CN107645360B - 一种适用于OvXDM系统译码方法、装置及OvXDM系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种适用于OvXDM系统的译码方法、装置及OvXDM系统，在译码过程中对系统对应的格状图中访问节点进行筛选，通过改进累加支路测度计算方法，并结合权重因子，来共同筛选较优路径，并对累加支路测度最小的节点进行扩展，筛选出最佳译码路径，在重叠复用次数或编码支路数较大的OvXDM系统译码过程中应用本申请，会降低系统设计复杂度和计算量，使系统具有较低误码率，同时性能提到提升。

Description

一种适用于OvXDM系统译码方法、装置及OvXDM系统

技术领域

本申请涉及信号处理领域，具体涉及一种适用于OvXDM系统的译码方法、装置及OvXDM系统。

背景技术

对于重叠复用系统——不管是重叠时分复用(OvTDM，Overlapped Time DivisionMultiplexing)系统、重叠频分复用(OvFDM，Overlapped Frequency DivisionMultiplexing)系统还是重叠码分复用(OvCDM，Overlapped Code DivisionMultiplexing)系统、重叠空分复用(OvSDM，Overlapped Space Division Multiplexing)系统、重叠混合复用(OvHDM，Overlapped Hybrid Division Multiplexing)系统等，对其进行译码时，都需要不断访问系统对应的格状图(Trellis)中的节点，并为每一个节点设置两个存储器，一个用于存储到达该节点的相对最佳路径，一个用于存储到达该节点的相对最佳路径对应的测度。在计算上述的到达该节点的相对最佳路径对应的测度时，传统的方法一般是通过将前一时刻节点的累加支路测度加上当前时刻节点的瞬时支路测度，从而可以得到当前时刻的累加支路测度。这种节点的累加支路测度虽然适用性广，但在对重叠复用系统进行译码时，往往需要如上所述一样，遍历所有状态节点及其扩展路径，才能得到一个较准确的译码结果。

发明内容

为解决上述问题，本申请提供一种适用于OvXDM系统的译码方法、装置及OvXDM系统。

根据本申请的第一方面，本申请提供一种适用于OvXDM系统的译码方法，包括以下步骤：

计算节点的累加支路测度；

根据计算得到的累加支路测度进行译码；

其中，任意一节点的累加支路测度通过以下步骤计算：

对前一时刻节点向后扩展L个节点，以得到长度为L的分段数据流的全部支路，其中L为大于1的整数；

分别计算长度为L的分段数据流各条支路的测度，以得到各支路的分段路径测度；

比较所述各支路的分段路径测度，以选取最小测度；

将所述最小测度除以L，以得到当前时刻节点的平均支路测度；

将当前时刻节点的平均支路测度加上前一时刻节点的累加支路测度，以得到当前时刻节点的累加支路测度。

较优地，将当前时刻节点的平均支路测度加上前一时刻节点的累加支路测度时，先将前一时刻节点的累加支路测度乘以一权重因子。

根据本申请的第二方面，本申请提供一种适用于OvXDM系统的译码装置，包括：

节点累加支路测度计算模块，用于计算节点的累加支路测度；

译码模块，用于根据计算得到的累加支路测度进行译码；

其中，节点累加支路测度计算模块包括：

扩展模块，用于对前一时刻节点向后扩展L个节点，以得到长度为L的分段数据流的全部支路，其中L为大于1的整数；

第一计算模块，用于分别计算长度为L的分段数据流各条支路的测度，以得到各支路的分段路径测度；

比较模块，用于比较所述各支路的分段路径测度，以选取最小测度；

平均支路测度计算模块，用于将所述最小测度除以L，以得到当前时刻节点的平均支路测度；

加法模块，用于将当前时刻节点的平均支路测度加上前一时刻节点的累加支路测度，以得到当前时刻节点的累加支路测度。

较优地，所述的应用分段路径测度的译码装置还包括权重因子模块，用于在加法模块将当前时刻节点的平均支路测度加上前一时刻节点的累加支路测度时，先将前一时刻节点的累加支路测度乘以一权重因子。

根据本申请的第三方面，本申请提供一种OvXDM系统，包括上述的应用分段路径测度的译码装置。

本申请的有益效果是：

依上述实施的适用于OvXDM系统的译码方法、装置及OvXDM系统，由于将当前时刻节点的平均支路测度加上前一时刻节点的累加支路测度，以得到当前时刻节点的累加支路测度，从而使得当前节点的累加支路测度的信息，不仅包含了当前节点之前的支路测度信息，还包括了当前节点之后的支路测度的一定信息，这使得当前节点的累加支路测度更具参考性，使得译码可靠度更高，筛选出的译码路径更准确和可靠；另外，由于本申请对节点的累加支路测度的计算提出了改进，因而无需像传统做法一样遍历所有状态节点及其扩展路径，也可以取得很准确的译码结果。

附图说明

图1为本申请一种实施例的适用于OvXDM系统的译码方法的流程示意图；

图2为本申请一种实施例的适用于OvXDM系统的译码方法中计算节点的累加支路测度的流程示意图；

图3为本申请一种实施例的适用于OvXDM系统的译码装置的结构示意图；

图4为本申请一种实施例的适用于OvXDM系统的译码装置中的节点累加支路测度计算模块的结构示意图；

图5为现有技术中OvFDM系统的发送端的结构示意图；

图6为现有技术中OvFDM系统的符号编码叠加的示意图；

图7(a)为现有技术中OvFDM系统的接收端的信号接受框图；

图7(b)为OvFDM系统的接收端的接收信号检测框图；

图8为现有技术中重叠复用次数为3时OvFDM系统的输入-输出关系的码树图；

图9为现有技术中重叠复用次数为3时OvFDM系统的节点状态转移图；

图10为现有技术中重叠复用次数为3时OvFDM系统对应的格状图；

图11为第一种实施例中OvFDM系统的译码路径示意图；

图12为现有技术中OvTDM系统的发送端的结构示意图；

图13为现有技术中OvTDM系统的符号编码叠加的示意图；

图14(a)为现有技术中OvTDM系统的接收端的预处理单元示意图；

图14(b)为OvTDM系统的接收端的序列检测单元的示意图；

图15为现有技术中重叠复用次数为3时OvTDM系统的输入-输出关系的码树图；

图16为现有技术中重叠复用次数为3时OvTDM系统的节点状态转移图；

图17为现有技术中重叠复用次数为3时OvTDM系统对应的格状图；

图18为第二种实施例中OvTDM系统的译码路径示意图；

图19为现有技术中OvCDM系统的结构示意图；

图20为现有技术中OvCDM系统的编码器的结构示意图；

图21为现有技术中OvCDM系统的编码矩阵图；

图22为现有技术中OvCDM系统的译码器的结构示意图；

图23为本申请第三种实施例中OvCDM系统对应的格状图；

图24为本申请第三种实施例中OvCDM系统的译码路径示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本申请作进一步详细说明。

本申请公开了一种适用于OvXDM系统的译码方法，在一实施例中，OvXDM系统为OvTDM系统、OvFDM系统、OvCDM系统、OvSDM系统或OvHDM系统。

需要说明的是，本申请中的测度表示两个信号之间的距离，定义为：

当p＝2时即为欧氏距离，欧氏距离是两个信号之间的真实距离，能够真实的反应 实际信号和理想信号之间的距离，本专利中欧氏距离定义为

如图1所示，本申请的适用于OvXDM系统的译码方法包括步骤S100和S300，下面具体说明。

步骤S100、计算节点的累加支路测度。如图2所示，在一实施例中，任意一节点的累加支路测度通过步骤S101～S109，即步骤S100包括步骤S101～S1109。

S101、对前一时刻节点向后扩展L个节点，以得到长度为L的分段数据流的全部支路，其中L为大于1的整数。对于一个M维的系统，M为大于或等于2的整数，每个节点扩展后包括M个到达节点，那么对前一时刻节点向后扩展L个节点后，每个到达节点对应M^L-1条扩展支路，所有到达节点共计M^L条支路。。在一实施例中，当OvXDM系统为OvTDM系统或OvFDM系统时，支路长度L小于或等于系统的重叠复用次数，当支路长度L等于系统的重叠复用次数时，此时进行译码的性能最好；当OvXDM系统为OvCDM系统时，支路长度L小于或等于系统的编码支路数，当支路长度L等于系统的编码支路数，此时进行译码的性能最好。

S103、分别计算长度为L的分段数据流各支路的测度，以得到各支路的分段路径测度。换句话说，就是计算步骤S101中的长度为L的分段数据流的每个到达节点对应的M^L-1条扩展支路的测度，作为各支路的分段路径测度，包含M个到达节点，M是系统的维数，取值为大于或等于2的整数。

S105、比较所述各支路的分段路径测度，以选取最小测度。换句话说，就是比较步骤S103中的每个到达节点的M^L-1条支路的分段路径测度，从中选取最小测度作为对应到达节点的最小测度，共计得到M个最小测度，M是系统的维数，取值为大于或等于2的整数。S107、将所述最小测度除以L，以得到当前时刻节点的平均支路测度。换句话说，就是求得每个到达节点对应路径的平均支路测度，包含M个平均支路测度。

S109、将当前时刻节点的平均支路测度加上前一时刻节点的累加支路测度，以得到当前时刻节点的累加支路测度。传统译码方案中，当前时刻的累加支路测度是通过将当前时刻节点的瞬时支路测度加上前一时刻节点的累加支路测度，而当前时刻节点的瞬时支路测度，即是前一时刻节点到当前时刻节点这一长度为1的支路的测度。因此，可以看到，本申请在计算时，是将平均支路测度来代替瞬时支路测度，从而使得当前节点的累加支路测度的信息，不仅包含了当前节点之前的支路测度信息，还包括了当前节点之后的支路测度的一定信息，这使得当前节点的累加支路测度更具参考性，使得在步骤S300中进行的译码可靠度更高，筛选出的译码路径更准确和可靠。需要说明的是，由于初始时刻节点并不存在前一时刻节点，因此在计算初始时刻节点的累加支路测度时，其就是初始时刻节点的平均支路测度，即初始时刻节点的累加支路测度等于初始时刻节点的平均支路测度。另外，当计算最后若干个时刻节点的累加支路测度，可能其后面不存在足够长度的支路，即后面即使扩展到最后一个时刻节点，其之间的支路的长度也可能小于L-1，此时，有几个解决方式，例如，假设数据帧长度为N，当译码深度到达N-L时，最后L个符号可通过上述选取最小测度对应的路径作为译码输出。

在较优实施例中，步骤S109在将当前时刻节点的平均支路测度加上前一时刻节点的累加支路测度时，先将前一时刻节点的累加支路测度乘以一权重因子，这样，再将与权重因子相乘过后的累加支路测度与前一时刻节点的累加支路测度相加，以得到当前时刻节点的累加支路测度。引入权重因子的目的，是使得距离当前时刻节点越远的节点，其测度对当前时刻节点的测度影响越小。权重因子由系统的平坦衰落宽度来决定，在一实施例中，权重因子的取值范围为大于等于0.9且小于等于1。

步骤S300、根据计算得到的累加支路测度进行译码。在一较优的实施例中，步骤S300中的译码规则包括从初始时刻的节点开始，每次都选取最小累加支路测度的节点进行扩展。当然，步骤S300中的译码规则也可以是现有的译码规则，或未来可能出现的译码规则，只要此译码规则需要使用到节点的测度，就可以适用本申请中的改进的节点的累加支路测度。由于本申请对节点的累加支路测度的计算提出了改进，因而无需像传统做法一样遍历所有状态节点及其扩展路径，也可以取得很准确的译码结果，例如，如上所述，每次只选取最小累加支路测度的节点进行扩展，而不是每次都对所有节点和支路进行扩展并计算测度。具体地，在一实施例中，步骤S109会得到M个累加支路测度，即对应M个到达节点。对这M个累加支路测度进行比较，从中选取测度最小者对应的到达状态节点，按照如上方法对其节点扩展和路径选取。重复以上步骤，从第n步开始只保留前r_n条到达节点及其累加支路测度，r_n由系统容忍的性能损失决定，将具有较大平均支路测度的路径及其测度全部抛弃。

对应地，本申请还公开了一种适用于OvXDM系统的译码装置，这种适用于OvXDM系统的译码装置尤其适用于OvXDM系统，在一实施例中，OvXDM系统为OvTDM系统、OvFDM系统、OvCDM系统、OvSDM系统或OvHDM系统。

请参照图3，本申请的适用于OvXDM系统的译码装置包括节点累加支路测度计算模块100和译码模块300，下面具体说明。

节点累加支路测度计算模块100用于计算节点的累加支路测度。在一实施例中，请参照图4，节点累加支路测度计算模块100包括扩展模块101、第一计算模块103、比较模块105、平均支路测度计算模块107和加法模块109，在一较优实施例中，还可以包括权重因子模块111。

扩展模块101用于对前一时刻节点向后扩展L个节点，以得到长度为L的分段数据流的全部支路，其中L为大于1的整数。在一实施例中，当OvXDM系统为OvTDM系统或OvFDM系统时，支路长度L小于或等于系统的重叠复用次数；当OvXDM系统为OvCDM系统时，支路长度L小于或等于系统的编码支路数。

第一计算模块103用于分别计算长度为L的分段数据流各条支路的测度，以得到各支路的分段路径测度。

比较模块105用于比较所述各支路的分段路径测度，以选取最小测度。

平均支路测度计算模块107用于将上述最小测度除以L，以得到当前时刻节点的平均支路测度。

加法模块109用于将当前时刻节点的平均支路测度加上前一时刻节点的累加支路测度，以得到当前时刻节点的累加支路测度。

权重因子模块111用于在加法模109块将当前时刻节点的平均支路测度加上前一时刻节点的累加支路测度时，先将前一时刻节点的累加支路测度乘以一权重因子。权重因子由系统的平坦衰落宽度来决定，在一实施例中，权重因子的取值范围为大于等于0.9且小于等于1。引入权重因子的目的，是使得距离当前时刻节点越节点，其测度对当前时刻节点的测度影响越小。

译码模块300用于根据计算得到的累加支路测度进行译码。在一实施例中，译码模块300包括最小累加支路测度扩展模块，最小累加支路测度扩展模块用于从初始时刻的节点开始，每次都选取最小累加支路测度的节点进行扩展。

本申请还公开了一种OvXDM系统，其包括本申请的应用分段路径测度的译码装置，在一实施例中，本申请公开的OvXDM系统为OvTDM系统、OvFDM系统、OvCDM系统、OvSDM系统或OvHDM系统。

下面再通过若干实施例对本申请进行进一步地说明。

实施例一

本实施例不妨以OvFDM系统为例进行说明。

如图5所示，为现有技术中OvFDM系统发送端，其首先将频域信号按照一定的规律进行编码，然后将频域信号转换为时域信号即进行傅氏反变换，之后才将信号发送出去。具体地，先根据设计参数生成一个初始包络波形；然后根据重叠复用次数将上述初始包络波形在频域上按预定的频谱间隔进行移位，得到各子载波包络波形；再将输入数据序列与各自对应的子载波包络波形相乘，得到各子载波的调制包络波形；再将各子载波的调制包络波形在频域上进行叠加，得到频域上的复调制包络波形，最后将上述频域上的复调制包络波形变换为时域上的复调制包络波形以发送，其中频谱间隔为子载波频谱间隔△B，其中子载波频谱间隔△B＝B/K，B为所述初始包络波形的带宽，K为重叠复用次数。如图6所示，为上述过程中将各子载波的调制包络波形在频域上进行叠加反映到符号编码上的叠加过程示意图。如图7所示，为现有技术中OvFDM系统接收端，其通过天线收到的信号是时域的信号，如果要对接收信号译码，首先需要将时域信号转换为频域信号，即进行傅氏变换之后才能处理。具体地，先对接收信号在时间域形成符号同步；然后对各个符号时间区间的接收信号进行取样、量化，使它变成接收数字信号序列；将时域信号转换为频域信号，再对该频率域信号以频谱间隔△B分段，形成实际接收信号分段频谱；再形成接收信号频谱与发送的数据符号序列之间的一一对应关系，最后根据此种一一对应的关系，检测数据符号序列。具体译码过程可参见图8、图9和图10，图8为重叠复用次数K＝3时的系统输入-输出关系的码树图，图9为对应图8中的节点的状态转移图，图10为重叠复用次数K＝3时的系统对应的格状(Trellis)图，节点的支路扩展过程可从系统对应的格状图中清楚地看出。需要说明的是，OvFDM系统中的傅氏反变换和傅氏变换都涉及采样点数的设置，两者的采样点数应保持一致，且取值为2ⁿ，n为正整数。

因为OvFDM系统所用的重叠复用调制编码方法，使得OvFDM系统的系统符号间本身就具有相互关联的特性，但传统译码方法并未充分利用好这一点，本申请对现有技术中OvFDM系统的改进之一在于，改进了系统译码过程中节点的累加支路测度计算方法，将平均支路测度来代替瞬时支路测度，从而使得当前节点的累加支路测度的信息，不仅包含了当前节点之前的支路测度信息，还包括了当前节点之后的支路测度的一定信息，这使得当前节点的累加支路测度更具参考性，使得筛选出的译码路径更准确和可靠。

另外，传统的OvFDM系统的译码规则一般采用维特比(Viterbi)译码，对于OvFDM系统，由于译码过程中，需要对格状图中每个节点进行扩展，因此节点数决定了译码的复杂度，而对于重叠次数为K和调制维度为M的系统(M是大于等于2的整数)，其对应的格状图中稳定状态的节点数为M^K-1，因此译码复杂度会随着重叠次数K而指数增加。而在OvFDM系统中，系统的频谱效率为2K/符号，因此重叠次数K越大频谱效率越高。因此，一方面出于提高频谱效率的要求使得重叠次数K越大越好，另一方面出于降低译码复杂度的要求使得重叠次数K越小越好，特别地，当重叠次数K增加到一定值，例如K大于8后，译码复杂度急剧增加，现有的译码方法难以满足实时译码的要求，频谱效率与译码复杂度、译码效率形成了一对矛盾需求。针对此问题，本实施例中在计算累加支路测度时，令支路长度L等于重叠复用次数K，就可以达到与复杂的维特比算法一样的效果。另外，本申请采用的译码规则，也不需要像维特比算法一样遍历所有状态节点及其扩展路径，只需要从初始时刻的节点开始，每次都选取最小累加支路测度的节点进行扩展，因此可以大幅度降低译码复杂度，并提高译码效率，其译码复杂度并不会像传统译码方案一样随着重叠复用次数K的增加而急剧增加，解决了频谱效率与译码复杂度、译码效率这一对矛盾需求。

下面具体说明。

假设系统接收端收到的符号数据流为：y₀,y₁,…,y_L-1,y_L,…,y_N，系统发送端发送的符号数据为：u₀,u₁,…,u_L-1,u_L,…,u_N，其中L为分段路径长度，即上述的扩展支路长度，N为帧数据长度，重叠复用次数为K，L小于或等于K，当L＝K时就是最优算法，其性能与viterbi算法完全一致。以二元输入数据{+1，-1}为例，即M＝2。在系统对应的格状图中节点转移时，每个节点将向其后的两个节点转移，其中转移的上节点表示新输入数据+1时的到达节点，下节点表示新输入数据-1时的到达节点，我们将根据节点在格状图中的位置将他们分别称之为原点，第一节点，第二节点等等。相邻节点之间的连线就是支路，支路相连成完整折线的就是最终译码路径。

(1)计算扩展的长度为L的各支路的测度

公式为：

其中L为分段路径长度，L≤K。当K很大时，L在可容忍计算复杂度前提下越大越好。因为OvFDM系统符号间本身就具有相互关联的特性，通过本申请的应用分段路径测度的译码方法，强化了测度之间的参考性，使得筛选出的译码路径可靠度更高。

从格状图的节点i出发长度为L的分段数据流为u_i,u_i+1,…,u_i+L，i表示帧符号序列索引，从u_i到u_i+1有两个到达节点，分为上节点u_i＝+1和下节点u_i＝-1，u_i+1到u_i+L共计有2^L-1种理想序列排序，即u_i＝+1的上节点分段数据流u_i,u_i+1,…,u_i+L共计有2^L-1种理想序列排序，u_i＝-1的下节点分段数据流u_i,u_i+1,…,u_i+L也有2^L-1种理想序列排序。

分别计算接收符号数据流y_i,y_i+1,…,y_i+L与上节点的2^L-1种序列的分段路径测度

和与下节点的2^L-1种分段路径测度

(2)计算平均支路测度

平均支路测度公式：

对(1)中求得的2^L-1种长度为L的支路比较得出最小测度对应的路径，上下节点对应的最小测度的索引j分别为min₊、min_-，再对其求平均，即得到平均支路测度，上节点的平均支路测度为

下节点的平均支路测度为

(3)计算累加支路测度

累加支路测度公式：

α表示权重因子，取值为小数α∈[0.9,1]，由系统平坦衰落宽度决定。含义为随着译码深度的增加，距离当前节点越远的节点其测度影响越小。

表示当前节点的累加支路测度。

表示当前节点的平均支路测度。

表示当前节点之前的前一节点的累加支路测度。

由(2)得到u_i的上下节点平均支路测度，将u_i-1的累加支路测度乘上相应的权重因子，分别与上下节点的平均支路测度相加，分别得到u_i＝+1的累加支路测度和u_i＝-1的累加支路测度。

当i＝0时，即为原点，也就是初始时刻的节点，此时仅存在平均支路测度，不存在前一节点的累加测度，在计算时，在数学上可以直接令原点的平均支路测度为原点的累加支路测度。

(4)译码规则

由(3)得到u_i的上、下节点的累加支路测度，对其进行大小比较，选取测度较小的节点对其进行节点扩展，同样是从当前节点选取长度为L的分段数据流，按照(1)～(3)的方式对其进行节点测度选取和扩展，每扩展一次增加一个到达节点。

在一实施例中，可以在扩展到某一节点后只保留前r_n条到达节点及其累加支路测度，r_n由系统容忍的性能损失决定，将具有较大平均支路测度的路径及其测度全部抛弃。

在一实施例中，当信噪比很高时，一旦某分段路径的测度远小于其它分段路径时，可以直接从该分段路径向前扩展，使译码复杂度进一步大幅度降低。

(5)判决输出

对其余的数据帧符号按照(1)～(4)的方式进行筛选和扩展，如此进行直至数据帧结束，将具有最小平均支路测度到达节点的路径判决输出，此路径即为最终的译码结果。

上述过程，以二维OvFDM系统为例，其采用矩形复用窗H＝{1 1 1 1 1}，需要说明的是，本申请的应用分段路径测度的译码方法，也可以适用于各种复用窗函数调制的OvFDM系统。不妨令重叠重数K＝5，因此系统对应的格状图完全展开后有2^K-1＝16个节点，本案例中选取分段路径长度L＝3，r_n＝4。发送码序列为x_i＝{+1,-1,-1,+1,-1,+1+1,-1,+1,-1}，经过OvFDM系统波形复用后，得到接收序列为y_i＝{+1,0,-1,0,-1,-1,+1,+1,+1,+1}。按照本实施例的应用分段路径测度的译码方法对接收到的序列y_i进行译码，其译码路径请参照图11，最终得到了正确的译码结果。

实施例二

本实施例不妨以OvTDM系统为例进行说明。

如图12所示，为现有技术中OvTDM系统发送端，先根据设计参数生成一个时域内的初始包络波形；然后根据重叠复用次数将上述初始包络波形在时域上按预定的时间间隔进行移位，得到各个时刻的偏移包络波形；再将输入数据序列与各个时刻的偏移包络波形相乘，得到各个时刻的调制包络波形；再将各个时刻的调制包络波形在时域上进行叠加，得到时域上的复调制包络波形以发送，其中时间间隔为△t，△t＝T/K，T为所述初始包络波形的时域宽度，K为重叠复用次数。如图13所示，为上述过程中将各个时刻的调制包络波形在时域上进行叠加反映到符号编码上的叠加过程示意图。如图14所示，为现有技术中OvTDM系统接收端，其对每一帧内的接收信号形成接收数字信号序列，再对形成的接收数字信号序列实施检测，以得到所述帧长内的调制在全部符号上的调制数据的判决，具体地，先对接收信号进行同步，包括载波同步、帧同步、符号时间同步等，再根据取样定理，对每一帧内的接收信号进行数字化处理，接着对接收到的波形按照波形发送时间间隔切割，之后按照一定的译码算法对切割后的波形进行译码。具体译码过程中参见图15、图16和图17，图15为重叠复用次数K＝3时的系统输入-输出关系的码树图，图16为对应图15中的节点的状态转移图，图17为重叠复用次数K＝3时的系统对应的格状(Trellis)图，节点的支路扩展过程可从系统对应的格状图中清楚地看出。

因为OvTDM系统所用的重叠复用调制编码方法，使得OvTDM系统的系统符号间本身就具有相互关联的特性，但传统译码方法并未充分利用好这一点，本申请对现有技术中OvTDM系统的改进之一在于，改进了系统译码过程中节点的累加支路测度计算方法，将平均支路测度来代替瞬时支路测度，从而使得当前节点的累加支路测度的信息，不仅包含了当前节点之前的支路测度信息，还包括了当前节点之后的支路测度的一定信息，这使得当前节点的累加支路测度更具参考性，使得筛选出的译码路径更准确和可靠。

另外，传统的OvTDM系统的译码规则一般采用维特比(Viterbi)译码，对于OvTDM系统，由于译码过程中，需要对格状图中每个节点进行扩展，因此节点数决定了译码的复杂度，而对于重叠次数为K和调制维度为M的系统(M是大于等于2的整数)，其对应的格状图中稳定状态的节点数为M^K-1，因此译码复杂度会随着重叠次数K而指数增加。而在OvTDM系统中，系统的频谱效率为2K/符号，因此重叠次数K越大频谱效率越高。因此，一方面出于提高频谱效率的要求使得重叠次数K越大越好，另一方面出于降低译码复杂度的要求使得重叠次数K越小越好，特别地，当重叠次数K增加到一定值，例如K大于8后，译码复杂度急剧增加，现有的译码方法难以满足实时译码的要求，频谱效率与译码复杂度、译码效率形成了一对矛盾需求。针对此问题，本实施例中在计算累加支路测度时，令支路长度L等于重叠复用次数K，就可以达到与复杂的维特比算法一样的效果。另外，本申请采用的译码规则，也不需要像维特比算法一样遍历所有状态节点及其扩展路径，只需要从初始时刻的节点开始，每次都选取最小累加支路测度的节点进行扩展，因此可以大幅度降低译码复杂度，并提高译码效率，其译码复杂度并不会像传统译码方案一样随着重叠复用次数K的增加而急剧增加，解决了频谱效率与译码复杂度、译码效率这一对矛盾需求。

下面具体说明。

假设系统接收端收到的符号数据流为：y₀,y₁,…,y_L-1,y_L,…,y_N，系统发送端发送的符号数据为：u₀,u₁,…,u_L-1,u_L,…,u_N，其中L为分段路径长度，即上述的扩展支路长度，N为帧数据长度，重叠复用次数为K，L小于或等于K，当L＝K时就是最优算法，其性能与viterbi算法完全一致。以二元输入数据{+1，-1}为例，在系统对应的格状图中节点转移时，每个节点将向其后的两个节点转移，其中转移的上节点表示新输入数据+1时的到达节点，下节点表示新输入数据-1时的到达节点，我们将根据节点在格状图中的位置将他们分别称之为原点，第一节点，第二节点等等。相邻节点之间的连线就是支路，支路相连成完整折线的就是最终译码路径。

(1)计算扩展的长度为L的各支路的测度

公式为：

其中L为分段路径长度，L≤K。当K很大时，L在可容忍计算复杂度前提下越大越好。因为OvTDM系统符号间本身就具有相互关联的特性，通过本申请的应用分段路径测度的译码方法，强化了测度之间的参考性，使得筛选出的译码路径可靠度更高。

从格状图的节点i出发长度为L的分段数据流为u_i,u_i+1,…,u_i+L，i表示帧符号序列索引，从u_i到u_i+1有两个到达节点，分为上节点u_i＝+1和下节点u_i＝-1，u_i+1到u_i+L共计有2^L-1种理想序列排序，即u_i＝+1的上节点分段数据流u_i,u_i+1,…,u_i+L共计有2^L-1种理想序列排序，u_i＝-1的下节点分段数据流u_i,u_i+1,…,u_i+L也有2^L-1种理想序列排序。

分别计算接收符号数据流y_i,y_i+1,…,y_i+L与上节点的2^L-1种序列的分段路径测度

和与下节点的2^L-1种分段路径测度

(2)计算平均支路测度

平均支路测度公式：

对(1)中求得的2^L-1种长度为L的支路比较得出最小测度对应的路径，上下节点对应的最小测度的索引j分别为min₊、min_-，再对其求平均，即得到平均支路测度，上节点的平均支路测度为

下节点的平均支路测度为

(3)计算累加支路测度

累加支路测度公式：

α表示权重因子，取值为小数α∈[0.9,1]，由系统平坦衰落宽度决定。含义为随着译码深度的增加，距离当前节点越远的节点其测度影响越小。

表示当前节点的累加支路测度。

表示当前节点的平均支路测度。

表示当前节点之前的前一节点的累加支路测度。

由(2)得到u_i的上下节点平均支路测度，将u_i-1的累加支路测度乘上相应的权重因子，分别与上下节点的平均支路测度相加，分别得到u_i＝+1的累加支路测度和u_i＝-1的累加支路测度。

当i＝0时，即为原点，也就是初时时刻的节点，此时仅存在平均支路测度，不存在前一节点的累加测度，在计算时，在数学上可以直接令原点的平均支路测度为原点的累加支路测度。

(4)译码规则

由(3)得到u_i的上、下节点的累加支路测度，对其进行大小比较，选取测度较小的节点对其进行节点扩展，同样是从当前节点选取长度为L的分段数据流，按照(1)～(3)的方式对其进行节点测度选取和扩展，每扩展一次增加一个到达节点。

在一实施例中，可以在扩展到某一节点后只保留前r_n条到达节点及其累加支路测度，r_n由系统容忍的性能损失决定，将具有较大平均支路测度的路径及其测度全部抛弃。

在一实施例中，当信噪比很高时，一旦某分段路径的测度远小于其它分段路径时，可以直接从该分段路径向前扩展，使译码复杂度进一步大幅度降低。

(5)判决输出

对其余的数据帧符号按照(1)～(4)的方式进行筛选和扩展，如此进行直至数据帧结束，将具有最小平均支路测度到达节点的路径判决输出，此路径即为最终的译码结果。

上述过程，以二维OvFDM系统为例，其采用矩形复用窗H＝{1 1 1 1 1}，需要说明的是，本申请的应用分段路径测度的译码方法，也可以适用于各种复用窗函数调制的OvFDM系统。不妨令重叠重数K＝5，因此系统对应的格状图完全展开后有2^K-1＝16个节点，本案例中选取分段路径长度L＝3，r_n＝4。发送码序列为x_i＝{+1,-1,-1,+1,-1,+1+1,-1,+1,-1}，经过OvFDM系统波形复用后，得到接收序列为y_i＝{+1,0,-1,0,-1,-1,+1,+1,+1,+1}。按照本实施例的应用分段路径测度的译码方法对接收到的序列y_i进行译码，其译码路径请参照图18，最终得到了正确的译码结果。

实施例三

本实施例不妨以OvCDM系统为例进行说明

OvCDM系统的重叠码分复用的核心是重叠和复用，目的是提高通信系统的频谱效率。OvCDM系统将卷积编码系数推广到复数域的广义卷积编码模型，通过符号重叠产生约束关系，主要参数包括编码支路数K’路和编码约束长度L’，其系统结构图如图19所示，对应的编码器结构如附图20所示。OvCDM系统的关键是编码矩阵，即卷积扩展系数，要求其满足线性关系，此时输入序列与输出序列一一对应，因此理论上可以无误码的解码，一般通过计算机搜索所有测度较大的矩阵作为编码矩阵，其编码矩阵排列如附图21所示。

先给出传统OvCDM系统的编码过程。

(1)将待发送数据经过串并转换成为K’路子数据流，第i路上的数据流记为u_i＝u_i,0u_i,1u_i,2…。比如K’＝2时，u₀＝u_0,0u_0,1u_0,2…，u₁＝u_1,0u_1,1u_1,2…。

(2)将每一路数据送入一个移位寄存器进行加权叠加，第i路的加权系数为b_i＝b_i,0b_i,1b_i,2…，其为一复向量。

(3)把各路信号相加输出，得到最终OvCDM编码器的输出为c＝c₀c₁c₂…，

OvCDM的码率为

其中n为子数据流长度。当n很长时，由移位寄存器拖尾所带来的码率损失可以忽略不计，于是有r_OVCDM≈k。

传统的二元域卷积编码模型码率一般小于1，会导致频谱效率损失。而OvCDM的复数域的卷积编码码率等于1，单路的卷积编码扩展不会导致频谱效率损失，还会增加额外的编码增益。

接收端收到信号后，先对信号进行同步、信道估计、数字化处理，再对处理后的数据进行快速译码。译码算法的核心是通过计算接收信号与理想状态的测度，采用路径存储器和测度判决出最佳的译码路径，得到最终的检测序列，序列检测过程框图如附图22所示。

因为OvCDM系统所用的调制编码方法，使得OvCDM系统的系统符号间本身就具有相互关联的特性，但传统译码方法并未充分利用好这一点，本申请对现有技术中OvCDM系统的改进之一在于，改进了系统译码过程中节点的累加支路测度计算方法，将平均支路测度来代替瞬时支路测度，从而使得当前节点的累加支路测度的信息，不仅包含了当前节点之前的支路测度信息，还包括了当前节点之后的支路测度的一定信息，这使得当前节点的累加支路测度更具参考性，使得筛选出的译码路径更准确和可靠。

另外，传统的OvCDM系统的译码规则一般采用维特比(Viterbi)译码，对于一个编码支路数为K’的M维调制OvCDM系统，其对应的格状图中稳定状态的节点数为M^K’-1，因此译码复杂度会随着编码去路数K’而指数增加。而在OvCDM系统中，需要尽可能大的编码支路数K’，以使得频谱效率越高，但是同时译码复杂度会随K’的增加而急剧增加，因此频谱效率与译码复杂度、译码效率形成了一对矛盾需求。针对此问题，本实施例中在计算累加支路测度时，令支路长度L等于编码支路数K’，就可以达到与复杂的维特比算法一样的效果。另外，本申请采用的译码规则，也不需要像维特比算法一样遍历所有状态节点及其扩展路径，只需要从初始时刻的节点开始，每次都选取最小累加支路测度的节点进行扩展，因此可以大幅度降低译码复杂度，并提高译码效率，其译码复杂度并不会像传统译码方案一样随着编码支路数K’的增加而急剧增加，解决了频谱效率与译码复杂度、译码效率这一对矛盾需求。

下面具体说明。

(1)计算扩展的长度为L的各支路的测度

公式为：

其中L为分段路径长度，L≤L’。当L’很大时，L在可容忍计算复杂度前提下越大越好。因为OvCDM系统符号间本身就具有相互关联的特性，通过本申请的应用分段路径测度的译码方法，强化了测度之间的参考性，使得筛选出的译码路径可靠度更高。

从格状图的节点i出发长度为L的分段数据流为u_i,u_i+1,…,u_i+L，i表示帧符号序列索引，分别计算接收符号数据流y_i,y_i+1,…,y_i+L与分段数据流之间的测度，以得到各支路的分段路径测度。

(2)计算平均支路测度

平均支路测度公式：

对(1)中求得的各支路的分段路径测度比较得出最小测度对应的路径，再对其求平均，即得到平均支路测度。

(3)计算累加支路测度

累加支路测度公式：

α表示权重因子，取值为小数α∈[0.9,1]，由系统平坦衰落宽度决定。含义为随着译码深度的增加，距离当前节点越远的节点其测度影响越小。

表示当前节点的累加支路测度。

表示当前节点的平均支路测度。

表示当前节点之前的前一节点的累加支路测度。

由(2)得到u_i的各到达节点的平均支路测度，将u_i-1的累加支路测度乘上相应的权重因子，分别与各到达节点的平均支路测度相加，得到各到达节点当前时刻的累加支路测度。

当i＝0时，即为原点，也就是初始时刻的节点，此时仅存在平均支路测度，不存在前一节点的累加测度，在计算时，在数学上可以直接令原点的平均支路测度为原点的累加支路测度。

(4)译码规则

由(3)得到u_i的各到达节点当前时刻的累加支路测度，对其进行大小比较，选取测度较小的节点对其进行节点扩展，同样是从当前节点选取长度为L的分段数据流，按照(1)～(3)的方式对其进行节点测度选取和扩展，每扩展一次增加一个到达节点。

在一实施例中，可以在扩展到某一节点后只保留前r_n条到达节点及其累加支路测度，r_n由系统容忍的性能损失决定，将具有较大平均支路测度的路径及其测度全部抛弃。

在一实施例中，当信噪比很高时，一旦某分段路径的测度远小于其它分段路径时，可以直接从该分段路径向前扩展，使译码复杂度进一步大幅度降低。

(5)判决输出

对其余的数据帧符号按照(1)～(4)的方式进行筛选和扩展，如此进行直至数据帧结束，将具有最小平均支路测度到达节点的路径判决输出，此路径即为最终的译码结果。

上述过程，以输入数据流为u＝{+1,-1,-1,-1,-1,+1,-1,+1,+1,-1,+1,-1,-1,-1,-1,+1}，K’＝2，L’＝2，L＝2，r_n＝4，编码矩阵

的OvCDM为例，这些参数设计下对应的OvCDM系统的格状图如图23所示。

(1)编码

首先对于K’＝2，将输入数据流u转换为两路，对应为：

u₁＝{+1,-1,-1,-1,+1,+1,-1,-1}

u₂＝{-1,-1,+1,+1,-1,-1,-1,+1}

每一路的卷积系数表示为：b₀＝[1 j],b₁＝[j 1]，参照附图20编码结构和附图23的格状图，其编码输出为c＝{1-j,-2,-2,0,2-2j,0,-2,-2}。

(2)译码

经过信号同步、信道估计、数字化处理后，接收端得到信号序列，为方便说明，假定为理想状态，此时接收信号序列为c＝{1-j,-2,-2,0,2-2j,0,-2,-2}，按照上述中的应用分段路径测度的译码方法，对接收到的序列进行译码，其译码路径如附图24所示，最终得到正确的译码结果。

本申请公开的适用于OvXDM系统的译码方法、装置及OvXDM系统，在译码过程中对系统对应的格状图中访问节点进行筛选，通过改进累加支路测度计算方法，并结合权重因子，来共同筛选较优路径，并对累加支路测度最小的节点进行扩展，筛选出最佳译码路径，在重叠复用次数或编码支路数较大的OvXDM系统译码过程中应用本申请，会降低系统设计复杂度和计算量，使系统具有较低误码率，同时性能提到提升。

以上内容是结合具体的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。

Claims (13)

1.一种适用于OvXDM系统的译码方法，其特征在于，包括以下步骤：

计算节点的累加支路测度；

根据计算得到的累加支路测度进行译码；

其中，任意一节点的累加支路测度通过以下步骤计算：

对前一时刻节点向后扩展L个节点，以得到长度为L的分段数据流的全部支路，其中L为大于1的整数；分别计算长度为L的分段数据流各条支路的测度，以得到各支路的分段路径测度；

比较所述各支路的分段路径测度，以选取最小测度；

将所述最小测度除以L，以得到当前时刻节点的平均支路测度；

将当前时刻节点的平均支路测度加上前一时刻节点的累加支路测度，以得到当前时刻节点的累加支路测度。

2.如权利要求1所述的适用于OvXDM系统的译码方法，其特征在于，将当前时刻节点的平均支路测度加上前一时刻节点的累加支路测度时，先将前一时刻节点的累加支路测度乘以一权重因子。

3.如权利要求2所述的适用于OvXDM系统的译码方法，其特征在于，所述权重因子的取值范围为大于等于0.9且小于等于1。

4.如权利要求1至3中任一项所述的适用于OvXDM系统的译码方法，其特征在于，所述OvXDM系统为OvTDM系统、OvFDM系统、OvCDM系统、OvSDM系统或OvHDM系统。

5.如权利要求4所述的适用于OvXDM系统的译码方法，其特征在于，当所述OvXDM系统为OvTDM系统或OvFDM系统时，支路长度L小于或等于系统的重叠复用次数；当所述OvXDM系统为OvCDM系统时，支路长度L小于或等于系统的编码支路数。

6.如权利要求1所述的适用于OvXDM系统的译码方法，其特征在于，所述根据计算得到的累加支路测度进行译码，包括：从初始时刻的节点开始，每次都选取最小累加支路测度的节点进行扩展。

7.一种适用于OvXDM系统的译码装置，其特征在于，包括：

节点累加支路测度计算模块，用于计算节点的累加支路测度；

译码模块，用于根据计算得到的累加支路测度进行译码；

其中，节点累加支路测度计算模块包括：

扩展模块，用于对前一时刻节点向后扩展L个节点，以得到长度为L的分段数据流的全部支路，其中L为大于1的整数；

第一计算模块，用于分别计算长度为L的分段数据流各条支路的测度，以得到各支路的分段路径测度；

比较模块，用于比较所述各支路的分段路径测度，以选取最小测度；

平均支路测度计算模块，用于将所述最小测度除以L，以得到当前时刻节点的平均支路测度；

加法模块，用于将当前时刻节点的平均支路测度加上前一时刻节点的累加支路测度，以得到当前时刻节点的累加支路测度。

8.如权利要求7所述的适用于OvXDM系统的译码装置，其特征在于，还包括权重因子模块，用于在加法模块将当前时刻节点的平均支路测度加上前一时刻节点的累加支路测度时，先将前一时刻节点的累加支路测度乘以一权重因子。

9.如权利要求8所述的适用于OvXDM系统的译码装置，其特征在于，所述权重因子模块中的权重因子的取值范围为大于等于0.9且小于等于1。

10.如权利要求7至9中任一项所述的适用于OvXDM系统的译码装置，其特征在于，当所述OvXDM系统为OvTDM系统或OvFDM系统时，支路长度L小于或等于系统的重叠复用次数；当所述OvXDM系统为OvCDM系统时，支路长度L小于或等于系统的编码支路数。

11.如权利要求7所述的适用于OvXDM系统的译码装置，其特征在于，所述译码模块包括最小累加支路测度扩展模块，用于从初始时刻的节点开始，每次都选取最小累加支路测度的节点进行扩展。

12.一种OvXDM系统，其特征在于，包括权利要求7至11中任一项所述的译码装置。

13.如权利要求12所述的OvXDM系统，其特征在于，所述OvXDM系统为OvTDM系统、OvFDM系统、OvCDM系统、OvSDM系统或OvHDM系统。

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