CN101969308A

CN101969308A - 咬尾卷积码的译码方法及装置

Info

Publication number: CN101969308A
Application number: CN 200910160845
Authority: CN
Inventors: 王俊
Original assignee: ZTE Corp
Current assignee: Sanechips Technology Co Ltd
Priority date: 2009-07-27
Filing date: 2009-07-27
Publication date: 2011-02-09
Anticipated expiration: 2029-07-27
Also published as: CN101969308B

Abstract

本发明公开了一种咬尾卷积码的译码方法，包括：从待译码序列的累积度量最大值对应的状态点开始做回溯译码，得到第一译码结果，并判断第一译码结果的初始状态和最终状态是否相同；如果不相同，则从第一译码结果中的初始状态点开始回溯译码，得到第二译码结果，并将第一译码结果和第二译码结果中不一致的比特数量与预定阈值进行比较；根据比较结果输出译码结果。本发明避免了在信道环境较差时导致的误码率较大的技术问题，从而达到降低译码误码率的技术效果。

Description

咬尾卷积码的译码方法及装置

技术领域

本发明涉及通信领域，具体而言，尤其涉及一种咬尾卷积码的译码方法及装置。

背景技术

卷积码是一种比较常见的信道编码技术，广泛应用于数字视频广播、数字音频广播、卫星通信、无线局域网、超宽带、GSM、3G、长期演进(Long Term Evolution，LTE)等技术领域。

咬尾卷积码在进行卷积编码前先把编码器中移位寄存器的初始状态设置为待编码信息比特流的最后几个比特，即编码开始前的初始状态和编码结束后的最终状态是一样的，其中，这里的“几个”的大小与咬尾卷积编码时的约束长度相关，例如约束长度为N，则卷积编码器中的移位寄存器的个数为N-1，这里的“几”就等于N-1。咬尾卷积码不需要在信息比特流的后面添加尾比特0，可以降低冗余度，提高编码效率。

维特比Viterbi算法可用于卷积码的译码，特点是易于实现且译码性能良好。Viterbi译码算法是由Viterbi于1967年提出的一种最大似然译码方法，即译码器选择的输出总是使接收序列条件概率最大的码字。根据最大似然译码原理，在所有可能的路径中求取与接收序列最相似的一条(欧氏距离最小的一条)，进行路径回溯获得判决输出，该方法已被证明具有最佳纠错译码性能。Viterbi算法主要由路径度量的“加比选”运算、累积度量的更新、最大似然路径的分段回溯等过程组成。

相关技术中的咬尾卷积码的译码方法及装置直接从待译码序列的最后一个比特的累积度量最大状态开始回溯，在信道环境较差的情况下，导致误码率较大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种咬尾卷积码的译码方法和装置，能够解决相关技术中在信道环境较差的情况下导致的误码率较大的技术问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种咬尾卷积码的译码方法，包括：从待译码序列的累积度量最大值对应的状态点开始回溯，得到第一译码结果，并判断第一译码结果的初始状态和最终状态是否相同；如果不相同，则从第一译码结果的初始状态点开始回溯，得到第二译码结果，并将第一译码结果和第二译码结果中不一致的比特数量与预定阈值进行比较；根据比较结果输出译码结果。

优选地，在从待译码序列的累积度量最大值对应的状态点开始回溯译码之前还包括：设定回溯深度、可信长度和收敛长度，其中，回溯深度W＝可信长度R+收敛长度C；每个时刻更新一次所有状态点的累积度量，如果当前时刻t＝n×R+C且小于传输块的长度L时，从当前时刻的累积度量最大值对应的状态点开始回溯W个比特，输出得到的序列的前R个比特作为结果序列的第(n-1)×R+1至第n×R个比特，其中，n＝1，2，3...；当t＝L时，从当前时刻的累积度量最大值对应的状态点开始回溯输出L-n×R个比特作为结果序列的第n×R+1至第L个比特。

优选地，在长期演进系统中，预定阈值为2比特，回溯深度为70比特，可信长度为3比特，收敛长度为67比特。

优选地，根据比较结果输出译码结果具体包括：如果结果是第一译码结果和第二译码结果中不一致的比特数量大于预定阈值，则输出第一译码结果作为译码结果；如果结果是第一译码结果和第二译码结果中不一致的比特数量小于或等于预定阈值，则输出第二译码结果作为译码结果。

优选地，如果第一译码结果的初始状态和最终状态相同，则输出第一译码结果作为译码结果。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种咬尾卷积码的译码装置，包括：回溯模块，用于从待译码序列的累积度量最大值对应的状态点开始回溯译码以得到第一译码结果，并用于从第一译码结果的初始状态点开始向回溯译码得到第二译码结果；判断模块，用于判断第一译码结果的初始状态和最终状态是否相同；比较模块，用于将第一译码结果和第二译码结果中不一致的比特数量与预定阈值进行比较；译码输出模块，用于根据比较模块的比较结果输出译码结果。

优选地，译码装置还包括：设置模块，用于设定回溯深度、可信长度和收敛长度，其中，回溯深度W＝可信长度R+收敛长度C；分段回溯模块，用于在当前时刻t＝n×R+C且小于传输块的长度L时，从当前时刻的累积度量最大值对应的状态点开始回溯W个比特，并输出得到的序列的前R个比特作为结果序列的第(n-1)×R+1至第n×R个比特，其中，n＝1，2，3...；待译码生成模块，用于在t＝L时，从当前时刻的累积度量最大值对应的状态点开始回溯以输出L-n×R个比特作为结果序列的第n×R+1至第L个比特。

优选地，译码输出模块包括：第一输出单元，用于在结果是第一译码结果和第二译码结果中不一致的比特数量大于预定阈值时，输出第一译码结果作为译码结果；第二输出单元，用于在结果是第一译码结果和第二译码结果中不一致的比特数量小于或等于预定阈值时，输出第二译码结果作为译码结果。

优选地，第一输出单元还用于在第一译码结果的初始状态和最终状态相同时，输出第一译码结果作为译码结果。

借助于本发明的上述至少一个技术方案，通过在从累积度量最大状态回溯产生的译码结果的初始状态和最终状态不同时，进行从初始状态开始的回溯，并将这两种回溯产生的译码结果的差值与预定阈值进行比较，然后根据比较结果来选择以哪种状态回溯产生的译码结果作为最终的译码结果，避免了在信道环境较差时导致的误码率较大的技术问题，从而达到降低译码误码率的技术效果。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是根据本发明第一实施例的咬尾卷积码的译码方法的流程图；

图2是根据本发明第二实施例的咬尾卷积码的译码装置的方框图；

图3是根据本发明第三实施例的咬尾卷积码的译码方法的流程图；

图4是图3所示的咬尾卷积码的译码方法中的状态转换示意图；

图5是图3所示的咬尾卷积码的译码方法中分段回溯过程的示意图；

图6是图3所示的咬尾卷积码的译码方法在AWGN下的BER性能曲线图；

图7是图3所示的咬尾卷积码的译码方法在AWGN下的BLER性能曲线图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

在以下的描述中，为了解释的目的，描述了多个特定的细节，以提供对本发明的透彻理解。然而，很显然，在没有这些特定细节的情况下，也可以实现本发明，此外，在不冲突的情况下，即在不背离所附权利要求阐明的精神和范围的情况下，下述实施例以及实施例中的各个细节可以进行各种组合。

在Viterbi算法中，为了寻找欧氏距离最小的一条路径，需要计算欧氏距离再找到最小值，为了计算方便，通常通过计算新增累积度量的相反数来找到欧氏距离的最小值，所以在本说明书中，是寻找累积度量的最大值。

假设咬尾卷积编码器的约束长度为N，编码器的移位寄存器的个数为N-1，则编码器的状态总共有2^N-1个。设编码前的信息比特流为infoBit，设从累积量度最大值对应的状态(maxSts)开始回溯得到的译码结果为out1，设out1中的最后N-1个bit对应的值为lastSts。设第一次分段回溯后得到的起始状态值为initSts。设使用initSts作为回溯起始点做回溯得到的译码结果为out2。

回溯译码的过程是：根据幸存路径的状态，由当前时刻的状态点倒推前一时刻的状态点及输入比特，这样循环直到译码输出所有的比特。

得到起始状态值的方式有2种：1，如果是全回溯，则在最后一个时刻(即t_L时刻，下标L为编码块的长度)点从当前时刻的maxSts开始回溯，输出所有的L个比特，倒推译码得到第一个输入比特的同时会得到一个移位寄存器的t₀时刻的状态值，即，initSts；2，如果是分段回溯，则在完成W(W＝R+C)次加比选运算后(即t_W时刻)从当前时刻的maxSts开始做第一次分段回溯，输出R个比特，倒推译码得到第一个输入比特的同时会得到移位寄存器的t₀时刻的状态值，即，initSts。

从咬尾卷积编码后到卷积译码前的信道环境中的噪声有可能导致initSts与lastSts不相等，所以如果从initSts开始回溯有可能出现“maxSts回溯译码错误，initSts回溯译码正确”的情况(case1)。但也有可能出现“maxSts回溯的译码正确，initSts回溯译码错误”的情况(case2)。本发明正是基于尽量提高case1概率与降低case2概率的差值的思想来提高译码器的译码性能。

第一实施例

图1是根据本发明第一实施例的咬尾卷积码的译码方法的流程图。如图1所示，根据本发明第一实施例的咬尾卷积码的译码方法包括：

步骤S102，从待译码序列的累积度量最大值对应的状态点开始回溯译码，得到第一译码结果，并判断第一译码结果的初始状态和最终状态是否相同；从累积量度最大值对应的状态(maxSts)开始回溯得到的译码结果为第一译码结果，第一译码结果中的最后N-1个bit对应的值为最终状态；

步骤S104，如果不相同，则从第一译码结果的初始状态点开始回溯，得到第二译码结果，并将第一译码结果和第二译码结果中不一致的比特数量与预定阈值进行比较；

步骤S106，根据比较结果输出译码结果。

根据本发明第一实施例的咬尾卷积码的译码方法通过在从累积度量最大状态回溯产生的译码结果的初始状态和最终状态不同时，进行从初始状态开始的回溯，并将这两种回溯产生的译码结果的差值与预定阈值进行比较，然后根据比较结果来选择以哪种状态回溯产生的译码结果作为最终的译码结果，避免了在信道环境较差时导致的误码率较大的技术问题，从而达到降低译码误码率的技术效果。

优选地，在从待译码序列的累积度量最大值对应的状态点开始回溯译码之前还包括：设定回溯深度、可信长度和收敛长度，其中，回溯深度W＝可信长度R+收敛长度C；当t＝n×R+C且小于传输块的长度L时，从累积度量最大值对应的状态点开始回溯W个比特，输出得到的序列的前R个比特作为结果序列的第(n-1)×R+1至第n×R个比特，其中，n＝1，2，3...；当t＝L时，从累积度量最大值对应的状态点开始回溯输出L-n×R个比特作为结果序列的第n×R+1至第L个比特。

其中，t代表时间轴，从t₀时刻开始每个时刻先做加比选运算再更新一次所有状态点的累积量度，到达t₁时刻；t₁时刻先做加比选运算再更新一次所有状态点的累积量度，到达t₂时刻；重复，直到最终的t_L(L为编码块长度)时刻。

通常的viterbi译码器算法认为当回溯深度W为5～10倍的约束长度(N为约束长度)时，所得到的J时刻前的初始状态都相同的概率是很大的，即理论上要求W大于5～10倍的约束长度；即，同样的W下，R越小，译码性能越高。

对于整个待译码序列，可以一次全部回溯译码完毕，也可以采用本实施例中的分段回溯译码方式以节省存储空间。

分段回溯是指在t_W时刻启动第1次回溯，译码输出R个比特，同时得到一个初始状态initSts；在t_W+R时刻启动第2次分段回溯，译码输出R个比特；在t_W+2R时刻启动第3次分段回溯，译码输出R个比特；重复，直到t_L时刻启动最后一次的回溯(从最大值对应的状态点开始回溯)，译码输出剩余的所有比特(out1)，同时得到最终状态lastSts；如果lastSts和initSts不等，再从initSts作最后一次的回溯，译码输出剩余的所有比特(out2)，再比较out1和out2不一样的比特个数确定最终译码结果。

全回溯是指只在t_L时刻启动一次回溯，译码输出全部L个比特，同时得到初始状态initSts和最终状态lastSts；如果lastSts和initSts不等，再从initSts做一次的回溯，译码输出全部L个比特，再比较两次译码结果中不一样的比特个数确定最终译码结果。

LTE中咬尾卷积码的约束长度为7，码率为1/3。卷积编码前需要把移位寄存器的初始状态设置为待编码信息比特流的最后6位。为得到最优的预定阈值的值，首先行算法仿真，先随机产生卷积编码前的信息比特流infoBit，进行咬尾卷积编码，再加入AWGN噪声，再进行译码。首先从maxSts回溯译码得到译码结果out1和起始状态initSts；如果initSts与lastSts不相等，则使用initSts作为回溯起始点做回溯，得到结果out2；统计out1和out2不一致的比特数，记为diff；然后设置门限值threshold，当diff小于等于threshold时使用out2的结果作为译码结果，否则使用out1的结果作为译码结果；比较译码输出结果与卷积编码前的信息比特流infoBit是否一致，统计误比特率(BER)和误块率(BLER)；尝试不同的门限值threshold和信噪比得到不同的性能曲线；根据前面的仿真曲线，选择性能最好的门限值BestValue。通过仿真，在LTE系统中，预定阈值为2比特为最优值，可选地，也可以选用其他例如3比特，4比特的其他值作为预定阈值。同样，也可以选择例如71、72作为回溯深度，以及选择4、5作为可信长度。

优选地，如果第一译码结果的初始状态和最终状态相同，则输出第一译码结果作为译码结果。第一译码结果的初始状态和最终状态相同表明第一译码结果正确的概率较大，所以直接选择第一译码结果作为译码结果。

根据本发明第一实施例的咬尾卷积码的译码方法避免了在信道环境较差时导致的误码率较大的技术问题，从而达到降低译码误码率的技术效果。

第二实施例

图2是根据本发明第二实施例的咬尾卷积码的译码装置的方框图。

如图2所示，根据本发明第二实施例的咬尾卷积码的译码装置包括：回溯模块202，用于从待译码序列的累积度量最大状态开始沿度量最大的方向回溯以得到第一译码结果，并用于从待译码序列的初始状态开始沿度量最大的方向回溯，得到第二译码结果；判断模块204，用于判断第一译码结果的初始状态和最终状态是否相同；比较模块206，用于将第一译码结果和第二译码结果中不一致的比特数量与预定阈值进行比较；译码输出模块208，用于根据比较模块的比较结果输出译码结果。

根据本发明第二实施例的咬尾卷积码的译码装置通过在从累积度量最大状态回溯产生的译码结果的初始状态和最终状态不同时，进行从初始状态开始的回溯，并将这两种回溯产生的译码结果的差值与预定阈值进行比较，然后根据比较结果来选择以哪种状态回溯产生的译码结果作为最终的译码结果，避免了在信道环境较差时导致的误码率较大的技术问题，从而达到降低译码误码率的技术效果。

优选地，译码装置还包括：设置模块，用于设定回溯深度、可信长度和收敛长度，其中，回溯深度W＝可信长度R+收敛长度C；分段回溯模块，用于在t＝n×R+C且小于传输块的长度L时，从累积度量最大值对应的状态点开始回溯W个比特，并输出得到的序列的前R个比特作为结果序列的第(n-1)×R+1至第n×R个比特，其中，n＝1，2，3...；待译码生成模块，用于在t＝L时，从累积度量最大值对应的状态点开始回溯输出L-n×R个比特作为结果序列的第n×R+1至第L个比特。

通过仿真，在LTE系统中，预定阈值为2比特为最优值，可选地，也可以选用其他例如3比特，4比特的其他值作为预定阈值。同样，也可以选择例如71、72作为回溯深度，以及选择4、5作为可信长度。

优选地，译码输出模块包括：第一输出单元，用于在结果是第一译码结果和第二译码结果中不一致的比特数量大于预定阈值时，输出第一译码结果作为译码结果；第二输出单元，用于在结果是第一译码结果和第二译码结果中不一致的比特数量小于或等于预定阈值时，输出第二译码结果作为译码结果。以达到降低误码率的技术效果。

优选地，第一输出单元还用于在第一译码结果的初始状态和最终状态相同时，输出第一译码结果作为译码结果。第一译码结果的初始状态和最终状态相同表明第一译码结果正确的概率较大，所以直接选择第一译码结果作为译码结果。

根据本发明第二实施例的咬尾卷积码的译码装置避免了在信道环境较差时导致的误码率较大的技术问题，从而达到降低译码误码率的技术效果。

第三实施例

在本实施例中，将以LTE咬尾卷积码的译码过程为例对根据本发明第三实施例的咬尾卷积码的译码方法进行详细描述。

图3是根据本发明第三实施例的咬尾卷积码的译码方法的流程图。如图3所示，根据本发明第三实施例的咬尾卷积码的译码方法包括：

步骤302，计算幸存路径；计算幸存路径的原理如图4所示，首先计算由T＝0(即t0到t1时刻)的K＝0的4条路径对应的4个新增累积度量，再计算4个累计度量，然后选择到S2k状态点的两条路径中的累积度量较大的那条路径作为幸存路径，并选择到S2k+1状态点的两条路径中的累积度量较大的那条路径作为幸存路径，并保存幸存路径的选择结果；对待译码序列中每个比特均重复本步骤；更新64个状态点的累计度量；每完成32次加比选运算后存储一次64个状态点的累积量度；每个时刻更新一次64个状态点的累积量度，每个时刻t递增一。

步骤304，分段回溯；如图5所示，当加比选运算进行了R+C次后(即t＝R+C时)启动第一次的分段回溯，从64个状态点的累积量度中找到最大值作为回溯的起始状态点，本次回溯输出最前面时刻的R个比特，其中，R为可信长度，C为收敛长度，W＝R+C为回溯深度；保存本次回溯后得到的起始状态值initSts；

步骤306，如果t＝n×R+C且t＜L则启动第n次的分段回溯，每次回溯输出R个比特，保存该R个比特；每次当t增大R后重复本步骤，直到t＝L；

步骤308，对剩余的比特进行译码；该步骤具体为：从累积量度的最大值开始回溯，如果该次回溯输出的Wlast个比特(该结果记为out1)中最后6个比特与initSts对应的6个比特相同，则结束译码；否则，则从initSts状态开始回溯，输出Wlast个比特(该结果记为out2)；比较out1和out2；统计二者中不同的比特个数diff，如果diff＜＝2则采用out2作为最后一次回溯的输出，否则采用out1作为最后一次回溯的输出；

步骤310，以步骤306中输出的n×R个比特以及步骤308的输出一起作为译码结果。

在AWGN下，输入定点8bit位宽数据，咬尾卷积编码前信息长度为192，编码该咬尾卷积码译码方法的BER和BLER性能曲线见图6和图7，在图6和图7中，Max全回溯代表从累积量度的最大值开始做全回溯(无分段仅一次回溯)；initSts全回溯代表initSts与lastSts不相等，选择从initSts译码输出；差异分段回溯代表根据本发明第三实施例的译码方法(分段回溯，W＝70，R＝3)；差异全回溯：本发明第一实施例所述的译码方法(无分段仅一次回溯)。从图6和图7中的性能曲线可知，本发明所述的译码方法的译码性能明显优于传统的viterbi译码算法，而且在分段回溯节省memory资源的情况下性能也无损失。

根据上述实施例的咬尾卷积码的译码方法和装置避免了在信道环境较差时导致的误码率较大的技术问题，从而达到降低译码误码率的技术效果。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种咬尾卷积码的译码方法，其特征在于，包括：

从待译码序列的累积度量最大值对应的状态点开始回溯译码，得到第一译码结果，并判断所述第一译码结果的初始状态和最终状态是否相同；

如果不相同，则从所述第一译码结果中的初始状态点开始回溯译码，得到第二译码结果，并将所述第一译码结果和所述第二译码结果中不一致的比特数量与预定阈值进行比较；

根据比较结果输出译码结果。

2.根据权利要求1所述的译码方法，其特征在于，在从待译码序列的累积度量最大值对应的状态点开始回溯译码之前还包括：

设定回溯深度、可信长度和收敛长度，其中，所述回溯深度W＝可信长度R+收敛长度C；

每个时刻更新一次所有状态点的累积度量，如果当前时刻t＝n×R+C且小于传输块的长度L时，从当前时刻的累积度量最大值对应的状态点开始回溯W个比特，输出得到的序列的前R个比特作为结果序列的第(n-1)×R+1至第n×R个比特，其中，n＝1，2，3...；

当t＝L时，从当前时刻的累积度量最大值对应的状态点开始回溯输出L-n×R个比特作为所述结果序列的第n×R+1至第L个比特。

3.根据权利要求2所述的译码方法，其特征在于，在长期演进系统中，所述预定阈值为2比特，所述回溯深度为70比特，所述可信长度为3比特，所述收敛长度为67比特。

4.根据权利要求1所述的译码方法，其特征在于，根据比较结果输出译码结果具体包括：

如果所述结果是所述第一译码结果和所述第二译码结果中不一致的比特数量大于预定阈值，则输出所述第一译码结果作为译码结果；

如果所述结果是所述第一译码结果和所述第二译码结果中不一致的比特数量小于或等于预定阈值，则输出所述第二译码结果作为译码结果。

5.根据权利要求1所述的译码方法，其特征在于，如果所述第一译码结果的初始状态和最终状态相同，则输出所述第一译码结果作为译码结果。

6.一种咬尾卷积码的译码装置，其特征在于，包括：

回溯模块，用于从待译码序列的累积度量最大值对应的状态点开始回溯译码以得到第一译码结果，并用于从所述第一译码结果中的初始状态点开始回溯译码，得到第二译码结果；

判断模块，用于判断所述第一译码结果的初始状态和最终状态是否相同；

比较模块，用于将所述第一译码结果和所述第二译码结果中不一致的比特数量与预定阈值进行比较；

译码输出模块，用于根据所述比较模块的比较结果输出译码结果。

7.根据权利要求6所述的译码装置，其特征在于，还包括：

设置模块，用于设定回溯深度、可信长度和收敛长度，其中，所述回溯深度W＝可信长度R+收敛长度C；

分段回溯模块，用于在当前时刻t＝n×R+C且小于传输块的长度L时，从当前时刻的累积度量最大值对应的状态点开始回溯W个比特，并输出得到的序列的前R个比特作为结果序列的第(n-1)×R+1至第n×R个比特，其中，n＝1，2，3...；

待译码生成模块，用于在t＝L时，从当前时刻的累积度量最大值对应的状态点开始回溯以输出L-n×R个比特作为所述结果序列的第n×R+1至第L个比特。

8.根据权利要求7所述的译码装置，其特征在于，在长期演进系统中，所述预定阈值为2比特，所述回溯深度为70比特，所述可信长度为3比特，所述收敛长度为67比特。

9.根据权利要求6所述的译码装置，其特征在于，译码输出模块包括：

第一输出单元，用于在所述结果是所述第一译码结果和所述第二译码结果中不一致的比特数量大于预定阈值时，输出所述第一译码结果作为译码结果；

第二输出单元，用于在所述结果是所述第一译码结果和所述第二译码结果中不一致的比特数量小于或等于预定阈值时，输出所述第二译码结果作为译码结果。

10.根据权利要求9所述的译码装置，其特征在于，所述第一输出单元还用于在所述第一译码结果的初始状态和最终状态相同时，输出所述第一译码结果作为译码结果。