CN101667840B - 一种咬尾译码方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例提供一种咬尾译码方法及装置，以提高确定回溯状态的准确性，且减小译码延时。本发明实施例提供的方法为：获取训练系统的幸存路径，所述训练系统由第一传输块和第二传输块串联组成；统计经过第二传输块各首状态的幸存路径的个数；选择幸存路径个数最多的至少一个首状态作为第二传输块的回溯状态；利用所述回溯状态上的幸存路径对第二传输块进行回溯译码，得到译码结果。

Description

一种咬尾译码方法及装置

技术领域

本发明涉及编解码技术领域，尤其涉及一种咬尾译码方法及装置。

背景技术

现有技术中提出了咬尾卷积码的编码调制方式，以LTE(Long TermEvolution，长期演进)系统中用到的咬尾卷积码为例进行说明，(3，1，6)编码器如图1所示。编码器的约束长度为7，码率为1/3。图1中用生成多项式G_i(i＝0，1，2)的二进制序列表示输入数据及6个移位寄存器与编码器第i路输出的连接状态。二进制0表示不连接，二进制1表示连接。图1中加法器在GF(2)域中进行。移位寄存器初始状态为输入比特序列的最后6个比特，令η₀，η₁，η₂，...，η₅依次表示这6个移位寄存器。信道编码的输入比特序列记为c₀，c₁，c₂，c₃，...，c_K-1，比特序列长度为K。编码后的第i路输出比特序列记为d₀ ⁽ⁱ⁾，d₁ ⁽ⁱ⁾，d₂ ⁽ⁱ⁾，...，d_D-1 ⁽ⁱ⁾，其中D为序列长度，对于咬尾卷积码而言D＝K。在初始状态时有η_i＝c_(K-1-i)(i＝0，1，…5)，这样在输入比特序列结束时移位寄存器的状态与编码开始时的初始状态相同。

下面先介绍卷积码的维特比(Viterbi)译码算法。假设卷积码编码器一次输入一比特数据。设编码器的状态集合为S＝{s₁，s₂，…，s_N}，N为总状态数，并且有N＝2^M，其中M为编码器中移位寄存器的个数，移位寄存器记为η₀，η₁，η₂，...，η_M-1。设C＝{c₀，c₁，c₂，c₃，...，c_K-1}为编码输入序列，其中K为序列长度。比特c_k(取值0或1)在时刻t＝k送入编码器(k＝0，1，…，K-1)，且假定编码器中时延为1，这样在t＝k+1时刻，比特c_k的编码完成并且比特c_k+1进入编码器。c_k的编码输出为d_k ⁽ⁱ⁾(i＝1，2，…，R)，其中R为卷积码码率的倒数。编码器的输出序列记为：

$D=\{d_0^{\left(1\right)},d_0^{\left(2\right)},...,d_0^{\left(R\right)},d_1^{\left(1\right)},...,d_{K-1}^{\left(1\right)},d_{K-1}^{\left(2\right)},...,d_{K-1}^{\left(R\right)}\}.$

经过映射0→-1，1→1后的发射序列为(发射能量为1)：

$E=\{e_0^{\left(1\right)},e_0^{\left(2\right)},...,e_0^{\left(R\right)},e_1^{\left(1\right)},...,e_{K-1}^{\left(1\right)},e_{K-1}^{\left(2\right)},...,e_{K-1}^{\left(R\right)}\}.$

所述序列经过AWGN(Additive White Gaussian Noise，加性高斯白噪声)信道后接收的数据序列为：

$Y=\{y_0^{\left(1\right)},y_0^{\left(2\right)},...,y_0^{\left(R\right)},y_1^{\left(1\right)},...,y_{K-1}^{\left(1\right)},y_{K-1}^{\left(2\right)},...,y_{K-1}^{\left(R\right)}\}.$

并且满足： $y_k^{\left(i\right)}=e_k^{\left(i\right)}+n_k^{\left(i\right)},$ 其中n_k ⁽ⁱ⁾为独立噪声，满足期望为0、方差为σ²的实高斯分布。

输出端按照ML(Maximum Likelihood，最大似然)准则译码，即把最大似然序列 $\hat{C}=\arg \underset{C\∈\mathrm{\Ω}}{\max }\ln \mathrm{Pr}\left(Y\right|C)$ 为译码输出。Ω为所有码字组成的集合。假设信道无记忆，则：

$\ln \mathrm{Pr}\left(Y\right|C)=\underset{i,k}{\mathrm{\Σ}}\ln \mathrm{Pr}\left(y_k^{\left(i\right)}\right|e_k^{\left(i\right)}).---\left(1\right)$

定义lnPr(Y|C)是输入序列为C的路径度量， ${\mathrm{\μ}}_k\left(C\right)=\underset{i=1}{\overset{R}{\mathrm{\Σ}}}\ln \mathrm{Pr}\left(y_k^{\left(i\right)}\right|e_k^{\left(i\right)})$ 为支路度量。噪声的概率密度函数为：

$p\left(y_k^{\left(i\right)}\right|e_k^{\left(i\right)})=\frac{1}{\sqrt{2\mathrm{\π}}\mathrm{\σ}}\exp [-\frac{1}{2{\mathrm{\σ}}^2}{|y_k^{\left(i\right)}-e_k^{\left(i\right)}|}^2],$

略去路径的公共项，可将支路度量简化为：

${\mathrm{\μ}}_k\left(C\right)=\underset{i=1}{\overset{R}{\mathrm{\Σ}}}{y}_k^{\left(i\right)}{e}_k^{\left(i\right)}.---\left(2\right)$

则ML译码输出为 $\hat{C}=\arg \underset{C\∈\mathrm{\Ω}}{\max }\underset{k=0}{\overset{K-1}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\μ}}_k\left(C\right).$

现有技术一般采用维特比算法实现卷积码的最大似然译码。在时刻t＝0为各状态赋初始累积路径度量值，如果初始状态不确定，则初始时刻各状态的累计路径度量值相等。在时刻t＝k只有两条支路指向时刻t＝k+1的相同状态s_n，这两条路径的累积度量等于前一时刻状态的累积度量加上当前的分支度量。在t＝k+1时刻对指向s_n的这两个路径进行比较，选取路径度量较大者作为幸存路径，其度量值作为新时刻状态s_n的累积路径度量。维特比译码算法的加比选(相加、比较、选择)过程如图2所示。在加比选过程结束后，此时对各状态的幸存路径选取累积路径度量最大者做为回溯路径。进而得到译码输出。

对咬尾卷积码而言，由于已知首末时刻编码器状态相同，因此译码时可以利用这一特性提高性能。设传输块(TB Block)对应一个接收数据块，由于编码器首末状态相同，因此可以将一个传输块重复L次，即串联后对长序列进行译码。现有的译码方法中以L＝3为例，译码时三个传输块都用于计算幸存路径，但最后回溯时只将第二个传输块的译码数据作为译码输出。第一个传输块可以看成为第二个传输块提供正确初始状态，第三个传输块可以看成为第二个传输块提供正确的回溯状态。

在实现上述译码的过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：

通过3个传输块的串联进行译码，并根据积累路径度量准则确定回溯状态，其回溯状态确定的准确程度不高、且译码延时较大。

发明内容

本发明的实施例提供一种咬尾译码方法及装置，以提高确定回溯状态的准确性，并减小译码延时。

本发明的实施例采用如下技术方案：

一种咬尾译码方法，包括：

获取训练系统的幸存路径，所述训练系统由第一传输块和第二传输块串联组成；

统计经过第二传输块各首状态的幸存路径的个数；

选择幸存路径个数最多的至少一个首状态作为第二传输块的回溯状态；

利用所述回溯状态上的幸存路径对第二传输块进行回溯译码，得到译码结果。

一种咬尾译码装置，包括：

路径获取单元，用于获取训练系统的幸存路径，所述训练系统由第一传输块和第二传输块串联组成；

统计单元，用于统计经过第二传输块各首状态的幸存路径的个数；

选择单元，用于选择幸存路径个数最多的至少一个首状态作为第二传输块的回溯状态；

回溯单元，用于利用所述回溯状态上的幸存路径对第二传输块进行回溯译码，得到译码结果。

本发明实施例只需要2个传输块组成训练系统进行译码，可降低译码延时；且通过统计第二传输块各首状态上的幸存路径个数，并选择幸存路径个数最多的至少一个首状态作为第二传输块的回溯状态，可提高确定回溯状态的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术中咬尾卷积码编码器的示意图；

图2是现有技术中维特比译码算法的加比选过程示意图；

图3为本发明实施例提供的一种咬尾译码方法的示意图；

图4为本发明实施例提供的一种咬尾译码装置的示意图；

图5为由2个串联的传输块组成的训练系统的示意图；

图6为采用本发明实施例提供的咬尾译码方法与现有技术中咬尾译码方法的性能对比图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图3为本发明实施例提供的一种咬尾译码方法的示意图，该方法可包括：

S31：获取训练系统的幸存路径，所述训练系统由第一传输块和第二传输块串联组成；

S32：统计经过第二传输块各首状态的幸存路径的个数；

S33：选择幸存路径个数最多的至少一个首状态作为第二传输块的回溯状态；

S34：利用所述回溯状态上的幸存路径对第二传输块进行回溯译码，得到译码结果。

本实施例通过选择幸存路径个数最多的至少一个首状态作为第二传输块的回溯状态，可提高确定回溯状态的准确性；同时只需要2个传输块组成训练系统进行译码，可降低译码延时。其中，第一传输块和第二传输块用于形成训练系统，并由该系统得到幸存路径，回溯译码时则仅对第二传输块进行译码。由于咬尾译码的首末状态是相同的，选出的作为回溯状态的首状态自然也就是相应传输块的末状态之一，因此可在第二传输块的末状态中找出选定的回溯状态并从这些回溯状态开始对第二传输块进行回溯译码。在本实施例中，一个状态上的幸存路径个数也被称为这个状态的可靠性。一个状态上的幸存路径个数越多，该状态可靠性越高，该状态就越适合作为回溯状态。因此本方明实施例的回溯状态选择准则也可称为可靠性最高准则。

在一种具体应用中，所述S34可包括：选择所述回溯状态上支路累积度量最大的幸存路径作为初始回溯路径；选择所述回溯状态上支路累积度量仅次于初始回溯路径的幸存路径作为竞争路径；利用所述初始回溯路径对第二传输块进行回溯译码；当利用所述初始回溯路径对第二传输块进行回溯译码得不到正确结果时，利用所述竞争路径对第二传输块进行回溯译码。可以理解，通常的回溯译码方法都是从一个状态上支路累积度量最大的幸存路径开始进行回溯译码，本实施例通过选择所述回溯状态上支路累积度量最大的幸存路径作为初始回溯路径，并选择所述回溯状态上支路累积度量仅次于初始回溯路径的幸存路径作为竞争路径，这里的竞争路径可以理解为是一个备选路径，可同时利用初始回溯路径与竞争路径进行回溯计算，提高从所述回溯状态回溯译码成功的概率与准确性。这里选择竞争路径作为备用路径的方法也可称为多路径准则。

进一步地，在上述过程中，如果存在至少2个竞争路径，则从所述至少2个竞争路径中选择最靠近末状态的竞争路径，并利用所选竞争路径对第二传输块进行回溯译码。例如，如果存在5条竞争路径，可以优先选择5条竞争路径的中更靠近末状态的幸存路径作为竞争路径。

在上述实施例中，所述回溯状态可以有1个或多个，当存在至少2个回溯状态时，可根据每个回溯状态上的幸存路径个数多少对所述至少2个回溯状态进行排序；根据排序依次利用每个回溯状态上的幸存路径对第二传输块进行回溯译码，直到得到译码结果时终止译码过程。本过程按照回溯状态上的幸存路径个数多少对回溯状态进行排序，排序越高的回溯状态的准确性越高，可以优先进行回溯译码，有利于提高译码成功率。

本实施例采用的训练系统是由2个传输块传输块串联组成，需要采用的传输块数量较少，可减小延时，在S31中，可通过从外部设备获取训练系统的幸存路径。当然也可以在训练系统设置计算单元计算所述幸存路径，计算幸存路径的方法可包括但不限于最大似然准则法。

在一种具体实现中，如果一个传输块是如背景技术所述的编码器，其内部包括6个移位寄存器，则其共有2⁶＝64个输入状态或输出状态，那么由这样的2个传输块串联组成的训练系统的幸存路径可选定为64个。

图4为本发明实施例提供的一种咬尾译码装置的示意图，包括：

路径获取单元41，用于获取训练系统的幸存路径，所述训练系统由第一传输块和第二传输块串联组成；

统计单元42，用于统计经过第二传输块各首状态的幸存路径的个数；

选择单元43，用于选择幸存路径个数最多的至少一个首状态作为第二传输块的回溯状态；

回溯单元44，用于利用所述回溯状态上的幸存路径对第二传输块进行回溯译码，得到译码结果。

本装置可提高回溯状态选择的准确性，进而提高译码准确性。在一种具体实现中，所述回溯单元44可包括：排序模块，用于当存在至少2个回溯状态时，根据每个回溯状态上的幸存路径个数多少对所述至少2个回溯状态进行排序；顺序回溯模块，用于根据排序依次利用每个回溯状态上的幸存路径对第二传输块进行回溯译码，直到得到译码结果时终止译码过程。通过对回溯状态进行排序，可优先从准确性较高的回溯状态进行回溯，提高译码准确性。

在另一种具体实现中，所述回溯单元44可包括：第一选择模块，用于选择所述回溯状态上支路累积度量最大的幸存路径作为初始回溯路径；第二选择模块，选择所述回溯状态上支路累积度量仅次于初始回溯路径的幸存路径作为竞争路径；初始回溯模块，用于利用所述初始回溯路径对第二传输块进行回溯译码；竞争回溯模块，用于当利用所述初始回溯路径对第二传输块进行回溯译码得不到正确结果时，利用所述竞争路径对第二传输块进行回溯译码。本回溯单元44可先利用初始回溯路径进行回溯译码，如果失败则利用利用竞争路径进行回溯译码，对于所述回溯状态而言，译码成功率将有所提高。

所述装置还可进一步包括：计算单元，用于利用最大似然法则计算获得所述训练系统的幸存路径，将计算结果提供给所述路径获取单元。

为便于理解，下面假定训练系统中第一传输块与第二传输块与图1所示编码器相同，包括6个移位寄存器，每个传输块可能的输入、输出状态为64个。优选地，可采用最大似然准则计算出训练系统的64个幸存路径。接下来可采用可靠性准则选择回溯状态进行回溯。如前面实施例提到的，一个状态的可靠性是此状态上的幸存路径个数。图5为由2个串联的传输块组成的训练系统的示意图，2个串联的传输块分别为第一传输块51与第二传输块52。所述2个传输块串联形成训练系统是为了生成该训练系统的幸存路径，其中第二传输块52还用于进行回溯译码，第一传输块51则仅用于形成幸存路径，不用于回溯译码。由于咬尾译码方法中的传输块首末状态是相同的，第一传输块的末状态就是第二传输块的首状态。第二传输块的首状态存在64种可能，每一种可能的首状态都可能有幸存路径通过。可统计第二传输块各首状态上的幸存路径个数，也即是统计第二传输块各首状态的可靠性。具体地，可选择可靠性最高的S(S大于等于1)个状态作为回溯状态。可选地，可以在2个传输块之间加入一存储设备，用于存储所述第二传输块的首状态。当回溯状态确定后，如前面实施例提到的，可根据可靠性高低对回溯状态进行排序，依顺序利用这些回溯状态的幸存路径进行回溯译码。可以按照可靠性高低，将N个回溯状态依次编号为状态1、状态2、......状态N，他们的可靠性依次降低。本领域技术人员可以理解，如果利用状态1的幸存路径进行回溯译码时能够得到译码结果，则译码过程可就此终止；如果利用状态1的幸存路径进行回溯译码时不能够得到译码结果，则继续利用状态2的幸存路径进行回溯译码，依此类推，直到得出译码结果。本实施例中由于只对第二传输块进行回溯译码，可降低译码复杂度。由于本实施例只需要对第二传输块进行回溯译码，因此，可降低回溯译码复杂度。由于第二传输块的末状态与首状态一样，有64种可能，从不同的末状态进行回溯得到正确译码结果的可能性不同。由于之前已经选择了可靠性最高的S状态作为回溯状态，可从第二传输块的64种末状态中找出这些确定好的回溯状态，并从这些回溯状态开始对第二传输块进行回溯译码，使得正确译码的可能性提高。

在进行回溯译码时，优选地，可将回溯状态上支路累积度量最大的幸存路径作为初始回溯路径，并利用初始回溯路径进行回溯译码。如果利用初始回溯路径进行回溯译码不能够正确得到译码结果，那么利用初始回溯路径的回溯过程是不成功的，此时可利用备选的竞争路径进行回溯译码。当竞争路径有多个时，优先选择哪个竞争路径进行译码是可以设定的。可优先选择支路累积度量大的竞争路径进行回溯译码，也可优先选择最靠近末状态的竞争路径进行回溯译码，本实施例对此不进行限定。在本实施例中，末状态是指传输块的输出状态，首状态则是指传输块的输入状态。

下面通过表1、表2来表说明选择多个状态进行回溯的准确性概率。

表1

(最大累计路径度量)/SNR	选择1个状态，是理想状态的概率	选择2个状态，是理想状态的概率	选择3个状态，是理想状态的概率	选择4个状态，是理想状态的概率
					-6	99.9％	99.9％	99.9％	99.9％
-8	93.0％	93.8％	94.3％	94.6％
					-10	52.2％	56.2％	58.3％	59.7％
-12	17.3％	20.6％	22.7％	23.9％

表2

(可能性准则：被回溯到次数最多的)/SNR	选择1个状态，是理想状态的概率	选择2个状态，是理想状态的概率	选择3个状态，是理想状态的概率	选择4个状态，是理想状态的概率
					-6	99.9％	99.9％	99.9％	99.9％
-8	92.8％	95.1％	95.7％	96.1％
					-10	53.1％	61.2％	65.4％	67.7％
-12	18.3％	25.3％	29.8％	32.8％

表1为现有技术中利用最大累计路径度量准则进行状态回溯的准确性概率、表2为本发明实施例提供的利用可靠性最高准则进行状态回溯的准确性概率。由表1、表2可得，利用本发明实施例提供的咬尾译码方法，即利用可靠性最高准则确定回溯状态，在选择4个状态进行回溯时，准确概率比现有技术会有较大提高。

图6为采用本发明实施例提供的咬尾译码方法与现有技术中咬尾译码方法的性能对比图。由图6可以看出：综合而言，本发明实施例提供的可靠性最高准则要比现有技术中的最大累计路径度量准则达到更好的译码性能，且本发明实施例提供的方法只需要2个传输块，能够减少译码时延。当本发明实施例的方法配合多路径准则使用时，可进一步提高译码准确性。本发明的实施例尤其适用于卷积码的维特比译码算法。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)等。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种咬尾译码方法，其特征在于，包括：

获取训练系统的幸存路径，所述训练系统由第一传输块和第二传输块串联组成；

统计经过第二传输块各首状态的幸存路径的个数；

选择幸存路径个数最多的至少一个首状态作为第二传输块的回溯状态；

利用所述回溯状态上的幸存路径对第二传输块进行回溯译码，得到译码结果。

2.根据权利要求1所述的咬尾译码方法，其特征在于，所述利用回溯状态上的幸存路径对第二传输块进行回溯译码包括：

选择所述回溯状态上支路累积度量最大的幸存路径作为初始回溯路径；

选择所述回溯状态上支路累积度量低于初始回溯路径的幸存路径作为竞争路径；

利用所述初始回溯路径对第二传输块进行回溯译码；

当利用所述初始回溯路径对第二传输块进行回溯译码得不到正确结果时，利用所述竞争路径对第二传输块进行回溯译码。

3.根据权利要求2所述的咬尾译码方法，其特征在于，所述利用所述竞争路径对第二传输块进行回溯译码包括：

如果存在至少2个竞争路径，则从所述至少2个竞争路径中选择最靠近末状态的竞争路径，并利用所选竞争路径对第二传输块进行回溯译码。

4.根据权利要求1所述的咬尾译码方法，其特征在于，利用最大似然法则计算获得所述训练系统的幸存路径。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的咬尾译码方法，其特征在于，所述训练系统的幸存路径共有64个，所述第一传输块和第二传输块的输入、输出状态数均为64。

6.一种咬尾译码装置，其特征在于，包括：

路径获取单元，用于获取训练系统的幸存路径，所述训练系统由第一传输块和第二传输块串联组成；

统计单元，用于统计经过第二传输块各首状态的幸存路径的个数；

选择单元，用于选择幸存路径个数最多的至少一个首状态作为第二传输块的回溯状态；

回溯单元，用于利用所述回溯状态上的幸存路径对第二传输块进行回溯译码，得到译码结果。

7.根据权利要求6所述的咬尾译码装置，其特征在于，所述回溯单元包括：

第一选择模块，用于选择所述回溯状态上支路累积度量最大的幸存路径作为初始回溯路径；

第二选择模块，选择所述回溯状态上支路累积度量仅次于初始回溯路径的幸存路径作为竞争路径；

初始回溯模块，用于利用所述初始回溯路径对第二传输块进行回溯译码；

竞争回溯模块，用于当利用所述初始回溯路径对第二传输块进行回溯译码得不到正确结果时，利用所述竞争路径对第二传输块进行回溯译码。

8.根据权利要求6-7中任一项所述的咬尾译码装置，其特征在于，还包括：

计算单元，用于利用最大似然法则计算获得所述训练系统的幸存路径，将计算结果提供给所述路径获取单元。

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