CN1682449A - 使用数据窗口来解码数据的方法 - Google Patents

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CN1682449A
CN1682449A CNA038220997A CN03822099A CN1682449A CN 1682449 A CN1682449 A CN 1682449A CN A038220997 A CNA038220997 A CN A038220997A CN 03822099 A CN03822099 A CN 03822099A CN 1682449 A CN1682449 A CN 1682449A
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P·加利利
L·皮洛特
A·安科拉
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Abstract

本发明涉及一种用于解码数据的方法，所述方法使用输入数据的窗口(WID)实现。本发明的特征在于，对于当前窗口，它包括以下步骤：执行前向递归，所述前向递归使用前向状态度量向量(α)来初始化，所述前向状态度量向量(α)来自于前一迭代的相同步骤的前一窗口的上界(STK)，窗口(WID)包括下界和上界，并且执行后向递归，所述后向递归使用后向状态度量向量(β)来初始化，所述后向状态度量向量β来自于前一迭代的相同步骤的下一窗口的下界(STK)。用途：通信系统中的接收器。

Description

使用数据窗口来解码数据的方法
技术领域
本发明涉及一种用于解码数据的方法，所述方法包括使用输入数据的窗口且具有一些步骤的迭代。
这种方法尤其可以用于使用UMTS标准的任何系统中或者用于一些卫星通信中。
背景技术
在使用依照标准3GPP(3GPP TS 25.212)定义的UMTS标准的系统中，当在这种系统的接收器中接收到数据时，所述数据被解码。这种接收器包括集成电路中的解码器。所述解码器目前也称为涡轮解码器(turbo-decoder)，所述解码器包括两个相互依赖的软输入-软输出步骤，这些步骤也称为SISO。SISO步骤表示用交错的数据流(称为SISO2)或非交错的数据流(称为SISO1)来交替地解码输入数据。
在所述解码过程期间，定义了编码的可能状态的网格。
在题目为“Implementation issues of 3rd generation mobilecommunication turbo decoding”的文献中(J.Dielissen以及J.Huisken)，在2000年5月、于Benelux对信息理论的第21次讨论会中，由Wassenaar、Nederlands提出的，第9-16页中，数据块B的解码是依照以下方式执行的。
SISO步骤管理用于处理前向状态度量向量α的一些前向递归，用于处理状态度量向量β的一些后向递归，并且这些状态度量向量用于外部的计算，所述外部的计算用于输出一些概率因数λ，而这些都包括在编码的可能性状态的网格内。
为了执行所述解码，使用了滑动窗口系统。它是基于将输入数据分解为数据的窗口的，其中所述输入数据是由接收器接收到的。
图1中示出了滑动窗口的原理。
由所述解码器接收到的数据块B被分成大小为W的窗口，并且一个唯一的运算部件正在执行2次SISO步骤。所述部件依照连续的方式逐个窗口地计算每个SISO步骤的状态度量和概率因数。为了收敛到正确的概率因数而执行多次迭代。单次迭代包括第一和第二SISO步骤。
在第一迭代ITER_N，所述运算部件执行第一SISO步骤SISO1的计算。
对于第一窗口0-W来说，所述运算部件执行第一前向递归并且处理前向状态度量α的第一集合。在第二窗口W-2W期间，所述运算部件执行第二前向递归并且处理前向状态度量α的第二集合。与此第二前向递归并行地，它执行第一后向递归，用于处理后向状态度量β的第一集合。应注意的是，在已经计算了对应的后向状态度量向量β之后，立即开始计算所述概率因数λ。
在第三窗口2W-3W期间，所述运算部件执行第三前向递归，并且执行第二后向递归等等，直到第一迭代ITER_N的最后窗口(B-W)-B为止。
然后，对于第二SISO步骤SISO2，所述运算部件确切地执行相同类型的计算。
应注意的是，在后向递归期间，在每个新窗口，最后的后向状态度量向量β被保存。其将被用于在相同的SISO步骤(在SISO1的情况下是SISO1、在SISO2的情况下是SISO2)初始化下一迭代的前一窗口。由此，一个窗口依赖于另一窗口。
现有技术的一个主要问题在于：对于高数据吞吐量来说，现有技术的解决方案太过费时。
发明内容
据此，本发明的一个目的在于，提供一种使用输入数据的窗口来解码数据的方法和解码器，其通过改善SISO计算的时间消耗来实现高效的解码。
为此目的，提供了一种方法，对于迭代中的步骤的当前窗口，所述方法包括以下步骤：
执行前向递归，所述前向递归是使用前向状态度量向量进行初始化的，所述前向状态度量向量来自于前一迭代的相同步骤的前一窗口的上界(upper stake)，窗口包括下界和上界，并且
执行后向递归，所述后向递归是使用后向状态度量向量来进行初始化的，所述后向状态度量向量来自于前一迭代的相同步骤的下一窗口的下界。
另外，提供了一种解码器，所述解码器包括运算部件，用于对迭代中的步骤的当前窗口执行以下步骤：
前向递归，所述前向递归是使用前向状态度量向量进行初始化的，所述前向状态度量向量来自于前一迭代的相同步骤的前一窗口的上界，窗口包括下界和上界，并且
后向递归，所述后向递归是使用后向状态度量向量来进行初始化的，所述后向状态度量向量来自于前一迭代的相同状态的下一窗口的下界。
正如我们通过以后细节将要看到的那样，这种方法能够减少花费的时间。通过对来自于前一迭代而非它所归属的迭代的同类步骤的窗口执行初始化，一个步骤的所有窗口计算将能并行执行。
附图说明
当阅读以下的详细说明并且当参考附图时，本发明的其他目的、特征以及优势将变得显而易见，其中：
图1举例说明了依照现有技术使用滑动窗口原理的数据流时间视图，
图2举例说明了由本发明方法使用的编码的可能性状态的网格，
图3举例说明了依照本发明方法使用滑动窗口原理的数据流时间视图，以及
图4举例说明了使用适用于本发明方法的滑动窗口原理来解码的两个其他结构。
具体实施方式
在随后的描述中，对所属技术领域的专业人员众所周知的功能或者结构没有详细说明，以免它们不必要地模糊本发明。
本发明涉及一种使用滑动窗口来解码数据的方法。所述方法尤其适用于集成电路中的涡轮解码器，所述集成电路被嵌入UMTS通信系统中，所述UMTS通信系统包括发送器和接收器，并且所述集成电路具体而言更适用于所述接收器中，所述接收器例如是基站的接收器。
所述接收器接收一些输入数据，所述输入数据通过公共通用的编码方案来编码，这些编码方案是所属技术领域的专业人员所公知的。所述接收器通过其涡轮解码器必须解码已编码的输入数据，以便恢复信号，信号是由发送器传送的。
为此目的，在解码期间，定义了编码的可能性状态的网格，并且所述解码过程包括两个SISO步骤(软输入软输出，Soft Input SoftOutput)，所述SISO步骤是解码数据的窗口WID(在以下详细描述中定义)或者解码完整信号，所述解码包括分别用交错的数据(称为SISO2)和非交错的数据(称为SISO1)进行前向递归、后向递归以及外部的计算。
如图2中所示那样，所述网格包括8个可能状态STATE。给定了输入数据，也称为系统化数据，对应的已编码输入数据，也称为奇偶性输入数据以及a-先验信息(来自于前一的SISO步骤)，从一种状态到另一种状态的每个过渡的特征在于分支度量向量γ。在每个网格步骤，前向状态度量向量α是根据前一的状态度量向量α以及相关联的分支度量向量γ计算的，而后向状态度量向量β是根据下一状态度量向量β以及相关联的分支度量向量γ计算的。当在给定的网格步骤，已经计算了两个状态度量向量(α以及β)时，外部值-即概率因数λ可以根据这些状态度量以及分支度量向量来处理。
每个SISO步骤通过使用来自于其他SISO的信息与其他步骤相交互。SISO步骤输出外部计算λ，其由下一SISO步骤作为A-先验信息加以使用。
此外部信息评估0或者1信号已被传送的概率。
SISO步骤的多个迭代被执行，以便逐渐收敛到正确的概率因数λ，并且由此收敛到正确的编码信号。单次迭代包括第一SISO1和第二SISO2步骤。
为了解码所接收到的输入数据，涡轮解码器使用施加到所述输入数据的数据滑动窗口系统。所述滑动窗口系统是基于将输入数据块B分解为数据窗口的，数据的窗口WID具有不同于其他窗口WID的大小。
应注意的是，采用数据块B，由所述发送器将一些尾部位传送至接收器，并且进而传送至解码器。
按照如下来执行输入数据块B的解码：
整个数据块B优选地被分解为大小相等的窗口WID。运算部件COMP被分配给数据块B的每个窗口WID，以便减少解码的等待时间。窗口包括一些初始化点，这些点被称为界STK。
两个界STK，下界和上界来表现窗口WID的特性。事实上，我们从图3中可以看出，下界也表示窗口的下限，而上界也表示窗口的上限。
通过前一迭代SISO步骤的前一窗口WID计算所初始化的上界用于计算前向状态度量向量α，所述前向状态度量向量是当前迭代的各个SISO步骤的当前窗口WID的。
通过前一迭代SISO步骤的下一窗口WID计算所初始化的下界用于计算后向状态度量向量β，所述后向状态度量向量是当前迭代的各个SISO步骤的当前窗口WID的。
应注意的是，随待解码的数据块B一起传送的尾部位用于初始化最后窗口WID的后向递归。最后的状态度量向量β是通过使用所述尾部位、从已知的初始状态0 STATEO执行追溯而获得的。这是由称为终止发生器的部件在解码过程开始时执行的。
在解码开始时，界STK可以使用统一的任意状态度量值(例如0)来初始化。当然，还可以使用所属技术领域的专业人员公知的高效实现方式——BCJR初始化技术(执行训练前后递归以便初始化第一迭代而不是使用任意值)，但是由于这种技术很费时，故而会影响整体性能。
因此，涡轮解码器的每个运算部件COMP能在SISO步骤期间独立地处理其相关联的窗口WID：
所述前向递归是使用前向状态度量α值来初始化的，所述前向状态度量α值来自于前一各个SISO步骤的前一窗口-即前一迭代中相同SISO步骤(SISO1或者SISO2)的前一窗口的上界，
所述前向递归结束，最后计算的前向状态度量α被存储在当前窗口的上界中，
所述后向递归是使用后向状态度量β值来初始化的，所述后向状态度量β值来自于前一各个SISO步骤中下一窗口-即前一迭代中相同SISO步骤(SISO1或者SISO2)的下一窗口的下界，
所述后向递归结束，最后计算的后向状态度量β被存储在当前窗口的下界中。
优选的是，在前一迭代中相同SISO步骤的前一窗口是在紧接着的前一迭代中相同类型SISO步骤(要么SISO1类型要么SISO2类型)的紧接着的前一窗口，并且前一迭代中相同SISO步骤的下一窗口是紧接着的前一迭代中同类SISO步骤的连续窗口。
图3中举例说明了这种解码的例子。在图3的图中，X轴表示时间而Y轴表示被处理的窗口WID。在此例子中，存在2个迭代ITER_0和ITER_1。我们假设窗口WID具有四个待计算的输入数据。
在第一迭代ITER_0期间，执行以下步骤。
在第一步1)中，第一SISO步骤SISO1由不同的运算部件COMP执行，所述运算部件COMP与其窗口WID相关联。
第一运算部件COMP1处理输入数据块B的大小为W的第一窗口WID1(0-W)。
进行前向递归计算，其计算所述第一窗口WID1的前向状态度量向量α，其中例如使用任意值0来初始化所述前向递归，也就是说，第一前向状态度量向量α0具有值0。
此前向递归结束，最后计算的所述前向状态度量向量α被存储在此窗口WID1的上界STK_WSISO1中。
然后，进行后向递归，其计算此第一窗口WID1的后向状态度量向量β，其中采用例如0来初始化所述后向递归，也就是说，最后的后向状态度量向量β3具有值0。
所述后向递归结束，不将最后计算的后向状态度量向量β-这里是β0存储在界STK中，这是由于其不会被用于任何SISO步骤。
与此第一窗口WID1处理并行地，其他窗口WID2，WID3，...分别由第二，第三...运算部件COMP2，COMP3...处理。它们的处理与对如上所述的第一窗口WID1的相同，除了存储在下界STKSISO1中的它们的最后的后向状态度量向量β。
对于最后的窗口WIDB来说，所述前向递归结束，因为此窗口WIDB的最后前向计算的状态度量向量α不会被使用，故而不将它们存储在界中。
然后，使用由终止发生器计算的度量向量初始化后方后向递归，其中此向量是尾部位的函数，并且处理所述后方递归。所述后向递归结束，为下一迭代的SISO1步骤，将最后计算的后向状态度量β0存储在下界STK_B-WSISO1中。
应注意的是，在图3中，所有纯灰色圆圈定义使用0初始化的当前递归，并且所有透明圆圈定义使用来自于终止发生器的向量初始化的当前递归。
在第二步骤2)中，第二SISO步骤SISO2由不同的运算部件COMP来执行，所述运算部件COMP与其窗口WID相关联。应注意的是，因为所述窗口是相同的，故而这些运算部件COMP与对于第一SISO步骤SISO1的那些相同。
所述第一运算部件COMP1处理输入数据块B的大小是W的第一窗口WID1。
进行前向递归计算，其计算所述第一窗口WID1的前向状态度量向量α，其中所述前向递归使用0来初始化，也就是说，所述第一前向状态度量向量α0具有值0。
此前向递归结束，将最后计算的前向状态度量向量α3存储在此窗口WID1的上界STK_WSISO2。
然后，进行后向递归，其计算此第一窗口WID1的后向状态度量向量β。所述后向递归例如采用0来初始化，也就是说，最后的后向状态度量向量β3具有值0。
所述后向递归结束，由于最后计算的后向状态度量向量β不会被用于任何SISO步骤，故而不将它存储在界中。
与此第一窗口WID1处理并行地，其他窗口WID2，WID3，...分别由第二，第三...运算部件COMP2，COMP3...处理。
它们的处理与对如上所述的第一窗口WID1的处理相同，除了被存储在下界STKSISO2中的它们的最后后向状态度量向量β。
在第二迭代ITER_1期间，执行以下步骤。
在第一步1)中，第一SISO步骤SISO1由不同的运算部件COMP执行，所述运算部件COMP与其窗口WID相关联。
进行前向递归计算，其计算所述第一窗口WID1的前向状态度量向量α，其中所述前向递归使用任意值-例如0来初始化，也就是说，所述第一前向状态度量向量α0具有值0。
此前向递归结束，将最后计算的前向状态度量向量α存储在此窗口WID1的上界STK_WSISO1中。
然后，进行后向递归，其计算此第一窗口WID1的后向状态度量向量β，其中所述后向递归使用前一各个SISO1步骤的下一窗口WID2的下界来初始化。
所述后向递归结束，因为不会将最后计算的后向状态度量向量β-这里是β0用于任何SISO步骤，故而不将它存储在界STK。
与此第一窗口WID1处理并行地，其他窗口WID2，WID3，...分别由第二，第三...运算部件COMP2，COMP3...处理。
对这些窗口的每一个而言，
使用来自于前一迭代SISO1步骤的前一窗口的上界STKSISO1的前向状态度量向量α来初始化前向递归，
所述前向递归结束，最后计算的前向状态度量向量α被存储在当前窗口的上界STKSISO1中。
使用后向状态度量向量β来初始化后向递归，所述后向状态度量向量β来自于前一迭代SISO1步骤的下一窗口的下界STKSISO1，
所述后向递归结束，最后计算的后向状态度量向量β被存储在当前窗口的下界STKSISO1。
例如，对于第二窗口WID2(W-2W)来说，采用前向状态度量向量α3来初始化所述前向递归，其中所述前向状态度量向量α3是前一迭代SISO1步骤的窗口WID1的上界STK_WSISO1的，并且将最后计算的前向状态度量向量α7存储在此当前窗口的上界STK_2WSISO1中。使用后向状态度量向量β8来初始化后向递归，所述后向状态度量向量β8是前一迭代SISO1步骤的窗口WID3的下界STK_3WSISO1的，并且将最后计算的后向状态度量向量β4存储在此当前窗口的下界STK_2WSISO1。
对于最后的窗口WIDB来说，使用来自于下界STK_B-WSISO1的最后的前向状态度量向量α(b-W-1)来初始化前向递归。所述前向递归结束，因为此窗口WIDB的最后计算的状态度量向量α(B-1)不会被使用，故而不将它存储在界STK中。
然后，使用由终止发生器计算的状态度量向量来初始化后向递归，其中所述向量是尾部位的函数，并且处理所述后方递归。所述后向递归结束，为下一迭代ITER_2并且由此为下一SISO1步骤，将最后计算的后向状态度量向量β(B-W)存储在下界STK_BWSISO1中。
在第二步2)中，第二SISO步骤SISO2由不同的运算部件COMP来执行，所述运算部件COMP与其窗口WID相关联。应注意的是，因为所述窗口是相同的，故而这些运算部件COMP与对第一SISO步骤SISO1的那些相同。
所述第一运算部件COMP1处理输入数据块B的大小是W的第一窗口WID1。
进行前向递归计算，其计算所述第一窗口WID1的前向状态度量向量α，其中使用任意值一例如0来初始化所述前向递归，也就是说，所述第一前向状态度量向量α0具有值0。
此前向递归结束，将最后计算的前向状态度量α存储在此窗口WID1的上界STK_WSISO2中。
然后，进行后向递归，其计算此第一窗口WID1的后向状态度量向量β，其中使用前一各个SISO2步骤的下一窗口WID2的下界来初始化所述后向递归。
所述后向递归结束，因为不会将最后计算的后向状态度量向量β-这里是β0用于任意SISO步骤，故而不将它存储在界STK中。
与此第一窗口WID1处理并行地，其他窗口WID2，WID3，...分别由第二，第三...运算部件COMP2，COMP3...处理。
对这些窗口的每一个而言，
使用来自于前一迭代SISO2步骤的前一窗口的上界STKSISO2的前向状态度量向量α来初始化所述前向递归，
所述前向递归结束，最后计算的前向状态度量向量α被存储在当前窗口的上界STKSISO2中。
使用来自于前一迭代SISO2步骤的下一窗口的下界STKSISO2的后向状态度量向量β来初始化后向递归，
所述后向递归结束，将最后计算的后向状态度量向量β存储在当前窗口的下界STKSISO2。
例如，对于第二窗口WID2(W-2W)来说，使用前一迭代SISO2步骤的窗口WID1的上界STK_WSISO2的前向状态度量向量α3来初始化前向递归，并且将最后计算的前向状态度量向量α存储在此当前窗口的上界STK_2WSISO2中。使用前一迭代SISO2步骤的窗口WID3的下界STK_3WSISO2的后向状态度量向量β8来初始化后向递归，并且将最后计算的后向状态度量向量β4存储在此当前窗口的下界STK_2WSISO2中。
对于最后的窗口WIDB来说，使用来自于下界STK_B-WSISO2的最后前向状态度量向量α(B-W-1)来初始化前向递归。所述前向递归结束，由于此窗口WIDB最后计算的状态度量向量α(B-1)不会被使用，所以不将它存储在界STK中。
然后，使用由终止发生器计算的度量向量来初始化后向递归，其中所述向量是尾部位的函数，并且处理所述后方递归。所述后向递归结束，为下一迭代ITER_3并且由此为下一SISO2步骤，将最后计算的后向状态度量向量β(B-W)存储在下界STK_BWSISO2中。
正如我们所看到的，由于依照本发明的方法，因为在一个SISO期间并行执行窗口的所有计算，所以我们获得了大量的时间，这主要是由于由前一步骤产生的初始化状态度量的系统。实际上，在SISO步骤中，由于所有窗口并不需要此SISO步骤的另一窗口结果来被处理，因此它们现在彼此不相互依赖。
在图3中举例说明的此例子用于理想的数据块B。但是，我们经常无法接收理想的数据块B，而是常规的数据块B。常规的数据块B具有最后的窗口WID，此窗口WID小于其它窗口，即包含更少量的数据。换言之，最后的窗口大小不同于其他窗口的大小。
正如需要注意的那样，依照本发明的方法能很好应用于理想的数据块序列以及常规的数据块。
应该理解的是，本发明不局限于前述的实施例，在不脱离本发明精神和范围的情况下可以作出变化和修改，本发明的范围在所附权利要求书中定义。在这方面，作出以下严密的注释。
应该理解的是，本发明还可以应用于其他SISO结构，其中前后递归被并行处理：如图4中所示的“X”或“D”结构。实际上，在此结构中，所述前后递归还可以使用来自于前一SISO步骤的界来初始化。
应该理解的是，所述本发明不局限于前述的UMTS应用。它可以用于使用涡轮解码器的任何应用，以便使用数据窗口来解码数据。
应该理解的是，根据本发明的方法不局限于前述的实现方式。
借助于硬件或者软件项目，或者它们两者，存在许多实现依照本发明的方法的功能的方式，条件是硬件或者软件的单个项目可以执行多个功能。不排除的是，硬件或者软件的项目组件或者它们两者执行一个功能，由此在不修改依照本发明的原解码方法的情况下形成单个功能。
所述硬件或者软件项目可以依照多种方式实现，诸如分别借助于有线电子电路或者借助于被适当编程的集成电路来实现。可以将所述集成电路包含在计算机或者解码器中。依照第二种情况，所述解码器包括运算部件，适合于如前一所述那样执行前后递归，所述部件是如上所述的硬件或者软件项目。
所述集成电路包括指令集。由此，所述指令集例如包含在计算机可编程存储器中，或者包含在解码器存储器中，所述指令集可以令计算机或者解码器执行解码方法的不同步骤。
指令集可以通过读取诸如盘的数据载体被载入可编程存储器。服务供应商也可以通过通信网络作出有效的指令集，所述通信网络诸如是互联网。
在随后权利要求中的任意参考标记都不应看作是对权利要求的限制。很显然，使用动词“包括”及其动词变化不排除存在除权利要求中定义的那些步骤或元件之外的其他步骤或元件。元件或步骤之前的冠词“一个”或者“一”的使用不排除存在多个这种元件或步骤。

Claims (7)

1.一种用于解码数据的方法，所述方法包括采用输入数据的窗口(WID)且具有一些步骤(SISO1，SISO2)的迭代，其特征在于，对于迭代中步骤(SISO1，SISO2)的当前窗口(WID)，所述方法包括如下步骤：
执行前向递归，所述前向递归是使用前向状态度量向量(α)来初始化的，所述前向状态度量向量(α)来自于前一迭代的相同步骤(SISO1、SISO2)的前一窗口的上界(STK)，窗口(WID)包括下界和上界(STK)，并且
执行后向递归，所述后向递归是使用后向状态度量向量(β)来初始化的，所述后向状态度量向量(β)来自于前一迭代的相同步骤(SISO1、SISO2)的下一窗口的下界(STK)。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在前向递归期间，将最后计算的所述前向状态度量向量(α)存储在所述当前窗口(WID)的上界中，并且在后向递归期间，将最后计算的后向状态度量向量(β)存储在所述当前窗口(WID)的下界(STK)中。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(SISO)的所有窗口都被并行地处理。
4.一种用于解码数据的解码器，所述解码包括使用输入数据的窗口(WID)且具有一些步骤(SISO1、SISO2)的迭代，其特征在于，所述解码器包括运算部件(CMP)，用于为迭代内的步骤(SISO1、SISO2)的当前窗口(WID)执行：
前向递归，所述前向递归是使用前向状态度量向量(α)来初始化的，所述前向状态度量向量(α)来自于前一迭代的相同步骤(SISO1、SISO2)的前一窗口的上界(STK)，窗口(WID)包括下界和上界(STK)，并且
后向递归，所述后向递归是使用后向状态度量向量(β)来初始化的，所述后向状态度量向量(β)来自于前一迭代的相同步骤(SISO1、SISO2)的下一窗口的下界(STK)。
5.一种适合于接收输入数据的接收器，所述输入数据由如权利要求4所述的解码器加以处理。
6.一种用于接收器的计算机程序产品，包括指令集，当将所述指令集载入所述接收器时，令所述接收器执行如权利要求1到3所述的方法。
7.一种用于计算机的计算机程序产品，包括指令集，当将计算机指令集载入计算机时，令计算机计算机执行如权利要求1到3所述的方法。
CNA038220997A 2002-09-18 2003-09-10 使用数据窗口来解码数据的方法 Pending CN1682449A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
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