WO2013097268A1

WO2013097268A1 - Turbo均衡及其帧间、帧内相关预测的方法和装置

Info

Publication number: WO2013097268A1
Application number: PCT/CN2012/000906
Authority: WO
Inventors: 张淑娟; 杨锋; 卢勤博
Original assignee: 中兴通讯股份有限公司
Priority date: 2011-12-31
Filing date: 2012-06-29
Publication date: 2013-07-04
Also published as: CN103188040A; CN103188040B

Abstract

一种Turbo均衡及其帧间、帧内相关预测的方法和装置，及一种信道译码中的帧间相关预测方法和帧内相关预测方法及相应的帧间相关预测器和帧内相关预测器。该Turbo均衡方法，包括：根据解交织之后的均衡软信息进行信道译码，输出信源比特的软信息和信道编码输出比特序列的软信息；其中：进行所述信道译码时，在首次迭代时还利用帧间相关预测得到的本帧信源比特的先验知识进行译码运算，和/或，在除首次迭代外的其他次迭代时还利用帧内相关预测得到的本帧信源比特的先验知识进行译码运算。上述技术方案改进了帧间相关预测方法和帧内相关预测方法并将之用于Turbo均衡，提高了信道译码器的译码性能。

Description

Turbo均衡及其帧间、帧内相关预测的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种无线通信接收技术，尤其涉及一种 Turbo均衡及其帧间、帧内相关预测的方法和装置。

背景技术

无线信号在传输过程中往往遭受多径衰落，此时为了估计发送信号需要利用均衡器进行均衡操作，补偿多径传输造成的符号间干扰。通常均衡器只是利用接收信号，认为发送符号在发送符号集中是等概分布的，假如此时能够获得最贴近本次发送过程的发送符号的先验概率，就可以在均衡器中充分利用后验概率最大化方法得到发送比特序列的后验概率，将此后验概率转化为软信息送入译码器，能够有效提高译码性能。

为实现此目的人们应用 Turbo码中的 Turbo思想提出了 Turbo均衡器，将无线信号的多径传播模型等效为一个线性卷积编码器，作为外部分量编码器和信道编码器一起视为串联的 Turbo编码器，在接收端，为适应码间干扰信道， Turbo均衡釆用了类似于 Turbo译码的软信息交换与反馈的思想，将均衡与 Turbo译码有机的结合起来，使均衡器也具有处理输入先验软信息并输出后验软信息的功能，与 Turbo译码器进行信息交换，在简化 Turbo码的复杂计算的同时，保留 Turbo码的交织、译码与迭代计算，从而获得适用于码间干扰信道的联合均衡与解码技术。

但是，注意到 Turbo均衡器当信道译码器为线性卷积码时，并没有关于信源比特的先验知识， Turbo均衡时，信道译码器不能充分体现 Turbo思想，也影响了系统性能。

发明内容

本发明实施例要解决的技术问题是提供一种可以利用信源编码冗余度有效提高系统性能的信道译码中的帧间相关预测方法及帧间相关预测器。为了解决上述问题，本发明实施例釆用如下技术方案：一种信道译码中的帧间相关预测方法，包括：

才艮据本帧和上一帧的信道译码结果，确定本帧变化比特的值；

对每一变化比特，根据本帧变化比特的值及上一帧变化比特的软信息的状态进行状态跳转，得到本帧变化比特的软信息的状态，并确定本帧变化比特的软信息；

根据本帧变化比特的软信息和信道译码得到的本帧信源比特的软信息，计算得到下一帧信源比特的先验软信息。可选地，所述根据本帧和上一帧的信道译码结果，确定本帧每一变化比特的值的步骤包括：根据本帧和上一帧信道译码得到的信源比特，按下式计算出本帧各信源比特的变化比特：

ck,_q = ^xor{Uk,_q^^uk-i,_q)

其中， ^是第帧中第？个变化比特， xor(x, 是比特 x,_y的异或， u _q,u_k— 分别是第 A帧和第帧信源比特中的第 g个比特。

当本帧变化比特 _¾的值表示前后两帧对应比特发生变化，而上一帧该变化比特的软信息的状态满足 ^ -S 时，本帧变化比特的软信息的状态 W保持为 J 其中， J皿为最小负状态；

当本帧变化比特¾_¾的值表示前后两帧对应比特发生变化，而上一帧变化比特的软信息的状态满足 -S_max < — 时，本帧变化比特的软信息的状态 ( 向下跳转为 — ,(^)-1;

当本帧变化比特 _¾的值表示前后两帧对应比特不发生变化，而上一帧变化比特的软信息的状态 — 满足 < 0时，本帧变化比特的软信息的状态向上跳转为 L — g)*/^^ ,其中，为设定的从负状态向上跳转的幅度。可选地，所述根据本帧每一变化比特的软信息和信道译码得到的本帧信源比特的软信息，计算得到下一帧信源比特的先验软信息的步骤包括：按照下式计算下一帧信源比特的先验软信息：

^L(^uk₊ ) = , ^ck,_q ) * abs{L{c_kq ))

其中， ¾_g是信道译码得到的第 A帧信源比特中的第 g个比特，是在第 A帧预测的下一帧发送的信源比特中的第 g个比特， _¾是第帧中第 g个比特的变化比特， xor(x, 表示比特 x,_y的异或， (_¾¾)是 _¾的软信息， abs()表示求绝对值函数，是帧间相关预测得到的 _+1(?的先验软信息。可选地，该方法还包括：计算得到下一帧信源比特的先验软信息后 , 将下一帧信源比特的先验软信息归一化到解交织后输出的均衡软信息最大值的 0.2~2倍，然后再作为下一帧信源比特的先验知识输出。一种用于信道译码的帧间相关预测器，包括第一计算单元、第二计算单元和第三计算单元，其中：所述第一计算单元设置成：根据本帧和上一帧的信道译码结果，确定本帧变化比特的值；

所述第二计算单元设置成：对每一变化比特，根据本帧变化比特的值及上一帧变化比特的软信息的状态进行状态跳转，得到本帧变化比特的软信息的状态，并确定本帧变化比特的软信息；

所述第三计算单元设置成：根据本帧变化比特的软信息和信道译码得到的本帧信源比特的软信息，计算得到下一帧信源比特的先验软信息。可选地，所述第一计算单元设置成按照以下方式根据本帧和上一帧的信道译码结果，确定本帧每一变化比特的值：根据本帧和上一帧信道译码得到的信源比特，按下式计算出本帧各信源比特的变化比特：

c_kq =xor{u_kq,u_k__lq)

其中， ^是第帧中第？个变化比特， xor(x, 是比特 x,_y的异或， u_kq,u_k— _q 分别是第帧和第帧信源比特中的第 g个比特。

当本帧变化比特 c_{k q}的值表示前后两帧对应比特发生变化，而上一帧变化比特的软信息的状态满足 ^(^：^皿时，本帧变化比特的软信息的状态 )保持为 J皿，其中， J皿为最小负状态；

当本帧变化比特 c_{k q}的值表示前后两帧对应比特发生变化，而上一帧变化比特的软信息的状态满足 -S_max < — 时，本帧变化比特的软信息的状态 ( 向下跳转为 — ,(^)-1;

当本帧变化比特 _¾的值表示前后两帧对应比特不发生变化，而上一帧变化比特的软信息的状态 — 满足 < 0时，本帧变化比特的软信息的状态向上跳转为

其中，为设定的从负状态向上跳转的幅度。可选地，所述第三计算单元设置成按照以下方式根据本帧每一变化比特的软信息和信道译码得到的本帧信源比特的软信息，计算得到下一帧信源比特的先验软信息：

按照下式计算下一帧信源比特的先验软信息：

^L(^uk₊ ) = , ^ck,_q ) * abs{L{c_{k q} )) 其中， "^, +^分别是信道译码得到的第帧和第帧信源比特中的第 g个比特， _¾¾是第 A帧中第 g个比特的变化比特， xor(x, 表示比特 x,_y的异或， L(c_{k q})是_{¾ ¾}的软信息 , 表示求绝对值函数，是的先验软信息。可选地，该帧间相关预测器还包括先验知识输出单元，其中：

所述先验知识输出单元设置成：将所述第三计算单元得到的下一帧信源比特的先验软信息归一化到解交织后输出的均衡软信息最大值的 0.2~2倍，作为下一帧信源比特的先验知识输出。

上述技术方案在信道译码前利用信源编码之后存在的冗余度进行帧间相关预测，得到信源比特的先验知识，协助信道译码，提高信道译码器的译码性能，从而有效提高了系统性能。本发明实施例要解决的另一技术问题是提供一种利用信源编码冗余度有效提高系统性能的信道译码中的帧内相关预测方法。一种信道译码中的帧内相关预测方法，对一帧数据做信道译码时，每次迭代按以下方式计算相关比特对的先验软信息：

对记录所述相关比特对的每一取值组合出现次数的数组的历史值和当前值进行加权运算，得到本次迭代的所述数组的值，其中，所述数组的当前值根据信道译码器本次迭代输出的所述相关比特对的软信息确定，所述数组的历史值为上一次迭代得到的所述数组的值；

根据所述数组的值计算出所述相关比特对的条件转移概率；

根据所述条件转移概率计算出所述条件转移概率的似然值，再结合信道译码器本次迭代输出的所述相关比特对的软信息，确定所述相关比特对的先验软信息。可选地，所述加权运算时，所述数组的历史值的权值 w_to和当前值的权值。 _w利用以下方式得到：

x_n=-l*BFI + l

R„ =(\-e)*R_n__{1 +}e*x_n w ._† = l— e^ y-, 'w = e^ y- 其中， S /是迭代译码成功与否的标志位，成功为 0, 失败为 1; _e为遗忘因子， 0<e<l, , R„是用于计算权重的参数。可选地，该方法还包括：

在第一次迭代时，所述数组中每一元素的历史值均取为 1。可选地，所述根据所述条件转移概率计算出所述条件转移概率的似然值，再结合信道译码器本次迭代输出的所述相关比特对的软信息，确定所述相关比特对的先验软信息的步骤包括：

按照以下公式根据所述条件转移概率计算出所述条件转移概率的似然值: L(a = x_a \b = x_b) = \og{p{a = x_a \b = x_b))

L(b = x_b \a = x_a) = \og(p(b = x_h \a = x ) 其中， ,δ是所述相关比特对， ^ = |6 = ), ^ = 1« = )是所述相关比特对的两个条件转移概率， (α = 16 = x_b) ,L(b = x_b \a = x_a)是相应条件转移概率的似然值， jc_fle{0,l},¾e{0,l}; 而 a,b的先马全软信息 Lu I騰 r(c 和 Lu I騰 r(b 由以下公式得到： aO = max(L(a = 0\b = 0) + Lu _ now(b),L(a = 0\b = V)-Lu _now(b))

al = max(L(a = l\b = 0) + Lu _now(b),L(a = l\ b = V)-Lu _now(b))

Lu _ Inner(a) = aO-al

bO = max(L(b = 0\a = 0) + Lu _ now(a),L(b = 0\a = V)-Lu _ now (a))

bl = max(L(b = l\a = 0) + Lu _now(a),L(b = l\a = V)-Lu _now(a))

Lu Inner (b) = bO-bl

其中 , max(x, y)表示求 x,_y中的最大值， Lu _now(a),Lu _now(b)是信道译码器本次迭代输出的 a,b的软信息。可选地，该方法还包括：

对一帧数据做信道译码，除最后一次迭代外每次迭代得到本帧所有相关比特对的先验软信息后，按以下方式之一输出信源比特的先验知识：

将得到的本帧所有相关比特对的先验软信息直接作为帧内相关预测得到的信源比特的先验知识输出；或者

将得到的所有相关比特对的先验软信息归一化到均衡软信息最大值的

0.2-2倍，将归一化后所有相关比特对的先验软信息 _/w _Nor«^/作为帧内相关预测得到的信源比特的先验知识输出；或者

将得到的所有相关比特对的先验软信息归一化到均衡软信息最大值的 0.2~2倍，得到归一化后所有相关比特对的先验软信息 _/w _Nor«^/; 还按式 L^e(u = Lu_now-Lu得到信源比特的外信息 L^e( )并将 L^e( )归一化到均衡软信息最大值的 0.2~1 倍，得到 C。 ), 其中 ^_/«^是信道译码器本次迭代输出的本帧信源比特的软信息， Lu是帧间相关预测器输出的本帧信源比特的先验知识；然后，将 i/_/""er_Nora«?/和 »相力口，结果作为帧内相关预测得到的信源比特的先验知识输出。可选地，该方法还包括：对某一语音业务的数据帧，所述相关比特对按以下方式确定：釆集该业务的多个语音样本，对于每个语音样本，计算所有比特对的互信息，得到互信息最大的前 n个比特对，寻找所有语音样本中该前 n个比特对中的共有比特对确定为相关比特对， n为正整数。一种用于信道译码的帧内相关预测器，包括数组更新单元、条件转移概率更新单元和先验软信息计算单元，其中：

所述数组更新单元设置成：对每一相关比特对，对记录所述相关比特对的每一取值组合出现次数的数组的历史值和当前值进行加权运算，得到本次迭代的所述数组的值，其中，所述数组的当前值根据信道译码器本次迭代输出的所述相关比特对的软信息确定，所述数组的历史值为上一次迭代得到的所述数组的值；

所述条件转移概率更新单元设置成：对每一相关比特对，根据相应数组的值计算出所述相关比特对的条件转移概率；

所述先验软信息计算单元设置成：对每一相关比特对，根据所述条件转移概率计算出所述条件转移概率的似然值，再结合信道译码器本次迭代输出的所述相关比特对的软信息，确定所述相关比特对的先验软信息。

可选地，所述数组更新单元进行所述加权运算时，所述数组的历史值的权值 w_Ust和当前值的权值 w_now利用以下方式得到：

x_n=-\*BFI + \

R„ =(\-e)*R_n__{1 +}e*x_n w ._† = l— e^ y-, 'w = e^ y- 其中， S /是迭代译码成功与否的标志位，成功为 0, 失败为 1; _e为遗忘因子， 0<e<l, , R„是用于计算权重的参数。可选地，所述数组更新单元还设置成：

在第一次迭代时，将每一相关比特对对应的数组中每一元素的历史值均取为 1。可选地，所述先验软信息计算单元设置成按照以下方式对每一相关比特对，根据所述条件转移概率计算出所述条件转移概率的似然值，再结合信道译码器本次迭代输出的该相关比特对的软信息，确定该相关比特对的先验软信息：

按照以下公式根据所述条件转移概率计算出所述条件转移概率的似然值: L(a = x_a \b = x_h) = logO(a = x_a \b = x_b))

L(b = x_b \a = x_a) = \og(p(b = x_h \a = x ) 其中， ,δ是所述相关比特对， ^ = |6 = ), ^ = 1« = )是所述相关比特对的两个条件转移概率， (α = 16 = x_b) ,L(b = x_b \a = x_a)是相应条件转移概率的似然值， JC_fle{0,l},¾e{0,l};

而 a,b的先马全软信息 Lu I騰 r(c 和 Lu I騰 r(b 由以下公式得到：

a0 = max(L(a = 0\b = 0) + Lu _ now(b),L(a = 0\b = V)-Lu _now(b))

al = max(L(a = l\b = 0) + Lu _now(b),L(a = l\ b = V)-Lu _now(b))

Lu _ Inner(a) = a0-al

bO = max(L(b = 0\a = 0) + Lu _ now(a),L(b = 0\a = V)-Lu _ now (a))

bl = max(L(b = l\a = 0) + Lu _now(a),L(b = l\a = V)-Lu _now(a))

Lu _Inner{b) = bQ-b\

其中 , max(x, y)表示求 x,_y中的最大值， Lu _now(a),Lu _now(b)是信道译码器本次迭代输出的 a,b的软信息。可选地，该帧内相关预测器还包括先验知识输出单元，其中：

所述先验知识输出单元设置成：根据先验软信息计算单元最后一次迭代得到的本帧所有相关比特对的先验软信息，按以下方式之一输出信源比特的先马全知识：将得到的本帧所有相关比特对的先验软信息直接作为帧内相关预测得到的信源比特的先验知识输出；或者

将得到的所有相关比特对的先验软信息归一化到均衡软信息最大值的 0.2~2倍，得到归一化后所有相关比特对的先验软信息 _/w _Nor«^/ ; 还按式 L^e (u) = Lu _ now - Lu得到信源比特的外信息 L^e (u)并将 L^e (u)归一化到均衡软信息最大值的 0.2~1 倍，得到 C。 ) , 其中 ^_/«^是信道译码器本次迭代输出的本帧信源比特的软信息， Lu是帧间相关预测器输出的本帧信源比特的先验知识；然后，将 i/ _/""er _Nora«?/和 »相力口，结果作为帧内相关预测得到的信源比特的先验知识输出。

上述技术方案在信道译码前利用信源编码之后存在的冗余度进行帧内相关预测，得到信源比特的先验知识，协助信道译码，提高信道译码器的译码性能，从而有效提高了系统性能。

一种利用信源编码冗余度的 Turbo均衡方法，包括：根据解交织之后的均衡软信息进行信道译码，输出信源比特的软信息和信道编码输出比特序列的软信息，其中：

进行所述信道译码时，在首次迭代时还利用按照如权利要求如上所述的任意一种帧间相关预测方法得到的本帧信源比特的先验知识进行译码运算；和 /或，

在除首次迭代外的其他次迭代时还利用按照如上所述的任意一种帧内相关预测方法得到的本帧信源比特的先验知识进行译码运算。可选地，根据解交织之后的均衡软信息进行信道译码的步骤包括：釆用后验概率最大化译码 (MAP)算法实现所述信道译码，在该 MAP算法中，釆用以下公式计算 ¾ -, , ) =∑ ^Le ( I y, L^e _DE ) + u_kL(u_k )

i=\

其中，表示 MAP算法最小误符号率（BCJR)实现方法中的分支度量，表示状态转移得到的第个编码比特，为均衡器提供给译码器的关于比特的均衡软信息，表示每输入一个信源比特信道编码器输出的比特数，表示输出的编码比特序列中的第个比特； ^表示引起状态转移的信源比特；表示 ^的先验知识，在首次迭代时釆用帧间相关预测器提供的先验知识，和 /或在其他次迭代时釆用帧内相关预测器提供的先验知识。一种利用信源编码冗余度的 Turbo均衡器，包括均衡器、解交织器、信道译码器和交织器，还包括帧间相关预测器和 /或帧内相关预测器，其中：所述信道译码器设置成：根据解交织之后的均衡软信息进行信道译码，输出信源比特的软信息和信道编码输出比特序列的软信息；且所述信道译码器在进行所述信道译码时，在首次迭代时还利用所述帧间相关预测器进行帧间相关预测得到的本帧信源比特的先验知识进行译码运算，和 /或，在除首次迭代外的其他次迭代时还利用所述帧内相关预测器进行帧内相关预测得到的本帧信源比特的先验知识进行译码运算；

所述帧间相关预测器为如上所述的任意一种帧间相关预测器；所述帧内相关预测器为如上所述的任意一种帧内相关预测器。可选地，所述信道译码器设置成按照以下方式根据解交织之后的均衡软信息进行信道译码：

所述信道译码器釆用后验概率最大化译码 (MAP)算法进行信道译码，且在该 MAP算法中，釆用以下公式计算

d

¾ -, , ) =∑ ^Le (Pi I y, L^e _DE ) + u_kL(u_k )

i=\

其中，表示 MAP算法最小误符号率（BCJR)实现方法中的分支度量，表示状态转移得到的第个编码比特，为均衡器提供给译码器的关于比特的均衡软信息，表示每输入一个信源比特信道编码器输出的比特数，表示输出的编码比特序列中的第个比特； ^表示引起状态转移的信源比特；表示 ^的先验知识，在首次迭代时釆用帧间相关预测器提供的先验知识，和 /或在其他次迭代时釆用帧内相关预测器提供的先马全知识。 - 1， ) ¾ i (¾ I y^ ^EDE) K d i i u_k (¾_, , ¾) L(u_k) u_k

上述技术方案将无线多径衰落信道建模为线性卷积器，作为串行 Turbo 编码器的外码，在接收端将均衡器和信道译码器联合起来，应用 Turbo译码的思想进行 Turbo均衡时，在信道译码前利用信源编码之后存在的冗余度得到信源比特的先验知识，协助信道译码，提高信道译码器的译码性能，从而有效提高了系统性能。

附图概述

图 1是本发明实施例的无线信号传输模型图；

图 2a是本发明实施例一的 Turbo均衡器的整体运行框架图；

图 2b是在实施例一基础上只进行帧间相关预测的 Turbo均衡器的整体运行框架图；

图 2c是在实施例一基础上只进行帧内相关预测的 Turbo均衡器的整体运行框架图；

图 3是在 Turbo均衡中用实施例一公式 (1)和公式 (2)进行帧间相关预测得到的信噪比（SNR ) -误码率（FER ) 曲线的示意图；

图 4是本发明实施例二的帧间相关预测的流程图；

图 5是本发明实施例二的帧间相关预测器的结构图；

图 6是本发明实施例三的帧内相关预测的流程图；

图 7是本发明实施例三的帧内相关预测器的结构图。

本发明的较佳实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

本实施例将无线多径衰落传输信道建模为线性卷积器，作为串行 Turbo 编码器的外码，在接收端应用 Turbo译码的思想进行 Turbo均衡，更进一步地，本实施例应用语音编码之后存在的冗余信息，利用帧内相关预测器和 / 或帧间相关预测器提供信源比特的先验信息，协助信道译码器完成后验概率最大化译码 (MAP), 提高译码性能。

本实施例的信号传输模型如图 1 所示，发送端语音信号 ^经过语音编码之后得到信源比特^ _M经过信道编码得到发送端传输比特序列 c,c经过调制器得到适合在无线信道传输的信号，通过发送天线发送出去，信号经过多径物理衰落信道到达接收端，接收端通过 Turbo均衡器得到信源比特的估计序列此估计序列送入信源译码器得到估计的语音信号，本模型图中省略了交织器和解交织器，隐含在相应的模块。

本实施例利用信源编码之后冗余度的 Turbo 均衡器的结构框图如图 2a 所示，包括：均衡器 21、信道译码器 22、帧内相关预测器 23 (也可称为帧内相关先验知识预测器）、帧间相关预测器 24 (也可称为帧间相关先验知识预测器），以及交织器 25和解交织器 26。其中：

均衡器 21设置成：根据匹配滤波之后的接收信号；、匹配滤波之后的信道估计参数以及关于发送端传输比特序列的外信息 Ζ^ΟΙΖ^,Ζ )进行均衡处理，输出关于发送端传输比特序列的后验软信息/^ I /^)。此处可以运用相关技术的各种算法，如果考虑到复杂度问题，可以应用 MLSE (最大似然序列估计)原则，利用 Viterbi 网格演进方法估计传输比特序列，输出关于发送端传输比特序列的后验软信息 (_c|j, ^)，但也可以使用其他的算法。首次迭代时 /^(^/^，/^^初始化为 0。

解交织器 26设置成：根据均衡器提供给译码器的外信息 ), 输出解交织之后的均衡软信息 L^e(b\y,L^e _DE) ，其中， L^e(c I y,U_DE) = L(c I y,L^e _DE)-L^e(c | Lu,U_ED)。

信道译码器 22设置成：根据解交织之后的均衡软信息 Z (b| 及先马全知识进行信道译码，输出信源比特 u的软信息 L u now和信道编码输出比特序列 6的软信息 (6 。所述先验知识在首次迭代时为帧间相关预测器处理上一帧时输出的本帧信源比特的先验知识 Lu，在其他次迭代时为帧内相关预测器输出的本帧信源比特的先验知识。信道译码器可以釆用 MAP (最大后验概率）译码算法或其改进算法等，最后一次迭代时由 _«。得到信源比特的硬判结果送入信源译码器。

帧间相关预测器 24设置成：根据信道译码器最后一次迭代时输出的本帧信源比特软信息 M _ now、记录的上一帧信源比特软信息 Lu _ last以及本帧变化比特的软信息的状态进行帧间相关预测，输出下一帧信源比特的先验知识 Lu并更新变化比特软信息的状态。

帧内相关预测器 23设置成：根据信道译码器除最后一次迭代外其他次迭代时输出的本帧信源比特的软信息及信源比特之间的条件转移概率，输出本帧信源比特的先验知识 Lu—Inner , 并更新条件转移概率。

交织器 25设置成：根据信道编码输出比特序列 6的外信息 (6

, 输出交织之后关于发送端传输比特序列的外信息 w ^ ^)，其中，

L^e(b \ Lu,L^e _ED) = L(b \ Lu,L^e _ED ) -L^e(b \ y,L^e _DE) . 和相关技术相比，以上 Turbo均衡器中增加了帧内相关预测器和帧间相关预测器，可以在信道译码前利用信源编码之后存在的冗余度得到信源比特的先验知识，协助信道译码，提高信道译码器的译码性能，从而有效提高了系统性能。以下将对本实施例的帧内相关预测器和帧内相关预测方法、帧间相关预测器和预测方法，及相应地利用先验知识进行信道译码的修正的 MAP 算法进行详细说明。

釆用帧间相关预测器 24, 是因为由于复杂度和时间延迟的限制，信源编码之后的信源比特存在一定的冗余度，此种冗余度的表现之一就是相邻信源帧的对应比特之间存在一定的相关度，利用此相关度可以利用已知帧信息预测下一帧信源比特，协助下一帧的信道译码，提高信道译码性能。

下面将说明本实施例帧间相关预测器 24 釆用的帧间相关预测方法。 Joachim Hagenauner提出了利用语音编码之后冗余度的 adhoc方法，但 adhoc 方法只是用帧间相关预测器协助信道译码器，并没有用于 Turbo均衡。本实施例将 adhoc方法运用于 Turbo均衡并对其加以改进。 adhoc方法中，釆用公式 (1)计算下一帧信源比特的软信息：

L{ _k+l ) = L{u_kq)®L{c_kq)

= sign(L(u_kq )) * sign(L(c_kq )) * (abs(L(u_kq )), abs(L(c_kq ))) 其中，和"^分别表示信道译码得到的第帧和第 A帧信源比特中的第 g个比特，是在第帧预测的下一帧发送的信源比特中的第 g个比特， ( — 和 (¾_¾)分别表示和 ¾_g的软信息；表示帧间相关预测得到的的先验软信息； _¾表示第 A帧第 g个变化比特， (_¾¾)表示变化比特 c_{k q} 的软信息； abs )表示求绝对值函数。在该方法中， c_{k q}

, "*"表示乘法运算， g"(x)表示符号函数（即 x≥0, sign(x)=l; 当 x<0, sign(x)=-l ) , 在做的状态跳转时， c_kq为 1 表示不发生变化，为 -1 表示会发生变化，而在对信源比特做硬判即计算 ¾₊₁,_¾ =x₀r(_¾¾,c )时，需将 _¾的值 1映射为 0, -1映射为 1。在实际应用中注意到 (_¾¾)的绝对值往往比大很多，因为后者随着语音信号的动态变化往往不会累积很大，所以本实施例也可以应用公式 (2)得到下一帧信源比特的先验知识： L(u_k+ ) = xor{u_kq , c_k,_q ) * abs{L{c_kq )) (2) 其中， c_kq =xor{u_kq,u_k―、 _q、, x₀r(x,;)表示比特 x,_y的异或。仿真证明，用公式 (2)替换公式 (1)几乎没有性能损失，如图 3所示，靠上的一条曲线是信道译码没有先验知识，即没有结合帧内帧间相关预测的信道译码算法情况下的信噪比（SNR) -误码率（FER) 曲线，靠下的那条曲线是信道译码结合帧间相关器，帧间相关利用公式（1)和公式（2 ) 情况下的 SNR-FER曲线，由图 3可知，在 Turbo均衡中用公式 (1)和公式 (2)进行帧间相关预测得到的 SNR-FER 曲线是重合的。在另一实施例中，可以只用帧间相关预测器，此时，注意到公式 (1)要使用所以信道译码器还需要输出信源比特的软判结果，而使用公式 (2)时仅需提供 _¾¾即硬判结果，大大简化了信道译码器的复杂度。

是根据历史变化情况不断演进的，在 adhoc方法中，变化比特软信息的状态跳转按以下公式不断推进：

则：

其中， ( )， s_k_, (q)分别表示第 A帧和第 A - 1帧信道译码之后由帧间相关预测器更新得到的第 g个变化比特 _¾的软信息的状态（用数值表示）； S_max = _max / step , 皿是的最大值， step表示设定的的变化步长，

Ddown是设定的表示从正状态向下跳的幅度。

但是,按上述算法实现变化比特软信息的状态跳转时，没有考虑负状态，而从正状态向下跳时是直接跳到很小的取值。因此不能很好地跟踪信源比特的连续变化。为此，本实施例提供了一种改进的跳转算法： — 1(¾ +1, if 0≤s_k_₁(q)<S_max, c =+l

max， if -M) = ^S^ ^ck,_q = +¹

[_s_k__x(q Dup if - ) < 0, ^ck,_q = +¹

(3g) if _ax < i(¾ ^≤o, ^ck,_q = -!

max， if s_k q) - S , c _q = -1

L — i(¾ * 丽」: if ' —i(q ^≥0, ^ck,_q = -! 其中，是设定的从负状态向上跳的幅度，的取值范围为

[-L_m^L_m , 其他参数的含义同式 (3)和 (4)。 _p的取值可以根据经验选取，也可以通过仿真、调试来加以确定， /^和¾_的取值可以不同，如取 Dup = 0, Ddown = 0.1。得到本帧该变化比特的软信息的状态后，仍按公式 (4)计算出本帧该变化比特的软信息。

可以看出，釆用公式 (3g)做上述状态跳转时，增加了负状态及负状态的跳转方式，所述负状态的跳转方式包括：保持在最小负状态、从负状态逐步向下跳转和从负状态向上跳转，因此更能够真实地反映信源比特的连续变化，做出更为准确地帧间相关预测。按照上述公式（ 1 )或（ 2 )计算出所有信源比特的先验软信息 LU后 , 较佳地，将归一化到均衡软信息 L^e(b I y,L^e _DE)的某个数量级如均衡软信息最大值的 0.2~2倍，然后再作为下一帧信源比特的先验知识 ^输出。

下面将说明本实施例帧内相关预测器 23釆用的帧内相关预测方法。假设 a, b是一帧信源比特中的两个相关比特，也称为一个相关比特对， a, b 的先险软信息 Lu I騰 r(c ^Lu Inner {b)由下面公式得到： a0 = max(L(a = 0\b = 0) + Lu _ now(b),L(a = 0\b = V)-Lu _now(b)) (5)

al = max(L(a = l\b = 0) + Lu _now(b),L(a = l\ b = V)-Lu _now(b)) (6)

Lu _ Inner {a) = a0-al (7)

同理：

bO = max(L(b = 0\a = 0) + Lu _ now(a),L(b = 0\a = V)-Lu _ now (a)) (8) bl = max(L(b = l\a = 0) + Lu _now(a),L(b = l\a = V)-Lu _now(a)) (9)

Lu _Inner{b) = bO-b\ (10) 其中， max(x,_) )表示求 x,_y中的最大值， Lu _now(a),Lu _now(b) A ^^ 器输出的 a, 6的软信息， (α = JC。 16 = ) = log(^(a = x_a \b = x_b))表示条件转移概率 P(a = x_a \b = x_b)的似然值，。 e {0, 1}, e {0, 1}。相关比特对的确定可以釆用相关技术的方法，以 GSM-FR业务为例，通过分析发现信源编码输出参数 LAR1-LAR8 的前两个比特、 Xmaxl~Xmax4 相邻参数的前两个对应比特位（比如 Xmaxl的最高位和 Xmax2的最高位，共 2对 4个比特）、以及 Lagl~Lag4相邻参数的前两个对应比特位具有很大的相关性，对于这些相关比特应用实施例所述方法得到信源比特的先验知识。其中， Xmaxl~Xmax4、 Lagl~Lag4是协议中 FR语音编码之后语音帧中参数。对于其他业务，也可以釆用其他方式，如对某种业务，可以釆集该业务的多个语音样本，对于每个语音样本，计算所有比特对的互信息，得到互信息最大的前 n个比特对，寻找所有语音样本中该前 n个比特对中的共有比特对确定为相关比特对， n为正整数，可以根据需要确定。计算上述公式时需要条件转移概率 ρ(_α = 6 = x_b)的似然值，为此本实施例利用遗忘因子方法更新条件转移概率 ρ(_α = JC。 16 = ) , 其中：设构成一个相关比特对，则它们的取值组合有四种情况，分别为 Ο = (0,0)χθ,1)^2 = (1,0)^3 = (1,1)。用 s— array表示一个包括 4个元素的数组，用于记录该相关比特对的每一取值组合的出现次数，可以称为累积分布数组。当有 N个相关比特对时，可以将所有相关比特对的数组 s—array组成一个 Nx4 的数组。 s _ array(Y) , s _ array(2) , s _ array (3) , s _ array(A)是 — array中的第 1,2,3 ,4 个元素，分别表示（ ,6)组合为 s0,s\,s2,s3的个数。

初始化时，

帧内相关计数器" =0，其中 O" (X,3 )表示有 X行；/列且元素均为 1的数组， n表示迭代次数。

每次迭代时，帧内相关预测器主要执行如下操作：

1) 首先帧内相关计数器《 = « + 1 ,利用遗忘因子更新历史值和当前值的权值；

相应公式如下：

x_n =-l*BFI + l

R„ =(\-e)*R_n__{1 +}e*x_n

其中，是迭代译码成功与否的标志位，成功为 0, 失败为 1; x„,R„ 用于计算权重的参数； _e为遗忘因子， 0<e<l, 如 e可以取 0.5; W_hist , 分别表示当前值 s—array—temp的权重和历史值 s _ array的权重。初始化时可以取 =1。

2) 通过信道译码器输出的信源比特的软信 Lu _ now可以确定 (a, b)为 ^O, ^l, s2, s3中的哪一个， £设为 , 则得到临时向量 s array _ temp = [0, 0, 1, 0] (为其他情况就在 4维全零向量的相应位置 1), 更新 arr 为：

s _ array = w_hist array + w_now ^ s _ array _ temp 上述利用遗忘因子更新 s— arr 的方法相当于一个无限抽头滤波器，遗忘因子 e的值越接近 0, 当前值的权重越小，越接近 1历史值的权重越小。相对利用滑动窗方法更新条件概率，不需要记录滑动窗内的所有语音帧以计算累积分布 array进而得到条件概率，而可以实时更新，方法简单而且能够节省大量空间，特别当出现 DTX情况时能够及时跟踪，得到更加逼近真实情况的条件转移概率。

3) 由 arr 得到条件概率，具体计算方法如下：

0) = s _ array(V) + s _ array(2);

P(a- 1) = s _ array(3) + s _ array(4); P(b- 0) = s _ array(V) + s _ array(3); P(b- V) = s _ array ( ) + s _ array(4); P(a- o\b = o) = ^s-^array{i)

P(b = )

0_{l b = l) =} s_array(2)

P(b = l)

i\b = o) = ^s-^array(3)

P(b = )

P(a:

― P(b = l)

以上条件转移概率的计算公式与相关技术是相同的。从以上公式可以看出 , 将 s _array(\) , s _array(2) , s array (3) , s _array( )初始匕为 1 为计算 ^^la^j带来了方便，如果初始化为 0, 在计算时还需要判断 ^> = )是否为 0, 如为 0还需要做其他处理。

利用类似的方法可以得到 ^> = 1« = )，此处不再赘述。从而得到条件概率的似然值：

L(a = x_a \b = x_h) = logO(a = x_a \b = x_b)) L(b = x_b \a = x_a) = \og(p(b = x_h \a = x ) 再根据上述公式（5)~(10)即可得到 a,b的先验软信息）和 Lu _ Inner (b) 在得到本帧所有相关比特对的先验软信息后，再将所有相关比特对的先验软信息归一化到均衡软信息的某个数量级如均衡软信息最大值的 0.2~2倍, 得到归一化后所有相关比特对的先验软信息 Lu Inner Normal。该归一化的处理是可选的，但归一化有利于取得更好的性能。

按上述方式对所有相关比特对进行处理后，得到所有相关比特对归一化后的先验软信息 Lu—Inner— Normal作为信源比特的先验知识 Lu Inner输出。

在本实施例的一个变例中，在得到所有相关比特对归一化后的先验软信 ^ Lu _ Inner _ Normal , 还进行以下处理：

按式/ :^e0 ) = 得到信源比特的外信息 770) , 并将 o)归一化到均衡软信息的某个数量级如均衡软信息最大值的 0.2~1倍，得到其中， ^_/«^是信道译码器本次迭代时输出的本帧信源比特的软信息， Lu 帧间相关预测器输出的本帧信源比特的先验知识；

将 Lu _1丽 _Norma!和 L^e _mmml(u、加起来作为帧内相关预测得到的信源比特的先验口 i只 Lu _ Inner输出, 即 w _ Inner = L^e _normal (u) + Lu _ Inner _ Normal。对帧内相关预测和帧间相关预测的结果进行归一化之后再作为先验知识输出，协助信道译码，相当于对先验知识权重的调节，可以避免该先验知识过大而产生负增益，可参下文的公式（12 ) 的算法。

本实施例中，为了利用帧间相关预测器和 /或帧内相关预测器得到的先验知识，修改了信道译码器所釆用的 MAP算法中 ₁ )值的计算方法。原有 MAP算法中： r(M) =∑ m) (11) 其中，表示 MAP算法的最小误符号率（ Bahl Cocke Jelinek Raviv,

BCJR ) 实现方法中的分支度量，表示状态转移得到的第个编码比特（此处已将编码比特进行映射转换，即用 {1, -1}分别表示 {0,1} ) , ( )为均衡器提供给译码器的关于比特的软信息。表示输入一个信源比特信道编码器输出的比特数，表示编码比特序列中的第个比特。

本实施例修改之后的 MAP算法中：

7(^, s_k) = _jbin(bi \ y,n_DE) ₊ u_kL(u_k) (12) 其中， ^表示引起状态转移的信源比特；为 ^的先验知识，在首次迭代时 ^)釆用帧间相关预测器提供的先验知识，在其他次迭代时釆用帧内相关预测器提供的先验知识，当只做帧间相关预测或帧内相关预测时，也可以只釆用帧内相关预测器或帧间相关预测器提供的先验知识； L^e (¾ I y, L^e _DE )为均衡器提供给译码器的关于比特的均衡软信息。上述修正后的算法在信道译码时利用了根据信源编码之后存在的冗余度得到的信源比特的先验知识来协助信道译码，可以提高信道译码器的译码性能，从而有效提高了系统性能。

在本实施例的基础上，删除帧内相关预测的所有内容，可以得到一个只利用帧间相关预测协助信道译码的另一实施例，图 2b是只进行帧间相关预测的 Turbo均衡器的整体运行框架图。如果删除帧间相关预测的所有内容，则可以得到一个只利用帧内相关预测协助信道译码的又一实施例，图 2c是只进行帧内相关预测的 Turbo均衡器的整体运行框架图。具体的处理过程已在上文详细描述，不再重复。

下面以 GSM-FR业务为例，讲述本实施例的一个应用示例。

本示例中，首先初始化全局变量 s _arra_y = OT^(18,4)表示一个 18行 4列数组，其中的每个元素初始化为 1 , 此全局变量用于帧内相关预测器计算条件转移概率 , 随着处理帧的增加不断更新；初始化全局变量 = zeros(l, 189)用于帧间相关预测器，表示变化比特软信息刚开始都处于零状态，此参数也是处理一帧更新一次，不断推进，初始帧号^ o = 0。

请参照图 2a, 对于一帧数据的处理包含以下主要过程：

1、初始化，图 2a中开关 1打到左边表示信源比特的先验知识由帧间相关预测器提供，开关 2打到右边表示信道译码输出的信源比特软信息用于帧内相关预测器，迭代次数 = 0 , 初始化最大迭代次数 _m™^r ;

2、对于每个 Burst (突发脉冲序列 ) , 均衡器利用匹配滤波之后的接收信号和译码器输入的关于发送端传输比特的外信息 W ,^) , 输出关于发送端传输比特序列 c的软信息。此处考虑复杂度问题，可以应用 MLSE (最大似然序列估计)原则，利用 Viterbi 网格演进方法得到关于传输比特序列的软信息 (^|3, ^)。

3、收齐一帧传输比特序列的软信息 (c| ^)之后，解交织器接收均衡器提供给译码器的外信息 L^e (c I y, L^e _DE ) = L(c\ y, L^e _DE )-L^e(c\ Lu, L^e _ED ) , 输出解交织之后的均衡软信息 If (b I y, L^e _DE )；

4、信道译码器接收和帧间或者帧内相关预测器（决定于开关

1的位置 )提供的关于信源比特的先验知识，利用 MAP (最大后验概率 )方法得到关于信源比特 M的后验软信息编码器输出比特序列 b的后验软信息 (6| ^)。开关 1打到右边位置。 i=i+\, 如果 < _ "謹 ^r转到步骤

5, 否则开关 2到左边，转到步骤 8;

5、帧内相关预测器利用信道译码输出的本帧信源比特的软信息以及信源比特之间的条件转移概率，输出本帧信源比特的先验知识 Lu Inner 并利用遗忘因子加权方法更新 arr , 用于计算条件转移概率；

6、交织器接收外信息 If (b I Lu,L^e _ED ) = L(b\ Lu, L^e _ED )-L^e(b\y, L^e _DE )，此处要提到一点由于 GSM-FR业务的交织器比较特殊，发送的一帧数据涉及到 3块连续信道编码比特，为了 Turbo均衡能够运转起来，交织器收到 1块外信息之后，用此块外信息填充发送帧前 4个 Burst的奇数位和后 4个 Burst的偶数位，发送帧的其余位用 0 填充，最后得到关于发送比特序列的先验软信息 L^e(c\Lu,L^e _ED)

7、转到步骤 2

8、由 ^_/«^得到信源比特的硬判结果送入信源译码器，同时帧间相关预测器利用本帧信源比特的软信息、记录的上一帧信源比特的软信息以及由变化比特的软信息的状态，输出关于下一帧信源比特的软信息 Lu , 更新变化比特的软信息的状态，并更新 Lu_ Last = _ 此处说明一点由于帧间相关预测器需要前两帧信源比特软信息，所以 s_{l =}0, 只有处理到第 2帧首次信道译码之后才启动帧间相关预测器。

如前所述，本发明实施例将无线多径衰落信道建模为线性卷积器，作为串行 Turbo编码器的外码，在接收端将均衡器和信道译码器联合起来，应用 Turbo译码的思想进行 Turbo均衡，特别地，在信道译码前利用信源编码之后存在的冗余度得到信源比特的先验知识，协助信道译码，提高信道译码器的译码性能，从而有效提高了系统性能。

在实施例中，可以应用语音编码之后的冗余信息，利用帧内相关预测器和帧间相关预测器提供信源比特的先验信息，协助信道译码器完成后验概率最大化译码 (MAP), 不仅能够提高译码器输出信源比特的软信息性能，而且能够提高译码器送入均衡器的外信息性能，提高均衡性能和下次帧内帧间预测器的性能，进而提高译码性能。

在实施例中，帧间相关预测器对于变化软信息的状态图充分考虑处于正状态和负状态的不同，帧内相关预测器结合遗忘因子方法大大节省空间资源的情况下，能够实现实时跟踪，尤其能够处理非连续发射 (DTX: Discontinuous Transmission)情况。

在实施例中，提出当只用帧间相关预测器时，信道译码只需要硬判结果，使得译码方法大大简化，且帧间相关预测器得到的先验知识性能没有损失。

实施例二

本实施例提供的一种信道译码中的帧间相关预测方法可以和实施例一相同，如图 4所示，包括以下步骤：

步骤 210,才艮据本帧和上一帧的信道译码结果，确定本帧变化比特的值；在本步骤中，可以根据本帧和上一帧信道译码得到的信源比特，按下式计算出本帧各信源比特的变化比特：

ck,_q = ^xor{Uk,_q ^ ^uk-i,_q )

其中， ^是第帧中第？个变化比特， xor(x, 是比特 x, _y的异或， u _q , u_k— 分别是第帧和第帧信源比特中的第 g个比特。

上述 _{¾ ¾}的简化算法仅需提供 _¾¾即硬判结果，可以大大简化信道译码器的复杂度。

在信道译码提供 _{¾ ¾}的软信息时，本步骤也可以通过下式计算 _¾： c_kA = sign(L(u_{k q} )) * sign(L(u_k__lq )) , 其中各参数的含义可参照实施例一公式 (1)下的说明。

步骤 220 , 对每一变化比特，根据本帧该变化比特的值及上一帧该变化比特的软信息的状态进行状态跳转，得到本帧该变化比特的软信息的状态，并确定本帧该变化比特的软信息；

本步骤的具体算法请参见实施例一中的公式 (3 g)和公式 (4)。其中，所述状态跳转包括以下负状态下的跳转方式中的一种或多种：

当本帧该变化比特 c 的值表示前后两帧对应比特发生变化，而上一帧该变化比特的软信息的状态满足 ^ -S 时，本帧该变化比特的软信息的状态保持为其中，皿为最小负状态；

当本帧该变化比特 ¾_¾的值表示前后两帧对应比特发生变化，而上一帧该变化比特的软信息的状态满足 -S_max 时，本帧该变化比特的软信息的状态 ( 向下跳转为 W-I ;

当本帧该变化比特 c 的值表示前后两帧对应比特不发生变化，而上一帧该变化比特的软信息的状态 — , (q)满足 — , (q) < 0时，本帧该变化比特的软信息的状态向上跳转为

, 其中，为设定的从负状态向上跳转的幅度。

本步骤也可以釆用 adhoc方法来计算本帧该变化比特的软信息，如实施例一的公式 (3)和 (4)。

步骤 230 , 根据本帧变化比特的软信息和信道译码得到的本帧信源比特的软信息，计算得到下一帧信源比特的先验软信息。

本实施例中，釆用实施例一中的公式 (2)来计算下一帧信源比特的先验软信息：

^L(^uk₊ ) = , ^ck,_q ) * abs{L{c_{k q} ))

其中， ¾_g是信道译码得到的第 A帧信源比特中的第 g个比特，是在第 A帧预测的下一帧发送的信源比特中的第 g个比特， _¾是第帧中第 g个比特的变化比特， xor(x, 表示比特 x, _y的异或，是对第 A帧信道译码时最后一次迭代输出的 _{¾ ¾}的软信息，表示求绝对值函数，是帧间相关预测得到的 _{+1 q}的先验软信息。本步骤也可以釆用 adhoc方法来计算下一帧信源比特的软信息，如实施例一的公式 (1)。

上述各个步骤的不同算法之间是可以相互组合，得到多个实施方式。在计算得到下一帧信源比特的先验软信息后，还可以包括：将下一帧信源比特的先验软信息归一化到解交织后输出的均衡软信息最大值的 0.2~2倍, 然后再作为下一帧信源比特的先验知识输出。

如图 5所示，本实施例提供的信道译码中的帧间相关预测器，包括第一计算单元 201、第二计算单元 202、第三计算单元 203及先验知识输出单元 204, 其中：

第一计算单元 201设置成：根据本帧和上一帧的信道译码结果，确定本帧变化比特的值；

第二计算单元 202设置成：对每一变化比特，根据本帧该变化比特的值及上一帧该变化比特的软信息的状态进行状态跳转，得到本帧该变化比特的软信息的状态，并确定本帧该变化比特的软信息；

第三计算单元 203设置成：根据本帧变化比特的软信息和信道译码得到的本帧信源比特的软信息，计算得到下一帧信源比特的先验软信息。

先验知识输出单元 204设置成：在计算得到下一帧信源比特的先验软信息后，将下一帧信源比特的先验软信息归一化到解交织后输出的均衡软信息最大值的 0.2~2倍，然后作为下一帧信源比特的先验知识输出。

上述各计算单元釆用的具体算法可以参照相应流程的内容，不再赘述。

实施例三

本实施例提供的一种信道译码中的帧内相关预测方法可以和实施例一相同，其中，对一帧数据做信道译码时，每次迭代按以下方式计算相关比特对的先验软信息：

步骤 310 , 对记录该相关比特对的每一取值组合出现次数的数组的历史值和当前值进行加权运算，得到本次迭代的该数组的值，其中，该数组的当前值根据信道译码器本次迭代输出的该相关比特对的软信息确定，该数组的历史值为上一次迭代得到的该数组的值。

设构成一个相关比特对，则它们的取值组合有四种情况，分别为 Ο = (0,0)χθ,1)^2 = (1,0)^3 = (1,1)。用 array表示一个包括 4个元素的数组， s _ array(Y) , s _ array(2) , s _ array (3) , s _ array(A)是 — array中的第 1,2,3 ,4个元素 ,分别用于记录该相关比特对的每一取值组合 ^O, si, 的出现次数。较佳地，在第一次迭代时，将该数组中每一元素的历史值均取为 1。

本步骤加权运算时，该数组的历史值的权值 w_to和当前值的权值可以利用以下方式得到：

x_n=-\*BFI + \

R„ =(\-e)*R_n__{1 +}e*x_n w ._† = l— e^-, 'w = e^- 其中， S /是迭代译码成功与否的标志位，成功为 0, 失败为 1; _e为遗忘因子， 0<e<l, , R„是用于计算权重的参数，《是帧内相关计数器的计数值，用于表示迭代次数。

先通过信道译码器输出的信源比特的软信 Lu _ now可以确定 (a, b)为 0^1, 2^3中的哪一个，得到 array的当前值，用临时向量 array— temp表示，按下式更新 s_array为：

s _ array = w_hjst * s _ array + w_now * s _ array _ temp 步骤 320, 根据该数组的值计算出该相关比特对的条件转移概率；本步骤与相关技术的方法相同，具体计算方法如实施例一所述，这里不再赘述。

步骤 330, 根据所述条件转移概率计算出所述条件转移概率的似然值，再结合信道译码器本次迭代输出的该相关比特对的软信息，确定该相关比特对的先验软信息。

根据所述条件转移概率计算出所述条件转移概率的似然值，包括： L(a = x_a \b = x_b) = \og{p{a = x_a \b = x_b))

L(b = x_b \a = x = \og(p(b = x_b \a = x_a))

其中， ,δ是该相关比特对， ρ(α = 。|6 = ), ^ = |α = 。）是该相关比特对的两个条件转移概率， (_α = 16 = )， (6 = I _α = 。）是相应条件转移概率的似然值， jc_fle{0,l},¾e{0,l}; 而 ",6的先验软信息 i/_/""er(a)和 i/_/""er(6)由以下公式（即实施例一中的公式 (5 (10))得到：

a0 = max(L(a = 0\b = G)--Lu _ now(b),L(a = 0\b = \) - Lu _now{b)) al = max(L(a = l\ b = 0)^Lu _now(b),L(a = l\ b = \) - Lu _now{b)) Lu— Inner(a) = a0-al bO = meix(L(b = 0\a = G)--Lu _ now(a),L(b = 0\a = \) - Lu _now{a)) bl = max(L(b = l\a = 0)^Lu _now(a),L(b = l\a = \) - Lu _now{a))

Lu _Inner{b) = b0-bl

其中 ·> max(x, y)表示求 x,_y中的最大值， Lu _now(a),Lu _now(b)是信道译码器本次迭代输出的 _α, 6的软信息。对一帧数据做信道译码时，除最后一次迭代外每次迭代得到本帧所有相关比特对的先验软信息后，可以按以下方式之一输出信源比特的先验知识：将得到的本帧所有相关比特对的先验软信息直接作为帧内相关预测得到的信源比特的先验知识输出；或者

在得到本帧所有相关比特对的先验软信息后，先将所有相关比特对的先验软信息归一化到均衡软信息的某个数量级如均衡软信息最大值的 0.2~2倍, 得到归一化后所有相关比特对的先验软信息 Lu _Inner _Normal ,再作为帧内相关预测得到的信源比特的先验知识输出；或者

先对所有相关比特对的先验软信息进行归一化，得到上述先验软信息 Lu _Inner _N。rmai后，再按式 ⁶( )= "ow- w得到信源比特的外信息^ 0) , 并将归一化到均衡软信息最大值的 0.2~1倍,得到，其中，是信道译码器本次迭代输出的本帧信源比特的软信息， Lu是帧间相关预测器输出的本帧信源比特的先-险知识； t^J^ ^' Lu _ Inner _ Normal和 O )相加，结果作为帧内相关预测得到的信源比特的先验知识输出。

相应地，本实施例提供的信道译码中的帧内相关预测器如图 7所示，包括数组更新单元 301、条件转移概率更新单元 302、先验软信息计算单元 303 和先验知识输出单元 304, 其中：

数组更新单元 301设置成：对每一相关比特对，对记录该相关比特对的每一取值组合出现次数的数组的历史值和当前值进行加权运算，得到本次迭代的该数组的值，其中，该数组的当前值根据信道译码器本次迭代输出的该相关比特对的软信息确定，该数组的历史值为上一次迭代得到的该数组的值。

条件转移概率更新单元 302设置成：对每一相关比特对，根据相应数组的值计算出该相关比特对的条件转移概率。

先验软信息计算单元 303设置成：对每一相关比特对，根据所述条件转移概率计算出所述条件转移概率的似然值，再结合信道译码器本次迭代输出的该相关比特对的软信息，确定该相关比特对的先验软信息。

先验知识输出单元 304设置成：根据先验软信息计算单元除最后一次迭代外每次迭代得到的本帧所有相关比特对的先验软信息，输出信源比特的先验知识。具体方式可以釆用上文所述的三种方式中的一种，不再重复。

本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，所述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现，相应地，上述实施例中的各模块 /单元可以釆用硬件的形式实现，也可以釆用软件功能模块的形式实现。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

工业实用性

上述技术方案将无线多径衰落信道建模为线性卷积器，作为串行 Turbo 编码器的外码，在接收端将均衡器和信道译码器联合起来，应用 Turbo译码的思想进行 Turbo均衡时，在信道译码前利用信源编码之后存在的冗余度得到信源比特的先验知识，协助信道译码，提高信道译码器的译码性能，从而有效提高了系统性能。因此本发明具有很强的工业实用性。

Claims

权利要求书

1、一种信道译码中的帧间相关预测方法，包括：才艮据本帧和上一帧的信道译码结果，确定本帧变化比特的值；

根据本帧变化比特的软信息和信道译码得到的本帧信源比特的软信息，计算得到下一帧信源比特的先验软信息。

2、如权利要求 1所述的帧间相关预测方法，其中，所述根据本帧和上一帧的信道译码结果，确定本帧每一变化比特的值的步骤包括：

根据本帧和上一帧信道译码得到的信源比特，按下式计算出本帧各信源比特的变化比特：

ck,_q = ^xor{Uk,_q^^uk-i,_q)

3、如权利要求 1所述的帧间相关预测方法，其中，所述状态跳转包括以下负状态下的跳转方式中的一种或多种：

当本帧变化比特 _¾的值表示前后两帧对应比特发生变化，而上一帧该变化比特的软信息的状态满足 ^ -S 时，本帧变化比特的软信息的状态 ( 保持为 -S 其中， -S皿为最小负状态；

,其中，为设定的从负状态向上跳转的幅度。

4、如权利要求 1或 2或 3所述的帧间相关预测方法，其中，所述根据本帧每一变化比特的软信息和信道译码得到的本帧信源比特的软信息 , 计算得到下一帧信源比特的先验软信息的步骤包括：

按照下式计算下一帧信源比特的先验软信息： L(u_k+ ) = xor{u_{k q} , c_k,_q ) * abs{L{c_{k q} )) 其中， ¾_g是信道译码得到的第 A帧信源比特中的第 g个比特，是在第 A帧预测的下一帧发送的信源比特中的第 g个比特， _¾是第帧中第 g个比特的变化比特， xor(x, 表示比特 x,_y的异或， (_{¾ ¾})是 _¾的软信息， abs()表示求绝对值函数，是帧间相关预测得到的 _{+1 (?}的先验软信息。

5、如权利要求 1或 2或 3所述的帧间相关预测方法，该方法还包括：计算得到下一帧信源比特的先验软信息后 , 将下一帧信源比特的先验软信息归一化到解交织后输出的均衡软信息最大值的 0.2~2倍，然后再作为下一帧信源比特的先验知识输出。

6、一种用于信道译码的帧间相关预测器，包括第一计算单元、第二计算单元和第三计算单元，其中：

所述第一计算单元设置成：根据本帧和上一帧的信道译码结果，确定本帧变化比特的值；

所述第三计算单元设置成：根据本帧变化比特的软信息和信道译码得到的本帧信源比特的软信息，计算得到下一帧信源比特的先验软信息。

7、如权利要求 6所述的帧间相关预测器，其中，所述第一计算单元设置成按照以下方式根据本帧和上一帧的信道译码结果，确定本帧每一变化比特的值：

ck,_q = ^xor{Uk,_q^^uk-i,_q)

其中， ^是第帧中第？个变化比特， xor(x, 是比特 x,_y的异或， u _q,u_k— 分别是第帧和第帧信源比特中的第 g个比特。

8、如权利要求 6所述的帧间相关预测器，其中，所述状态跳转包括以下负状态下的跳转方式中的一种或多种：

当本帧变化比特 _¾的值表示前后两帧对应比特不发生变化，而上一帧变化比特的软信息的状态 — 满足 < 0时，本帧变化比特的软信息的状态向上跳转为 L — g)*/^^ ,其中，为设定的从负状态向上跳转的幅度。

9、如权利要求 6或 7或 8所述的帧间相关预测器，其中，所述第三计算单元设置成按照以下方式根据本帧每一变化比特的软信息和信道译码得到的本帧信源比特的软信息 , 计算得到下一帧信源比特的先验软信息：按照下式计算下一帧信源比特的先验软信息： (u_k+lq ) = xor{u_kq , c_k,_q ) * abs{L{c_kq )) 其中， "^, +^分别是信道译码得到的第帧和第 + 1帧信源比特中的第 g个比特， _¾¾是第 A帧中第 g个比特的变化比特， xor(x, 表示比特 x,_y的异或， L(c_{k q})是_{¾ ¾}的软信息 , 表示求绝对值函数，是的先验软信息。

10、如权利要求 6所述的帧间相关预测器，该帧间相关预测器还包括先验知识输出单元，其中：

11、一种信道译码中的帧内相关预测方法，对一帧数据做信道译码时，每次迭代按以下方式计算相关比特对的先验软信息：

根据所述数组的值计算出所述相关比特对的条件转移概率；

根据所述条件转移概率计算出所述条件转移概率的似然值，再结合信道译码器本次迭代输出的所述相关比特对的软信息，确定所述相关比特对的先验软信息。

12、如权利要求 11所述的帧内相关预测方法，其中，所述加权运算时，所述数组的历史值的权值 w_hist和当前值的权值 w 利用以下方式得到：

x_n =-\*BFI + \

R„ =(\-e)*R_n__{1 +}e*x_n w ._† = l— e^ y-, 'w = e^ y- 其中， S /是迭代译码成功与否的标志位，成功为 0, 失败为 1; _e为遗忘因子， 0<e<l, , R„是用于计算权重的参数。

13、如权利要求 11或 12所述的帧内相关预测方法，该方法还包括：在第一次迭代时，所述数组中每一元素的历史值均取为 1。

14、如权利要求 11 所述的帧内相关预测方法，其中，所述根据所述条件转移概率计算出所述条件转移概率的似然值，再结合信道译码器本次迭代输出的所述相关比特对的软信息，确定所述相关比特对的先验软信息的步骤包括：按照以下公式根据所述条件转移概率计算出所述条件转移概率的似然值:

L(a = x_a \b = x_h) = logO(a = x_a \b = x_b))

L(b = x_b \a = x_a) = \og(p(b = x_h \a = x ) 其中， ,δ是所述相关比特对， ^ = |6 = ), ^ = 1« = )是所述相关比特对的两个条件转移概率， (α = 16 = x_b) ,L(b = x_b \a = x_a)是相应条件转移概率的似然值， JC_fle{0,l},¾e{0,l}; 而 a,b的先马全软信息 Lu I騰 r(c 和 Lu I騰 r(b 由以下公式得到：

a0 = max(L(a = 0\b = 0) + Lu _ now(b),L(a = 0\b = V)-Lu _now(b))

al = max(L(a = l\b = 0) + Lu _now(b),L(a = l\ b = V)-Lu _now(b))

Lu _ Inner {a) = a0-al

bO = max(L(b = 0\a = 0) + Lu _ now(a),L(b = 0\a = V)-Lu _ now (a))

bl = max(L(b = l\a = 0) + Lu _now(a),L(b = l\a = V)-Lu _now(a))

Lu Inner (b) = b0-bl

其中 , max(x, y)表示求 x,_y中的最大值， Lu _now(a),Lu _now(b)是信道译码器本次迭代输出的 _α, 6的软信息。

15、如权利要求 11或 12或 14所述的帧内相关预测方法，该方法还包括：对一帧数据做信道译码，除最后一次迭代外每次迭代得到本帧所有相关比特对的先验软信息后，按以下方式之一输出信源比特的先验知识：

将得到的所有相关比特对的先验软信息归一化到均衡软信息最大值的 0.2-2倍，将归一化后所有相关比特对的先验软信息 _/w _Nor«^/作为帧内相关预测得到的信源比特的先验知识输出；或者

将得到的所有相关比特对的先验软信息归一化到均衡软信息最大值的 0.2~2倍，得到归一化后所有相关比特对的先验软信息 _/w _Nor«^/; 还按式 L^e (u) = Lu_ now - Lu得到信源比特的外信息 L^e (u)并将 L^e (u)归一化到均衡软信息最大值的 0.2~1 倍，得到 C。 ) , 其中 ^_/«^是信道译码器本次迭代输出的本帧信源比特的软信息， Lu是帧间相关预测器输出的本帧信源比特的先验知识；然后，将 i/ _/""er _ Nora«?/和 »相力口，结果作为帧内相关预测得到的信源比特的先验知识输出。

16、如权利要求 11 所述的帧内相关预测方法，该方法还包括：对某一语音业务的数据帧，所述相关比特对按以下方式确定：釆集该业务的多个语音样本，对于每个语音样本，计算所有比特对的互信息，得到互信息最大的前 n个比特对，寻找所有语音样本中该前 n个比特对中的共有比特对确定为相关比特对， n为正整数。

17、一种用于信道译码的帧内相关预测器，包括数组更新单元、条件转移概率更新单元和先验软信息计算单元，其中：

18、如权利要求 17所述的帧内相关预测器，其中：

所述数组更新单元进行所述加权运算时，所述数组的历史值的权值 w_to 和当前值的权值 w_now利用以下方式得到：

x_n = -\ * BFI + \

w ._† = l— e^ y -, 'w = e^ y - 其中， S /是迭代译码成功与否的标志位，成功为 0, 失败为 1; e为遗忘因子， 0<e<l, , R„是用于计算权重的参数。

19、如权利要求 17或 18所述的帧内相关预测器，其中，所述数组更新单元还设置成：

在第一次迭代时，将每一相关比特对对应的数组中每一元素的历史值均取为 1。

20、如权利要求 17 所述的帧内相关预测器，其中，所述先验软信息计算单元设置成按照以下方式对每一相关比特对 , 根据所述条件转移概率计算出所述条件转移概率的似然值，再结合信道译码器本次迭代输出的该相关比特对的软信息，确定该相关比特对的先验软信息：

按照以下公式根据所述条件转移概率计算出所述条件转移概率的似然值:

L(a = x_a \b = x_h) = logO(a = x_a \b = x_b))

L(b = x_b \a = x_a) = \og(p(b = x_h \a = x ) 其中， ,δ是所述相关比特对， ^ = |6 = ), ^ = 1« = )是所述相关比特对的两个条件转移概率， (α = 。 |6 = ), (6 = |α = 。）是相应条件转移概率的似然值， JC_fle{0,l},¾e{0,l};

a0 = max(L(a = 0\b = 0) + Lu _ now(b),L(a = 0\b = V)-Lu _now(b))

al = max(L(a = l\b = 0) + Lu _now(b),L(a = l\ b = V)-Lu _now(b))

Lu _ Inner {a) = a0-al

bO = max(L(b = 0\a = 0) + Lu _ now(a),L(b = 0\a = V)-Lu _ now (a))

bl = max(L(b = l\a = 0) + Lu _now(a),L(b = l\a = V)-Lu _now(a))

Lu Inner (b) = b0-bl

其中 , max(x, y)表示求 x,_y中的最大值， Lu _now(a),Lu _now(b)是信道译码器本次迭代输出的 a,b的软信息。

21、如权利要求 17或 18或 20所述的帧内相关预测器，该帧内相关预测器还包括先验知识输出单元，其中：

所述先验知识输出单元设置成：根据先验软信息计算单元最后一次迭代得到的本帧所有相关比特对的先验软信息，按以下方式之一输出信源比特的先马全知识：

0.2~2倍，得到归一化后所有相关比特对的先验软信息 _/w _Nor«^/ ; 还按式 L^e (u) = Lu _ now - Lu得到信源比特的外信息 L^e (u)并将 L^e (u)归一化到均衡软信息最大值的 0.2~1 倍，得到 C。 ) , 其中 ^_/«^是信道译码器本次迭代输出的本帧信源比特的软信息， Lu是帧间相关预测器输出的本帧信源比特的先验知识；然后，将 i/ _/""er _Nora«?/和。隱 »相力口，结果作为帧内相关预测得到的信源比特的先验知识输出。

22、一种利用信源编码冗余度的 Turbo均衡方法，包括：根据解交织之后的均衡软信息进行信道译码，输出信源比特的软信息和信道编码输出比特序列的软信息，其中：

进行所述信道译码时，在首次迭代时还利用按照如权利要求 1至 5中任一项所述的帧间相关预测方法得到的本帧信源比特的先验知识进行译码运算; 和 /或，

在除首次迭代外的其他次迭代时还利用按照如权利要求 11至 16中任一项所述的帧内相关预测方法得到的本帧信源比特的先验知识进行译码运算。

23、如权利要求 22所述的 Turbo均衡方法，其中：根据解交织之后的均衡软信息进行信道译码的步骤包括：

釆用后验概率最大化译码 (MAP)算法实现所述信道译码，在该 MAP算法中，釆用以下公式计算 ¾ -, , ) =∑ ^Le ( I y, L^e _DE ) + u_kL(u_k )

i=\

其中，表示 MAP算法最小误符号率（BCJR)实现方法中的分支度量，表示状态转移得到的第个编码比特，为均衡器提供给译码器的关于比特的均衡软信息，表示每输入一个信源比特信道编码器输出的比特数，表示输出的编码比特序列中的第个比特； ^表示引起状态转移的信源比特；表示 ^的先验知识，在首次迭代时釆用帧间相关预测器提供的先验知识，和 /或在其他次迭代时釆用帧内相关预测器提供的先验知识。

24、一种利用信源编码冗余度的 Turbo均衡器，包括均衡器、解交织器、信道译码器和交织器，还包括帧间相关预测器和 /或帧内相关预测器，其中：所述信道译码器设置成：根据解交织之后的均衡软信息进行信道译码，输出信源比特的软信息和信道编码输出比特序列的软信息；且所述信道译码器在进行所述信道译码时，在首次迭代时还利用所述帧间相关预测器进行帧间相关预测得到的本帧信源比特的先验知识进行译码运算，和 /或，在除首次迭代外的其他次迭代时还利用所述帧内相关预测器进行帧内相关预测得到的本帧信源比特的先验知识进行译码运算；

所述帧间相关预测器为如权利要求 6至 10中任一项所述的帧间相关预测器；

所述帧内相关预测器为如权利要求 17至 21中任一项所述的帧内相关预测器。

25、如权利要求 24所述的 Turbo均衡器，其中，所述信道译码器设置成按照以下方式根据解交织之后的均衡软信息进行信道译码：

d

¾ -, , ¾ ) =∑ ^Le (Pi I ^LDE ) + ^U _K ^L(^U _K )

i=\