专利名称：通过检测最近星座点来减阶的维特比均衡的制作方法
技术领域：
本发明涉及对巻积编码信号进行译码的方法和装置，更具体地，涉及对 移动电话技术和无线电话技术中的接收信号进行译码的方法和装置。
背景技术：
基于维特比算法的译码器通常用于对巻积编码信号进行译码。在巻积编 码信号的情况下，待发送的数据对应于"隐马尔可夫"模型的状态。实际发 送的数据对应于该模型中的状态转移。根据可见状态转移，通过维特比算法
绘制出关于每个时序点处的状态的推断。为此目的而确定量度(metric)， 该量度使用给定的接收符号来指示从每个可能的当前状态到每个可能的随 后状态的每个状态转移的可能性。由此确定当前接收符号到状态转移的符号 的欧几里德距离。这里，将每个单独的状态转移描述为分支或枝。通过按顺 序连接单个分支来形成路径。由单个分支量度的总和得到路径的量度。
由最小量度的路径给出最优路径，从而给出发送符号的最可能的顺序。 在巻积编码信号的情况下，每个接收符号包含以时间顺序排列的多个符号的 成分。这被称为码存储器。因此，过去的接收符号对当前状态的影响是有限 的。在给定数目的接收符号之后，过去的接收符号对当前状态的任何影响不 再是可确定的。在经过该给定数目的接收符号之后，进入进一步计算的路径 的数目被减少为最可能的路径。该步骤称为不可能路径的排除。使用该过程 提供了用于巻积编码信号的最优接收机。
例如，在US 3,872,432 Bl中示出用于维特比译码器中的同步的装置及 其功能。参数。因此，随着调制阶数的增大，以及随着码存储器的加长，成本极为快 速地增长。
可替换地，可以使用"最小均方误差判决反馈均衡"(MMSE-DFE)译 码器来对巻积编码信号进行译码。 一旦接收到符号，这些译码器就根据过去 的接收符号最终确定当前状态，而不考虑未来的接收符号。
MMSE-DFE译码器示出于DE 199 48 373 Al中。
这些译码器实际上解决了维特比译码器的高处理成本的问题，但却具有
显著降低的检测安全性。例如，尤其是在强干扰发送信道的情况下，接收信 号会有高比特差错率。
发明内容
因此，本发明基于提供对巻积编码信号进行译码的方法和装置的目的， 该方法和装置在提供良好的检测安全性的同时需要低处理成本。
该目的通过本发明的具有独立权利要求1的特征的方法以及具有独立 权利要求10的特征的装置实现。有利的进一步发展形成引用前者的从属权 利要求的主题。
维特比译码器用于对巻积编码接收符号进行译码。这里，使用调制方案 对发送数据进行调制，以形成符号，使用发送滤波器对符号进行编码，以形 成巻积编码发送符号。巻积编码发送符号包含以时间顺序排列的若干符号的 分量。这些发送符号通过发送信道被发送，并作为接收符号被接收。维特比 译码器通过更改后的维特比算法对接收符号进行译码。在通过维特比译码器 之前，接收符号由符号减少装置进行处理，该符号减少装置独立于维特比译 码器所进行的译码，在译码的每个状态中，确定与译码的可能的后续状态有 关的信息附加项。该符号减少装置使用与译码的可能的后续状态有关的信息 附加项，将通过维特比译码器进行的译码限制为给定的后续状态。通过减少 可能的后续状态，显著降低了处理成本。同时，由于将最可能的后续状态选 为可能的后续状态，因此实现了高水平的检测正确性。有利地，符号减少装置通过确定去符号间干扰的当前接收符号获得与可 能的后续状态有关的附加知识。优选地，该符号减少装置通过从当前的接收 符号中减去加权的过去的去符号间干扰的接收符号，获得去符号间干扰的当 前接收符号。符号减少装置通过到去符号间干扰的当前接收符号的最小欧几 里德距离的状态，来有利地确定后续状态。因此，能以高安全性确定一系列 可能的后续状态。处理成本极低。
调制方案优选是相位调制(PSK),并且符号减少装置优选将进一步的
译码限制为两个给定的后续状态。这种到两个后续状态的限制在极大程度上 降低了处理成本。
调制方案有利地是8阶相位调制(8 - PSK )或16阶相位调制(16 - PSK )。 对使用多个调制方案调制的信号进行译码的处理成本的降低变为可能。
调制方案优选是正交幅度调制(QAM)，并且符号减少装置优选将进 一步的译码限制为四个给定的后续状态。在具有高发送速率的同时实现了处
理成本的显著降低。
调制方案优选是16阶或32阶或64阶正交幅度调制。对使用多个调制 方案调制的信号进行译码的处理成本的降低变为可能。
在使用维特比算法的译码的每个状态中，维特比译码器优选确定至少一 个路径，该至少一个路径给出具有低概率的发送符号的正确顺序，并且优选 地从进一步的译码中排除该至少一个路径。因此，进一步降低了译码的处理 成本。检测安全性在这里没有被显著降低。
滤波器优选在译码之前对接收符号进行滤波。通过滤波器的滤波优选地 减小过去的符号对巻积编码接收符号的影响，并且优选地增加当前符号对巻 积编码接收符号的影响。因此，所确定的后续状态的安全性增加。同时，附 加处理成本也纟及寸氐。
滤波器的系数和用于确定去符号间干扰的当前接收符号的加权因子优 选通过最优化被确定。因此，确定了最佳滤波器系数和加权因子。
以下以示例方式参考附图对本发明进行描述，在附图中呈现出本发明的
有利示例性实施例。附图如下
图1示出巻积编码信号的发送和接收路径的电路框图2示出维特比译码器的示例性状态图3示出更改后的维特比译码器的示例性状态图4示出MMSE-DFE译码器的电路框图5示出根据本发明的装置的示例性实施例的第一电路框图6示出根据本发明的装置的示例性实施例的第二电路框图7示出巻积编码信号的示例性发送滤波器的冲激响应；
图8示出通过接收端处的滤波器转换的巻积编码信号的示例性发送滤 波器的冲激响应；
图9示出第一示例性调制方案；
图IO示出第二示例性调制方案；
图11示出根据本发明的译码器的第一示例性实施例的示例性状态图； 图12示出根据本发明的译码器的第二示例性实施例的示例性状态以及
图13示出各种译码方法的最终比特差错概率图。
具体实施例方式
首先参考图1 -图2例示迄今为止的传统维特比译码器的结构和机能。 然后，参考图3-图12例示根据本发明的装置的结构和机能以及根据本发 明的方法。根据本发明的装置的译码结果通过与现有技术的比较而示于图 13中。类似附图中相同元件的例示和描述在某些情况下不再重复。
图1中呈现巻积编码信号的发送与接收路径的电路框图。基带的发送符 号序列s(lTs) IO通过调制装置被调制到发送频率。发送滤波器12将其冲激 响应施加到该信号上。信号13通过信道被发送。该信道由在加法器15中加入的加性白噪声14模拟。在接收端处，接收信号通过接收滤波器16滤波。 滤波后的接收信号17由解调装置18解调，以形成基带信号19。在维特比 译码器21对信号进行译码以给出接收信号序列22之前，译码滤波器20对 信号19进行调节。
图2示出维特比译码器的示例性状态图。状态30- 37和它们的连接项 38 - 40呈现于时序点41-44上。这里，给定时序点41 - 44处的每个状态 30 - 37被连接至随后的时序点41-44的每个状态30- 37。针对状态的每个 连接计算分支量度。为此目的，计算各个接收符号到被分配给分支的单个接 收符号的欧几里德距离。也就是说，针对一次状态转移计算64个分支量度， 并且针对所呈现的整个状态图计算192个分支量度。此外，根据分支量度来 计算路径量度。由于整个状态图的所有路径都被考虑，因此计算出4096个 路径量度。这已经对应于很大的处理成本。假设调制方案具有多于8个状态， 例如有64个状态，并且码存储器有大于三个过去的状态，则译码成本以级 数增长，这不再易于控制。
图3示出更改后的维特比译码器的示例性状态图。这里，为了减少处理 成本，在针对一个时序点计算分支量度和路径量度之后，仅进一步继续最大 可能性的两个分支，即最小量度的两个分支。其它路径被排除。因此，在时 序点41处，仅进一步继续从状态30和34延伸的路径。在时序点42处，仅 进一步继续^^人状态33和35延伸的i 各径。在时序点43处，-f又进一步继续乂人 状态31和37延伸的路径。因此，处理成本可以以级数减少。然而，由于潜 在有用的信息被过早地丟弃，结果降低了检测安全性。在正确的接收符号被 布置在不可能的因此也是被排除的路径上的情况下，尽管在接收信号中包含 了用于译码的充分信息，但也不会被正确译码。
图4呈现了 "最小均方误差判决反馈均衡"译码器(MMSE-DFE)的电 路框图。使用这种类型的译码器，不考虑可能的状态转移的整个路径，每个 状态针对其自身被考虑，并且仅观察过去的状态的影响。为此目的，滤波器 51首先提供接收信号50的最小相位条件。也就是说，当前符号对接收信号的影响被放大，而过去的符号对接收符号的影响被降低。在判决单元52中， 基于滤波后的信号和已解码符号的信息对当前符号53的值进行判决。该值 通过反馈滤波器54被反馈，并且从滤波器51的输出信号中减去。因此，在 判决单元52处得到了去符号间干扰的信号。该译码器可以用极低的处理成 本来实现。然而，同时由于并不是与发送信号有关的可获得信息的所有项目 均用于译码，因此这里比特差错概率也是次最佳的。
在图5中，呈现出根据本发明的装置的示例性实施例的第一电路框图。 接收符号序列50由滤波器70滤波。滤波器首先提供接收信号50的最小相 位条件。该处理将参考图7和图8进行更详细的解释。接着，该信号由更改 后的维特比译码器71进行译码，更改后的维特比译码器71输出译码后的发 送符号序列53。更改后的维特比译码器的结构和机能将参考图6更详细地 呈现。
图6示出根据本发明的装置的示例性实施例的第二电路框图。如图5中 所示，接收符号序列50由滤波器70进行滤波以提供最小相位条件。该处理 将参考图7和8进行更详细的解释。接着，该信号通过状态减少装置80, 状态减少装置80在已解码符号85的协助下，实施被允许的当前符号的减少。 为此目的，从有符号间干扰的接收符号中减去加权的解码符号。得到的符号 是去符号间干扰的符号。
根据该符号在所使用的巻积编码信号的调制方案中的位置，给定数目的 相邻符号，例如在相位调制的情况下是两个相邻符号，被确定为独有的被允 许符号。与被允许状态有关的信息同滤波后的输入符号序列50—起被路由 到分支量度确定装置82，分支量度确定装置82专门针对分支来确定量度， 这导致被允许符号之一。被允许分支的量度被路由到路径量度确定装置83。 路径量度确定装置83通过求和根据被允许分支的分支量度来计算被允许路 径的路径量度。该路径量度被传送到路径排除装置84，路径排除装置84选 择最可能的路径，并排除其它路径。剩余的路径直接提供译码后的符号53。 这里，块81对应于传统的维特比译码器。图7示出巻积编码信号的示例性发送滤波器的冲激响应。示例性发送滤波器的冲激响应106由三个分量100、 101、 102组成。其中对应于当前符号的分量102并不是冲激响应的最强分量。
图8示出用于巻积编码信号的示例性发送滤波器的、通过接收端处的滤波器变换后的冲激响应。示例性发送滤波器的滤波后冲激响应107由三个分量103、 104、 105组成。这里，对应于当前符号的分量105是沖激响应中的最强分量。
图9示出第一示例性调制方案。这里呈现的调制方案115是8阶相位调制。调制阶So-S7对应于图2、图3中的译码的状态。调制阶So-S7由分为同相分量111和正交分量110的复空间中的单位圆上的点形成。每个调制阶S0-S7由离散相位角来描述。因此，例如调制阶Si由相位角117确定。这里，单位圓上的每个点均具有作为直接邻居的两个调制阶。在这两个直接邻居旁边的每个其它调制阶很可能被进一步移除。如果图6中的符号减少装置80确定去符号间干扰的符号113具有相位角116，则该调制方案115中的两个被允许符号是调制阶SQ 114和S！ 112。
在图10中，呈现出第二示例性调制方案。这里呈现的调制方案120是16阶正交幅度调制。这里，16个调制阶So-S!s被布置在分为同相分量111和正交分量110的复空间中。每个调制阶So - Su由同相分量111和正交分量110的离散值来描述。基于调制阶So-Sm的布置，在复空间中的调制方案121内，针对每个点，获得作为其直接邻居的四个调制阶。在这四个直接邻居旁边的每个其它调制阶很可能被进一步移除。如果去符号间干扰的符号129通过图6中的符号减少装置80被确定，则该调制方案121中的四个可允许符号是调制阶So 127、 Si 128、 S2l25和Ss126。
图11示出根据本发明的译码器的第一示例性实施例的示例性状态图。现在该状态图与图2和图3的状态图相比明显被简化。这里，呈现出允许的后续状态被减少到3个。同时呈现出待继续的路径被减少到两种最可能的路径。因此，实现了处理成本的显著减少。将减少后续符号和减少路径数目结合起来，会大幅降低处理成本。与对所有状态和路径进行完全分析相比，比特差错概率被增加。然而，比特差错率与处理成本的比更加有利。
在图12中，呈现出根据本发明的译码器的第二示例性实施例的示例性状态图。这里也呈现出简化的状态图142。通过将可允许的状态限制到两个可允许状态140和141，并将路径的数目限制为两个，获得了需计算路径的极小数目。
图13示出各种译码方法得到的比特差错概率的图。使用不同译码器译码的得到的比特差错率与信噪比的关系被呈现。不对符号间干扰进行平衡的传统译码器160仅实现了极高的比特差错率。较好的结果是由图4中呈现的MMSE-DFE译码器提供的。估计完整状态图的维特比译码器162提供了最优的结果。然而，根据本发明的更改后的维特比译码器163需要显著低于完整的维特比译码器的处理成本，实现了仅稍微差点的结果。
本发明不限于所呈现的示例性实施例。正如已经描述的，可以对不同类型的基于巻积的信号进行译码。例如，在移动电话技术中以及在例如硬盘上的记录数据的恢复中的使用是可以想象的。以上所述的所有特征或附图中例示的所有特征可以在本发明的框架内根据需要互相结合。
权利要求
1、一种对卷积编码接收符号(50)进行译码的方法，其中使用调制方案对发送数据进行调制以形成符号(10)，使用发送滤波器对符号(10)进行编码以形成卷积编码发送符号(13)，其中卷积编码发送符号(13)包含以时间顺序排列的若干符号(10)的分量，通过发送信道来发送发送符号(13)，接收被发送的发送符号(13)作为接收符号(50)，并且通过更改后的维特比算法对接收符号(50)进行译码，其特征在于，独立于使用维特比算法的译码，在译码的每个状态(30-37)中确定与译码的可能的后续状态(30-37)有关的信息附加项，并且将所述信息附加项用于将进一步的译码限制为给定的后续状态(30-37)。
2、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过确定去符号间干扰 的当前接收符号来获得与可能的后续状态(30- 37)有关的附加知识，通过从当前的接收符号(50)中减去使用加权因子加权的过去的去符号 间干扰的接收符号(85)，获得所述去符号间干扰的当前接收符号，并且通 过到去所述符号间干扰的当前接收符号的最小欧几里德距离的状态，确定给 定的后续状态(30- 37)。
3、 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述调制方案(115, 121)是相位调制(PSK),并且进一步的译码被限制为两个给定的后续状 态(112， 114)。
4、 根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述调制 方案(115， 121 )是8阶相位调制(8-PSK)或16阶相位调制(16-PSK)。
5、 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述调制方案(115， 121)是正交幅度调制(QAM),并且所述进一步的译码被限制为四个给定 的后续状态(125， 126， 127, 128)。
6、 根据权利要求1 、 2或5所述的方法，其特征在于，所述调制方案(115 ，` 121 )是16阶正交幅度调制(16 - QAM)或32阶正交幅度调制(32 - QAM) 或64阶正交幅度调制(64 - QAM )。
7、 根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，在使用维 特比算法的译码的每个状态(30- 37)中，确定至少一个路径，该至少一个 路径给出具有低概率的发送符号(10)的正确顺序，并且从所述进一步的译 码中排除该至少 一个路径。
8、 根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，在译码之 前对接收符号(50)进行滤波，所述滤波减小过去的符号(10)对巻积编码接收符号(50)的影响，并 且所述滤波增加当前符号对巻积编码接收符号(50)的影响。
9、 根据权利要求8所述的方法，其特征在于，通过最优化来确定滤波 系数和用于确定当前的去符号间干扰的接收符号(85)的加权因子。
10、 一种使用维特比译码器(81 )对巻积编码接收符号(50)进行译码 的装置，其中使用调制方案对发送数据进行调制以形成符号(10)，使用发 送滤波器对符号(10)进行编码以形成巻积编码发送符号(13),其中巻积 编码发送符号(13)包含以时间顺序排列的若干符号(10)的分量，通过发 送信道来发送发送符号(10),接收被发送的发送符号(10)作为接收符号(50)，并且维特比译码器(81)通过更改后的维特比算法对接收符号(50) 进行译码，其特征在于，接收符号(50)在通过维特比译码器(81)之前由状态减少装置(80) 进行处理，独立于维特比译码器(81 )所进行的译码，在译码的每个状态(30 _ 37 ) 中，状态减少装置(80)确定与译码的可能的后续状态(30- 37)有关的信 息附加项，并且状态减少装置(80)使用所述信息附加项，以将维特比译码器(81)所 进行的译码限定为给定的后续状态(30 - 37 )。
11、 根据权利要求10所述的装置，其特征在于，状态减少装置(80) 通过确定去符号间干扰的当前接收符号，获得与可能的后续状态(30- 37) 有关的附加知识，状态减少装置(80)通过从当前接收符号(50)中减去加权的过去的去 符号间干扰的接收符号(85)，获得所述去符号间干扰的当前接收符号，并 且状态减少装置(80)通过确定到去所述符号间干扰的当前接收符号的最小 欧几里德距离的状态，确定后续状态(30- 37)。
12、 根据权利要求10或ll所述的装置，其特征在于，所述调制方案(115， 121)是相位调制(PSK)，并且状态减少装置(80)将进一步的译码限制为两个给定的后续状态(112， 114)。
13、 根据权利要求IO至12中任一项所述的装置，其特征在于，所述调 制方案(115， 121 )是8阶相位调制(8-PSK)或16阶相位调制(16-PSK)。
14、 根据权利要求IO或ll所述的装置，其特征在于，所述调制方案(115， 121)是正交幅度调制(QAM),并且状态减少装置(80)将进一步的译码 限制为四个给定的后续状态(125， 126, 127， 128)。
15、 根据权利要求IO、 11或14所述的装置，其特征在于，所述调制方 案(115, 121)是16阶正交幅度调制(16-QAM)或32阶正交幅度调制(32 - QAM )或64阶正交幅度调制(64 - QAM )。
16、 根据权利要求10至15中任一项所述的装置，其特征在于，在使用 维特比算法的译码的每个状态(30- 37)中，维特比译码器(81)确定至少 一个路径，该至少一个路径给出具有低概率的发送符号(10)的正确顺序， 并且维特比译码器(81)从进一步的译码中排除该至少一个路径。
17、 根据权利要求10至16中任一项所述的装置，其特征在于，滤波器 (70)在译码之前对接收符号(50)进行滤波，通过滤波器(70 )的滤波减小过去的符号(10 )对巻积编码接收符号(50 )的影响，并且通过滤波器(70)的滤波增加当前符号对巻积编码接收符号(50) 的影响。
18、根据权利要求17所述的装置，其特征在于，滤波器(70)系数和 用于确定当前的去符号间干扰的接收符号的加权因子通过最优化被确定。
全文摘要
本发明涉及用于对卷积编码接收符号(50)进行译码的装置。使用调制方案将发送数据调制为符号，然后所述符号被编码为卷积编码发送符号。卷积编码发送符号包含互相以时间顺序排列的多个符号的部分。所述发送符号通过发送信道被发送，并且作为接收符号(50)被接收。维特比译码器(81)通过更改后的维特比算法对接收符号(50)进行译码。在通过维特比译码器(81)之前，接收符号(50)由减阶单元(80)进行处理，该减阶单元(80)独立于维特比译码器(81)进行的译码过程，在译码的每个阶检测与译码的可能的后续阶有关的附加信息。减阶单元(80)使用该附加信息将维特比译码器(81)进行的译码限制为特定的后续阶。
文档编号H03M13/41GK101601245SQ200880002488
公开日2009年12月9日 申请日期2008年8月22日 优先权日2007年11月7日
发明者克劳迪乌·克拉科夫斯 申请人:罗德施瓦兹两合股份有限公司