[发明专利]可编程连续相位调制(CPM)解码器和相关方法

说明书

技术领域

本发明涉及数字通信领域，尤其涉及网格(trellis)解码和相关方法。

背景技术

新一代UHF卫星通信标准(MIL-STD-188-181C、MIL-STD-188-182B和MIL-STD-188-183B)需要(多达)54个不同的调制解调器同时驻留在SATCOM(卫星通信)终端中。这些标准包括旨在将现有卫星通信吞吐量增加一倍的DAMA/IW(按需分配多址接入/综合波形)通信标准。为DAMA/IW标准设计调制解调器需要组合调制解调器的子功能以降低软件复杂性以及缩短开发和综合时间的新技术。的确，各种卫星通信系统都存在有限的程序空间、CPU计算速度和电池功率。

在包括John G.Proakis的《Digital Communications》(《数字通信》)在内的大多数标准通信课本中详尽描述了前向纠错(FEC)和最大似然解码器(例如，维特比(Viterbi)算法)的使用。在诸如Anderson、Aulin和Sundberg的《Digital Phase Modulation》(《数字相位调制》)和John G.Proakis的《Digital Communications》(《数字通信》)的书籍中详细描述了连续相位调制。

在诸如蜂窝式PCS(个人通信系统)、计算机通信系统和SATCOM系统之类的数字通信系统中，由调制解调器将数字数据调制成要在通信信道上发送的信号。在发送给接收机或存储器件之前，通常对数据进行编码，以免使数据出现可能由存储介质中的缺陷或噪声通信信道引起的错误。编码器依照纠错码操纵数据符号，并且产生纠错符号或结构化冗余输出序列。当以后接收或检索到码字时，对其解码以再现数据符号，并且，如有可能，使用代码的纠错符号或结构化冗余来纠正数据符号中的错误。

对于如下讨论，将卷积码字定义成根据k个输入位的输入而生成的n个输出位(即，比率为k/n的代码)。解码使用卷积码编码的码字的一种方法常被称为最大似然解码。一种最大似然解码器常被称为维特比解码器。概念上，维特比解码器使用具有用于每个可能的码字的分支和用于每个可能的码字流或序列的分支连接路径的解码网格。解码器基本上找到通过与接收的码字流“最接近”或最相似的网格的路径。然后，将这条“最有可能的”网格路径上的码字当作接收码字，并且对其分配数据值，以产生发送数据的最佳估计。

为了确定最有可能的路径，解码器为每个接收码字计算一组分支度量。分支度量是可能包含接收错误的发送码字实际上是与特定分支相对应的码字的可能性的数值表示。在一个这样的解码器中，分支度量是接收码字和与各个分支相关联的码字之间的汉明(Hamming)距离。

解码网格中的每条分支从代表与该分支相关联的码字被表述之前寄存器所处的状态的初始状态引出，引到代表该码字被表述之后寄存器所处的状态的最终状态。对于二进制码，存在与每个解码级相关联的2^K-1个可能状态，其中K是代码的约束长度。例如，代码可以具有约束长度3，即，存在2个寄存器，因此，在每个解码级中存在4个可能的寄存器状态，即，00、01、10、11。对于比率为1/n的代码，存在两条从每个初始状态引出的可能分支，即，与0数据位相关联的分支和与1数据位相关联的分支。这些分支中的每一条必需引到不同的最终状态。因此，对于给定解码级中的2^K-1个状态中的每一个，存在引到这些状态中的每一个的两条分支，并且每条分支可以代表发送码字。于是，为了解码码字，解码器必须为2^K-1个可能的最终状态中的每一个确定两个分支度量，或者解码器必须确定总共2(2^K-1)个分支度量。

一旦解码器计算出这些分支度量，便接着确定引到最终状态的各条路径的度量。于是，解码器将作为引到初始状态的分支之和的适当路径度量加入分支度量中。然后，解码器选择引到最终状态中的每一个最终状态的最有可能路径，并且存储路径度量和用于标识这些最有可能路径的信息供以后使用。这些最有可能路径也被称为“幸存路径”。解码器不保留与不太可能或非幸存路径有关的信息。这样，解码器从网格中“剪除”这些路径，从而为下一级解码消除一部分路径度量计算。

当已在网格路径中包括足够数量的码字时，从与最终状态相关联的幸存路径中选择最有可能码字路径。解码器选择与接收数据“最接近”的码字路径，即具有最小汉明距离度量的路径作为最有可能路径。然后，解码器解码最有可能路径上的码字，或沿着该路径“追溯”，以确定相关数据位。