专利名称：使用恒定或准恒定信噪比的最佳特播解码体系结构和方法
技术领域：
本发明涉及电信领域，具体地说，涉及无线电信领域。更具体地说，本发明涉及电信信号的解码，其中所述电信信号在传输前使用了特播编码或类似级联编码的技术进行编码。
背景特播码用于在传送电信数据时的错误控制。通常，特播编码涉及到在传输前将两个或两个以上分量码应用到同一信息序列的不同交织型式。因此，解码涉及到使用不同的解码器，其中每个解码器都对应于上述两个或两个以上分量码之一。特播编码自1993年引入以来在本领域已是众所周知的。例如，有关特播编码更详细的论述，可参阅“近香农限制纠错编码与解码特播码”(Berrou et al.，″NearShannon Limit Error-Correcting Coding and DecodingTurbo-Codes″，IEEE Intemational Communication conference，pp.1064-1070，May1993)和“特播码概念入门”(Sklar，″A Primer on Turbo Code Concepts″，IEEE Communication Magazine，pp.94-102，December 1997)。
本领域的技术人员容易明白，对按照特播编码方案进行了编码的信息序列的解码是一个迭代过程。也就是说，不同解码器的每个都用于估计与信息序列相关的信息比特的后验概率，而由一个解码器产生的非本征估计(从后验信息得到的)成为用于下一解码器的部分输入信息。下一解码器随后更新非本征估计。本领域的技术人员还将明白，为获得良好信道(即链路)质量及因此带来的良好系统性能，需要复杂的迭代解码技术和解码器体系结构。例如用以下算法来体现此类解码技术最大后验(MAP)算法，该算法在“最小化符号错误率的最佳线性码解码”(Bahl et al.，″Optimal Decoding ofLinear Codes for Minimizing Symbol Error Rate″，IEEE Transactions onInformation Theory，vol.20，pp.284-287，March 1974)中被更加完整地描述；Log-MAP算法，如“Log域中最佳与次最佳MAP解码算法的比较”(Robertson et al.。″A Comparison of Optimal and Sub-OptinalMAP Decoding Algorithms Operating in the Log Domain″，IEEEIntematicnal Communication conference，pp.1009-1013，1995)所述；以及修改的软输入维比特算法(SVOA)，如“平行级联(特播码)方案中采用SOVA的改进解码”(Papke et al.，″Improved Decoding withthe SOVA in a Parrallel Concatenated (Turbo-code)Scheme″，IEEEIntemational Communication conference，pp.102-106，1996)所述。
如“特播解码中的SNR失配与联机估计”(Summers et al.，″SNRMismatch and Online Estimation in Turbo Decoding″，IEEE Transactionson Communications，vol.46，no.4，pp.42 1-423，April 1998)中所述，诸如上述算法的最佳特播解码算法要求知道信道信噪比(SNR)。这些算法使用SNR，或更具体地说，使用估计的SNR，以便产生准确的MAP估计(即后验估计)并混合与不同解码器相关的后验信息。诸如不依赖SNR的软输入、软输出维特比解码器的解码器视为用于特播解码的次最佳解码器。当然，有许多常规技术用于获得SNR估计。与此类常规技术，特别是与用于支持特播解码的那些技术相关的缺陷是SNR估计准确度普遍不足并且SNR估计会变化。虽然要注意上述最佳特播解码算法趋向于更容忍信道SNR高估而不是信道SNR低估，然而与常规SNR估计方法相关的准确度普通不足会降低链路质量，并因此降低系统性能。
为更好地利用特播编码提供的能力，因此非常希望提供更准确的SNR估计，该SNR估计在数值上的波动(如果有的话)表现得小，以便支持对已使用特播编码方案编码的信息序列进行解码的过程。
发明概要本发明涉及使用更准确的恒定SNR值来支持对已使用特播编码技术编码的信息序列进行解码的过程，特别是在UMTS WCDMA接收机中。通常，本发明利用参考SNR来提供更准确的恒定SNR值，所述参考SNR是由接收机中用于生成功率控制命令的功率控制回路生成的。更具体地说，本发明根据各种因素来修改参考SNR，该参考SNR另外与功率控制回路相联系，所述不同的因素包括但不限于应用到解码器输入量度的换算系数、功率设置、处理增益和编码率。
相应地，本发明的目的是为特播解码提供更准确的SNR值，以便增强链路性能。
本发明的另一个目的是为特播解码提供恒定或准恒定SNR值，以便增强链路性能。
本发明的另一个目的是提供复杂性较低的解码器实现。
按照本发明的一个方面，通过电信系统中一种接收机来实现上述目的和其它目的，所述接收机包括解调装置，该解调装置可对接收电信信号进行解调并且可以产生换算的解码输入量度。接收机还包括可以修改恒定或准恒定信噪比值的信噪比自适应装置。此外，接收机包括连接到解调装置和信噪比自适应装置的特播解调器，其中所述特播解码器对接收信号进行解码，所述接收信号为解码输入量度和修改的参考信噪比值的函数。
按照本发明的另一个方面，由按照通用移动电信系统(UMTS)运行而设计的宽带码分多址(WCDMA)接收机来实现上述目的和其它目的。WCDMA接收机包括用于接收发送信号的天线及连接到接收天线的解调装置。解调装置可以对来自接收天线的接收信号进行解调并可以由此生成换算的解码输入量度。WCDMA接收机还包括连接到接收天线的功率控制回路。功率控制回路可以生成发送功率控制命令，所述功率控制命令为参考信噪比和信噪比估计的函数，所述信噪比估计作为接收信号的函数来生成。此外，接收机采用了连接到功率控制回路的信噪比自适应装置，该信噪比自适应装置接收并修改参考信噪比值。随后，连接到解调装置与信噪比自适应装置的特播解码器对接收信号进行解码，所述接收信号为解码输入量度与修改的参考信噪比值的函数。
按照本发明的另一个方面，通过对按照特播编码方案进行编码的接收信号进行解码的方法来实现上述目的和其它目的。所述方法包括对接收信号进行解调并由此生成解码输入量度。所述方法还包括生成作为所需链路性能操作点的函数的参考信噪比值，其中参考信噪比仅在需要不同的链路性能操作点时才改变。此外，所述方法包括对接收信号进行解码，所述接收信号为解码输入量度和参考信噪比的函数。
图形简述通过结合附图来阅读下述详细说明可以理解本发明的目的和优点，附图中
图1说明与诸如UMTS WCDMA接收机的常规接收机相关的体系结构；图2示出接收机性能曲线，它为用于支持特播解码过程的SNR估计技术的函数；图3说明按照本发明示例性实施例的与诸如UMTS WCDMA接收机的接收机相关的体系结构；以及图4说明按照本发明示例性实施例的与接收机相关的体系结构及常规解调装置的换算特性。
发明详述图1说明具有特播解码能力的常规通用移动电信系统(UMTS)宽带码分多址(WCDMA)接收机的体系结构。如图所示，连同其它部件一道，接收机包括解调装置115和特播解码器110。接收机还包括功率控制回路，该能力控制回路包括信噪比(SNR)估计器115、功率控制器120和参考SNR模块125。如图1所示，接收的特播编码信号从天线101传送到解调装置105与SNR估计器115。SNR估计器115随后使用接收信号来得到干扰测量，SNR估计器115又使用所述测量和从解调装置105接收的功率估计来计算每个功率控制间隔的SNR估计，其中，按照UMTS标准，数据一般是以超帧形式传送，每个超帧包含具有10毫秒持续时间的72个无线电帧；并且每个无线电帧包含16个时隙，每个时隙一般构成一个功率控制间隔。相应地，由SNR估计器115产生的SNR估计称为“快”(即短期)估计。这些“快”的短期SNR估计随后被传送到功率控制器120，由功率控制器将它们与参考SNR模块125生成的参考SNR值相比较。本领域的技术人员容易明白，参考SNR值保持相对恒定，并依据所需的链路性能等级(如所需的误码率)由外部功率控制回路命令设置。功率控制器120随后依据此比较结果发出用于发射机的功率控制命令。例如，如果SNR估计稍低于参考SNR，则功率控制器120会发出命令来增加相应传输信道的传输功率，以便实现所需的链路性能等级。
当功率控制回路利用接收信号来调整传输功率电平时，而解调装置105，就象其名所暗示的那样，对接收信号进行解调并生成换算的解码器输入量度，该量度被传送到特播解码器110。然而，如上所述，特播解码器110，更具体地说，包含在特播解码器110中的特播解码算法需要准确的SNR值，以便准确地对接收信号进行解码。可是，在大多数常规设计中，特播解码器110依赖基于帧SNR估计。也就是说，在单个无线电帧的持续时间测量的SNR估计。和SNR估计器115生成的基于时隙的SNR估计一样，基于帧的SNR估计也视为“快”的相对短期的估计。问题当然在于“快”的短期SNR估计通常不准确并且实际上有波动，而对不准确的SNR估计的依赖易于增加与解码信号相关的错误率。因而链路质量受损，整体系统性能降级。
另外，特播解码器110可利用SNR估计器115生成的SNR估计对接收信号进行解码。然而，为此需要包括去交织装置130。去交织装置130可用于将给定SNR估计与相应的输入量度相关联。然而，如上所述，这些基于时隙的SNR估计是“快”的短期SNR估计，通常不准确且波动显著。一种向特播解码器110提供准确SNR值的更能接受的选择是在相对长时段内对“快”的短期SNR值求平均。例如，可对SNR估计器115产生的“快”的短期SNR估计求平均来产生长期平均SNR值，用于特播解码。虽然此选择可产生更准确且更不易于波动的SNR值，然而仍需要进行另外的信号处理。
通过采用更准确的恒定或准恒定SNR值，而不是从一个无线电帧到下一帧、或从一个时隙到下一时隙时数值波动的通常不准确的SNR估计，或需要其它信号处理的SNR估计，本发明解决了与上述选择的方法相关的向特播解码器110提供SNR的问题。而且，本发明采用的恒定或准恒定SNR值最好是实际SNR的高估，而不是实际SNR的低估。采用高估值的恒定SNR，而不采用从一个无线电帧到下一帧有波动的值，其依据如图2所示。更具体地说，图2在误码率(BER)和误码组率(BLER)方面说明WCDMA接收机的预期链路性能，它为用于对接收信号进行解码的SNR估计的函数。如图所示，图2包括曲线A-E(实线)和A′-E′(虚线)，其中曲线A-E在BER方面表示多个模拟SNR值中每个值的预期链路性能；而曲线A′-E′在BLER方面表示多个模拟SNR估计值中每个值的预期链路性能。从图可见，与使用恒定的匹配SNR估计相对应的曲线B和B′最接近于与使用标称SNR值相对应的曲线A和A′。然而，特别要注意的是表示使用恒定的高估SNR值的曲线C和C′产生的链路性能优于如图所示的使用恒定的低估SNR值的曲线D和D′所产生的链路性能，并显著地优于如图所示的使用基于帧的SNR估计的曲线E和E′所产生的链路性能。
图3举例说明按照本发明示例性实施例的诸如UMTS WCDMA接收机的接收机体系结构。如图所示，连同其它部件一道，接收机包括天线101、解调装置105、特播解码器110及SNR自适应装置315。接收机还包括功率控制系统，该功率控制系统包括SNR估计器115、功率控制器120和参考SNR模块125。
象在图1所示常规接收机体系结构中那样，接收信号从天线101传送到解调装置105和SNR估计器115。如上所述，SNR估计器115使用接收信号来计算每个功率控制间隔的SNR估计。SNR估计器115生成的SNR估计随后被传送到功率控制器120，并在该控制器中与参考SNR模块125生成的参考SNR相比较。随后，依据SNR估计器115生成的SNR估计与参考SNR模块125生成的参考SNR之间的比较，功率控制器120生成用于发射机的适当功率控制命令。
象常规设计中那样，解调装置105对接收信号进行解调，并由此生成换算的解码器输入量度。本领域的技术人员容易明白，由所采用的特定特播解码器实现来定义解码器输入量度。随后，解码器输入量度被传送到特播解码器106用于解码。
与图1所示常规接收机体系结构不同，图3的接收机中的特播解码器110依赖恒定或准恒定的SNR值来支持特播解码过程。按照本发明的最佳实施例，恒定或准恒定的SNR值是从参考SNR模块125生成的参考SNR值得到的。更具体地说，由参考SNR模块125生成的参考SNR被传送到SNR自适应装置315。随后，SNR自适应装置315根据一个或多个因素来修改参考SNR模块125生成的参考SNR，所述一个或多个因素包括但不限于与解调装置105生成的解码器输入量度相关的换算系数、编码率、功率设置和处理增益(即用于发送信号的控制信息和数据信息部分的扩展系数(spreading factor))。此外，SNR自适应模块315修改参考SNR，以便修改的SNR值与参考SNR相比是SNR的高估，例如，例如相差1至3dB。随后，修改的SNR从SNR自适应装置315传送到特播解码器110，该解码器使用准恒定的修改SNR值生成解码输出序列。
按照所述，修改的SNR值是准恒定的SNR值。修改的SNR值称为准恒定，这是因为参考SNR模块生成的参考SNR值实际上可能根据外部功率控制回路命令定期改变，其中外部功率控制回路可改变参考SNR来达到新的或不同的链路性能操作点(例如，新的或不同的BER或BLER)。然而，与基于时隙和基于帧的SNR值变化的速率相比，这些变化是“慢”的。
而且按照本发明的最佳实施例，SNR自适应装置315采用一种或多种嵌入式算法来处理参考SNR值的修改。本领域的技术人员将明白，可以利用常规工具和程序设计实践，通过软件、固件或其组合来实现所述一种或多种算法。
例如，SNR自适应装置315中所含的及由SNR自适应装置315执行的所述一个或多个SNR修改算法的其中之一可以处理对参考SNR值进行修改的任务，以便修改的SNR值与参考SNR值相比是略微高估的值。所述算法可通过将高估系数添加到参考SNR值来完成此任务，其中高估系数可以如上所述地为1至3dB。
所述一个或多个SNR修改算法的其中之二可以根据调制技术和/或与特播编码方案相关的编码率来处理对参考SNR值进行修改的任务。例如，如果要传送到接收机的信息序列以三分之一(1/3)编码率进行了特播编码，并根据组合两个(2)编码比特以形成每个符号的正交相移键控(QPSK)方案进行了调制，则所述算法可以按三分之二(2/3)调制/编码率系数来调整(例如乘)参考SNR值(这种情况下，SNR按照未编码比特的比特能量对噪音密度来表示)。然而，本领域的技术人员容易明白，在确定调制/编码率系数时，应将接收信号中的开销百分比(例如，相对数目的控制比特)考虑在内。
所述一个或多个SNR修改算法的其中之三可用于修改参考SNR值，以便补偿由解调装置105用于接收信号的换算系数。图4说明传播信道401的符号级模型(symbol-level model)及基本处理步骤，图中示出诸如解调装置105的常规WCDMA接收机解调装置中的第一射线(first ray)(即RAKE手指(finger))上执行的步骤。如图所示，传播信道模型用复信道加权g1对每个数据符号ds1∈{-1，+1}进行加权(例如乘)，之后将噪声系数n1添加到加权的比特值。解调装置105中的RAKE接收机(分离多径接收机)随后将该值乘以换算系数S，然后施加估计的复共轭信道加权g′1。于是由等式(1)给出了结果值dR1的实数分量(Re{.})。dR1＝Re{g′1*S*((ds1*g1)+n1)} (1)如图所示，分离多径接收机随后将该结果值dR1与其它射线的结果值相加。相加值dR随后被传送到特播解码器110，在该解码器中，按照等式(2)来确定关于dR是等于逻辑“1”还是等于逻辑“0”的概率(Pr)，LLR＝log[(Pr(ds＝-1)/dR)/(Pr(ds＝+1)/dR]＝dR/((1/4)*S*(SNR)-1) (2)其中，LLR是对数似然比，它反应ds为逻辑“1”或逻辑“0”的后验概率。
将会知道，为了从特播解码器110获得最佳性能结果，必须适当地对解码器输入量度dR重新换算。当然，有许多方案可以完成此任务。例如，可在解调装置105中完成重新换算。然而，这并不是始终可行的选择，因为解调装置105中RAKE接收机产生的量度例如可能传送到用于其它服务的维特比解码器，而该解码器没有采用特播解码并因而不需要重新换算。重新换算也可在特播解码器内完成。然而，由于所增加的重新换算输入量度所需的数学运算要求对特播解码器进行大量的修改，因此该方案可能不实用。
完成重新换算的另一方案是通过使用SNR自适应装置315来相应地调整参考SNR的值。然而应该指出，特别是对于上行链路信道，数据信息可能以不同于控制信息的功率电平设置发送。而且，与控制信息相比较，可对数据信息使用不同的扩展系数(处理增益)。由于换算系数S一般是功率设置和扩展系数的函数，如等式(3)所示，S＝256*(PS/(SFc*SFD))1/2(3)其中，PS表示数据信息信道与控制信息信道之间的相对功率电平设置，SFc表示与控制信息信道相关的扩展系数，SFD表示与数据信息信道相关的扩展系数，而值“256”是归一化因数，因此相应地用于修改参考SNR值的SNR自适应装置315中的SNR修改算法应自然地将功率电平设置和扩展系数(即处理增益)考虑在内。
在本发明的另一实施例中，SNR自适应装置315用于修改准恒定的SNR值，如上所述，该值实际上是通过在一段时间中对“快”的短期估计求平均而生成的长期SNR值，而不是由功率控制回路中参考SNR模块125生成的参考SNR值。然而，按照该实施例，SNR自适应装置315仍用于利用上述各种SNR修改算法来修改长期平均SNR值。
已参照示例性实施例对本发明进行了描述。然而，本领域的技术人员容易明白，在不脱离本发明精神的情况下，可以按与上述有所不同的具体形式来体现本发明。所述各个方面和示例性实施例是说明性的，总之它们不应视为限制性的。本发明的范围由后附权利要求书而不是上述说明规定，且在权利要求书范围内的本发明的所有变化及等效均包含在内。
权利要求
1.一种用于电信系统的接收机，所述接收机包括-解调装置(105)，它可以对接收的电信信号进行解调并产生换算的解码输入量度；-信噪比(SNR)自适应装置(315)，它可以对恒定或准恒定SNR值进行修改；以及特播解码器(110)，它连接到所述解调装置(105)和所述SNR自适应装置(315)，其中所述特播解码器(110)对所述接收信号进行解码，所述接收信号为所述解码输入量度和所述修改的参考SNR值的函数。
2.权利要求1的接收机，其特征在于所述恒定或准恒定SNR值是所述接收机中功率控制回路生成的参考SNR值。
3.权利要求1的接收机，其特征在于所述恒定或准恒定SNR值是通过对多个“快”的短期SNR估计求平均得到的。
4.权利要求3的接收机，其特征在于所述“快”的短期SNR估计是基于时隙的SNR估计。
5.权利要求3的接收机，其特征在于所述“快”的短期SNR估计是基于帧的SNR估计。
6.权利要求1的接收机，其特征在于所述参考SNR值由所述功率控制回路生成，所述参考SNR值是所需链路性能操作点的函数。
7.权利要求6的接收机，其特征在于所述参考SNR值是准恒定值，所述参考SNR值仅在需要不同的链路性能操作点时才改变。
8.权利要求6的接收机，其特征在于所述链路性能操作点是由所需误码率来定义的。
9.权利要求6的接收机，其特征在于所述链路性能操作点是由所需误码组率来定义的。
10.权利要求1的接收机，其特征在于所述SNR自适应装置可以对所述参考SNR进行修改，其中所述参考SNR是与所述解码输入量度相关的换算系数的函数。
11.权利要求1的接收机，其特征在于所述SNR自适应装置可以对所述参考SNR进行修改，以便所述修改的参考SNR反应实际SNR的高估。
12.权利要求1的接收机，其特征在于所述接收机是宽带码分多址接收机。
13.一种通用移动电信系统(UMTS)宽带码分多址(WCDMA)接收机，它包括接收天线，用于接收发送信号；解调装置，它连接到所述接收天线，其中所述解调装置可以对来自所述接收天线的接收信号进行解调，并可以由此生成换算的解码输入量度；功率控制回路，它连接到所述接收天线，其中所述功率控制回路可以生成发送功率控制命令，所述发送功率控制命令为参考信噪比(SNR)和SNR估计的函数，所述SNR估计是作为所述接收信号的函数来生成的；SNR自适应装置，它连接到所述功率控制回路，其中所述SNR自适应装置接收并修改所述参考SNR值；以及特播解码器，它连接到所述解调装置和所述SNR自适应装置，其中所述特播解码器对所述接收信号进行解码，所述接收信号为所述解码输入量度和所述修改的参考SNR值的函数。
14.权利要求13的WCDMA接收机，其特征在于所述功率控制回路包括参考SNR模块，其中所述参考SNR模块生成所述参考SNR，所述参考SNR为所需链路性能等级的函数。
15.权利要求14的WCDMA接收机，其特征在于所述参考SNR模块仅在需要不同的链路性能等级时才改变所述参考SNR。
16.权利要求15的WCDMA接收机，其特征在于所述参考SNR模块根据从外部功率控制回路接收的命令来生成所述参考SNR值。
17.权利要求13的WCDMA接收机，其特征在于所述SNR自适应装置对所述参考SNR值进行修改，所述所述参考SNR值为与所述解码输入量度相关的换算系数的函数。
18.权利要求13的WCDMA接收机，其特征在于所述SNR自适应装置对所述参考SNR值进行修改，以便所述修改的参考SNR值是实际SNR的高估。
19.权利要求13的WCDMA接收机，其特征在于所述SNR自适应装置根据编码率来对所述参考SNR值进行修改。
20.权利要求13的WCDMA接收机，其特征在于所述SNR自适应装置根据与包含在所述发送信号中的控制和数据信息相关的功率设置来对所述参考SNR值进行修改。
21.权利要求13的WCDMA接收机，其特征在于所述SNR自适应装置根据与包含在所述发送信号中的控制和数据信息相关的处理增益来对所述参考SNR值进行修改。
22.权利要求13的WCDMA接收机，其特征在于所述SNR自适应装置根据应用到所述发送信号的调制方案来对所述参考SNR值进行修改。
23.一种在电信系统接收机中对接收信号进行解码的方法，其中所述信号按照特播编码方案进行了编码，所述方法包括以下步骤对所述接收信号进行解调，以便生成解码输入量度；生成参考信噪比(SNR)值，所述参考信噪比(SNR)值为所需链路性能操作点的函数，其中所述参考SNR仅在需要不同的链路性能操作点时才改变；以及对所述接收信号进行解码，所述接收信号为所述解码输入量度和所述参考SNR的函数。
24.权利要求23的方法，其特征在于还包括以下步骤对所述参考SNR进行修改，所述参考SNR为与所述解码输入量度相关的换算系数的函数。
25.权利要求23的方法，其特征在于还包括以下步骤对所述参考SNR进行修改，以便所述修改的参考SNR是实际SNR的高估。
26.权利要求23的方法，其特征在于还包括以下步骤根据编码率来修改所述参考SNR。
27.权利要求23的方法，其特征在于还包括以下步骤根据与包含在发送信号中的控制和数据信息相关的功率设置来修改所述参考SNR，其中所述发送信号对应于所述接收信号。
28.权利要求23的方法，其特征在于还包括以下步骤根据与包含在发送信号中的控制和数据信息相关的处理增益来修改所述参考SNR，其中所述发送信号对应于所述接收信号。
29.权利要求23的方法，其特征在于还包括以下步骤根据调制方案来修改所述参考SNR。
30.权利要23的方法，其特征在于所述参考SNR值是由所述接收机中的功率控制回路生成的。
31.权利要求30的方法，其特征在于所述链路性能操作点是由所需误码率来定义的。
32.权利要求30的方法，其特征在于所述链路性能操作点是由所需误码组率来定义的。
33.权利要求23的方法，其特征在于所述接收机是宽带码分多址(WCDMA)接收机。
34.权利要求23的方法，其特征在于所述电信系统按照通用移动电信系统标准操作。
全文摘要
使用更准确、恒定或准恒定的参考信噪比值来支持对信息序列进行解码的处理,其中所述信息序列是已使用特播编码技术编码了的,特别是在UMTS WCDMA接收机中,这提高了解码处理的准确性,并由此提高了链路质量与整体系统性能。这可以通过利用参考SNR来完成,例如由接收机中的功率控制回路来生成所述参考SNR。更具体地说,本发明根据各种因素来修改参考SNR值,所述各种因素包括但不限于应用到解码器输入量度的换算系数、功率设置、处理增益、编码率和/或调制方案。
文档编号H04B7/005GK1352824SQ00808086
公开日2002年6月5日 申请日期2000年5月18日 优先权日1999年5月28日
发明者M·舒利斯特, D·格尔斯滕贝格, M·马夸尔德特 申请人:艾利森电话股份有限公司