CN100557985C - 数据接收方法和设备 - Google Patents

Abstract

提供了删余率确定装置，用于确定接收数据的删余率；插值装置，用于对利用所确定的删余率稀疏化的比特进行插值；解交织装置，用于将交织数据重新排列回到原始排列；以及turbo解码装置，用于接收滑动窗口的数据和滑动窗口数据之后的学习区间数据，以通过递归操作对滑动窗口的数据进行解码，同时对由插值和解交织装置处理的数据、根据由删余率确定装置确定的删余率，可变地设置学习区间长度；由此即使当删余率变化时，包括在学习区间中的有效接收信号也能保持大体上不变。

Description

数据接收方法和设备

技术领域

本发明涉及一种用于接收所发送的数据的数据接收方法和设备，该发送数据被编码成其中组合卷积码和交织处理的turbo码。

背景技术

在现有技术中，执行编码使得编码成所谓的turbo码，以高效地发送数据。图1示出在发送侧执行turbo编码的turbo编码器的配置的一个例子。输入数据作为系统比特被提供给并行/串行转换器11，并且被提供给第一卷积编码器20以及通过交织器12提供给第二卷积编码器30。第一卷积编码器20使用加法器21和25、以及D触发器22、23和24执行卷积处理，以生成奇偶校验比特a，并且所生成的奇偶校验比特a被提供给并行/串行转换器11。第二卷积编码器30使用加法器31和35、以及D触发器32、33和34执行卷积处理，以生成奇偶校验比特b，并且所生成的奇偶校验比特b被提供给并行/串行转换器11。

并行/串行转换器11以预定次序将所提供的系统比特以及奇偶校验比特a和b转换成串行数据，并且输出该结果作为turbo编码数据。

在接收以这种方式经过turbo编码的发送信号的一侧，使用例如图2的turbo解码器来执行解码。将说明图2所示的turbo解码器的配置，接收信号被提供给串行/并行转换器41，并且被分离成系统比特以及奇偶校验比特a和b。该串行/并行转换器41的分离是采用定时控制电路49所指示的定时来执行的。

软输出解码算法单元42使用所分离的系统比特、奇偶校验比特a和用于解交织的存储器46的输出信号，以使用称作MAP算法的软输出解码算法执行解码处理。在软输出解码算法单元42中解码的数据被提供给交织存储器43，并且经过交织处理；然后，经过交织的数据和在串行/并行转换器41中分离出的奇偶校验比特b被提供给软输出解码算法单元44。软输出解码算法单元44也执行使用MAP算法的解码处理，并且通过解交织存储器46将解码输出提供给软输出解码算法单元42。因此，相互提供软输出解码算法单元42中的解码处理和软输出解码算法单元44中的解码处理的输出，以执行迭代解码。

在交织存储器43中经过交织的数据和软输出解码算法单元44的解码输出被提供给加法器45并被相加，并且相加输出被提供给硬判定单元47。硬判定单元47是获得最终解码结果的电路。该硬判定单元47中的判定(解码)结果被提供给解交织存储器48，并且经过解交织，并且输出解交织数据作为turbo码的解码结果。

处理定时由定时控制电路49提供给软输出解码算法单元42和44中的每一个、并提供给交织存储器43、解交织存储器46和解交织存储器48。

为了说明图2所示的turbo解码器的解码处理状态，由于turbo码是分块码，因此以包括规定比特数N的块为单元执行编码处理和解码处理。这些块单元称作码块。交织存储器和解交织存储器保存的所需字数等于一个码块中的比特数。

由两个软输出解码算法单元42和44执行的迭代解码被迭代例如数次到数十次。在开始迭代解码之前，软输出解码算法单元42被初始化为初始值(0)。为了概要说明该迭代解码的一个周期的处理，在第一周期的前半部分中，软输出解码算法单元42工作。系统比特、奇偶校验比特a和解交织存储器46的输出被输出到软输出解码算法单元42。在交织存储器43中累积软输出解码算法单元42的输出。在迭代处理的第一周期的时候，在解交织存储器46中尚未累积任何信息，从而在其中也使用初始值(0)。

在第一周期的后半部分中，软输出解码算法单元44工作。奇偶校验比特b和交织存储器43的输出被提供给软输出解码算法单元44。在该配置中，不发送与在软输出解码算法单元44中解码的MAP算法b相对应的系统比特，并且输入0。在解交织存储器46中累积该软输出解码算法单元44的解码输出。上面概述了迭代解码处理中解码处理的第一周期。从交织存储器43和解交织存储器46发送到软输出解码算法单元44和42的信息称作现有似然信息。

在重复该处理周期预定次数之后，在硬判定单元47中获得由加法器45相加的输出的硬判定结果(正负号(sign)比特)，并且将该结果提供给解交织存储器48，并且恢复比特序列以获得最终解码结果。

下一步，参照图3说明在软输出解码算法单元42和44的解码处理中所使用的MAP算法的操作。该MAP算法参见L.R.Bahl，J.Cocke，F.Jelinek和J.Raviv的论文，“Optical Decoding of Linear Codes for Minimizing SymbolError Rate(用于最小化符号误差率的线性码的光学解码)”，IEEE Transactionson Information Theory，Vol.IT-20，March 1974，pp.284-7。

在MAP算法中，为码块中的每个比特位置获得软判定输出。此时，需要前向和反向上的递归操作以确定格子(trellis)上的状态计量。如图3所示，必须从头到尾以单块为单元连续执行该处理。也就是，在通过遍及N级(N-stage)码块的递归操作为每个状态存储状态计量之后，必须执行处理。为了执行该处理，需要能够存储大量数据的存储器。例如，在施加于称作W-CDMA的无线电话系统的处理(码块长度N为5114，状态数M＝8)的情况下，所需存储容量的大小约为40k字。

因此，作为用来减少MAP算法所需存储量的技术，在对比文件1和对比文件2中提出了使用滑动窗口的处理。

[对比文件1]S.Pietrobon和S.Barbulescu的论文，“A Simplification ofthe Modified Bahl et al.Decoding Algorithm for Systematic ConvolutionalCodes(用于系统卷积码的修改的Bahl等的解码算法的简化)”，Int.Symp.OnInform.Theory and Its Application，Sydney，Australia，pp.1073-7，November1994，revised Jan.4，1996。

[对比文件2]S.Pietrobon的论文，“Efficient Implementation ofContinuous MAP Decoders and A Synchronization Technique for TurboDecoders(连续MAP解码器的有效实现和turbo解码器的同步技术)”，Int.Symp.On Inform Theory and Its Application，Victoria，B.C.，Canada，pp.586-9，September 1996。

上述使用滑动窗口的解码处理的详细信息在本发明的实施例中进行说明，然而，简而言之，递归操作是以窗口单元来执行的。如果窗口长度为L并且特定窗口的时间为t，则反向递归操作从时间t+2L开始，并且由反向递归操作产生的状态计量在从时间t+L到时间t的区间上被存储在存储器中。

由于执行处理以足够地改善以窗口单元划分的递归操作的可靠性，因此从时间t+2L到时间t+L的区间在此称作学习区间。如果学习区间的长度为P，则在上述非专利对比文件中可以表述P＝L；然而，不一定总是这种情况。通过缩短学习区间的长度P，可以抑制操作量的增加。然而，另一方面，存在性能恶化；因此必须谨慎地决定P值，并且需要提供一定的容限。前向递归操作和输出似然计算在从时间t到时间t+L的区间内执行。

对下一个窗口执行类似的处理，其中该窗口的起始位置增加L至t+L。随后继续处理，从而每次以L增加(滑动)窗口的起始位置，直到到达格子的结束处为止。对于从格子结束处执行的递归操作，不提供学习区间。

通过使用该滑动窗口执行操作，所需存储量从N*M字减至L*M字。然而，对于操作量，反向递归操作量增加了两倍。

这样，学习区间的长度P考虑可允许的操作量增加和性能恶化来确定。为了减少操作量，必须缩短学习区间的长度；然而，根据所发送的turbo码的状态，可能不总是设置适当的学习区间长度。

本发明是鉴于上述考虑而设计的，并且其目的是提供一种当接收到turbo码并且通过使用滑动窗口的操作执行解码时可以最优设置学习区间长度的数据接收方法和设备。

发明内容

本发明的数据接收方法是一种用于接收turbo码数据并对其解码的数据接收方法，其中该turbo码数据通过卷积编码和交织的组合、以包括预定比特数的块为单元来编码，并且必要时以预定删余(puncture)率来抽取(decimate)，以进行发送，该方法包括：判断turbo码数据的删余率的处理；对以该删余率抽取的比特进行插值的插值处理；将turbo码数据恢复成原始排列的解交织处理；以及经过插值处理和解交织处理的数据的turbo解码处理，其中，在根据在删余率判断处理中判断的删余率可变地设置学习区间的长度的同时，输入滑动窗口的窗口长度和滑动窗口数据之后的上述学习区间的数据，以通过递归操作对滑动窗口的数据进行解码。

本发明的数据接收设备是一种接收turbo码数据并对其解码的数据接收设备，其中该turbo码数据以包括预定比特数的块为单元来编码，该设备包括：删余率判断装置，用于检测turbo码数据的删余率；插值装置，用于对以判断出的删余率抽取的比特进行插值；解交织装置，用于将turbo码数据恢复成原始排列；以及turbo解码装置，针对经过插值装置和解交织装置中的处理的数据，在根据由删余率判断装置检测出的删余率可变地设置学习区间长度的同时，输入滑动窗口的窗口长度和滑动窗口数据之后的上述学习区间的数据，以通过递归操作对滑动窗口的数据进行解码。

根据本发明，根据接收数据的删余率可变地设置学习区间的长度，使得即使删余率发生变化，学习区间内的有效接收信号也能保持近似不变。因此，作为学习区间，可以连续使用最短长度，从而具有以下有益效果：在使用滑动窗口的MAP算法的计算期间，不再需要执行过量计算；可以提高计算速度；以及可以抑制浪费的功耗。

具体地说，作为根据删余率可变地设置的学习区间长度，采用与以删余率抽取的比特数相等的数量改变该长度，使得包含在学习区间中的接收数据的有效比特数可保持近似不变，并且高效解码变得可能。

附图说明

图1是turbo编码器的配置示例方框图；

图2是turbo解码器的配置示例方框图；

图3是示意性地示出传统MAP算法的处理过程的说明图；

图4是根据本发明实施例的接收设备的配置示例方框图；

图5是示出本发明实施例的MAP算法的处理的示例流程图；以及

图6是示出根据本发明实施例的使用滑动窗口的MAP算法的处理过程的说明图。

具体实施方式

下面参照图4到6说明本发明的实施例。

在本实施例中，本发明应用于接收被编码为turbo码的数据的接收设备。图4示出接收设备的总体配置。由天线1接收的信号被提供给低噪声放大器2并被放大。从低噪声放大器2输出的信号被提供给接收RF单元3并且经过频率转换，然后提供给解调器4。在解调器4中经过解调的接收信号被提供给解交织和去删余(depuncture)单元5；执行作为在发送时执行的交织处理的逆处理的解交织处理，以恢复原始数据排列；并且在发送时进行数据抽取的位置插入0比特，以执行去删余处理并恢复原始数据长度。

通过去删余处理恢复成原始数据长度的数据被提供给turbo解码器6并被解码，从而获得接收数据。在此，本实施例中的turbo解码器被配置成使用滑动窗口来执行解码处理，如上面在现有技术的描述中所述。

解交织和去删余单元5、turbo解码器6等中的接收处理在中央控制单元(CPU)7的控制下执行。

在此，根据数据和其他参数来可变地设置删余率，并且将有关删余率的数据作为控制数据等附加于发送数据。将该删余率数据和接收控制所需的其他数据从解调器4提供给中央控制单元7，并且中央控制单元7可从该数据判断删余率。

在本实施例的情况下，根据中央控制单元7所判断的删余率，在解交织和去删余单元5中可变地设置插入0比特的位置和长度，使得可以处理接收采用任何删余率的数据的情况。此外，当turbo解码器6根据判断出的删余率使用滑动窗口执行解码处理时，中央控制单元7执行控制，以可变地设置学习区间的长度。

例如根据中央控制单元7的删余率判断，采用与以删余率抽取的比特数相等的长度，改变根据删余率可变地设置的学习区间长度，使得即使删余率发生变化，包含在学习区间中的实际数据(也就是，排除在去删余处理中插入的0比特的数据)的数目也不变。

图5是根据本发明实施例的使用MAP算法对turbo码进行解码的处理的示例流程图。如前所述，turbo码是分块码，并且以包括固定比特数N的块(码块)为单元执行turbo码的解码。图5是示出一个这样的块的处理的流程图。

当一个块的处理开始时，中央控制单元7判断与先前接收处理相比，删余率是否发生变化(步骤S11)。如果判断出删余率发生变化，则根据该删余率重新设置学习区间的长度，并且将其存储在中央控制单元7中(步骤S12)。

当在步骤S11不存在删余率变化时，或者当在步骤S12删余率发生变化并且完成了重新设置时，将[一个窗口的窗口长度]+[学习区间数据]输入到turbo解码器6(步骤S13)。然后，使用输入数据来执行反向递归操作(步骤S14)。在结束该递归操作之后，在turbo解码器6内具有MAP算法单元的存储器中存储一个窗口的数据(也就是，排除学习区间部分的数据)(步骤S15)，读取存储在该存储器中的数据(步骤S16)，并且对读出的数据执行前向操作和输出似然计算(步骤S17)。当直到该点的处理结束时，判断是否执行了直到一个块的数据结束处的处理(步骤S18)，并且如果尚未到达结束处，则处理返回到步骤S13。

当判断出到达了结束处时，一个块的处理结束。

图6示出根据本发明实施例的使用滑动窗口的MAP算法的处理过程的例子。如图6的(a)所示，解码格子对一个块的数据从头到尾是连续的。在此，作为第一过程1中的处理，从通过将学习区间长度加到具有固定长度的一个窗口的数据长度L而得到的位置，执行反向递归操作，如图6的(b)所示，该学习区间长度根据删余率来可变地设置；并且作为该操作的结果，如图6的(c)所示，将一个窗口的数据存储在存储器中。下一步，作为第二过程2，读取存储在存储器中的数据，如图6的(d)所示；然后，如图6的(e)所示，使用读出的数据来执行前向操作，另外执行输出似然计算。直到该点，该处理属于一个块。

作为下一个块的处理，以等同于一个窗口的长度滑动读出位置，并且如图6的(f)所示，作为第三过程3，执行从通过以可变设置的学习区间的长度加到一个窗口的数据长度L而得到的位置开始的反向递归操作，并且作为操作结果，将一个窗口的数据存储在存储器中，如图6的(g)所示。下一步，作为第四过程4，如图6的(H)所示，读取存储在存储器中的数据，并且如图6的(i)所示，使用读出的数据来执行前向操作，以计算输出似然性。

随后，对每个窗口类似地执行通过MAP算法的解码，同时执行滑动。当处理一个块的最后窗口时，使用最后窗口的数据执行反向递归操作(也就是，在没有学习区间的状态中)，如图6的(n)所示，将数据存储在存储器中(图6中的(o))，执行存储器读取(图6中的(p))，执行前向操作(图6中的(q))，并且结束一个块内的所有处理。

通过这样执行turbo码的解码，存在一个有益效果是，可以在总是最优地设置学习区间长度的同时，执行使用滑动窗口的turbo解码。也就是，当作为发送侧的数据抽取率的删余率可变时，在该实施例的接收设备内的解交织和去删余单元5中可变地设置插入0比特的位置和长度，并且将经过去删余的接收数据恢复成原始数据长度。此外，通过采用与以删余率抽取的比特数相等的长度改变学习区间的长度，即使当删余率发生变化时，包含在学习区间中的有效数据的比特数也保持不变，使得总是使用不变的有效数据量执行反向递归操作处理，并且可以以不变的性能执行解码。

此外，通过总是适当地设置学习区间的长度，不再需要如同当学习区间长度固定时现有技术的情况一样设置长于所需以保证性能的学习区间长度，从而可以将turbo解码器的操作处理量保持为最小值。另外，由于不需要执行浪费的操作，因此可以提高解码处理速度，并且可以降低操作处理所需的功耗。

上述处理系列可以采用硬件实现，然而也可以采用软件实现。当采用软件实现处理系列时，在计算机设备或其他数据处理设备中安装包括该软件的程序，并且通过使用计算机设备等执行程序，获得上述接收设备的功能。

此外，在上述实施例中，描述了当可变地设置学习区间的长度时，使以删余率抽取的比特数和改变学习区间长度的比特数基本上完全一致；然而，可以使在删余处理中抽取的数据量和可变学习区间长度设置的数量以一定程度的对应而变化。同样在这种情况下，如果学习区间长度存在一定程度的容限，则解码准确性效果不会相当的大。

Claims (4)

1.一种数据接收方法，用于接收并解码turbo码数据，其中所述turbo码数据通过卷积编码和交织的组合、以包括预定比特数的块为单元来编码，并且必要时以预定删余率来抽取以进行发送，所述方法包括：

判断所述turbo码数据的删余率的处理；

对以所述删余率抽取的比特进行插值的插值处理；

将所述turbo码数据恢复成原始排列的解交织处理；以及

经过所述插值处理和所述解交织处理的数据的turbo解码处理，其中，根据在所述删余率判断处理中判断的删余率可变地设置学习区间的长度的同时，输入滑动窗口的窗口长度和滑动窗口之后的所述学习区间的数据，以通过递归操作对滑动窗口的数据进行解码。

2.根据权利要求1所述的数据接收方法，其中

以与在用于判断所述删余率的处理中所判断的删余率抽取的比特数相等的长度改变根据所述删余率可变地设置的学习区间长度。

3.一种数据接收设备，接收并解码turbo码数据，其中所述turbo码数据以包括预定比特数的块为单元来编码，所述设备包括：

删余率判断装置，用于检测所述turbo码数据的删余率；

插值装置，用于对以所述检测出的删余率抽取的比特进行插值；

解交织装置，用于将所述turbo码数据恢复成原始排列；以及

turbo解码装置，针对经过插值装置和解交织装置中的处理的数据，在根据由所述删余率判断装置判断出的删余率可变地设置学习区间长度的同时，输入滑动窗口的窗口长度和滑动窗口之后的所述学习区间的数据，以通过递归操作对滑动窗口的数据进行解码。

4.根据权利要求3所述的数据接收设备，其中

以与在所述删余率判断装置所判断的删余率抽取的比特数相等的长度改变在所述turbo解码装置中根据删余率可变地设置的学习区间长度。

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