CN1539204B - 具有多重标度选择的Turbo解码器 - Google Patents

Abstract

当要被解码的码段中的位的标度信息未知时，改善Turbo解码器的性能的技术。形成多个用于该码段的假设，每个假设对应于用于解码该码段的一组一个或多个参数的一个或多个特定的值。对于MAP解码方案，这些参数可为用于在解码之前标度位的标度因数和/或用于估计MAP解码的函数(例如min*)的标度。该码段基于MAP解码方案并按照每个假设被解码。基于一个或多个性能度量确定每个假设的解码结果的质量。最佳假设的解码比特被提供作为Turbo解码器的输出。

Description

具有多重标度选择的Turbo解码器

技术领域

本发明涉及数据通信。更具体地说，本发明涉及Turbo解码具有未知的标度信息的码段的技术，以提供改善的性能。

背景技术

无线通信系统被广泛应用以提供多种形式的通信，例如语音、分组数据，等等。这些系统可以是基于码分多址(CDMA)、时分多址(TDMA)或其他一些多址技术。一个CDMA系统提供优于其他类型的系统的某些优势，包括增加系统容量。

一个CDMA系统可被设计为支持一个或多个CDMA标准，例如IS-95、W-CDMA、cdma2000以及其他标准。每个标准一般定义了前向和反向链路上进行传输之前对数据进行的处理。例如，语音和/或分组数据可能以某一数据速率被编码，被格式化成一定义的帧格式，并按照一特定的处理方案进行处理(例如，编码用于差错校正和/或检测、交错，等等)。

许多新的CDMA标准使用平行级联的卷积编码器(通常称为解码器)，可被选择用于在传输前对一码段(例如，一数据分组)进行编码。Turbo编码器使用两个平行操作的组成编码器并组合一个码交错器。码交错器按照定义的交错方案将码段中的信息比特置乱(即交错)。一个组成编码器对码段中的信息比特进行编码以生成第一奇偶校验位序列，另一个组成编码器对置乱的信息比特进行编码从生成第二奇偶校验位序列。信息比特以及第一及第二序列中的一些或全部奇偶校验位被发射。

在接收机单元处执行互补的(以及计算密集的)Turbo解码。对于每一个Turbo编码段，接收的(软值)位一般来说是要被定标度的、量化的、并保存在缓存中。第一个组成编码器的信息和奇偶校验位接下来从缓存中取出并由第一组成解码器基于第一组成编码器进行解码以提供“外在”信息，该“外在”信息指示该信息比特的检测值中的可信性的调整。包括来自第一组成编码器的外在信息的中间结果然后被保存到一存储单元中，该中间结果的交错顺序符合用于发射机单元中的码交错。

来自第二组成编码器的中间结果和奇偶校验位然后被分别从它们的源中恢复并由第二组成解码器基于第二组成码进行解码以提供外在信息，该外在信息指示该信息比特的检测值中的可信性的进一步调整。来自第二组成解码器的包括外在信息的中间结果接下来被保存到存储单元中，该中间结果的解交错顺序与用于发射机单元中的码交错互补。该中间结果被用于第一组成解码器的下一轮迭代。第一和第二组成解码器的解码过程被迭代多次以得到最终结果。

每个组成解码器可作为一个最大后验概率(MAP)解码器来试图最小化码段的比特差错。对于每一个将要被MAP解码器解码的信息比特，会进行多次计算以产生外部信息。对于某一个解码器的执行，计算的精确是根据提供给MAP解码器的输入位(即样本)的“标度”知识。标度信息可包括提供给MAP解码器的样本的方差和幅度。如果解码是在不知晓或者假设了错误的输入位的标度的情况下进行的，则解码的性能将下降。

因此，就需要一种能够对具有未知的标度信息的码段进行解码的Turbo解码器，以提供改善的性能。

发明内容

本发明的一些方面以一种方式提供Turbo解码码段的技术以提供改善的解码结果。对于一些Turbo解码方案(例如一般使用的最大后验感率(MAP)解码方案)，解码的性能是根据用于将要被解码的位的标度信息知识。这种标度信息可涉及将要解码的位的方差和幅度，并可能需要精确地估计特定的用于MAP解码的函数。如果错误的标度信息被用于解码码段，则MAP解码的性能可能下降，因为该函数可能没有被精确地估计。

本发明的一些方面提供当接收位的标度信息未知时改善Turbo编码器性能的技术。通常，会形成多个假设用于给出的将要解码的码段，每一个假设h对应于用于解码该码段的一组一个或多个参数的一组一个或多个特定的值。对于MAP解码方案，这些参数可用于(1)用于标度码段中的接收位的标度因数的顺序以导出将要解码的位，和/或(2)用于估计一个用于解码码段的函数(例如，一个min*函数)的标度。

码段基于MAP解码方案并按照每一个假设被解码。每个假设的解码结果的质量然后基于一个或多个性能度量(例如，CRC校验、相关度量、重编码相关度量，等等)被确定。比较所有假设的解码结果的质量，而提供由性能度量确定的“最佳”解码结果的假设的经解码的位被提供作为Turbo解码器用于该码段的输出。

本发明的多个方面、实施例和特征将在下面进一步详细描述。

附图说明

本发明的特征，本质和优势将会通过下面结合附图所作的详细描述后变得更明显，在附图中，相同的标号始终标示相同的部分，其中：

图1是能够实现本发明的多个方面和实施例的通信系统的简化框图；

图2是由W-CDMA标准定义的Turbo解码器的图示；

图3是象征性地说明接收机单元中RX数据处理器的一些处理的框图；

图4是Turbo解码器的一种设计的框图；

图5A和5B分别用图表示了用于MAP解码器的前向和反向状态度量计算；

图6和7是按照本发明的实施例的两种Turbo解码方案的流程图；

图8是按照本发明的实施例的Turbo解码器的框图。

具体实施方式

图1是可以实施本发明的多个方面和实施例的通信系统100的简化框图。在一个实施例中，通信系统100是一个符合cdma2000、W-CDMA、IS-856和/或其他CDMA标准的CDMA系统。在发射机单元110，数据一般以块的形式从数据源112被发射到发射(TX)数据处理器114，数据处理器114格式化、编码并处理该数据以产生一个或多个模拟信号。该模拟信号然后被提供给发射机(TMTR)116，发射机116(正交)调制、滤波、放大并上变频该信号以产生一个调制的信号。该调制的信号然后被通过一个或多个天线118(在图1中仅图示了一个)发射到一个或多个接收机单元。

在接收机单元150，发射的信号被一个或多个天线152(同样，仅图示了一个)接收并提供给接收机(RCVR)154。在接收机154中，接收的信号被放大、滤波，下变频、(正交)解调并数字化以产生样本。这些样本接下来由接收(RX)数据处理器156处理并解码以恢复发射的数据。在接收机单元150的处理和解码解以一种与发射机单元110中进行的处理和编码互补的形式进行。恢复的数据接下来被提供给数据宿158。

上面描述的信号处理支持一个方向的语音、视频、分组数据、消息传递以及其他形式的通信传输。双向的通信系统支持双向的数据传输。然而，为了简明起见，其他方向的信号处理没有在图1中图示。

图2由W-CDMA标准定义的平行串接的卷积编码器200(通常称为Turbo编码器)的图示。Turbo编码器200可被用于在图1的TX数据处理器114中进行信道编码。Turbo编码器200包括一对组成编码器212a和212b，一个码交错器214，和一个截短器和多路复用器216。码交错器214接收并按照特定的交错方案(例如，由实施的标准定义的)交错码段(例如，一个分组数据)中的信息比特。

每一个组成编码器212接收线性顺序或交错的信息比特，使用定义的组成码编码接收的信息比特，并提供一个奇偶校验位序列。截短器和多路复用器216从两个组成编码器212a和212b接收信息比特和奇偶校验位，截短(即删除)零个或多个奇偶校验位以获得期望的比特数，并多路复用未截去的信息和奇偶校验位成一个经编码的比特序列。也可以复制零个或多个经编码的比特来代替截短。然而，为了简明而不失去一般性，截短器和复用器216可以按照需要进行截短和/或复制。

在图2图示的实施例中，每个组成编码器212包括三个串联耦合的延迟元件222，四个模-2加法器224，和一个开关226。开始时，延迟单元222的状态被设置为0而开关226处于上位。然后，对于码段中的每一个信息比特，加法器224a将信息比特x与加法器224d的输出比特进行模-2相加并将结果提供给延迟元件222a。加法器224b和224c接收来自加法器224a以及延迟元件222a和222c的位并进行模-2相加，还提供奇偶校验位y。加法器224d对来自延迟元件222b和222c的各位进行模-2相加。

在码段中所有的N_B个信息比特都被编码后，开关226移动到下位，并且三个0结尾比特被提供给组成编码器212a。组成编码器212a然后编码该三个结尾比特并提供六个结尾奇偶校验位。

对于N_B个信息比特中的每个段，组成编码器212a提供N_B个奇偶校验位和最先六个结尾奇偶校验位y¹，组成编码器212b提供N_B个奇偶校验位和最后六个结尾奇偶校验位y²。对于每个段，截短器和复用器216从编码器212a接收N_B个信息比特x，N_B+6个奇偶校验位y¹，并从编码器212b接收N_B个信息比特x，N_B+6个奇偶校验位y²。截短器和复用器216可截去(即删除)多个奇偶校验位以提供要求的数量的编码比特，包括位未截去的信息和奇偶校验位。

由Turbo编码器200提供的信息和奇偶校验位序列(或向量)可表示为：

$X=\{x_1{y}_1^1{y}_1^2{x}_2{y}_2^1{y}_2^2...{x_{N_B}{y}_{N_B}^1{y}_{N_B}^{2}t}_1...t_{12}\}$

再次，这些比特的全部或者其子集可被从发射机单元110发射到接收机单元150。

对于每一个将要被发射的比特，如果该比特是0则发射值A，如果该比特是1则发射值-A。每一个发射的比特会由于信道噪声、在发射机和接收机单元对该比特的模拟和数字处理以及其他现象而发生畸变。接收机单元接收的位的序列可以表示如下：

V＝{v₁v₂v₃...v_3N}，    等式(1)

其中V就是接收的位的整个序列，包括那些对应的结尾比特，并且N＝N_B+4。序列V中的每一个接收的位v_k能表示为：

等式(2)

其中

Z＝{z₁z₂z₃...z_3N}是一个独立的一致分布(iid)的随机变量向量并具有静态情况下的单位正态的随机值，A_k是接收位的幅度并且一般来说等于A，而σ_k是接收位的随机值z_k由于信道噪声而造成的标准差，大约可被估计为σ_k＝σ，k＝1，2，...3N。在衰落的环境下或在对应于同样的位的码元的正确累加之后的复制的环境下，接收信号的幅度可能与发射信号的幅度不同。

图3是象征性地说明接收机单元中的RX数据处理器156的一些处理的框图。接收信号首先由接收机154进行调整、数字化和数字处理(例如，滤波、去扩展、去覆盖等等)以提供用于每个接收位v_k的“软”值。在数字信号处理之后接收信号v_k的软值可具有许多(例如16)位的精度。对于许多解码器的实现，并不实际上或者需要为每一个接收的位保存这么多位的精度。特别是，由于需要为Turbo解码保存整个码段的位，需要一个很大的存储单元来为码段中将要解码的每一个位保存许多位的精度。

为了降低存储的要求，接收的位V＝{v₁v₂v₃...v_3N}通过乘法器312由标度因数序列S＝{s₁s₂s₃...s_3N}进行有效地定标。一个标度因数可被提供用于每一个接收的位v_k，并且可以为序列V中的元件一个接一个地进行定标。经定标位接下来被量化器314进行量化以提供解码器的输入位U＝{u₁u₂u₃...u_3N}。Turbo解码器的输入位u_k就是接收位v_k的经定标并量化后的形式，并可以具有降低的精度(例如，4，5，6，或其他数量的比特)。

选择标度因数s_k使得接收位v_k中的信息就能被很好地表示并且在量化输出u_k的正确的范围内。如果标度因数太大，则在量化期间会出现剪切经定标位的现象，并且其结果剪切噪声会降低解码的性能。如果标度因数太小，则经定标的位的信号幅度相对于量化噪声将减小，该解码性能也会降低。

如果接收了用于一个特定编码比特的多个位(即，用于编码比特的重复位)，则在接收机单元对这些重复的位进行补充处理。对应于该编码比特的重复位被初始标度，使得对于该编码位的所有码元相对于平均值的方差是恒定的，并且这些定标的位接下来被加在一起以获得用于该编码比特的一个码元。如果一个编码比特在发射机单元被截去，一个为0(即删除记号)的软码元将被插入到该截去的位中，这样对于a+1(位“0”)或a-1(位“1”)就不给出优先权。

Turbo解码器316接收输入位u_k和附加的表示该输入位的标度的信息。Turbo解码器316接下来使用标度信息解码输入位u_k并提供解码位的候选序列。后处理器318可进一步处理解码的位以提供解码结果的质量的指示。例如，如果CRC位包括在发射的码段中，后处理器318可对解码结果进行CRC校验。也可以估计解码结果的其他性能度量以提供其他解码性能的指示，下面将要描述。

图4是用于Turbo解码器316的专用设计的框图。在这种设计中，Turbo解码器316包括两个组成解码器410a和410b，一个码交错器412，一个码去交错器414和一个检测器416。每个组成解码器410一般用作软输入/软输出(SISO)最大后验概率(MAP)解码器，该解码器试图最小化码序列的比特差错。然而，也可以使用其他类型的解码器，例如实施软输出维特比(Viterbi)算法(SOVA)的解码器。

MAP解码器一般对输出比特u_k的对数似然比(LLR)操作，其包括量化信息和奇偶校验位并可表示为：

$U=\{u_1{u}_2{u}_3...u_{3N}\}$

$=\{{\tilde{x}}_1{\tilde{y}}_1^1{\tilde{y}}_1^2{\tilde{x}}_2{\tilde{y}}_2^1{\tilde{y}}_2^2...{\tilde{x}}_{N_B}{\tilde{y}}_{N_B}^1{\tilde{y}}_{N_B}^2{\tilde{t}}_1...{\tilde{t}}_{12}\}$

在时刻k的输入位x_k的LLR可以计算为：

$\mathrm{LLR}\left(x_k\right)=\log \left(\frac{\mathrm{Pr}(x_k=1|U)}{\mathrm{Pr}(x_k=0|U)}\right)$ 等式(3)

输入位x_k的LLR是给定接收的序列U的位是0的概率与给定接收的序列U的位是1的概率的比值的对数。对于每个输入位的概率Pr(x_k＝0|U)和Pr(x_k＝1|U)是基于用于该位的软值，而接收的用于码段的位的序列将被解码。对于一个删除标记(即截去位)的LLR指示了该位为0或为1的相等的可能性(即LLR＝0)。

在图4所示的实施例中，加法器408a接收并相加LLR(APP⁰)和还从去交错器414接收外部信息以提供用于解码器410a的先验概率(APP)。LLR(APP⁰)是从信息比特的潜在的假设产生的对数似然比。如果一个码段中的每个信息比特都假设具有相等的0或1的可能性，则LLR(APP⁰)对于该码段中的所有位都等于0，而所有相关于LLR(APP⁰)的部分都将被忽略。来自去交错器414的外部信息被设为0用于第一次解码迭代。

是就接收的信息比特的对数似然比。

解码器410a从加法器408a接收APP，还接收

其是从第一组成编码器接收的奇偶校验位的LLR。

包括如果存在的任何用于截去(即，没有发射)的奇偶校验位上的删除标记。解码器410a然后基于MAP算法对该APP以及进行解码以产生一后验概率。接下来APP由加法器408b从该后验概率中减去以提供外部信息，e_k ¹，其是表示校正和调整用于由奇偶校验位贡献的信息比特

的值的可信度。

来自加法器408b的外部信息e_k ¹与信息比特LLR相加。和中间结果(其是用于下一个解码器的APP)被保存于码交错器412中。码交错器412执行和Turbo解码器中使用的码交错方案相同的方案(即，与用于图2中的码交错器412的相同的方案)。

解码器410b从交错器412接收交错的APP，还接收其是从第二组成编码器接收的奇偶校验位

的LLR。编码器410b然后按照MAP算法解码该APP和

以产生后验概率。该APP接下来由加法器408d从该后验概率中减去以提供外部信息。e_k ²，其是表示进一步的校正/调整用于由接收的奇偶校验位贡献的信息比特的值的可信度。该外部信息，e_k ²，包括来自解码器410b的中间结果，其被保存在去交错器414中。去交错器414执行与交错器412使用的交错方案互补的去交错方案。

对于信息比特LLR的解码被迭代多次(例如，12、16、20或者可能是更多的次数)。每一次迭代，就获得信息比特检测值的更大的可信度。在解码的所有迭代都完成之后，最终的LLR被提供给检测器416，检测器416基于LLR提供用于接收的信息比特的硬判决值(即，0和1)。

每一个MAP解码器410进行似然比λ_k的计算，似然比λ_k可表示为：

${\mathrm{\λ}}_k=\frac{\mathrm{Pr}(x_k=1|U)}{\mathrm{Pr}(x_k=0|U)}$ 等式(4)

其中x_k是时刻k输入编码器的未知(并是将要被检测的)输入位，而U是输入到解码器的码元序列(即，经定标以及量化后的接收的信息和奇偶校验位)。似然比λ_k表示给与接收的序列U的位x_k是1的可能性与给与接收的序列U的位x_k是0的可能性的比值。

似然比值λ_k也可以表示为

${\mathrm{\λ}}_k=\frac{\underset{m}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\α}}_k^m{\mathrm{\β}}_{k+1}^{f(1,m)}{\mathrm{\δ}}_k^{1,m}}{\underset{m}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\α}}_k^m{\mathrm{\β}}_{k+1}^{f(0,m)}{\mathrm{\δ}}_k^{0,m}}$ 等式(5)

其中

α_k ^m表示在时刻k用于网格状态m的前向状态度量(即，接收向量从开始到时刻k时给出的时刻k时的网格状态为m的概率)，

β_k+1 ^f(i，m)表示在时刻k用于网格状态m的反向状态度量(即接收向量从时刻k起到网格结束时给出的下一个网格状态为f(i，m)的概率)，其中f(i，m)表示给定输出i而在当前的状态为m的下一个状态，而

δ_k ^i，m是在时刻k用于状态m和输入i的分支度量。

等式(5)中的两个求和在所有的编码器状态都执行。

图5A和5B分别用图表示了前向和反向状态度量的计算。前向状态度量可以按照下式递归计算

${\mathrm{\α}}_k^m=\underset{i=0}{\overset{1}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\α}}_{k-1}^{b(i,m)}{\mathrm{\δ}}_{k-1}^{i,b(i,m)}$ 等式(6)

其中b(i，m)是前一个时间标志k-1时的状态，从该状态一个对应输入i的分支转化成状态m。反向状态度量也可以按照下式进行递归计算：

${\mathrm{\β}}_k^m=\underset{i=0}{\overset{1}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\β}}_{k+1}^{f(i,m)}{\mathrm{\δ}}_k^{i,m}$ 等式(7)

如上面的等式(5)到(7)所示，MAP算法进行多次乘法，这些乘法不容易通过硬件来进行。然而，该算法可以通过对这些项取对数(或负对数)的形式来转换到对数的领域中。在对数领域，两项之间的乘法被转换成相对简单的加法，这可以通过min*函数来执行。min*函数可以表示为：

min*(a，b)＝-ln(e^-a+^-b)＝min(a，b)+p(g)，    等式(8)

其中p(g)是校正项并可被表示为：

p(g)＝-ln(1+e^-g)，

其中g＝-|a-b|

在对数领域中，上述的各项可被定义为：

L_k＝-ln(λ_k)，    等式(9)

$A_k^m=-\ln \left({\mathrm{\α}}_k^m\right),$

$B_k^m=-\ln \left({\mathrm{\β}}_k^m\right),$ 以及

$D_k^{i,m}=-\ln \left({\mathrm{\δ}}_k^{i,m}\right),$

对于MAP算法的计算则可被表示为：

$D_k^{i,m}=\max (0,i\·({\tilde{x}}_k+\mathrm{APP})+\max (0,{\tilde{y}}_k^1\·c^{0,i,m}),$ 等式(10)

$A_k^m=\min *((A_{k-1}^{b(0,m)}+D_{k-1}^{0,b(0,m)}),(A_{k-1}^{b(1,m)}+D_{k-1}^{1,b(1,m)})),$ 等式(11)

$B_k^m=\min *((B_{k+1}^{f(0,m)}+D_k^{0,m}),(B_{k+1}^{f(1,m)}+D_k^{1,m})),$ 等式(12)

$L_k=\min *((A_k^m+B_{k+1}^{f(1,m)}+D_k^{1,m})-\min *(A_k^m+B_{k+1}^{f(0,m)}+D_k^{0,m}),\∀m$ 等式(13)

其中c^n，i，m是对于奇偶校验位n的奇偶校验假设，给定输入i和状态m。

在等式(13)中，两个min*函数中的每一个运行于所有可能的状态m，类似于等式(5)中的求和。

上述用于MAP算法的等式的偏差在业内是熟知的。对于这种偏差的一个说明由Steven S.Pietrobon在名为“Turbo/MAP解码器的实现和性能”(“Implementation and Performance of a Turbo/Map Decoder”)的论文中描述，发表于“国际卫星通信杂志”(“International Journal of SatelliteCommunications”)1998年第16卷23-46页上，通过引用结合于此。

min*函数独立于提供给该函数的输入a和b的标度信息。对于等式(2)中所示的接收位v_k的序列，经定标的位可被表示为：

s_kv_k＝s_kA_k+s_kδ_kz_k

经定标位的方差对均值的比可被表示为：

$w_k=\frac{s_k{\mathrm{\δ}}_k^2}{A_k}$

其中w_k表示输入到MAP解码器输入位u_k的“标度”。标度因数s_k一般对于码段中每一个接收的位v_k被选择，使得对于所有经定标的位u_k的量化值s_kδ_k ²/A_k基本都相等即(对于给出的码段，w_k＝w)。各种技术可被用于估计(或预测量)合适的标度因数。这些技术可以是和MAP解码器相关的或者是在Turbo解码器之前进行的一些其它粗略形式的解码器度量的组合。如果接收位v_k的偏移δ_k ²和幅度A_k是已知的，则标度因数s_k可被选为δ_k ²，A_k和量化精度的函数，这样，量化的位u_k(其是用作min*函数的输入a和b)在绝对值上就具有两倍于他们的平均值的方差，或者

在这种情况下，用于min*函数的函数p(g)可被简单地表示为：

p(g)＝-ln(1+e^-g)    等式(14a)

然而，如果标度因数S_k为S_kσ² _k/Ak≠2，则函数p(g)可被表示为一个更为一般的形式：

p(g，w)＝-0.5w·ln(1+e^-g/(0.5w))    等式(14b)

由等式(14b)可见，需要标度信息来精确地估计用于min*函数的函数p(g，w)。

在确定的MAP解码器的实现中，等式(14b)中所示的函数p(g，w)通过查找表来实现，其可加速对于min*函数的估计。可提供一组查找表用于一组标度值w。例如，可提供五个查找表用于五个值w＝0，3，6，9，和12。根据用于标度w的值(可基于估计的或已知的δ_k ²，A_k，的值和量化后位的数量来确定)，正确的查找表被用于估计函数p(g，w)。例如，用于w＝12的查找表可被设计用在输入位u_k被正确地定标并且量化成6位时，用于w＝6的查找表可被设计用在输入位u_k被正确地定标并且量化成5位时，而用于w＝3的查找表可被设计用在输入位u_k被正确地定标并且量化成4位时。

在很多情况下，接收的位的方差δ_k ²和幅度A_k是未知的。不过，这些量是可以基于各种系统参数来估计的，比如，举个例子，用于数据传输的比特速率。然后基于这些系统参数(并不需要基于标度或噪声)选择标度因数s_k，这样就获得了期望的的用于标度w的值。然而，如果由于任何原因(比如衰落、功率控制、小区配置等等)而导致接收位的真实的标度偏离了期望的标度，则MAP解码器的性能会由于使用了错误的查找表(即，错误的标度值)来估计函数p(g，w)而降低。

本发明的一些方面提供了在接收位的标度信息是未知时改善Turbo解码器性能的技术。通常，对于一个给出的将要被解码的码段(例如，一个分组数据)，会形成多个假设。每个假设h对应于一个假设的标度因数的序列S_h和一个假设的标度w_h。码段接下来按照每个形成的假设被解码，而每个假设的解码结果被基于一个或多个性能度量而估计。比较所有假设的性能，由性能度量所确定的提供“最佳”解码结果的指定假设被用于该码段。仿真的结果显示，使用这里所述的技术，可实现的解码性能达到了理论的极限值，该极限值可由例如用于产生查找表的标度w的量化值所限定。例如，如果提供五个查找表用于标度值w＝0，3，6，9，和12，则其解码性能可由这些用于标度w的量化值所限定。

图6是按照本发明的一方面对码段进行Turbo解码的流程图。开始时，在步骤612，形成用于该码段的多个假设，其中每一个假设h对应于一指定的标度因数序列S_h和一指定的标度选择w_h。所形成的指定数量的假设独立于各种考虑，例如，可用于解码该码段的时间量，对于δ_k ²和A_k的初始估计的可信度，等等。

在步骤614中，选择一个未经估计的假设进行估计。在估计的第一部分，在步骤616中，码段按照选择的假设(即特定的S_h和w_h)被Turbo解码。这可能需要使用标度因数序列对接收的位进行定标，将经定标的位量化至要求的精度的比特数量(例如，由u_k，A_k和S_h来确定)，并使用标度选择w_h来进行解码(例如，使用用于指定值w_h的查找表)，以提供解码位的候选序列。在步骤618中，该假设的解码结果的质量接下来使用一个或多个性能度量来确定，这些度量将在下面描述。

在步骤620中，确定基于当前的假设做出的该码段的解码结果是否是到目前为止最佳的。如果该假设是到目前为止最佳的，则在步骤622中该性能度量被保存用于以后的比较。其它信息也可被保存，比如假设值(例如标度因数序列S_h和标度w_h)，解码的结果，等等。然后进入步骤624。否则，如果当前假设不是最佳的，则直接从步骤620进入步骤624。

在步骤624，确定是否所有的假设都已经估计过了。如果没有，则回到步骤614并且选择另一个未估计的假设进行估计。否则，如果所有的假设都估计过了，进入步骤626并提供最佳假设的解码结果。处理过程结束。

图6所示的解码方案表示了一种可用于接收位的标度信息未知时的一般形式。在很多实际的实现中，可被估计的假设的数量可受各种考虑的限制。例如，可用于解码一码段的时间可能是有限的，这会限制可进行估计的假设的数量。如果min*函数是由一组查找表来估计的，则用于标度w的可能的值也是受限制的。例如，可提供五个查找表用于w＝0，3，6，9，12的情况，在这种情况下，标度w被限制于这五个值中。对于图6中所示的解码方案的种种改变是可以预期的，并且包括在本发明的范围之内。这些解码方案中的一些将在下面讨论。

图7是按照本发明的另一个实施例的Turbo解码方案的流程图。给解码方案使用相同的标度因数序列S和不同的标度选择w来估计多个假设。开始时，在步骤710，基于一些标准(例如，δ_k ²和A_k的估计值，该码段的数据速率，等等)来选择一个特定的标度因数序列S。码段中接收的位v_k然后被按照选择的标度因数进行标度并量化至期望的位的数量(例如，基于估计的δ_k ²和A_k以及选择的S来确定)以形成输入位u_k，输入位u_k然后被保存到存储单元中。在步骤712，一组标度值w_k同样被选择用于估计。这些标度值可基于多种准则来选择(例如，δ_k ²和A_k的估计值和选择的S，可用于解码的时间周期，等等)例如，用于所有查找表的标度值被可选择用于估计(例如，w_h＝0，3，6，9，和12)。

然后在步骤714，一个未估计的标度值w_h被选择进行估计。该码段接下来在步骤716按照选择的假设(即，特定的标度值w_h)被Turbo解码。这可能需要从存储单元中取回用于该码段的输入位u_k并使用标度选择w_h(例如，使用用于w_h的查找表)来解码这些位以提供解码位的候选序列。然后在步骤718中基于一个或多个性能度量确定该解码结果的质量。在步骤720、722、724和726中剩余的处理分别类似于图6中的步骤620、622、624和626。

这样，图7所示的解码方案基于一个特定的序列S和一组标度选择w_h来解码一码段，并提供对应于由性能度量确定的最佳标度选择的解码结果。

在另一个Turbo解码方案中，码段按照以一个特定的标度选择w组不同的标度因数序列S_h而形成的多个假设进行解码。例如，标度因数序列S_h可选择为S₀，2S₀，S₀/2，等等。开始时，码段中接收的位v_k被保存在存储单元中。对于每一个将要被估计的假设，从存储单元中取回码段中接收的位v_k，并按照用于被估计的假设的标度因数序列S_h进行定标，还量化成期望数量的位以获得输入位u_k。

输入位u_k接下来按照标度w被Turbo解码以产生一解码位的候选段。再一次，基于一个或多个性能度量确定该解码结果的质量。用于其他标度因数序列S_h的其他假设使用类似的方式进行估计。对应于由性能度量确定的最佳序列S_h的解码结果然后被提供作为Turbo解码器的输出。

上述的Turbo解码方案，在接收的位v_k上执行不同的标度以恢复输入位u_k用于Turbo解码器。由于每个接收的位v_k可能具有许多个位的精度(例如，16位)，存储接收位的整个码序列要求的存储空间可能很大。

为了降低对于存储空间的要求，接收的位v_k可被连续地定标、量化并估计，并在开始时使用最大的标度因数序列。例如，如果选择的序列是S₀，2S₀，S₀/2，，则接收的位可在起始时由2S₀进行定标并被存储用于第一假设。对于下一个假设，存储的位被取回，重新使用0.5的因数进行定标(以获得S₀)，量化并估计。而对于第三假设，存储的位被取回，重新使用0.5的因数进行定标(以获得S₀/2)，量化并估计。这样，要求的存储空间降低到了最大标度因数所要求的存储尺寸。然而，连续的定标和量化一般会增加量化噪声的量，这会降低解码的性能。

在又一个Turbo解码方案中，码段按照以一个特定的标度因数序列S_h但不同标度值w_h而形成的多个假设进行解码。开始时，码段中的接收位v_k被标度、量化、并保存在存储单元中作为输入位u_k。对于每一个将要被估计的假设，码段中的输入位u_k被从存储单元中取回并按照用于该假设的标度值w_h重新进行估计。

然而，对于该解码方案，对于每个假设执行迭代的次数较少。例如，对每个假设进行3，5，或者其他次数的迭代而不15、17、或19，后者是完全解码该码段通常需要的次数。对于每个假设进行次数较少的迭代可允许在给定的时间量内估计更多的假设。对于每一个假设，基于一个或多个性能度量来评估解码结果的质量。具有最佳性能的假设然后被用于完全解码该码段，并被提供作为Turbo解码器的输出。

对此处描述的Turbo解码方案的各种变化也是可实施的并且是在本发明的范围之内。通常，可以评估多个假设，每个假设包括任何用于任何一组参数(例如，标度因数序列和/或标度)的一组指定的值。此外，每个假设可以使用各种方式来评估(例如，部分或完全解码)。

性能度量

上述提到的性能度量，各种性能度量可被用于确定解码结果的质量。这些度量包括：(1)CRC校验，(2)候选序列中解码位的最小或者平均LLR，(3)当一解码段被公布时已经完成的迭代的数量，(4)相关度量，(5)重编码能量，(6)重编码比特差错率(BER)。这些度量将在下面描述。

一码段可包括用于检验解码结果的CRC位。如果通过了CRC校验，则有很大的可能性该码段被没有错误地解码了。如果用于多个假设的多个候选序列通过了CRC校验，则可选择其中的一个序列(例如，通过一些准则或通过一些其它度量来仲裁)。

候选序列的编码比特中最小或平均LLR(在最后一次迭代完成之后)可被用作性能度量。在一些应用中，如果一个码序列中任何一个信息比特是错误接收的，该码序列被认为是不可接受的。而在其它的一些应用中，码序列中很小数量的信息比特错误是可以接受的。这样，根据该应用的要求，最差的LLR(即，具有最小量的LLR)或者多个较差的LLR可被用作该解码段质量的标志。较差的LLR的平均数量也可被用作性能度量。

在公布解码的码段之前，Turbo解码一般由第一和第二组成编码器进行多次迭代(例如12、16、20或者可能更多)。每一次迭代由一个组成编码器进行，接收的信息比特的可信度会增加并逐近地达到一个最终值。Turbo解码器可在解码处理期间进行检测以在码段中的位的LLR超过某一门限值时终止解码过程。或者，Turbo解码器可使用一个内置的错误检测函数(例如，CRC校验)来确定解码是否成功并能在达到所允许的最大迭代次数之前终止解码过程。在这些情况下，为了解码该码段而进行的迭代的次数可被用作性能度量。

可通过将候选序列中的解码位b_k和接收信息比特

(在标度及量化之前都可以)进行内积来获得相关度量。该内积可通过将候选序列和接收的信息比特序列中按每个元素(即，按每个位)依次相乘并将这些乘积相加来得到。最终相加得到的值表示这两个序列之间的相关性。该内积可被表示为：

$M_e(\tilde{x},b)=\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\tilde{x}}_k\·b_k$ 等式(15)

相关度量M_e的值高表示接收的和解码的位之间较高的相关程度。相反，相关度量的值较低表示解码位中有错误和/或接收位的值较低。一个较高的相关度量的值对应于较高质量的解码结果。

接收和解码位的功率之间的相关性同样可被计算。在这种情况下，每个接收的信息比特和每个解码位首先被取平方。然后在取平方后的解码位和取平方后的接收信息比特的向量上进行内积。

对于重编码的相关度量，解码段中的解码位b_k首先由和用于发射机单元相同的Turbo编码器进行重编码并使用相同的截短方案进行截短以导出该重编码的位r_k。重编码的位r_k然后与接收位u_k或v_k进行相关。然而，相关是对所有接收的信息和奇偶校验位都进行的，而不是仅仅对于用于相关度量的接收的信息比特。用于重编码相关度量的内积可被表示为：

$M_{\mathrm{re}}(u,r)=\underset{k=1}{\overset{3N}{\mathrm{\Σ}}}{u}_k\·r_k$ 等式(16)

类似于上述的相关度量，较高的重编码相关度量M_re的值对应于较高质量的解码结果。重编码相关度量可能比相关度量更为精确，因为用该度量估计了所有接收的信息和奇偶校验位(而不仅仅是信息比特)。

重编码比特差错率可通过重编码一候选序列并将该重编码比特与接收的信息和奇偶校验位(已转化成硬判决或二进制值)进行一位一位的比较而获得。在比较期间，重编码比特和接收的位之间的差错被计数。重编码的BER然后用出错位的数量除以比较的位的总量来确定。较低的重编码BER的值表示了较高质量的解码结果。

上面描述的性能度量中的一些在美国专利No.6175590中进一步详细描述，题为“在可变速率通信系统中用于确定接收数据速率的方法和设备”(“METHODAND APPARATUS FOR DETERMINING THE RATE OF RECEIVED DATA IN A VARIABLERATE COMMUNICATION SYSTEM”)发表于2001年1月16日，转让给本发明的受让人。其它性能度量也可使用并在本发明的范围之内。同样，可以使用任何上述性能度量的结合来确定解码结果的质量。

图8是按照本发明的一个实施例的Turbo解码器800的框图。Turbo解码器800是图3和图4中的Turbo解码器的一个特定实施。在该实施例中，Turbo解码器800包括本地存储器/组合器808、MAP解码器810、检测器812、查找表814、性能度量计算器816、存储单元820和地址生成器830。回去参考图4，两个组成解码器410a和410b串行操作，一个解码器输出的外部信息提供为另一个解码器的输入。由于这两个组成解码器是串行操作的，仅有一个(物理)解码器就能被用于实施两个组成解码器。

标度器/量化器806接收并使用标度因数序列S标度接收的位v_k，量化经定标的位，并将量化的位u_k提供给本地存储器/组合器808。如果截短是在发射机单元进行的，在提供给Turbo解码器800之前接收的位可由另一个单元(例如，信道交织器)进行去截短。通过为码段中每一个被截去的位提供一个删除标记来进行去截短操作，该删除标记表示该位为0和为1的可能性相等。或者，如果这些位是重复的，对应于同样位的接收码元可以以一种适合的形式组合。

根据正在进行的特定的解码迭代(即，用于第一或第二组成编码器的解码)，正确的信息和奇偶为的序列被提供给存储器/组合器808。前一次解码获得的APP也被从APP存储单元820提供给存储器/组合器808。在一个实施例中，存储器/组合器808被设计成(1)接收信息比特并计算这些位的LLR，(2)将步骤(1)中计算得到的与对应的外部信息组合以产生APP，(3)接收奇偶校验位(或)并计算这些位的LLR，或

在一个实施例中，存储器/组合器808使用滑动窗口结构(SWA)来实现，它将进行暂时存储，例如，四个窗口的信息和奇偶校验位。其中三个窗口的信息和奇偶校验位由MAP解码器810中的三个状态度量计算器机进行操作，而第四个窗口使用信息比特的值和来自存储器单元820的APP进行更新。在一个实施例中，每个窗口的尺寸为32，即，每个窗口保存32个码元和32个(或)码元。也可以使用其他的窗口长度和/或不同数量的窗口，这是在本发明的范围之内。

在一个实施例中，MAP解码器810实现为一个执行对数MAP算法得SISO解码器。也可以使用任何基于MAP的解码算法(例如，max对数MAP算法或者max*对数MAP算法，两者都是业内所熟知的)。在一个实施例中，为了实现MAP算法，MAP解码器810包括一个前向状态度量计算器和两个反向状态度量计算器每个前向(或反向)状态度量计算器计算在给定的时间瞬间k中网格中2^k-1个状态的概率的对数，该计算基于(1)在先前(或将来)的时间瞬间中状态的概率以及(2)先前(或将来)的状态和当前时间的状态之间的路径的概率，其中k是组成编码器的约束长度。这些前向和反向状态度量然后被用于计算信息比特的后验概率。前向和反向状态度量的计算在上面已经讨论了。

查找表814可用于加速对于min*函数的估计，min*函数是用于计算前向和反向状态度量和分支度量，如上所述。多个查找表可被提供用于不同的标度值w，而将使用的特定的查找表可通过标度选择(可由控制器840提供)来确定。

性能度量计算器816可用于计算一个或多个用于候选序列的性能度量，该性能度量可用于确定解码结果的质量。性能度量计算器816可进行CRC校验和/或确定最小或平均LLR、相关度量、重编码能量、重编码BER、一些其他度量或者任何它们的组合。

存储单元820保存来自解码迭代的APP，其接下来被用于下一次的解码迭代。APP在由地址生成器830提供的读写地址指导下被保存到存储单元820中的正确的位置或从中取出。产生该地址以使APP能按照发射机单元用于的编码码段的交错方法来进行正确的交错和去交错。

控制器840可指导Turbo解码器800的操作。控制器840为码段形成多个假设并提供表示将用于该码段的标度因数和标度值的控制信号。控制器840可进一步接收用于假设而计算的性能度量的值，并选择一个假设作为最佳假设。Turbo解码器800然后提供最佳假设的解码位。

已描述了用于Turbo解码器的解码技术的多个方面，该解码器设计为使用一组查找表来实现用于不同标度值w的min*函数。然而，这些解码技术不限于是使用查找表，而min*函数可使用其他方法来估计，包括硬件、软件、固件或任何它们的组合。

这里描述的解码技术可被方便地用于在标度信息未知时Turbo解码一码段。这些技术可被用于任何使用Turbo解码的通信系统，例如cdma2000、W-CDMA、IS-856或其他系统。这些技术也可被用在前向链路(即，下行链路)及反向链路(即，上行链路)上。

除了标度因数和标度值，用于Turbo解码的其他参数(例如，迭代的次数，窗的尺寸，以及可能的其他参数)也可被调整。同样，这里描述的技术可应用于除Turbo解码器以外的其他类型的解码器。例如，标度的概念也可应用于维特比(Viterbi)解码器，除非只存在一个变量(标度因数S)，因为维特比(Viterbi)解码器不依赖于w。

这里描述的Turbo解码器可使用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。对于硬件设计，该Turbo解码器可在数字信号处理器(DSP)、应用专用集成电路(ASIC)、处理器、微处理器、控制器、微控制器、现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑部件、其他电子单元或任何它们的组合中实现。而对于软件和固件设计，Turbo解码器使用由处理器执行的编码来实现(例如，图8中的控制器840)存储单元和查找表也可使用多种存储技术来实现，比如，举个例子，随机存取存储器(RAM)、动态RAM(DRAM)、闪存，或者其他。各种结构及实施方式的Turbo解码器和存储单元都是可能的并在本发明的范围之内。

前面描述的较佳实施例是提供给熟悉本领域的人员来实施或使用本发明的。对于这些实施例的各种改变对于熟悉本领域的人员来说是显而易见的，而这里定义的一般原理可应用于其他实施里而不需要使用创造性的能力。这样，本发明不应该被限于这里所图示的实施里而应该是符合这里所公开的原理合创新性特征的最宽范围。

Claims (22)

1.一种解码一经Turbo编码的码段的方法，包括：

形成所述码段的多个假设，其中每个假设对应于用于解码该码段的一组一个或多个参数的特定的一组一个或多个值；

按照每个假设解码所述码段；

估计用于对于每个假设的解码结果的一个或多个性能度量；

基于一个或多个估计的性能度量确定一具有最佳解码结果的特定假设；以及

为具有最佳解码结果的假设提供一解码位序列。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对于每个假设将解码进行特定的迭代次数，以及其中在完成了特定的迭代次数之后为每个假设估计所述一个或多个性能度量。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述特定的迭代次数少于完全解码所述码段所要求的次数。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述解码是基于一最大后验概率解码方案进行的。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述最大后验概率解码方案使用一用于解码所述码段的函数，而其中一组一个或多个参数包括至少一个用于该函数的参数。

6.如权利要求5所述法的方法，其特征在于，所述函数是min*函数。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述函数部分地使用对应于不同的函数参数值的一组查找表来实现。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述一组一个或多个参数包括一标度因数序列的参数，所述标度因数用于标度所述码段接收的位以导出要被解码的位。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述多个假设对应于多个标度因数序列。

10.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述一组一个或多个参数包括一标度的参数，所述标度用于估计所述函数。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述多个假设对应于多个标度值。

12.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述一个或多个参数还包括一标度的参数，所述标度用于估计解码所述码段的函数，并且其中所述多个假设对应于标度因数序列和标度值的多个组合。

13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述一个或多个性能度量包括CRC校验。

14.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述一个或多个性能度量包括相关度量。

15.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述一个或多个性能度量包括重编码相关度量。

16.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述一个或多个性能度量包括解码位的最小或平均对数似然比。

17.一种解码一经Turbo编码的码段的方法，包括：

形成所述码段的多个假设，其中每个假设对应于用于解码该码段的一组一个或多个参数的特定的一组一个或多个值；

基于最大后验概率解码方案并按照每个假设解码所述码段；

估计用于对于每个假设的解码结果的一个或多个性能度量；

基于一个或多个估计的性能度量确定一具有最佳解码结果的特定假设；以及

为具有最佳解码结果的假设提供一解码位序列，并且

其中所述一组一个或多个参数包括一用于实施所述最大后验概率解码方案的min*函数的标度的参数。

18.一Turbo解码器，包括：

组成解码器，配置成基于一特定解码方案并按照一特定假设接收并解码一码段中的位以提供所述假设的解码结果；以及

性能度量计算器，配置成估计用于所述假设的解码结果的一个或多个性能度量，并且

其中对所述码段形成多个假设，其中每个假设对应于用于解码该码段的一组一个或多个参数的特定的一组一个或多个值，以及其中所述组成解码器和性能度量计算器对于每个假设对所述码段运行。

19.如权利要求18所述的Turbo编码器，其特征在于，所述组成解码器是最大后验概率解码器。

20.如权利要求19所述的Turbo解码器，还包括：

多个查找表，配置成实现用于所述最大后验概率解码器的函数，其中每个查找表对应于一个用于所述函数的特定的标度值，以及

其中所述多个假设对应于用于解码所述码段的多个标度值。

21.如权利要求20所述的Turbo解码器，其特征在于，所述多个查找表配置成实现用于所述最大后验概率解码器的min*函数。

22.如权利要求18所述的Turbo解码器，其特征在于，通过使用标度因数序列来定标接收的位来导出要被解码的位，并且其中所述多个假设对应于多个标度因数序列。

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