CN108616331B - 一种基于lte的无线通信系统解码方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于LTE的无线通信系统解码方法，包括以下步骤：（1）建立网格图；（2）判断最优路径；（3）译码输出。通过上述方式，本发明基于LTE的无线通信系统解码方法通过多次迭代将所有不可能的状态排除，只有和接收序列最相似的咬尾路径的起始状态才幸存下来，最后算法收敛到最优的咬尾路径输出，此外，它还通过得到的幸存咬尾路径来更新最大似然咬尾路径的度量值或者从起始状态中将不可能的起始状排除，有效地解决了循环陷阱问题导致的算法不收敛性，解决了咬尾卷积码没有实用的最优译码算法的困境，在基于LTE的无线通信系统解码方法的普及上有着广泛的市场前景。

Description

一种基于LTE的无线通信系统解码方法
技术领域
本发明涉及通信领域，特别是涉及一种基于LTE的无线通信系统解码方法。
背景技术
在LTE无线通信系统中，物理层涉及到信息的编码解码处理，其中咬尾卷积码就是其中一种，咬尾卷积码模块就是对控制信息和广播信道进行信道编码，增强鲁棒性，克服了码率损失的问题，并且适合迭代译码，该方法基于循环维特比译码算法，根据接收到的软信息序列，通过迭代对不可能的起始状态逐一排除，最终寻找到最优咬尾路径。LTE系统的卷积码编码器采用了咬尾编码方法，编码器开始工作时要进行特殊的初始化，将输入信息比特的最后m个比特依次输入编码器的寄存器中，当编码结束时，编码器的结束状态与初始状态相同。由于这个编码方法没有出现尾比特，因此称为咬尾编码。咬尾编码减少了尾比特的编码开销。对于咬尾编码方法，在译码过程中，由于编码器的初始状态和结尾状态是未知的，因此就需要增加一定的译码复杂度，才能确保好的译码性能。
在无线通信系统中，对于物理层解码时间的要求还是比较苛刻的，所以要提供一种更高效，可靠的解码方案，针对咬尾卷积码循环为特比算法进行优化，现有的无线基站系统是解码方案确实提高运算速度和可靠性，误码率已经降到最低，但是在时间的优化上还有待进一步改进，因为按照循环解码机理，会出现复杂度升高，从而导致解码时间过长的弊端。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种基于LTE的无线通信系统解码方法，通过多次迭代将所有不可能的状态排除，只有和接收序列最相似的咬尾路径的起始状态才幸存下来，最后算法收敛到最优的咬尾路径输出；此外，它还通过得到的幸存咬尾路径来更新最大似然咬尾路径的度量值或者从起始状态中将不可能的起始状排除，有效地解决了循环陷阱问题导致的算法不收敛性，解决了咬尾卷积码没有实用的最优译码算法的困境，降低了现有译码方案的复杂度，节约了解码时间，保证了译码效率，降低时延，节约解码成本，在基于LTE的无线通信系统解码方法的普及上有着广泛的市场前景。
为解决上述技术问题，本发明提供一种基于LTE的无线通信系统解码方法，包括以下步骤：
（1）建立网格图：
建立网格图，需要得到咬尾卷积编码的约束长度和编码速率，其中，
约束长度=寄存器个数N+1，即能输出信号到加法器的点的和，寄存器个数N为6，故约束长度为7，
编码速率：若以（k,n,m）来描述卷积码，其中k为每次输入到卷积编码器的bit数，n为每个k元组码字对应的卷积码输出n元组码字，m称为约束长度，编码速率k/n，这里一路输入有三路输出，k=1，n=3，故码率为1/3，
根据咬尾卷积编码的约束长度为7、码率为1/3建立网格图；
（2）判断最优路径：
记咬尾网格图长度为L、记在位置l处的状态空间为Sl，译码最佳路径累积度量值从第一次迭代中的l=0开始累加，第i次迭代结束得到相应的最佳路径，由于咬尾网格图具有循环性，在咬尾网格图上的译码过程可以从任意的位置开始，之中得到的最大似然结果都是相同的，利用咬尾网格图的循环性；
（3）译码输出：
记码块长度为K、寄存器个数为N，
（a）将所有开始状态的度量值进行初始化，设置为0，
（b）从开始的所有2N个状态来做译码加选比操作，向前运算到时刻t=linit，其中linit为滑动窗大小，
（c）在t=linit时刻，选择最小度量值路径，将其他路径的度量值重新设置为一个较大的值，继续进行译码操作，运算到时刻t=2linit-1modK，
（d）译码输出t=linit 时刻的数据符号，将linit赋值给If，然后将滑动窗减小为lf，向后做K-1个时刻的加选比操作，并得到剩余的k-1个数据符号的译码输出。
在本发明一个较佳实施例中，步骤（2）中利用接收到的信道输出序列计算出一个可信度高的译码位置，从该位置开始进行译码。
在本发明一个较佳实施例中，咬尾译码的复杂度是2N个状态，所述基于LTE的无线通信系统解码方法的咬尾解码原理输入数据为8字节、编码速率为1/3码率，故输入数据为3*8=24个数据。
本发明的有益效果是：本发明基于LTE的无线通信系统解码方法通过多次迭代将所有不可能的状态排除，只有和接收序列最相似的咬尾路径的起始状态才幸存下来，最后算法收敛到最优的咬尾路径输出；此外，它还通过得到的幸存咬尾路径来更新最大似然咬尾路径的度量值或者从起始状态中将不可能的起始状排除，有效地解决了循环陷阱问题导致的算法不收敛性，解决了咬尾卷积码没有实用的最优译码算法的困境，降低了现有译码方案的复杂度，节约了解码时间，保证了译码效率，降低时延，节约解码成本，在基于LTE的无线通信系统解码方法的普及上有着广泛的市场前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述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它的附图，其中：
图1是本发明的基于LTE的无线通信系统解码方法一较佳实施例的1/3编码率的咬尾卷积编码器的原理示意图；
图2是本发明的基于LTE的无线通信系统解码方法一较佳实施例的咬尾网格图；
图3是本发明的基于LTE的无线通信系统解码方法一较佳实施例的流程示意图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-图3，本发明实施例包括：
一种基于LTE的无线通信系统解码方法，包括以下步骤：
（1）建立网格图：
建立网格图，需要得到咬尾卷积编码的约束长度和编码速率，其中，
约束长度=寄存器个数N+1，即能输出信号到加法器的点的和，寄存器个数N为6，故约束长度为7，
编码速率：若以（k,n,m）来描述卷积码，其中k为每次输入到卷积编码器的bit数，n为每个k元组码字对应的卷积码输出n元组码字，m称为约束长度，编码速率k/n，这里一路输入有三路输出，k=1，n=3，故码率为1/3，
根据咬尾卷积编码的约束长度为7、码率为1/3建立网格图；
（2）判断最优路径：
记咬尾网格图长度为L、记在位置l处的状态空间为Sl，译码最佳路径累积度量值从第一次迭代中的l=0开始累加，第i次迭代结束得到相应的最佳路径，由于咬尾网格图具有循环性，在咬尾网格图上的译码过程可以从任意的位置开始，之中得到的最大似然结果都是相同的，利用咬尾网格图的循环性；
（3）译码输出：
记码块长度为K、寄存器个数为N，
（a）将所有开始状态的度量值进行初始化，设置为0，
（b）从开始的所有2N个状态来做译码加选比操作，向前运算到时刻t=linit，其中linit为滑动窗大小，
（c）在t=linit时刻，选择最小度量值路径，将其他路径的度量值重新设置为一个较大的值，继续进行译码操作，运算到时刻t=2linit-1modK，
（d）译码输出t=linit 时刻的数据符号，将linit赋值给If，然后将滑动窗减小为lf，向后做K-1个时刻的加选比操作，并得到剩余的k-1个数据符号的译码输出。
优选地，步骤（2）中利用接收到的信道输出序列计算出一个可信度高的译码位置，从该位置开始进行译码，可以发现译码器能够很快地收敛到最优解。
优选地，咬尾译码的复杂度是2N个状态，所述基于LTE的无线通信系统解码方法的咬尾解码原理输入数据为8字节、编码速率为1/3码率，故输入数据为3*8=24个数据。
针对咬尾译码的流程，译码复杂度是2N个状态，子载波携带数据是64，因为1/3编码率，所以维特比译码输入数据是3*64=192个数据，因为输入矩阵是按字节输入，所以在维特比译码可以按照咬尾解码原理输入8字节数据，1/3码率，输入数据为3*8=24个数据，这样就简化了迭代次数，优化后对系统解码时间进行测试，解码时间如下；
1/3码率输入数据 时间
64*3 12.6ms
8*3 7.8ms
在不影响解码效果的同时减少了解码时间，而且同样遵循咬尾卷积码解码规则。
本发明基于LTE的无线通信系统解码方法的有益效果是：
通过多次迭代将所有不可能的状态排除，只有和接收序列最相似的咬尾路径的起始状态才幸存下来，最后算法收敛到最优的咬尾路径输出；此外，它还通过得到的幸存咬尾路径来更新最大似然咬尾路径的度量值或者从起始状态中将不可能的起始状排除，有效地解决了循环陷阱问题导致的算法不收敛性，解决了咬尾卷积码没有实用的最优译码算法的困境，降低了现有译码方案的复杂度，节约了解码时间，保证了译码效率，降低时延，节约解码成本。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (3)

1.一种基于LTE的无线通信系统解码方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）建立网格图：
建立网格图，需要得到咬尾卷积编码的约束长度和编码速率，其中，
约束长度=寄存器个数N+1，即能输出信号到加法器的点的和，寄存器个数N为6，故约束长度为7，
编码速率：若以（k,n,m）来描述卷积码，其中k为每次输入到卷积编码器的bit数，n为每个k元组码字对应的卷积码输出n元组码字，m称为约束长度，编码速率k/n，这里一路输入有三路输出，k=1，n=3，故码率为1/3，
根据咬尾卷积编码的约束长度为7、码率为1/3建立网格图；
（2）判断最优路径：
记咬尾网格图长度为L、记在位置l处的状态空间为Sl，译码最佳路径累积度量值从第一次迭代中的l=0开始累加，第i次迭代结束得到相应的最佳路径，由于咬尾网格图具有循环性，在咬尾网格图上的译码过程可以从任意的位置开始，之中得到的最大似然结果都是相同的，利用咬尾网格图的循环性；
（3）译码输出：
记码块长度为K、寄存器个数为N，
（a）将所有开始状态的度量值进行初始化，设置为0，
（b）从开始的所有2N个状态来做译码加选比操作，向前运算到时刻t=linit，其中linit为滑动窗大小，
（c）在t=linit时刻，选择最小度量值路径，将其他路径的度量值重新设置为一个较大的值，继续进行译码操作，运算到时刻t=2linit-1modK，
（d）译码输出t=linit 时刻的数据符号，将linit赋值给If，然后将滑动窗减小为lf，向后做K-1个时刻的加选比操作，并得到剩余的k-1个数据符号的译码输出。
2.根据权利要求1所述的基于LTE的无线通信系统解码方法，其特征在于，步骤（2）中利用接收到的信道输出序列计算出一个可信度高的译码位置，从该位置开始进行译码。
3.根据权利要求1所述的基于LTE的无线通信系统解码方法，其特征在于，咬尾译码的复杂度是2N个状态，所述基于LTE的无线通信系统解码方法的咬尾解码原理输入数据为8字节、编码速率为1/3码率，故输入数据为3*8=24个数据。
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