CN1744475B - 通过冗余和迭代处理进行信号处理的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通过冗余和迭代处理改善无线和有线接收机的接收性能的方法和系统。一个多层解码处理包括一个脉冲处理和一个帧处理。从第一脉冲处理中输出的结果被用来在帧处理中生成一解码位序列。所述帧处理可以利用冗余信息和物理约束改进解码算法的性能。帧处理产生的结果又反馈回脉冲处理进行脉冲处理和帧处理的第二次迭代，进一步改善解码操作。某些情况下，脉冲处理的第二次迭代可基于梯度搜索方法进行。

Description

通过冗余和迭代处理进行信号处理的方法和系统

技术领域

本发明涉及用于无线和有线通讯系统的接收机，更具体地，本发明涉及通过固有冗余和迭代处理来改进有线和无线接收机接收性能及进行信号处理的方法和系统。

背景技术

对于一些传统的接收机，改善性能需要对系统进行大量的修改，这可能代价高昂，并且在某些情况下，甚至是不切实际的。确定实现设计改进的最好方法，将取决于对接收机系统的特定调制模式和/或传输信道引入的各种噪声的优化。例如，对接收机系统的优化可基于接收的信号是连续符号形式的还是信息位形式的，这两者是相互依存的。例如，从卷积编码器中接收到的信号是互相依赖的信号，也就是记忆信号。卷积编码器可以基于有限状态机操作产生NRZI或者连续相位调制(CPM)。

一种可用于解码卷积编码信号，在接收机系统内进行信号检测的方法或算法是最大可能序列检测或估测(maximum-likelihood sequence estimation，MLSE)。MLSE是一种算法，在搜寻序列时执行软件决策，以将传输的信号的记忆性或相互依赖关系的格状距离最小化。在这点上，采用基于维特比(Viterbi)算法的操作可在接收新信号时减少网格搜索中的序列数量。

另一种做出字符-字符决策，对卷积编码数据进行信号检测的方法或算法是最大后验概率(MAP)算法。MAP算法的优化基于最小化符号错误概率进行。在很多情况下，因为MAP算法计算的复杂性，其很难实现。

对解码卷积编码数据的接收机在设计和实现方面进行改进，需要根据信号传输中采用的调制方法对MLSE算法、维特比算法和/或MAP算法应用进行修正。传统方法的更多限制和缺点对于本领域的普通技术人员来说是非常明显的。

发明内容

本发明提供一种通过冗余和迭代处理改善无线和有线接收机的接收性能的方法和/或系统，以下将结合至少一副附图进行详细的描述，并在权利要求书中给出更完整的表述。

根据本发明的一个方面，提供一种信号处理方法，所述方法包括：

通过接收位序列的第一帧处理生成一个初始解码输出位序列；

通过脉冲处理反馈所述初始解码输出位序列以进行处理；

由第二帧处理基于所述脉冲处理生成一个新的解码输出位序列。

优选地，所述方法进一步包括：在所述第一帧处理内使用一解码算法进行解码的过程中，强行加入至少一个物理约束。

优选地，所述解码算法包括维特比算法。

优选地，所述方法进一步包括：在所述第二帧处理内使用一解码算法进行解码的过程中，强行加入至少一个物理约束。

优选地，所述方法进一步包括：基于来自至少一个前帧的信息生成所述新的解码输出位序列。

优选地，所述方法进一步包括：基于所述反馈的初始解码输出序列修改信道估算操作。

优选地，所述方法进一步包括：基于所述反馈的初始解码输出序列修改信道均衡操作。

优选地，所述方法进一步包括：由所述脉冲处理基于梯度搜索处理所述反馈的初始解码输出位序列。

根据本发明的一个方面，提供一种机器可读存储器，含有至少一个信号处理代码部分的计算机程序存储在其中，所述至少一个代码部分由一机器执行以使该机器执行以下步骤：

通过接收位序列的第一帧处理生成一个初始解码输出位序列；

通过脉冲处理反馈所述初始解码输出位序列以进行处理；

由第二帧处理基于所述脉冲处理生成一个新的解码输出位序列。

优选地，所述机器可读存储器进一步包括有在所述第一帧处理内使用一解码算法进行解码的过程中强行加入至少一个物理约束的代码。

优选地，所述解码算法包括维特比算法；

优选地，所述机器可读存储器进一步包括有在所述第二帧处理内使用一解码算法进行解码的过程中强行加入至少一个物理约束的代码。

优选地，所述机器可读存储器进一步包括有基于来自至少一个前帧的信息生成所述新的解码输出位序列的代码。

优选地，所述机器可读存储器进一步包括有基于所述反馈的初始解码输出序列修改信道估算操作的代码。

优选地，所述机器可读存储器进一步包括有基于所述反馈的初始解码输出序列修改信道均衡操作的代码。

优选地，所述机器可读存储器进一步包括有由所述脉冲处理基于梯度搜索处理所述反馈的初始解码输出位序列的代码。

根据本发明的一个方面，提供一种信号处理系统，所述系统包括：

一个帧处理器，通过接收位序列的第一帧处理生成一个初始解码输出位序列；

所述帧处理器通过一脉冲处理器反馈所述初始解码输出位序列以进行处理；

所述帧处理器基于所述脉冲处理器的处理通过第二帧处理生成一个新的解码输出位序列。

优选地，所述帧处理器在所述第一帧处理内使用一解码算法进行解码的过程中强行加入至少一个物理约束。

优选地，所述解码算法包括维特比算法。

优选地，所述帧处理器在所述第二帧处理内使用一解码算法进行解码的过程中强行加入至少一个物理约束。

优选地，所述帧处理器基于来自至少一个前帧的信息生成所述新的解码输出位序列。

优选地，所述反馈的初始解码输出位序列修改所述脉冲处理器中的信道估算器。

优选地，所述反馈的初始解码输出位序列修改所述脉冲处理器中的信道均衡器。

优选地，所述脉冲处理器基于梯度搜索处理所述反馈的初始解码输出位序列。

本发明的这些或其他优点、特征和创新以及详细的实施例将在后续的说明书和附图中给出详细的介绍。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1A是根据本发明一个实施例的改进解码的多层系统的方框图；

图1B是根据本发明一个实施例的用于改进解码的带有一个处理器和存储器的多层系统的方框图；

图2A是根据本发明一个实施例的音高连续性语音帧的不规则性的示意图；

图2B是根据本发明一个实施例在DCT系数解码中带误差图象的效果的示意图；

图3是根据本发明一个实施例在GSM应用中帧与脉冲处理相结合的示意图；

图4A是根据本发明一个实施例冗余应用于多层处理的流程图；

图4B是根据本发明一个实施例约束算法应用于接收帧的流程图；

图5A是根据本发明一个实施例满足CRC约束的T型假设(T hypothesis)的搜索过程的示意图；

图5B是根据本发明一个实施例在图5A所示的搜索过程中缓冲器内容的示意图；

图5C是根据本发明一个实施例在图5A所示的搜索过程中同时计算CRC和追溯指针时缓冲器内容的示意图；

图6是根据本发明一个实施例满足CRC和语音约束的一组序列的示意图；

图7是根据本发明一个实施例改进解码的多层跌代方法的方框图；

图8是根据本发明一个实施例改进解码的多层跌代方法的流程图；

图9根据本发明一个实施例在GSM应用中反复的帧和脉冲处理的示意图；

图10是根据本发明一个实施例的非因果关系迭代系统的方框图；

图11是根据本发明一个实施例基于梯度搜索方法的第二脉冲处理迭代法的方框图。

具体实施方式

本发明提供了一种通过冗余和迭代处理改进有线和无线系统中的接收机的接收性能的方法和系统。一个多层解码处理包括一个脉冲处理和一个帧处理。第一脉冲处理的结果可用于在第一帧处理中生成一个解码位序列。所述帧处理可以利用冗余信息和物理约束来改进解码算法的性能。在一些语音应用中，所述解码算法可以采用维特比算法。然后帧处理的结果被反馈回来以进行脉冲处理和帧处理的第二次迭代，以进一步改进解码操作。在某些情况中，脉冲处理的第二次迭代可以基于梯度搜索方法进行。

图1A是根据本发明一个实施例的改进解码的多层系统的方框图。如图1A所示为接收机100，包括脉冲处理模块102、解交错器104、帧处理模块106。帧处理模块106包括信道解码器108和媒体解码器110。接收机100包括有合适的逻辑、电路和/或代码，可以有线或无线接收机方式工作。接收机100可利用冗余解码相互关联的信号，例如含有卷积编码数据的信号。接收机100还可用于使用多层方法来改进关联信号或者记忆信号的解码。在这一点上，当处理接收的关联信号时，接收机100可用于执行脉冲处理和帧处理。接收机100执行的多层方法可兼容多种调制标准。

脉冲处理模块102可包括有适合的逻辑、电路和/或代码，用于执行接收机100的解码操作中的脉冲处理部分。脉冲处理模块102可包括一个信道估算操作和一个信道均衡操作。信道均衡操作可利用信道估算操作的结果，基于最大可能序列估测(MLSE)操作生成多个数据脉冲。脉冲处理模块102的输出可传输给解交错器104。解交错器104可包括有合适的逻辑、电路和/或代码，用于多路复用来自脉冲处理模块102的多个数据脉冲的比特位，从而形成帧输出，并传输给帧处理模块106。交错可用于减少信道衰减失真等的影响。

信道解码器108可包括有合适的逻辑、电路和/或代码，用于解码从解交错器104接收到的输入帧中的位序列。信道解码器108可在维特比操作中使用维特比算法改进对输入帧的解码。媒体解码器110可包括有合适的逻辑、电路和/或代码，用于基于具体应用对信道解码起108的输出结果执行具体内容的处理操作，例如用于GSM通信和/或MP3中的MPEG-4、增强全速(EFR)或自适应多速率(AMR)语音编码器等。

关于解码器100的帧处理操作，解码卷积编码数据的标准解码方法是找出位序列的最大可能序列估测(MLSE)。这包括使用维特比算法搜索条件概率P(X/R)为最大值的序列X，其中X是传输序列，R是接收序列。在某些情况下，接收信号R可能含有因信号源编码处理产生的固有冗余。通过可用于满足信号源的至少一些物理约束的MLSE算法，可将该固有冗余用于解码处理中。在MLSE中使用物理约束可表述为查找条件概率P(X/R)的最大值，其中序列X满足一组列物理约束C(X)，且该组物理约束C(X)取决于源的类型和应用。在这点上，源类型可以是语音、音乐和/或视频。

例如，对于话音应用来说，物理约束包括帧间或帧内的增益连续性和平滑性、语音帧间或帧内的基音高连续性和/或用于表征频谱包络的线谱频率(LSF)参数的一致性。

图1B是根据本发明一个实施例的用于改进解码的带有一个处理器和存储器的多层系统的方框图。如图1B所示为处理器112、存储器114、脉冲处理模块102、解交错器104、信道解码器108和媒体解码器110。处理器112包括有合适的逻辑，电路和/或代码，用于执行计算和/或管理操作。处理器112还可用于传输或者控制脉冲处理模块102、解交错器104、信道解码器108和/或媒体解码器110的至少部分操作。存储器114包括有合适的逻辑、电路和/或代码，用于存储数据或者控制信息。存储器114可用于存储信息，这些信息可被脉冲处理模块102、解交错器104、信道解码器108和媒体解码器110利用或者由其生成。就这一点而言，可以通过处理器112将信息传输给存储器114，或者从存储器114中传输出去。

图2A是根据本发明一个实施例的音高连续性语音帧的不规则性的示意图。图2A示出了迟滞指数或者音高连续性随帧数变换的曲线图，其中第485帧内有一个因位错误而产生的非物理音高。因语音中的物理约束而使迟滞指数具有连续性的情况下，在迟滞指数的解码操作中应用一个物理约束可减少解码错误。

例如，对某些数据形式来说，物理约束的固有冗余可能产生于数据打包和冗余验证参数的生成，例如用于封包数据的的循环冗余验证(CRC)。此外，由熵编码器或者变长编码(VLC)操作产生的解码数据也能够满足某些内在约束。例如，VLC操作使用统计编码技术，该技术中使用短代码字表示频繁出现的值，用长代码字表示不经常出现的值。

在视频应用中，视频信息被分为帧、块和/或宏块，典型的约束包括离散余弦变换(DCT)块边界间的连续性、相临块间的DC分量的连续性、块间低频的连续性和/或由VLC操作编码的数据的一致性。

图2B是根据本发明一个实施例在DCT系数解码中带误差图象的效果的示意图。如图2B所示，当对可用于在视频解码器内逆变换图像的DCT系数的解码出现错误时，大量的错误可能出现在重构图像中。从这点来说，对DCT系数的解码操作应用一个物理约束可减少解码错误。

在语音传输应用中，例如GSM中的AMR或EFR中，物理约束与在普通话音应用中所使用的物理约束相似。GSM应用中的物理约束可包括帧间或帧内的增益连续性和平滑性、语音帧间或帧内的音高连续性和/或用于表示话音的线谱频率(LSF)参数和共振峰位置。此外，GSM应用可使用冗余，例如在CRC内，作为一个物理约束。例如，在GSM应用中，EFR编码可利用8位或3位CRC，AMR编码可利用6位CRC，GSM半速率(GSM-HR)编码可利用3位CRC。在WCDMA应用中，AMR编码可利用12位CRC。

关于解码器100的帧处理操作，另一种解码卷积编码数据的方法是使用最大后验概率(MAP)算法。该方法采用源位(source bits)的先验概率统计，从而生成一个一维后验概率P(b_i)，其中b_i对应将要编码的位序列中的当前位。为了确定最大后验概率序列，必须修正维特比转换矩阵计算。在物理约束复杂的情况下，并且b_i位和b_j位(当i和j距离比较远时)之间的相关性不易确定时，这种方法很难实现。参数域的相关性很高的情况下，MAP算法很难实现。此外，当固有冗余，比如CRC，是物理约束的一部分时，不能使用MAP算法。

位序列的最大可能序列估测(MLSE)对解码卷积数据来说可能是一个最好的方法。得到条件概率P(X/R)(其中R满足某组物理约束C(X))的最大值的一般方法对MLSE来说依然很难实现。从这点来看，有效的解决方案可能是考虑物理约束的复杂度和实现的次优解决方案。以下将举例说明GSM应用中对音频数据解码有效地执行物理约束的多层解决方案。

图3是根据本发明一个实施例在GSM应用中帧与脉冲处理相结合的示意图。如图3所示为包含至少一个时隙脉冲的时隙脉冲组300和包含至少一个帧的帧组320。如图所示，时隙脉冲组300对应脉冲0到脉冲7，帧组320对应帧N-1到帧N+1。时隙脉冲组300可在如图1A所示的接收器100的脉冲处理期间产生，帧组320可在接收器100的帧处理期间产生。时隙脉冲组300包括尾位(TB)302、第一数据位304、标志位(F)306、中间码308、第二数据位310、标志位(F)312、尾位(TB)314、保护位(GP)316。TB 302和TB314均为三位。第一数据位304和第二数据位310均为54位，标志位306和标志位312均为1位。中间码308为26位，可用作信道均衡的训练序列。帧320包括有8个部分或位序列。

如图所示，脉冲0到脉冲3的第一数据位304可分别传送到第N-1帧的第5、第6、第7和第8序列。脉冲4到脉冲7中的第一数据位304可分别传送到第N帧的第5、第6、第7和第8序列。脉冲0到脉冲3中的第二数据位310可分别传送到第N帧的第1、第2、第3和第4序列。脉冲4到脉冲7的第二数据位可分别传输到第N+1帧的第1、第2、第3和第4序列。从脉冲处理中的时隙脉冲传输到帧处理中的帧中的位序列的解码可使用维特比算法进行，从而可减少解码搜索过程中使用的序列的数量。从这方面来说，使用信号冗余和至少一个物理约束能产生更精确的解码操作。

图4A是根据本发明一个实施例冗余应用于多层处理的流程图。如图4A所示，步骤402开始之后，步骤404中，图1A中所示的接收器100使用维特比算法在帧处理模块106中对接收的帧进行解码。步骤406中，为解码帧确定一个冗余校验参数，如CRC。步骤408中，接收器100确定CRC校验测试是否成功。当CRC校验解码帧后，接收器100处理至步骤412，解码帧被接受。步骤412之后，接收器100转至步骤414结束处理。

回到步骤408，若对解码帧的CRC校验测试不成功，接收器100的处理转至步骤410。步骤410中，接收器100执行用于改善解码性能的冗余算法，与使用标准维特比算法相比，其产生的解码错误相同，甚至更少。步骤410之后，接收器100转至步骤414结束处理。

例如，对GSM应用而言，冗余算法可包括搜索也满足CRC条件和话音约束的MLSE。从这一点来说，一组k位序列{S1，S2，…，Sk}可从满足CRC约束的MLSE中确定。一旦该组k位序列被确定后，也能确定一最佳序列Sb，其也满足GSM语音或话音约束。

图4B是根据本发明一个实施例约束算法应用于接收帧的流程图。如图4B所示，当图4A中所示的步骤408中解码帧的CRC校验不成功时，接收器100转至步骤422。步骤422中，假设计数器被设置为初始计数值以指示第一个假设。例如，步骤422中的初始计数器的值可以是0。完成步骤422之后，在步骤424中，设置一迭代计数器的初始计数值，指示第一最大可能解。该迭代计数器的初始计数值可以是0。然后步骤426中，确定解码帧的CRC。

步骤428中，接收器100确定在当前假设下CRC校验测试是否成功。当CRC校验不成功时，转至步骤432。在步骤432中，迭代计数器值加1。步骤432之后，在步骤434中，接收器100判断迭代计数器的值是否低于预设极限值。当迭代计数器值高于或等于预设极限值时，转至步骤446，生成一个坏帧指示。当迭代计数器值低于预设极限值时，转至步骤436，确定下一个最大可能解。步骤436之后，转至步骤426，基于步骤436中确定的最大可能解确定解码帧的CRC。

回到步骤428，当CRC校验成功时，继续进行步骤430。在步骤430中，假设计数器值加1。之后在步骤438中，接收器100确定假设计数器的值是否低于预设极限值。当假设计数器的值低于预设极限值时，返回步骤424，将迭代计数器值设置为初始值。当假设计数器的值等于或高于预设极限值时，继续进行步骤440，从源约束中选择最佳假设。

步骤440之后，在步骤442中，接收器100确定在步骤440中选择的最佳假设是否足够接收解码帧。当选择的假设足够充分，能够接受解码帧时，进行步骤444，接受解码帧。当选择的假设不够充分时，进行步骤446，产生一个坏帧指示。步骤444或步骤446之后，操作在步骤414结束。

图5A是根据本发明一个实施例满足CRC约束的T型假设(T hypothesis)的搜索过程的示意图。如图5A所示，搜索树500对应一个序列搜索过程，从维特比操作中产生的被减少的估算位序列组开始。从这点来说，最上一行对应维特比操作产生的一组N个网格结点。主序列的量值和主序列结点的量值可在维特比计算中得到。其他序列的量值可从父序列量值与结点量值的总数中得到。每个网格结点都用对角线来表示，对应维特比操作中的一个估算位序列。顶行的估算位序列并不满足CRC约束。在冗余算法中，可从该顶行中选取一组估算位序列。如图所示，可从N个网格结点中选取10个估算位序列。这10个估算位序列在对角线的末端有黑圈。从这点来说，选择依据量值参数进行，在某些例子中，量值参数包括信道量值部分和物理约束量值部分。

满足用于GSM的CRC或者冗余校验参数的T假设搜索过程从选择的具有最高量值的网格结点开始。在这个例子中，标号为6的结点具有最高量值，因此搜索过程从此点开始。从结点6处可生成一个搜索树500的新分支或行，且可利用追溯指针来追溯搜索操作。新的分支或行产生三个额外的估算位序列或者三个网格结点11到13。结果，顶行中三个量值最低的结点3、9和10被抛掉，显示为在对角线末端的黑圈上划上一短划线。然后新的分支或行再次进行CRC校验。如图所示，新分支的CRC校验失败，则从具有最高量值的结点或结点12创建下一个分支。在该例子中，从结点12生成的分支满足CRC约束，搜索过程返回到顶行以及具有次最高量值的结点。与结点12相关的估算位序列可选作k序列组{S1，S2，…，Sk}的位序列之一。

结点4代表顶行中结点6之后的下一个最大量值结点，并从结点4创建一个新的分支或行。在本例中，新分支满足CRC约束且与结点4有关的估算位序列可被选为k序列组{S1，S2，…，Sk}的位序列之一。这种方法可一直继续直到超出k序列组的极限，或者所有余下的选择结点的搜索都被完成。从这点来说，在搜索过程中要计算多个数追溯指针。k序列组{S1，S2，…，Sk}的大小可以改变。

图5B是根据本发明一个实施例在图5A所示的搜索过程中缓冲器内容的示意图。如图5B所示为缓冲器内容510，对应搜索过程中考虑到的结点标号。例如，状态512对应搜索操作中初始的10个结点。从这点来说，结点6被突出，以指示它对应最高的量值，是新分支或行的起始点。状态514对应下一组10个结点。在本例中，结点3、9和10被结点6生成的分支中的结点11、12和13取代。结点12被突出，以指示它对应最高的量值，是新分支或行的起始点。状态516对应下一组10个结点。结点4被突出，以指示它对应最高的量值，是新分支或行的起始点。每个状态中都会计算追溯指针以追溯搜索过程。

图5C是根据本发明一个实施例在图5A所示的搜索过程中同时计算CRC和追溯指针时缓冲器内容的示意图。如图5C所示为缓冲器内容520，对应搜索处理和相关的CRC计算过程中考虑到的结点标号。与图5B一样，缓冲器内容520可基于当前状态改变其内容。状态522、状态524和状态526中对应当前结点的内容分别与图5B中的状态512、状态514和状态516的相同。然而，为了简化T假设的搜索过程，同时计算该状态的CRC和追溯指针。这种方法是可能的，因为CRC可通过SUM(b_iR_i)来计算，其中R_i是xi/g(x)的余数，g(x)是CRC的生成多项式，b_i是i位的值。每个序列的CRC量值被保持或存储在缓冲器内容520中。CRC量值是从该结点到最后位的biRi的总和，也可确定为父序列CRC量值总和和从结点到其父序列的biRi值的总和。如果CRC量值与从第一位到结点的biRi值的总和相等，则该序列满足CRC条件。R_i的值可存在查询表中。

一旦k序列组{S1，S2，…，Sk}按照图5A-5C所描述的搜索过程被确定后，冗余算法可要求图1A中所示的接收器100选择一个位序列作为最佳位序列Sb，满足CRC约束和物理约束，具有最高置。该最佳位序列又称作多层处理的解码输出位序列。

对k序列组{S1，S2，…，Sk}中的每个位序列都将执行一组T1型不同物理约束测试{Test(j)，…，Test(T1)}。该物理约束测试对应特定应用中接收的数据类型的量化特征的测试。对第i位序列的物理约束测试的分数{T_SC(i，j)，…T_SC(I，T1)}可用于确定该位序列是否通过一特定测试。例如，当T_SC(i，j)＞0时，说明第i位序列在第j物理约束测试中失败了。当T_SC(i，j)＜＝0时，说明第i位序列通过了第j物理约束测试。某些情况下，测试分数的值越小，分数的可靠性越大。

一旦对选择的估算位序列应用物理约束测试后，便可继续以下方法：当分数为正值时，该选定位序列被丢弃；对特定的物理约束测试而言，将找出分数最佳或最低的选定序列，在大量测试中分数均最佳的选定序列被选作最佳位序列Sb。

选定序列	Test(1)	Test(2)	Test(3)	Test(4)
					S1	Score(1，1)＜0	Score(1，2)＜0	Score(1，3)＜0	Score(1，4)＜0
S2	Score(2，1)＜0	Score(2，2)＞0	Score(2，3)＜0	Score(2，4)＜0
					S3	Score(3，1)＜0	Score(3，2)＜0	Score(3，3)＜0	Score(3，4)＜0
S4	Score(4，1)＜0	Score(4，2)＜0	Score(4，3)＜0	Score(4，4)＞0
					S5	Score(5，1)＜0	Score(5，2)＜0	Score(5，3)＜0	Score(5，4)＜0
最小分数序列	S3	S5	S3	S3

表1

表1所示是本发明一个实施例中使用一组四个物理约束测试{Test(1)，Test(2)，Test(3)，Test(4)}来测试一组5个选定位序列{S1，S2，S3，S4，S5}。表中列出的分数标示每个选定位序列是否通过不同的测试。在本例中，S2和S4因其分别在Test(2)和Test(4)为正值而被丢弃。位序列S3在测试Test(1)、Test(3)以及Test(4)中分数最低，因此被选为最佳位序列Sb。

自适应多速率(AMR)编码采用的一些特有物理约束测试有LSF参数、增益和/或音高。对LSF参数来说，部分测试可基于两个共振峰之间距离、连续LSF帧或子帧内的变化以及阀值上的信道量值的影响来进行。例如，信道量值越小，满足阀值越困难。关于使用增益作为一个物理约束测试，判断的标准是连续帧或子帧间的平滑性或者一致性。音高的判断标准是帧或子帧间音高的差别。

图6是根据本发明一个实施例满足CRC和话音约束的一组序列的示意图。如图6所示为冗余算法执行的结果。例如，图5A-5C所示的T假设搜索过程可产生一组位序列{S1，S2，S3，S4，S5}。该组位序列可基于它们的量值和是否通过CRC校验来选择。该组序列还需要通过物理约束测试。在这种情况下，位序列S3已显示满足CRC校验和物理约束测试，因此被选为最佳位序列Sb。

图7是根据本发明一个实施例改进解码的多层跌代方法的方框图。如图7所示，接收器100有一反馈信号从帧处理部分返回给脉冲处理部分。帧处理包括对维特比算法产生的结果进行冗余校验，以及使用物理约束来减少因标准维特比算法产生的解码错误。脉冲处理可利用帧处理中的解码信息作为输出来改进信道估算和信道均衡操作。

图8是根据本发明一个实施例改进解码的多层跌代方法的流程图。如图8所示，开始步骤802之后，步骤804中，在该多层迭代方法的脉冲处理期间内，对接收信号执行信道估算操作和均衡操作的初次或第一次迭代。例如，信道估算操作的第一次迭代和均衡操作的第一次迭代可由图7中所示的脉冲处理模块102来执行。步骤806中，在多层解码方法的帧处理部分期间内执行接收信号帧的解码。例如，该帧处理可由图7中所示的帧处理模块106来执行。步骤808中，步骤806中帧处理部分生成的结果的至少一部分通过一个反馈信号从帧处理模块106传输到脉冲处理模块102。步骤810中，脉冲处理基于帧处理部分提供的解码结果执行信道估算操作的第二次迭代和均衡操作的第二次迭代。完成步骤810之后，该处理流程800在步骤812结束。脉冲处理产生的改进结果可进一步由帧处理部分进行交错和处理。该帧处理可利用标准的帧处理或使用冗余确定最佳序列。

图8中描述的多层迭代方法可用在各种不同应用中，例如数字视频广播(DVB)、数字音频广播(DAB)以及诸如支持2G、2.5G、3G技术的无线应用中。因而多层迭代方法还可用于GSM应用中。

图9根据本发明一个实施例在GSM应用中反复的帧和脉冲处理的示意图。图9中示出了图3中所示的包括至少一个时隙脉冲的时隙脉冲组300和至少包含一个帧的帧组320。时隙脉冲组300对应脉冲0到脉冲7，帧组320对应帧N-1到帧N+1。

可能有两种类型的迭代处理需要考虑：因果迭代处理和非因果迭代处理。对因果迭代处理来说，脉冲0到脉冲3中每个均包括有来自时隙脉冲300的第一数据位304部分的57个数据位，并已在帧N-1的帧处理期间被解码。使用脉冲0到脉冲3中解码过的57个数据位和中间码308中的26位，可重新计算脉冲处理，或进行脉冲处理的第二次迭代。从这一点来说，可使用第二次迭代中帧处理产生的解码数据位来改进脉冲处理的信道估算操作。此外，脉冲处理的信道均衡操作中的MLSE可设定第二次迭代中的解码数据位比第一次迭代的具有更高的概率。某些情况下，为了减少可能由第二次迭代带来的复杂性，脉冲处理仅对在第一次迭代中确定选择的时隙脉冲进行第二次迭代。例如，一特定时隙脉冲有较低的载波干扰比(C/I)值时，可选择该时隙脉冲进行第二次迭代。数据由脉冲处理得到改进后，还进一步由帧处理进行交错和处理。该帧处理可使用标准帧处理或者基于冗余确定最佳序列。

对非因果迭代过程来说，需要用脉冲0到脉冲7的数位重新计算将传输给帧N的位序列的脉冲处理，传送到帧N的位序列的脉冲处理可利用帧N-1的数据和/或帧N+1的数据来计算。使用脉冲0到脉冲7中每个脉冲的解码后的114个数据位和中间码308的26位，可重新计算脉冲处理。与因果迭代处理中一样，一特定时隙脉冲有较低的载波干扰比(C/I)值时，可选择该时隙脉冲进行第二次迭代。

图10是根据本发明一个实施例的非因果关系迭代系统的方框图。如图10所示为脉冲处理模块102、解交错器104、帧处理模块106、信道解码器108、媒体解码器110和存储器1002。如图所示，脉冲处理模块102包括一个信道估算器1004和一个均衡器1006。存储器1002包括适当的逻辑、电路和/或代码，用于存储与前边处理过的帧的帧处理有关的数据。信道估算器1004包括适当的逻辑、电路和/或代码，用于执行脉冲处理中的MLSE信道估算操作。均衡器1006包括适当的逻辑、电路和/或代码，用于执行脉冲处理中的MLSE信道均衡操作。

在操作中，帧处理操作中得到的存储在存储器1002中的数据传输给信道估算器1004和/或均衡器1006以进行帧N的脉冲处理的第二次迭代。从这方面来说，存储在存储器1002中的数据包括有与脉冲处理中的时隙脉冲有关的信息，可用在帧N的脉冲处理的第二迭代中。

当在因果迭代处理中使用57个数据位和中间码的26位时，或在非因果迭代处理中使用114个数据位和中间码的26位时，在脉冲处理的第二次迭代期间可使用数据位的硬决策值和软决定值。某些情况下，对特定应用来说，软决策值可能优于硬决策值。

图10中所示的信道估算器1004可用于执行脉冲处理的软决策。例如，对高斯最小频移键控调制来说，估算的信道可由下式表述：

$\hat{W}\left(m\right)=\frac{1}{\mathrm{Gain}}\·\underset{n=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{j}^n{\·x}_n\·s(m+n),$

其中， ${\hat{A}}_n=j_n{\·\stackrel{\‾}{A}}_n$ 且            A_n＝±1，软参考由x_n＝a_n·            A_n给出，其中a_n为软参考权值，且m＝0，1，2，...7。从这方面来说，估算信道的增益可由下式表示：

$\mathrm{Gain}=\underset{n=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\frac{\left|x_n\right|}{(1-2\·P_{\mathrm{ER}}^n)},$

其中N＝147，且

$x_n=\left\{\begin{array}{cc}\±1& \mathrm{if}(\mathrm{Bit}\∈\mathrm{Midamble})\\ 0.3625\·S{D}_n/15& \mathrm{if}(\mathrm{Bit}\∈\mathrm{Prev}-\mathrm{Iteration})\end{array}\right.$

其中SD_n代表软决策值。估算信道的增益可由下式简化：

$\mathrm{Gain}=\underset{n=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\frac{\left|x_n\right|}{(1-2\·P_{\mathrm{ER}}^n)}\≈0.825\·\underset{n=0}{\overset{147}{\mathrm{\Σ}}}\left|x_n\right|$

偏置和估算由下式确定：

在实例中，当图10中所示的均衡器1006不适于处理前一迭代的结果时，可对脉冲处理的第二次迭代采用梯度搜索来完成。从这点来说，第一次迭代可在硬件中完成，第二次迭代的至少一个部分可在软件中完成。

图11是根据本发明一个实施例基于梯度搜索方法的第二脉冲处理迭代法的方框图。如图11所示，脉冲处理的第二次迭代中的梯度搜索可使用合适的逻辑、电路和/或代码来实现，包括、信道估算器1102、信号估算器1104、匹配滤波器1106、符号变换器1108、收敛器1110、能量估算器1112、第一加法器1114、第二加法器1116和增益级1118。

梯度搜索算法基于寻找接收信号和估算信号的最小距离H来进行。最小距离H可由下式给出：

$H=\∫{(S\left(t\right)-\hat{S}\left(t\right))}^2\mathrm{dt},$

其中

$\hat{S}\left(t\right)=\underset{k=0}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{\hat{A}}_k\·\hat{W}(t-k\·T_{\mathrm{SYM}})$

是估算符号向量的第k个元素，是估算符号的波形。梯度可由下式给出：

$G=\frac{\∂H}{\∂\hat{A}}$

和

$G_k\left(\hat{A}\right)=\∫(\mathrm{conj}\left(\hat{W}(t-k\·T_{\mathrm{SYM}})\right)\·(S\left(t\right)-\underset{m=-\∞}{\overset{+\∞}{\mathrm{\Σ}}}{\hat{A}}_m\·\hat{W}(t-m\·T_{\mathrm{SYM}})))$ 其中G_k是梯度向量的第k个元素。

信号估算器1104可包括适当的逻辑、电路和/或代码，用于完成基于如下表达式的信号估算操作：

$I\left(t\right)=\mathrm{SignalEstimation}\left(\hat{A}\right)=\underset{k=-\∞}{\overset{+\∞}{\mathrm{\Σ}}}\hat{A}\·\hat{W}(t-k{\·T}_{\mathrm{SYM}})$

匹配滤波器1106可包括适当的逻辑、电路和或代码，用于完成基于下式的匹配滤波操作：

$G_k=\mathrm{MatchFilter}(S\left(t\right)-I\left(t\right))=\∫(\mathrm{conj}\left(\hat{W}(t-k\·T_{\mathrm{SYM}})\right)\·(S\left(t\right)-I\left(t\right)))\·\mathrm{dt}$

梯度表达式可为：

$G_k\left(\hat{A}\right)=\mathrm{MatchFilter}(s\left(t\right)-\mathrm{SignalEstimation}\left(\hat{A}\right))$

使用该梯度表达式，可通过下述迭代等式估算的值：

${\hat{A}}_{\mathrm{NEW}}={\mathrm{\μ}\·E}_{\mathrm{SYM}}\·{\hat{A}}_{\mathrm{OLD}}+G_k\left({\mathrm{\μ}\·\hat{A}}_{\mathrm{OLD}}\right)$

其中μ是收敛器1110提供的收敛系数，它可由下式给出：

$\mathrm{\μ}=\frac{1}{\mathrm{IterNum}},$

其中IterNum与迭代次数有关，且：

$E_{\mathrm{SYM}}=\∫{\left|\hat{W}\left(t\right)\right|}^2\·\mathrm{dt},$

可对应能量估算器1112提供的估算信道的能量。增益级1118可包括适当的逻辑、电路和/或代码，用于对第二加法器1116生成的输出软决定进行归一化，以增加噪声功率(sigma^2)。某些情况下，噪声功率等于估算的最小均方误差：

$E_{\mathrm{NOISE}}=\mathrm{sigm}{a}^2=\frac{1}{T_{\mathrm{BURST}}}\·\underset{T_{\mathrm{BURST}}}{\∫}{(S\left(t\right)-\hat{S}\left(t\right))}^2\·\mathrm{dt}$

与使用标准维特比算法的单迭代相比，以上介绍的方法可降低解码位误差。利用冗余和物理约束的迭代多层处理能有效提高解码卷积编码信号的接收机的优化设计。

因此，本发明可由硬件、软件或者硬软件的结合来实现。本发明可在至少一个计算机系统中以集中的方式实现，或者以不同部件分布在几个交互连接的计算机系统中的分布式方式实现。任何种类的电脑系统或其他能够实现本发明的方法的设备都是适用的。硬件、软件和固件的一个典型结合是具有计算机程序的通用计算机系统，当该计算机程序被上载并执行时，控制该计算机系统以便实现本发明所述的方法。

本发明还可嵌入包括有能够实现本方法的各种特征的计算机程序产品中，当该程序加载到计算机系统中时能够实现本申请所述的方法。本文中所述的计算机程序是指，例如，以任何语言、代码或符号表示的一组指令，能够直接使具有信息处理能力的系统执行特定功能，或者经过以下一种或各种处理后使具有信息处理能力的系统执行特定功能：a)转换成另一种语言、代码或符号；b)以不同的材料复制。但是，本领域的普通技术人员可知的其他计算机程序的实现方法也可用于本发明。

以上已结合一定的实施例对本发明进行了描述，本领域的普通技术人员可知，可对本发明进行各种改变或等同替换而并不脱离本发明的范围。此外，根据本发明的指导进行的以适应特定的环境或材料的各种修改也并未脱离本发明的范围。因此，本发明并不限于公开的具体实施例，本发明包括落入权利要求范围内的所有实施例。

Claims (10)

1.一种信号处理方法，所述方法包括：

通过脉冲处理对接收信号执行信道估算操作和均衡操作的初次或第一次迭代；

通过接收位序列的第一帧处理生成一个初始解码输出位序列；

所述第一帧处理生成的一个初始解码输出位序列的至少一部分通过一个反馈信号从帧处理模块传输到脉冲处理模块，所述脉冲处理基于所述第一帧处理生成的一个初始解码输出位序列的至少一部分执行信道估算操作的第二次迭代和均衡操作的第二次迭代，进一步的，所述脉冲处理仅对在第一次迭代中确定选择的时隙脉冲进行第二次迭代；

由第二帧处理基于所述脉冲处理生成一个新的解码输出位序列。

2.根据权利要求1所述的信号处理方法，其特征在于，所述方法进一步包括：在所述第一帧处理内使用一解码算法进行解码的过程中，强行加入至少一个物理约束，所述物理约束取决于信号源的类型和应用，所述信号源的类型可以是语音、音乐和/或视频。

3.根据权利要求2所述的信号处理方法，其特征在于，所述解码算法包括维特比算法。

4.根据权利要求1所述的信号处理方法，其特征在于，所述方法进一步包括：在所述第二帧处理内使用一解码算法进行解码的过程中，强行加入至少一个物理约束，所述物理约束取决于信号源的类型和应用，所述信号源的类型可以是语音、音乐和/或视频。

5.根据权利要求1所述的信号处理方法，其特征在于，所述方法进一步包括：基于来自至少一个前帧的信息生成所述新的解码输出位序列。

6.根据权利要求1所述的信号处理方法，其特征在于，由所述脉冲处理基于梯度搜索处理反馈的所述初始解码输出位序列。

7.一种信号处理系统，所述系统包括：

一个脉冲处理器，所述脉冲处理器对接收信号执行信道估算操作和均衡操作的初次或第一次迭代；

一个帧处理器，通过接收位序列的第一帧处理生成一个初始解码输出位序列；

所述第一帧处理生成的一个初始解码输出位序列的至少一部分通过一个反馈信号从所述帧处理器传输到所述脉冲处理器，所述脉冲处理器基于所述帧处理器生成的第一帧处理生成的一个初始解码输出位序列的至少一部分执行信道估算操作的第二次迭代和均衡操作的第二次迭代，进一步的，所述脉冲处理器仅对在第一次迭代中确定选择的时隙脉冲进行第二次迭代；

所述帧处理器基于所述脉冲处理器的处理通过第二帧处理生成一个新的解码输出位序列。

8.根据权利要求7所述的信号处理系统，其特征在于，所述帧处理器在所述第一帧处理内使用一解码算法进行解码的过程中强行加入至少一个物理约束，所述物理约束取决于信号源的类型和应用，所述信号源的类型可以是语音、音乐和/或视频。

9.根据权利要求8所述的信号处理系统，其特征在于，所述解码算法包括维特比算法。

10.根据权利要求7所述的信号处理系统，其特征在于，所述帧处理器在所述第二帧处理内使用一解码算法进行解码的过程中强行加入至少一个物理约束，所述物理约束取决于信号源的类型和应用，所述信号源的类型可以是语音、音乐和/或视频。

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