[发明专利]利用可变判决深度译码数字数据的系统

说明书

                        发明的领域

本发明总的来说涉及译码通过通信信道接收的数字数据，尤其涉及利用可变判决深度技术对接收的信息进行估算，以改进误码率(BER)和信道估算，并减小在例如Viterbi(维特比)算法译码器这样的数字数据译码器内的译码延迟。

                  发明的背景及概要

维特比算法在1967年是作为译码卷积码的一种方法而被提出来的。从此以后，它就被看作是对各种数字估算问题的一种有吸引力的解决方案。维特比算法最早的描述之一见《电气与电子工程师协会会刊》第61卷(1973年3月)第266～278页上的文章“维特比算法”。

可通过简单的类比把维特比算法描述为一种确定两点之间的最短路径(或更一般地称为“状态”)的方法。考虑图1所示的例示性的“图”。许多点彼此之间的间距不同。各个数字与称为分支的、连接两点的每一条线段相关，该数字表示这两点之间的距离。在A点和B点之间存在连接各个不同的中间点的、称为“路径”的许多可能的路线(实际使用的维特比算法实际上经常考虑上百万或上千亿条可能的路径)。

维特比算法从A点开始，将零的初始累计“量度”(metric)指定给节点A，并在开始时将时标(time index)定为零。量度在这一例子中相当于距离，但还更一般地表示与特定路径相关的权重或概率。维特比算法然后

1.确定从在时刻n被考虑的“前导状态”延伸了一个“分支”(分支是两个状态之间的一条线段连接)的在时刻n+1的所有可能的状态(称为后继状态)。在这一例子中，时刻n＝0的A点是时刻n＝1的状态A1、A2、A3和A4的前导状态。

2.对于每一后继状态，检查通往或会聚至该后继状态的所有路径(路径是连接一组状态的一特定系列的分支)。此外，计算会聚至该后继状态的那些路径中的每一条路径的量度。每一路径量度等于指定给该前导状态的已累计的路径量度和相应于从该前导状态到达时刻n的后继状态的分支的“分支量度”的和。这一步骤通常被称为维特比算法的“加”步骤。

3.消除缺少“竞争性”的路径，用累计路径量度对竞争性进行度量。每一路径的量度与其它竞争路径的量度作比较，直到与该后继状态的累计量度一道只剩下最短的路径(称为“残留路径”)。这一过程包括通常称为维特比算法的“比较”和“选择”步骤的两个步骤。

4.对所有的后继状态重复步骤2和3，即加、比较和选择步骤。

5.对时刻n的所有状态重复步骤1～4，处理器然后继续到下一时间间隔n+1。

一般来说，如果只有一条分支通往一状态，这就是残留路径。如果在比较路径量度时出现等同的结果，就随机地选择路径中的一条。

一旦选定了残留路径和结束维特比算法，就估算、即译码所接收的信息。沿选定的残留路径的每一状态(或分支)相应于一特定的符号。因此，每一时间间隔译码相应于选定状态的一个符号。

维特比算法在本质上是分类开始点A和结束点B之间的所有可能的路径并选择最佳路径的有效方法。该算法的基本原理是待选择(即残留)的最可能的路径在任何时刻必需以残留状态之一开始。虽然根据两点之间的距离描述了维特比算法的这一个例子，但维特比算法适用于被描述为有限状态机、即当“机器”从一个状态转换至下一个状态时可能事件的数目是有限的所有问题。

即使在任一个时间间隔可能状态的数目相当少，但要设想在连续的时间间隔内从一个状态到另一个状态的可能分支判决的数目仍是困难的。因此，通常用格子图来表示有限状态机，增加时间量纲来表示每一时间间隔的不同形态的状态图。在实际应用中，根据状态转换正在被预测的物理系统的特性构成格子图。格子结构中的每一列表示可能状态1、2、3、4……的数目，每一状态代表(在数字数据通信范围内)一个或多个符号。每一时间间隔(或时标)0、1、2……一个列。

在无线电通信应用中，例如包括蜂窝和地面移动无线电设备的移动无线电通信中，通常利用维特比算法来在卷积码、自适应均衡以及符号间干扰(ISI)恶化信号的解调的范围内译码数字数据。在这些例示性的无线电通信应用中，维特比算法把在存在通信信道的准可预测失真源C(n)和恶化被发送信号的不可预测噪声源N(n)的情况下最可能被发送的信号序列S(n)估算为接收信号序列R(n)。因此接收信号可表示如下：R(n)＝S(n)C(n)+N(n)。在这个意义上，维特比算法处理一组接收信号样值(这些信号样值可能已在发射机中被调制和/或被编码)，并从在接收机处接收的数据中选择一系列最可能已被发送的数字1和0。