專利名稱：移動通信系統(tǒng)中規(guī)范化分量解碼器的度量值的設(shè)備和方法
背景技術(shù)：
1.發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明一般涉及用于移動通信系統(tǒng)的迭代解碼設(shè)備和方法，并且特別涉及用于將移動通信系統(tǒng)中的迭代解碼器的分量解碼器中累加的度量值進行規(guī)范化的設(shè)備和方法。
2.相關(guān)技術(shù)描述通常，在使用快速碼(turbo code)的諸如IMT-2000(或CDMA-2000和UMTS)系統(tǒng)的移動通信系統(tǒng)中使用迭代解碼。此外，在使用級連卷積碼、級連塊碼或乘積碼的深空間通信系統(tǒng)和衛(wèi)星通信系統(tǒng)中也使用迭代解碼。迭代解碼的技術(shù)領(lǐng)域涉及軟判決和糾錯碼的最優(yōu)性能。


圖1示出了包括兩個分量解碼器的普通迭代解碼器。參照圖1，第一分量解碼器101接收系統(tǒng)碼信號Xk、多路分解器107(該多路分解器107多路分解輸入的奇偶信號Yk)提供的第一奇偶信號Y1k和第一外來信息信號。第一分量解碼器101對接收的信號執(zhí)行解碼，以輸出涉及解碼結(jié)果的初次解碼信號。該信號由系統(tǒng)碼信號Xk成分和第二外來信息成分構(gòu)成。第二分量解碼器105接收交織器103輸出的初次解碼信號和多路分解器107提供的第二奇偶信號Y2k。第二分量解碼器105解碼接收的初次解碼信號和第二奇偶信號Y2k，將二次解碼信號輸出給解交織器111。此外，第二分量解碼器105將外來信息成分通過解交織器109提供給第一分量解碼器101。
如圖2所示，第一分量解碼器包括執(zhí)行支路度量計算的支路度量計算部分(branch metric calculation part，BMC)113和在每個狀態(tài)下執(zhí)行度量計算并且比較以選擇具有較少差錯的路徑的加法比較與選擇部分(add & compare &selection part，ACS)115。
通常，這樣的迭代解碼器按照下列等式1計算度量值Mt。 其中，Mt在時間t累加的度量值，ut用于系統(tǒng)位的碼字，用于Xk每位的碼字，xt，j用于冗余位的碼字，yt，j用于信道的接收值(系統(tǒng)+冗余)，Lc信道可靠性值，和L(ut)時間t的在先可靠性值(a-prior reliability value)從等式1應(yīng)注意，隨著每個度量計算，度量值Mt由于第二、第三和第四項而連續(xù)增長。對于硬件實現(xiàn)，度量值應(yīng)該有一個特定范圍內(nèi)的值，以避免上溢問題。然而，迭代解碼器的基本用途是執(zhí)行迭代解碼，以改善解碼性能(及，BER(Bit Error Rate，位差錯率))或FER(Frame Error Rate，幀差錯率))。于是，為迭代解碼器在連續(xù)迭代之后實現(xiàn)其目的，度量值可以增加到超過特定范圍。因此，如果當設(shè)計解碼器的硬件時假定了度量值的特定范圍，度量值可能會超過該范圍并且出現(xiàn)上溢問題。
本發(fā)明的簡述因此，本發(fā)明的目的在于提供一種規(guī)范化分量解碼器的度量值的設(shè)備和方法，其中，當目前狀態(tài)的所有累加度量值超過一閾值時，該累加的度量值在減去一特定值之后被規(guī)范化到一個給定級。
為了實現(xiàn)上述目的，提供了一種解碼器，該解碼器使用在多個持續(xù)時間的多個度量值的轉(zhuǎn)變(transition)。該解碼器包括判決電路，當度量值都超過預(yù)定值時，產(chǎn)生一判決信號；一減法器，響應(yīng)于所述判決信號，從度量值減去所述預(yù)定值，以規(guī)范化所述度量值。判決電路包括多個存儲器，用于存儲具有預(yù)定位數(shù)的相應(yīng)度量值；一與非門(NAND)，當在各存儲器中提供的最高有效位(MSB)值均為“1”(高信號)時，提供判決信號(“1”或高信號)。當所述與非門輸出一高判決信號時，所述減法器復(fù)位每個存儲器中的MSB，于是從每個度量值中減去一預(yù)定量。
附圖的簡單描述從下面參照附圖的詳細描述中，本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點將變得更清楚，其中圖1是包括兩個分量解碼器的迭代解碼器的框圖；圖2是圖1的分量解碼器的詳細框圖；圖3是按照本發(fā)明第一實施例的具有在分量解碼器的ACS中的度量值規(guī)范化設(shè)備的分量解碼器的ACS簡圖；圖4是按照本發(fā)明第一實施例的度量值規(guī)范化過程流程圖；圖5是按照本發(fā)明第二實施例的具有在分量解碼器的ACS中的度量值規(guī)范化設(shè)備的分量解碼器的ACS簡圖；圖6是按照本發(fā)明第二實施例的用于規(guī)范化度量值的度量值存儲存儲器的格式圖；圖7是按照本發(fā)明第二實施例的度量值規(guī)范化過程的流程圖；圖8A和8B是碼元的正確路徑、不正確路徑和路徑間差和量化映射的圖；圖9A到9C是按照信噪比的正確路徑和不正確路徑圖；圖10是作為能量噪聲比Eb/No的函數(shù)的在飽和狀態(tài)的Δmax值的圖。
優(yōu)選實施例的詳細描述用于本發(fā)明的分量解碼器的ACS，當度量值超過閾值時，在從其減去一特定值之后規(guī)范化度量值。
按照本發(fā)明有兩種方法用于規(guī)范化累加的度量值。對于第一種方法，當各個狀態(tài)的累加度量值之一超過閾值時，使用最小累加度量值規(guī)范化累加度量值。對于第二種方法，當所有累加度量值超過閾值時，使用預(yù)定值規(guī)范化累加度量值。
用于本發(fā)明的ACS的規(guī)范化可以代替上面參照圖2描述的迭代解碼器101的ACS 115的規(guī)范化。
A.第一實施例將參照圖3描述第一實施例。圖3示出了本發(fā)明第一實施例的用于約束長度K＝3的具有度量值規(guī)范化設(shè)備的ACS結(jié)構(gòu)。
參照圖3，將描述度量值規(guī)范化設(shè)備。圖3示出了四個“當前狀態(tài)”，每一個狀態(tài)都具有一個度量值。對于K＝3的度量值，移位寄存器的數(shù)目是2，可能狀態(tài)數(shù)是4。具有閾值的比較器117檢測每個狀態(tài)的度量值。當檢測的度量值都超過閾值時，比較器117輸出一特定值到加法器125a-125d，每個加法器連接在一個當前狀態(tài)和一個下一個狀態(tài)之間。然后加法器125a-125d從當前狀態(tài)的累加度量值中減去特定值，然后將得到的結(jié)果值輸出到下一個狀態(tài)。在描述中術(shù)語“當前狀態(tài)的累加度量值”和“當前狀態(tài)的度量值”可以交替使用，以強調(diào)當前狀態(tài)的度量值用連續(xù)度量計算累加。
圖4示出了按照本發(fā)明第一實施例的規(guī)范化度量值的過程。參照圖4，在步驟401，比較器117檢測四個當前狀態(tài)的度量值。在檢測度量值之后，在步驟403，比較器117檢查是否至少一個檢測的累加度量值超過閾值。當任意一個累加度量值都不超過閾值時，比較器117進行到步驟407，以執(zhí)行正常ACS操作。如果至少一個累加度量值超過閾值，則在步驟405，比較器117輸出四個檢測的累加度量值的最小值到加法器125a-125d。然后，加法器125a-125d從所有四個累加度量值中減去最小累加度量值，然后轉(zhuǎn)變到下一個狀態(tài)。之后，如在步驟407中表示的，解碼器接著進行通常的ACS操作。
B.第二實施例下面描述第二實施例。
圖5示出了按照本發(fā)明第二實施例的ACS的規(guī)范化塊的結(jié)構(gòu)。參照圖5，比較器包括多個存儲器130、132、134和136，用于存儲各個狀態(tài)的累加度量值；與(AND)門121，用于判定存儲在存儲器130、132、134和136中的所有累加度量值是否超過閾值；和反相器119，用于響應(yīng)于從與門121輸出的高信號復(fù)位各存儲器130、132、134和136的最高有效位(mostsignificant bit，MSB)。
參照圖6描述存儲器的格式。在此將假定每個累加度量值u0k，u1k，u2k，u3k具有每個樣本的8位加一個附加位，該附加位用于防止累加度量值的上溢。于是累加度量值的每個樣本共有9位。參照圖5，與門121接收存儲器130、132、134和136的最高有效位(MSB)第9位，并且當所有輸入信號是‘1’時，產(chǎn)生高輸出信號。即，當來自存儲器130、132、134和136的任何一個MSB不是‘ 1’時，與門121沒有產(chǎn)生輸出信號(“低”信號)。當來自存儲器的所有MSB是“高”或‘1’時，與門121產(chǎn)生高信號。當與門121輸出高信號時，反相器119輸出一復(fù)位信號到存儲器130、132、134和136的MSB，從而復(fù)位MSB。這等效于從每個累加度量值減去256值，于是使累加度量值用8位表達。
此外，假定兩個狀態(tài)的累加度量值之間的差是Δk＝(uik-ujk)≤Δmax，其中，i和j是0，1，2，3之一，及k是任意時間點。此外，假定兩個狀態(tài)的累加度量值之間的最大差值Δmax＝255＝28-1。最后，假定u1k是具有最小值的度量值，和u3k是具有最大值的度量值，如圖6所示。
至于下溢，當在時間k的度量值的MSB均為‘1’時，最小值是256。例如，由于最小值是‘100000000’(＝256)，即使復(fù)位MSB也不會引起下溢。
在上述假設(shè)下，如果u3k的MSB是‘1’，其它狀態(tài)的MSB是‘0’或‘1’。在uik(0≤i≤3)的所有MSB都變成‘1’之前，即使u3k的MSB(并且可能一個或兩個其它度量值)是“1”，也不會發(fā)生進位。即，在所有MSB都變成‘1’之前，對于它們中的任何一個都沒有在第9位發(fā)生進位。這意味著Δk不超過Δmax。
圖7給出了按照第二實施例的規(guī)范化度量值的過程流程圖。參照圖5和7，在步驟501，比較器117按具體項檢測累加的每個度量值，在比較器117a中的與門121檢測(或接收)各當前狀態(tài)的累加度量值的MSB。一旦接收到當前狀態(tài)的MSB，比較器117就確定各當前狀態(tài)的所有累加度量值是否超過閾值時間。即，如在判決塊503中表示的，比較器117的與門121確定是否所有的MSB都是‘1’。當任意一個MSB不是‘1’時，比較器117a進行到步驟507，以進行正常的ACS操作。當累加度量值的所有MSB是‘1’時，比較器117a進行到步驟505，在此，從每個度量值中減去閾值，由此進行步驟505。即，所有MSB都被復(fù)位。這對應(yīng)于與門121向反相器119提供一個高信號，反相器119響應(yīng)輸出一個復(fù)位信號到各累加度量值的MSB，從而復(fù)位MSB。在復(fù)位MSB之后，如步驟507中所示，比較器117a執(zhí)行正常的ACS操作。
現(xiàn)在參照圖8A到10，進一步描述上述提到的Δmax。對于Δk＜Δmax，不發(fā)生上溢。Δmax在低Eb/No時具有較低值，在高Eb/No時具有較高值。即，度量值之間的差值在低Eb/No時具有較低值，在高Eb/No時具有較高值。這是因為在低Eb/No時的噪聲增加，減少了差值，并且在高Eb/No時，噪聲可忽略，增加了度量值之間的差值Δmax。因此，如何在高Eb/No時設(shè)定Δmax值很重要。在第一情況下，可以簡單考慮當Eb/No是無窮大時，Δmax是無窮大。然而，例如，在SOVA(Soft Output Viterbi Algorithm，軟輸出維特比算法)中，度量差限定到由dfree確定的一個常數(shù)。
例如，假定每個樣本4位，碼速率R＝1/3，K＝9，并且卷積碼發(fā)送一個全零碼字‘000’。在該種情況下，對于高Eb/No，在全零路徑和dfree路徑之間的比較/選擇期間，發(fā)生大部分差錯，如圖8A所示。此處，支路度量值和路徑度量值分別由下面的等式2和3計算。
此處，l＝0，1，2和3，Ck，l是碼字， 是接收的信號，k是給定時間，l是碼字索引，和i是相對索引。
因此，Δik＝uis，k-uic，k≤Δmax，其中，‘s’表示幸存路徑，并且‘c’表示競爭路徑。需要計算在高Eb/No時的Δmax，其中Δik具有最大值。這表示如果Δik低于高Eb/No時的Δmax，其中Δik具有最大值，則度量值之間的差值不超過Δmax。
在給定狀態(tài)‘i’下，存在全零路徑和dfree路徑的兩條路徑之間的度量差。圖8B示出了取決于dfree碼元的兩條路徑之間的差值。
換言之，幸存路徑度量是通過將零路徑的路徑度量與前一時間點處在第一狀態(tài)的度量值相加獲得的值，并且競爭路徑度量是通過將競爭路徑的路徑度量與前一時間點處在第二狀態(tài)的度量值相加獲得的值。此時，由于第二狀態(tài)和比較時間之間的路徑度量大于第一狀態(tài)和比較時間之間的路徑度量，差值Δmax等于或大于Δik。因此，當Δmax滿足時，Δik也滿足。即，差值不超過Δmax意味著在上述時間點處兩個狀態(tài)之間的度量值差不超過Δmax。
下面給出度量值(對于K＝9，R＝1/3，C.C(Convolutional Coder，卷積編碼器)的dfree＝18)Δk＝|u0s，k-u0c，k|＝|M-(M+dfree×15)|＝|dfree×15|＝18×15＝270
此處，M表示在幸存路徑和競爭路徑的支路點處的度量值。因此，當Δmax≤270的條件滿足時，各狀態(tài)之間的差值不超過Δmax。由于假定每個樣本4位，故存儲度量值的存儲器數(shù)目是8，并且由于增加了1位存儲器以防止上溢，故Δmax＝29＝512。由于270＜512，故上述條件滿足。
圖9A示出了在高信噪比時的Δmax值，并且Δmax值由下式計算Δmax＝dfree×Max(Q[ctot]) …(4)此處，Q表示量化級，并且Max(Q[.])表示‘0’和‘1’之間的距離。例如，對于每個樣本4位，Q＝16并且Max(Q[.])＝15，而對于每個樣本3位，Q＝8并且Max(Q[.])＝7。
圖9B示出了中級信噪比時的Δmax值，并且此時的Δmax值由下式計算Δmax＝(dfree+δ)×Max(Q[.]) …等式5其中由噪聲引起的δ具有很小的值，并且小于或等于在C.C(卷積編碼器)中的2×dfree×Max(Q[ctot])。然而，沒有發(fā)生如在等式5中加上δ的情況。
圖9C示出了低信噪比時的Δmax值，并且此時的Δmax值由下式計算Δmax＝(dfree-δ)×Max(Q[.])…(6)因此，如圖10所示，請注意Δmax值隨著Eb/No一點點地增加，并且在某一點開始飽和。當Δmax滿足等式5時，同樣也滿足等式6。
下面，將描述在CDMA-2000系統(tǒng)中的C.C特性。
對于K＝9和R＝1/2，dfree＝12并且下一個dfree14，16，18，20對于K＝9和R＝1/3，dfree＝18并且下一個dfree20，22對于K＝9和R＝1/4，dfree＝24并且下一個dfree26，18下面的表1示出了在C.C中的Δmax值。
表1
因此，要被添加以防止為度量值分配的每樣本8位的位數(shù)確定如下
對于R＝1/2，位數(shù)是1，因為28＝256和180＜256；對于R＝1/3，位數(shù)是2，因為29＝512和270＜512；并且，對于R＝1/4，位數(shù)是2，因為29＝512和360＜512。換言之，由于對于碼速率R＝1/2需要8位，需要只添加1位以防止上溢。此外，對于碼速率R＝1/3需要9位，需要只添加1位。此外，對于碼速率R＝1/4需要9位，需要添加1位。因此，通過只添加1位到按照碼速率需要的位數(shù)，就能夠防止上溢。
如上所述，通過規(guī)范化用于解碼的累加度量值，本發(fā)明的新穎設(shè)備能夠防止由于上溢引起的差錯，由此增加了存儲器的有效使用。
盡管已經(jīng)參照本發(fā)明的優(yōu)選實施例示出和描述了本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解可以對其進行形式和細節(jié)上的各種變換，而不脫離所附權(quán)利要求定義的本發(fā)明的實質(zhì)和范圍。
權(quán)利要求
1.一種使用在多個持續(xù)時間的多個度量值的轉(zhuǎn)變的解碼器，包括一判決電路，當度量值都超過預(yù)定值時，產(chǎn)生判決信號；和一減法器，響應(yīng)于所述判決信號，從所述度量值中減去所述預(yù)定值。
2.如權(quán)利要求1所述的解碼器，其中，所述判決電路包括具有預(yù)定位數(shù)的多個存儲器，每一個存儲器存儲所述多個度量值之一；和一與非門，接收從各個所述存儲器提供的最高有效位(MSB)值作為輸入，并且當所有的MSB值都為高時，所述與非門輸出提供高(HIGH)判決信號。
3.如權(quán)利要求2所述的解碼器，其中，所述減法器包括一反相器，該反相器具有和所述與非門的輸出連接的輸入端以及與所述存儲器的MSB連接的輸出端，由與非門輸出到反相器的高判決信號產(chǎn)生復(fù)位所述各存儲器的MSB值的反相器輸出。
4.一種在使用多個持續(xù)時間的多個度量值的轉(zhuǎn)變的解碼器中規(guī)范化度量值的方法，該方法包括步驟確定是否所有的度量值都超過一預(yù)定值；和當所有的度量值都超過所述預(yù)定值時，從所述度量值中減去所述預(yù)定值，以轉(zhuǎn)變到下一個狀態(tài)。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中，從所述度量值中減去所述預(yù)定值的步驟包括復(fù)位包含所述度量值的多個存儲器的MSB的步驟。
6.一種在使用多個持續(xù)時間的多個度量值的轉(zhuǎn)變、并且具有用于存儲有著預(yù)定位數(shù)的度量值的多個存儲器的解碼器中規(guī)范化度量值的方法，該方法包括步驟確定是否所述各存儲器的MSB值均為‘1’；和當所述MSB值均為‘1’時，復(fù)位所述MSB值。
全文摘要
公開了一種使用在多個持續(xù)時間的多個度量值轉(zhuǎn)變的解碼器,該解碼器包括:判決電路,當度量值都超過預(yù)定值時,產(chǎn)生判決信號;減法器,響應(yīng)于所述判決信號,從所述度量值中減去所述預(yù)定值,以便規(guī)范化所述度量值。判決電路包括:具有存儲相應(yīng)度量值的預(yù)定位數(shù)的多個存儲器;與非門,對從各存儲器提供的最高有效位(MSB)值進行與非運算。當所有MSB值是高或“1”時,所述與非門產(chǎn)生啟動各存儲器的MSB值復(fù)位的判決信號。
文檔編號H03M13/41GK1376337SQ99814741
公開日2002年10月23日 申請日期1999年12月30日 優(yōu)先權(quán)日1998年12月31日
發(fā)明者金潣龜, 金炳朝, 李永煥, 金世亨 申請人:三星電子株式會社