[发明专利]对经卷积编码的码字解码的软判定输出解码器

说明书

发明背景

Ⅰ．发明领域

本发明涉及通信系统。更准确地说，本发明涉及数字通信系统中对数据进行编码和解码的系统。

Ⅱ．相关技术的描述

通信系统推进了从信源到实际上分开的接收机之间信息的发送和接收。接收机相对于发射机的移动，或反之，代表了移动通信系统。移动通信系统中发射机和接收机之间的通信链表征为衰落信道。移动卫星通信系统(其发射机在空间飞行器上以及接收机在地面运载工具上)、蜂窝式电话系统以及地面微波系统均为衰落通信系统的例子。衰落信道是一种严重降质的信道。引起降质有多种原因，包括多途径衰落、经由大气中和地面上的物体和结构使传输信号反射的多途径接收造成的严重衰减。造成衰落信道的其他原因包括接收机相对发射机运动引起的多普勒频移和附加的噪声。

虽然已经使用模拟和数字两种通信方法，但数字方法有其优点，包括：提高对信道噪声和干扰的抗扰度，增加容量，以及通过加密提高通信的保密性。

一般说，信息信号首先被转换成在信道中有效传输的适当形式。信息信号的转换或调制包括以这样方式根据信息信号改变载波的参数，致使最终经调制的载波的频谱限制在信道带宽之内。在用户所在地，从经该信道传播后接收到的经调制的载波中复制原始的信息信号。这种复制通常借助采用源发射机所用的调制过程的逆过程来实现。

数据通信领域特别与以有限的信噪比(SNR)使传输系统的数据通过量最佳化有关。采用诸如编码器和解码器等纠错电路使系统用相同的位差错率(BER)在较小的SNR或使用较高的数据率之间作出折衷。

一类编码器称为卷积编码器，如业内人士所知，卷积编码器基于输入序列与其本身或与另一信号的卷积，将输入数据位的序列转换为码字。使用编码率和产生多项式以限制卷积码。与维特比(Viterbi)编码器联合的数据卷积编码是一种提供数据纠错编码和解码的熟知技术。

使用编码率和制约长度以限定Viterbi解码器。编码率(k/n)相当于对给一定数量的输入位(k)产生的编码符号数(n)。虽然也可用其他编码率，但1/2编码率是一个最流行的编码率。定义约束长度(K)为数据卷积编码中使用的移位寄存器的长度。卷积编码设计中典型的约束长度为7(K27)。卷积编码器可以认为是具有双系数和长度K-1的有限脉冲响应滤波器。这种滤波器产生2^K-1种可能状态的符号流。

Viterbi算法的基本原理是采用经卷积编码的数据流在有噪声的信道中传输，并用有限技术的机器有效地确定被传输的最可能的序列。K=7的Viterbi解码器的基本概念在于，它是一种这样的机器，即这种机器假设编码器能进到64种可能状态的每一种，并在给定被接收到的情况下确定编码器从这些状态的每一种转移到64种编码器可能状态的下一组的概率。由称为量度的量表示这种概率，量度正比于概率的对数的负数。因此增加量度等效于概率的乘积的倒数。因而较小的量度对应于较高的概率事件。

有两类量度：状态量度(有时称路径量度)和分支量度。状态量度表示所接收的符号组导出与之有关状态的概率。分支量度表示假设起始状态实际上为正确状态并且给定实际上接收到的符号的情况下，发生从一种状态转移到另一种状态的条件概率。

存在两种导向任何其他状态的可能状态，每一种对应于卷积编码器移位寄存器中最右位发生0或1。解码器通过相加-比较-选择(ACS)操作判定哪一种是较可能的状态。相加指的是将先前水平的每一状态量度加到允许转移的分支的两个分支量度中。比较指的是在给定的水平上对进入一种状态(节点)之诸路径的一对这种量度和进行比较。选择指的是选择两者中较大的并抛弃另一个。因此只有获胜的分支才与节点状态量度一起保持在每一节点。如果被比较的两个量是相等的，则可选择任一分支，在两种情况下误选的概率相等。

Viterbi算法是从2^K-1种可能状态中更新最佳状态和传输的最可能位序列的条件概率的有效计算方法。为计算这一概率，必须对每一位计算2^K-1种状态。根据这些计算的每一个作出的最终判定被存储在路径存储器中作为一个位。

反链操作即编码操作的逆操作，是采用C判定位来完成的，以选择输出位，其中C是反链距离。在许多分支之后，用高确定度选择最可能的路径。路径存储器深度必须足够长以便由信噪比控制，它不是反链存储器的长度。