编码器2-1的一个可靠性位P1以及编码器2-2的一个可靠性位P2。在处理完N个输入位之后，编码器2-1、2-2就停止所谓的栅格，栅格是众所周知的是时间的函数的延迟线状态图。这就产生了6个附加位，即，各个栅格的3个系统位和3个可靠性位。然后，已编码的输出位I、P1、P2被通过传输信道发送给解码器系统3的解码器系统输入端4-1、4-2、4-3。
图2中所列举的解码器系统3具有一种相连解码器系统的结构，该相连解码器系统具有第一软输入/软输出(SISO)分量块解码器5-1和第二SISO块解码器5-2，它们以一种反馈的布置相互耦合。图2中省略了量化器和去量化器。执行块解码器5-1和5-1，以解码从传输信道接收到的输入，该接收的输入代表已编码的信号I、P1和P2。在第一迭代过程中，在加法器6-1中负地将先验信息加入之后，在交织器II中处理块解码器5-1的一个可靠性输出，并且然后，与代表可靠性P2的已接收的信号一起，在块解码器5-2中被用作先验信息。在接下来的迭代过程中，块解码器5-2的可靠性输出被在以解交织器II-1的形式的寻址单元中解交织，其中在加法器6-2内，已经加入了交织器II的负的可靠性输出，该解交织器II-1的输出与已接收的代表可靠性P1的信号一起，被在两个加法器6-3和6-1中用作反馈的先验可靠性信息，供块解码器5-1进一步解码。可以继续执行这种解码过程，直到满足了某些所实行的迭代停止标准为止，其中，在块解码器5-2的输出端17上提供了输出信号Λ之后，如果必要的话，该信号Λ然后将进行解交织和去映射，从而提供一个有关涡轮解码器系统3的涡轮解码输出信号。
当然，用于实现所想要的解码方案而进行的各种修改也是可行的，这些修改包括两个以上适当配置的组成解码器5诸如5-1和5-2，以及可靠性值处理器，例如加法器6和交织器II、II-1，例如用作寻址单元7。通过可靠性值处理器处理的，并在系统3中循环的可靠性信息在此用8表示，它指出现在解码器5-1和5-2之间的所有的可靠性处理组件。为便于说明，信息信号I也被认为包含在该可靠性信息中。所述的可靠性信息提供了可靠性信息，并且在上述组成解码器的情况下，其可被认为是代表着众所周知的对数似然比(LLR)，尽管并不总是这种情况。
现在参见图3，其中示出了可靠性值处理器8的一部分，包括一个寻址单元7、夹着寻址单元7的量化器9以及去量化器10，在如图所示的情况下，该单元7是一个交织器，但也可以包括一个解交织器。可靠性信息x可能是以采样的形式供给量化器9并且进行量化的，其中可靠性输出值in，例如，包括8个可靠性值或量化间隔，这时可以通过三个可靠性位进行编码。接着，就在寻址交织器7中对这些可靠性位的表示进行交织并且在去量化器10中进行去量化。
图4示出了用于解释解码器系统3的操作的可靠性值对二进制编码可靠性位数的关系图。从该图纵轴上某个可靠性值开始，量化器9可以容易地从与该实线的交点处确定相应的二进制可靠性位的数值，该实线表示指出了可靠性值和二进制位的数值或有关的位表示之间的一一对应的关系。通常，对于相反的情况这也成立，即使参照说明书的序言中的Globecom2000(11月)里面的文章中所建议的，为了应对一种逐渐增加的动态范围，调整了该间隔宽度。事实上，线性的缩放将会具有多个交叉点，这些交叉点都是落于该实线上。
通过观看观察图4中的虚线，可以看出此处建议的非线性缩放的效果。当从横轴上的二进制位间隔的中部开始去量化时，与虚线的交点以及其在纵轴上的投影表示了如果作用了打算使用的非线性的缩放，该二进制值的去量化的可靠性值。例如，从二进制值111开始，应注意的是，其中间值可能(取决于虚线的切线)终止于判定间隔6而非间隔7，通常可能都是这种情况。对于给出的例子，对于二进制值110也存在同样的位的减少或位压缩，它终止于间隔5而不是6。这就意味着在这种情况下，发生了向下缩放，该向下缩放减少了可靠性值的数量，但这被证明是正确的，因为常规的去量化的值过于可信。用某个因子，例如0.7，减少该非线性缩放值，它表示更可靠的可靠性信息或LLR值。可以在可靠性值处理器8的组件内的某处执行实际的非线性缩放操作，如图2和3中所示，例如，在分离的缩放单元12中、在去量化器10中或者在可靠性值处理器8的其它组件中。
可以依据下面的缩放控制信号中的一个或多个控制该非线形缩放：
(a)取决于有或没有组成解码器5-1、5-2的迭代的输入之间的相关量的缩放控制信号；
(b)取决于，例如，迭代的次数或者由组成解码器5-1、5-2执行的迭代的次数的缩放控制信号；
(c)取决于实际的位误码率的缩放控制信号，该实际的位误码率是在解码器系统3的适当的位置测量到的；
(d)取决于被作为组成解码器而被采用的解码器5-1、5-2的类型的缩放控制信号；
(e)取决于在解码器系统3上或者解码器系统3中的信噪比的缩放控制信号；
(f)取决于解码器系统3中所期望的衰减的缩放控制信号。
此外，向缩放单元12，或如果组合了去量化器，向去量化器10本身提供了缩放控制输入13，用于一个或多个上述的缩放控制信号。可用的常用的次最优组成解码器的类型的例子有：对数APP解码器、最大对数APP(MAP)解码器、最大*对数APP解码器、软输出维特比(Viterby)(SOV或SOV算法)解码器或者类似的相连码解码器。
如果必要的话，可以这样执行非线性缩放，使得各个量化的可靠性值具有固定的缩放因子，如上面所指明的那样。然而，取决于以上的一个或多个项目，各个二进制可靠性间隔可能具有其自己的单独缩放因子。现在将给出一个例子。假设组成解码器5-1、5-2使用可靠性值间隔1.4。则沿着图5中的纵轴示出的可靠性值判定边界可能分别是在-4.2；-2.8；-1.4；0.0；1.4；2.8；与4.2，分别在-4.9；-3.5；-2.1；-0.7；0.7；2.1；3.5；以及4.9处具有相应的中值。假设可能动态指定的不同的缩放因子分别是：0.82；0.66；0.62；0.57；0.57；0.62；0.66；和0.82，则该非线性缩放的中值分别是：-4.0；-2.3；-1.3；-0.4；0.4；1.3；2.3；以及4.0。这些值是由缩放单元12或去量化器10提供的非线性校正的中值。图5中用实线示出了后者的非线性校正中值的非常非线形的组，它可以与没有缩放或仅仅进行了拉直的现有技术进行比较。
虽然以上已经参照基本上最佳的实施例和最可能的模式进行了描述，但应该理解，这些实施例决不能解释为是有关设备的限定性的例子，因为目前落在后附权利要求的范围内的多种修改、特征和特征的组合都是在技术人员可以做到的范围内的。例如，对于每个迭代数目，可以执行不同的缩放。

Claims (9)

1.用于相连码诸如涡轮码的解码器系统(3)，包括至少两个与可靠性值处理器(8)耦合的组成解码器(5-1，5-2)，所述可靠性值处理器(8)用于处理在组成解码器(5-1，5-2)之间传送的可靠性信息，其特征在于可靠性值处理器(8)包括：量化器，适于将各判定间隔中的可靠性值量化为相应的量化可靠性值；以及适于通过将量化可靠性值去量化为按缩放因子缩放了的各判定间隔的中值来提供非线性缩放的可靠性值的装置。
2.按照权利要1的解码器系统(3)，其特征在于适于提供非线性缩放的可靠性值的装置具有一个或多个缩放控制输入(13)，并且被用于根据以下的一个或多个缩放控制信号按所述缩放因子执行缩放：
(a)取决于组成解码器(5-1、5-2)的输入之间的相关性量的缩放控制信号；
(b)取决于迭代的次数或是由组成解码器(5-1、5-2)执行的迭代的次数的缩放控制信号；
(c)取决于实际的位误码率的缩放控制信号；
(d)取决于被用作组成解码器(5-1、5-2)的解码器的类型的缩放控制信号；
(e)取决于在解码器系统(3)处的信噪比的缩放控制信号；
(f)取决于解码器系统(3)中所期望的衰减的缩放控制信号。
3.按照权利要求1或2的解码器系统(3)，其特征在于对于不同的量化可靠性值，缩放因子不同。
4.按照权利要求1或2的解码器系统(3)，其特征在于可靠性值处理器(8)包括以交织器和解交织器的形式的介于组成解码器(5-1，5-2)之间的寻址单元(7)。
5.按照权利要求1或2的解码器系统(3)，其特征在于解码器系统(3)包括一个或多个以下类型的组成解码器(5-1，5-2)：对数APP解码器、最大对数APP(MAP)解码器、最大*对数APP解码器、软输出维特比(SOV)解码器或者类似的相连码解码器。
6.按照权利要求3的解码器系统(3)，其特征在于可靠性值处理器(8)包括以交织器和解交织器的形式的介于组成解码器(5-1，5-2)之间的寻址单元(7)。
7.按照权利要求3的解码器系统(3)，其特征在于解码器系统(3)包括一个或多个以下类型的组成解码器(5-1，5-2)：对数APP解码器、最大对数APP(MAP)解码器、最大*对数APP解码器、软输出维特比(SOV)解码器或者类似的相连码解码器。
8.一种接收机，包括按照权利要求1-5之一的解码器系统(3)，该解码器系统(3)包括至少两个与可靠性值处理器(8)耦合的组成解码器(5-1，5-2)，所述可靠性值处理器(8)用于处理在组成解码器(5-1，5-2)之间传送的可靠性信息，其特征在于可靠性值处理器(8)包括：量化器，适于将各判定间隔中的可靠性值量化为相应的量化可靠性值；以及适于通过将量化可靠性值去量化为按缩放因子缩放了的各判定间隔的中值来提供非线性缩放的可靠性值的装置。
9.一种用于对相连码诸如涡轮码进行解码的方法，所述的涡轮码是经过迭代解码了的，从而产生了可靠性值，其特征在于通过将各判定间隔中的可靠性值量化为相应的量化可靠性值，并将量化可靠性值去量化为按缩放因子缩放了的各判定间隔的中值，从而对所述的可靠性值进行非线性缩放。
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