专利名称：用于递归编码信号的维特比解码方法
用于递归编码信号的维特比解码方法
技术领域：
本发明涉及维特比(Viterbi)解码技术，特别是关于一种用于递归编码信号的 维特比解码方法。背景技术：
当今，例如GPS (全球定位系统)等的GNSS (全球卫星导航系统)应用技 术被广泛使用。对于GPS接收器来说，在某些情况下可选择卫星增强系统 (SBAS)作为其选项之一。对于递归码SBAS信号可使用维特比算法进行解码。 因SBAS的数据速率(每秒传送500符号(symbol))较低，所以如果要对一个 或者两个SBAS信道进行解码时，使用通过软件实现的维特比解码器对递归码 SBAS信号进行解码要比使用硬件实现的维特比解码器更合理。
图1是概略显示的简化维特比算法网格图。在图中，在各时间点(阶段) 上有四个状态0、 1、 2、 3，每一个状态由一个节点表示。为决定表示最可能的 符号序列的存活路径(survivorpath)如图1中粗箭头线所示，维特比解码器的加-比-选(Add-Compare-Select, ACS)单元必须在每个阶段处理网格的四种状态以 更新存活路径。加-比-选过程包括"增加"、"比较"和"选择"。"增加"就是将分支 度量(BranchMetric, BM)加到先前节点的存活路径上。分支码符号和接收到的符 号是用于计算节点的分支度量。由于计算工作量非常大，计算通常会预先完成 并提供由计算得出的表列以便使用。"比较"是比较此节点的各个路径度量(path metric)用以决定哪一条路径最有可能成为优胜者(winner)。"选择，，是选择和储存 优胜者作为存活路径，将此存活路径的分支数据加以储存。通常，使用事先准 备好的列表。
对于SBAS信号来说(其限制长度为7),加-比-选单元必须处理网格的64 (27-1)种状态以为各状态更新存活路径。接收器每数据比特接收两个符号。一 个分支度量单元(Branch Metric Unit, BMU)计算128个分支的每个分支的分支 度量，然后，加-比-选单元执行如上所述的"增加"、"比较，，和"选择，，操作来选择 各节点的存活路径(每个阶段有64个节点)。利用存活度量单元(SMU)通过
回溯(trace back)存活路径来对传送数据比特进行解码。在上述程序中，如果 那些操作是通过软件实现的，则其计算工作量会非常大，效率低，因此有必要 缩小在维特比解码器中实现运算的维特比算法的码尺寸和缩减其处理时间。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于递归编码信号的维特比解码方法。
本发明的用于递归编码信号的维特比解码方法，在用于该方法的维特比算 法中的网格的各阶段的所有节点演绎成多个蝶形，各蝶形均具有特定蝶形识别 码并包含有两个来源节点和两个目标节点。本发明的方法包括接收组成数据 比特的符号；以分支符号和所接收的符号来定义各蝶形的各目标节点的分支度 量；以及根据所定义的分支度量将多个蝶形分类。
才艮据本发明，例如，将用于递归编码卫星增强系统(SBAS)信号的维特比 算法(VA)网格的节点(状态)以蝶形为单元才艮据分支度量分类成几群。在本 发明一实施例中，将用于两个连续阶段的SBAS信号的64种状态的32个蝶形 分类成四个子群。蝶形的分类可用于对所有蝶形执行时分复用(TDM)方案而 排定序列。此外，使用加-比-选程序的蝶形处理核心可以通过改变一些参数而重 复使用，以为各蝶形决定存活者。这些参数包括由所接收的符号所定义的特定 度量、蝶形ID (识别码)和相关于前两个参数的移位参数。
通过使用本发明方法可以有效缩小码尺寸和缩减处理时间，因此维特比算 法更易由软件实现。此外，本发明方法降低了维特比解码器实施的复杂度，因 此更适合硬件实施。
图1是概略显示简化的维特比算法网格图。
图2揭示用于卫星增强系统信号的代码编码器。
图3是用于SB AS信号的简化网格示意图。
图4是显示由蝶形识别码"i "产生和表示的单一蝶形。
图5A显示根据本发明的实施例的维特比解码方法的流程图。
图5B显示图5A所示主流程中的子流程的流程图。
图6显示蝶形处理核心的流程图。
具体实施方式
在解码卫星增强系统(SBAS)信号时使用递归码。如所述，需要运用维特比
算法对SBAS信号的递归码进行解码。对SBAS信号来说，每个数据比特(Data Bit)传送两个符号(Symbol),即，数据率为0.5。图2揭示用于SBAS信号的代 码编码器。如本领域技术人员所知，编码器使用多项式G1二 (171)8和G2 = (133)8，各代码的限制长度为7比特，因此对于各阶段有64(27" = 26 = 64)种状态。 码产生器的流量为每秒250比特(250BPS),即每秒500符号(500 SPS )。节
点定义可以表示为xk = (dk、Xk.,5、Xk.,4、Xw3、 Xw2、 Xk.。2.
图3是用于SBAS信号的简化网格示意图。图3是以k和k-l两个阶段为例 进行说明。如同所述，每个阶段有64种状态(节点)，每个节点都需要执行一 加-比-选程序。以蝶形代替节点来操作网格将更有效。在两个连续阶段可以将网 格排列成32个蝶形。例如，xw阶^R的节点0和节点1与Xk阶段的节点0和节 点32组成一蝶形。相似的，xw阶段的节点2和节点3与Xk阶段的节点1和节 点33组成另一蝶形。通过观察此网格可以发现，来源阶段的节点2i、 2i+l与 目标阶段的节点i、 i + 32组成一蝶形。指标"i" (i = 0到31)用以表示蝶形的识 别码。
图4是显示一由蝶形识别码"i，，产生和表示的一单一蝶形。假定p来源节点， 入比旬表示分支度量，则其可以表示为
,源节点(输入比特)=rlCl + r2c2 ， (1)
其中，rt、 r2为接收符号，Cl、 C2为从码产生器(G1、 G2)导出的分支符号，
并且对于SBAS信号而言为+ 1或-1,则可以推导出
= ,(°)=屮 (2)
Aw(1)=卞2i(1) = ^(°) = H (3) ^("=卞2严=氺 (4)
其中，将p定义为一特定度量，其可以被参考为一蝶形度量。通过仔细分析， 本发明人发现蝶形度量n由所接收的符号iv r2及蝶形识别码i决定。蝶形度 量p是依其的蝶形识别码而定的度量的四种可能类型之一。由于对SBAS信号而 言，传送的符号cp &是+1或者-1，因此可以得出
^^士(巧+r2)或者土(iyr2),基于i(i = 0到31) (5) 如同所述，蝶形度量依据蝶形识别码有四种可能形式，即，每个蝶形有两 个参数蝶形识别码i和蝶形度量p通过分析32种蝶形总结出表一。
群子群 度量Jl 蝶形识别码i
002121421232527
13129191710864
0(ri-r2)13131520222426
1-(rrr2)3028181611975
表一 对于各个蝶形识別码的可能的蝶形度量
在表一中，32种蝶形的分类可用于对所有蝶形执行共享蝶形处理器的时分 复用(TDM)方案而排定序列。
依据本发明，维特比解码方法有用于处理蝶形的核心(kernel)，核心包括两 个加-比-选流程。因此，应执行核心32次以处理这32个蝶形。要使用相同 的核心来处理这32个蝶形，必须决定在各个蝶形中所需要的分支度量。
在本发明的一实施例中，维特比解码方法通过上述列表的蝶形识别码决定 当前处理的蝶形的分支度量。通过检查表一可以根据其蝶形识别码将分支度量 决定为分支度量的四种形式之一。例如，具有蝶形识别码0、 2、 12、 14、 21、 23、 25和27的蝶形的分支度量是(ri + r2)，具有蝶形识别码1、 3、 13、 15、 20、 22、 24和26的蝶形的分支度量是(r厂f2)。或者，可使用某些参数来决 定持处理蝶形所属的子群，同时可以据此来决定其分支度量，其细节将稍后说 明。
通过分析表一，可以得到用于决定各蝶形的分支度量的流程。图5A是显示 根据本发明的实施例来揭示维特比解码方法的流程图，以及图5B是揭示图5A 所示主流程中的子流程的流程图。首先说明主流程。在步骤S10中，维特比解 码器接收两个符号，步骤S22、 S24分别表示用于处理群0 (包括16个蝶形)和 群1 (包括16个蝶形)的蝶形的子流程。在步骤S22中，蝶形识别码指标"x"的 第一值为"0"，即x二0，以及移位因子a的值为"17，，； 而在步骤S24中，蝶形识 别码指标"x"的第一值为"l",即乂=1，以及移位因子a的值为"15",稍后将进 一步说明细节。
处理这32个蝶形(64个节点)后，即决定了各蝶形的分支度量后，则决定 存活路径，并且在步骤S30中，将传送数据比特序列(两个符号组成一个数据 比特)解码。在图中，步骤S30筒单地表示为存活度量单元，因为在此步骤中
执行的操作与由维特比编码器的存活度量单元所执行的那些操作相同。
以下将说明子程序。子程序适用于群0(S22步骤)和群1(S24步骤)。为了决 定待处理蝶形的度量，本实施例使用了三个因子。其中，包括蝶形度量)i,蝶形 识别码指标x和移位参数a。对群O而言，蝶形度量n是(n+r2)， a为17;对群 1而言，p是(r!-r2) ， a为l5。在流程图(S22， SM)中，此函数表示为分支处理 单元BPU ( Oi， x, a)。
在S201步骤中，将表示蝶形处理核心已被执行次数的蝶 形处理数字"b，，初始化为零(b = 0)。蝶形识别码指标x可以从0到31任意选择。 在S212步骤中，如果乂 = 0，则执行蝶形识别码等于O的蝶形处理核心。此外， 在S214步骤中，同样执行蝶形识别码等于31-x = 31 - 0 = 31的蝶形处理核心。 对于识别码等于x的蝶形，分支度量为p;对于识别码为31-x的蝶形，分支度量 为—p。在S220步骤中，x = x+2。如果b为1,则x进一步力口a,即，x = x+2+a; 如果b为5,贝'J x要减a，即，x = x+2-a。如果x = 0，贝ll已更新的x为x = 0+2 = 2。 在S230步骤中，b = b+l;在S240步骤中，判断b是否小于8。如果满足条件， 则程序返回至S212步骤，如果不满足条件，则子程序结束。换句话说，对于每 一群0和群1,此子程序要分别为蝶形识别码x和蝶形识别码31 -x各运行8次(b = 0到7)。表二是显示对于蝶形识别码等于x的例子中b与x之间的关系，移 位因子a也依如上所述来考虑。
b0 1234567 x 02 21 23 25 27 12 14 a + -
表二对于蝶形识别码等于x的例子中b与x之间的关系
对于蝶形识别码等于31-x的情况也可以相似地推导出b与x之间的关系。 图6是显示蝶形处理核心的流程图。核心从S600步骤开始。蝶形(x, p)(图5, S212步骤)作为一范例加以说明。请一并参考图4。在S610步骤中，通过来源
节点度量仏，k.严、Y2xw,kY1)加上由^(+A卞)所表示的分支度量分别计算可能的 目标节点度量Yx，k仰、Yx,k(1)，上述步骤为"加，，处理。接下来在S620步骤中， 将两个可能的目标度量Yx,k(o) 、 Yxk("进行比较，即"比"处理。如果Yx,k(o)〈几k(1)， 则来源节点指标d二2x+l ，即，分支度量选择为几k-Kk^ ;如果^,k仰> yx，k(1)， 则来源节点指标d二2x ,即，分支度量选择为^，k-^，k仰，即"选，，处理。然后，
用于从图2中的码产生器所输出的数据比特序列应为最后的移位一个比特的代
码Sd,k-p并且在最左边的空白比特空间填入"0" (S640步骤)。上述从步骤S610 到S640是用于上部分支(参见图4 )。在此流程图中，从步骤S660到步骤S690 是用于下部分支，其与用于上部分支的步骤类似，并且能够易于从如上所述中 推导出，故此不再详述。需要说明的是，用在从图2的码产生器所输出的下部
分支的数据比特序列应为最后的移位一个比特的代码Sd，w,此外，在最左边的
空白比特空间填入'T，。子程序在S700步骤终止。蝶形处理核心包括两个如上 所述的加-比-选流程。
通过分析用于递归码卫星增强系统(SBAS)信号的维特比算法的网格的所有 状态的蝶形，分析结果可依据一些变量(例如参考图5的流程图所提到的n、 x、 a)而归纳为表(例如表一)或简单规则。因此，例如，对于32个SBAS的蝶 形，蝶形处理核心可重复使用，可以缩减依据本发明的维特比解码方法的编码 尺寸以及缩减其处理时间。尽管SBAS信号是说明书中的一个范例，但是本发 明提供的维特比解码方法同样可应用于任何其它适用的递归码信号。
综上所述，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限制本发 明，任何熟习此项技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种更动 与润饰，因此本发明的保护范围当以权利要求书所要求的保护范围为准。
权利要求
1. 一种用于递归编码信号的维特比解码方法，在用于该方法的维特比算法中的网格的各阶段的所有节点演绎成多个蝶形，各蝶形均具有特定蝶形识别码并包含有两个来源节点和两个目标节点，该方法包括接收组成数据比特的符号；以分支符号和所接收的该符号来定义各蝶形的各目标节点的分支度量；以及根据该所定义的分支度量将该多个蝶形分类。
2、 如权利要求1所述的维特比解码方法，其特征在于还包括通过使用该 所定义的分支度量来执行蝶形处理核心以选择各蝶形的存活者。
3、 如权利要求2所述的维特比解码方法，其特征在于该蝶形处理核心包 括将各该所定义的分支度量对应加到各该来源节点的节点度量，以获得各蝶形 的目标节点度量，比较该多个目标节点度量，以及选择最可能的目标节点度量 作为存活者。
4、 如权利要求3所述的维特比解码方法，其特征在于还包括对该存活者 进行解码。
5、 如权利要求2所述的维特比解码方法，其特征在于根据先前处理的蝶 形的蝶形识别码和各蝶形识別码与各分支度量之间的关系来选择待处理的蝶 形。
6、 如权利要求5所述的维特比解码方法，其特征在于还包括根据已执行 蝶形处理的次数来选择该待处理的蝶形。
7、 如权利要求1所述的维特比解码方法，其特征在于将该多个蝶形依据 其蝶形识别码分类成群。
8、 如权利要求1所述的维特比解码方法，其特征在于该递归编码信号包 括卫星增强系统信号。
全文摘要
本发明揭露一种用于递归编码信号的维特比(Viterbi)解码方法。通过使用本发明的方法，将用于例如递归编码卫星增强系统信号的维特比算法的网格排列成蝶形。这些蝶形是依据分支度量分类成群。因同一蝶形处理核心能够被重复使用，故蝶形能够被有效处理，因此可以缩小码的尺寸并缩减处理时间，使维特比算法更易于通过软件实现。
文档编号H03M13/00GK101207388SQ20071010929
公开日2008年6月25日 申请日期2007年5月29日 优先权日2006年12月20日
发明者陈坤佐 申请人:联发科技股份有限公司