CN104468021A - 采用位宽控制的卷积码维特比译码方法及译码器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及通信技术信道编译码领域，特别涉及一种采用位宽控制的卷积码维特比译码方法及译码器，所述方法在计算不同校验码组合所对应的分支度量之后或者在得到相加后的路径度量后，将度量值减去位宽优化值，可以有效地降低路径度量随着不断累计叠加而逐渐增大的趋势，从而确保路径度量不会溢出，并且选取当前时刻或前一时刻任一状态的路径度量作为位宽优化值，将当前时刻全部度量减去该值，节省了硬件资源，且硬件实现逻辑更为简单。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术信道编译码领域，特别涉及一种采用位宽控制的卷积码维特比译码方法及译码器。
背景技术
卷积码性能较高、实现复杂度适中、实时性好，是一种常用的通信系统信道编码算法。卷积码的编码实现较为简单，其研究重点主要集中在译码算法与硬件实现上。与其他的卷积码译码算法相比，维特比Viterbi译码算法采用最大似然译码准则，其目前被认为是一种最优的卷积码译码算法。
Viterbi译码算法是由Viterbi于1967年提出的一种最大似然译码方法，即译码器的输出总是使接收序列条件概率最大的码字。Viterbi译码算法主要由路径度量的“加比选”运算(Add Compare Select，简称ACS)、累积度量的更新以及回溯等过程组成。
ACS是Viterbi译码的核心部分，用于完成幸存路径度量的计算和选择，但是随着时刻点的推移，幸存路径的累计度量不断累加，如果不加以控制，该累计度量所需的存储位宽越来越大，进行加法操作时加法器的位宽相应地增大，不利于工程平台的实现。
现有技术存在一些解决手段，如公开号CN1874166的中国专利提供一种维特比译码器路径度量归一化的方法和装置，根据分支度量与相应的前一时刻状态度量相加是否会产生溢出，对会溢出和不溢出两种情况，分别采用不同方法。以上是在计算当前时刻的幸存度量时对溢出和不溢出两种情况采用不同的处理方法，其缺陷是需要额外的逻辑控制来处理溢出和不溢出两种情况。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种采用位宽控制的卷积码维特比译码方法及译码器。
本发明提供采用位宽控制的卷积码维特比译码方法，包括：
计算分支度量，计算不同校验码组合所对应的分支度量；
加比选操作，将上一时刻所存储的幸存路径度量与本时刻所述分支度量相加，比较相加后的路径度量，选取较大的路径度量作为当前时刻的幸存路径度量，用于下一时刻的加比选计算，完成所有时刻点加比选之后，输出幸存路径和最后一个时刻的幸存路径度量；
对幸存路径进行回溯，输出译码结果；
在所述计算不同校验码组合所对应的分支度量之后，所有分支度量减去位宽优化值，
或者，
在得到相加后的路径度量后，将相加后的路径度量减去位宽优化值。
优选地，所述位宽优化值为前一时刻任一状态的幸存路径度量。
本发明在计算不同校验码组合所对应的分支度量之后或者在得到相加后的路径度量后，将度量值减去位宽优化值，可以有效地降低路径度量，从而确保路径度量不会溢出，并且选取当前时刻或前一时刻任一状态的路径度量作为位宽优化值，将当前时刻全部度量减去该值，从而减小累加过程中路径度量逐渐增大的趋势，避免积累度量过大造成溢出，并节省了硬件资源。与现有技术相比，本发明无需预先判断路径度量是否会产生溢出，统一采用减去位宽优化值的方法，其实现逻辑更为简单，便于实际硬件实现。
本发明提供本发明提供采用位宽控制的卷积码维特比译码器，包括：
分支度量计算单元，用于计算不同校验码组合所对应的分支度量；
加比选单元，用于将上一时刻所存储的幸存路径度量与本时刻分支度量相加，比较相加后的路径度量，选取较大的路径度量作为当前时刻的幸存路径度量，用于下一时刻的加比选计算，完成所有时刻点加比选之后，输出幸存路径和最后一个时刻的幸存路径度量；
路径回溯单元，用于对幸存路径进行回溯，输出译码结果；
度量修正单元，与计算分支度量单元或加比选单元相连接，用于修正度量，即将计算不同校验码组合所对应的分支度量减去位宽优化值或者在得到相加后的路径度量后，将相加后的路径度量减去位宽优化值。
优选地，所述位宽优化值为前一时刻任一状态的幸存路径度量。
本发明包括度量修正单元，与计算分支度量单元或加比选单元相连接，用于修正度量，即将计算不同校验码组合所对应的分支度量减去位宽优化值或者在得到相加后的路径度量后，将相加后的路径度量减去位宽优化值，可以有效地降低路径度量，从而确保路径度量不会溢出，并且选取当前时刻或前一时刻任一状态的路径度量作为位宽优化值，将当前时刻全部度量减去该值，从而减小累加过程中路径度量逐渐增大的趋势，避免积累度量过大造成溢出，并节省了硬件资源。与现有技术相比，本发明无需预先判断路径度量是否会产生溢出，统一采用减去位宽优化值，其实现逻辑更为简单，便于实际硬件实现。
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是本发明采用位宽控制的卷积码维特比译码方法第一实施例流程示意图；
图2是本发明采用位宽控制的卷积码维特比译码方法第二实施例流程示意图；
图3是本发明采用位宽控制的卷积码维特比译码方第三实施例状态流程图。
图4是本发明采用位宽控制的卷积码维特比译码方法第四实施例流程示意图；
图5是本发明采用位宽控制的卷积码维特比译码方法第五实施例流程示意图；
图6是本发明采用位宽控制的卷积码维特比译码器第一实施例流程示意图；
图7是本发明采用位宽控制的卷积码维特比译码器第二实施例流程示意图；
图8是采用本发明得到的幸存路径度量值仿真图；
图9是采用本发明得到译码性能对比图。
具体实施方式
为了有效地解决路径度量在累加过程中有可能溢出的问题，本文提出了一种采用位宽控制的卷积码维特比译码方法及译码器，下面结合附图对本发明进行详细说明。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等（如果存在）是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
实施例1
一种采用位宽控制的卷积码维特比译码方法，如图1所示，包括：
计算分支度量，所述分支度量的计算包括：计算不同校验码组合所对应的分支度量；所有分支度量减去位宽优化值，从而在下一步操作时减小累加过程中路径度量逐渐增大的趋势，避免积累度量过大造成溢出；
将上一时刻的幸存路径度量与本时刻所述分支度量相加，比较相加后的路径度量，选取较大的路径度量作为当前时刻的幸存路径度量，用于下一时刻的加比选计算，完成所有时刻点加比选之后，输出幸存路径和最后一个时刻的幸存路径度量；
对幸存路径进行回溯，输出译码结果。
实施例2
一种采用位宽控制的卷积码维特比译码方法，如图2所示，包括：
计算分支度量，所述分支度量的计算包括：计算不同校验码组合所对应的分支度量；
将上一时刻的幸存路径度量与本时刻所述分支度量相加，相加后的路径度量减去位宽优化值，从而减小累加过程中路径度量逐渐增大的趋势，避免积累度量过大造成溢出；比较相减后的结果，选取较大的值作为当前时刻的幸存路径度量，用于下一时刻的加比选计算，完成所有时刻点加比选之后，输出幸存路径和最后一个时刻的幸存路径度量；
对幸存路径进行回溯，输出译码结果。
以上实施例中，所述位宽优化值可选以下任意一种：(1)当前时刻任一状态的幸存路径度量；(2)前一时刻任一状态的幸存路径度量；(3)当前时刻最小的幸存路径度量；(4)当前时刻最大的幸存路径度量；(5)当前时刻所有状态的幸存路径度量的平均值；(6)前一时刻最小的幸存路径度量；(7)前一时刻最大的幸存路径度量；(8)前一时刻所有状态的幸存路径度量的平均值；(9)固定值，该固定值可根据卷积码约束长度、信道环境等配置。
特别地，所述位宽优化值为前一时刻任一状态的幸存路径度量，优选地，所述位宽优化值为前一时刻0状态的幸存路径度量；次优选的，为当前时刻0状态的幸存路径度量。选取“前一时刻0状态的幸存路径度量”作为减数，体现了低代价性：a.免去通过比较找出最小值或最大值，或者通过计算获得的平均值作为该减数，降低了实现代价；b.选取前一时刻的0状态路径度量作为减数比选取当前时刻0状态路径度量作为减数，在硬件实现逻辑控制上更为简便。
优选地，所述所有分支度量减去位宽优化值或者所述相加后的路径度量减去位宽优化值可在每个时刻进行，也可间隔一个或几个时刻进行。
所述对幸存路径进行回溯包括：
在最后一时刻的所有状态的幸存路径度量中，选取所述幸存路径度量最大的状态作为最大似然路径的初状态，对该最大似然路径进行回溯。
实施例3
下面为便于说明，以长期演进（Long Term Evolution，简称LTE）系统采用的约束长度为7、码率1/3的卷积码为例进行阐述，本领域技术人员显然清楚，LTE系统采用的约束长度为7、码率1/3的卷积码只是一个实例而已，本发明的卷积码译码方法对所有约束长度、码率的卷积码均适用，而这些卷积码也可以适用各种通信系统，而不限于LTE系统。
以图3为例进行说明，在t+1时刻进行“加、比、选”操作时：
“上一时刻的幸存路径度量”指的是图中t时刻的路径状态度量Metrict(S1)、Metrict(S2)，...，Metrict(S2N),Metrict(S2N+1),...；
对于t+1时刻的每个状态有两个“分支度量”，如状态SN的分支度量为mi,mj;
在计算t+1时刻状态N的路径度量Metrict+1(SN)时常用的加比选计算方法为：
当Metrict(S2N)+mi≥Metrict(S2N+1)+mj时，
Metrict+1(SN)=Metrict(S2N)+mi
否则
Metrict+1(SN)=Metrict(S2N+1)+mj
在本例中，取前一时刻0状态的路径度量Metrict(S0)作为减数，则在计算t+1时刻状态N的路径度量Metrict+1(SN)有：
当Metrict(S2N)+mi-Metrict(S0)≥Metrict(S2N+1)+mj-Metrict(S0)时，
Metrict+1(SN)=Metrict(S2N)+mi-Metrict(S0)
否则
Metrict+1(SN)=Metrict(S2N+1)+mj-Metrict(S0)
在计算Metrict(S2N)+mi-Metrict(S0)时有两种计算方法：
Metrict(S2N)+(mi-Metrict(S0))或(Metrict(S2N)+mi)-Metrict(S0)
即是说，既可在计算分支度量时减去位宽优化值，也可在计算路径度量时减去该值，其具体实施流程可分别参见图4和图5。
实施例4
如图4所示，在计算分支度量时减去位宽优化值，包括：
步骤401：接收译码输入数据，初始化分支度量和路径度量，取当前时刻t=0；
步骤402：计算t时刻的分支度量，将分支度量减去位宽优化值，得到修正的分支度量，取当前状态N=0；
步骤403：计算状态N的幸存路径度量，根据卷积码状态转移图，将前一时刻某两个状态的路径度量与两个状态各对应的修正分支度量分别相加，比较相加后的结果，选择较大的值作为状态N的幸存路径度量，并将与所选值对应的前一时刻的状态保存为状态N的幸存路径；
步骤404：判断t时刻所有状态是否已计算完，若否，则重复步骤403，完成t时刻所有状态的“加、比、选”操作，若是，转入步骤405
步骤405：判断是否所有时刻已计算完，若否，则重复步骤402～404，完成所有时刻所有状态的“加、比、选”操作，若是，转入步骤406；
步骤406：找出最后一个时刻幸存路径度量最大的状态，根据步骤403所保存的幸存路径，找出最大似然路径，回溯得到译码输出比特。
实施例5
如图5所示，在计算路径度量时减去位宽优化值，包括
步骤501：接收译码输入数据，初始化分支度量和路径度量，取当前时刻t=0；
步骤502：计算t时刻的分支度量，取当前状态N=0；
步骤503：计算状态N的幸存路径度量，根据卷积码状态转移图，将前一时刻某两个状态的路径度量与两个状态各对应的分支度量分别相加，将相加后的结果分别减去位宽优化值，得到修正的路径度量，比较修正后的路径度量，选择较大的值作为状态N的幸存路径度量，并将与所选值对应的前一时刻的状态保存为状态N的幸存路径；
步骤504：判断t时刻所有状态是否已计算完，若否，则重复步骤503，完成t时刻所有状态的“加、比、选”操作，若是，转入步骤505
步骤505：判断是否所有时刻已计算完，若否，则重复步骤502～504，完成所有时刻所有状态的“加、比、选”操作；若是，转入步骤506
步骤506：找出最后一个时刻幸存路径度量最大的状态，根据步骤503所保存的幸存路径，找出最大似然路径，回溯得到译码输出比特。
实施例6
一种采用位宽控制的卷积码维特比译码器，如图6、图7所示，包括：
计算分支度量单元，用于计算不同校验码组合所对应的分支度量；
加比选单元，用于将上一时刻所存储的幸存路径度量与本时刻分支度量相加，比较相加后的路径度量，选取较大的路径度量作为当前时刻的幸存路径度量，用于下一时刻的加比选计算，完成所有时刻点加比选之后，输出幸存路径和最后一个时刻的幸存路径度量；
路径回溯单元，用于对幸存路径进行回溯，输出译码结果；
包括度量修正单元，与计算分支度量单元或加比选单元相连接，用于修正度量，即将计算不同校验码组合所对应的分支度量减去位宽优化值或者将获得当前时刻某状态的幸存路径度量减去位宽优化值。
采用本发明所述方法可以有效地控制累加过程中的路径度量，有效避免位宽溢出的影响，如图8所示，译码输入相同且为8bit位宽，图中未进行处理的幸存路径度量的数据在0～10000左右，采用无符号存储需要14bit位宽；而本发明的幸存路径度量在-1000～1000以内，采用有符号数存储，仅需11bit位宽，节省了20%的存储空间。
由于在减去位宽优化值时所有状态的路径度量同时减去该值，不影响路径度量的比较及幸存路径的选择，性能不会受到任何影响，如图9所示，本发明不会影响Viterbi译码算法的BER(Bit Error Rate，误码率)性能。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：闪存盘、只读存储器（Read-Only Memory，ROM）、随机存取器（Random Access Memory，RAM）、磁盘或光盘等。
以上对本发明实施例所提供的方法、译码器进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.采用位宽控制的卷积码维特比译码方法，其特征在于，包括：
计算分支度量，计算不同校验码组合所对应的分支度量；
加比选操作，将上一时刻所存储的幸存路径度量与本时刻所述分支度量相加，比较相加后的路径度量，选取较大的路径度量作为当前时刻的幸存路径度量，用于下一时刻的加比选计算，完成所有时刻点加比选之后，输出幸存路径和最后一个时刻的幸存路径度量；
对幸存路径进行回溯，输出译码结果；
在所述计算不同校验码组合所对应的分支度量之后，所有分支度量减去位宽优化值，
或者，
在得到相加后的路径度量后，将相加后的路径度量减去位宽优化值。
2.根据权利要求1所述采用位宽控制的卷积码维特比译码方法，其特征在于，所述位宽优化值为前一时刻任一状态的幸存路径度量。
3.根据权利要求2所述采用位宽控制的卷积码维特比译码方法，其特征在于，所述位宽优化值前一时刻0状态的幸存路径度量。
4.根据权利要求1所述采用位宽控制的卷积码维特比译码方法，其特征在于，所述位宽优化值为以下任意一种：当前时刻任一状态的幸存路径度量或者当前时刻最小的幸存路径度量或者当前时刻最大的幸存路径度量或者当前时刻所有状态的幸存路径度量的平均值或者前一时刻最小的幸存路径度量或者前一时刻最大的幸存路径度量或者前一时刻所有状态的幸存路径度量的平均值或者固定值，该固定值可根据卷积码约束长度、信道环境等配置。
5.根据权利要求1所述采用位宽控制的卷积码维特比译码方法，其特征在于，所述所有分支度量减去位宽优化值或者所述相加后的路径度量减去位宽优化值在每个时刻或者间隔一个以上时刻进行。
6.采用位宽控制的卷积码维特比译码器，其特征在于，包括：
分支度量计算单元，用于计算不同校验码组合所对应的分支度量；
加比选单元，用于将上一时刻所存储的幸存路径度量与本时刻分支度量相加，比较相加后的路径度量，选取较大的路径度量作为当前时刻的幸存路径度量，用于下一时刻的加比选计算，完成所有时刻点加比选之后，输出幸存路径和最后一个时刻的幸存路径度量；
路径回溯单元，用于对幸存路径进行回溯，输出译码结果；
度量修正单元，与计算分支度量单元或加比选单元相连接，用于修正度量，即将计算不同校验码组合所对应的分支度量减去位宽优化值或者在得到相加后的路径度量后，将相加后的路径度量减去位宽优化值。
7.根据权利要求6所述采用位宽控制的卷积码维特比译码器，其特征在于，所述位宽优化值为前一时刻任一状态的幸存路径度量。
8.根据权利要求7所述采用位宽控制的卷积码维特比译码器，其特征在于，所述位宽优化值前一时刻0状态的幸存路径度量。
9.根据权利要求6所述采用位宽控制的卷积码维特比译码器，其特征在于，所述位宽优化值为以下任意一种：当前时刻任一状态的幸存路径度量或者当前时刻最小的幸存路径度量或者当前时刻最大的幸存路径度量或者当前时刻所有状态的幸存路径度量的平均值或者前一时刻最小的幸存路径度量或者前一时刻最大的幸存路径度量或者前一时刻所有状态的幸存路径度量的平均值或者固定值，该固定值可根据卷积码约束长度、信道环境等配置。
10.根据权利要求6所述采用位宽控制的卷积码维特比译码方法，其特征在于，所述所有分支度量减去位宽优化值或者所述相加后的路径度量减去位宽优化值在每个时刻或者间隔一个以上时刻进行。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20171227 Address after: Nanping Street 400060 Chongqing Nan'an District Nancheng Road No. 199 left attached to the floor 403 Applicant after: Keen (Chongqing) Microelectronics Technology Co., Ltd. Address before: 400065 Chongqing Nan'an District huangjuezhen pass Fort Park No. 1 Applicant before: Chongqing City Communication & Technology Co., Ltd. |
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| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 400060 Yuen No. 8, South Bank district, Chongqing City, B Applicant after: Keen (Chongqing) Microelectronics Technology Co., Ltd. Address before: Nanping Street 400060 Chongqing Nan'an District Nancheng Road No. 199 left attached to the floor 403 Applicant before: Keen (Chongqing) Microelectronics Technology Co., Ltd. |
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| CB02 | Change of applicant information | ||
| DD01 | Delivery of document by public notice |
Addressee: Chongqing Chung mail communications technology Co., Ltd. Finance Document name: Notification of Approving Refund |
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| DD01 | Delivery of document by public notice | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20150325 |
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