EP1203474A2

EP1203474A2 - Acs-einheit für einen viterbi-decodierer

Info

Publication number: EP1203474A2
Application number: EP00958204A
Authority: EP
Inventors: Mario TRÄBER
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 1999-08-09
Filing date: 2000-08-02
Publication date: 2002-05-08
Also published as: JP3607894B2; KR20020027535A; CN1190902C; WO2001011842A2; DE19937506A1; US6813744B1; JP2003506969A; WO2001011842A3; CN1369140A

Abstract

Es wird eine ACS-Einheit für einen Viterbi-Decodierer vorgeschlagen, welche zur Ermittlung der Pfadmetriken zweier Zustände eines Zeitschrittes eines Trellis-Diagramms die Differenz (Η) der Pfadmetriken der mit diesen beiden Zuständen in Form einer Butterfly-Struktur über Zweige verbundenen beiden Zuständen (19, 20) des vorhergehenden Zeitschrittes des Trellis-Diagramms mit der Differenz (Μ der entsprechenden Zweigmetriken vergleicht. Eine Vereinfachung der Struktur der ACS-Einheit wird dadurch erzielt, daß zusätzlich die Vorzeichen (sg(Η), sg(Μ)) der beiden Differenzen ausgewertet werden.

Description

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In Fig. 4 ist beispielhaft ein Trellis-Diagramm mit jeweils vier unterschiedlichen Zuständen zu den Zeitpunkten t...t+3 dargestellt, die beispielsweise den Bitzuständen '00', '10', '01' und '11' entsprechen. Jeder Symbolsequenz ist in dem Trellis-Diagramm ein entsprechender Pfad zugeordnet. Ein Pfad umfaßt dabei eine Folge von Zweigen zwischen zwei zeitlich aufeinderfolgenden Zuständen. Jeder Zweig symbolisiert dabei einen Zustandsübergang zwischen zwei zeitlich aufeinanderfolgenden Zuständen, wobei beispielsweise der von einem Zustand ausgehende obere Zweig einem Empfangssymbol mit dem binären '0' und der von demselben Zustand ausgehende untere Zweig einem Empfangssymbol mit dem binären Wert ' 1' entspricht. Jeder dieser Zustandsübergänge, dem eine Zweigmetrik ('Branch Metrik', BM) λ_t zugewiesen ist, entspricht einem Sendesymbol. Die Zweigmetrik λ_t ist wie folgt definiert:

4=|^y',-ι²|

Dabei entspricht r_t dem E pfangssymbol zum Zeitpunkt t und y'_t dem davon abhängig erwarteten Sendesymbol zum Zeitpunkt t.

Darüber hinaus ist jedem Pfad durch das Trellis-Diagramm bis zum Zeitpunkt bzw. Zeitschritt t eine Pfadmetrik γ_t zugewiesen.

Bei dem in Fig. 4 gezeigten Trellis-Diagramm handelt es sich insbesondere um ein Trellis-Diagramm mit einer sogenannten 'Butterfly'-Struktur. Dies bedeutet, daß jeweils zwei

Zuständen eines Zeitschritts t+1 des Trellis-Diagramms zwei Zustände des vorhergehenden Zeitschritts t zugewiesen sind, deren Zweige jeweils zu den erstgenannten Zuständen des Zeitschritts t+1 führen, wobei jeweils zwei Zweigmetriken der von unterschiedlichen Zuständen ausgehenden Zweige identisch sind. So bilden beispielsweise die in Fig. 4 gezeigten Zustände, denen die Pfadmetriken γ_t ^ι:ι, γ_t ¹³¹, γ_t+ι⁽²⁾ und γ_t+ι^f3) zugewiesen sind, eine derartige 'Butterfly ' -Struktur, wobei die Zweigmetrik für den Zweig von dem Zustand mit der Pfadmetrik γ_t ⁽¹⁾ zu dem Zustand mit der Pfadmetrik γ₊ι ⁾ der Zweigmetrik λ_t ^l3) des Zweigs von dem Zustand mit der Pfadmetrik γ_t ¹³¹ zu- dem Zustand mit der Pfadmetrik γ_t+ι⁽³⁾ entspricht, während andererseits die Zweigmetrik des Zweigs von dem Zustand mit der Pfadmetrik γ_t ⁽¹⁾ zu dem Zustand mit der Pfadmetrik γ_t+ι¹³¹ der Zweigmetrik λ_t ⁽¹⁾ des Zweigs von dem Zustand mit der Pfadmetrik γ_t ⁽³⁾ zu dem Zustand mit der Pfadmetrik γ_t+ι⁽²⁾ entspricht. Dabei bezeichnet allgemein γ_t ^lsl die dem Zustand s im Zeitschritt t zugewiesene Pfadmetrik, während λ_t ^(s) die Zweigmetrik des dem Signal s entsprechenden Zustandsübergang zum Zeitpunkt t bezeichnet.

Der Viterbi-Decodierer muß nunmehr anhand des Trellis- Diagramms denjenigen Pfad ermitteln, der die beste Pfadmetrik aufweist. In der Regel ist dies definitionsgemäß der Pfad mit der kleinsten Pfadmetrik.

Jede Pfadmetrik eines zu einem bestimmten Zustand führenden Pfads setzt sich aus der Pfadmetrik eines zeitlich vorhergehenden Zustands und der Zweigmetrik des von diesem vorhergehenden Zustand zu dem bestimmten Zustand führenden Zweigs zusammen. Dies hat zur Folge, daß nicht alle möglichen Pfade und Pfadmetriken des Trellis-Diagramms ermittelt und ausgewertet werden müssen. Statt dessen wird für jeden Zustand und für jeden Zeitschritt des Trellis-Diagramms jeweils derjenige Pfad ermittelt, der bis zu diesem Zeitpunkt die beste Pfadmetrik aufweist. Nur dieser als 'Survivor Path' bezeichnete Pfad und seine Pfadmetrik muß gespeichert werden. Alle anderen zu diesem Zustand führenden Pfade können unberücksichtigt bleiben. Während jedes Zeitschritts gibt es demnach eine der Anzahl der unterschiedlichen Zustände entsprechende Anzahl an derartigen 'Survivor Paths'.

Die obige Beschreibung macht deutlich, daß die Berechnung der Pfadmetrik γ_t+ι^ls) von den Pfadmetriken der mit dem Zustand s über einen Zweig verbundenen Pfadmetriken des vorhergehenden Zeitschritts t abhängt. Die Berechnung der Pfadmetriken kann demnach durch einen rekursiven Algorithmus realisiert werden, der in einem Viterbi-Decodierer von einer sogenannten 'Add- Compare-Select '-Einheit (ACS-Einheit) wahrgenommen wird.

In Fig. 5 ist der typische Aufbau eines Viterbi-Decodierers dargestellt. Neben der ACS-Einheit sind eine 'Branch Metric Unit' (BMU) und eine 'Survivor Memory Unit' vorgesehen. Die Aufgabe der 'Branch Metric Unit' ist die Berechnung der

Zweigmetriken λ_t ^(s), die ein Maß für den Unterschied zwischen einem Empfangssymbol und demjenigen Symbol, welches in dem Trellis-Diagramm den entsprechenden Zustandsübergang hervorruft, sind. Die von der 'Branch Metric Unit' berechneten Zweigmetriken werden der ACS-Einheit zur

Ermittlung der optimalen Pfade ('Survivor Paths ' ) zugeführt, wobei die 'Survivor Memory Unit' diese 'Survivor Paths' speichert, so daß abschließend eine Decodierung anhand desjenigen 'Survivor Path' durchgeführt werden kann, der die beste Pfadmetrik aufweist. Die diesem Pfad zugeordnete

Symbolsequenz entspricht mit der größten Wahrscheinlichkeit der tatsächlich gesendeten Sequenz.

Ein Prozessorelement 1 einer herkömmlichen ACS-Einheit kann beispielsweise wie in Fig. 6 gezeigt aufgebaut sein. Dabei wird davon ausgegangen, daß jeder Zustand des Trellis- Diagramms von einem separaten Prozessorelement 1 ausgewertet wird. Die Aufgabe des Prozessorelements 1 besteht darin, aus zwei miteinander konkurrierenden Pfaden, die zu einem Zustand des Trellis-Diagramms führen, den Pfad mit der besten, d.h. kleinsten Pfadmetrik auszuwählen. Anschließend werden die gespeicherten Werte für den zu diesem Zustand führenden 'Survivor Path' und dessen Pfadmetrik aktualisiert.

Wie aus dem in Fig. 4 gezeigten Trellis-Diagramm ersichtlich ist, ist jeder Zustand s zu dem Zeitpunkt t+1 über einen oberen Zweig und einen unteren Zweig mit einem entsprechenden vorhergehenden Zustand verbunden. Zur Ermittlung des diesem Zustand s entsprechenden 'Survivor Path' muß somit die Pfadmetrik des über den oberen Zweig zu dem Zustand s führenden Pfads mit der Pfadmetrik des über den unteren Zweig zu dem Zustand s führenden Pfads verglichen werden, d.h. die Aufgabe des in Fig. 6 gezeigten Prozessorelements 1 besteht darin, zur Bestimmung des 'Survivor Path' mit der Pfadmetrik γ_t+ι^(s) entweder den über den vorhergehenden 'oberen' Zustand mit der Pfadmetrik γ_t ^(u) und den Oberen' Zweig mit der Zweigmetrik λ_t ^(u) führenden Pfad, dessen Pfadmetrik der Summe γ0^ul + λ_t ^ty) entspricht, oder den über den 'unteren' Zustand mit der Pfadmetrik γ_t ^(1! und den 'unteren' Zweig mit der Zweigmetrik λ_t ^α) führenden Pfad, dessen Pfadmetrik der Summe γ_t ⁽¹⁾ + λ_t ⁽¹⁾ entspricht, auszuwählen.

Die zuvor beschriebene Funktion des Prozessorelements kann demzufolge beispielsweise von der in Fig. 6 gezeigten Schaltung wahrgenommen werden, bei der mit Hilfe von Addierern 14 und 15 die möglichen Pfadmetriken berechnet und mittels eines Komparators 16 verglichen werden, so daß abhängig von dem Vergleichsergebnis δ_s mit Hilfe eines Multiplexers 17 anschließend als Pfadmetrik γ_t+ι^(s) die kleinere der von den beiden Addierer 14 oder 15 berechneten Summen ausgegeben wird.

In Fig. 7 ist der Gesamtaufbau und die Anbindung einer ACS- Einheit an die 'Branch Metric Unit' und die 'Survivor Memory Unit' für das in Fig. 4 beispielshaft gezeigte Trellis- Diagramm dargestellt. Da jedes für einen Zustand s im Zeitschritt t berechnete Ergebnis γ_t ^(Ξ) zugleich die Grundlage für die Berechnung einer Pfadmetrik für einen zeitlich nachfolgenden Zustand ist, ist die in Fig. 7 gezeigte Rückkopplung der Prozessorelemente 1 über ein Zwischenregister 18 erforderlich. Die von den einzelnen Prozessorelementen 1 der 'Survivor Path Unit' zugeführten Entscheidungs- oder Signalwerte δ₀...δ ermöglichen die Auswahl und das Speichern der korrekten ' Survivor Paths ' und deren Pfadmetriken.

Die zuvor beschriebene ACS-Einheit ist der rechenintensivste Teil eines Viterbi-Decodierers . Sie weist den größten Flächen- und Energiebedarf auf. Bei Anwendungen in der Mobilfunktechnik steigt dabei die Komplexität der ACS-Einheit exponentiell mit der Komplexität des jeweils zur Kanalcodierung von Mobilfunksignalen verwendeten Codes.

Es besteht daher das grundlegende Bedürfnis, den Schaltungsaufwand für die ACS-Einheit möglichst gering zu halten. So wurde beispielsweise in der Druckschrift "Low Power ACS Unit Design For The Viterbi Decoder", Chi-ying Tsui, Roger S.K. Cheng, Curtis Ling, Conference IEEE ISCAS, 1999, Orlando, in der eine ACS-Einheit nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 beschrieben ist, vorgeschlagen, zur Bestimmung eines 'Survivor Path' eines Zustands die Differenz der Pfadmetriken derjenigen vorhergehenden Zustände, von denen jeweils ein Zweig zu dem betrachteten Zustand führt, zu bilden und mit der Differenz der entsprechenden Zweigmetriken zu vergleichen. Abhängig von dem Vergleichsergebnis kann unmittelbar auf den 'Survivor Path' und somit die zur Berechnung der entsprechenden Pfadmetrik zu bildende Summe geschlossen werden. Diese Vorgehensweise weist den Vorteil auf, daß die Differenzen bei Annahme der bereits erwähnten 'Butterfly'-Struktur gemeinsam für die Berechnung der Pfadmetriken von zwei Zuständen eines Zeitschritts des Trellis-Diagramms durchgeführt werden können, wodurch der Schaltungsaufwand reduziert werden kann.

Allerdings ist auch bei dieser Vorgehensweise weiterhin die separate Bildung eines Vergleichs für die Ermittlung der Pfadmetriken der zu der jeweiligen 'Butterfly' -Struktur gehörenden 'oberen' und 'unteren' Zustände eines Zeitschritts erforderlich, wozu entsprechend zwei Komparatoren benötigt werden. M

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Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Prozessorelements einer ACS-Einheit gemäß der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 zeigt eine Darstellung zur Erläuterung der 'Butterfly' -Struktur eines Trellis-Diagrammes,

Fig. 3 zeigt eine Darstellung zur Erläuterung des der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden Prinzips bei der Berechnung von Pfadmetriken,

Fig. 4 zeigt ein beispeilhaftes Trellis-Diagramm mit vier Zuständen,

Fig. 5 zeigt allgemein den Aufbau eines Viterbi-Decodierers,

Fig. 6 zeigt ein Blockschaltbild eines Prozessorelements einer bekannten ACS-Einheit, und

Fig. 7 zeigt den Aufbau einer bekannten ACS-Einheit mit mehreren der in Fig. 6 gezeigten Prozessorelemente sowie die Verschaltung dieser ACS-Einheit in einem Viterbi-Decodierer.

Zur Erläuterung der Erfindung soll nachfolgend nochmals kurz auf die bereits erläuterte 'Butterfly' -Struktur eingegangen werden, welche eine Voraussetzung für die vorliegende Erfindung darstellt.

Wie auch aus dem in Fig. 4 gezeigten beispielhaften Trellis- Diagramm ersichtlich ist, weist das Trellis-Diagramm eine gewisse Regelmäßigkeit in seiner Struktur auf. Diese Struktur besteht aus sogenannten 'Butterflies', wobei ein derartiger 'Butterfly' in Fig. 2 gezeigt ist. Gemäß der 'Butterfly'- Struktur sind zwei Zustände 19 und 20 eines Zeitschritts t mit zwei Zuständen 21 und 22 des darauffolgenden Zeitschritts t+1 derart verbunden, daß von jedem dieser Zustände 19 und 20 jeweils ein Zweig zu dem Zustand 21 und ein Zweig zu dem Zustand 22 führt, wobei die Zweigmetrik λ_t ^(u) des von dem Zustand 19 zu dem Zustand 21 führenden Zweigs der Zweigmetrik des von dem Zustand 20 zu dem Zustand 22 führenden Zweigs und die Zweigmetrik λ_t ⁽¹⁾ des von dem Zustand 19 zu dem Zustand 22 führenden Zweigs der Zweigmetrik des von dem Zustand 20 zu dem Zustand 21 führenden Zweigs entspricht. In Fig. 2 sind zudem die den einzelnen Zuständen entsprechenden Pfadmetriken γt^lu), γ^αι, γ_t+ι^(u) bzw. γ_t+1 ⁽¹⁾ dargestellt.

Diese Regelmäßigkeit der 'Butterfly' -Struktur wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ausgenützt, um die Anzahl der zur Bestimmung der 'oberen' Pfadmetrik γ_t+ι^<ul und der 'unteren' Pfadmetrik γt+i¹¹¹ erforderlichen arithmetischen Operationen zu reduzieren.

Zur Bestimmung der Pfadmetriken γ_t+ι^<u) und γ_t+ι⁽¹⁾ muß jeweils die günstigste Pfadmetrik der theoretisch möglichen Pfadmetriken ermittelt werden. Jede Pfadmetrik eines Zustands setzt sich aus der Pfadmetrik eines Zustands des vorhergehenden Zeitschrittes und der Zweigmetrik des

Verbindungszweigs dieser beiden Zustände zusammen. Somit muß zur Bestimmung der Pfadmetrik γ_t+ι ^(ul die kleinere der theoretisch möglichen Pfadmetriken γ_t ^(ul + λ_t ^(ul und γ_t ^αι + λ_t ⁽¹⁾ und zur Bestimmung der Pfadmetrik γt+ι^αι die kleinere der theoretisch möglichen Pfadmetriken γ_t ^(u) + λ_t ⁽¹⁾ und γ_t ⁽¹⁾ + λ_t ^(u) ermittelt werden. Es sind somit folgende Vergleichsoperationen erforderlich:

γ_t ^(ul + λ_t ^,u) >< γ_t ⁽¹⁾ + λ_t ^!1) für den 'oberen' Zustand γ_t ^(u) + λ_t ⁽¹⁾ >< γ_t ⁽¹⁾ + λ_t ^(u) für den 'unteren' Zustand

Jede Vergleichsoperation ist dabei durch den Operator ' >< ' repräsentiert.

Die für den 'oberen' Zustand 21 und den 'unteren' Zustand 22 der 'Butterfly '-Struktur durchzuführenden Vergleichsoperationen weisen eine gewisse Ähnlichkeit auf. Durch Subtraktion können die Zweigmetriken und Pfadmetriken voneinander getrennt werden, so daß sich für den 'oberen' und 'unteren' Zustand jeweils ein Vergleich zwischen einer Pfadmetrikdifferenz und einer Zweigmetrikdifferenz ergibt:

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Werden für diese Differenzen eine Pfadmetrikdifferenz T_t = γ_t ^α) - γ_t ^(u) und eine Zweigmetrikdifferenz Λ_t = λ_t ⁽¹⁾ - λ_t ^(u) definiert, so ergibt sich für die durchzuführenden Vergleichsoperationen:

Λ_t > r_t für den 'oberen' Zustand -Λ_t >< I\ für den 'unteren' Zustand

Die beiden Vergleiche können durch den Absolut- oder Betragsvergleich IΛ_JIXIΓ,! gelöst werden. Das Ergebnis dieses

Vergleichs legt die Beziehung zwischen |Λ,| und |r,| fest. Da die Metriken λ_t'^u), λt'¹', γ_t ⁽¹¹ undγ_t'^u) per Definition positiv sind, wurden keine der oben angegebenen Ungleichungen durch die zuvor vorgenommenen mathematischen Modifikationen verändert. Die zur Ermittlung der Pfadmetriken γ_tV^u' und γt₊ι^(1! ursprünglich aufgestellten Ungleichungen für den 'oberen' Zustand 21 und den 'unteren' Zustand 22 können somit durch Auswertung der Vorzeichen von Λ_t und I\ gelöst werden, wobei zu berücksichtigen ist, daß |Λ,| für die Ungleichung des

'unteren' Zustands 22 mit einem negativen Vorzeichen versehen sein muß .

Das Ergebnis dieser Überlegungen ist, daß zur Bestimmung der Pfadmetriken γ_t+ι^(u) und γ_t+ι⁽¹⁾ lediglich ein einziger Absolutvergleich durchgeführt werden muß, wobei die endgültige Entscheidung dann abhängig von diesem Vergleichsergebnis durch Auswertung der Vorzeichen von Λ_t und T_t getroffen wird. Wie nachfolgend noch näher erläutert wird, ist dies mit relativ einfachen schaltungstechnischen Mitteln möglich.

In Fig. 1 ist ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels für ein Prozessorelement 1 der ACS-Einheit eines Viterbi- Decodierers dargestellt. Das Prozessorelement 1 dient zur Berechnung der Pfadmetriken γ_t+ι^(u> und γt+ι^U) von zwei Zuständen eines Zeitschrittes t+1 eines Trellis-Diagrammes und empfängt als Eingangssignale die Pfadmetriken γ_t ⁽¹⁾ undγ_t ^(ul derjenigen beiden Zustände des vorhergehenden Zeitschrittes t des Trellis-Diagrammes, die mit den beiden zu berechnenden Zuständen die in Fig. 2 gezeigte 'Butterfly ' -Struktur bilden. Des weiteren empfängt das Prozessorelement 1 als Eingangssignale die Zweigmetriken λ_t ^(ul und λ_t ⁽¹⁾ der entsprechenden Verbindungszweige dieser 'Butterfly '-Struktur . Die Pfadmetriken γ_t ⁽¹'/ γ_t ^(ul und die Zweigmetriken λ_t'^u), λ_t ^(1! sind jeweils Multiplexern 8 und 9 bzw. 10 und 11 zugeführt, die abhängig von einem Steuersignal C^u bzw. C¹ einen ihrer beiden Eingangswerte einem Addierer 12 bzw. 13 zuführen, der schließlich als Pfadmetrik γ_t+ι^(u' bzw. γt+i'¹' die kleinere der jeweils beiden möglichen Summen ausgibt. Die Entscheidungsoder Steuersignale C^u bzw. C¹ werden zudem (invertiert) der 'Survivor Memory Unit' zugeführt.

Die Steuersignale C^u und C¹ werden von einer

Auswertungseinheit 6 erzeugt. Zur Ansteuerung der Auswertungseinheit 6 sind ein Subtrahierer 2 und ein Komparator 4 vorgesehen, wobei der Subtrahierer 2 die Differenz zwischen den beiden Pfadmetriken γ_t ⁽¹⁾ und γ_t'^u) berechnet, während der Komparator 4 die daraus resultierende Pfadmetrikdifferenz Y mit einer extern zugeführten Zweigmetrikdifferenz Λ vergleicht und das Vergleichsergebnis der Auswertungseinheit 6 zuführt.

Die Zweigmetrikdifferenz Λ = λ_t ^(u' - λ_t ^ul wird in der 'Branch Metric Unit' (BMU) berechnet und der ACS-Einheit bzw. dem Prozessorelement 1 in zwei unterschiedlichen Versionen, nämlich einmal als normale Zweigmetrikdifferenz Λ+ und einmal als negierte Zeigmetrikdifferenz Λ- zugeführt. Die Auswahl, welche der beiden Zweigmetrikversionen für den Vergleich mit der Pfadmetrikdifferenz I^" verwendet werden soll, erfolgt durch einen Multiplexer 3, der abhängig von dem Vorzeichenbit sg(T) der Pfadmetrikdifferenz angesteuert wird. Bei einer Zweierkomplement-Darstellung entspricht das Vorzeichenbit dem MSB (Most Significant Bit) . Die Unterscheidung zwischen den beiden Zweigmetrikversionen ist, wie nachfolgend noch näher erläutert wird, erforderlich, um immer vorzeichengleiche Werte miteinander vergleichen und somit ein korrektes Vergleichsergebnis berechnen zu können.

Wie bereits erwähnt worden ist, ermittelt der Komparator 4 das Ergebnis des Absolutvergleichs C = r_f| > |Λ,| . Da sowohl 10 als auch Λ_t positiv oder negativ sein kann, gibt es vier mögliche Wertekombinationen, die eine Inversion des ermittelten Vergleichswerts C erforderlich machen könnten, um die zuvor beschriebenen Ungleichungen für den 'oberen' und 'unteren' Zustand tatsächlich korrekt nachbilden und über die Multiplexer 8, 9 bzw. 10, 11 die korrekten Werte für die Pfadmetrikberechnung auswählen zu können.

Die entsprechende Logik ist in Fig. 3 dargestellt, wobei jeweils für den 'oberen' Zustand und den 'unteren' Zustand die möglichen Kombinationen der Vorzeichen von T und Λ sowie die jeweils daraus folgenden Werte für C^u bzw. C¹ in Abhänggkeit von dem Absolutvergleichsergebnis C dargestellt sind. Ein nachgestelltes Minuzeichen entspricht dabei einem negativen Vorzeichen, während ein nachgestelltes Pluszeichen einem positiven Vorzeichen entspricht, so daß beispielsweise r- einen negativen Pfaddifferenzwert und T+ einen positiven Pfaddifferenzwert darstellt.

Aus Fig. 3 ist insbesondere ersichtlich, daß sowohl für den 'oberen' Zustand als auch für den 'unteren' Zustand für zwei mögliche Vorzeichenkombinationen alleine durch Auswertung der Vorzeichen von T und Λ eine Ermittlung der Werte für C^u und C¹ möglich ist, ohne tatsächlich den Absolutvergleich durchführen und somit den Wert C berechnen zu müssen. In diesen Fällen steht somit das 'Vergleichsergebnis', d.h. die Steuersignale C^u und C¹, deutlich früher zur Verfügung, da kein Vergleich durchgeführt werden muß, was eine deutliche Reduzierung der Glitch-Wahrscheinlichkeit an den Auswahlmultiplexern 8, 9 und 10, 11 zur Folge hat.

In allen anderen Fällen der Vorzeichen von T und Λ werden die Werte für C^u und C¹ analog zu der in Fig. 3 gezeigten Logik in Abhängigkeit von dem Wert C des Absolutvergleichsergebnisses berechnet .

Die Ermittlung der Werte für C^u und C¹ in Abhängigkeit von den Vorzeichen sg (T) und sg (Λ) sowie dem Wert des Absolutvergleiches C = |r,| > |Λ,| erfolgt gemäß Fig. 1 in der

Auswertungseinheit 6. Wie zuvor anhand Fig. 3 beschrieben worden ist, muß die Auswertungseinheit hierzu lediglich die Vorzeichen sg(D und sg (Λ) auswerten und davon abhängig den Werten C^u und C¹ entweder den festen binären Wert ' 1 ' , den festen binären Wert '0', den unveränderten Wert C des Vergleichsergebnisses oder den negierten Wert C des Vergleichsergebnisses zuweisen. Der Multiplexer 3 gewährleistet dabei, daß zur Realisierung des

Absolutvergleichs |r,| > |Λ_r| stets die korrekten Werte ±T_t > ±Λ_t miteinander verglichen werden.

Die Verwendung der in Fig. 3 gezeigten Logik ermöglicht, daß lediglich ein Absolutvergleich C = |r,| > |Λ_r| ausgewertet werden muß, um davon abhängig sowohl die 'obere' Pfadmetrik γ_t+ι'^u) als auch die 'untere' Pfadmetrik γ_t+ι^αι berechnen zu können. Wird davon ausgegangen, daß die Komplexität eines Komparators im wesentlichen derjenigen eines Addierers oder Subtrahierers entspricht, ist durch einen Vergleich der in Fig. 1 und Fig. 6 gezeigten Prozessorelemente 1 leicht ersichlich, daß mit Hilfe der vorliegenden Erfindung ca. 33% u> C t t P¹ P¹

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vorzugsweise eine (nicht gezeigte) Renormalisierungseinheit zwischengeschaltet sein kann, die einen Überlauf vermeidet und die rückgekoppelten Pfadmetrikwerte renormalisiert.

Für jeden Zustand eines Zeitschrittes des Trellis-Diagrammes wird die auf oben beschriebene Art und Weise ermittelte jeweils günstigste, d.h. minimale, Pfadmetrik zusammen mit dem entsprechenden Pfad in der 'Survivor Memory Unit' zwischengespeichert. Der wesentliche Unterschied zwischen der Verwendung der in Fig. 1 gezeigten Prozessorelemente 1 in einer ACS-Einheit zu der Darstellung von Fig. 7 besteht lediglich darin, daß die in Fig. 1 gezeigten erfindungsgemäßen Prozessorelemente 1 zur Berechnung zweier Pfadmetriken γ_t+ι^ιul und γt+i¹¹' vorgesehen sind.

Claims

Patentansprüche

1. ACS-Einheit für einen Viterbi-Decodierer, wobei die ACS-Einheit zur Bestimmung von Pfadmetriken eines dem Viterbi-Decodierer zugewiesenen Trellis-Diagramms vorgesehen ist, wobei jeweils einem ersten und einem zweiten Zustand (21, 22) eines Zeitschritts (t+1) des Trellis-Diagramms ein damit über jeweils einen Zweig des Trellis-Diagramms verbundener dritter und vierter Zustand (20,19) des vorhergehenden Zeitschritts (t) zugewiesen ist, wobei in dem Trellis-Diagramm eine erste Zweigmetrik (λ_t ^(u)) für den den ersten Zustand (21) mit dem vierten Zustand (19) verbindenden Zweig und den den zweiten Zustand (22) mit dem dritten Zustand (20) verbindenden Zweig gleich groß ist und eine zweite Zweigmetrik (λ_t ⁽¹⁾) für den den ersten Zustand (21) mit dem dritten Zustand (20) bzw. den zweiten Zustand (22) mit dem vierten Zustand (19) verbindenden Zweig gleich groß ist, und wobei die ACS-Einheit ein Prozessorelement (1) zur Bestimmung der dem ersten und zweiten Zustand (21, 22) zugeordneten

Pfadmetriken (γt+ι^(u)/ Yt+ι⁽¹⁾ ) aufweist, welches als Eingangswerte die erste und zweite Zweigmetrik (λ_t ^(u) , λ_t ⁽¹⁾ ) sowie dem dritten bzw. vierten Zustand (20,19) zugeordnete Pfadmetriken (γt^(u'/γt⁽¹⁾ ) empfängt und umfaßt: - eine Differenziereinrichtung (2) zum Berechnen einer

Pfadmetrikdifferenz (D zwischen den dem dritten und vierten Zustand (19,20) zugeordneten Pfadmetriken (γ_t ^(u) ,γ_t ⁽¹⁾ ) , und - eine Auswertungseinrichtung (3-6) zum Vergleichen der Pfadmetrikdifferenz (D mit einer Zweigmetrikdifferenz (Λ) zwischen der ersten und zweiten Zweigmetrik (λ_t ^<ul , λ_t ⁽¹⁾ ) und zum Bestimmen der dem ersten und zweiten Zustand (21, 22) zugeordneten Pfadmetriken (γ_t+ι^(ul ,γ_t+ι⁽¹⁾ ) in Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis (C) , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Auswertungseinrichtung (3-6) derart ausgestaltet ist, daß sie die dem ersten und zweiten Zustand (21, 22) zugeordneten Pfadmetriken (γ_t+ι^(ul ,γ_t+ι⁽¹⁾ ) in Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis (C) unter zusätzlicher Auswertung der Vorzeichen der Pfadmetrikdifferenz (D und der Zweigmetrikdifferenz (Λ) bestimmt.

2. ACS-Einheit nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Auswertungseinrichtung (3-6) derart ausgestaltet ist, daß sie in Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis sowie den Vorzeichen der Pfadmetrikdifferenz (D und der Zweigmetrikdifferenz (Λ) ein erstes Steuersignal (C^u) für eine dem ersten Zustand (21) zugeordnete erste Auswahleinrichtung (8,9,12) und ein zweites Steuersignal (C^x) für eine dem zweiten Zustand (22) zugeordnete zweite Auswahleinrichtung (10,11,13) erzeugt, und daß die erste Auswahleinrichtung (8,9,12) derart ausgestaltet ist, daß sie in Abhängigkeit von dem ersten Steuersignal (C^u) als Pfadmetrik (γ_t+ι'^u)) des ersten Zustands (21) entweder die Summe aus der Pfadmetrik (γ_t ^(ul) des vierten Zustands (19) und der ersten Zweigmetrik (λ_t ^(u)) oder die Summe aus der Pfadmetrik (γ_t ⁽¹⁾) des dritten Zustands (20) und der zweiten Zweigmetrik (λ_t ⁽¹⁾) ausgibt, und daß die zweite Auswahleinrichtung (10,11,13) derart ausgestaltet ist, daß sie in Abhängigkeit von dem zweiten Steuersignal (C¹) als Pfadmetrik (γ_t+ι^α)) des zweiten Zustands (22) entweder die Summe aus der Pfadmetrik (γ_t ^|u)) des vierten Zustands (19) und der zweiten Zweigmetrik (λ_t ⁽¹⁾) oder die Summe aus der Pfadmetrik (γ_t ⁽¹⁾) des dritten Zustands (20) und der ersten Zweigmetrik (λ_t ^(u|) ausgibt.

3. ACS-Einheit nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die erste bzw. zweite Auswahleinrichtung einen von dem ersten bzw. zweiten Steuersignal (C^C¹) angesteuerten ersten und zweiten Multiplexer (8,9;10,11) umfaßt, wobei der erste Multiplexer als Eingangssignale die erste und zweite Zweigmetrik (λ_t'^u), λ_t ⁽¹⁾ ) und der zweite Multiplexer als Eingangssignale die dem dritten und vierten Zustand (20,19) zugeordneten Pfadmetriken (γ_t'^u) ,γ_t ⁽¹⁾ ) empfängt, und wobei die Ausgangssignale des ersten und zweiten Multiplexers einem Addierer (12; 13) zugeführt sind.

4. ACS-Einheit nach Anspruch 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Auswertungseinrichtung (3-6) derart ausgestaltet ist, daß sie dem ersten Steuersignal (C^u) einen festen binären Wert zuweist, ohne den Vergleich zwischen der Pfadmetrikdifferenz (D und der Zweigmetrikdifferenz (Λ) zu bilden, falls die Pfadmetrikdifferenz (D und die Zweigmetrikdifferenz (Λ) unterschiedliche Vorzeichen aufweisen, und daß die Auswertungseinrichtung (3-6) derart ausgestaltet ist, daß sie dem zweiten Steuersignal (C¹) einen festen binären Wert zuweist, ohne den Vergleich zwischen der Pfadmetrikdifferenz (D und der Zweigmetrikdifferenz (Λ) zu bilden, falls die Pfadmetrikdifferenz (T) und die Zweigmetrikdifferenz (Λ) identische Vorzeichen aufweisen.

5. ACS-Einheit nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Auswertungseinrichtung (3-6) dem ersten Steuersignal

(C^u) einen ersten binären Wert zuweist, durch den von der ersten Auswahleinrichtung (8,9,12) als Pfadmetrik (γ_t+ι'^u|) des ersten Zustands (21) die Summe aus der Pfadmetrik (γ_t'^u)) des vierten Zustands (19) und der ersten Zweigmetrik (λ'^ul) ausgegeben wird, falls die Pfadmetrikdifferenz (D ein positives Vorzeichen und die Zweigmetrikdifferenz (Λ) ein negatives Vorzeichen aufweist, und daß die Auswertungseinrichtung (3-6) dem ersten Steuersignal (C^u) einen dem invertierten ersten binären Wert entsprechenden zweiten binären Wert zuweist, durch den von der ersten Auswahleinrichtung (8,9,12) als Pfadmetrik (γ_t+ι^(υ)) des ersten Zustands (21) die Summe aus der Pfadmetrik (γ_t ^αι) des dritten Zustands (20) und der zweiten Zweigmetrik (λ_t ^αι) ausgegeben wird, falls die Pfadmetrikdifferenz (D ein negatives Vorzeichen und die Zweigmetrikdifferenz (Λ) ein positives Vorzeichen aufweist.

6. ACS-Einheit nach Anspruch 4 oder 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Auswertungseinrichtung (3-6) dem zweiten Steuersignal (C¹) einen ersten binären Wert zuweist, durch den von der zweiten Auswahleinrichtung (10,11,13) als Pfadmetrik (γ_t+ι^αι) des zweiten Zustands (22) die Summe aus der Pfadmetrik (γ_t ^(u)) des vierten Zustands (19) und der zweiten Zweigmetrik (λt'¹') ausgegeben wird, falls die Pfadmetrikdifferenz (D und die Zweigmetrikdifferenz (Λ) jeweils ein positives Vorzeichen aufweisen, und daß die Auswertungseinrichtung (3-6) dem zweiten Steuersignal (C^u) einen dem invertierten ersten binären Wert entsprechenden zweiten binären Wert zuweist, durch den von der zweiten Auswahleinrichtung (10,11,13) als Pfadmetrik (Yt+ι⁽¹¹) des zweiten Zustands (22) die Summe aus der Pfadmetrik (γ_t ⁽¹⁾) des dritten Zustands (20) und der ersten Zweigmetrik (λ_t'^u') ausgegeben wird, falls die

Pfadmetrikdifferenz (D und die Zweigmetrikdifferenz (Λ) jeweils ein negatives Vorzeichen aufweisen.

7. ACS-Einheit nach einem der Ansprüche 2-6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Auswertungseinrichtung (3-6) derart ausgestaltet ist, daß sie den binären Wert (C) des Vergleichsergebnisses dem ersten Steuersignal (C^u) zuweist, falls die Pfadmetrikdifferenz (D und die Zweigmetrikdifferenz (Λ) jeweils ein positives Vorzeichen aufweisen, während die

Auswertungseinrichtung (3-6) den invertierten binären Wert des Vergleichsergebnisses dem ersten Steuersignal (C^u) zuweist, falls die Pfadmetrikdifferenz (D und die Zweigmetrikdifferenz (Λ) jeweils ein negatives Vorzeichen aufweisen.

8. ACS-Einheit nach einem der Ansprüche 2-7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Auswertungseinrichtung (3-6) derart ausgestaltet ist, daß sie den binären Wert (C) des Vergleichsergebnisses dem zweiten Steuersignal (C¹) zuweist, falls die Pfadmetrikdifferenz (D ein positives Vorzeichen und die Zweigmetrikdifferenz (Λ) ein negatives Vorzeichen aufweist, während die Auswertungseinrichtung (3-6) den invertierten binären Wert des Vergleichsergebnisses dem zweiten Steuersignal (C¹) zuweist, falls die Pfadmetrikdifferenz (T) ein negatives Vorzeichen und die Zweigmetrikdifferenz (Λ) ein positives Vorzeichen aufweist.

9. ACS-Einheit nach einem der Ansprüche 2-8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Auswertungseinrichtung (3-6) umfaßt:

- einen Multiplexer (3), der als Eingangssignale die Zweigmetrikdifferenz (Λ+) und den negierten Wert der Zweigmetrikdifferenz (Λ-) empfängt und von einem das Vorzeichen der von der Differenziereinrichtung (2) gebildeten Pfadmetrikdifferenz (D anzeigenden Bit (sg(D) angesteuert wird,

- einen Komparator (4), der die Pfadmetrikdifferenz (D und das Aussgangssignal des Multiplexers (3) empfängt, und

- eine Auswertungslogik (6), welche als Eingangssignale das Ausgangssignal des Komparators (4), ein das Vorzeichen der

Zweigmetrikdifferenz anzeigendes Bit (sg(Λ)) und das das Vorzeichen der Pfadmetrikdifferenz anzeigende Bit (sg(T)) empfängt und davon abhängig das erste und zweite Steuersignal (C^U,C^X) ausgibt.

10. ACS-Einheit nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Auswertungseinrichtung (3-6) einen Vorkomparator (5) umfaßt, welcher einen Vorvergleich bestimmter Bits der Pfadmetrikdifferenz (D und der Zweigmetrikdifferenz (Λ) durchführt und ein entsprechendes Vergleichsergebnis der Auswertungslogik (6) als ein weiteres Eingangssignal zuführt, und daß die Auswertungslogik (6) bei der Erzeugung des ersten und zweiten Steuersignals (C^u, C¹) das von dem Vorkomparator (5) gelieferte Vergleichsergebnis berücksichtigt.

11. ACS-Einheit nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Vorkomperator (5) einen Vorvergleich der höherwertigeren Bits der Pfadmetrikdifferenz (D und der Zweigmetrikdifferenz (Λ) durchführt.