[发明专利]卷积编码码字的软判定解码

说明书

本发明涉及卷积码的最大化后验(MAP)解码，特别涉及根据LOG-MAP算法的解码方法和turbo(加速)解码器。

在数字数据通信领域，使用纠错电路即编码器和解码器来实现具有低信噪比(SNR)系统的可靠通信。编码器的一个例子是卷积编码器，其根据输入串与其本身或其它信号的卷积来将一串数据比特转换为码字。码字包括的数据比特数要比原始数据流中的多。一般采用1/2的码率，这意味着所发送的码字具有两倍于原始数据的比特数。可利用这种冗余性来进行纠错。很多系统还另外采用交错(interleaving)来使传输差错最少。

卷积编码器和MAP解码器一般是用格栅图(trellis diagram)来描述，格栅图代表所有可能的状态和各状态之间的转移路径或分支。在编码过程中，输入要被编码的信息导致状态间的转移，而每个转移都伴随着编码码元组的输出。在解码器中，原始数据比特被用最大似然算法例如Viterbi算法重构。Viterbi算法是一种解码技术，其能够用于找到格栅中的最大似然路径。相对于在传输时由编码器描述的路径而言，这是可能性最大的路径。

Viterbi解码器的基本概念是，在给定接收的信息时，其假设编码器可能已经处于的各可能状态，并确定编码器从那些状态的每一个转移到下一组编码器状态的概率。通过称为量度(metrics)的量来表示概率，量度有两种类型：状态量度α(对反向迭代为β)，和分支量度γ。通常有两种可能状态会导致每个新状态，即下一比特要么是0要么是1。解码器通过对各可能的分支比较分支量度与状态量度的积来确定哪一个是最可能的状态，并选择代表二者中更为可能状态的分支。

Viterbi解码器保留分支序列的记录，通过该分支是最可能已经达到各状态的。但是，根据乘法和指数运算的算法的复杂性使得实现这些算法在实际当中是不太可能的。随着LOG-MAP算法实施的出现，MAP解码器算法是通过用加法来代替乘法以及用LOG域中的MAX运算代替加法来简化的。此外，这种解码器用软判定(P_k0和P_k1)来代替硬判定(0或1)。参见美国专利第5,499,254号(Masao等人)和5,406,570(Berrou等人)以进一步详细地了解Viterbi解码器和LOG-MAP解码器。在美国专利第5,933,462号(Viterbi等人)和美国专利第5,846,946号(Nagayasu)中，人们已经对最初的LOG-MAP解码器进行了改进。

近来已经开发出turbo解码器。在连续数据传输的情况下，数据流被封装在N个数据比特的块中。turbo编码提供了系统的数据比特，并包括第一和第二卷积递归编码器，分别提供代码比特的e1和e2输出。第一编码器对提供代码比特的e1输出的系统数据比特进行操作。一编码器交错器提供交错的系统数据比特，它们再被送至第二编码器。第二编码器对提供代码比特的e2输出的交错数据比特进行操作。数据uk和代码比特e1和e2被同时处理并以数字比特块的形式通信。

但是，标准的turbo解码器仍有一些缺陷，只有解决这些缺陷才能够有效地实现系统。一般而言，turbo解码器至少需要3到7次迭代，这意味着相同的正向和反向递归将重复3到7次，每次都有更新的分支量度值。因为概率始终是小于1，并且其对数值始终小于0,α、β和γ都具有负值。此外，每次在各迭代后通过加上新计算的软解码器输出来更新γ时，其变为更小的数。在固定点表示中，太小的γ值导致了精度的损失。一般而言，当使用8比特时，可用的信号动态范围是-255到0，而总的动态范围是-255到255，即总动态范围的一半被浪费了。

在已有的克服这个问题的尝试中，状态量度α、β已经通过减去那时的最大状态量度值而在各状态被规范化。但是，该方法在确定最大值时导致时间滞后。目前的turbo解码器还要求用大量的存储器，其中在软判定值可以被计算之前，储存所有的正向和反向状态量度。

本发明的一个目的是通过增加turbo解码器的速度和精度、同时更好地利用动态范围、并降低门计数(gate count)和使存储需要量最小来克服现有技术的缺点。

根据本发明的原理，在turbo解码器中采用的递归计算中使用的量γ_j(R_k,s_j’,s)(j=0,1)被首先规范化。这样就导致固定点解码器动态范围的增加。

根据本发明，提供了一种对所接收的具有多个状态s的编码数据流进行解码的方法，包括如下步骤：