CN1179036A - 韦特比解码器中的同步方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种韦特比解码器中的用于执行快速同步的同步装置,包括:一相位转动器;一解紧缩单元;一位误差计数器,用于对解码数据进行卷积编码,并与来自解紧缩单元的解紧缩数据进行比较,对获得的位误差进行计数;一存储单元,用于存储经同步后的信道的码率;及一判定单元,用于使用来自位误差计数器的计数值,检测当前接收的信道的一码率,使用检测的码率或存储在存储单元中的码率,执行相位同步和模式同步。

Description

韦特比解码器中的同步方法及装置

本发明涉及一韦特比解码器中的同步方法及装置，且更具体地，涉及用于在以预定的紧缩(puncturing)模式被紧缩的卷积码的韦特比解码期间执行快速且有效的同步的同步方法和装置。

通常，韦特比算法被用作为对卷积码进行最大似然解码的实用且有效的方法。在韦特比算法中，在一任意状态相会合的两不同路径的路径距离通过使用一格子图(trelis diagram)而被比较。通过该比较，具有一较短距离的路径，即最短误差发生可能性的一路径被选择作为一残存(survivor)路径。使用韦特比算法的一韦特比解码器例如被用作进行卫星通信系统中的误差修正，这是由于该解码器具有高的随机误差修正能力。

在数字通信系统中，紧缩编码技术被用来为具有有限带宽的信道获得一高传输率。具有n/(n+1)形式的码率通过该技术而被紧缩的码可通过一码率1/2韦特比解码器被处理。在传输之前，通过从码率1/2卷积编码的数据流中删去某些码字而生成被紧缩的码。这样就提高了向前误差修正(FEC)系统的码率，该码率是指信息位率与被发送码字速率的比率。

在一使用正交相移键控(QPSK)调制的传输信道中，使用紧缩编码技术的一码率3/4(R＝3/4)编码系统在此将被提出作为一例子。各传输符号D(n)由两码字C0(n)和C1(n)组成。在来自一码率1/2卷积编码器的三个被编码的符号中，在通过信道进行传输之前，以一特定模式被紧缩的每六个码字中的两个不被发送。例如，根据相应的紧缩模式，符号D(1)的码字C0(1)和C1(1)被发送作为一不调制的单一的Qpsk符号，并且符号D(2)和D(3)的码字C0(2)和C1(3)被分别紧缩。符号D(2)和D(3)的其余码字C1(2)和C0(3)分别被形成为一新符号用于传输。结果，总共四个码字被发送用于信息位D(1)、D(2)和D(3)，结果是一码率3/4码。

下表1表示由欧洲数字视频广播标准所定义的五种码率的紧缩模式的一个例子。

                   表1

码率	紧缩模式	发送序列
			1/2	X：1Y：1	x1y1
2/3	X：10Y：1	x1y1y2
			3/4	X：101Y：110	x1y1y2x3
5/6	X：10101Y：11010	x1y1y2x3y4y5
			7/8	X：1000101Y：1111010	x1y1y2y3y4x5y6x7

通过以“空”或“擦除的”码字替代由编码器的紧缩电路所删除的码字，在解码器接收的符号被记录成原始码字。即，如果编码器紧缩模式与解码器空插入序列相一致，将只有一紧缩编码处理是有效的，否则，就会产生同步的问题。在使用紧缩编码技术的数字通信系统的接收节点上，首先，发送符号的码率应被抓住，其次，当根据发送符号的紧缩模式进行解紧缩时，同步化被执行。为此，在欧洲或美国制造的FEC芯片具有自动解紧缩的功能。然而，有一些具有人工码率选择功能及自动解紧缩功能，这是因为自动解紧缩功能不是总能正确地操作。

图1示出了包括一常规的同步电路的韦特比解码器的方框图，韦特比解码器包括一相位转动器100、一解紧缩单元102、一韦特比解码单元104、一位误差计数器106、一信道数据位计数器108和一判定单元110。

在图1中，相位转动器100接收自QPSK解调器(未示出)解调的同相I信道数据和正交相Q信道数据，根据来自判定单元110的相位转动信号转动它们的相位，并将带有转动后的相位的I和Q信道数据输出给解紧缩单元102。

解紧缩单元102对自相位转动器100输出的信号执行解紧缩。在此时，应执行对应于发送节点的码率的解紧缩。另外，解紧缩单元102根据来自判定单元110的模式改变信号。改变紧缩模式以执行解紧缩。在解紧缩单元102中被解紧缩的数据被输入给韦特比解码单元104以被进行韦特比解码。被解码的数据然后被输入给位误差计数器106。

位误差计数器106对来自韦特比解码单元104的解码的数据再次进行卷积编码。然后，位误差计数器106将获得的经卷积编码的数据与来自解紧缩单元102的解紧缩后的数据进行比较，并对获得的位误差进行计数。来自位误差计数器106的计数值被输入给判定单元110作为一信道误差位率(CEBR)信号。

信道数据位计数器108接收该I信道数据和Q信道数据之一以相对于一预定周期计数信道数据位，并将计数值输出给判定单元110作为信道数据位率(CDBR)信号。

判定单元110通过一外部微型计算机(未示出)的清除信号被复位。接着，寻找发送的卷积码的码率，在设定从1/2至7/8的码率范围后，判定单元110顺序地对五个码率1/2、2/3、3/4、5/6和7/8执行码率检测操作。在该处理中，来自信道数据位计数器108的CDBR与一基准CDBR相比较。如果该CDBR与基准CDBR一致，来自误差位计数器106的CEBR与一相应于各码率的预定的CEBR阈值相比较。该对应于各码率的CEBR阈值是依据考虑到卫星电能的信道设备、天线尺寸及气候条件通过一计算机模拟而被确定的。如果该CEBR小于预定的CEBR阈值，判定单元110输出一同步信号给解紧缩单元102。否则，判定单元110分别输出一相位转动信号和一模式改变信号给相位转动器100和解紧缩单元102。而且判定单元110输出一外部同步标记信号给FEC芯片和里德-所罗门解码器(未示出)。

根据欧洲数字视频广播标准，有如表1中所示的五种码率1/2、2/3、3/4、5/6和7/8。因此，具有与各码率的分子一样多的紧缩模式。例如，当码率为7/8时，具有七种紧缩模式，而当码率为5/6时，具有五种紧缩模式。也就是说，由于存在有五种码率和对应于各码率的分子的紧缩模式、自动解紧缩装置应该检测当前接收的数据的码率以及该检测的码率的紧缩模式。而且，为了判定该相位是真还是假，也就是说为与该相位同步，该自动解紧缩装置应检测两种情况的相位同步。

然而，由于具有上述自动解紧缩功能的常规的同步方法及装置通过使用升序或降序的试错法来检测码率、紧缩模式和相位同步，因此不能执行有效的同步。即，首先，自码率1/2，模式同步和相位同步通过将测量的CEBR与CEBR的阈值相比较而被分析。如果测量的CEBR大于阈值CEBR，则试错处理继续对码率2/3的各模式同步和相位同步进行。类似地，该处理反复对码率3/4、5/6和7/8进行。在最差的情况下，同步所需的步骤总数为36步；即36＝2×1(当码率为1/2时)+2×2(当码率为2/3时)+2×3(当码率为3/4时)+2×5(当码率为5/6时)+2×7(当码率为7/8时)。因此，试错处理为进行精确的同步而耗费了大量的时间。更具体地，由于在不适宜的信道环境下不能适当地执行同步，而且上述整个同步过程对通过一遥控系统而被频繁地改变的各信道执行，常规的同步方法和装置不适宜执行快速同步。鉴于上述，本发明的一个目的在于提供一种韦特比解码器中的同步装置，用于在广播信道的频繁改变期间即使接收同一信道的信号，在预存对各信道同步的码率后，对相位同步和模式同步进行调整。

本发明的另一目的在于提供一种方法，用于通过假定一码率为5/6，对发送的以预定紧缩模式被紧缩的卷积码进行解紧缩和韦特比解码，将计算CEBR与一高/低阈值进行比较，确定这些卷积码的码率所属的码率组，并执行一码率检测处理、相位同步和模式同步，来执行一快速而有效的同步。

为了实现第一个目的，本发明提供了一种韦特比解码器中的用于执行快速同步的同步装置，该韦特比解码器用于根据一预定码率对发送的被QPSK调制且被紧缩的卷积码进行解码，该同步装置包括：

一相位转动器，用于根据一相位转动信号转动解调的同相位信道数据和正交相位信道数据的相位；

一解紧缩单元，用于根据一模式改变信号，对自相位转动器输出的数据进行解紧缩并将解紧缩后的数据提供给韦特比解码器；

一位误差计数器，用于对来自韦特比解码器的解码数据进行卷积编码，并将卷积编码后的数据与来自解紧缩单元的解紧缩数据进行比较，并对获得的位误差进行计数；

一存储单元，用于存储经同步后的信道的码率；及

一判定单元，用于使用来自位误差计数器的计数值，检测当前接收的信道的一码率，使用检测的码率或存储在存储单元中的码率，执行相位同步和模式同步，根据获得的同步结果分别将相位转动信号和模式改变信号提供给相位转动器和解紧缩单元，并将检测的码率提供给存储单元。

为了实现第二个目的，本发明提供了一种在韦特比解码器中用于执行快速同步的同步方法，该韦特比解码器用于根据具有第一组低码率和第二组高码率的多个码率中的一预定码率对发送的被QPSK调制和紧缩的卷积码进行解码，该方法包括有以下步骤：

a)以包括第一和第二组的多个码率中的一预定中间码率对该卷积码进行解紧缩和韦特比解码；

b)使用自步骤a)获得的韦特比解码数据，计算一信道位误差率；

c)将自步骤b)获得的信道误差率与一高/低阈值进行比较，并根据比较结果选择具有当前接收信道的码率的第一组或第二组；

d)任意地将码率改变成自步骤c)选择的第一组或第二组的码率中的一个，根据所改变的码率改变一相位和紧缩模式，并相对于改变的相位和紧缩模式对该卷积码进行解紧缩和韦特比稻码；

e)使用自步骤d)获得的韦特比解码数据，计算该信道位误差率，将该计算得到的信道位误差率与对应于步骤d)中的改变的码率的一同步阈值相比较，并根据比较结果确定是否取得了同步；及

f)如果在步骤e)未取得同步，相对于不同的码率、相位及紧缩模式重复步骤d)和步骤e)。

通过以下结合附图对本发明的优选实施例的详细描述，本发明的上述及其它目的、特征和优点将变得显然，附图中：

图1为具有常规的同步装置的韦特比解码器的方框图；

图2为具有根据本发明的同步装置的韦特比解码器的方框图；

图3A至3C为描述根据本发明的韦特比解码器中的一同步方法；及

图4为说明根据各码率的一信道位误差率和信噪比之前的关系的图形。

现参照附图中所说明的实例对本发明进行详细描述，附图中相同的参考数字表示相同或相似的部分。

图2示出了具有根据本发明的同步装置的韦特比解码器的方框图。该图2中所示的同步装置包括一相位转动器200、一解紧缩单元202、一韦特比解码单元204、一位误差计数器206、一存储单元209和一判定单元210。在此，存储单元209由一存储器209-1和一控制器209-2组成。

现将详细描述包括上述元件的韦特比解码器的同步操作。由于相位转动器200、解紧缩器202、韦特比解码单元204和位误差计数器206的操作类似于图1中的一常规同步装置的操作，在此省去对其的描述。因此将详细描述存储单元209和判定单元210的操作。

参见图2，当在判定单元210中对同步进行一次调整时，各被同步的信道的码率以一查找表的格式被存储在存储单元209的存储器209-1中。在此，各信道被看做为一信道的正常环境。在存储单元209的控制器209-2中，当通过在信道选择期间由一遥控器生成的信道选择信号所选择的信道为该同步信道时，相应信道的码率被从存储器209-1读出并被输出给判定单元210。否则，控制器209-2将一码率检测指令输入给判定单元210。

当自存储器209-1读取的码率经控制器209-2被提供给判定单元210时，不检测当前接收的卷积码的一码率，只相对于该码率在判定单元210中执行相位同步和模式同步。同时，当来自控制器209-2的码率检测指令被提供给判定单元210时，假定发送的卷积码的码率为5/6，在判定单元210中执行一解紧缩处理和一韦特比解码处理，并通过使用所获得的CEBR执行一同步。

图3A至3C示出了根据本发明的韦特比解码器中的同步方法的流程图。该同步方法包括一步骤311，以包括第一组低码率(在此为码率1/2，2/3和3/4)和第二组高码率(在此为码率5/6和7/8)的多个码率中的一预定中间码率(在此为码率5/6)对该卷积码进行解紧缩和韦特比解码；一步骤312，使用该经韦特比解码的数据，计算一信道位误差率；一步骤313，将该信道位误差率与码率5/6的一同步阈值相比较，并确定同步的完成；一步骤315，当未取得同步时，将该信道位误差率与一高/低阈值相比较，并根据比较结果，选择具有当前接收的信道的码率的第一组或第二组；步骤316和320，任意改变一码率成该选择的组中的码率之一，根据改变后的码率改变一相位和紧缩模式，并相对于改变后的相位和紧缩模式，对该卷积码进行解紧缩及韦特比解码；及步骤317至319和321至323，使用经韦特比解码后的数据，计算信道位误差率，将该计算得到的信道位误差率与对应于该改变后的码率的一同步阈值相比较，根据比较结果确定是否已取得同步，并如果未取得同步，相对于不同的码率，相位和紧缩模式重复进行同步。

图4示出了根据各码率的计算得到的CEBR与信噪比(SNR)之间的关系图形。X和Y轴分别表示SNR和CEBR。模拟及实验的结果表明当SNR较小时在码率5/6和码率7/8之间的区别不精细，及当SNR较小时只有低和高的码率被区别开。在图4中，为了从第二组低码率中区别出第一组高码率，CEBR必须对应于260.00×10^-3-280.00×10^-3的高/低阈值范围。在此，码率5/6和7/8属于第一组，而码率1/2，2/3，3/4属于第二组。

接着，参见图2至4，将详细描述本发明的同步方法。

如图3A至3C中所示，在步骤311中，分别在解紧缩单元202中和韦特比解码单元204中执行对卷积码的解紧缩处理和韦特比解码处理，假定当前接收的信道的码率为5/6。

在步骤312中，在位误差计数器206中对使用自步骤311得到的韦特比解码数据和解紧缩数据的一信道位误差率进行计算。该位误差计数器206再次对来自韦特比解码单元的解码的数据进行卷积编码。然后，该位误差计数器206将得到的经卷积编码的数据与来自解紧缩单元202的解紧缩数据进行比较，对得到的位误差进行计数，并输出计数值作为CEBR信号。

在步骤313中，自步骤312获得的信道位误差率被与码率5/6的一同步阈值比较。如果信道位误差率小于码率5/6的同步阈值，同步处理在步骤314完成。否则，步骤315被执行。

在步骤315中，如果在步骤313未取得同步，自步骤312获得的信道位误差率被与一高/低阈值相比较。如果自步骤312获得的信道位误差率大于该高/低阈值，根据步骤315中的该比较结果，具有当前接收的信道的码率的码率组被确定为第一组，并且步骤316至319被执行。同时，如果自步骤312获得的信道位误差率小于该高/低阈值，根据在步骤315中的该比较结果，具有当前接收的信道的码率的码率组被确定为第二组，并且步骤320至323被执行。

即，在步骤316中，一码率被随意改变成所选择的第一组中的码率之一，并且根据改变的码率，一相位和紧缩模式相对于可能存在的各种情况，例如在码率3/4中为六种，而被改变。在步骤317中，相对于改变的码率、相位和紧缩模式，执行对卷积码的解紧缩和韦特比解码。在步骤318中，使用自步骤317获得的韦特比解码数据，计算信道位误差率。在步骤319中，在步骤318计算的信道位误差率与对应于改变的码率的一同步阈值相比较。如果在步骤318计算的该信道位误差率小于对应该改变的码率的一同步阈值，该同步处理就完成了(步骤314)。否则，该同步处理返回到步骤316，步骤316至319被重复执行直至获得同步。

同时，在步骤320，一码率被随意改变成所选择的第二组中的码率之一，并且根据改变的码率，一相位和紧缩模式相对于可能存在的各种情况而被改变。在步骤321中，相对于改变的码率、相位和紧缩模式，执行对卷积码的解紧缩和韦特比解码。在步骤322中，使用自步骤321获得的韦特比解码数据，计算信道位误差率。在步骤323中，在步骤322中计算的信道位误差率与对应于改变的码率的一同步阈值相比较。如果在步骤322中计算的信道位误差率小于对应于该改变的码率的一同步阈值，该同步处理被完成(步骤314)。否则，同步处理返回到步骤320，重复执行步骤320至323直至获得同步。

根据本发明，假定码率为5/6，并且通过从高码率5/6和7/8中区别出低码率1/2，2/3和3/4来执行同步。因此，本发明的同步方法与以码率1/2，2/3，3/4，5/6和7/8的升序或降序的次序执行同步的常规方法相比，更加有效且消耗的时间更少。

另外，根据本发明，一旦最近接收的信道被同步，该同步的信息被存储在装在直接广播服务(DBS)接收机内的一分离的存储器中。当再接收到同一信道时，通过使用所存储的信息并绕过码率检测步骤来直接执行韦特比解码器的同步。即，当各同步的码率被存储在接收机中时，在对这些信道进行韦特比解码时，码率检测步骤被略去，而只需为同步考虑相位和模式。因此，可提供具有提高的效率的更简单的同步。而且，用于接收来自卫星广播媒介的数百个不同的数字信道的信号的DBS接收机即使在不适宜的信道环境下也可执行向前误差修正(FEC)。

如上所述，根据本发明，一旦存储了在一正常信道环境下的各同步的信道的码率，当在广播信道频繁改变期间同样的信道被再次接收时，或在不适宜的信道环境中接收这些信道时，只需通过使用存储的码率对相位和模式进行调整。

因此，当执行韦特比解码时，通过使用只有信道环境和紧缩模式才有的特性，可以提高的效率执行一快速且更有效的同步。

相对于当前被认为是最实用且最佳实施例对本发明进行了描述，但可以理解本发明并不限于所公开的实施例，而是相反地，期望覆盖在所附权利要求的精神和范围内所包括的各种修改和等效配置。

Claims (7)

1、一种韦特比解码器中的用于执行快速同步的同步装置，该韦特比解码器用于根据一预定码率对发送的被QPSK调制且被紧缩的卷积码进行解码，该同步装置包括：

一相位转动器，用于根据一相位转动信号转动解调的同相位信道数据和正交相位信道数据的相位；

一解紧缩单元，用于根据一模式改变信号，对自相位转动器输出的数据进行解紧缩并将解紧缩后的数据提供给韦特比解码器；

一位误差计数器，用于对来自韦特比解码器的解码数据进行卷积编码，并将卷积编码后的数据与来自解紧缩单元的解紧缩数据进行比较，并对获得的位误差进行计数；

一存储单元，用于存储经同步后的信道的码率；及

一判定单元，用于使用来自位误差计数器的计数值，检测当前接收的信道的一码率，使用检测的码率或存储在存储单元中的码率，执行相位同步和模式同步，根据获得的同步结果分别将相位转动信号和模式改变信号提供给相位转动器和解紧缩单元，并将检测的码率提供给存储单元。

2、根据权利要求1的同步装置，其特征在于所述判定单元开始以具有第一组低码率和第二组高码率的多个码率中的一中间码率执行码率检测操作。

3、根据权利要求2的同步装置，其特征在于在第一组包括码率1/2，2/3，和3/4及第二组包括码率5/6和7/8的情况下，所述中间码率为5/6。

4、根据权利要求1的同步装置，其特征在于所述存储单元包括：

一存储器，用于以一查找表的格式存储来自所述判定单元的检测的码率和一相应的信道；及

一控制器，用于根据一信道选择信号，控制所述存储器的写和读操作。

5、根据权利要求4的同步装置，其特征在于在一正常信道环境中的同步的信道的码率被存储在所述存储器中，且当同一信道在一不适宜的信道环境中被接收时，自所述存储器读取的同一码率被提供给所述判定单元。

6、一种在韦特比解码器中用于执行快速同步的同步方法，该韦特比解码器用于根据具有第一组低码率和第二组高码率的多个码率中的一预定码率对发送的而被QPSK调制和紧缩的卷积码进行解码，该方法包括有以下步骤：

a)以包括第一和第二组的多个码率中的一预定中间码率对该卷积码进行解紧缩和韦特比解码；

b)使用自步骤a)获得的韦特比解码数据，计算一信道位误差率；

c)将自步骤b)获得的信道误差率与一高/低阈值进行比较，并根据比较结果选择具有当前接收信道的码率的第一组或第二组；

d)任意地将码率改变成自步骤c)选择的第一组或第二组的码率中的一个，根据所改变的码率改变一相位和紧缩模式，并相对于改变的相位和紧缩模式对该卷积码进行解紧缩和韦特比解码；

e)使用自步骤d)获得的韦特比解码数据，计算该信道位误差率，将该计算得到的信道位误差率与对应于步骤d)中的改变的码率的一同步阈值相比较，并根据比较结果确定是否取得了同步；及

f)如果在步骤e)未取得同步，相对于不同的码率、相位及紧缩模式重复步骤d)和步骤e)。

7、根据权利要求6的同步方法，其特征在于在第一组包括码率1/2，2/3和3/4及第二组包括码率5/6和7/8的情况下，所述中间码率为5/6。

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