CN1400738A - 适应多状态的调制的发送机、接收机、方法、程序和信号 - Google Patents

Abstract

本发明涉及将调制/解调与信道编码/译码操作相联系以便在调制具有很多个状态的情况下改善译码级的性能的一种编码/译码方法。迭代译码的方法涉及一对SISO译码器，这对译码器在其输入端接收符号的概率信息成分，从而在输出端提供发送的信息符号的后验概率信息成分。应用：数字电信。

Description

适应多状态的调制的 发送机、接收机、方法、程序和信号

技术领域

本发明涉及发送机，该发送机包含信道编码和调制装置，用于将二进制数据流转换为用将发送并且打算用于在传输信道中运输该二进制数据的符号来表示的波形信号，该波形信号选自具有M个状态的星座。

本发明还涉及接收机，该接收机包含迭代解调和信道译码装置，用于从接收信号中恢复选自有M个状态的符号表的信息符号。

本发明还涉及一种信道编码和调制的方法，该方法用于将二进制数据流转换为用将发送并且打算用于在传输信道中运输该二进制数据的符号来表示的波形信号，该波形信号选自具有M个状态的星座。

本发明还涉及一种解调和信道译码的方法，该方法用于从接收信号中恢复选自有M个状态的符号表的发送信息符号。

最后本发明涉及用于执行上述方法的计算机程序和一种用于运输该计算机程序的信号。

本发明能找到多种应用，特别是在卫星数字视频传输、无线网络系统和移动无线电电信系统的领域中。

背景技术

S.Le Goff、A.Glavieux和C.Berrou在1994年国际通信会议(International Conference on Communication)期间出版的会议论文集第645-649页公开的题为“Turbo-codes and high spectralefficiency modulation(涡轮码与高频谱效率调制)”的文章中介绍了一种应用于有很多个状态的调制的信道编码/译码方法，该方法使用了C.Berrou、A.Glavieux和P.Thitimajshima在1993年国际通信会议出版的论文集第1064-1070页公开的题为“Near Shannon limiterror-correcting coding and decoding：Turbo-codes(接近香农极限的纠错编码和译码：涡轮码)”的文章中介绍的涡轮编码原理。按照这种实用类型的方法，信道译码包含对每个接收符号的每个比特都计算概率的预备步骤，使得随后进行的信道译码可象二进制情况中那样地进行，即接收并提供概率表示的这种类型的译码器(也称为SISO(软输入软输出))在其输入端接收构成接收符号的二进制数据的概率。在译码级，这种方法并不是最佳的，因为在SISO译码器输入端属于要发送的相同符号的二进制数据不是独立的，这在相当程度上会降低译码性能。

发明内容

本发明的一个目的是提供信道编码和译码装置，该装置适应于有很多个状态的调制并使得信道译码级的性能改善。

为此目的，提供了开头段落介绍的那种类型的发送机，其特征在于该信道编码和调制装置包含：

-  转换装置，逆向地用于将该二进制数据流转换为称作输入流的信息符号流，使得可能的信息符号数目等于该星座的信号数目M，

-  交织装置，用于交织该输入流的信息符号并产生称为交织输入流的交织的信息符号流，

-  并行操作的至少一个第一和第二编码器，分别用于接收该输入流和该交织输入流，以提供输出流包含：

I.有关该信息符号的表示和第一编码器引入的第一冗余信息成分，和

II.第二编码器引入的第二冗余信息成分，

-  选择装置，用于从该输出流确定要发送的该波形信号。

在发送机端，要发送的二进制数据流被转换为选自与调制所用星座尺寸相同的符号表的符号。因而信道编码器在其输入端接收信息符号而非二进制数据。有利的是，要发送的符号的确定是快速的，从选自与调制所用星座基数相同的符号表的输入符号开始。

还提供了开头段落介绍的那种类型的接收机，其特征在于该迭代解调和信道译码装置包含：

-  接收装置，用于接收该信号并将其转换为称作接收符号的数据符号，

-  概率计算装置，用于提供概率矢量，对于每个接收符号，该概率矢量包含有关该信息符号的概率表示和有关发送端编码器从该信息符号提供的冗余表示的概率表示，

-  一系列译码器，称为SISO译码器，连续成对地操作并在输入端接收至少：

i.该概率矢量，和

ii.有关信息符号的接收符号的独立表示，称为先验信息成分，

而在输出端提供至少：

iii.有关信息符号的结果，称为外在信息成分，和

iv.信息符号的后验概率表示，称为后验信息成分，

-至少一个判决块，用于从该后验信息成分中选择该信息符号。

这样，SISO译码器输入端的符号相互独立，这提高了译码效率。

此后将参考介绍的实施方案，通过非限制性的范例说明本发明的这些和其它方面，且使其变得清楚。

附图说明

在附图中：

图1是一个框图，示意了传统传输系统的一个例子，

图2是一个框图，示意了按照本发明的发送机的一个例子，

图3是一个框图，示意了按照本发明的接收机的一个例子，

图4是一个框图，示意了按照本发明的SISO译码器的一个实施方案。

具体实施方式

图1是一个框图，示意了传统传输系统的一个例子。它包含实现发送链的发送机、实现接收链的接收机以及传输信道。发送机和接收机经由传输信道进行通信，而发送链包含：

-  信源SCE，用于提供信源信号，它可为模拟信号，如音频或视频或数字信号，或者是传真设备的输出，但无论怎样该信号都必须在数字传输系统中转换为一系列二进制数据，

-  信源编码器CS，用于减少要通过信道传输的二进制数据的量并且提供一系列供信道编码器使用的二进制信息成分，

-  信道编码器CC，用于在要通过信道传输的该系列二进制信息成分中引入冗余以便保护它对抗传输错误，该信道编码器的特征在于其效率，用k/n(其中k＜n)表示，k表示编码器输入端的并行二进制数据数目，而n表示编码器输出端的并行二进制数据的数目，该二进制数据构成n比特的序列，也称为码字，

-  调制器MOD，用于实现传输信道与发送机之间的接口，它将信道编码器提供的二进制序列或码字变换为要通过信道传输的单个电波形信号。

在本发明的有利实施方案中，提供了调制器来同时发送m个信息比特，这是通过具有M个不同状态(M＝2^m)、被称为M进制的星座来进行的。

传输信道CH是用于从发送机传输波形信号到接收机的物理媒质。它可以几种方式实现：无线通信情况下通过空中、通过无线电或者卫星、有线网情况下通过电缆、光纤，等等。

接收链包含：

-  数字解调器DEMOD，用于处理接收到的波形信号并将其转换为表示发送的M进制星座符号的估计的数字序列，

-  信道译码器DC，用于在已知发送机端信道编码器采用的编码方法的情况下从恢复符号重建原始信息成分的序列，最后还有

-  信源译码器DS，用于在已知发送机端信源编码器采用的编码方法的情况下重建原始二进制信号。

本发明特别涉及信道编码/译码和调制/解调部分。除了在发送机端信道编码和调制通过信道编码和调制装置联合实现以及接收机端信道译码和解调通过信道译码和解调装置联合实现以最优化不同的连续处理操作外，保留传统的传输链。因而图2和图3分别示意了按照本发明的发送机和接收机，其中只示意了不同于传统链的部分。

在下面的描述中，出于简洁的原因只介绍本发明用法的一个例子。它涉及具有M个不同状态的特定的幅度调制类型(M是大于2的整数)，称为M进制幅度调制，其中M一般是2的幂。这种幅度调制类型的例子是M-AM和M²-QAM调制。然而，本发明还可应用于其它调制，尤其是PSK(相移键控)类型。

图2示意了按照本发明的发送机的一个实施方案，用于将二进制数据流转换为要在传输信道上运输该二进制数据的波形信号。波形信号用要传输的选自M个状态星座的符号来表示。图2只示意了信道编码和调制装置；发送链的其它部分与图1示意的传统电路相同。

按照本发明的信道编码和调制装置包含

-  转换装置，逆向地用于将该二进制数据流转换为也称为输入流的信息符号流，使得可能的信息符号数目等于该星座的状态数M，

-  交织装置，用于交织该输入流的该信息符号并产生交织信息符号流，称为交织输入流，

-  并行操作并分别接收输入流和交织输入流的第一和第二编码器，用于提供输出流包含：

iii.有关信息符号的表示和第一编码器引入的第一冗余信息成分，和

iv.第二编码器引入的第二冗余信息成分，

-  选择装置，用于从输出流确定要发送的波形信号，

-  可选地，标记装置，用于使信道编码器的效率适应于编码器输出端的期望速率，由输出流中的抑制数据组成，

-  输出复用器，用于将不同输出流复用到要通过信道传输的单一输出流中。

按照本发明的优选实施方案，转换装置逆向地包含一个对照表，该表用来将二进制数据流中的m比特的序列(m＝log₂(M)))转换为从M个可能的信息符号中选出的一个信息符号。在4状态的幅度调制或4-AM调制的情况下(M＝4而m＝2)，符号取集合或者星座(-3，-1，1，3}中的值。表1是对照表的例子，它由星座的格雷编码组成。当然也可使用其它编码类型。

-3	-1	1	3
				00	01	10	11

表1

第一和第二编码器是并行操作的级联编码器。它们是系统编码器，即该类型编码器包含再生输入数据的输出。图1示意了两个编码器，但是并行操作的编码器的数目是不受限制的。每个编码器是M进制调制的系统格状编码器。其输入并行接收k个选自M个状态星座的信息符号，表示为X^t＝(X₀ ^t，…，X_k-1 ^t)，并在第一输出端提供该k个输入符号X^t＝(X₀ ^t，…，X_k-1 ^t)，而在第二输出端提供编码器引入的n-k个冗余符号，表示为Y^t＝(Y₀ ^t，…，Y_n-k-1 ^t)。按照图1示意的实施方案，编码器具有的编码效率分别表示为k/n和k’/n’，其中k和k’是整数，表示编码器输入端并行处理的信息符号数，因而k＝k’，而其中n和n’是整数，表示编码器输出端并行提供的编码符号数。编码器可由与M进制符号表[0，...，M-1]相关的、在输入端并行接收k个信息符号的传统状态机组成。基于该输入和状态机的当前状态，对照表可选择下一状态和n-k个M进制冗余符号。编码器的选择并不局限于框图示意的特定移位寄存器形式的编码器。优选地，该编码器是具有咬尾(tail-biting)属性的那种类型。编码器的选择还取决于要在信道上传输的波形信号的调制和选择参数。

图2示意了两个并置的系统编码器。二进制输入流格式化为K个M进制符号的帧，这里M＝2^m，即在帧中每个符号用m个比特来表示。随后用交织装置来实现K个帧符号的排列。在第一编码器的输入端提供原始信息符号的帧，而在第二编码器的输入端提供交织帧。对于每个编码器，编码方法包含在编码和调制装置的输入端的、每信息符号帧K/k步。每一步中，每个编码器都产生n-k个冗余符号，在一个编码步骤开始时它产生总共2n-k个符号：

-  与输入符号相同的k个信息符号，

-  第一编码器引入的n-k个冗余符号，

-  第二编码器引入的n-k个冗余符号。

按照使用的调制，这些符号随后被要在信道上传输的波形信号代替。为了改善编码器性能，尤其是其频谱效率，在每个编码器的输出端可使用标记装置以便抑制冗余符号流中的数据。最后，要进行一个复用操作，在编码和调制装置的输出端将3个符号流复用。

图3示意了译码操作。它示意了按照本发明的接收机的实施方案，包含迭代解调和信道译码装置，该装置用于从接收符号恢复选自有M个状态的星座的信息符号。迭代解调和信道译码装置包含：

-  用于计算概率从而提供有M个成分的概率矢量的装置，这些概率矢量表示为Λ₀，…，Λ_N′-1，这里N′表示每帧接收到的符号数目，对于表示为γ₀，…，γ_N-1的每个接收符号，该概率矢量包含有关每个信息符号的概率表示以及有关发送机端由不同编码器从编码器的信息符号或输入符号提供的冗余符号的概率表示，

-  解复用器，用于将概率矢量的串行流转换为三个并行流

i.  第一流，表示为L₀ ^t，…L_k-1 ^t，它包含k个概率矢量，该概率矢量包括有关发送机端编码装置的输入流的k个信息符号的概率表示，

ii.  第二流，表示为L_k ^t，…L_N-1 ^t，它包含n-k个概率矢量，该概率矢量包括有关发送机端第一编码器产生的n-k个冗余符号的概率表示，

iii.  第三流，表示为L_n ^t，…L_2n-k-1 ^t，它包含概率矢量，该概率矢量包括有关发送机端第二编码器产生的n-k个冗余符号的概率表示，

-  一系列译码器，称为SISO译码器，以连续成对的形式操作并在输入端接收至少：

i.  概率矢量的一部分，和

ii.  独立于有关信息符号的接收符号的表示，称为先验信息成分，分别表示为A1_iter，i ^t和A2_iter，i ^t，iter是迭代下标而i在0到k-1之间，

并在输出端提供至少：

iii.  有关信息符号的结果，称为外在信息成分，分别表示为E1_iter，i ^t和E2_iter，i ^t，和

iv.  信息符号的后验概率表示，称为后验信息成分，分别表示为APP1_iter，i ^t和APP2_iter，i ^t，

-  至少一个判决块，位于至少一个SISO译码器的输出端，用于从相关译码器提供的后验信息成分中选择搜索的信息符号。

按照本发明的优选实施方案，在迭代序号i当中使用的一对SISO译码器表示为(SISO_1，i，SISO_2，i)，以如下方式操作：

-  表示为SISO_1，i的第一SISO译码器在输入端接收：

i.  先验概率矢量，表示为A1_iter，0，…，A1_iter，k-1，

ii.  包含对应于信息符号的接收符号的概率表示的概率矢量，表示为L₀ ^t，…L_k-1 ^t，

iii.  对应于发送机端第一编码器从该信息符号提供的第一冗余表示的接收符号的概率矢量，表示为L_k ^t，…L_n-1 ^t，

并在输出端提供：

iv.  第一外在信息成分，表示为E1_iter，0 ^t，…，E1_iter，k-1 ^t，和

v.  第一后验信息成分，表示为APP1_iter，0 ^t，…，APP1_iter，k-1 ^t，

-  交织装置，用于将第一外在信息成分(iv)和对应于信息符号的接收符号的概率表示(ii)进行交织，从而提供：

vi.  第一交织的外在信息成分和

vii.  交织符号的概率表示，

-  表示为SISO_2，i的第二SISO译码器在输入端接收：

viii.  第一交织的外在信息成分(vi)作为先验信息成分，

ix.  该交织的概率表示(vii)，

x.  对应于发送机端第二编码器提供的第二冗余表示的接收符号的概率表示，表示为L_n ^t，…L_2n-k-1 ^t，

以便在输出端提供：

xi.  第二外在信息成分，表示为E2_iter，0 ^t，…，E2_iter，k-1 ^t，和

xii.  第二后验信息成分，表示为APP1_iter，0 ^t…，APP_iter，k-1 ^t，

-  逆交织装置，用于将第二外在信息成分(xi)和第二后验信息成分(xii)进行解交织，并在下一对译码器中表示为SISO_1，i+1的第一SISO译码器输入端提供第二外在信息成分(xi)作为先验信息成分。

按照此实施方案，译码过程的每次迭代由一对SISO译码器的处理操作组成。第一译码器SISO_1，1接收预设的先验信息成分A1_1，1 ^t到A1_1，k ^t以及信息符号对应的概率表示L₀ ^t，…L_k-1 ^t，并接收图1第一编码器引入的冗余信息成分对应的概率表示L_k ^t，…L_n-1 ^t。它提供第一外在信息成分E1_1，1 ^t，该成分要进行交织以便能作为先验信息成分在该对译码器的第二译码器SISO_2，1的输入端提供。在解交织操作后，第二译码器使用这些信息成分和对应信息符号的概率表示的交织版本L′₀ ^t，…L′_k-1 ^t，以及对应图1第二编码器引入的冗余信息成分的概率表示L_n ^t，…L_2n-k-1 ^t，以便能产生第二外在信息成分E2_1，1 ^t，该成分在下一迭代期间被下一对的第一译码器SISO_1，2作为先验信息成分使用。

解标记装置可用来替换发送机端编码时进行的标记操作中抑制的数据。这些装置必须插入在SISO译码器输入端，作用于包含数据L_k ^t，…L_n-1 ^t和L_n ^t，…L_2nk-1 ^t的输入流。如果通过对发送机端编码器产生的冗余信息成分进行的标记操作能使发送机端编码器的效率作适应性调整，则对应冗余信息成分的概率表示就固定于预设的等概率数值。

优选地可在最后一次迭代的开始，但一般情况可在译码过程的任意时刻，即在有任意下标it的译码器的输出端，每个信息符号的判决通过选择对应具有最大后验概率的那个M进制星座符号的、要在信道上传输的波形信号来进行，该选择要按照在相关译码器输出端具有M个成分APP_iter，l ^t的后验概率矢量中对应此符号的下标l的成分数值。

图4示意了图3示意的实施方案中使用的SISO译码器的一个实施方案。它包含：

第一计算装置APP，用于根据概率矢量L₀ ^t，…L_k-1 ^t和L_k ^t，…L_n-1 ^t以及先验信息成分A₀ ^t，…A_k-1 ^t提供后验概率表示APP₀ ^t，…APP_k-1 ^t，和

第二计算装置EXT，用于根据先验信息成分A₀ ^t，…A_k-1 ^t的后验概率表示APP₀ ^t，…APP_k-1 ^t和包含有关信息符号L₀ ^t，…L_k-1 ^t的概率表示的概率矢量提供外在信息成分Ext₀ ^t，…Ext_k-1 ^t。

第一计算装置APP包含：

表示为BMC的支路计算块，用于从接收符号的观察L₀ ^t到L_n-1 ^t和先验信息成分A₀ ^t到A_k-1 ^t计算表示为γ_t(m′，m)的中间概率，

表示为FA的计算块，用于进行第一递归，称为α递归或前向递归，

表示为BA的计算块，用于进行第二递归，称为β递归或后向递归，

表示为AP的计算块，用于提供从前三个块提供的结果而得的后验信息成分。

按照此实施方案使用的译码算法可视为一篇论文中描述的前向-后向算法的推广，该论文是L.R.Bahl、J.Cocke、F.Jelinek和J.Raviv在1974年三月出版的IEEE Trans.On Information Theory(IEEE信息理论学报)第20卷的第284-287页上公布的“Optimal decoding oflinear codes for minimizing symbol error rate(线性码的最小化符号差错率的最佳译码)”。实现上可以有不同的变化，称为MAP、log-MAP或者这些算法的其它次最佳实现，正如特别在P.R.Robertson、P.Hoeher和E.Villebrun在1997年三月到四月出版的European Trans.On Telecommunications(欧洲电信学报)的第8卷第2期的第119-125页的文章“Optimal and Sub-Optimal a Posteriori AlgorithmsSuitable for Turbo Decoding(适合于Turbo译码的最佳和次最佳后验算法)”中所描述的。

必须对传统引入的、应用于二进制卷积码的译码的前向-后向算法做一些修改。

在计算接收符号的概率中，

在从接收符号概率和信息符号的先验概率计算状态间的转移度量中，

逆向地执行修改。

前向-后向算法或者它的次最佳算法变型之一随后可以传统方式应用。

在计算信息符号的后验概率中，

在计算信息符号的外在信息成分中，

相对前向-后向算法的传统引入顺向地出现的其它显著差异。

下面使用L.R.Bahl、J.Cocke、F.Jelinek和J.Raviv的文章中的标记符号来解释这些差异。计算接收符号概率是通过称为软解调器的解调器进行的，它实现信道输出与迭代涡轮译码操作的开始之间的接口。图3用概率计算装置示意了软解调器。软解调器计算符号的概率表示。对于接收符号Y_i ^t，此概率表示是具有M个成分的矢量： $L_i^t=\{R(Y_i^t/X_1),\·\·\·,R(Y_l^t/X_M)\}----\left(1\right)$

其中X_m，m∈{1，…，M}对应星座中的每个符号。按照前向-后向算法或者采用的它的某种变型，解调器以不同方式计算概率。

在非对数情况下，概率定义为： $R(Y_i^t/X_m)=\mathrm{Pr}\{Y_i^t/X_m\}----\left(2\right)$

这个量只取决于假定已知的信道特征。在信道有加性白高斯或者AWGN噪声的情况下，可表示为 $R(Y_i^t/X_m)=\frac{1}{{\left(\sqrt{{2\mathrm{\π\σ}}^2}\right)}^{\dim }}\·\exp (-\frac{1}{2{\mathrm{\σ}}^2}{\left|\right|Y_i^t-{\tilde{X}}_m\left|\right|}^2)----\left(3\right)$

其中σ²表示噪声变量，dim为调制维数， 为对应于符号X_m的发送信号，而‖·‖表示范数。

在计算过程中，加入一个归一化操作： $\hat{R}(Y_i^t/X_m)=\frac{R(Y_i^t/X_m)}{\underset{m^{\′}}{\mathrm{\Σ}}R(Y_i^t/X_{m^{\′}})}----\left(4\right)$

这使之免除了一个常系数。

在对数版本的前向-后向算法(logMAP、MaxlogMAP或校正的MaxlogMAP)的情况下，概率的定义为 $R(Y_i^t/X_m)=\log \left(\mathrm{Pr}\right\{Y_i^t/X_m\left\}\right)----\left(5\right)$

对于AWGN信道，考虑到(计算支路度量时)每个算法的概率的用法，可以把表达式简化为 $R(Y_i^t/X_m)=\frac{1}{{\mathrm{\σ}}^2}(2\⟨Y_i^t,X_m\⟩-{\left|\right|{\tilde{X}}_m\left|\right|}^2)----\left(6\right)$

其中<·>表示标量积。在恒定能量调制的情况下，概率的计算可通过下式： $R(Y_i^t/X_m)=\frac{2}{{\mathrm{\&sigma;}}^2}{\&lang;Y}_i^t,{\tilde{X}}_m$ $\&rang;$

从接收符号概率和信息符号的先验概率计算状态间的转移度量γ_t(m，m′)也必须能适应M进制符号的情况。t时刻状态m与m′之间的转移度量可用非对数形式表示为 ${\mathrm{\&gamma;}}_t(m;m^{\&prime;})=p_t(m/m^{\&prime;})\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Pi;}}}R(Y_i^t/X_{i(m;m^{\&prime;})})----\left(7\right)$

其中X_i(m；m′)对应于状态m与状态m′之间的转移期间编码器产生的第i个符号，而Y_i ^t对应于其i时刻的相应观察值。注意每个乘积项是具有概率矢量L_i ^t的下标i(m；m′)的成分。状态S_t-1＝m′到状态S_t＝m的转移的先验概率可表示为 $p_t(m/m^{\&prime;})=\mathrm{Pr}\{S_t=m/S_{t-1}=m^{\&prime;}\}=\underset{i=1}{\overset{k}{\mathrm{\&Pi;}}}A(X_i^t=X_{i(m;m^{\&prime;})})----\left(8\right)$

其中A(X_i ^t＝X_i(m；m′))是先验概率，而信息符号X_i ^t等于m与m′间转移的对应符号。注意每个乘积项是X_i ^t∶A_i ^t的先验概率矢量的下标i(m；m′)的成分。

当采用对数版本的算法时，式(7)和(8)中所有乘积都换为和。

于是前向-后向算法或它的一种变型可以以传统方式应用，使支路度量可适应于二进制数据被式(7)和(8)中描述的符号代替的情况。该算法包含三个步骤，类似于L.R.Bahl、J.Cocke、F.Jelinek和J.Raviv的文章介绍的那样：

“进行”步骤使得计算 ${\mathrm{\&alpha;}}_l\left(m\right)=\mathrm{Pr}\{S_t=m;Y_1^t\}$

“返回”步骤使得计算 ${\mathrm{\&beta;}}_t\left(m\right)=\mathrm{Pr}\{Y_{t+1}^T/S_t=m\}$ 从α、β和γ进行σ的计算，其是正比于转移的后验概率的值：σ_t(m，m′)＝Pr{S_t＝m；S_t-1＝m′；Y}＝α_t-1(m′)·γ_t(m，m′)·β_t(m)    (9)

其中Y表示信道输出的观察结果。

基于这些量来执行信息符号的后验概率计算。信息符号X_i ^t的后验概率矢量写为 ${\mathrm{APP}}_i^t=\{\mathrm{Pr}(X_i^t=X_1/Y),\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;,\mathrm{Pr}(X_i^t=X_M/Y)\}----\left(10\right)$ 其中每一项可表示为 $\mathrm{Pr}\{X_i^t=X_j/Y\}=\underset{m^{\&prime;},m/X_i^t=X_j}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{\&sigma;}}_t(m,m^{\&prime;})=\underset{m^{\&prime;},m/X_i^t=X_j}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{\&alpha;}}_{t-1}\left(m^{\&prime;}\right)\&CenterDot;{\mathrm{\&gamma;}}_t(m,m^{\&prime;})\&CenterDot;{\mathrm{\&beta;}}_t\left(m\right)----\left(11\right)$

其中求和是对所有t时刻从状态m到状态m′的转移进行，在t时刻信息符号数值X_j出现在位置i。

计算每个信息符号的外在信息成分可与对相同符号计算后验概率并行进行，这是通过在式(11)考虑的支路度量γ_t(m，m′)中忽略对应于先验概率和考虑的信息符号概率的项来进行的。信息符号X_i ^t的外在信息矢量可写为： ${\mathrm{Ext}}_i^t=\{\mathrm{Ext}(X_i^t=X_1),\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;,\mathrm{Ext}(X_i^t=X_M)\}----\left(12\right)$ 通过引入

(m，m′)项可有利地计算这些项中的每一项，该项对应于既不包含X_i ^t的先验也不包含X_i ^t的概率的支路度量： ${\widehat{\mathrm{\&gamma;}}}_t^i(m;m^{\&prime;})=\underset{j=1,j\&NotEqual;i}{\overset{k}{\mathrm{\&Pi;}}}A(X_i^t=X_{j(m;m^{\&prime;})})\underset{j=1,j\&NotEqual;i}{\overset{n}{\mathrm{\&Pi;}}}R(Y_j^t/X_{j(m;m^{\&prime;})})----\left(13\right)$ 由这个量，可用下式计算外在信息成分： $\mathrm{Ext}(X_i^t=X_j)=\underset{m^{\&prime;},m/X_i^t=X_j}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{\&alpha;}}_{t-1}\left(m^{\&prime;}\right)\&CenterDot;{\widehat{\mathrm{\&gamma;}}}_t^i(m,m^{\&prime;})\&CenterDot;{\mathrm{\&beta;}}_t\left(m\right)----\left(14\right)$

可对后验概率矢量和外在信息矢量进行类似于式(4)的归一化操作：

注意，在相对符号的码的二进制卷积码的软输入和输出处译码操作的推广不涉及MAP算法或它的次最佳变型的修改。算法的输入和输出只需要适应于对应符号的所有可能取值的矢量数据。当编码没有网格、使最终状态置零、或者考虑咬尾时，初始化算法的“α”和“β”量的传统技术是有效的。

在第一译码迭代期间，第一SISO译码器没有有关信息符号的先验概率的信息。因而矢量A_i ^t以下面的方式初始化：

在非对数引入的情况下： $\&ForAll;i,\&ForAll;t,A_i^t=\{1/M,\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;,1/M\}----\left(16\right)$ 其中M是符号的符号表的基数在对数引入的情况下： $\&ForAll;i,\&ForAll;t,A_i^t=\{\log (1/M),\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;,\log (1/M)\}----\left(17\right)$

用于改善信道译码级的性能而全都适应于有很多个状态的调制的发送机、接收机、编码方法和译码方法、计算机程序和信号的实施方案此前已经作了介绍。其它实施方案很容易在不超越本发明范围的情况下从上述实施方案中导出。尤其是，本发明并不局限于参考实施方案描述的调制。

Claims (11)

1.一种发送机，该发送机包含信道编码和调制装置用于将二进制数据流转换为用将发送并且打算在传输信道中运输该二进制数据的符号来表示的波形信号，该波形信号选自具有M个状态的星座，其特征在于该信道编码和调制装置包含：

-  转换装置，逆向地用于将该二进制数据流转换为也称输入流的信息符号流，使得可能的信息符号数目等于该星座的状态数M，

-  交织装置，用于交织该输入流的信息符号并产生交织的信息符号流，也称为交织输入流，

-  并行操作的至少一个第一和第二编码器，分别用于接收该输入流和该交织输入流，以便提供输出流包含：

i.  有关该信息符号的表示和第一编码器引入的第一冗余信息成分，和

ii.  第二编码器引入的第二冗余信息成分，

-  选择装置，用于从该输出流确定要发送的该波形信号。

2.如权利要求1要求的发送机，其中该转换装置包含一个对照表，该表用于将二进制数据流中的m比特的序列转换为从M个可能的信息符号中选出的一个信息符号，其中m＝log₂(M)。

3.如权利要求1或2要求的发送机，其中该第一和第二编码器具有的编码效率分别表示为k/n和k’/n’，k和k’是整数，表示编码器输入端并行处理的多个信息符号数，而n和n’是整数，分别表示在编码器输出端并行提供的很多个编码符号数，这样k＝k’。

4.一种接收机，该接收机包含迭代解调和信道译码装置用于从接收信号中恢复选自有M个状态的符号表的信息符号，其特征在于该迭代解调和信道译码装置包含：

-  接收装置，用于接收该信号并将其转换为数据符号，也称为接收的符号，

-  概率计算装置，用于提供概率矢量，对于每个接收的符号，该概率矢量包含有关该信息符号的概率表示和有关发送端编码器从该信息符号提供的冗余表示的概率表示，

-  一系列译码器，称为SISO译码器，连续成对地操作并在输入端接收至少：

v.  该概率矢量，和

vi.  有关信息符号的接收符号的独立表示，称为先验信息成分，

而在输出端提供至少：

vii.  有关信息符号的结果，称为外在信息成分，和

viii.  信息符号的后验概率表示，称为后验信息成分，

-至少一个判决块，用于从该后验信息成分中选择该信息符号。

5.如权利要求4要求的接收机，其中SISO译码器包含：

-  第一计算装置，用于从该概率矢量和该先验信息成分提供该后验概率表示，和

-  第二计算装置，用于从该后验概率表示、该先验信息成分和包含有关该信息符号的概率表示的该概率矢量提供该外在信息成分。

6.如权利要求4或5要求的接收机，其中一对SISO译码器包含：

-  第一SISO译码器，用于在输入端接收：

i.  该先验信息成分，

ii.  对应于该信息符号的接收符号的概率表示，

iii.  对应于发送机端第一编码器从该信息符号提供的第一冗余表示的接收符号的概率表示，

并用于在输出端提供第一外在信息成分和第一后验信息成分，

-  交织装置，用于将该第一外在信息成分和对应于信息符号的接收符号的该概率表示进行交织，从而提供第一交织的外在信息成分和交织的概率表示，

-  第二SISO译码器，用于在输入端接收：

i.  该第一交织的外在信息成分作为先验信息成分，

ii.  该交织概率表示，

iii.  对应于第二编码器提供的第二冗余表示的接收符号的概率表示，

并用于在输出端提供第二外在信息成分和第二后验信息成分，

-  逆交织装置，用于将第二外在信息成分和第二后验信息成分进行解交织，并在下一对译码器的第一SISO译码器输入端提供该第二外在信息成分作为先验信息成分。

7.一种包含权利要求1到3中任一要求的发送机和权利要求4到6中任一要求的接收机的传输系统。

8.一种信道编码和调制的方法，该方法用于将二进制数据流转换为用将发送的并且打算在传输信道中运输该二进制数据的符号来表示的波形信号，该波形信号选自具有M个状态的星座，其特征坐在于该方法包含如下步骤

-  将该二进制数据流逆向转换为称为输入流的信息符号流，使得可能的输入符号数目等于该星座的状态数M，

-  交织该输入流并由此得到交织输入流，

-  借助于并行操作的至少一个第一和第二编码器进行编码，以便分别接收该输入流和该交织输入流，并用于提供输出流，且以便提供输出流，该输出流包含有关该信息符号的表示和第一编码器引入的第一冗余信息成分以及第二编码器引入的第二冗余信息成分，

-  选择以便从该输出流确定要发送的符号。

9.一种解调和信道译码的迭代方法，该方法用于从接收信号恢复选自有M个状态的符号表的发送信息符号，其特征在于该方法包含如下步骤

-  接收该信号并将其转换为数据符号，称为接收的符号，

-  概率计算，用于提供概率矢量，对于每个接收的符号，该概率矢量包含有关该信息符号的概率表示以及有关发送机端编码器从该信息符号提供的冗余表示的概率表示，

-  迭代译码，每次迭代包含：

i.  译码的第一子步骤，用于提供：

(a)  有关信息符号的结果，称为第一外在信息成分，和

(b)  信息符号的后验概率表示，称为第一后验信息成分，

这是来自：

(c)  该概率矢量，和

(d)  有关该信息符号的接收符号的独立表示，称为先验信息成分，

ii.  将该第一外在信息成分和包含对应于信息符号的接收符号的概率表示的该概率矢量进行交织，从而提供第一交织的外在信息成分和交织概率表示的步骤，

iii.  第二译码子步骤，用于从用作先验信息成分的该第一交织外在信息成分和该交织概率表示提供第二外在信息成分和接收符号的后验概率表示，称为第二后验信息成分，

iv.  逆交织步骤，用于将第二外在信息成分和第二后验信息成分进行解交织，并用于在下一次迭代的第一译码子步骤的输入端提供该第二外在信息成分作为先验信息成分，

-  判决步骤，用于从该后验信息成分中选择信息符号。

10.一种包含程序代码指令用于执行权利要求8或9中要求的方法的计算机程序。

11.一种用于运输权利要求10中要求的计算机程序的信号。

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