CN1153356C - 使用软输出维特比算法的涡轮解码方法、解码器及其通信装置 - Google Patents

Abstract

为了从利用SOVA算法的turbo解码器得到最好的性能，使用一种规一化单元(27)。通过利用规一化，解码器的复杂性增加。为了降低复杂性，提议不对所有的解码单元(27，33)输出规一化。用这种方法，计算复杂性被降低，性能上只是稍有影响。

Description

使用软输出维特比算法的涡轮解码方法、 解码器及其通信装置

发明领域

本发明涉及一种利用软输出Viterbi算法的涡轮(Turbo)解码器，一种包括这样一种涡轮解码器的移动通信设备以及涉及一种利用软输出Viterbi算法(SOVA)的涡轮解码方法。

背景技术

涡轮编码方法首先由Berrou等人在下文中提出：“Near ShannonLimit Error-Correcting Coding and Decoding：Turbo-Codes”，Proc.IEEE Conference on Communications(ICC 93)，第1064至1070页，1993。对涡轮编码方法很有兴趣是由于可达到显著的BER性能。涡轮解码方法组合了迭代解码，软入/软出解码，递归系统卷积(RSC)编码和随机插入的概念。

涡轮编码方法(和相应的解码方法)可按平行或者串行级联方案来实现。本发明涉及两种方案。对于平行的情况，编码器由两个或多个编码单元组成，这些单元发送编码插入和非插入型式的输入数据流。图8示出一个适合于采用两个编码单元的平行系统的例子。

对于串行级联方案，串联使用两个或多个编码单元。第一编码单元对输入数据流编码。(对于具有两个编码单元的编码方案的情况，此编码器被称为外部编码器)。然后，第一编码单元的输出被传送到一个插入器，其输出送给第二编码单元。然后该结构按系统中编码单元的数目重复。图9示出利用两个编码单元(编码器1，编码器2)的一种串行系统的例子。

一种典型的涡轮解码器由两个或多个软入/软出解码器组成，在一个迭代环中对已编码流解码。共同使用两类软入/软出解码器，也就是最大后验(MAP)和软输出Viterbi算法(SOVA)。MAP得到比SOVA高的性能(对于给定的迭代次数来说)，但有较高复杂性的弊端。在本发明的结构中只考虑SOVA涡轮解码器。

从US-A-5,537,444中提出一种扩展目录输出和软符号输出的Viterbi算法。

正如从下文中已知：Papke，Robertson，“lmproved DecodingWith the SOVA in a Parallel Concatenated(Turbo-Code)Scheme”，Proc IEEE Conference on Communications(ICC96)，第102至106页，1996，由SOVA解码器产生的非固有信息是太乐观了。为了改进性能，文中建议对在每个SOVA解码器输出上的非固有信息乘以归一化因数。图3示出分别在每个解码单元25和30以后带有归一化单元27，33的一种平行涡轮解码器的简要表示图。

在图5中示出一种串行涡轮解码器的简要表示图。

对于解码单元i的归一化因数由下式给出：

$c_i=m_i\frac{2}{{{\mathrm{\σ}}_i}^2}---\left(1\right)$

其中m_i是来自解码单元i的非固有信息的平均值，σ_i ²是来自解码单元i的非固有信息的方差。从图3很清楚，对每个解码单元25和30分别提供的归一化单元27，33，将额外的复杂性(增加帧的规模)添加到涡轮解码器。

一种对SOVA涡轮解码器降低归一化技术的方法由Blazek等人在下文中提出：“ADSP-based lmplementation of the TurboDecoder”Proc.IEEE Global Telecommunications Conference(GLOBECOM9 8)，Sydney，Australia，第3201至3205页，1998。依据这种技术对c_i使用一个随每次迭代增加的恒定值：

c_i＝b_i+na_i                  (2)

其中b_i是基值，a_i是迭代增量，n是迭代次数。虽然这种方法具有非常低的复杂性(不需要复杂的计算)，但必须找到对所有情景都合适的数。

发明内容

本发明的目的是进一步降低对SOVA涡轮解码器归一化的复杂性。

根据本发明的第一个方面，提供一种使用软输出维特比算法的涡轮解码方法，其中：

使用多个有效解码单元，即使用被使用几次的一个解码单元或至少两个解码单元；

用归一化因数将解码单元的输出归一化；

其特征在于：

仅涡轮解码器的有效解码单元的一部分以工作中可变的归一化因数归一化，而其它有效解码单元的部分以时间常数归一化因数归一化。

根据本发明的第二个方面，提供一种使用软输出维特比算法的涡轮解码器，该解码器包括多个有效解码单元，即被使用几次的一个解码单元或至少两个解码单元，并且由归一化单元将解码单元的输出归一化，

其特征在于：

仅涡轮解码器的有效解码单元的一部分以工作中可变的归一化因数归一化，而其它有效解码单元的部分以时间常数归一化因数归一化。

依据本发明第三个方面提供一种包括以上提出的涡轮解码器的移动通信设备。

根据由有关解码单元产生的非固定信息的平均值和方差计算归一化因数。另一种方案是一种随每次迭代增加的恒定值可用作时间可变的归一化因数(如取自Blazek等人的)。

可用一种平行级联方案实现涡轮解码方法。

通过以下对一种连同附图的实施方案的详述使本发明的进一步的特点、优点和特征更为明显。

附图简述

图1简要地示出可以采用本发明的一种无线传输链，

图2示出本发明的一种简要表示，

图3示出一种带有归一化单元的已知SOVA涡轮解码器的简要表示，是按平行方案工作的，

图4示出一种带有非归一化单元的SOVA涡轮解码器的简要表示，是按串行方案工作的，

图5示出一种带有非归一化单元的已知SOVA涡轮解码器的简要表示，是按串行方案工作的，

图6示出一种仿真的结果，

图7示出一种进一步的仿真结果，将本发明的效果与现有技术的效果作比较，

图8简要示出一种并行涡轮编码器，和

图9简要示出一种串行涡轮编码器。

优选实施例详述

现在将参考图1概括地解释依据本发明的一种传输系统，如图1所示，不同的数据可以以无线方式发送。要发送的数据可包括来自电话1、23的话音数据，来自例如，要发送到监视器20的摄象机5的数字视频数据，和其他的数字信息数据，例如，来自要发送到另一台计算机19的计算机6的数据。来自电话1的模拟话音数据被A/D转换2和语音编码3，然后加到信道编码器4。例如，来自摄象机5或来自计算机6的数据也被提供给信道编码器4。不同的数据，例如，话音数据和视频数据可被同时发送。来自信道编码器4的数据被加到内插入器7，然后加到提供符号映象的调制器8。来自调制器8的已调数据被D/A转换9和向上转换10，被向上转换的数据被放大11，然后在无线传输路径12上发送。

在接收侧，接收到的数据位流被在基带下转换器13中下转换。从基带下转换器13输出的下转换数据被在A/D转换器14中数字化并输入到解调器15。解调器15的输出被通过去内插入器16、信道解码器18、话音解码器21传送，然后在D/A转换器22中被D/A转换。最后模拟数据在一个终端，例如电话23上输出。显然，数字数据可直接从信道解码器18提供给例如，视频监视器20或计算机终端19。

将参考图2解释一种依据平行方案的SOVA涡轮解码器。

要解码的位流首先在串/并转换单元24中进行串/并转换。串/并转换单元24的输出被供给第一解码单元25，第一解码单元25的输出，第二解码单元30的输入以及内插入器29的输入。从第一解码单元25的输出减去来自去内插入器26的输出以及第一解码单元25的输入。因此第一解码单元25的已处理输出通过归一化单元27进行归一化，使得第一解码单元25的已处理输出被乘以在涡轮解码器34的操作期间可变的归一化因数。归一化后的数据被供给内插入器28，内插入器28的输出与内插入器29的输出和串/并转换后的数据一道加给第二解码单元30的输入，分别从第二解码单元30的输出减去第一和第二内插入器28和29的输出。因而第二解码单元30的处理后输出被回送到去内插入器26并从而送到如上所述的第一解码单元25的输入和输出侧。

注意，在硬件实现中提供两个解码单元是不必要的。两个“有效的”解码单元是足够的。“两个有效的解码单元”意味着在硬件实现中或者提供两个或多个解码单元，或者在硬件实现中一个解码单元被使用两次或多次。

第二解码器单元30的输出信号被加给去内插入器31。在去内插入器31的输出32上提供被估计的解码数据。

从图2可见，只在第一解码单元25的输出侧上提供归一化单元27。对于第二解码单元30，不提供归一化单元。

对于第二解码单元30不提供归一化单元的事实也可以表达成第二解码单元30的输出并未用在时间上和/或SOVA涡轮解码器的操作中可变的非归一化因数来归一化。

图4示出依据串行方案的一种SOVA涡轮解码器。注意，与图2(示出平行的情况)作比较，提供了一种附加的去内插入器35。依据图2例子的内插入器29被略去。

因此，只有一个SOVA输出的子集被归一化，特别是，归一化因数可以是：

$c_1=m_1\frac{2}{{\mathrm{\σ}}_1}---\left(3\right)$

c₂＝1              (4)

在这种情况下，可以降低SOVA涡轮解码器复杂性，并且因为来自归一化单元27的被正确归一化的非固定信息被送到第二解码单元30，它对由第二解码单元30产生的非固定信息也有间接的影响。

为了研究所提出的概念的性能，在一个AWGN信道上进行仿真。仿真的参数被概述在下表中：

编码器连接	〔1，N(D)/G(D)G(D)＝1+D2+D3+D4N(D)＝1+D+D2+D4
		编码率	1/3
帧的规模	1000
		解码窗的大小	整帧
SOVA窗大小	30位
		SOVA刷新规则	Hagenauer
内插入器类型	随机
		迭代	6

仿真结果示于图6和7中，示出对于无归一化SOVA的BER，带正常归一化和只带对第一解码器归一化。

图6示出在2dB E_b/N_o上不同归一化方案对迭代的性能。正如通过只对第一解码器归一化可见，没有收敛的问题。在非归一化情况下性能被大大地改善，其性能极其接近对两个解码器归一化的传统方案。

图7示出在6次迭代后BER对E_b/N_o。正如在3×10^-5的BER上可见，在对两个解码器归一化和只对第一解码器归一化之间所需的E_b/N_o有0.25dB的差别。在对两个解码器非归一化和归一化之间的差别是比较大的。

已被示出，只对涡轮解码器中SOVA解码器的一个子集归一化得到非常好的性能。在计算复杂性需要降低的某些情况下可以利用这个概念。此外，如果解码器被作为一个平行处理解码器来实现，门的数目可以降低。如果SOVA涡轮解码器被用于范围广泛的不同情况下(也就是变化的多径信道)，它可以对由Blazek等建议的方法提供增强的性能，但缺点是稍微增加了复杂性。使用此技术或不使用的决策可取决于所需的BER。如果对于我们已选取的参数，目录BER低于5×10^-5是所需的。对两个解码器使用归一化可能是优选的，因为所需的迭代次数少于如果只有一个解码器被归一化的情况。

因此本发明描述一种对在涡轮解码器中使用的软输出Viterbi算法(SOVA)降低复杂性的归一化技术。对SOVA解码器来说，归一化是需要的，因为产生的非固有信息是太令人乐观了。传统的归一化技术包含计算由涡轮解码器中的所有SOVA解码器产生的非固有信息的平均值和方差。新提出的技术只对SOVA解码器的一个子集实施这种计算。

指出这点是重要的，即涡轮解码器可由多于一个解码器组成。这取决于在编码器中使用多少解码器。在解码环中也可使用多于两个解码器。而且指明应用于平行级联编码情况的数字结构是重要的。

Claims (13)

1.一种使用软输出维特比算法的涡轮解码方法，其中：

使用多个解码单元；

用归一化因数将解码单元的输出归一化；

其特征在于：

仅涡轮解码器的一个部分的解码单元以工作中可变的归一化因数归一化，而其它部分的解码单元则以时间常数归一化因数归一化。

2.如权利要求1的涡轮解码方法，其特征在于时间常数归一化因数等于1。

3.如权利要求1或2的涡轮解码方法，其特征在于仅其上加有前级解码单元的归一化输出的解码单元才被用时间常数归一化因数归一化。

4.如权利要求1或2的涡轮解码方法，其特征在于使用了两个解码单元，其中第一个解码单元以工作中可变的归一化因数进行归一化，而第二个解码单元以时间常数归一化因数归一化。

5.如权利要求1或2的涡轮解码方法，其特征在于根据由相关的解码单元产生的非固有信息的平均值和方差计算归一化因数。

6.如权利要求1或2的涡轮解码方法，其特征在于该解码方法是以平行级联方案实施的。

7.一种使用软输出维特比算法的涡轮解码器，该解码器包括多个解码单元，并且由归一化单元将解码单元的输出归一化，

其特征在于：

仅涡轮解码器的一个部分的解码单元以工作中可变的归一化因数归一化，而其它部分的解码单元以时间常数归一化因数归一化。

8.如权利要求7的涡轮解码器，其特征在于时间常数归一化因数等于1。

9.如权利要求7或8的涡轮解码器，其特征在于仅其上加有前级解码单元的归一化输出的解码单元才被用时间常数归一化因数归一化。

10.如权利要求7或8的涡轮解码器，其特征在于使用了两个解码单元，其中第一个解码单元以工作中可变的归一化因数进行归一化，而第二个解码单元以时间常数归一化因数归一化。

11.如权利要求7或8的涡轮解码器，其特征在于根据由相关的解码单元产生的非固有信息的平均值和方差计算归一化因数。

12.如权利要求7或8的涡轮解码器，其特征在于该解码器呈平行级联结构。

13.一种移动通信装置，其特征在于包括权利要求7的全部内容，但删除“其特征在于”。

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