CN105141394B - 涡轮解码器中编码比特的有效软值生成方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明名称为涡轮解码器中编码比特的有效软值生成方法及装置。公开了在卷积解码过程中生成奇偶比特的软值的技术。示范方法包括为至少一个软输入软输出解码器中的至少一个迭代的每个迭代计算在第一时间的第一多个候选解码器状态与在第二时间的第二多个候选解码器状态之间每个可能转变的中间概率值。随后，从中间概率值来计算两个或更多部分和，其中，部分和对应于两个或更多系统比特、两个或更多奇偶比特或至少一个系统比特和至少一个奇偶比特的可能组合。随后，基于部分和，为与第一与第二时间之间的间隔对应的接收通信数据的至少一个系统比特和至少一个奇偶比特的每个比特估计软值，例如对数似然值。

Description

涡轮解码器中编码比特的有效软值生成方法及装置
本申请是申请号为2010800393833、申请日为2010年8月30日、发明名称为“涡轮解码器中编码比特的有效软值生成”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明一般涉及如在无线通信接收器中使用的涡轮(turbo)解码器，并且更具体地说，涉及此类解码器中系统比特和奇偶比特的软值的生成。
背景技术
通信系统的基本功能是通过通信信道将信息从生成信息的源发送到一个或多个目的地。在数字通信系统中，信息被转换成数字格式，然后通过通信信道传送。数字信息的传送受到通信信道的不利影响，例如共信道和相邻信道干扰、噪声、弥散及衰落。这些影响将差错带入传送的数据流中。这些影响在无线电通信系统中特别严重。
在1948年，Claude E.Shannon在一篇理程碑式的论文中演示了在传送前数字信息的适当编码可将噪声信道带来的差错降低到任何期望级别。编码是在信息传送前将冗余添加到信息的过程，以便能够检测到和/或校正在传送期间可发生的差错。在接收端，解码器利用冗余信息和编码方案的先验知识检测和/或校正在传送期间可能已发生的差错。
许多类型的纠错码已被设计出，包括块码和卷积码。在1993年引入的涡轮码被认为具有高纠错能力和良好的性能，并且已被选择在第三和第四代移动通信系统中使用。在其最基本的形式中，涡轮码包括由交织器并行连接的两个并行系统卷积编码器。第一个编码器在原输入比特上操作并生成第一奇偶比特。交织器置换输入比特的次序，并且交织的比特被提供到第二编码器。第二编码器在交织器输出的交织比特上操作并生成第二奇偶比特。对于每个输入比特，生成三个输出比特：输入(系统)比特和两个奇偶比特。删余(puncturing)或速率匹配处理器可在编码器之后用于选择这些输出比特的部分以便传送。
迭代解码在接收器用于将涡轮码解码。基本涡轮解码器包括通过交织器串行连接的两个软输入软输出(SISO)解码器。接收的比特(或从Rake或G-Rake接收器获得的软值)输入到第一解码器。第一解码器使用接收比特(或软值)和从第二解码器反馈的外信息生成表示为对数似然比的原输入比特的软估计和供应到第二解码器的外信息。从第一解码器输出的外信息在输入第二解码器前被交织以补偿在编码器执行的交织。第二解码器生成原输入比特的更精确的对数似然估计和反馈到第一解码器的外信息。此过程对于多个迭代重复。有关比特的最终判定通过硬限制第二解码器输出的软估计来做出。
对宽带无线通信的需求及其增大的普及性已经推动通信系统设计人员寻求越来越好的性能。接收器技术在促进无线系统性能方面起着尤其重要的作用；这些技术不断在演进。
例如在宽带码分多址(W-CDMA)系统中，先引入了Rake接收器，随后通过引入线性均衡实现了对常规Rake接收器相当大的性能改进(例如，在所谓的G-Rake接收器中)。然而，在通过更高阶调制和/或多输入多输出(MIMO)技术的使用将数据率推到甚至更高时，带有线性均衡的良好性能变得越来越难以实现，特别是在弥散信道中。
除了线性均衡的方案以外，有多种改进性能的已知方案。例如，2008年2月22日由Bottomley等人提交的名称为“Method and Apparatus for Block-Based SignalDemodulation”的美国专利申请(序列号12/035846)(下文称为“BDFE申请”)描述了一种块判定反馈均衡器(BDFE)，其中，基于块的均衡(线性均衡或判定反馈均衡)用于抑制块间干扰和产生符号块中符号的检测统计。联合检测基于对应的检测统计，通过联合检测符号块内符号的最可能组合，解决了块内干扰。2005年12月22日由Bottomley等人提交的名称为“Linear Turbo Equalization Using Despread Values”的美国专利申请公布2007/0147481(下文称为“线性涡轮均衡公布”)描述了线性涡轮均衡(TE)，它是基于通用Rake(G-Rake)接收器设计的线性均衡器，使用在形成Rake组合权重中及在形成从提供到解码器的均衡器信号去除的自干扰估计中的解码器反馈。BDFE申请和线性涡轮均衡公布均通过引用以其整体结合于本文中。涉及连续干扰消除(SIC)的各种技术也是已知的，并且正被进一步开发以便在高级接收器中使用。
所有这些接收器技术受益于所谓的软减除(soft subtraction)，其中干扰符号的软值能够被推导并在干扰消除过程中被使用。此类软值能够在将一系列估计的符号值解码之前(预解码软值)或之后(后解码)推导出。前一方案更适合块判定反馈均衡，而后一方案更适合线性涡轮均衡。连续干扰消除技术能够基于预解码或后解码软减除。
来自软减除的性能增益能够相当大。在一个研究中，对于多种情形比较了基于硬减除和软减除的多用户检测(MUD)过程。通过软减除，恒定地实现了更佳的多用户检测性能，这又降低了每用户的要求的接收功率。因此，也降低了系统的聚集热噪声增加量(rise-over-thermal)。在高数据率情形中，预期从使用软减除产生大约1到2dB增益。
发明内容
公开了在卷积解码过程中生成奇偶比特的软值(例如，对数似然值)的技术。具体而言，用于系统比特软值和奇偶比特软值的表达式的公式中使用的项被分组以简化计算和提高过程的效率。
在例如可能在用于解码接收的通信数据的通信接收器中实现的示范方法中，解码过程包括为至少一个软输入软输出解码器中的至少一个迭代的每个迭代计算与在第一时间的第一多个候选解码器状态与在第二时间的第二多个候选解码器状态之间的每个可能转变相关联的中间概率值。随后，从中间概率值来计算两个或更多部分和，其中，部分和对应于两个或更多系统比特、两个或更多奇偶比特或至少一个系统比特和至少一个奇偶比特的可能组合。随后，按照所述部分和的第一函数，为与第一与第二时间之间的间隔对应的接收的通信数据的至少一个系统比特的每个比特来估计软值，例如对数似然值，以及按照所述部分和的第二函数，为与第一与第二时间之间的间隔对应的接收的通信数据的至少一个奇偶比特的每个比特来估计软值。
在一些实施例中，计算与在第一时间的第一多个候选解码器状态与在第二时间的第二多个候选解码器状态之间的每个可能转变相关联的中间概率值基于与第一多个候选解码器状态的每个状态对应的前向递归度量、与第二多个候选解码器状态的每个状态对应的后向递归度量以及与第一与第二多个候选解码器状态之间的每个分支对应的分支度量。
在一些实施例中，使用了基2(radix-2)解码器，在此情况下，计算两个或更多部分和可包括：基于对应的中间概率值，为第一与第二多个候选解码器状态之间的转变的系统比特值和奇偶比特值的每个可能组合计算部分和。在其它实施例中，使用了基4(radix-4)解码器，在此情况下，计算两个或更多部分和可包括：基于对应的中间概率值，为两个连续系统比特值的每个可能组合计算部分和以及为两个连续奇偶比特值的每个可能组合计算部分和。
当然，在不脱离本发明基本特性的情况下，本发明可以在不同于本文具体所述那些方式外的其它方式中来执行。例如，虽然本文中公开的发明技术特别在WCDMA接收器中且具体而言在WCDMA接收器中的涡轮解码器中的解码过程的上下文中来描述，但这些技术也可应用到其它通信装置和/或其它特定涡轮码。本发明的实施例因此包括根据上面概述的一种或多种技术的方法、配置成执行这些方法中的一种或多种方法的解码器电路及包括此类解码器电路的无线接收器。在阅读以下描述和查看附图后，技术人员将认识到每个这些图的所述实施例是说明性而不是限制性的，并且在随附权利要求的意义和等同范围内的所有更改旨在涵盖于本文中。
附图说明
图1是采用连续干扰消除的示范接收器电路的框图。
图2是示范涡轮解码器的框图。
图3示出格图的一部分。
图4是示出根据本发明的一些实施例的示范处理电路的组件的框图。
图5是示出根据系统比特的转变的W-CDMA涡轮码的状态转变图。
图6是示出根据奇偶比特的转变的W-CDMA涡轮码的状态转变图。
图7是示出用于在涡轮解码器中生成软值的示范方法的过程流程图。
图8是用于两个系统比特的W-CDMA涡轮码的状态转变图。
图9是示出用于使用部分组合值来计算两比特序列的软值的示范方法的过程流程图。
具体实施方式
本发明一般涉及用于移动通信系统的涡轮编码。更具体地说，下面讨论的焦点在于用于在涡轮解码器的构成卷积解码器中生成软值(包括奇偶比特的软值)的技术。这些软值可在利用诸如线性涡轮均衡、连续干扰消除或诸如此类等高级接收器技术的随后处理中使用。
下面的讨论使用宽带码分多址(W-CDMA)系统中使用的涡轮编码作为一示例。然而，本领域技术人员将领会，本文中公开的发明技术不限于该上下文，而是可应用到其它通信系统，如第三代合作伙伴项目的成员开发下的所谓长期演进(LTE)和LTE高级系统。实际上，无论何时对于奇偶比特及系统比特需要软值(例如，对数似然值)，例如以便在涡轮均衡或软消除过程中使用，均可应用这些发明技术。
为了使接收器采用后解码软减除，例如在涡轮均衡或干扰消除过程中，解码器需要生成每个编码比特的软值(例如，对数似然值)。一般情况下，编码比特由系统比特(即，信息比特本身)及奇偶比特(即，编码过程中生成的冗余比特)组成。今天采用的涡轮解码器已经生成系统比特的软值，但一般未提供奇偶比特的软值。因此，今天的涡轮解码器必须修改为生成奇偶比特的这些软值以支持后解码软减除。
生成奇偶比特的软值(例如，对数似然值)的一种方案是简单地扩展今天用于生成系统比特的软值的公知方法和计算。然而，实现这些扩展能够导致解码器的计算复杂度大幅增加。
与现有解码器过程的简单扩展相比，下面讨论的新解码器处理技术能够大大降低解码器复杂度。这通过认识到生成系统比特的对数似然值和生成奇偶的对数似然值的过程能够经适应性修改使得它们具有共同的多个计算而得以实现。随后，通过共享共同计算的结果而能够降低解码器复杂度。在下面的详细讨论中，此方案应用到其中一次处理一个格级的常规基2涡轮解码器和一次处理两个格级的基4涡轮解码器。然而，这些技术不限于这些特定应用。
作为在下面要详细描述的解码技术的应用的一示例，图1示出采用连续干扰消除技术来分隔分别调制和编码但同时传送的n(两个或更多)数据流的无线通信接收器100。传送的信号经天线105接收，并且接收的信号根据常规技术在RF前端部分110中被放大、下变频和数字化。数字化信号样本由例如可以是Rake或G-Rake接收器的第一信号检测电路120-1来处理。信号检测电路120-1生成检测到的符号，所述符号传递到第一涡轮解码器电路130-1。命名为DATA-1的第一涡轮解码器电路130-1的输出随后提供到信号生成电路140-1，该电路使用原来应用到数据的相同涡轮编码将DATA-1再次编码，并且根据原来的调制方案再调制编码的数据。因此，信号生成电路140-1的输出实际上是对应于DATA-1的原传送信号的副本。通过适当的增益控制和采样，此副本能够从RF前端电路110的输出被减除以产生很大程度上不存在对应于第一数据流的信号分量的新采样的接收信号。相应地，能够大幅降低在其它情况下将由DATA-1信号分量造成的对其它数据流的干扰。诸如包括信号检测120-2、涡轮解码器130-2和信号生成电路140-2的第二级的随后级能够为另外的数据流重复该过程。当然，包括信号检测电路120-n和涡轮解码器130-n的最终级无需包括信号生成电路。
虽然“硬”比特或符号值(即，明确映射到诸如“1”和“0”等离散可能值的比特或符号值)能够用于再生成接收信号(如在例如信号生成电路140中一样)以用于干扰消除，但软值的使用能够改进系统性能，因为软值更好地结合可用于接收器的所有信息。如更早所述，常规涡轮解码器经常配置成产生编码数据序列的系统比特的软值，但通常不配置成产生奇偶比特的软值。为了使接收器完全受益于软减除技术，对于奇偶比特也需要软值。
为了提供下面的讨论的另外上下文，图2提供用于示范涡轮解码器200的功能框图。本领域技术人员将领会，所示涡轮解码器200是迭代解码器。在第一个迭代中，几个所示开关的每个开关在第一位置(示为“1”)中，并且第一和第二解码器(分别是解码器220-1和220-2)在如从解复用器210接收的新系统比特(“X”)和第一与第二奇偶比特(“Y1”和“Y2”)上操作。在随后的迭代中，开关在第二位置(示为“2”)中，并且解码器220-1和220-2各自在从前一迭代反馈的数据上操作。本领域技术人员将容易认识到所示解码器200的剩余组件，包括交织器235、解交织器230和缓冲器240。这些功能元素每个的细节为涡轮解码器的用户和设计人员所公知，并且不是全面理解本发明所必需的；因此，这些元素的详尽细节未在此陈述。
然而，在一般级别，涡轮解码器200包括解复用器210，该解复用器将接收(检测到)的数据符号分隔成系统数据X、第一奇偶比特Y1和第二奇偶比特Y2。本领域技术人员将领会，任何或所有比特流X、Y1和Y2可包含在传送期间发生的比特差错。本领域技术人员还将领会，任何比特流X、Y1和Y2可包含由解删余(de-puncturing)或解速率匹配处理器插入的0值。涡轮解码器200的功能是检测和校正错误或缺失的比特。
第一解码器220-1在系统数据X和奇偶比特Y1上操作，并且在其输出生成第一外信息(W1)。在第一个迭代期间，解码器220-1只使用系统数据和奇偶比特Y1；对于随后的迭代，系统数据X与从第二解码器220-2反馈的外信息(W2)组合。(组合系统数据X与外信息的细节未在图2中示出，也未在本文中描述；那些细节对于不仅仅是泛泛了解涡轮解码器的人员所公知。)类似地，第二解码器220-2在交织的系统数据、奇偶比特Y2和(对于第二次和随后的迭代)由第一解码器220-1生成的交织的外信息W1上操作。解交织器230为解码器的第二次和随后的迭代以及为最终输出将解码信息恢复到其原次序。
涡轮解码器200依赖构成的卷积解码器220-1与220-2之间软信息的交换。这些解码单元因此要能够接受软输入和生成更新的软输出。多种可行软输入软输出解码算法是已知的，包括基于L.R.Bahl等人的“Optimaldecodingoflinearcodesforminimizingsymbolerror rate,”(IEEE Trans.onInformation Theory,vol.20,pp.284-287,1974年3月)(下文称为“Bahl”)所述的最大后验(MAP)算法和对数域中MAP算法的公式(Log-MAP算法)的几种算法。
MAP和Log-MAP算法的推导能够在本领域技术人员公知的文献中找到，包括在Bahl中以及在Pietrobon等人的“A simplification ofthe modified Bahl decodingalgorithm for systematicconvolutionalcodes,”(ProceedingsofIEEEInternationalSymposiumonInformation Theory'94,pp.1073-1077,1994年11月)(下文称为“Pietrobon”)中和Robertson等人的“A comparisonofoptimalandsub-optimalMAPdecodingalgorithmsoperatinginthelogdomain,”(ProceedingsofIEEEInternationalCommunicationsConference'95,pp.1009-1013,1995年6月)中。
用于速率1/2卷积码的一种适合算法类似于Pietrobon的公式。首先，假设在时间t的状态是St＝s，其中，s∈{0,1,...,2ν-1}，并且v是编码器存储器的大小。一部分状态格的表示在图3中给出，其中能够看到下一输入比特dt+1(在状态St＝s后)导致状态变成St+1＝F(s,dt+1)，并且诱发奇偶输出pt+1＝p(s,dt+1)。类似地，输入比特dt导致状态St-1＝B(s,dt)变成St＝s，并且诱发奇偶输出pt＝p(B(s，dt)，dt)。B(s，d)，F(s，d)和p(s,d)是由构成的递归系统卷积码的格所独特指定的确定性函数。随后，假设通过无记忆信道将编码比特dt/pt接收为Xt/Yt。
给定先验对数似然比V＝(V1，V2,...,VL)、归一化接收系统比特信号X＝(X1,X2,...,XL)以及归一化接收奇偶比特信号Y＝(Y1，Y2,...,YL)，后验似然比能够示为：
其中，外信息Wt计算为：
(对于t＝1，2，...，L)。上述等式中的COM运算被定义为：
后验似然比Λt能够用于做出有关数据比特dt的硬判定(对于t＝1，2，...，L)。具体而言：
用于每个状态的后向递归度量βt[s]和前向递归度量αt[s]通过一对递归来计算。对于终止的格，后向递归度量被初始化为：
并且前向递归度量被初始化为：
随后，对于t＝L-1,L-2,...,1和
以及对于t＝1,2,...,L-1和
Log-MAP算法的递归因此与访问相反方向中的格状态的两个维特比递归十分类似。在单独递归的每个时间步，将分支度量添加到状态度量，但不取两个进入度量的最大值，将新状态度量作为COM(x,y)＝log(ex+ey)来获得。在两次递归均完成后，格分支的“组合度量”αt[s]+p(s，dt)Yt+βt+1[F(s，dt)]被收集到两个集合中。一个对应于由dt＝1生成的转变，并且另一个对应于dt＝0生成的转变。通过取来自在这两个集合上应用COM运算的两个结果的差，获得最终软输出。
图4示出诸如可能在配置成接收涡轮编码通信数据的无线通信接收器中使用的示范接收器处理电路400。处理电路400包括一个或多个处理器410，所述处理器可能包括一个或多个微处理器、微控制器、数字信号处理器或诸如此类。处理电路400还包括其它数字逻辑420，数字逻辑420可在一些实施例中包括自定义逻辑以执行图2中所示涡轮解码器的一个或多个功能的所有或部分功能(包括上述软输入软输出卷积解码器操作)，和/或以实现图1中概括所示的信号检测和/或信号再生成功能的所有或部分功能。
处理器410配置有根据常规技术的适当软件和/或固件以执行下面详细描述的解码技术。因此，处理电路400包括存储解码程序代码434的存储器430(在一些实施例中可实际上包括不同类型的几个存储器装置)。解码程序代码434包括在由处理器410执行时允许处理电路400执行本文中所述一个或多个解码过程的程序指令。存储器430还包括解调程序代码432及其它程序代码436，解调程序代码432包括在一个或多个解调级中用于解调接收信号的程序指令，其它程序代码436可包括用于执行其它信号处理功能、实现诸如为WCDMA装置及诸如此类指定的那些协议层等通信协议的一个或多个协议层的程序指令。最后，存储器430包括可存储在随机存取存储器(RAM)中以便由解调、解码和其它过程使用的配置数据和程序数据438。
当然，本领域技术人员将领会，处理电路400可在各种实施例中包括一个或几个专用集成电路、“现成”组件的组合或两者。具体而言，存储器430可包括一个或几个物理组件，并且可包括几个存储器类型，例如闪存、只读存储器(ROM)、RAM、光学存储装置、磁存储装置等。
鉴于上述背景，本领域技术人员将领会，图5是用于WCDMA涡轮码的状态转变图，如3GPP TS 25.212，v.8.5.0，“3rd Generation Partnership Project；TechnicalSpecification Group Radio Access Network；Multiplexing and channel coding(FDD)(Release 8),”(2009年3月,pp.18-23)中所指定的。具体而言，图5示出从左侧的圆所指示的时间t处每个可能状态到时间t+1处的可能状态的转变。图5中的实线示出由等于1的系统比特所触发的转变，而虚线表示由等于0的系统比特所触发的转变。
如上所述(且如Bahl等人中所示)，在时间t的每个状态可与前向递归度量αt(s)和后向递归度量βt(s)相关联。如何获得这些度量的进一步细节在Bahl中给出并且为本领域技术人员所公知。Bahl还示出在时间t信息(系统)比特的对数似然值能够根据以下等式来生成：
其中，χs(i)是由等于i的系统比特所触发的状态转变集合(对于i＝1或0)；以及γi(s1，s2)是在时间t的分支度量，对应于从状态s1到s2的转变。对于属于χs(1)的转变，分支度量为γt(s1,s2)＝p(s1,1)Yt。对于属于χs(0)的转变，分支度量为γt(s1,s2)＝p(s1,0)Yt。
本领域技术人员将领会，COM()运算能够使用降低计算复杂度的多个近似技术的任何技术来近似，例如J.-F.Cheng等人的“Linearly approximated log-MAP algorithmsfor turbo decoding,”(Proc.IEEE Vehicular Technology Conference 2000 Spring,2000年5月)中展示的技术。最明显的是，可行实现经常通过最大化运算来近似COM运算，即在任何情况下，本领域技术人员应明白，本文中教导的解码技术可结合COM()运算的这些确切或近似实现的任何实现。
参照等式(9)的细节，能够看到，第一COM()运算用于处理与等于1的系统比特所触发的所有转变相关联的项，而第二COM()运算处理与等于0的系统比特所触发的转变相关联的项。参照图5，能够看到，与等于1的系统比特所触发的转变相关联的项是：
x1＝αt(0)+γt(0,1)+βt+1(1)
x2＝αt(1)+γt(1,3)+βt+1(3)
x3＝αt(2)+γt(2,4)+βt+1(4)
x4＝αt(3)+γt(3,6)+βt+1(6)
x5＝αt(4)+γt(4,0)+βt+1(0)
x6＝αt(5)+γt(5,2)+βt+1(2)
x7＝αt(6)+γt(6,5)+βt+1(5)
x8＝αt(7)+γt(7,7)+βt+1(7)
这些项x1，x2，...x8是中间概率值的示例-通常而言，外信息和内信息可用于解码器的情况下，中间概率值对应于在第一时间的候选解码器状态(即“候选解码器状态)与在第二时间的第二候选解码器状态之间的每个可能转变，并且表示对应转变的概率。因此，本领域技术人员将领会，上面的第一中间概率值χ1表示给定所有信息可用于解码器时解码序列中的分支在时间t通过状态(0)和在时间t+1转变到状态(1)的概率。类似地，上面的最后项x8表示解码序列中的分支在时间t通过状态(7)和在时间t+1转变到状态(7)的概率。上面八个项的每项与具有1的值的系统比特所触发的转变相关联，因此，COM(x1+x2+x3+x4+x5+x6+x7+x8)表示系统比特值是1的总概率。
类似地，与由等于0的系统比特所触发的转变相关联的项(中间概率值)是：
x9＝αt(0)+γt(0,0)+βt+1(0)
x10＝αt(1)+γt(1,2)+βt+1(2)
x11＝αt(2)+γt(2,5)+βt+1(5)
x12＝αt(3)+γt(3,7)+βt+1(7)
x13＝αt(4)+γt(4,1)+βt+1(1)
x14＝αt(5)+γt(5,3)+βt+1(3)
x15＝αt(6)+γt(6,4)+βt+1(4)
x16＝αt(7)+γt(7,6)+βt+1(6)
因此，等式(9)能够重写为
λs(t)＝COM(x1+x2+x3+x4+x5+x6+x7+x8)- (10)
COM(x9+x10+x11+x12+x13+x14+x15+x16)
此表达式以对数似然形式有效地计算在时间t系统比特是1的概率减去在时间t系统比特是0的概率。
WCDMA涡轮码的状态转变图还能够根据奇偶比特是1或0而示出。因此，图6示出相同WCDMA涡轮码的状态转变，但其中实线现在表示与等于1的奇偶比特相关联的转变，并且虚线表示与等于0的奇偶比特相关联的转变。奇偶比特的对数似然值能够使用与以前相同的方案来生成，即，使用COM()运算分别处理与奇偶1和0相关联的所有项，然后取差：
此处，χp(i)是与等于i的奇偶比特相关联的状态转变集合(对于i＝1或0)。
现在参照图6所示的状态转变，与根据等于1的奇偶比特的转变相关联的项是：
αt(0)+γt(0,1)+βt+1(1)＝x1
αt(1)+γt(1,2)+βt+1(2)＝x10
αt(2)+γt(2,5)+βt+1(5)＝x11
αt(3)+γt(3,6)+βt+1(6)＝x4
αt(4)+γt(4,0)+βt+1(0)＝x5
αt(5)+γt(5,3)+βt+1(3)＝x14
αt(6)+γt(6,4)+βt+1(4)＝x15
αt(7)+γt(7,7)+βt+1(7)＝x8
类似地，与根据等于0的奇偶比特的转变相关联的项是
αt(0)+γt(0,0)+βt+1(0)＝x9
αt(1)+γt(1,3)+βt+1(3)＝x2
αt(2)+γt(2,4)+βt+1(4)＝x3
αt(3)+γt(3,7)+βt+1(7)＝x12
αt(4)+γt(4,1)+βt+1(1)＝x13
αt(5)+γt(5,2)+βt+1(2)＝x6
αt(6)+γt(6,5)+βt+1(5)＝x7
αt(7)+γt(7,6)+βt+1(6)＝x16.
等式(11)因此能够重写为：
λp(t)＝COM(x1+x10+x11+x4+x5+x14+x15+x8)- (12)
COM(x9+x2+x3+x12+x13+x6+x7+x16)
本领域技术人员因此将领会，每个项x1，x2，...x16在计算系统和奇偶比特的对数似然值中使用。如等式(10)和(12)中所看到的，这些项在不同分组中使用。然而，可利用那些分组的共同元素以简化计算。
为了见到此，先考虑COM()运算具有属性：
COM(a,b,c,d,e,f,g,h)＝COM(COM(a,b,c,d),COM(e,f,g,h)) (13)
通过将等式(10)和(12)的共同项分组，可利用此属性。这允许以下系列的计算用于以比分别使用等式(10)和(12)时更有效地方式计算系统和奇偶比特软对数似然值。
首先，COM()运算应用到对应于时间t与t+1之间转变的中间概率值的第一分组以获得部分和：
ω1＝COM(x1,x4,x5,x8) (14)
此第一部分和ω1对应于对时间t接收1的系统比特值和1的奇偶比特值的总概率。类似地，对应于系统比特值和奇偶比特值的其它可能组合的另外部分和根据以下等式来计算：
ω2＝COM(x2,x3,x6,x7) (15)
ω3＝COM(x9,x12,x13,x16) (16)
以及
ω4＝COM(x10,x11,x14,x15) (17)
接着，按照部分和的函数来计算在时间t系统比特的对数似然值：
λs(t)＝COM(ω1,ω2)-COM(ω3,ω4) (18)
以及将在时间t奇偶比特的对数似然值计算为：
λs(t)＝COM(ω1,ω4)-COM(ω2,ω3) (19)
如上所述，部分和ω1组合与对于其系统比特和奇偶比特均等于1的所有转变相关联的项。类似地，ω2表示组合与对于其系统比特等于1和奇偶比特等于0的转变相关联的项的部分和，ω3表示组合与对于其系统比特和奇偶比特均等于0的转变相关联的项的部分和，以及ω4表示组合与对于其系统比特等于0和奇偶比特等于1的转变相关联的项的部分和。
例如直接使用等式(12)的用于获得奇偶比特软值的强力计算将要求32次相加以获得xi个项的每个项，14次相加以执行COM()运算，以及再一次相加(或相减)以获得最终软值。因此，要求47次相加以计算奇偶比特软值。然而，通过上面概述的方案，除计算系统比特的软值已经需要的那些相加外，只要求3次相加便可计算奇偶比特的软值。这表示了对于计算奇偶比特的软值，与强力方案相比，复杂度降低94％。
如果一起考虑生成系统比特和奇偶比特的软值的复杂度，则对于速率-1/3涡轮码，强力方案要求47*3＝141次相加，而上述方案将所需的加法运算降低到47+3+3＝53次，减少了62.4％。在WCDMA和LTE系统中，通过对奇偶比特进行删余而获得更高编码速率。然而，撤销删余和删余的操作在编码器和解码器外进行。因此，涡轮解码器将在解码中始终使用“母”速率-1/3码的格。这意味着提议的方案实现的复杂度降低对于这些系统中的所有有效码速率是相同的。
鉴于用于WCDMA涡轮解码器的特定技术，本领域技术人员将领会，图7的过程流程图示出将在通信传送器编码的接收通信数据解码的通用方法。更具体地说，图7示出由至少一个构成的软输入软输出(SISO)卷积解码器为涡轮解码过程的至少一个迭代所实现的过程。
如在框710所示，用于给定迭代的过程根据已知技术从分支度量的计算开始；这些分支度量对应于在第一时间的第一多个候选解码器状态与在第二时间的第二多个候选解码器状态之间的每个分支。类似地，分别如在框720和730所示的，为所有t(t＝0,1,…,L)计算对应于每个候选解码器状态的前向递归度量和对应于每个候选解码器状态的后向递归度量。
如在框740所示，过程继续计算与在第一多个候选解码器状态与第二多个候选解码器状态之间的每个可能转变相关联的中间概率值。这些中间概率值按照对应于每个转变的分支度量、对应于每个开始候选解码器状态的前向递归度量和对应于每个结束候选解码器状态的后向递归度量的函数来计算。
接着，如在框750所示，计算系统比特值和/或奇偶比特值的几个组合的每个组合的部分和。在如上连同图5和6所述的解码器等基2解码器中，这些计算例如可采用等式(14)-(17)的形式。在此情况下，计算四个部分和，每个部分和对应于第一与第二解码器状态之间转变的系统比特和奇偶比特值的可能组合。后面示出了示范基4解码器的部分和的计算。
如在框750所示，部分和用于计算对应于第一与第二时间之间的间隔(转变)的至少一个系统比特的软值。类似地，如在框760所示，部分和用于计算对应于关注转变的至少一个奇偶比特的软值。对于上述示范基2解码器，这些计算例如可采用等式(18)和(19)的形式。下面讨论这些技术对基4解码器的应用。
为了增大涡轮解码吞吐量，最近已提议了基4涡轮解码器(参阅M.Bickerstaff、L.Davis、C.Thomas、D.Garrett及C.Nicol的“A 24Mb/s Radix-4LogMAP Turbo Decoderfor 3GPP-HSDPA Mobile Wireless,”Proc.IEEE International Solid-State CircuitsConference,2003)。与一次处理一个格级的常规(基2)涡轮解码器相比，基4涡轮解码器处理两个格级以使解码吞吐量加倍。随着蜂窝系统中数据率增大得越来越高，基4涡轮解码器能够变得更重要。
图8示出根据两个系统比特的W-CDMA涡轮码的状态转变图，其中根据1的系统比特值的转变以实线示出，并且根据0的系统比特值的转变以虚线示出。在基4涡轮解码器中，解码器仅为偶数索引的格级计算前向和后向状态度量。例如，在时间t+2状态0的前向级度量能够如下所示从在时间t的那些度量来计算：
基于在偶数索引的格级可用的前向和后向度量，能够通过以下过程来计算在时间t和t+1的系统和奇偶比特的对数似然值。
首先，计算中间概率值。
φ0＝COM(αt(0)+γt(0,0)+γt+1(0,0)+βt+2(0),
αt(3)+γt(3,7)+γt+1(7,6)+βt+2(6))
φ1＝COM(αt(1)+γt(1,2)+γt+1(2,5)+βt+2(5),
αt(2)+γt(2,5)+γt+1(5,3)+βt+2(3))
φ2＝COM(αt(4)+γt(4,1)+γt+1(1,2)+βt+2(2),
αt(7)+γt(7,6)+γt+1(6,4)+βt+2(4))
φ3＝COM(αt(5)+γt(5,3)+γt+1(3,7)+βt+2(7),
αt(6)+γt(6,4)+γt+1(4,1)+βt+2(1))
φ4＝COM(αt(0)+γt(0,0)+γt+1(0,1)+βt+2(1),
αt(3)+γt(3,7)+γt+1(7,7)+βt+2(7))
φ5＝COM(αt(1)+γt(1,2)+γt+1(2,4)+βt+2(4),
αt(2)+γt(2,5)+γt+1(5,2)+βt+2(2))
φ6＝COM(αt(4)+γt(4,1)+γt+1(1,3)+βt+2(3),
αt(7)+γt(7,6)+γt+1(6,5)+βt+2(5))
φ7＝COM(αt(5)+γt(5,3)+γt+1(3,6)+βt+2(6),
αt(6)+γt(6,4)+γt+1(4,0)+βt+2(0))
φ8＝COM(αt(0)+γt(0,1)+γt+1(1,2)+βt+2(2),
αt(3)+γt(3,6)+γt+1(6,4)+βt+2(4))
φ9＝COM(αt(1)+γt(1,3)+γt+1(3,7)+βt+2(7),
αt(2)+γt(2,4)+γt+1(4,1)+βt+2(1))
φ10＝COM(αt(4)+γt(4,0)+γt+1(0,0)+βt+2(0),
αt(7)+γt(7,7)+γt+1(7,6)+βt+2(6))
φ11＝COM(αt(5)+γt(5,2)+γt+1(2,5)+βt+2(5),
αt(6)+γt(6,5)+γt+1(5,3)+βt+2(3))
φ12＝COM(αt(0)+γt(0,1)+γt+1(1,3)+βt+2(3),
αt(3)+γt(3,6)+γt+1(6,5)+βt+2(5))
φ13＝COM(αt(1)+γt(1,3)+γt+1(3,6)+βt+2(6),
αt(2)+γt(2,4)+γt+1(4,0)+βt+2(0))
φ14＝COM(αt(4)+γt(4,0)+γt+1(0,1)+βt+2(1),
αt(7)+γt(7,7)+γt+1(7,7)+βt+2(7))
φ15＝COM(αt(5)+γt(5,2)+γt+1(2,4)+βt+2(4),
αt(6)+γt(6,5)+γt+1(5,2)+βt+2(2))
接着从中间概率值来计算部分和。
Φ0＝COM(φ0,φ1,φ2,φ3)
Φ1＝COM(φ4,φ5,φ6,φ7)
Φ2＝COM(φ8,φ9,φ10,φ11)
Φ3＝COM(φ12,φ13,φ14,φ15)
Φ4＝COM(φ0,φ6,φ9,φ15)
Φ5＝COM(φ2,φ4,φ11,φ13)
Φ6＝COM(φ3,φ5,φ10,φ12)
Φ7＝COM(φ1,φ7,φ8,φ14)
这些部分和的前四个Φ0、Φ1、Φ2和Φ3分别对应于0-0、0-1、1-0和1-1的连续系统比特值的总概率。类似地，后四个Φ4、Φ5、Φ6和Φ7分别对应于从时间t和t+2的0-0、0-1、1-0和1-1的转变的连续奇偶比特值的总概率。
最后，从部分和来计算时间t和t+1的系统比特对数似然值：
λs(t)＝COM(Φ2,Φ3)-COM(Φ0,Φ1) (21)
λs(t+1)＝COM(Φ1,Φ3)-COM(Φ0,Φ2) (22)
以及从部分和来计算时间t和t+1的奇偶比特对数似然值：
λp(t)＝COM(Φ6,Φ7)-COM(Φ4,Φ5) (23)
λp(t+1)＝COM(Φ5,Φ7)-COM(Φ4,Φ6) (24)
同样地，此方案在期望奇偶比特的软值时大幅降低了基4涡轮解码的计算复杂度。根据强力方法，需要130次相加以计算奇偶比特软值。通过上面公开的技术，只需要18次相加，减少了86％。
鉴于根据本发明的基4解码处理的一个实施例的以下描述，本领域技术人员将领会，图9的过程流程图示出基4解码器的部分和的计算以及此类解码器中系统比特和奇偶比特的软值的计算。因此，如在框910所示，如上所述为每两比特系统比特序列和每两比特奇偶比特序列计算部分和。在框920，例如根据等式(21)和(22)从部分和来计算系统比特的连续对的软值。类似地，例如根据等式(23)和(24)从部分和来计算奇偶比特的对应对的软值。
当然，在不脱离本发明基本特性的情况下，本发明可以在不同于本文具体所述那些方式外的其它方式中来执行。因此，例如，本文中公开的发明技术可如上详细所述应用到WCDMA接收器中的解码过程，或者应用在配置用于其它无线网络中的和/或根据其它特定涡轮码的操作的接收器中。本发明的实施例包括根据上述的一种或多种技术的方法、配置成执行这些方法中的一种或多种方法的解码器电路及包括此类解码器电路的无线接收器。上面详细描述的实施例在所有方面均要视为说明性而不是限制性的，并且在随附权利要求的意义和等同范围内的所有更改旨在涵盖于其中。

Claims (10)

1.一种在通信接收器中用于解码接收的通信数据的方法，所述方法包括为至少一个软输入软输出解码器中的至少一个迭代的每个迭代：
计算与在第一时间的第一多个候选解码器状态与在第二时间的第二多个候选解码器状态之间的每个可能转变相关联的中间概率值；
从所述中间概率值来计算两个或更多部分组合值，其中所述部分组合值对应于两个或更多系统比特的可能组合、两个或更多奇偶比特的可能组合或至少一个系统比特和至少一个奇偶比特的可能组合；
按照所述部分组合值的第一函数，为与所述第一与第二时间之间的间隔对应的所述接收的通信数据的至少一个系统比特的每个比特来估计软值；以及
按照所述部分组合值的第二函数，为与所述第一与第二时间之间的间隔对应的所述接收的通信数据的至少一个奇偶比特的每个比特来估计软值。
2.如权利要求1所述的方法，其中计算与在第一时间的第一多个候选解码器状态与在第二时间的第二多个候选解码器状态之间的每个可能转变相关联的中间概率值是基于与所述第一多个候选解码器状态的每个状态对应的前向递归度量、与所述第二多个候选解码器状态的每个状态对应的后向递归度量以及与所述第一与第二多个候选解码器状态之间的每个分支对应的分支度量。
3.如权利要求1所述的方法，在基2解码器中，其中计算两个或更多部分组合值包括：基于对应的中间概率值，为所述第一与第二多个候选解码器状态之间的转变的系统比特值和奇偶比特值的每个可能组合计算部分值。
4.如权利要求1所述的方法，在基4解码器中，其中计算两个或更多部分组合值包括：基于对应的中间概率值，为两个连续系统比特值的每个可能组合计算部分值以及为两个连续奇偶比特值的每个可能组合计算部分值。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述系统比特的每个比特的估计的软值或所述奇偶比特的每个比特的估计的软值或两者包括对数似然值。
6.一种在通信接收器中用于解码接收的通信数据的装置，所述装置包括：
用于为至少一个软输入软输出解码器中的至少一个迭代的每个迭代来计算与在第一时间的第一多个候选解码器状态与在第二时间的第二多个候选解码器状态之间的每个可能转变相关联的中间概率值的部件；
用于为至少一个软输入软输出解码器中的至少一个迭代的每个迭代从所述中间概率值来计算两个或更多部分组合值的部件，其中所述部分组合值对应于两个或更多系统比特的可能组合、两个或更多奇偶比特的可能组合或至少一个系统比特和至少一个奇偶比特的可能组合；
用于为至少一个软输入软输出解码器中的至少一个迭代的每个迭代按照所述部分组合值的第一函数，为与所述第一与第二时间之间的间隔对应的所述接收的通信数据的至少一个系统比特的每个比特来估计软值的部件；以及
用于为至少一个软输入软输出解码器中的至少一个迭代的每个迭代按照所述部分组合值的第二函数，为与所述第一与第二时间之间的间隔对应的所述接收的通信数据的至少一个奇偶比特的每个比特来估计软值的部件。
7.如权利要求6所述的装置，其中计算与在第一时间的第一多个候选解码器状态与在第二时间的第二多个候选解码器状态之间的每个可能转变相关联的中间概率值是基于与所述第一多个候选解码器状态的每个状态对应的前向递归度量、与所述第二多个候选解码器状态的每个状态对应的后向递归度量以及与所述第一与第二多个候选解码器状态之间的每个分支对应的分支度量。
8.如权利要求6所述的装置，在基2解码器中，其中用于为至少一个软输入软输出解码器中的至少一个迭代的每个迭代从所述中间概率值来计算两个或更多部分组合值的部件包括：用于为至少一个软输入软输出解码器中的至少一个迭代的每个迭代基于对应的中间概率值，为所述第一与第二多个候选解码器状态之间的转变的系统比特值和奇偶比特值的每个可能组合计算部分值的部件。
9.如权利要求6所述的装置，在基4解码器中，其中用于为至少一个软输入软输出解码器中的至少一个迭代的每个迭代从所述中间概率值来计算两个或更多部分组合值的部件包括：用于为至少一个软输入软输出解码器中的至少一个迭代的每个迭代基于对应的中间概率值，为两个连续系统比特值的每个可能组合计算部分值以及为两个连续奇偶比特值的每个可能组合计算部分值的部件。
10.如权利要求6所述的装置，其中所述系统比特的每个比特的估计的软值或所述奇偶比特的每个比特的估计的软值或两者包括对数似然值。
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