CN104639180B

CN104639180B - 一种译码方法及装置

Info

Publication number: CN104639180B
Application number: CN201310556951.2A
Authority: CN
Inventors: 洪小斌; 伍剑; 郭宏翔; 李蔚
Original assignee: Beijing University of Posts and Telecommunications
Current assignee: Beijing University of Posts and Telecommunications
Priority date: 2013-11-11
Filing date: 2013-11-11
Publication date: 2018-01-02
Anticipated expiration: 2033-11-11
Also published as: CN104639180A

Abstract

本发明公开了一种译码方法及装置，涉及通信技术领域，所述方法包括：S1：对待解调信号进行解调，以获得符号信息；S2：对所述符号信息进行比特量化，以获得各个符号的量化值；S3：遍历各个符号，在当前符号代表的信息比特数为x时，则将所述当前符号对应的x级状态进行组合分析，获取并分配所述x级状态中各级状态可能接收的所有比特组合，计算所述x级状态中各级状态的权值和输出比特；S4：将权值最小的一条路径作为幸存路径；S5：对所述幸存路径进行回溯，将所述幸存路径上各级状态的输出比特作为译码结果。本发明应用于两点式标量解调系统中，通过基于符号的译码，而无需增加额外的电路，在不增加成本的情况下，提高了译码的信噪比。

Description

一种译码方法及装置

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种译码方法及装置。

背景技术

维特比软判决译码方法是利用数字技术对纠错码实现最佳或接近最佳译码的技术。软判决译码的性能接近最佳的最大似然译码，而译码器却比最大似然译码的简单。如果所有码字都是等可能发送，则最佳的译码方法是：收到序列r后,译码器对所有2k个码字进行条件概率p(r│ci)(也称似然函数)计算，i=1，2，…,2k。若对某一个l似然函数P(r|cl)取最大值，则译码器认为码字cl就是最可能发送的码字。这种译码方案称为最大似然译码，它的译码错误概率最小，但复杂性却随码长n呈指数增长。

传统的维特比软判决译码方法需要得到每个编码后的比特对应的采样值作为输入信号，其实质是基于比特的译码方法，接收端需要采用正交解调方法。对于QPSK或4FSK信号，正交解调需要使用2路乘法器、2路升余弦滤波器和2路AD采样电路等，相对比较复杂，成本较高。

而对一些对成本比较敏感的产品，通常采用单路的两点式标量解调方法，对QPSK信号，只能得到的符号信息，即2比特信号组合后对应的相位大小，传统的软判决维特比译码方法无法使用，只能采用硬判决方法。标量解调与正交解调方法相比信噪比损失约3dB，加上软判决与硬判决之间2.2dB的信噪比差，基于标量解调维特比硬判决译码的系统与正交解调软判决维特比译码的系统相比信噪比损失达5.2dB。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何在不增加成本的情况下，提高译码的信噪比。

（二）技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供了一种译码方法，所述方法包括以下步骤：

S1：获取待解调信号，对所述待解调信号进行解调，以获得符号信息；

S2：对所述符号信息进行比特量化，以获得所述符号信息中各个符号的量化值；

S3：遍历所述符号信息中各个符号，在当前符号代表的信息比特数为x时，则将所述当前符号对应的x级状态进行组合分析，获取并分配所述x级状态中各级状态可能接收的所有比特组合，根据各比特组合对应的量化值与所述符号信息中的各个符号的量化值计算所述x级状态中各级状态的权值和输出比特，所述x为不小于1的整数；

S4：将权值最小的一条路径作为幸存路径；

S5：对所述幸存路径进行回溯，将所述幸存路径上各级状态的输出比特作为译码结果。

其中，所述符号信息为相位信息或调频信息。

其中，所述待解调信号为由（n，k，N）卷积编码的信号或（n，k，N）删除型（n′，k′）卷积编码的信号，在经过信道后所接收到的信号。

其中，步骤S3中，计算所述x级状态中各级状态的权值具体包括：

在x为1，且设当前符号对应的状态为第i级状态时，则通过下式计算到达第i级状态的两条路径的权值W_i，比较所述两条路径的权值W_i，并选择所述两条路径中较小的权值作为第i级状态的权值，i为不小于1的整数，

W_i＝W_i-1+|Symbol_A-Symbol_R|，

其中，W_i-1为第i-1级状态中与所述路径对应状态的权值，Symbol_A为第i-1级状态转移到第i级状态时，卷积编码输出比特组合对应的理想量化值，Symbol_R为解调后得到的当前符号的量化值；

在x不小于2，且设当前对应的x级状态中的第一级状态为第i级状态时，则通过下式计算所述到达第i级状态的两条路径的权值W_i，比较所述两条路径的权值W_i，并选择所述两条路径中较小的权值作为当前状态的权值，

W_i＝W_i-1+|Symbol_A-Symbol_R|，

其中，W_i-1为第i-1级状态中与所述路径对应状态的权值，Symbol_A为第i-1级状态转移到第i级状态时，卷积编码输出比特组合对应的理想量化值，Symbol_R为解调后得到的当前符号的量化值。

对于x级状态中的其他级的状态的权值，则直接比较到达第i+j级状态的两条路径对应的第i+j-1级状态的权值，并选择所述两条路径对应的第i+j-1级状态中较小的权值作为第i+j级的权值，j=1,…,x-1。

其中，步骤S3中，若选择所述两条路径中的上支路时，则将当前状态的输出比特设置为0，否则将当前状态的输出比特设置为1。

本发明还公开了一种译码装置，所述装置包括：

信号解调模块，用于获取待解调信号，对所述待解调信号进行解调，以获得符号信息；

比特量化模块，用于对所述符号信息进行比特量化，以获得所述符号信息中各个符号的量化值；

组合分析模块，用于遍历所述符号信息中各个符号，在当前符号代表的信息比特数为x时，则将所述当前符号对应的x级状态进行组合分析，获取并分配所述x级状态中各级状态可能接收的所有比特组合，根据各比特组合对应的量化值与所述符号信息中的各个符号的量化值计算所述x级状态中各级状态的权值和输出比特，所述x为不小于1的整数；

幸存路径获取模块，用于将权值最小的一条路径作为幸存路径；

回溯模块，用于对所述幸存路径进行回溯，将所述幸存路径上各级状态的输出比特作为译码结果。

其中，所述符号信息为相位信息或调频信息。

其中，所述组合分析模块中，计算所述x级状态中各级状态的权值具体包括：

W_i＝W_i-1+|Symbol_A-Symbol_R|，

其中，所述组合分析模块中，若选择所述两条路径中的上支路时，则将当前状态的输出比特设置为0，否则将当前状态的输出比特设置为1。

（三）有益效果

本发明应用于两点式标量解调系统中，通过基于符号的译码，而无需增加额外的电路，在不增加成本的情况下，提高了译码的信噪比。

附图说明

图1是本发明一种实施方式的译码方法的流程图；

图2是标量解调后的QPSK信号的量化示意图；

图3是第1个符号对应的状态转换图；

图4是第2个符号对应的状态转换图；

图5是传统维特比译码方法与本实施例方法的性能比较图；

图6是本发明一种实施方式的译码装置的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

图1是本发明一种实施方式的译码方法的流程图；参照图1，所述方法包括以下步骤：

S4：将权值最小的一条路径作为幸存路径；

本实施方式的方法应用于两点式标量解调系统中，通过基于符号的译码，而无需增加额外的电路，在不增加成本的情况下，提高了译码的信噪比。

优选地，所述符号信息为相位信息或调频信息。

优选地，所述待解调信号为由（n，k，N）卷积编码的信号或（n，k，N）删除型（n′，k′）卷积编码的信号，在经过信道后所接收到的信号。

为计算各级状态的权值，优选地，步骤S3中，计算所述x级状态中各级状态的权值具体包括：

W_i＝W_i-1+|Symbol_A-Symbol_R|，

为获得当前状态的输出比特，优选地，步骤S3中，若选择所述两条路径中的上支路时，则将当前状态的输出比特设置为0，否则将当前状态的输出比特设置为1。

实施例

下面以一个具体的实施例来说明本发明，但不限定本发明的保护范围。以生成多项式为108、79的（2，1，7）删除型（4，3）卷积码进行QPSK调制为例，但不仅限于QPSK调制的信号，还可以对4FSK调制的信号进行处理。

在QPSK系统发送端，对二进制信号进行（2，1，7）卷积编码，以3个比特为一组，3个比特中第1个输入比特输出2个比特并组成一个符号；第2个输入比特输出2个比特去除掉低位比特，第3个输入比特输出2个比特去除掉高位比特，剩下的2个比特组成1个符号。

假设二进制数字信号00、10、11、01分别对应调制相位-3θ、-θ、θ、3θ，4种符号相位理想的量化值设为-126、-42、42、126，在信道噪声和信道其它畸变因素影响下，待解调信号解调后量化后的结果将偏离理想值，如图2所示，图中标记的值是时钟在采样点采到的值。

本实施例的方法包括：

步骤101：在两点式标量解调系统的接收端获取待解调信号，通过鉴相器对所述待解调信号进行解调，以获得符号信息；

步骤102：采用标量相位解调方法对所述符号信息进行8比特量化，以获得所述符号信息中各个符号的量化值；

步骤103：遍历所述符号信息中各个符号，在当前符号代表的信息比特数为x时，则将所述当前符号对应的x级状态进行组合分析，获取并分配所述x级状态中各级状态可能接收的所有比特组合，根据各比特组合对应的量化值与所述符号信息中的各个符号的量化值计算所述x级状态中各级状态的权值和输出比特，所述x为不小于1的整数；

由于（2，1，7）卷积编码的约束长度为N=7，故而编码器具有2^N-1个状态，即64个状态，每个状态代表解码后的当前比特之前的6个比特对应的数，状态权值矩阵中存储了64个路径权值。对（2,1,7）删除型（4，3）卷积编码，译码时3个输出比特为一组进行译码，第1个输出比特对应第1个接收到的符号，第2、3个输出比特对应第2个接收到的符号。

在对第1个符号处理前，第0级状态的初始状态权值为0，对于所述符号信息中的第1个符号，由于其仅代表1个信息比特，故而只需分析从第0级转移到第1级状态的情况，根据编码规则，在第0级S₀和S₃₂状态下，第1个符号代表的可能接收的比特组合为00、11（对于每个状态，编码时的比特组合是确定的），如图3所示，假设所述第1个符号的量化值为100，则到达第1级S₀状态的2条路径的权值分别为0+|-126-100|＝226和0+|42-100|＝58，下支路权值小，因此第1级S₀状态的权值为58并且输出1，同理得到第1级S₁状态的权值为58并且输出0，采用同样的方法处理其它状态，由于第0级转移到第1级状态的可能比特分配是由生成多项式等参数决定的，为本领域技术人员公知的内容，故此处不再赘述。

对于所述符号信息中的第2个符号，由于其代表了2个信息比特，故而需要组合分析从第1级转移到第3级状态的情况，第1级各状态的权值和输出比特已在接收第1个符号时计算得到。假设第2个符号的量化值为50，由于该符号代表2个输出比特，需要将2级状态组合分析才能进行权值计算，状态图从第1级转移到第3级。把第1级64种状态分为16组（分组的情况也由生成多项式等参数决定的，为本领域技术人员公知的内容，此处不再赘述），S_i、S_i+32、S_i+16、S_i+48为一组,以i=0为例进行说明。根据编码规则，在第1、2、3级各状态下接收到的比特组合如图4所示。在进行（2，1，7）删除型（4，3）编码时，第1级转移到第2级时低比特被删除，在第2级转移到第3级时高比特被删除，因此到达第3级时只剩下2个比特，例如从第1级的S₃₂到第2级的S₀状态编码后比特为11，第2级的S₀到第3级的S₀编码后比特为00，在未进行码删除时这条路径到达S₀的编码应该为1100，删除中间比特后变为10。因此第3级S₀输出的可能比特组合为00、10、11、01，其中00、10对应的级间转移路线为S₀->S₀->S₀和S₃₂->S₀->S₀，即从第2级到第3级的路径相同，把这2种组合用于计算第2级S₀状态的路径权值，这2条路径的权值分别为58+|-126-50|＝234、26+|42-50|＝34，下支路权值小，因此第2级S₀状态的权值为34并且输出1，同理将比特组合11、01用于计算第2级S₃₂状态的路径权值，得到权值102并输出1。计算第3级S₀状态的权值时直接比较第2级S₀和S₃₂的权值，并选择较小者，选择上支路时输出0，选择下支路时输出1，得到权值34并输出0。用同样的方法处理其它状态即完成路径权值计算。

步骤104：由于权值计算时，是加上了上一级状态的权值的，故而在第3级的权值确定出来后，则直接选择权值最小的状态作为幸存路径的终点，并从终点位置往回寻找，依次选择权值最小的状态，即可获得幸存路径。

步骤105：对所述幸存路径进行回溯，将所述幸存路径上各级状态的输出比特作为译码结果。

本实施例的有益效果在于：解决了成本低廉的两点式标量解调系统无法使用卷积编码维特比软判决译码的难题；采用接收到的标量符号与理想标量符号之间的差的绝对值作为状态转移权值，采用对一个符号对应的多个比特进行联合状态分析方法，有效地较少了权值计算量，显著地提高维特比译码中加比选速度。参照图5，采用本发明（即图中的“符号软判决”）方法进行解码比标量解调硬判决译码方法信噪比提高约3.7dB，在相同误码率下信噪比只比基于正交解调的维特比软判决译码方法降低约1.5dB，但极大地降低了系统硬件成本和算法复杂度。

本发明还公开了一种译码装置，参照图6，所述装置包括：

优选地，所述符号信息为相位信息或调频信息。

优选地，所述组合分析模块中，计算所述x级状态中各级状态的权值具体包括：

W_i＝W_i-1+|Symbol_A-Symbol_R|，

优选地，所述组合分析模块中，若选择所述两条路径中的上支路时，则将当前状态的输出比特设置为0，否则将当前状态的输出比特设置为1。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims

1.一种译码方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1：获取待解调信号，对所述待解调信号进行标量解调，以获得符号信息；

S4：将权值最小的一条路径作为幸存路径；

S5：对所述幸存路径进行回溯，将所述幸存路径上各级状态的输出比特作为译码结果；

步骤S3中，计算所述x级状态中各级状态的权值具体包括：

W_i＝W_i-1+|Symbol_A-Symbol_R|，

对于x级状态中的其他级的状态的权值，则直接比较到达第i+j级状态的两条路径对应的第i+j-1级状态的权值，并选择所述两条路径对应的第i+j-1级状态中较小的权值作为第i+j级的权值，j＝1,…,x-1；

第0级状态的初始状态权值为0。

2.如权利要求1所述的译码方法，其特征在于，所述符号信息为相位信息或调频信息。

3.如权利要求1所述的译码方法，其特征在于，所述待解调信号为由(n，k，N)卷积编码的信号或(n，k，N)删除型(n′，k′)卷积编码的信号，在经过信道后所接收到的信号。

4.如权利要求1所述的译码方法，其特征在于，步骤S3中，若选择所述两条路径中的上支路时，则将当前状态的输出比特设置为0，否则将当前状态的输出比特设置为1。

5.一种译码装置，其特征在于，所述装置包括：

信号解调模块，用于获取待解调信号，对所述待解调信号进行标量解调，以获得符号信息；

回溯模块，用于对所述幸存路径进行回溯，将所述幸存路径上各级状态的输出比特作为译码结果；

所述组合分析模块中，计算所述x级状态中各级状态的权值具体包括：

W_i＝W_i-1+|Symbol_A-Symbol_R|，

第0级状态的初始状态权值为0。

6.如权利要求5所述的译码装置，其特征在于，所述符号信息为相位信息或调频信息。

7.如权利要求5所述的译码装置，其特征在于，所述待解调信号为由(n，k，N)卷积编码的信号或(n，k，N)删除型(n′，k′)卷积编码的信号，在经过信道后所接收到的信号。

8.如权利要求5所述的译码装置，其特征在于，所述组合分析模块中，若选择所述两条路径中的上支路时，则将当前状态的输出比特设置为0，否则将当前状态的输出比特设置为1。