用于卷积编码的低复杂度解码器

摘要

根据本发明的第一形式，本发明涉及传输错误校正方法，其中从通信信道接收来自待传输并通过卷积代码编码的二进制序列的至少两个经编码的二进制序列。所述方法的特征在于，该方法包括以下步骤：由两个接收经编码的二进制序列产生在通信信道上不存在传输错误的情况下一致的比较二进制序列；将比较二进制序列进行比较并且形成对应于两个比较二进制序列的逻辑运算异或的检测二进制序列；以及在比较二进制序列从分歧点开始分歧的情况下，验证从分歧点开始的由检测二进制序列的P位组成的序列是否对应于所列出的传输错误并且如果需要，则校正接收的经编码的二进制序列。

说明书

技术领域

本发明的领域为错误检测和校正码的领域，并且更精确地为被称 为卷积代码的领域。在这个范围内，本发明涉及用于卷积代码的低复 杂度解码器。

背景技术

卷积码形成灵活且有效的错误检测和校正码的类别。它们是目前 在固定和移动通信系统中应用最广泛的代码。术语“卷积”表示经编 码的位的序列是通过称为生成多项式的至少两个固定二进制序列的系 数对信息的位的序列进行卷积的结果。

通过卷积编码器完成对待发射的二进制数据的编码：该设备的输 出取决于待编码的当前信息(时刻n)以及之前的信息(时刻n-1、n-2、 n-K+1)和编码器的状态。参数K被称为代码的约束长度并且限定卷积 代码(2^K–1)的状态的数量。实际上，卷积编码器通过移位寄存器和“异 或(XOR)”形成。

解码一个代码的典型方式是将接收的序列y(n)与可能被发射的所 有可能序列x(n)进行比较并且选择它们中最可信的。这种处理方式具 有指数复杂度(随着接收的序列的大小而增加)并因此实际上无法完 成。观察到的消息和被解码的消息之间的距离的减小根据最大相似性 准则来完成。目前最普遍的并且特别集成到许多大众产品(GSM、WiFi 等等)中的解码方法是基于维特比(Viterbi)算法(这是考虑了由所使 用的卷积代码的生成多项式产生的网格的重复结构的动态规划算法)。 它允许接收字y来确定最接近的代码字x(根据最大似然准则)。采用 最大似然的解码包括在代码的网格中查找最接近所接收的序列的路 径。

维特比解码器的缺点是其复杂度较高并且其不能与用于执行解码 的接收机的软件资源兼容。该复杂度还意味着电力消耗，其能显示出 相对于一些接收机资源(尤其是便携式单元)是过度的。

因此，需要一种相对于基于维特比算法的那些方案具有非常低复 杂度的卷积代码的解码方案。

还应当注意，在实际中，维特比解码器不能执行具有大于7的约 束长度的卷积代码的解码，因为它的复杂度会增长到被禁止的点。因 此应当理解，校正功率(或编码增益)在现实中是受限的。

发明内容

本发明的目的是提出一种低复杂度的卷积代码解码器并且为此 目的根据第一方面提出一种用于校正传输错误的方法，其中至少两个 经编码的二进制序列中的每一个对应于利用各自的生成多项式系数对 待传输相同二进制序列进行卷积的结果并且从通信信道进行接收，其 特征在于该方法包括由以下组成的步骤：

-由两个接收的经编码的二进制序列产生比较二进制序列，其在 通信信道上不存在传输错误的情况下一致；

-将比较二进制序列进行比较并且形成对应于两个比较二进制序 列的逻辑运算XOR的检测二进制序列；

-在比较二进制序列从分歧点开始分歧的情况下，验证从该分歧 点开始的由检测二进制序列的P位组成的序列是否对应于所列出的传 输错误，并且如果需要，则校正接收的经编码的二进制序列。

根据第二方面，本发明涉及一种数据接收机，其特征在于，该数 据接收机包括卷积代码解码器，该卷积代码解码器包括用于存储所列 出的传输错误的存储器和配置成执行根据本发明的第一方面的方法。

本发明还延伸至包括根据本发明的第二方面的发射机和接收机 的数据传输系统。

附图说明

根据以非限制性示例给出的并且参照唯一附加的图1的本发明的 优选实施方案的以下详细描述，本发明的其他方面、目的和优点将更 清楚地显现出来，图1示出了形成本发明的主题的解码器的示意图。

具体实施方式

根据本发明的初始方面，本发明涉及一种用于校正由对通过卷积 代码传输的并且在通信信道上传输的消息进行编码导致的至少两个经 编码的二进制序列中的传输错误的方法。

经编码的二进制序列的每一个优选为执行两个生成多项式的对 待传输的相同二进制“源”序列进行卷积编码的结果。这产生了两个 经编码的二进制序列，经编码的二进制序列的每一个对应于利用各自 的生成多项式的系数对待传输的二进制“源”序列进行卷积的结果， 具体而言，第一二进制序列由待传输的二进制序列与第一生成多项式 卷积产生，以及第二二进制序列由待传输的二进制序列与第二生成多 项式卷积产生，第二生成多项式与第一生成多项式不同。

以纯说明性示例的方式，通过编码器在等于7的约束长度上实施 运行生成多项式[133]₈和[171]₈(八进制)的卷积代码而产生经编码的二 进制序列。这些多项式的系数如下：[1011011]₂和[1111001]₂。

很明显地，本发明不受由所使用的卷积代码所采用的生成多项式 的数量的限制。因此，如果所使用的卷积代码包括两个以上的生成多 项式，并且因此产生了两个以上的二进制序列，通过例如并行或依次 处理所有的二进制序列对，其可以产生基于使用两个二进制序列的最 简单的情况(优选本文以下所描述的情况)，二进制序列对可利用由所 使用的卷积代码产生的二进制序列的集合形成。

参照图1，用于校正错误的方法以从通信信道接收至少两个接收 的经编码的二进制序列A_RX和B_RX开始(这两个序列通过去交错而从 相同的“源”二进制序列中提取)。

在通过图1中的框10表示的第一步骤期间，从两个接收的经编 码的二进制序列A_RX、B_RX产生比较二进制序列A_DEC、B_DEC，其在通信 信道上不存在传输错误的情况下一致。

根据第一实施方案，通过利用已用于编码其他接收的经编码的二 进制序列的生成多项式的系数创建接收的经编码的二进制序列A_RX、 B_RX的每一个的卷积而产生比较二进制序列A_DEC、B_DEC。在下文中，M 被标注为待传输的二进制序列，P_A、P_B分别被标注为分别对应于产生 在通信信道上传输的经编码的序列A_TX(＝M*P_A)、B_TX(＝M*P_B)的生成 多项式，经编码的序列A_TX(＝M*P_A)、B_TX(＝MP_B)分别以接收的经编码 的序列A_RX、B_RX的形式从通信信道上接收。在该第一实施方案的范围 内，多项式P_B用于对序列A_RX进行卷积并且多项式P_A用于对序列B_RX进行卷积。在信道上不存在传输错误的情况下(A_TX＝A_RX并且B_TX＝ B_RX)，比较二进制序列是相同的：A_DEC＝A_RX*P_B＝A_TX*P_B＝M*P_A*P_B并 且B_DEC＝B_RX*P_A＝B_TX*P_A＝M*P_B*P_A。

根据第二实施方案，通过已用于在发射中编码接收的经编码的二 进制序列的生成多项式对接收的经编码的二进制序列的每一个进行去 卷积来产生比较二进制序列A_DEC、B_DEC。在信道上不存在传输错误的 情况下，比较二进制序列是相同的并且对应于待发送的序列：A_DEC＝ A_RX*1/P_A＝A_TX*1/P_A＝M*P_A*1/P_A＝M并且B_DEC＝B_RX*1/P_B＝B_TX*1/P_B＝M* P_B*1/P_B＝M。

从此处显而易见的是，在本发明的有利的变型实施方案中，这两 个实施方案共同用于产生两对比较二进制序列。

通过框20所示，接下来将比较二进制序列A_DEC、B_DEC进行比较 并且形成对应于两个比较二进制序列的逻辑运算XOR的检测二进制序 列X。

在不存在错误的情况下，比较二进制序列A_DEC和B_DEC一定完全 一致。在存在错误的情况下，由于检测二进制序列X，它们将从易于 识别的某点(分歧点D)开始分歧。与该点相关的时间指针精确地标 记错误的序列的开始。图1中的框30显示出这样的分歧点的检测，而 框40示出了如果D超过待解码的二进制序列的长度N，则不进行校正 并且解码结束。

通过框50和60所示，下一步骤是验证从分歧点开始的由检测二 进制序列的P位组成的序列是否对应于所列出的传输错误。如果需要， 则校正接收的经编码的二进制序列(框70)。

应当注意的是，在第一实施例的情况下P例如等于2K–1，并且 在第一实施例的情况下P例如等于K，K表示卷积代码的约束长度。

根据实施方案，所述序列用于计算例如对应于包括连续的位X(D) 到X(D+P–1)的整数的度量(框50)。该度量识别是否需要检测错误的 序列(框60，在框60期间验证度量是否已知)。因此，在本发明的范 围内，已列出一定量的简单错误(单个、两个、三个和四个)，每个错 误与度量的值相关。因此，如果以这种方式从由连续的位X(D)到 X(D+P–1)组成的序列计算得到的度量对应于所列出的错误，则校正接 收的经编码的二进制序列(框70)。

保留用于检测简单错误的度量的值可以如下(下面的列表不是穷 举的)：

如果在图1的框60中，度量没有对应于所列出的错误中的任何 一个，则根据本发明的实施方案，可执行接收的经编码的二进制序列 的维特比解码。

优选地，本发明根据在图1的框60中度量没有对应于所列出的 错误中的任何一个的时候提出该机制。首先，假设接收的经编码的二 进制序列中仅一个(例如，A_RX)被破坏并且进行校正(框80)，其被 假定为在该接收的经编码的二进制序列中的错误(例如单个错误)以 形成经校正的序列(在下文中被标注为A’_RX)。

接下来的目的是验证该校正。为此，由经校正的序列A’_RX形成新 的比较二进制序列A’_DEC，新的比较二进制序列A’_DEC在通信信道上不 存在传输错误的情况下与由第二接收的经编码的二进制序列形成的比 较二进制序列B_DEC一致。根据之前描述的两个实施方案中的一个，与 二进制序列A_DEC类似地获得新的比较二进制序列A’_DEC。

如果新的比较二进制序列A’_DEC和由第二接收的经编码的二进制 序列形成的比较二进制序列B_DEC之间的分歧出现晚于之前检测的两个 比较二进制序列A_DEC和B_DEC之间的分歧，则验证对序列A_RX进行的校 正(框90)。因此，如果与新的分歧点有关的时间指针超过之前的分歧 点至少一个单元，则校正是有效的，并且错误校正方法继续。

否则，取消对A_RX的校正(框100)，并且假定序列B_RX被破坏。 对被认为是错误的该序列B_RX进行校正(框110)并且错误校正方法继 续。

优选地，当经校正的错误的数量超过给定限制时，结束错误校正 方法。

以上描述了比较二进制序列A_DEC和B_DEC的两个实施方案。在本 发明的有利的变型实施方案中，这两个实施方案共同用于产生两对比 较二进制序列。接下来，形成两个二进制检测序列，每个来自于对所 述对中的一个的比较二进制序列的比较，并且在存在传输错误的情况 下计算两个度量m1(对应于执行第一实施方案)和m2(对应于执行 第二实施方案)。由于度量可对应于若干传输错误的情况(profils)，具 有两个度量可通过利用第二度量清理由第一度量导致的模糊性来区分 单个传输错误情况。以这种方式可校正大量的错误。

因此应当理解，本发明涉及仅一个或另一个度量的使用，并且优 选地涉及两个度量一起使用，度量m2起清理因度量m1而突出的任意 模糊性，反之亦然。

在接收机侧的解调器输出上使用硬判决的情况下，形成本发明的 主题的解码器的性能接近维特比解码器的性能。然而，与维特比解码 器相比，根据本发明的解码器的复杂度非常低，使得即使软件资源受 限，仍可实现这种解码器。因此，根据本发明的解码器代表维特比解 码器的有利替代方案，显著地减小硅的表面、运算的数量和实现和运 算卷积代码的解码器所需的电力消耗。该替代方案还有利地证明它能 够解码具有大于7的约束长度的卷积代码(在实际中，维特比解码器 由于其复杂度将被禁止而不能完成)，并且因此能够实现显著的编码增 益。

本发明所实现的应用涉及根据例如编码解码器G.726，尤其是在 基于无线电话标准DECT(欧洲数字无绳电话)的通信的范围内执行音 频压缩的通信。编码解码器G.726的比特率可以为16、24、32或40 kbits/s。本发明提出以低于最大速率的比特率配置编码解码器(例如， 在通常以32kbits/s使用的应用中以16kbit/s)并且利用当前空闲的二 进制空间(16kbits/s)来运行信道编码。

应当很明显的是，本发明不限于根据它的第一方面的传输错误的 校正方法，而且还延伸到接收包含卷积代码解码器的数据，该卷积代 码解码器包括用于存储所列出的传输错误的存储器和配置成执行根据 本发明的第一方面的方法的处理器。本发明还延伸至包括发射机和接 收机的数据传输系统，其包含根据本发明的卷积代码解码器。发射机 可特别包含配置成根据以低于所述编码解码器的最大比特率的比特率 的编码解码器运行声音数据的压缩并且执行对使用通过所述低比特率 而空闲的二进制空间压缩的声音数据的卷积编码。