CN1233139C - 带宽有效的级联格码调制解码器及其解码方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种带宽有效的级联格码调制解码器和一种解码方法。通过应用特播码方法到码率为m/(m+1)的TCM，以补偿常规TCM和特播码的缺陷，提供的带宽有效的级联TCM可用于加强对抗ISI的稳定性，以及改进功率和带宽效率。在带宽有效的级联TCM中的新提供的解码方法利用SOVA算法，从而减小了解码器复杂度和路径存储量。另外，本发明提供带宽有效的级联TCM编码器和解码器，以具有并行转换，从而减小了带宽有效的级联TCM解码器的复杂度。

Description

带宽有效的级联格码调制解码器及其解码方法

技术领域

本发明涉及一种纠错解码器及其解码方法，用于信息在一个高速无线通信系统中可靠地发送和接收，本发明尤其涉及一种带宽有效的级联格码调制(TCM)解码器，该解码器是通过使具有有效克服衰落信道优点的特播码，与具有带宽有效优点的TCM相组合而实现的，本发明还涉及该解码器的解码方法。

背景技术

随着近年来信息社会的发展，要求更高的信息传输速率。因此，利用一个给定带宽有效传输大量信息的方案已得到研究。另外，考虑到移动性的重要意义，有关研究已集中在覆盖现有有线通信与无线通信控制的区域的方案。为满足这些要求，高速无线通信系统已提升到重要地位。

我们要求高速无线通信系统能利用一个给定带宽，高速、可靠地传输可能出现的大量信息。为实现这种可靠的高速无线通信，应能可靠地连通信息与附加到要传输信息上的少量冗余信息。另外，为使无线通信具有可靠性，以及确保可移动，一个通信系统应设计为能解决无线通信系统中出现的符号间干扰(ISI)。

一般来说，一个信道码的增益是从带宽扩展得到的。换句话说，要传输信息的可靠性是利用冗余来保证的。尽管纠错能力随所使用的这种附加位数量的增加而增强，但同时数据传输率降低，从而减小了带宽效率。换句话说，确保可靠性所付的代价是数据传输率的降低，或发射功率的增加。通常，三个变量，即功率、带宽和差错概率处于一种折衷关系，以便牺牲其中一个因素来换取另一因素。

为克服这个问题，一种能获得编码增益，而不用扩展带宽的被称为TCM调制技术，与Ungerboeck引入的一种编码技术组合起来。TCM主要目的是得到更好的编码增益，而与未执行编码情况下的带宽相比，不用增加带宽。这似乎违背了功率、带宽和差错概率之间的折衷关系，但这可认为是，受由TCM所获得的编码增益与解码器复杂度之间的折衷关系的影响。

TCM是通过组合一个多电平/相位调制信号集与一种格码方案实现的。在TCM中，一个信号集可认为是一个冗余。换句话说，一个信号集中的预定2^m个信息比特增加到2^m+1，接着该信号集被编码，以便获得编码增益，但解码器的复杂度增加。根据TCM，信息比特可通过一个加性高斯白噪声(AWGN)信道高速传输。因此，可增加带宽效率。然而，TCM的缺点在于，在衰落信道中可靠性大为降低，这是因为它对ISI相当敏感。因此，即使TCM有上述优点，但在无线通信领域被忽视，现在仅存于无线通信的MODEM领域。

一种特播码方法被引入作为信道码领域的级联编码和迭代译码。1993年由Berrou发布的特播码方法，是一种强有力的纠错编码方法，它能实现低信噪比(SNR)，且能使由于信号失真，如衰减、ISI和AWGN等引起的差错概率减少到最小。在码率为1/2的特播码方法中，特播编码器生成公式为G1＝37和G2＝21，而交织器的大小为256x256，具有极佳的纠错性能，以便在AWGN信道，译码迭代数为18时，对Pe＝10^-5的比特差错概率，Eb/N0为0.7dB。由于具有极佳的纠错能力和对衰减和干扰的稳定性，特播码最近在有线和无线通信领域区域趋于用作信道码。

然而，由于其结构特点，特播码通常码率最多为1/2。换句话说，等于和多于要传输的信息比特的附加比特应与该信息比特一起传输，以便数据传输率降低，而且带宽效率低。然而，特播码对衰落信道性能稳定，以便利用特播码具有极佳纠错性能的优点，能在高速无线通信信道中克服衰减。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的是提供一种带宽有效的级联格码调制(TCM)解码器，用于组合特播码和TCM，以克服特播码的低码速，以及TCM相对于衰落信道的削弱，本发明还提供该解码器的一种解码方法。

因此，为实现本发明的上述目的，本发明提供了一种带宽有效的级联格码调制(TCM)解码器，包括：

分接器，用于分发已由带宽有效的级联TCM编码器编码、且通过信道接收的预定数量的符号；

第一到第N个TCM解码设备，其中N为大于2的整数，每个解码设备用于接收当前先验概率以及由所述分接器分发的符号，生成检测值和所述检测值的非本征值，以及利用所述非本征值乘以所述检测值，以生成新的先验概率；

数据检测器，用于在所述第一到第N个TCM解码设备所执行的操作被重复预定次数之后，检测从第N个TCM解码设备输出的最后数据；

其中所述第一到第N个TCM解码设备以环路形式相连，而且它们中的每个设备均生成先验概率，并将其传输到下一个TCM解码设备作为当前的先验概率；以及

零号解码器，用于从所述分接器接收所有预定数量的符号，生成初始先验概率，以及为所述第一解码器提供所述初始先验概率，以减小初始解码误差。

一方面，本发明提供了一种带宽有效的级联TCM编码器，该编码器包括一个基本TCM编码设备，用于接收一个预定的m比特数据序列，每个数据递归地生成一个奇偶校验位，而且映射一个包含该奇偶校验位的(m+1)比特的码字序列到M-电平符号；至少一个附加TCM编码设备，用于接收该预定的m比特数据序列，以一种预定方式成对交织该m比特数据序列，成对交织的数据序列中的每个数据递归地生成一个奇偶校验位，而且映射一个包含该奇偶校验位的(m+1)比特的码字序列到M-电平符号，而且以对应该预定方式的方式，成对去交织该M-电平的符号；以及一个开关，用于删截基本TCM编码设备以及至少一个附加TCM编码设备的输出。

另一方面，本发明提供了一种带宽有效的级联TCM解码器，它包括一个分接器，用于分发已由一个带宽有效的级联TCM编码器编码、且通过一个信道被接收的预定数量的符号；第一到第N TCM解码设备(N为大于2的整数)，每个解码设备用于接收一个当前先验概率，以及由该分接器分发的符号，生成一个检测值和该检测值的非本征值，并且用该非本征值乘该检测值，以生成一个新的先验概率；以及一个数据检测器，用于检测第一到第N TCM解码设备所执行的操作重复预定次数后，从第N TCM解码设备输出的最后数据。第一到第N TCM解码设备以环路形式相连，而且它们中的每个设备均生成一个先验概率，并将其传输到下-TCM解码设备作为当前的先验概率。

本发明还提供了一种带宽有效的级联格码调制(TCM)解码方法，包括步骤：

(a)根据接收的预定数量的符号生成初始先验概率；

(b)将检测值与所述检测值的非本征值一起相乘，所述检测值和其非本征值是利用所述接收的预定数量符号中的一些符号和所述初始先验概率生成的，以生成新的先验概率；

(c)将所述新的先验概率设定为当前先验概率，通过使用已经被成对交织的所述当前先验概率以及一部分接收到的符号来得到检测值与所述检测值的非本征值，并且将所述检测值与所述非本征值相乘，以生成另一个先验概率；以及

(d)利用步骤(c)中生成的先验概率替代步骤(b)中生成的初始先验概率，而且重复步骤(b)和(c)预定次数，接着检测最后数据。

另一方面，本发明提供了一种带宽有效的级联TCM编码方法，该方法包括步骤：(a)用于接收一个预定的m比特数据序列，每个数据递归地生成一个奇偶校验位，而且映射一个包含该奇偶校验位的(m+1)比特的码字序列到M-电平符号；(b)接收该预定的m比特数据序列，以一种预定方式成对交织该m比特的数据序列，成对交织的数据序列中每个数据递归地生成一个奇偶校验位，映射一个包含该奇偶校验位的(m+1)比特的码字序列到M-电平符号，而且以对应该预定方式的方式成对去交织该M-电平符号；以及(c)删截和传输在步骤(a)和(b)中生成的符号。

再一方面，本发明提供了一种带宽有效的级联TCM解码方法，该方法包括步骤：(a)从接收的预定数量的符号生成一个初始先验概率；(b)将一个检测值与该检测值的非本征值相乘，该检测值和其非本征值是利用接收的某些预定数量的符号与初始先验概率生成的，以生成一个新的先验概率；(c)将该新的先验概率设置为已用一种预定方式被成对交织的当前先验概率，以及将一个检测值与该检测值的非本征值相乘，该检测值和其非本征值是利用接收的某些预定数量的符号和当前先验概率生成的，以生成另一新的先验概率；以及(d)用步骤(c)中生成的先验概率替代步骤(b)中的初始先验概率，而且重复步骤(b)和(c)预定次数，接着检测最后数据。

附图说明

通过参考附图，详细描述本发明的优选实施例，本发明的上述目的和优点将变得更为清晰，其中：

图1示意了根据本发明一个实施例的一种带宽有效的级联格码调制(TCM)编码器的结构方框图；

图2为根据本发明的带宽有效的级联TCM的集合分解(setpartitioning)法的说明图。

图3为示意根据本发明一个实施例的一种带宽有效的级联格码调制(TCM)解码器的结构方框图。

图4为根据本发明的带宽有效的级联TCM解码器的计算非本征值过程的说明图。

具体实施方式

参考图1，根据本发明实施例的一种带宽有效的级联格码调制(TCM)编码器包括：基本TCM编码设备1，附加TCM编码设备2以及开关3。在这个实施例中，只有一个附力TCM编码设备2，但本发明涉及所有包括一个以上附加TCM编码设备的改进方案。在图1的本发明的实施例中，基本TCM编码设备1包括第一递归编码器10，最好是m/(m+1)个递归系统卷积(RSC)码，以及第一符号映射器14。附加TCM编码设备2包括成对交织器12、第二递归编码器11，最好是m/(m+1)个RSC码，第二符号映射器15，以及成对去交织器13。

第一递归编码器10接收任意m比特的数据序列，且输出一个(m+1)比特的码字。第一符号映射器14映射该(m+1)比特的码字到其中一个M-电平符号。

成对交织器12接收和交织该m比特的数据序列对。第二递归编码器11接收成对交织器12的输出，并输出一个(m+1)比特的码字。第二符号映射器15映射该(m+1)比特的码字到其中一个M-电平符号。成对去交织器13成对去交织该M-电平符号。在此，第一和第二符号映射器14和15均利用图2所示的集合分解法映射一个预定的码字到一个符号。图1中第一和第二递归编码器10和11内的辅助标记D表示一个时延单位。

开关删截(puncture)从基本TCM编码设备1输出的符号，以及从附力TCM编码设备2输出的符号，并将删截的符号通过一个信道传输到一个带宽有效的级联TCM解码器。

在根据本发明该实施例的带宽有效的级联TCM编码器的操作中，一个预定的数据序列 d＝(d₁，d₂，d₃，d₄，d₅，d₆)(在此，d_i＝(b₁，b₂，...，b_m)，b∈{0，1})被输入到第一递归编码器10，且输出为(X₁，C₁)＝{(x₁₁，c₁₁)，(x₁₂，c₁₂)，(x₁₃，c₁₃)，(x₁₄，c₁₄)，(x₁₅，c₁₅)，(x₁₆，c₁₆)}。在此，x_1i＝d_i(i＝1，2，...，6)，而c_1i(i＝1，2，...，6)为第一递归编码器10生成的奇偶校验位。第一递归编码器10的输出(X₁，C₁)通过第一符号映射器14被映射到符号S₁＝(s₁₁，s₁₂，s₁₃，s₁₄，s₁₅，s₁₆)。

输入到第二递归编码器11的数据序列 d′＝(d₃，d₄，d₅，d₆，d₁，d₂)(在此，d_i＝(b₁，b₂，...，b_m)，b∈{0，1})是数据序列 d＝(d₁，d₂，d₃，d₄，d₅，d₆)被成对交织器12处理后得到的，因此数据的顺序被改变。在根据本发明包括一个以上附加TCM编码设备的另一实施例中，包含在相应附加TCM编码设备内的成对交织器以不同方式改变数据的顺序。

第二递归编码器11的输出为(X₂，C₂)＝{(x₂₃，c₂₁)，(x₂₄，c₂₂)，(x₂₅，c₂₃)，(x₂₆，c₂₄)，(x₂₁，c₂₅)，(x₂₂，c₂₆)}。在此，x_2i＝d_i(i＝1，2，...，6)，而c_2i(i＝1，2，...，6)为第二递归编码器11生成的奇偶校验位。第二递归编码器11的输出(X₂，C₂)被第二符号映射器15映射到符号S₂＝(s₂₃，s₂₄，s₂₅，s₂₆，s₂₁，s₂₂)。符号映射的结果被成对去交织器13去交织。

为设置整个带宽有效的级联TCM的码率到m/(m+1)，从第一符号映射器14输出的符号以及从成对去交织器13输出的符号被开关3删截。在此，删截为选通，其中从第一符号映射器14输出的符号以及从成对去交织器13输出的符号被交替输出。结果，从图1实施例的带宽有效的级联TCM编码器输出的符号为s₁₁，s₂₂，s₁₃，s₂₄，s₁₅，s₂₆。

另外，当第一和第二递归编码器10和11均编码d_i＝(b₁，b₂，...，b_m)，b∈{0，1｝中的b₁，而不影响一个奇偶校验位的生成时，位于接收方的一个解码器可利用并行转换将其解码，以便降低解码复杂度。

图2示意了图1中第一和第二符号映射器14和15所涉及的一种符号映射规则。这个规则是由Ungerboeck提出的集合分解法。通过利用这个集合分解法，可减小检测误差。

图3中的一个带宽有效的级联TCM解码器实施例包括一个分接器20，用于分发一个带宽有效的级联TCM编码器的输出R，该输出R在通过一个信道传输到解码器期间已经失真；零号TCM解码设备26，第一TCM解码设备22，第二TCM解码设备24，以及数据检测器28。在这个实施例中，只有一个第二TCM解码设备24，但本发明涉及所有包括一个以上TCM解码设备的改进方案。

零号TCM解码设备26包括零号递归解码器38、它最好为软输出维特比算法(SOVA)解码器，以及矢量乘法器39。第一TCM解码设备22包括第一递归解码器30、它最好为SOVA解码器，矢量乘法器31、规范器32以及开关40。第二TCM解码设备24包括一个成对交织器33、第二递归解码器34、它最好为SOVA解码器，矢量乘法器35、成对去交织器36以及规范器37。

第一递归解码器30和第二递归解码器34分别从分接器20接收解码器输入，解码接收的符号为预计要传输的数据，以及输出该数据的软输出。在此，一种获得软输出的方法如图4示意。

如图3所示，每个递归解码器30、34和38同时输出一个从输入信息所获得的新检测值，以及对应该检测值的一个非本征值。非本征值指示，当解码器解码输入符号为预计要从一个发送方发送的数据时，该数据与源数据相同的概率。TCM解码设备同时利用估计数据和从前一TCM解码设备输出的非本征值再一次进行解码。换句话说，当前TCM解码设备的输出用作下一TCM解码设备的先验概率。下一TCM解码设备利用该先验概率，输出新计算的检测值和软输出到另一个下续TCM解码设备。

其中有这样一个步骤：零号TCM解码设备26在符号R被分接之前，通过一个信道接收完整的符号R，并为所有接收符号计算一个初始软输出。这个步骤用于计算要输入到第一TCM解码设备22的先验概率。通过增加这个步骤，根据本发明的带宽有效的级联TCM解码器的性能可得到提高。

下面的描述涉及根据本发明的图3中的带宽有效的级联TCM解码器的操作。从一个发送方输出的符号在通过一个信道传输期间已被失真，且被图3中的带宽有效的级联TCM解码器接收，例如，作为一个符号序列R。零号递归解码器38输出一个非本征值，以及对整个接收符号序列R的解码数据的估计数据，以便减小初始差错率。矢量乘法器39用该非本征值乘该解码数据，且输出相乘结果到第一递归解码器30。

第一递归解码器30利用矢量乘法器39生成的先验概率，以及从分接器20接收的符号序列R中选择的一个接收符号序列r₁，输出解码数据的新估计数据和一个新非本征值。在此，接收符号序列r₁对应图1中基本TCM编码设备1的输出。矢量乘法器39用该非本征值乘解码数据。相乘的结果被规范器32归一化，以防止溢出。

该归一化值被交织器33成对交织，而且交织产生的值被输入到第二递归解码器34。在此，输入值用作第二递归解码器34的先验概率。第二递归解码器34利用该先验概率，以及从分接器20接收的符号序列R中选择的一个接收符号序列r₂，输出解码数据的新估计数据以及一个新非本征值。在此，接收符号序列r₂对应图1中附加TCM编码设备2的输出。解码数据和该非本征值被矢量乘法器35相乘，被去交织器36成对去交织，以及被规范器37归一化。

从规范器37输出的归一化值被输入到第一递归解码器30作为先验概率。第一递归解码器30利用该先验概率和接收的符号序列r₁，输出解码数据的新估计数据和一个新非本征值。输出值被矢量乘法器31相乘、被规范器32归一化、被去交织器33成对去交织，以及被输出到第二递归解码器34作为先验概率。第二递归解码器34利用该先验概率，输出解码数据的新估计数据以及一个新非本征值。解码数据和非本征值被矢量乘法器35相乘、被去交织器36成对去交织、被规范器37归一化，以及被输出到第一递归解码器30作为先验概率。在这个操作执行预定次数后，数据检测器28从去交织器36的输出中检测数据。通过上述操作检测的解码数据 d为从发送方发送的数据“d”的最后解码输出。

下面将参考图3详细描述上面的操作。

假定从一个发送方输出、且在通过一个信道传输期间被失真的预定符号s₁₁，s₂₂，s₁₃，s₂₄，s₁₅，s₂₆被接收为符号序列R＝(r₁，r₂₂，r₁₃，r₂₄，r₁₅，r₂₆)。一个非本征值是从该符号序列R和一个先验概率得到的。在此，初始先验概率为“0”。零号递归解码器38利用该先验概率(其初始值为“0”)和该符号序列R，输出解码数据 $\stackrel{\‾}{d_{11}},\stackrel{\‾}{d_{22}},\stackrel{\‾}{d_{13}},\stackrel{\‾}{d_{24}},\stackrel{\‾}{d_{15}},\stackrel{\‾}{d_{26}}$ 和一个非本征值。用于第一个递归解码器30的先验概率是利用解码数据，和从零号递归解码器38输出的非本征值得到的。换句话说，解码数据的产物，以及非本征值 $\stackrel{\‾}{d_{11}{L}_{e11}},\stackrel{\‾}{d_{22}{L}_{e22}},\stackrel{\‾}{d_{13}{L}_{e13}},\stackrel{\‾}{d_{24}{L}_{e24}},\stackrel{\‾}{d_{15}{L}_{e15}},\stackrel{\‾}{d_{26}{L}_{e26}},$ 被输入到第一TCM解码设备22，并用作先验概率。

第一递归解码器30从零号TCM解码设备26接收该先验概率，而且只接收已被编码并在图1的基本TCM编码设备1中被符号映射的符号，以及执行解码。换句话说，第一递归解码器30根据从矢量乘法器39得到的先验概率，以及从符号序列R分接的一个符号序列r₁，即r₁₁，*，r₁₃，*，r₁₅，*，输出新解码的数据和一个新的非本征值。在此，“*”指示此处无输入。新输出的解码数据，与从第一递归解码器30输出的新非本征值被矢量乘法器31相乘，被规范器32归一化，以及输出 $\stackrel{\‾}{d_{11}{L}_{e11}},\stackrel{\‾}{d_{22}{L}_{e22}},\stackrel{\‾}{d_{13}{L}_{e13}},\stackrel{\‾}{d_{24}{L}_{e24}},\stackrel{\‾}{d_{15}{L}_{e15}},\stackrel{\‾}{d_{26}{L}_{e26}}$ 作为先验概率，以用于第二TCM解码设备24中。

由此得到的先验概率被交织器33成对交织，接着被输入到第二递归解码器34。第二递归解码器34利用该输入先验概率和从符号序列R分接的符号，即，符号序列r₂，*，r₂₂*，r₂₄，*r₂₆，它是从通过编码、符号映射以及在图1的附加TCM编码设备2去交织，接着在通过一个信道传输期间失真所生成的符号得到的，来输出新解码的数据和一个新非本征值。该解码数据和从第二递归解码器34输出的非本征值被矢量乘法器35相乘，从而生成值 $\stackrel{\‾}{d_{11}{L}_{e11}},\stackrel{\‾}{d_{22}{L}_{e22}},\stackrel{\‾}{d_{13}{L}_{e13}},\stackrel{\‾}{d_{24}{L}_{e24}},\stackrel{\‾}{d_{15}{L}_{e15}},\stackrel{\‾}{d_{26}{L}_{e26}}.$ 这个值被去交织器36以对应于交织器33的方式成对去交织，接着被规范器36归一化。该归一化值被反馈到第一TCM解码设备22的解码器，即第一递归解码器30，作为先验概率。执行完上述操作预定次数后，该带宽有效的级联TCM解码器最后检测和输出解码数据。

图4示意了由每个递归解码器30、34和38执行的计算非本征值的过程。对二元特播TCM，两条路径被合并成一个状态。而对多级TCM，多条路径被合并成一个状态。因此，在本发明中一个非本征值是通过采用不同于常规二元特播TCM的方法得到的。换句话说，多条路径中具有最大概率的一条路径被合并成一个给定状态，即，具有最小误差度量(metric)值的一条路径变为残存路径，而其它路径中具有最小误差度量值的一条路径变为竞争路径。在多级SOVA中，利用一条残存路径和一条竞争路径刷新路径。在预定时刻“k”被解码比特的非本征值是由时刻“D”后，即在时刻“K+D”，所得到的残存路径和竞争路径间的路径度量差来确定的。换句话说，解码数据是利用一个预定的判决窗口确定的，而且在判决窗口滑动时输出一个非本征值。

计算一个非本征值的步骤将通过下面的公式描述。内部刷新一个值的方法，以及传输一个输入到解码器的方法对带宽有效的级联TCM调制的解码方法是必需的。在利用SOVA的带宽有效的级联TCM中，软输出如图4所示刷新。图4为示意具有“v”时延和码率M/(M+1)的系统卷积码的格子结构图。残存路径定义为最佳，合并为残存路径的其它路径依次定义为按路径度量降序排列的次佳、第三佳等。分支转换的概率由时刻“j”的公式(1)表述。

$\mathrm{\γ}(R_j,s_{j-1}^i,s_j^i)=\mathrm{\ρ}\left(R_j\right|d_j,s_{j-1}^i,s_j^i)\mathrm{\ρ}\left(\mathrm{dj}\right|s_{j-1}^i,s_j^i)\mathrm{\ρ}\left(s_{j-1}^i\right|s_j^i)---\left(1\right)$

当考虑奇偶校验位c_j时，分支转换的概率可由公式(2)表述。

$\mathrm{\γ}(R_j,s_{j-1}^i,s_j^i)=\underset{c_j\∈\left\{\mathrm{0,1}\right\}}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\ρ}\left(R_j\right|{d_j,c_j,s}_{j-1}^i,s_j^i)\mathrm{\ρ}\left(\mathrm{dj}\right|s_{j-1}^i,s_j^i)---\left(2\right)$

$\mathrm{\ρ}\left(c_j\right|d_j,s_{j-1}^i,s_j^i)\mathrm{\ρ}\left(s_{j-1}^i\right|s_j^i)$

在公式(2)中，p(R_j|d_j，c_j，s_j-1 ⁱ，s_j ⁱ)部分指示(d_j，c_j)的似然，而且可由公式(3)表述。

$\mathrm{\γ}\left(R_j\right|d_j,c_j,s_{j-1}^i,s_j^i)=K\·e^{\frac{{|R_j-M(d_j,c_j)|}^2}{N_0}}---\left(3\right)$

K为一个整数。在公式(2)中，p(d_j|s_j-1 ⁱ，s_j ⁱ)部分是由单个码的可用状态转换确定的，且变为“1”或“0”。在公式(2)中，p(c_j|d_j，s_j-1 ⁱ，s_j ⁱ)部分值为“1”或“0”，这取决于在一定时刻考虑的一个奇偶校验位是否从一个相应TCM编码设备发送。当该奇偶校验值不从该相应TCM编码设备发送时，p(c_j|d_j，s_j-1 ⁱ，s_j ⁱ)部分值为1/2，因为该奇偶校验位具有同等的可能性，而且独立于状态转换。公式(2)中的p(s_j ⁱ|s_j-1 ⁱ)部分可由公式(4)表述。

$\left(s_j^i\right|s_{j-1}^i)=\mathrm{\ρ}(d_j=a^q)---\left(4\right)$

在公式(4)中，假定没有并行转换，而且a^q为对应状态转换的信息符号。值ρ(d_j＝a^q)利用从前一解码步骤得到的先验概率计算出。对每一q的初始值设为ρ(d_j＝a^q)＝2^-M。一个分支度量、路径度量以及路径概率被计算。在2^m电平的格子结构中，2^m格子分支被汇合为一个节点。概率最小的分支被截，而且SOVA应用于如公式(4)所示所产生的格子结构中。当第三佳的路径度量比次佳的路径度量小得多时，即，当 $P(S_{k+1}^{3\mathrm{rd}},P_{k+1})<<P(S_{k+1}^{2\mathrm{nd}},P_{k+}1)$ 时，正确判决的概率P_c(S_k+1 ^1st)由公式(5)表述。

${\mathrm{\&rho;}}_c\left(S_{k+1}^{1\mathrm{st}}\right)\&ap;\frac{\mathrm{\&rho;}(S_{k+1}^{1\mathrm{st}},R_{k+1})}{\mathrm{\&rho;}(S_{k+1}^{1\mathrm{st}},R_{k+1})+\mathrm{\&rho;}(S_{k-1}^{2\mathrm{nd}},R_{k+1})}\&equiv;\frac{1}{1+e^{-{\mathrm{\&Delta;}}_{k+1}^{(1\mathrm{st},2\mathrm{nd})}}}---\left(5\right)$

Δ_k+1 ^(1st，2nd)表示一个度量差。

公式(6)表述了在时刻k+1对一定节点，最佳路径和次佳路径间的度量差。

${\mathrm{\&Delta;}}_{k+1}^{(1\mathrm{st},2\mathrm{nd})}=\mathrm{\&Lambda;}\left(S_{k+1}^{1\mathrm{st}}\right)-\mathrm{\&Lambda;}\left(S_{k+1}^{2\mathrm{nd}}\right)---\left(6\right)$

错误判决的概率P_e(S_k+1 ^1st)由公式(7)给出。

${\mathrm{\&rho;}}_e\left(S_{k+1}^{1\mathrm{st}}\right)\&ap;\frac{\mathrm{\&rho;}(S_{k+1}^{1\mathrm{st}},R_{k+1})}{\mathrm{\&rho;}(S_{k+1}^{1\mathrm{st}},R_{k+1})+\mathrm{\&rho;}(S_{k-1}^{2\mathrm{nd}},R_{k+1})}\&equiv;\frac{1}{1+e^{-{\mathrm{\&Delta;}}_{k+1}^{(1\mathrm{st},2\mathrm{nd})}}}---\left(7\right)$

后验值L(d_k＝a^1st)为对信息符号a^1st，正确判决概率对错误判决概率比的对数值。后验值可近似为公式8。在此，可看出它类似于二元SOVA。

$L(d_k=a^{1\mathrm{st}})\&ap;{\min }_{0\&le;l\&le;D}\left\{\mathrm{In}\frac{p_c\left(S_{k+l}^{1\mathrm{st}}\right)}{p_e\left(S_{k+l}^{1\mathrm{st}}\right)}\right\}---\left(8\right)$

$={\min }_{0\&le;l\&le;D}{\mathrm{\&Delta;}}_{k+l}^{(1\mathrm{st},2\mathrm{nd})}$

对其它每个符号的后验值可根据公式(9)计算。

$L(d_k\&NotEqual;a^{1\mathrm{st}})\&ap;{\min }_{0\&le;l\&le;D}\left\{\mathrm{In}\frac{p_c\left(S_{k+l}^{1\mathrm{st}}\right)}{p_e\left(S_{k+l}^{1\mathrm{st}}\right)}\right\}---\left(9\right)$

$={-\min }_{0\&le;l\&le;D}{\mathrm{\&Delta;}}_{k+l}^{(1\mathrm{st},2\mathrm{nd})}$

在此，信息符号a^1st表示，合并为一定状态的路径中具有最小误差度量的一条路径。

类似于二元SOVA，d_k＝a^1st的非本征值根据公式(10)计算。

L_e(d_k＝a^1st)＝L(d_k＝a^1st)-L_c(d_k＝a^1st)-L_a(d_k＝a^1st)(10)

            ＝L(d_k＝a^1st)-L_c(d_k＝a^1st)-OUT(CMP)·L_a(d_k＝a^-1st)

在此L_a(d_k＝a^-1st＝α·L_e(d_k＝a^-1st)，L_a(d_k＝a^-1st)为前一解码阶段得到的非本征值，Out(CMP)为一个函数，如果a^s＝a^-s则输出+1，否则输出-1，而α为比例系数，它是用于按比例缩小该非本征值的常数。

先验概率P(d_k＝a^-q)可近似为公式(11)。

$P(d_k=a^{-q})=\left(\begin{array}{cc}1/(1+\exp \{-L_a(d_k=a^{-1\mathrm{st}})\left\}\right)& \mathrm{if}{a}^q=a^{-1\mathrm{st}}\\ 1/(1+\exp \{L_a(d_k=a^{-1\mathrm{st}})\left\}\right)& \mathrm{otherwise}\end{array}\right)---\left(11\right)$

公式(9)表示除最佳路径之外，其他所有路径的概率相同。公式(11)表示除d_k＝a^1st外，所有信息符号的先验概率相同。接收方无法只计算纯信息符号的似然，因为奇偶校验位和信息符号被组合成一个信道符号，而且信道符号是以TCM传输的。因此，信息符号的似然可根据奇偶校验位的平均概率来计算，这是在假设生成的奇偶校验位具有相同概率的前提下，如公式(12)表述。

$\left(R_k\right|d_k=a^q)=\frac{1}{2}\underset{c_k\&Element;\left\{\mathrm{0,1}\right\}}{\mathrm{\&Sigma;}}P\left(R_k\right|d_k=a^q,c_k)---\left(12\right)$

根据本发明，特播码应用于码率为m/(m+1)的TCM中，以补偿常规TCM和特播码的缺陷，从而加强了对抗TSI的稳定性，以及改善了功率和带宽效率。

根据本发明的带宽有效的级联TCM是一种适合于高速无线通信的信道编码方法。TCM与特播码组合以有效地增加频谱。本发明可应用于具有高带宽效率的多级调制系统中。

根据本发明的带宽有效的级联TCM解码方法使用SOVA算法，从而减小了解码器复杂度和路径存储量。

另外，本发明实现了带宽有效的级联TCM编码器和解码器，以具有并行转换，从而减小了带宽有效的级联TCM解码器的复杂度。

因此，本发明可应用于高速无线通信系统中，而且可增加带宽效率和编码增益。

Claims (8)

1.一种带宽有效的级联格码调制(TCM)解码器，包括：

分接器，用于分发已由带宽有效的级联TCM编码器编码、且通过信道接收的预定数量的符号；

第一到第N个TCM解码设备，其中N为大于2的整数，每个解码设备用于接收当前先验概率以及由所述分接器分发的符号，生成检测值和所述检测值的非本征值，以及利用所述非本征值乘以所述检测值，以生成新的先验概率；

数据检测器，用于在所述第一到第N个TCM解码设备所执行的操作被重复预定次数之后，检测从第N个TCM解码设备输出的最后数据；

其中所述第一到第N个TCM解码设备以环路形式相连，而且它们中的每个设备均生成先验概率，并将其传输到下一个TCM解码设备作为当前的先验概率；以及

零号解码器，用于从所述分接器接收所有预定数量的符号，生成初始先验概率，以及为所述第一解码器提供所述初始先验概率，以减小初始解码误差。

2.根据权利要求1的带宽有效的级联格码调制(TCM)解码器，其中所述第一个TCM解码设备包括：

基本递归解码器，用于接收当前先验概率以及由所述分接器分发的符号，以及生成检测值和所述检测值的非本征值；以及

基本矢量乘法器，用于利用所述检测值的非本征值乘以所述检测值，以生成新的先验概率，以及

在所述第二到第N个TCM解码设备中，每个设备包括：

成对交织器，用于以预定方式成对交织当前先验概率；

附加递归解码器，用于接收由所述分接器分发的符号以及被成对交织的当前先验概率，并且生成检测值和所述检测值的非本征值；

附加矢量乘法器，用于利用所述检测值的非本征值乘以所述检测值，以生成新的先验概率，以及

成对去交织器，用于以对应于所述预定方式的方式，成对去交织所述新的先验概率。

3.根据权利要求2的带宽有效的级联格码调制(TCM)解码器，其中在所述第一到第N个TCM解码设备中，每个设备还包括规范器，用于归一化所述新的先验概率，以防止溢出。

4.根据权利要求2的带宽有效的级联格码调制(TCM)解码器，其中所述第一TCM解码设备中的基本递归解码器以及所述第二到第N个TCM解码设备中的附加递归解码器均使用软输出维特比算法。

5.根据权利要求2的带宽有效的级联格码调制(TCM)解码器，其中所述第一TCM解码设备中的基本递归解码器以及所述第二到第N个TCM解码设备的附加递归解码器均利用残存路径的误差度量，以及合并到一定状态的分支内的竞争路径的误差度量之差来得到非本征值，其中具有最小误差度量的路径被定义为所述残存路径，误差度量次之的路径被定义为所述竞争路径。

6.根据权利要求5的带宽有效的级联格码调制(TCM)解码器，其中所述接收的符号为十六进制或更大的符号，所述第一TCM解码设备中的基本递归解码器以及所述第二到第N个TCM解码设备中的附加递归解码器均利用并行转换执行解码，而且在一定时刻的两个并行转换之差被设定为非本征值。

7.一种带宽有效的级联格码调制(TCM)解码方法，包括步骤：

(a)根据接收的预定数量的符号生成初始先验概率；

(b)将检测值与所述检测值的非本征值一起相乘，所述检测值和其非本征值是利用所述接收的预定数量符号中的一些符号和所述初始先验概率生成的，以生成新的先验概率；

(c)将所述新的先验概率设定为当前先验概率，通过使用已经被成对交织的所述当前先验概率以及一部分接收到的符号来得到检测值与所述检测值的非本征值，并且将所述检测值与所述非本征值相乘，以生成另一个先验概率；以及

(d)利用步骤(c)中生成的先验概率替代步骤(b)中生成的初始先验概率，而且重复步骤(b)和(c)预定次数，接着检测最后数据。

8.根据权利要求7的带宽有效的级联格码调制(TCM)解码方法，还包括步骤(c1)：通过采用成对交织以及相对应的成对去交织，重复步骤(c)预定的次数，

其中在步骤(d)中，步骤(b)中的初始先验概率被步骤(c1)中生成的先验概率取代，而且步骤(b)到步骤(c1)被重复预定次数。

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