[发明专利]无线通信中信道条件的估计方法、接收机和译码器

说明书

I.发明背景

本发明涉及通信系统。尤其，本发明涉及用于改良接收特搏(turbo)码编码信号并对信号译码的方法和装置。

II.相关技术的描述

无线通信信号通常比有线通信遭受更多的干扰和噪声。此外，还需要在给出的带宽上提供许多信道。因此，发展了众多的编码技术，例如码分多址(CDMA)。在美国专利号4,901,307，题为“SPREAD SPECTRUM MULTIPLE ACCESS COMMUNICATIONSYSTEM USING SATELLITE OR TERRESTRIAL REPEATERS”的申请中和美国专利号5,103,459，题为“SYSTEM AND METHOD FOR GENERATING SIGNAL WAVEFORMS IN A CDMACELLULAR TELEPHONE SYSTEM”的申请中揭示了通信系统中的CDMA技术，上述两个申请都转让给了本发明的受让人。

CDMA调制技术相对于其它技术能够提供容量的改良，例如部分基于CDMA中正交函数或码使用的时分多址(TDMA)和频分多址(FDMA)。此外，CDMA接收机使用Viterbi译码器，该译码器使用Viterbi算法以执行接收信号的最大似然译码。

然而，当接收噪声信道上的信号时，Viterbi译码会遭受译码差错。一种使用“特搏”码的新的编码方案使用两个接收K信息比特块的简单编码器组合，该方案从两个具有较少状态的简单递归卷积码产生一致校验码元。将未编码的K信息比特和一致校验码元一起在噪声信道上发送。重要的是，在将这种比特输入第二编码器之前，交织器置换最初的K信息比特。该置换使一个编码器产生低权码字，而另一个编码器产生高权码字。所得的代码类似于带有K信息比特的“随机”块代码。已知当K很大时随机块代码能实现香农极限性能，但是真正的随机块代码需要相当昂贵且复杂的译码算法。

在接收机端，一对使用迭代最大后验算法的简单译码器接收两个最初K信息比特，并从两个编码器的一个中接收一组一致校验码元中的一个。译码器分别与简单代码匹配，当用来自其它译码器的相应估计作为先验似然值时，每个译码器将译码比特的后验似然估计发送到其它译码器。当译码器使用最大先验译码算法时，该算法需要与Viterbi算法同样的状态数，每个译码器都会获得被噪声信道破坏的不平常信息比特，以将先验似然值最小化。两个分量译码器执行几次迭代，直到获得满意的收敛，在该收敛点处的最终输出是任一译码器似然估计的硬量化型式。还可以发现关于特搏码的更多细节，例如在1997年12月的IEEECommunications Magazine 35：12中B.Sklar写的“A Primer On Turbo CodeConcepts”。

学术成果显示了特搏码与传统的Viterbi译码相比，具有改进噪声信道中信息发射数量的潜力，甚至极其接近香农极限。不幸的是，该结果假设在接收机端为理想化的条件，而在实践中很难达到。一个困难的理想化条件是假设接收机知道关于每个码元基础上的信号和噪声功率。这一点尤其困难是因为信号和信息比特相乘，使得信号的均值为0，因此不允许用于估计信号噪声功率的通常平均过程。

在1998年4月的IEEE Transaction on Communications 46：4中，T.Summers和S.Wilson写的题为“SNR Mismatch And Online Estimation In Turbo Decoding”的文章中，作者提到特搏码的迭代译码以及其它类似的链接编码方案需要知道信道的信噪比(SNR)，使得能够得到独立译码器后验信息的适当混合。在这篇文章中，作者研究了译码器性能对SNR错误估计的灵敏度，并提出了在译码之前从每个代码块中估计未知SNR的方案。这适合于加性高斯白噪声(AWGN)信道。然而，该方法不能提供个别信号和噪声的估计，而这在衰落信道中对特搏码是需要的。确实，如果没有很好的信道估计，当和卷积码的常规Viterbi译码比较时，如果不是更差，特搏编码也只有很少的吸引力。