CN1260927A - 通过使用帧内相关性的源控制的信道译码 - Google Patents

Abstract

根据本发明,在一个GSM系统中在使用帧内相关性的情况下预先规定了用于源控制的信道译码的方法和译码器。对此,一个适合于在一个帧格式中的编码数据的根据本发明的信道编码器具有一个信道译码器(1),其有选择地在考虑一个先验信息的情况下对一个帧进行译码,并且关于已译码的帧猜中一个可靠逻辑判断。计算单元(3)在信道译码器(1)的后验相关信息的基础上确定先验相关信息,并且把确定的先验相关信息供给信道译码器(1)。信道译码器(1)在使用先验相关信息的情况下再次对同一帧进行译码。根据本发明,也利用了在相同帧内的位之间的剩余相关性。

Description

通过使用帧内相关性的源控制的信道译码

本发明涉及用于在一个帧格式中的数据的源控制信道译码的一个方法和一个译码器。

象语言、声音、图像和电视的源信号几乎始终包含在不同位之间的相关性的意义上的统计学的冗余。通过源编码可以显著减少这些冗余，因此使源信号的高效传输或者存储成为可能。这个冗余简化在传输前消除了冗余的信号内容，其以例如信号变化曲线的统计学的参数的基础知识为基础。在传输后，重新添加这些部分信号，因此客观上可以证明没有特性损失。根据对源信号和在综合编码方法中的限制的不完全的了解，通常仅仅可以次佳地实现源编码，也就是说，在编码后，在压缩的数据中还存在一定的冗余。

另一方面，在信号传输时，为了继续消除由于信道干扰而对传输产生的影响，通过信道编码重新补充有目的的冗余是必要的。由于附加的冗余位，因此使接收者可能，没有发射方的合作就不能断定错误，并且也许不能校正错误。

长期以来，信息理论的基本前提之一是，为了到达最佳的结果，可以互相独立地实施源编码和信道编码。根据这个前提，源译码器的设计应当仅仅依赖于源特性，而信道编码模式应当仅仅依赖于信道特性。如果源编码器可以提供统计学上独立的并且因此非相关的以及同样可能的结果，并且译码器延迟可以任意大，则这个原理是正确的。可是，在实用的用于中一般不能满足这个先决条件。源编码器的输出信号经常具有剩余冗余，并且特别是在语言传输时，同时限制了允许的延迟。

已知，为了校正另外的位错误，在所谓的源控制的信道译码中使用了源编码数据的这些剩余冗余。对此，信道译码器的译码过程一方面通过代码位的传输，另一方面通过关于最可能的值的一个先验/后验信息控制一些重要的源位。源信息也对信道译码的过程施加影响。在Viterbi算法译码的情况下，这个方法称作先验Viterbi算法。在使用如此方法的情况下，仅从接收方来讲修正是必须的。

从DE-A-42 24 214和J.Hagenauer的文章“源控制的信道译码”，IEEE传输通信，1995年9月，43卷，2449-2457页中公开了，在源控制的信道译码中利用了帧内间相关性，也就是说在时间上的和/或局部相邻的信号取样之间的统计学的依赖性。

参考图4，现在详细阐述这个方法。正如在图4中看出的，根据这个已知的方法，信号首先进行源编码10，然后信道编码，通过一个传输信道12传输，信道译码13，并且接着源译码14。此外，在使用关于源的一个先验和后验信息的情况下，源控制地实现信道译码。

对此，从源的统计和已经判定的信息中事后地(a-posteriori后验)计算一个可靠性，其在一个最近的步骤中一开始(a-priori先验)确定逻辑判断的概率。对此，可以直接在信道译码器后、可是以前在源译码器后获得后验信息。

下面论述参数化的编码方法。对此，从源中产生的位流(例如语言)划分为字组(例如时间帧)，并且分开处理这些字组。源编码提供所谓的参数(例如语言系数)，其以一定方式在当前字组中反映源的特性(例如语言的频谱、滤波器系数)，并且其以一定数目的位被量化。

对此，特别考虑了源位的相关性。已知方法的基本思想在于，不是非常频繁地改变在二个连续的帧之间的一个参数的最高值的位，并且因此在传输时存在冗余。在使用APRI-SOVA(先验软逻辑判断(weichentscheidung)Viterbi算法)译码器的情况下，在接收方可以利用这些在连续帧之间的相关性。在软逻辑判断译码器中不仅考虑真正的逻辑判断，而且考虑该逻辑判断的可靠性。概括起来，按照这个已知的方法在使用帧间相关性的情况下实现了源控制的信道译码。

在该方法中表明，根据参数值的不一致的分配，特别是在语言传输的情况下这归因于源信号的不稳定性，不仅在连续帧的位之间(帧间相关性)可能存在剩余冗余，而且在一个帧内部的一个参数的位之间也可能存在剩余冗余。这些关于不同帧的位的冗余称作帧内相关性。

本发明的任务是以少量的费用获得一个有效的译码。

根据本发明，通过独立权利要求的特征解决了上述任务。

对此，本发明的中心思想是，为了提高抗干扰性和为了改善错误校正，在信道译码中使用了帧内相关性。

根据本发明，预先规定了一个方法，其用于在一个帧格式中的数据的源控制的信道译码。对此，首先对一个帧信道译码。然后为了确定关于该已信道译码的帧的数据的一个后验相关信息，可以对这个已信道译码的帧进行源译码。此外，作为一个选择，也可以直接从信道译码器的判断信息和其可靠性中计算一个信息，在下面其称为先验信息。然后在一个第二信道译码步骤中，象以前一样，可是这次在使用了基于相关性和剩余冗余的已计算的先验信息的情况下再次对同一帧进行信道译码。

为了信道译码，可以特别使用软逻辑判断Viterbi算法和后验最大概率算法。对此，软逻辑判断算法是一个这样的算法，其不仅发布一个逻辑判断值，而且此外也表明这个逻辑判断的值以哪一种概率存在。

上述方法特别适用于GSM标准的语言信道的译码。根据本发明，此外预先规定一个适合于在一个帧格式内编码数据的信道译码器。对此预先规定一个信道译码器，其根据实施例首先对一个没有先验信息的帧译码。可是该信道译码器也可以使用已经在这个第一译码时分配给他的先验信息。可以有选择地通过一个源译码器或直接从信道译码器中确定后验信息。

一个计算单元在这个后验信息和也许可能的源信息/统计的基础上确定一个先验信息，其被分配给信道译码器。该信道译码器然后就象事前一样在使用计算单元的先验信息的情况下再次对同一帧译码。

对于信道译码器可以使用全部任意算法。然而一个算法是特别有益的，其除了真正的逻辑判断外发布一个可靠信息，正如在软逻辑判断Viterbi译码器或一个后验最大概率译码器中是这种情况。

根据本发明，此外预先规定一个信道编码器/译码器单元，其具有一个上述形式的译码器。此外这个信道编码器/译码器可以具有一个译码器，其依赖于其一个成功传输的意义，给一个帧的数据分配不同的错误保护。

现在参考伴有标记的图以及根据一个实施例详细阐述本发明。图示：

图1一个根据本发明的源控制的信道译码器的结构，

图2具有位的帧，这些位具有一定的相关性，

图3一个信道编码器，其根据本发明的一个特殊实施例可以与图1译码器一起作为编码器/译码器(Codec)单元使用，和

图4根据现有技术的一个编码器/译码器单元的结构。

参考具有标记的图1，应当首先阐明一个根据本发明的源控制信道译码器的基本结构。正如开始已经说明的，根据本发明为了源控制的信道译码，利用在一个帧内部的参数的位之间的剩余冗余。为了确定位的帧内相关性，根据本发明提出一个基于反复信道译码的方法。正如在图1中描述的，在一个帧格式内已编码的数据，比如GSM标准，通过一个传输信道4被供给一个信道译码器1。该信道译码器1例如可以是一个所谓的SOVA(软逻辑判断-Viterbi-算法)或一个MAP(后验最大概率)译码器。在这些译码器中接收的信号与所有基本可能的信号进行比较，然后选出与这个接收的信号最相似的信号。信道译码器1根据这个实施例在没有使用一个先验信息的情况下对通过传输信道4供给的已编码数据进行译码。然而该信道译码器也可以使用已经在这个第一译码的情况下分配给他的先验信息。

在图1中用19表示一个象征性的开关，其在信道译码器1的第一译码步骤中处在位置①。在这个第一信道译码后，由于信道译码器1没有先验相关信息，这个已译码的信号被供给一个源译码器2。为了获得一个后验信息，该源译码器2对由信道译码器1供给的数据进行源译码。可以有选择地或附加地直接在信道译码器1后推断出后验信息，比如通过虚线表示的。该后验信息交给一个单元3，其在这个后验信息的基础上计算先验信息，此外详细加以说明。单元3的先验信息然后被供给信道译码器1。可以这样说，象征性的开关处在位置②。现在信道译码器1正如前面一样就同一个帧进行信道译码，可是，这次考虑了单元3的先验信息。在第二信道译码时也进行源控制的信道译码。

因此概括起来讲，在帧译码的第一步骤中首先在没有考虑先验信息的情况下进行译码。根据这个译码的参数然后可以确定该译码位的一个后验信息，也就是说帧内相关性。在第二步骤中，接收的帧然后再次进行译码，对此这次使用了在先前译码中获得的先验信息。

原理上，如果在源位(语言、图像、数据等等)中存在帧内相关性，则在所有的信道译码中可以使用这个方法，比如在GSM控制信道(例如SACCH)的控制信息数据的译码中就是这种情况。特别是在GSM满速率的情况下或者在增强满速率语言编码的情况下，与基于位的帧间相关性的源控制信道译码相比，该方法得到了效率的另外改善。

下面参考图3说明一个在本发明中使用的编码器。在GSM满速率传输语言信息的情况下，关于信道错误，源译码器的灵敏度是典型不均匀的。与一定类型的位的错误减少相比，重建的语言信息的质量是相当不灵敏的，相反，如果减少另一级别的错误，则语言的质量显著下降。语言编码器6产生全部20毫秒的一个具有260位的帧。每个帧可以划分为具有不同意义和灵敏度的三个位级别。如此改进信道编码过程，在最重要的级别中出现最低的位错误概率。根据图3的信道译码线路图，以一个循环的安全字组(CRC)的3个位首先锁定(9)50个最重要的位(级别1a)。以上述的53个位重组(6)紧接着的132个重要的位(级别1b)，并且以速率1/2把这132个重要位与4个末位一起合并编码(7)。非译码地传输78个不重要的位(级别2)。

现在参考图2详细阐述帧内相关性的确定。正如事先阐明的，以不同数目的位根据其意义量化通过图3的语言译码器6输出的每个系数。在图2中以u_1，k和u_2，k表示在时刻k一定系数的二个重要的位。根据源编码器的输出端上的剩余冗余，位u_1，k和u_2，k在同一个帧内部是统计学非独立的。也就是说在这二个位u_1，k和u_2，k之间存在相关性。可以如下表达在相同帧内的剩余相关性：

等式1：u_1，k＝f(u_2，k)

等式2：u_2，k＝f(u_1，k)

因此可以如下表达关于u_1，k和u_2，k的先验概率：

等式3： $P(u_{1,k}=i)=\underset{i\∈\{-1,+1\}}{\mathrm{\Σ}}P(u_{1,k}=i|u_{2,k}=j).P(u_{2,k}=j)$

等式4： $P(u_{2,k}=i)=\underset{i\∈\{-1,+1\}}{\mathrm{\Σ}}P(u_{2,k}=i|u_{1,k}=j).P(u_{1,k}=j)$

其中，I，j∈{-1；+1}

在这种情况下，可以获得作为后验信息以及源特性的组合的先验信息。在此期间能够看出，在帧内相关性中接收方可以提供后验概率，因为为了猜中关于位u_q，k+1＝f(u_q，k)的内容，后验信息首先在仅接着的帧内使用。正如从图2中可以看出的，然而帧内冗余的根据本发明的应用的情况下，如果译码器处理信息u_1，k，则还不能提供后验信息P(u_2，k＝j)。为了回避这个问题使用了上面已说明的译码器算法：

步骤1：

首先通过一个译码器在没有先验信息的情况下处理全部接收的帧。然而该译码器也可以使用已经在这个第一步骤中供给他的先验信息。为了计算根据等式3和4的新的先验信息使用了相关位的后验概率。

步骤2：

再次译码接收的帧，其中这次使用了用于分析先验信息的一个APRI-S0VA译码器，该先验信息是在上步中计算。

可以以下面的方式在接收方容易地估算概率P(u_1，k＝i|u_2，k＝j)和P(u_2，k＝i|u_1，k＝j)，其表明源特性。根据下面的二进制形成给标记S_k∈(0，1，2，3)分配一对(u_1，k，u_2，k)。

等式5：(-1，-1)0

       (-1，+1)1

       (+1，-1)2

       (+1，+1)3

在假设借助于从最后1帧(1表示窗口的大小，例如对于GSM满速率1总计为128或256)中猜中的逻辑判断估算事先获得的标记S_k的概率P(0)、P(1)、P(2)、P(3)的情况下，可以计算源特性。也依赖于最后的1帧估计标记出现的概率。对此依赖于源的特性，例如相关性或稳定性选择数值1。 $P(u_{1,k}=-1|u_{2,k}=-1)=\frac{P\left(0\right)}{P\left(0\right)+P\left(2\right)}$

等式6： $P(u_{1,k}=+1|u_{2,k}=-1)=\frac{P\left(0\right)}{P\left(0\right)+P\left(2\right)}$ $P(u_{1,k}=-1|u_{2,k}=+1)=\frac{P\left(0\right)}{P\left(1\right)+P\left(3\right)}$ $P(u_{1,k}=+1|u_{2,k}=+1)=\frac{P\left(3\right)}{P\left(1\right)+P\left(3\right)}$ $P(u_{2,k}=-1|u_{1,k}=-1)=\frac{P\left(0\right)}{P\left(0\right)+P\left(1\right)}$ $P(u_{2,k}=+1|u_{1,k}=-1)=\frac{P\left(1\right)}{P\left(0\right)+P\left(1\right)}$ $P(u_{2,k}=-1|u_{1,k}=+1)=\frac{P\left(2\right)}{P\left(2\right)+P\left(3\right)}$ $P(u_{2,k}=+1|u_{1,k}=+1)=\frac{P\left(3\right)}{P\left(2\right)+P\left(3\right)}$

容易看出，如果非均匀地大概分配标记S_k，则位u1，k和u2，k是非统计学独立的，并且因此存在相关性。正如上面说明的，为了改善译码器的效率，使用了在相同帧内部的位之间的这个统计学的依赖关系。

因为语言信息表达一个高度非稳定的过程，所以在一个确定的持续时间内可以显著改变源特性。移动窗口的任务在于，估算当前语言段的标记S_k的概率。

Claims (10)

1.在一个帧格式内的数据的源控制的信道译码方法，

其特征在于，如下步骤：

-数据的一个帧的信道译码(1)，

-在信道译码(1)的和/或在信道译码(1)之后的源译码(2)的可靠逻辑判断的基础上确定后验信息，

-在后验信息和数据剩余冗余的基础上计算(3)先验信息，和

-在使用已计算(3)的先验信息的情况下再次对同一帧进行信道译码(1)。

2.按照权利要求1的方法，其特征在于，在编码时依赖于帧的数据的成功传输，给帧的数据分配不同的错误保护。

3.按照权利要求1或2的方法，其特征在于，从后验信息与源特性的逻辑连接中确定先验信息。

4.按照权利要求3的方法，其特征在于，为了确定源特性而考虑最近的1帧。

5.按照上述权利要求之一的方法的应用，其特征在于，其应用于GSM标准的语言信道的译码。

6.在一个帧格式内的数据的信道译码器，其特征在于，

-一个信道译码器(1)，为了通过可靠逻辑判断确定关于一个已信道译码的帧的数据的后验信息，对一个帧进行译码，或把用于确定后验信息的信息传输给源译码器(2)，

-一个计算单元(3)，其在后验信息的基础上确定先验信息，并且把已确定的先验信息分配给信道译码器(1)，其中，信道译码器(1)在使用该先验信息的情况下再次对同一帧进行译码。

7.按照权利要求5的信道译码器，其特征在于，含有一个源译码器(2)，并且有选择地或附加地在源译码器(2)的输出端上得到后验信息。

8.按照权利要求5或6之一的信道译码器，其特征在于，从后验信息与源特性的逻辑连接中确定先验信息。

9.按照权利要求8的信道译码器，其特征在于，为了确定源特性而考虑最近的1帧。

10.信道编码器/译码器单元，其特征在于，一个按照权利要求4至6之一的译码器，和一个编码器(5)，依赖于帧的数据的成功传输，给帧的数据分配不同的错误保护。

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