CN103188040B - Turbo均衡及其帧间、帧内相关预测的方法和装置 - Google Patents

Turbo均衡及其帧间、帧内相关预测的方法和装置 Download PDF

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Abstract

一种Turbo均衡及其帧间、帧内相关预测的方法和装置，该Turbo均衡方法，包括：根据解交织之后的均衡软信息进行信道译码，输出信源比特的软信息和信道编码输出比特序列的软信息；其中：进行所述信道译码时，在首次迭代时还利用帧间相关预测得到的本帧信源比特的先验知识进行译码运算，和/或，在除首次迭代外的其他次迭代时还利用帧内相关预测得到的本帧信源比特的先验知识进行译码运算。本发明还公开了一种信道译码中的帧间相关预测方法和帧内相关预测方法及相应的帧间相关预测器和帧内相关预测器。上述方案改进了帧间相关预测方法和帧内相关预测方法并将之用于Turbo均衡，提高了信道译码器的译码性能。

Description

Turbo均衡及其帧间、帧内相关预测的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种无线通信接收，尤其涉及一种Turbo均衡及其帧间、帧内相关预测的方法和装置。
背景技术
无线信号在传输过程中往往遭受多径衰落，此时为了估计发送信号需要利用均衡器进行均衡操作，补偿多径传输造成的符号间干扰。通常均衡器只是利用接收信号，认为发送符号在发送符号集中是等概分布的，假如此时能够获得最贴近本次发送过程的发送符号的先验概率，就可以在均衡器中充分利用后验概率最大化方法得到发送比特序列的后验概率，将此后验概率转化为软信息送入译码器，能够有效提高译码性能。
为实现此目的人们应用Turbo码中的Turbo思想提出了Turbo均衡器，将无线信号的多径传播模型等效为一个线性卷积编码器，作为外部分量编码器和信道编码器一起视为串联的Turbo编码器，在接收端，为适应码间干扰信道，Turbo均衡采用了类似于Turbo译码的软信息交换与反馈的思想，将均衡与Turbo译码有机的结合起来，使均衡器也具有处理输入先验软信息并输出后验软信息的功能，与Turbo译码器进行信息交换，在简化Turbo码的复杂计算的同时，保留Turbo码的交织、译码与迭代计算，从而获得适用于码间干扰信道的联合均衡与解码技术。
但是，注意到现有的Turbo均衡器当信道译码器为线性卷积码时，并没有关于信源比特的先验知识，Turbo均衡时，信道译码器不能充分体现Turbo思想，也影响了系统性能。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种可以利用信源编码冗余度有效提高系统性能的信道译码中的帧间相关预测方法及帧间相关预测器。
为了解决上述问题，本发明提供了一种信道译码中的帧间相关预测方法，包括：
根据本帧和上一帧的信道译码结果，确定本帧变化比特的值；
对每一变化比特，根据本帧该变化比特的值及上一帧该变化比特的软信息的状态进行状态跳转，得到本帧该变化比特的软信息的状态，并确定本帧该变化比特的软信息；
根据本帧变化比特的软信息和信道译码得到的本帧信源比特的软信息，计算得到下一帧信源比特的先验软信息。
较佳地，
所述根据本帧和上一帧的信道译码结果，确定本帧每一变化比特的值，包括：
根据本帧和上一帧信道译码得到的信源比特，按下式计算出本帧各信源比特的变化比特：
ck，q＝xor(uk，q，uk-1，q)
其中，ck，q是第k帧中第q个变化比特，xor(x，y)是比特x，y的异或，uk，q，uk-1，q分别是第k帧和第k-1帧信源比特中的第q个比特。
较佳地，
所述状态跳转包括以下负状态下的跳转方式中的一种或多种：
当本帧该变化比特ck，q的值表示前后两帧对应比特发生变化，而上一帧该变化比特的软信息的状态sk-1(q)满足sk-1(q)＝-Smax时，本帧该变化比特的软信息的状态sk(q)保持为-Smax，其中，-Smax为最小负状态；
当本帧该变化比特ck，q的值表示前后两帧对应比特发生变化，而上一帧该变化比特的软信息的状态sk-1(q)满足-Smax＜sk-1(q)≤0时，本帧该变化比特的软信息的状态sk(q)向下跳转为sk-1(q)-1；
当本帧该变化比特ck，q的值表示前后两帧对应比特不发生变化，而上一帧该变化比特的软信息的状态sk-1(q)满足sk-1(q)＜0时，本帧该变化比特的软信息的状态sk(q)向上跳转为其中，Dup为设定的从负状态向上跳转的幅度。
较佳地，
所述根据本帧每一变化比特的软信息和信道译码得到的本帧信源比特的软信息，计算得到下一帧信源比特的先验软信息，包括：
按照下式计算下一帧信源比特的先验软信息：
L(uk+1，q)＝xor(uk，q，ck，q)*abs(L(ck，q))
其中，uk，q是信道译码得到的第k帧信源比特中的第q个比特，uk+1，q是在第k帧预测的下一帧发送的信源比特中的第q个比特，ck，q是第k帧中第q个比特的变化比特，xor(x，y)表示比特x，y的异或，L(ck，q)是ck，q的软信息，abs()表示求绝对值函数，L(uk+1，q)是帧间相关预测得到的uk+1，q的先验软信息。
较佳地，
所述计算得到下一帧信源比特的先验软信息后，还包括：
将下一帧信源比特的先验软信息归一化到解交织后输出的均衡软信息最大值的0.2～2倍，然后再作为下一帧信源比特的先验知识输出。
相应地，本发明提供了一种用于信道译码的帧间相关预测器，包括：
第一计算单元，用于根据本帧和上一帧的信道译码结果，确定本帧变化比特的值；
第二计算单元，用于对每一变化比特，根据本帧该变化比特的值及上一帧该变化比特的软信息的状态进行状态跳转，得到本帧该变化比特的软信息的状态，并确定本帧该变化比特的软信息；
第三计算单元，用于根据本帧变化比特的软信息和信道译码得到的本帧信源比特的软信息，计算得到下一帧信源比特的先验软信息。
较佳地，
所述第一计算单元根据本帧和上一帧的信道译码结果，确定本帧每一变化比特的值，包括：
根据本帧和上一帧信道译码得到的信源比特，按下式计算出本帧各信源比特的变化比特：
ck，q＝xor(uk，q，uk-1，q)
其中，ck，q是第k帧中第q个变化比特，xor(x，y)是比特x，y的异或，uk，q，uk-1，q分别是第k帧和第k-1帧信源比特中的第q个比特。
较佳地，
所述第二计算单元对每一变化比特，根据本帧该变化比特的值及上一帧该变化比特的软信息的状态进行状态跳转时，包括以下负状态下的跳转方式中的一种或多种：
当本帧该变化比特ck，q的值表示前后两帧对应比特发生变化，而上一帧该变化比特的软信息的状态sk-1(q)满足sk-1(q)＝-Smax时，本帧该变化比特的软信息的状态sk(q)保持为-Smax，其中，-Smax为最小负状态；
当本帧该变化比特ck，q的值表示前后两帧对应比特发生变化，而上一帧该变化比特的软信息的状态sk-1(q)满足-Smax＜sk-1(q)≤0时，本帧该变化比特的软信息的状态sk(q)向下跳转为sk-1(q)-1；
当本帧该变化比特ck，q的值表示前后两帧对应比特不发生变化，而上一帧该变化比特的软信息的状态sk-1(q)满足sk-1(q)＜0时，本帧该变化比特的软信息的状态sk(q)向上跳转为其中，Dup为设定的从负状态向上跳转的幅度。
较佳地，
所述第三计算单元根据本帧每一变化比特的软信息和信道译码得到的本帧信源比特的软信息，计算得到下一帧信源比特的先验软信息，包括：
按照下式计算下一帧信源比特的先验软信息：
L(uk+1，q)＝xor(uk，q，ck，q)*abs(L(ck，q))
其中，uk，q，uk+1，q分别是信道译码得到的第k帧和第k+1帧信源比特中的第q个比特，ck，q是第k帧中第q个比特的变化比特，xor(x，y)表示比特x，y的异或，L(ck，q)是ck，q的软信息，abs()表示求绝对值函数，L(uk+1，q)是uk+1，q的先验软信息。
较佳地，
所述帧间相关预测器还包括：
先验知识输出单元，用于将第三计算单元得到的下一帧信源比特的先验软信息归一化到解交织后输出的均衡软信息最大值的0.2～2倍，作为下一帧信源比特的先验知识输出。
上述方案在信道译码前利用信源编码之后存在的冗余度进行帧间相关预测，得到信源比特的先验知识，协助信道译码，提高信道译码器的译码性能，从而有效提高了系统性能。
本发明要解决的另一技术问题是提供一种利用信源编码冗余度有效提高系统性能的信道译码中的帧内相关预测方法。
为了解决上述问题，本发明提供了一种信道译码中的帧内相关预测方法，其中，对一帧数据做信道译码时，每次迭代按以下方式计算相关比特对的先验软信息：
对记录该相关比特对的每一取值组合出现次数的数组的历史值和当前值进行加权运算，得到本次迭代的该数组的值，其中，该数组的当前值根据信道译码器本次迭代输出的该相关比特对的软信息确定，该数组的历史值为上一次迭代得到的该数组的值；
根据该数组的值计算出该相关比特对的条件转移概率；
根据所述条件转移概率计算出所述条件转移概率的似然值，再结合信道译码器本次迭代输出的该相关比特对的软信息，确定该相关比特对的先验软信息。
较佳地，
所述加权运算时，该数组的历史值的权值whist和当前值的权值wnow利用以下方式得到：
xn＝-1*BFI+1
Rn＝(1-e)*Rn-1+e*xn
其中，BFI是迭代译码成功与否的标志位，成功为0，失败为1；e为遗忘因子，0＜e＜1，xn，Rn是用于计算权重的参数。
所述加权运算时，该数组的历史值为上一次迭代时该数组的值，该数组的当前值根据信道译码输出的信源比特的软信息确定。
较佳地，
在第一次迭代时，该数组中每一元素的历史值均取为1。
较佳地，
所述根据所述条件转移概率计算出所述条件转移概率的似然值，再结合信道译码器本次迭代输出的该相关比特对的软信息，确定该相关比特对的先验软信息，包括：
根据所述条件转移概率计算出所述条件转移概率的似然值，包括：
L(a＝xa|b＝xb)＝log(p(a＝xa|b＝xb))
L(b＝xb|a＝xa)＝log(p(b＝xb|a＝xa))
其中，a，b是该相关比特对，p(a＝xa|b＝xb)，p(b＝xb|a＝xa)是该相关比特对的两个条件转移概率，L(a＝xa|b＝xb)，L(b＝xb|a＝xa)是相应条件转移概率的似然值，xa∈{0，1}，xb∈{0，1}；
而a，b的先验软信息Lu_Inner(a)和Lu_Inner(b)由以下公式得到：
a0＝max(L(a＝0|b＝0)+Lu_now(b)，L(a＝0|b＝1)-Lu_now(b))
a1＝max(L(a＝1|b＝0)+Lu_now(b)，L(a＝1|b＝1)-Lu_now(b))
Lu_Inner(a)＝a0-a1
b0＝max(L(b＝0|a＝0)+Lu_now(a)，L(b＝0|a＝1)-Lu_now(a))
b1＝max(L(b＝1|a＝0)+Lu_now(a)，L(b＝1|a＝1)-Lu_now(a))
Lu_Inner(b)＝b0-b1
其中，max(x，y)表示求x，y中的最大值，Lu_now(a)，Lu_now(b)是信道译码器本次迭代输出的a，b的软信息。
较佳地，
所述帧内相关预测方法还包括：
对一帧数据做信道译码，除最后一次迭代外每次迭代得到本帧所有相关比特对的先验软信息后，按以下方式之一输出信源比特的先验知识：
将得到的本帧所有相关比特对的先验软信息直接作为帧内相关预测得到的信源比特的先验知识输出；或者
将得到的所有相关比特对的先验软信息归一化到均衡软信息最大值的0.2～2倍，将归一化后所有相关比特对的先验软信息Lu_Inner_Normal作为帧内相关预测得到的信源比特的先验知识输出；或者
将得到的所有相关比特对的先验软信息归一化到均衡软信息最大值的0.2～2倍，得到归一化后所有相关比特对的先验软信息Lu_Inner_Normal；还按式Le(u)＝Lu_now-Lu得到信源比特的外信息Le(u)并将Le(u)归一化到均衡软信息最大值的0.2～1倍，得到其中Lu_now是信道译码器本次迭代输出的本帧信源比特的软信息，Lu是帧间相关预测器输出的本帧信源比特的先验知识；然后，将Lu_Inner_Normal和相加，结果作为帧内相关预测得到的信源比特的先验知识输出。
较佳地，
对某一语音业务的数据帧，所述相关比特对按以下方式确定：采集该业务的多个语音样本，对于每个语音样本，计算所有比特对的互信息，得到互信息最大的前n个比特对，寻找所有语音样本中该前n个比特对中的共有比特对确定为相关比特对，n为正整数。
相应地，本发明提供的用于信道译码的帧内相关预测器包括：
数组更新单元，用于对每一相关比特对，对记录该相关比特对的每一取值组合出现次数的数组的历史值和当前值进行加权运算，得到本次迭代的该数组的值，其中，该数组的当前值根据信道译码器本次迭代输出的该相关比特对的软信息确定，该数组的历史值为上一次迭代得到的该数组的值；
条件转移概率更新单元，用于对每一相关比特对，根据相应数组的值计算出该相关比特对的条件转移概率；
先验软信息计算单元，用于对每一相关比特对，根据所述条件转移概率计算出所述条件转移概率的似然值，再结合信道译码器本次迭代输出的该相关比特对的软信息，确定该相关比特对的先验软信息。
较佳地，
所述数组更新单元进行所述加权运算时，每一相关比特对对应的数组的历史值为上一次迭代时该数组的值，该数组的当前值根据信道译码输出的信源比特的软信息确定，且该数组的历史值的权值whist和当前值的权值wnow利用以下方式得到：
xn＝-1*BFI+1
Rn＝(1-e)*Rn-1+e*xn
其中，BFI是迭代译码成功与否的标志位，成功为0，失败为1；e为遗忘因子，0＜e＜1，xn，Rn是用于计算权重的参数。
较佳地，
所述数组更新单元在第一次迭代时，将每一相关比特对对应的数组中每一元素的历史值均取为1。
较佳地，
所述先验软信息计算单元对每一相关比特对，根据所述条件转移概率计算出所述条件转移概率的似然值，再结合信道译码器本次迭代输出的该相关比特对的软信息，确定该相关比特对的先验软信息，包括：
根据所述条件转移概率计算出所述条件转移概率的似然值，包括：
L(a＝xa|b＝xb)＝log(p(a＝xa|b＝xb))
L(b＝xb|a＝xa)＝log(p(b＝xb|a＝xa))
其中，a，b是该相关比特对，p(a＝xa|b＝xb)，p(b＝xb|a＝xa)是该相关比特对的两个条件转移概率，L(a＝xa|b＝xb)，L(b＝xb|a＝xa)是相应条件转移概率的似然值，xa∈{0，1}，xb∈{0，1}；
而a，b的先验软信息Lu_Inner(a)和Lu_Inner(b)由以下公式得到：
a0＝max(L(a＝0|b＝0)+Lu_now(b)，L(a＝0|b＝1)-Lu_now(b))
a1＝max(L(a＝1|b＝0)+Lu_now(b)，L(a＝1|b＝1)-Lu_now(b))
Lu_Inner(a)＝a0-a1
b0＝max(L(b＝0|a＝0)+Lu_now(a)，L(b＝0|a＝1)-Lu_now(a))
b1＝max(L(b＝1|a＝0)+Lu_now(a)，L(b＝1|a＝1)-Lu_now(a))
Lu_Inner(b)＝b0-b1
其中，max(x，y)表示求x，y中的最大值，Lu_now(a)，Lu_now(b)是信道译码器本次迭代输出的a，b的软信息。
较佳地，
所述帧内相关预测器还包括：
先验知识输出单元，用于根据先验软信息计算单元最后一次迭代得到的本帧所有相关比特对的先验软信息，按以下方式之一输出信源比特的先验知识：
将得到的本帧所有相关比特对的先验软信息直接作为帧内相关预测得到的信源比特的先验知识输出；或者
将得到的所有相关比特对的先验软信息归一化到均衡软信息最大值的0.2～2倍，将归一化后所有相关比特对的先验软信息Lu_Inner_Normal作为帧内相关预测得到的信源比特的先验知识输出；或者
将得到的所有相关比特对的先验软信息归一化到均衡软信息最大值的0.2～2倍，得到归一化后所有相关比特对的先验软信息Lu_Inner_Normal；还按式Le(u)＝Lu_now-Lu得到信源比特的外信息Le(u)并将Le(u)归一化到均衡软信息最大值的0.2～1倍，得到其中Lu_now是信道译码器本次迭代输出的本帧信源比特的软信息，Lu是帧间相关预测器输出的本帧信源比特的先验知识；然后，将Lu_Inner_Normal和相加，结果作为帧内相关预测得到的信源比特的先验知识输出。
上述方案在信道译码前利用信源编码之后存在的冗余度进行帧内相关预测，得到信源比特的先验知识，协助信道译码，提高信道译码器的译码性能，从而有效提高了系统性能。
本发明要解决的又一技术问题是提供一种利用信源编码冗余度有效提高系统性能的Turbo均衡器及其均衡方法。
为了解决上述问题，本发明提供了一种利用信源编码冗余度的Turbo均衡方法，包括：
根据解交织之后的均衡软信息进行信道译码，输出信源比特的软信息和信道编码输出比特序列的软信息；
其中：
进行所述信道译码时，在首次迭代时还利用帧间相关预测得到的本帧信源比特的先验知识进行译码运算，和/或，在除首次迭代外的其他次迭代时还利用帧内相关预测得到的本帧信源比特的先验知识进行译码运算。
较佳地，
所述帧间相关预测得到的本帧信源比特的先验知识是采用如上文所述的任一帧间相关预测方法得到的；
所述帧内相关预测得到的本帧信源比特的先验知识是采用如上文所述的任一帧内相关预测方法得到的。
较佳地，
所述信道译码采用后验概率最大化译码(MAP)算法实现，在该MAP算法中，采用以下公式计算γ(sk-1，sk)：
其中，γ(sk-1，sk)表示MAP算法最小误符号率(BCJR)实现方法中的分支度量，表示状态转移(sk-1，sk)得到的第i个编码比特，为均衡器提供给译码器的关于比特的均衡软信息，d表示每输入一个信源比特信道编码器输出的比特数，i表示输出的编码比特序列中的第i个比特；uk表示引起状态转移(sk-1，sk)的信源比特；L(uk)表示uk的先验知识，在首次迭代时采用帧间相关预测器提供的先验知识，和/或在其他次迭代时采用帧内相关预测器提供的先验知识。
相应地，本发明提供的利用信源编码冗余度的Turbo均衡器包括均衡器、解交织器、信道译码器和交织器，还包括帧间相关预测器和/或帧内相关预测器，其中：
所述信道译码器用于根据解交织之后的均衡软信息进行信道译码，输出信源比特的软信息和信道编码输出比特序列的软信息；且所述信道译码器在进行所述信道译码时，在首次迭代时还利用帧间相关预测得到的本帧信源比特的先验知识进行译码运算，和/或，在除首次迭代外的其他次迭代时还利用帧内相关预测得到的本帧信源比特的先验知识进行译码运算。
较佳地，
所述帧间相关预测器采用如上文所述的任一帧间相关预测器；
所述帧内相关预测器采用如上文所述的任一帧内相关预测器。
较佳地，
所述信道译码器采用后验概率最大化译码(MAP)算法进行信道译码，且在该MAP算法中，采用以下公式计算γ(sk-1，sk)：
其中，γ(sk-1，sk)表示MAP算法最小误符号率(BCJR)实现方法中的分支度量，表示状态转移(sk-1，sk)得到的第i个编码比特，为均衡器提供给译码器的关于比特的均衡软信息，d表示每输入一个信源比特信道编码器输出的比特数，i表示输出的编码比特序列中的第i个比特；uk表示引起状态转移(sk-1，sk)的信源比特；L(uk)表示uk的先验知识，在首次迭代时采用帧间相关预测器提供的先验知识，和/或在其他次迭代时采用帧内相关预测器提供的先验知识。
上述方案将无线多径衰落信道建模为线性卷积器，作为串行Turbo编码器的外码，在接收端将均衡器和信道译码器联合起来，应用Turbo译码的思想进行Turbo均衡时，在信道译码前利用信源编码之后存在的冗余度得到信源比特的先验知识，协助信道译码，提高信道译码器的译码性能，从而有效提高了系统性能。
附图说明
图1是本发明的无线信号传输模型图；
图2a是本发明实施例一Turbo均衡器的整体运行框架图；
图2b是在实施例一基础上只进行帧间相关预测的Turbo均衡器的整体运行框架图；
图2c是在实施例一基础上只进行帧内相关预测的Turbo均衡器的整体运行框架图；
图3是在Turbo均衡中用实施例一公式(1)和公式(2)进行帧间相关预测得到的信噪比(SNR)-误码率(FER)曲线的示意图；
图4是本发明实施例二帧间相关预测的流程图；
图5是本发明实施例二帧间相关预测器的结构图；
图6是本发明实施例三帧内相关预测的流程图；
图7是本发明实施例三帧内相关预测器的结构图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
本实施例将无线多径衰落传输信道建模为线性卷积器，作为串行Turbo编码器的外码，在接收端应用Turbo译码的思想进行Turbo均衡，更进一步地，本实施例应用语音编码之后存在的冗余信息，利用帧内相关预测器和/或帧间相关预测器提供信源比特的先验信息，协助信道译码器完成后验概率最大化译码(MAP)，提高译码性能。
本实施例的信号传输模型如图1所示，发送端语音信号s经过语音编码之后得到信源比特u，u经过信道编码得到发送端传输比特序列c，c经过调制器得到适合在无线信道传输的信号，通过发送天线发送出去，信号经过多径物理衰落信道到达接收端，接收端通过Turbo均衡器得到信源比特的估计序列此估计序列送入信源译码器得到估计的语音信号，本模型图中省略了交织器和解交织器，隐含在相应的模块。
本实施例利用信源编码之后冗余度的Turbo均衡器的结构框图如图2a所示，包括：均衡器、信道译码器、帧内相关预测器(也可称为帧内相关先验知识预测器)、帧间相关预测器(也可称为帧间相关先验知识预测器)，以及交织器和解交织器。其中：
均衡器，根据匹配滤波之后的接收信号y、匹配滤波之后的信道估计参数以及关于发送端传输比特序列的外信息进行均衡处理，输出关于发送端传输比特序列的后验软信息此处可以运用现有技术的各种算法，如果考虑到复杂度问题，可以应用MLSE(最大似然序列估计)原则，利用Viterbi网格演进方法估计传输比特序列，输出关于发送端传输比特序列的后验软信息但也可以使用其他的算法。首次迭代时初始化为0。
解交织器，根据均衡器提供给译码器的外信息输出解交织之后的均衡软信息其中，
信道译码器，根据解交织之后的均衡软信息及先验知识进行信道译码，输出信源比特u的软信息Lu_now和信道编码输出比特序列b的软信息所述先验知识在首次迭代时为帧间相关预测器处理上一帧时输出的本帧信源比特的先验知识Lu，在其他次迭代时为帧内相关预测器输出的本帧信源比特的先验知识Lu_Inner。信道译码器可以采用MAP(最大后验概率)译码算法或其改进算法等，最后一次迭代时由Lu_now得到信源比特的硬判结果送入信源译码器。
帧间相关预测器，根据信道译码器最后一次迭代时输出的本帧信源比特软信息Lu_now、记录的上一帧信源比特软信息Lu_last以及本帧变化比特的软信息的状态进行帧间相关预测，输出下一帧信源比特的先验知识Lu并更新变化比特软信息的状态。
帧内相关预测器，根据信道译码器除最后一次迭代外其他次迭代时输出的本帧信源比特的软信息Lu_now及信源比特之间的条件转移概率，输出本帧信源比特的先验知识Lu_Inner，并更新条件转移概率。
交织器，根据信道编码输出比特序列b的外信息输出交织之后关于发送端传输比特序列的外信息其中，
和现有技术相比，以上Turbo均衡器中增加了帧内相关预测器和帧间相关预测器，可以在信道译码前利用信源编码之后存在的冗余度得到信源比特的先验知识，协助信道译码，提高信道译码器的译码性能，从而有效提高了系统性能。以下对本实施例的帧内相关预测器和帧内相关预测方法、帧间相关预测器和预测方法，及相应地利用先验知识进行信道译码的修正的MAP算法进行详细说明。
采用帧间相关预测器，是因为由于复杂度和时间延迟的限制，信源编码之后的信源比特存在一定的冗余度，此种冗余度的表现之一就是相邻信源帧的对应比特之间存在一定的相关度，利用此相关度可以利用已知帧信息预测下一帧信源比特，协助下一帧的信道译码，提高信道译码性能。
下面说明一下本实施例帧间相关预测器采用的帧间相关预测方法。JoachimHagenauner提出了利用语音编码之后冗余度的adhoc方法，但adhoc方法只是用帧间相关预测器协助信道译码器，并没有用于Turbo均衡。本实施例将adhoc方法运用于Turbo均衡并对其加以改进。
adhoc方法中，采用公式(1)计算下一帧信源比特的软信息：
(1)
其中，uk-1，q和uk，q分别表示信道译码得到的第k-1帧和第k帧信源比特中的第q个比特，uk+1，q是在第k帧预测的下一帧发送的信源比特中的第q个比特，L(uk-1，q)和L(uk，q)分别表示uk-1，q和uk，q的软信息；L(uk+1，q)表示帧间相关预测得到的uk+1，q的先验软信息；ck，q表示第k帧第q个变化比特，L(ck，q)表示变化比特ck，q的软信息；abs()表示求绝对值函数。在该方法中，ck，q＝sign(L(uk，q))*sign(L(uk-1，q))，“*”表示乘法运算，sign(x)表示符号函数(即x≥0，sign(x)＝1；当x＜0，sign(x)＝-1)，在做L(ck，q)的状态跳转时，ck，q为1表示uk，q，uk-1，q不发生变化，为-1表示uk，q，uk-1，q会发生变化，而在对信源比特做硬判即计算uk+1，q＝xor(uk，q，ck，q)时，需将ck，q的值1映射为0，-1映射为1。
在实际应用中注意到L(uk，q)的绝对值往往比L(ck，q)大很多，因为后者随着语音信号的动态变化往往不会累积很大，所以本实施例也可以应用公式(2)得到下一帧信源比特的先验知识：
L(uk+1，q)＝xor(uk，q，ck，q)*abs(L(ck，q)) (2)
其中，ck，q＝xor(uk，q，uk-1，q)，xor(x，y)表示比特x，y的异或。
仿真证明，用公式(2)替换公式(1)几乎没有性能损失，如图3所示，在Turbo均衡中用公式(1)和公式(2)进行帧间相关预测得到的信噪比(SNR)-误码率(FER)曲线是重合的。在另一实施例中，可以只用帧间相关预测器，此时，注意到公式(1)要使用L(uk，q)，所以信道译码器还需要输出信源比特的软判结果，而使用公式(2)时仅需提供uk，q即硬判结果，大大简化了信道译码器的复杂度。
L(ck，q)是根据历史变化情况不断演进的，在adhoc方法中，变化比特软信息的状态跳转按以下公式不断推进：
则：
L(ck，q)＝sk(q)*step (4)
其中，sk(q)，sk-1(q)分别表示第k帧和第k-1帧信道译码之后由帧间相关预测器更新得到的第q个变化比特ck，q的软信息的状态(用数值表示)；Smax＝Lmax/step，Lmax是L(ck，q)的最大值，step表示设定的L(ck，q)的变化步长，Ddown是设定的表示从正状态向下跳的幅度。
但是，按上述算法实现变化比特软信息的状态跳转时，没有考虑负状态，而从正状态向下跳时是直接跳到很小的取值。因此不能很好地跟踪信源比特的连续变化。为此，本实施例提供了一种改进的跳转算法：
其中，Dup是设定的从负状态向上跳的幅度，L(ck，q)的取值范围为[-Lmax，Lmax]，其他参数的含义同式(3)和(4)。Dup的取值可以根据经验选取，也可以通过仿真、调试来加以确定，Dup和Ddown的取值可以不同，如取Dup＝0，Ddown＝0.1。
得到本帧该变化比特的软信息的状态后，仍按公式(4)计算出本帧该变化比特的软信息。
可以看出，采用公式(3g)做上述状态跳转时，增加了负状态及负状态的跳转方式，所述负状态的跳转方式包括：保持在最小负状态、从负状态逐步向下跳转和从负状态向上跳转，因此更能够真实地反映信源比特的连续变化，做出更为准确地帧间相关预测。
按照上述公式(1)或(2)计算出所有信源比特的先验软信息L(uk+1，q)后，较佳地，将L(uk+1，q)归一化到均衡软信息的某个数量级如均衡软信息最大值的0.2～2倍，然后再作为下一帧信源比特的先验知识Lu输出。
下面说明一下本实施例帧内相关预测器采用的帧内相关预测方法。
假设a，b是一帧信源比特中的两个相关比特，也称为一个相关比特对，a，b的先验软信息Lu_Inner(a)和Lu_Inner(b)由下面公式得到：
a0＝max(L(a＝0|b＝0)+Lu_now(b)，L(a＝0|b＝1)-Lu_now(b)) (5)
a1＝max(L(a＝1|b＝0)+Lu_now(b)，L(a＝1|b＝1)-Lu_now(b)) (6)
Lu_Inner(a)＝a0-a1 (7)
同理：
b0＝max(L(b＝0|a＝0)+Lu_now(a)，L(b＝0|a＝1)-Lu_now(a)) (8)
b1＝max(L(b＝1|a＝0)+Lu_now(a)，L(b＝1|a＝1)-Lu_now(a)) (9)
Lu_Inner(b)＝b0-b1 (10)
其中，max(x，y)表示求x，y中的最大值，Lu_now(a)，Lu_now(b)是信道译码器输出的a，b的软信息，L(a＝xa|b＝xb)＝log(p(a＝xa|b＝xb))表示条件转移概率p(a＝xa|b＝xb)的似然值，xa∈{0，1}，xb∈{0，1}。
相关比特对的确定可以采用现有技术的方法，以GSM-FR业务为例，通过分析发现信源编码输出参数LAR1～LAR8的前两个比特、Xmax1～Xmax4相邻参数的前两个对应比特位(比如Xmax1的最高位和Xmax2的最高位，共2对4个比特)、以及Lag1～Lag4相邻参数的前两个对应比特位具有很大的相关性，对于这些相关比特应用实施例所述方法得到信源比特的先验知识。其中，Xmax1～Xmax4、Lag1～Lag4是协议中FR语音编码之后语音帧中参数。对于其他业务，也可以采用其他方式，如对某种业务，可以采集该业务的多个语音样本，对于每个语音样本，计算所有比特对的互信息，得到互信息最大的前n个比特对，寻找所有语音样本中该前n个比特对中的共有比特对确定为相关比特对，n为正整数，可以根据需要确定。
计算上述公式时需要条件转移概率p(a＝xa|b＝xb)的似然值，为此本实施例利用遗忘因子方法更新条件转移概率p(a＝xa|b＝xb)，具体地：
设(a，b)构成一个相关比特对，则它们的取值组合有四种情况，分别为s0＝(0，0)，s1＝(0，1)，s2＝(1，0)，s3＝(1，1)。用s_array表示一个包括4个元素的数组，用于记录该相关比特对的每一取值组合的出现次数，可以称为累积分布数组。当有N个相关比特对时，可以将所有相关比特对的数组s_array组成一个N×4的数组。s_array(1)，s_array(2)，s_array(3)，s_array(4)是s_array中的第1，2，3，4个元素，分别表示(a，b)组合为s0，s1，s2，s3的个数。
初始化时，令s_array＝ones(1，4)，帧内相关计数器n＝0，其中ones(x，y)表示有x行y列且元素均为1的数组，n表示迭代次数。
每次迭代时，帧内相关预测器主要执行如下操作：
1)首先帧内相关计数器n＝n+1，利用遗忘因子更新历史值和当前值的权值；
相应公式如下：
xn＝-1*BFI+1
Rn＝(1-e)*Rn-1+e*xn
其中，BFI是迭代译码成功与否的标志位，成功为0，失败为1；xn，Rn是用于计算权重的参数；e为遗忘因子，0＜e＜1，如e可以取0.5；whist、wnow分别表示当前值s_array_temp的权重和历史值s_array的权重。初始化时可以取R1＝1。
2)通过信道译码器输出的信源比特的软信息Lu_now可以确定(a，b)为s0，s1，s2，s3中的哪一个，假设为s2，则得到临时向量s_array_temp＝[0，0，1，0](为其他情况就在4维全零向量的相应位置1)，更新s_array为：
s_array＝whist*s_array+wnow*s_array_temp
上述利用遗忘因子更新s_array的方法相当于一个无限抽头滤波器，遗忘因子e的值越接近0，当前值的权重越小，越接近1历史值的权重越小。相对利用滑动窗方法更新条件概率，不需要记录滑动窗内的所有语音帧以计算累积分布s_array进而得到条件概率，而可以实时更新，方法简单而且能够节省大量空间，特别当出现DTX情况时能够及时跟踪，得到更加逼近真实情况的条件转移概率。
3)由s_array得到条件概率，具体计算方法如下：
p(a＝0)＝s_array(1)+s_array(2)；
p(a＝1)＝s_array(3)+s_array(4)；
p(b＝0)＝s_array(1)+s_array(3)；
p(b＝1)＝s_array(2)+s_array(4)；
以上条件转移概率的计算公式与现有技术是相同的。从以上公式可以看出，将s_array(1)，s_array(2)，s_array(3)，s_array(4)初始化为1为计算p(b＝xb|a＝xa)带来了方便，如果初始化为0，在计算时还需要判断p(b＝xb)是否为0，如为0还需要做其他处理。
利用类似的方法可以得到p(b＝xb|a＝xa)，此处不再赘述。从而得到条件概率的似然值：
L(a＝xa|b＝xb)＝log(p(a＝xa|b＝xb))
L(b＝xb|a＝xa)＝log(p(b＝xb|a＝xa))
再根据上述公式(5)～(10)即可得到a，b的先验软信息Lu_Inner(a)和Lu_Inner(b)
在得到本帧所有相关比特对的先验软信息后，再将所有相关比特对的先验软信息归一化到均衡软信息的某个数量级如均衡软信息最大值的0.2～2倍，得到归一化后所有相关比特对的先验软信息Lu_Inner_Normal。该归一化的处理是可选的，但归一化有利于取得更好的性能。
按上述方式对所有相关比特对进行处理后，得到所有相关比特对归一化后的先验软信息Lu_Inner_Normal作为信源比特的先验知识Lu_Inner输出。
在本实施例的一个变例中，在得到所有相关比特对归一化后的先验软信息Lu_Inner_Normal后，还进行以下处理：
按式Le(u)＝Lu_now-Lu得到信源比特的外信息Le(u)，并将Le(u)归一化到均衡软信息的某个数量级如均衡软信息最大值的0.2～1倍，得到其中，Lu_now是信道译码器本次迭代时输出的本帧信源比特的软信息，Lu是帧间相关预测器输出的本帧信源比特的先验知识；
将Lu_Inner_Normal和加起来作为帧内相关预测得到的信源比特的先验知识Lu_Inner输出，即
对帧内相关预测和帧间相关预测的结果进行归一化之后再作为先验知识输出，协助信道译码，相当于对先验知识权重的调节，可以避免该先验知识过大而产生负增益，可参下文的公式(12)的算法。
本实施例中，为了利用帧间相关预测器和/或帧内相关预测器得到的先验知识，修改了信道译码器所采用的MAP算法中γ(sk-1，sk)值的计算方法。
原有MAP算法中：
其中，γ(sk-1，sk)表示MAP算法的最小误符号率(Bahl Cocke Jelinek Raviv，BCJR)实现方法中的分支度量，表示状态转移(sk-1，sk)得到的第i个编码比特(此处已将编码比特进行映射转换，即用{1，-1}分别表示{0，1})，为均衡器提供给译码器的关于比特的软信息。d表示输入一个信源比特信道编码器输出的比特数，i表示编码比特序列中的第i个比特。
本实施例修改之后的MAP算法中：
其中，uk表示引起状态转移(sk-1，sk)的信源比特；L(uk)为uk的先验知识，在首次迭代时L(uk)采用帧间相关预测器提供的先验知识，在其他次迭代时采用帧内相关预测器提供的先验知识，当只做帧间相关预测或帧内相关预测时，也可以只采用帧内相关预测器或帧间相关预测器提供的先验知识；为均衡器提供给译码器的关于比特的均衡软信息。
上述修正后的算法在信道译码时利用了根据信源编码之后存在的冗余度得到的信源比特的先验知识来协助信道译码，可以提高信道译码器的译码性能，从而有效提高了系统性能。
在本实施例的基础上，删除帧内相关预测的所有内容，可以得到一个只利用帧间相关预测协助信道译码的另一实施例，图2b是只进行帧间相关预测的Turbo均衡器的整体运行框架图。如果删除帧间相关预测的所有内容，则可以得到一个只利用帧内相关预测协助信道译码的又一实施例，图2c是只进行帧内相关预测的Turbo均衡器的整体运行框架图。具体的处理过程已在上文详细描述，不再重复。
下面以GSM-FR业务为例，讲述本实施例的一个应用示例。
本示例中，首先初始化全局变量s_array＝ones(18，4)表示一个18行4列数组，其中的每个元素初始化为1，此全局变量用于帧内相关预测器计算条件转移概率，随着处理帧的增加不断更新；初始化全局变量s0＝zeros(1，189)用于帧间相关预测器，表示变化比特软信息刚开始都处于零状态，此参数也是处理一帧更新一次，不断推进，初始化帧号Fno＝0。
请参照图2a，对于一帧数据的处理包含以下主要过程：
1、初始化，图2a中开关1打到左边表示信源比特的先验知识由帧间相关预测器提供，开关2打到右边表示信道译码输出的信源比特软信息用于帧内相关预测器，迭代次数i＝0，初始化最大迭代次数i_number；
2、对于每个Burst(突发脉冲序列)，均衡器利用匹配滤波之后的接收信号y和译码器输入的关于发送端传输比特的外信息输出关于发送端传输比特序列c的软信息。此处考虑复杂度问题，可以应用MLSE(最大似然序列估计)原则，利用Viterbi网格演进方法得到关于传输比特序列的软信息
3、收齐一帧传输比特序列的软信息之后，解交织器接收均衡器提供给译码器的外信息输出解交织之后的均衡软信息
4、信道译码器接收和帧间或者帧内相关预测器(决定于开关1的位置)提供的关于信源比特的先验知识，利用MAP(最大后验概率)方法得到关于信源比特u的后验软信息Lu_now和编码器输出比特序列b的后验软信息开关1打到右边位置。i＝i+1，如果i＜i_number转到步骤5，否则开关2到左边，转到步骤8；
5、帧内相关预测器利用信道译码输出的本帧信源比特的软信息Lu_now以及信源比特之间的条件转移概率，输出本帧信源比特的先验知识Lu_Inner并利用遗忘因子加权方法更新s_array，用于计算条件转移概率；
6、交织器接收外信息此处要提到一点由于GSM-FR业务的交织器比较特殊，发送的一帧数据涉及到3块连续信道编码比特，为了Turbo均衡能够运转起来，交织器收到1块外信息之后，用此块外信息填充发送帧前4个Burst的奇数位和后4个Burst的偶数位，发送帧的其余位用0填充，最后得到关于发送比特序列的先验软信息
7、转到步骤2
8、由Lu_now得到信源比特的硬判结果送入信源译码器，同时帧间相关预测器利用本帧信源比特的软信息Lu_now、记录的上一帧信源比特的软信息Lu_Last以及由变化比特的软信息的状态，输出关于下一帧信源比特的软信息Lu，更新变化比特的软信息的状态，并更新Lu_Last＝Lu_now。
此处说明一点由于帧间相关预测器需要前两帧信源比特软信息，所以s1＝0，只有处理到第2帧首次信道译码之后才启动帧间相关预测器。
如前所述，本发明实施例将无线多径衰落信道建模为线性卷积器，作为串行Turbo编码器的外码，在接收端将均衡器和信道译码器联合起来，应用Turbo译码的思想进行Turbo均衡，特别地，在信道译码前利用信源编码之后存在的冗余度得到信源比特的先验知识，协助信道译码，提高信道译码器的译码性能，从而有效提高了系统性能。
在实施例中，可以应用语音编码之后的冗余信息，利用帧内相关预测器和帧间相关预测器提供信源比特的先验信息，协助信道译码器完成后验概率最大化译码(MAP)，不仅能够提高译码器输出信源比特的软信息性能，而且能够提高译码器送入均衡器的外信息性能，提高均衡性能和下次帧内帧间预测器的性能，进而提高译码性能。
在实施例中，帧间相关预测器对于变化软信息的状态图充分考虑处于正状态和负状态的不同，帧内相关预测器结合遗忘因子方法大大节省空间资源的情况下，能够实现实时跟踪，尤其能够处理非连续发射(DTX：Discontinuous Transmission)情况。
在实施例中，提出当只用帧间相关预测器时，信道译码只需要硬判结果，使得译码方法大大简化，且帧间相关预测器得到的先验知识性能没有损失。
实施例二
本实施例提供一种信道译码中的帧间相关预测方法可以和实施例一相同，如图4所示，包括：
步骤210，根据本帧和上一帧的信道译码结果，确定本帧变化比特的值；
在本步骤中，可以根据本帧和上一帧信道译码得到的信源比特，按下式计算出本帧各信源比特的变化比特：
ck，q＝xor(uk，q，uk-1，q)
其中，ck，q是第k帧中第q个变化比特，xor(x，y)是比特x，y的异或，uk，q，uk-1，q分别是第k帧和第k-1帧信源比特中的第q个比特。
上述ck，q的简化算法仅需提供uk，q即硬判结果，可以大大简化信道译码器的复杂度。
在信道译码提供uk，q的软信息时，本步骤也可以通过下式计算ck，q：ck，q＝sign(L(uk，q))*sign(L(uk-1，q))，其中各参数的含义可参照实施例一公式(1)下的说明。
步骤220，对每一变化比特，根据本帧该变化比特的值及上一帧该变化比特的软信息的状态进行状态跳转，得到本帧该变化比特的软信息的状态，并确定本帧该变化比特的软信息；
本步骤的具体算法请参见实施例一中的公式(3g)和公式(4)。其中，所述状态跳转包括以下负状态下的跳转方式中的一种或多种：
当本帧该变化比特ck，q的值表示前后两帧对应比特发生变化，而上一帧该变化比特的软信息的状态sk-1(q)满足sk-1(q)＝-Smax时，本帧该变化比特的软信息的状态sk(q)保持为-Smax，其中，-Smax为最小负状态；
当本帧该变化比特ck，q的值表示前后两帧对应比特发生变化，而上一帧该变化比特的软信息的状态sk-1(q)满足-Smax＜sk-1(q)≤0时，本帧该变化比特的软信息的状态sk(q)向下跳转为sk-1(q)-1；
当本帧该变化比特ck，q的值表示前后两帧对应比特不发生变化，而上一帧该变化比特的软信息的状态sk-1(q)满足sk-1(q)＜0时，本帧该变化比特的软信息的状态sk(q)向上跳转为其中，Dup为设定的从负状态向上跳转的幅度。
本步骤也可以采用现有adhoc方法的来计算本帧该变化比特的软信息，如实施例一的公式(3)和(4)。
步骤230，根据本帧变化比特的软信息和信道译码得到的本帧信源比特的软信息，计算得到下一帧信源比特的先验软信息。
本实施例中，采用实施例一中的公式(2)来计算下一帧信源比特的先验软信息：
L(uk+1，q)＝xor(uk，q，ck，q)*abs(L(ck，q))
其中，uk，q是信道译码得到的第k帧信源比特中的第q个比特，uk+1，q是在第k帧预测的下一帧发送的信源比特中的第q个比特，ck，q是第k帧中第q个比特的变化比特，xor(x，y)表示比特x，y的异或，L(ck，q)是对第k帧信道译码时最后一次迭代输出的ck，q的软信息，abs()表示求绝对值函数，L(uk+1，q)是帧间相关预测得到的uk+1，q的先验软信息。
本步骤也可以采用现有adhoc方法的来计算下一帧信源比特的软信息，如实施例一的公式(1)。
上述各个步骤的不同算法之间是可以相互组合，得到多个实施方式的。
在计算得到下一帧信源比特的先验软信息后，还可以包括：将下一帧信源比特的先验软信息归一化到解交织后输出的均衡软信息最大值的0.2～2倍，然后再作为下一帧信源比特的先验知识输出。
如图5所示，本实施例提供的信道译码中的帧间相关预测器，包括：
第一计算单元201，用于根据本帧和上一帧的信道译码结果，确定本帧变化比特的值；
第二计算单元202，用于对每一变化比特，根据本帧该变化比特的值及上一帧该变化比特的软信息的状态进行状态跳转，得到本帧该变化比特的软信息的状态，并确定本帧该变化比特的软信息；
第三计算单元203，用于根据本帧变化比特的软信息和信道译码得到的本帧信源比特的软信息，计算得到下一帧信源比特的先验软信息。
先验知识输出单元204，用于在计算得到下一帧信源比特的先验软信息后，将下一帧信源比特的先验软信息归一化到解交织后输出的均衡软信息最大值的0.2～2倍，然后作为下一帧信源比特的先验知识输出。
上述各计算单元采用的具体算法可以参照相应流程的内容，不再赘述。
实施例三
本实施例提供一种信道译码中的帧内相关预测方法可以和实施例一相同，其中，对一帧数据做信道译码时，每次迭代按以下方式计算相关比特对的先验软信息：
步骤310，对记录该相关比特对的每一取值组合出现次数的数组的历史值和当前值进行加权运算，得到本次迭代的该数组的值，其中，该数组的当前值根据信道译码器本次迭代输出的该相关比特对的软信息确定，该数组的历史值为上一次迭代得到的该数组的值。
设(a，b)构成一个相关比特对，则它们的取值组合有四种情况，分别为s0＝(0，0)，s1＝(0，1)，s2＝(1，0)，s3＝(1，1)。用s_array表示一个包括4个元素的数组，s_array(1)，s_array(2)，s_array(3)，s_array(4)是s_array中的第1，2，3，4个元素，分别用于记录该相关比特对的每一取值组合s0，s1，s2，s3的出现次数。较佳地，在第一次迭代时，将该数组中每一元素的历史值均取为1。
本步骤加权运算时，该数组的历史值的权值whist和当前值的权值wnow可以利用以下方式得到：
xn＝-1*BFI+1
Rn＝(1-e)*Rn-1+e*xn
其中，BFI是迭代译码成功与否的标志位，成功为0，失败为1；e为遗忘因子，0＜e＜1，xn，Rn是用于计算权重的参数，n是帧内相关计数器的计数值，用于表示迭代次数。
先通过信道译码器输出的信源比特的软信息Lu_now可以确定(a，b)为s0，s1，s2，s3中的哪一个，得到s_array的当前值，用临时向量s_array_temp表示，按下式更新s_array为：
s_array＝whist*s_array+wnow*s_array_temp
步骤320，根据该数组的值计算出该相关比特对的条件转移概率；
本步骤与现有技术的方法相同，具体计算方法如实施例一所述，这里不再赘述。
步骤330，根据所述条件转移概率计算出所述条件转移概率的似然值，再结合信道译码器本次迭代输出的该相关比特对的软信息，确定该相关比特对的先验软信息。
根据所述条件转移概率计算出所述条件转移概率的似然值，包括：
L(a＝xa|b＝xb)＝log(p(a＝xa|b＝xb))
L(b＝xb|a＝xa)＝log(p(b＝xb|a＝xa))
其中，a，b是该相关比特对，p(a＝xa|b＝xb)，p(b＝xb|a＝xa)是该相关比特对的两个条件转移概率，L(a＝xa|b＝xb)，L(b＝xb|a＝xa)是相应条件转移概率的似然值，xa∈{0，1}，xb∈{0，1}；
而a，b的先验软信息Lu_Inner(a)和Lu_Inner(b)由以下公式(即实施例一中的公式(5)～(10))得到：
a0＝max(L(a＝0|b＝0)+Lu_now(b)，L(a＝0|b＝1)-Lu_now(b))
a1＝max(L(a＝1|b＝0)+Lu_now(b)，L(a＝1|b＝1)-Lu_now(b))
Lu_Inner(a)＝a0-a1
b0＝max(L(b＝0|a＝0)+Lu_now(a)，L(b＝0|a＝1)-Lu_now(a))
b1＝max(L(b＝1|a＝0)+Lu_now(a)，L(b＝1|a＝1)-Lu_now(a))
Lu_Inner(b)＝b0-b1
其中，max(x，y)表示求x，y中的最大值，Lu_now(a)，Lu_now(b)是信道译码器本次迭代输出的a，b的软信息。
对一帧数据做信道译码时，除最后一次迭代外每次迭代得到本帧所有相关比特对的先验软信息后，可以按以下方式之一输出信源比特的先验知识：
将得到的本帧所有相关比特对的先验软信息直接作为帧内相关预测得到的信源比特的先验知识输出；或者
在得到本帧所有相关比特对的先验软信息后，先将所有相关比特对的先验软信息归一化到均衡软信息的某个数量级如均衡软信息最大值的0.2～2倍，得到归一化后所有相关比特对的先验软信息Lu_Inner_Normal，再作为帧内相关预测得到的信源比特的先验知识输出；或者
先对所有相关比特对的先验软信息进行归一化，得到上述先验软信息Lu_Inner_Normal后，再按式Le(u)＝Lu_now-Lu得到信源比特的外信息Le(u)，并将Le(u)归一化到均衡软信息最大值的0.2～1倍，得到其中，Lu_now是信道译码器本次迭代输出的本帧信源比特的软信息，Lu是帧间相关预测器输出的本帧信源比特的先验知识；然后将Lu_Inner_Normal和相加，结果作为帧内相关预测得到的信源比特的先验知识输出。
相应地，本实施例提供的信道译码中的帧内相关预测器如图7所示，包括：
数组更新单元301，用于对每一相关比特对，对记录该相关比特对的每一取值组合出现次数的数组的历史值和当前值进行加权运算，得到本次迭代的该数组的值，其中，该数组的当前值根据信道译码器本次迭代输出的该相关比特对的软信息确定，该数组的历史值为上一次迭代得到的该数组的值。
条件转移概率更新单元302，用于对每一相关比特对，根据相应数组的值计算出该相关比特对的条件转移概率。
先验软信息计算单元303，用于对每一相关比特对，根据所述条件转移概率计算出所述条件转移概率的似然值，再结合信道译码器本次迭代输出的该相关比特对的软信息，确定该相关比特对的先验软信息。
先验知识输出单元304，用于根据先验软信息计算单元除最后一次迭代外每次迭代得到的本帧所有相关比特对的先验软信息，输出信源比特的先验知识。具体方式可以采用上文所述的三种方式中的一种，不再重复。
上述各计算单元采用的具体算法可以参照相应流程的内容，不再赘述。
本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，所述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现，相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。
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 (11)

1.一种信道译码中的帧内相关预测方法，其中，对一帧数据做信道译码时，每次迭代按以下方式计算相关比特对的先验软信息：
对记录该相关比特对的每一取值组合出现次数的数组的历史值和当前值进行加权运算，得到本次迭代的该数组的值，其中，该数组的当前值根据信道译码器本次迭代输出的该相关比特对的软信息确定，该数组的历史值为上一次迭代得到的该数组的值；
根据该数组的值计算出该相关比特对的条件转移概率；
根据所述条件转移概率计算出所述条件转移概率的似然值，再结合信道译码器本次迭代输出的该相关比特对的软信息，确定该相关比特对的先验软信息。
2.如权利要求1所述的帧内相关预测方法，其特征在于，
所述加权运算时，该数组的历史值的权值whist和当前值的权值wnow利用以下方式得到：
xn＝-1*BFI+1
Rn＝(1-e)*Rn-1+e*xn
<mrow> <msub> <mi>w</mi> <mrow> <mi>h</mi> <mi>i</mi> <mi>s</mi> <mi>t</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <mi>e</mi> <mfrac> <msub> <mi>x</mi> <mi>n</mi> </msub> <msub> <mi>R</mi> <mi>n</mi> </msub> </mfrac> <mo>,</mo> <msub> <mi>w</mi> <mrow> <mi>n</mi> <mi>o</mi> <mi>w</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mi>e</mi> <mfrac> <msub> <mi>x</mi> <mi>n</mi> </msub> <msub> <mi>R</mi> <mi>n</mi> </msub> </mfrac> </mrow>
其中，BFI是迭代译码成功与否的标志位，成功为0，失败为1；e为遗忘因子，0＜e＜1，xn,Rn是用于计算权重的参数；
所述加权运算时，该数组的历史值为上一次迭代时该数组的值，该数组的当前值根据信道译码输出的信源比特的软信息确定。
3.如权利要求1或2所述的帧内相关预测方法，其特征在于，
在第一次迭代时，该数组中每一元素的历史值均取为1。
4.如权利要求1所述的帧内相关预测方法，其特征在于，
所述根据所述条件转移概率计算出所述条件转移概率的似然值，再结合信道译码器本次迭代输出的该相关比特对的软信息，确定该相关比特对的先验软信息，包括：
根据所述条件转移概率计算出所述条件转移概率的似然值，包括：
L(a＝xa|b＝xb)＝log(p(a＝xa|b＝xb))
L(b＝xb|a＝xa)＝log(p(b＝xb|a＝xa))
其中，a,b是该相关比特对，p(a＝xa|b＝xb),p(b＝xb|a＝xa)是该相关比特对的两个条件转移概率，L(a＝xa|b＝xb),L(b＝xb|a＝xa)是相应条件转移概率的似然值，xa∈{0,1},xb∈{0,1}；
而a,b的先验软信息Lu_Inner(a)和Lu_Inner(b)由以下公式得到：
a0＝max(L(a＝0|b＝0)+Lu_now(b),L(a＝0|b＝1)-Lu_now(b))
a1＝max(L(a＝1|b＝0)+Lu_now(b),L(a＝1|b＝1)-Lu_now(b))
Lu_Inner(a)＝a0-a1
b0＝max(L(b＝0|a＝0)+Lu_now(a),L(b＝0|a＝1)-Lu_now(a))
b1＝max(L(b＝1|a＝0)+Lu_now(a),L(b＝1|a＝1)-Lu_now(a))
Lu_Inner(b)＝b0-b1
其中，max(x,y)表示求x,y中的最大值，Lu_now(a),Lu_now(b)是信道译码器本次迭代输出的a,b的软信息。
5.如权利要求1或2或4所述的帧内相关预测方法，其特征在于，还包括：
对一帧数据做信道译码，除最后一次迭代外每次迭代得到本帧所有相关比特对的先验软信息后，按以下方式之一输出信源比特的先验知识：
将得到的本帧所有相关比特对的先验软信息直接作为帧内相关预测得到的信源比特的先验知识输出；或者
将得到的所有相关比特对的先验软信息归一化到均衡软信息最大值的0.2～2倍，将归一化后所有相关比特对的先验软信息Lu_Inner_Normal作为帧内相关预测得到的信源比特的先验知识输出；或者
将得到的所有相关比特对的先验软信息归一化到均衡软信息最大值的0.2～2倍，得到归一化后所有相关比特对的先验软信息Lu_Inner_Normal；还按式Le(u)＝Lu_now-Lu得到信源比特的外信息Le(u)并将Le(u)归一化到均衡软信息最大值的0.2～1倍，得到其中Lu_now是信道译码器本次迭代输出的本帧信源比特的软信息，Lu是帧间相关预测器输出的本帧信源比特的先验知识；然后，将Lu_Inner_Normal和相加，结果作为帧内相关预测得到的信源比特的先验知识输出。
6.如权利要求1所述的帧内相关预测方法，其特征在于，
对某一语音业务的数据帧，所述相关比特对按以下方式确定：采集该业务的多个语音样本，对于每个语音样本，计算所有比特对的互信息，得到互信息最大的前n个比特对，寻找所有语音样本中该前n个比特对中的共有比特对确定为相关比特对，n为正整数。
7.一种用于信道译码的帧内相关预测器，其特征在于，包括：
数组更新单元，用于对每一相关比特对，对记录该相关比特对的每一取值组合出现次数的数组的历史值和当前值进行加权运算，得到本次迭代的该数组的值，其中，该数组的当前值根据信道译码器本次迭代输出的该相关比特对的软信息确定，该数组的历史值为上一次迭代得到的该数组的值；
条件转移概率更新单元，用于对每一相关比特对，根据相应数组的值计算出该相关比特对的条件转移概率；
先验软信息计算单元，用于对每一相关比特对，根据所述条件转移概率计算出所述条件转移概率的似然值，再结合信道译码器本次迭代输出的该相关比特对的软信息，确定该相关比特对的先验软信息。
8.如权利要求7所述的帧内相关预测器，其特征在于，
所述数组更新单元进行所述加权运算时，每一相关比特对对应的数组的历史值为上一次迭代时该数组的值，该数组的当前值根据信道译码输出的信源比特的软信息确定，且该数组的历史值的权值whist和当前值的权值wnow利用以下方式得到：
xn＝-1*BFI+1
Rn＝(1-e)*Rn-1+e*xn
<mrow> <msub> <mi>w</mi> <mrow> <mi>h</mi> <mi>i</mi> <mi>s</mi> <mi>t</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <mi>e</mi> <mfrac> <msub> <mi>x</mi> <mi>n</mi> </msub> <msub> <mi>R</mi> <mi>n</mi> </msub> </mfrac> <mo>,</mo> <msub> <mi>w</mi> <mrow> <mi>n</mi> <mi>o</mi> <mi>w</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mi>e</mi> <mfrac> <msub> <mi>x</mi> <mi>n</mi> </msub> <msub> <mi>R</mi> <mi>n</mi> </msub> </mfrac> </mrow>
其中，BFI是迭代译码成功与否的标志位，成功为0，失败为1；e为遗忘因子，0＜e＜1，xn,Rn是用于计算权重的参数。
9.如权利要求7或8所述的帧内相关预测器，其特征在于，
所述数组更新单元在第一次迭代时，将每一相关比特对对应的数组中每一元素的历史值均取为1。
10.如权利要求7所述的帧内相关预测器，其特征在于，
所述先验软信息计算单元对每一相关比特对，根据所述条件转移概率计算出所述条件转移概率的似然值，再结合信道译码器本次迭代输出的该相关比特对的软信息，确定该相关比特对的先验软信息，包括：
根据所述条件转移概率计算出所述条件转移概率的似然值，包括：
L(a＝xa|b＝xb)＝log(p(a＝xa|b＝xb))
L(b＝xb|a＝xa)＝log(p(b＝xb|a＝xa))
其中，a,b是该相关比特对，p(a＝xa|b＝xb),p(b＝xb|a＝xa)是该相关比特对的两个条件转移概率，L(a＝xa|b＝xb),L(b＝xb|a＝xa)是相应条件转移概率的似然值，xa∈{0,1},xb∈{0,1}；
而a,b的先验软信息Lu_Inner(a)和Lu_Inner(b)由以下公式得到：
a0＝max(L(a＝0|b＝0)+Lu_now(b),L(a＝0|b＝1)-Lu_now(b))
a1＝max(L(a＝1|b＝0)+Lu_now(b),L(a＝1|b＝1)-Lu_now(b))
Lu_Inner(a)＝a0-a1
b0＝max(L(b＝0|a＝0)+Lu_now(a),L(b＝0|a＝1)-Lu_now(a))
b1＝max(L(b＝1|a＝0)+Lu_now(a),L(b＝1|a＝1)-Lu_now(a))
Lu_Inner(b)＝b0-b1
其中，max(x,y)表示求x,y中的最大值，Lu_now(a),Lu_now(b)是信道译码器本次迭代输出的a,b的软信息。
11.如权利要求7或8或10所述的帧内相关预测器，其特征在于，还包括：
先验知识输出单元，用于根据先验软信息计算单元最后一次迭代得到的本帧所有相关比特对的先验软信息，按以下方式之一输出信源比特的先验知识：
将得到的本帧所有相关比特对的先验软信息直接作为帧内相关预测得到的信源比特的先验知识输出；或者
将得到的所有相关比特对的先验软信息归一化到均衡软信息最大值的0.2～2倍，将归一化后所有相关比特对的先验软信息Lu_Inner_Normal作为帧内相关预测得到的信源比特的先验知识输出；或者
将得到的所有相关比特对的先验软信息归一化到均衡软信息最大值的0.2～2倍，得到归一化后所有相关比特对的先验软信息Lu_Inner_Normal；还按式Le(u)＝Lu_now-Lu得到信源比特的外信息Le(u)并将Le(u)归一化到均衡软信息最大值的0.2～1倍，得到其中Lu_now是信道译码器本次迭代输出的本帧信源比特的软信息，Lu是帧间相关预测器输出的本帧信源比特的先验知识；然后，将Lu_Inner_Normal和相加，结果作为帧内相关预测得到的信源比特的先验知识输出。
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