CN100391108C - Turbo解码器及其所使用的动态解码方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种turbo解码方法，其能够提高对是否结束解码进行的确定的效率。如果开始了turbo解码器的解码，则导出元素解码器的软判决值，并且ECR标准导出部分从该软判决值估计当前帧的ECR。如果根据与上一ECR值的比较结果以及最大解码重复次数，对turbo解码器的解码结束确定的结果是结束，则输出硬判决值和解码结果，而如果未确定为结束，则累加重复次数以重复上述处理。

Description

Turbo解码器及其所使用的动态解码方法

技术领域

本发明涉及turbo解码器及其所使用的动态解码方法，更具体地说，本发明涉及控制turbo解码器中的解码重复次数的方法。

背景技术

为了防止无线电通信***的接收质量的下降，高纠错编码技术是非常重要的。turbo编码是一种用于实现接近信息论极限的传输特性的纠错编码方法，特征在于级联(concatenation)编码和重复解码，所述级联编码用于通过连接多个序列来创建代码字，其中信息序列和重排的信息序列分别由元素编码器所编码，而所述重复解码用于在利用其他解码结果的同时，重复地执行对应于每个元素代码的解码(例如参见日本专利在先公开No.2002-1 90745，pp5-6和图2)。

对于传统的重复解码方法，一般预先规定重复次数。重复次数是基于通过计算机仿真而进行的性能估计的结果而设置的。

通常不执行任何用于动态改变重复次数的控制。一般地，重复解码中执行多次的软输入软输出解码具有大量的计算量。

然而，对于传统的重复解码方法，存在这样的一些情况，其中由于通信信道的不稳定状态，多数接收序列通过重复解码操作若干次而被正确地解码。而即使重复固定次数的一般的解码方法已经获得了正确的解码结果，重复解码也被实施了预定的次数。

另一方面，对于传统的重复解码方法，错误已显著减少，并且存在这样一些情形，其中通过多执行一次解码处理就很可能纠正所有的错误。然而，如果传统的turbo解码器执行已设置的次数的解码，则它会输出包含本来的错误的解码结果而不考虑这一状态。因此，为了实现有效的turbo解码，需要一种动态解码方法。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种turbo解码器及其所使用的动态解码方法，其能够解决所述问题，并显著地提高对是否结束解码进行的确定的效率。

根据本发明的turbo解码器是用于下述***中的turbo解码器，该***用于执行级联编码处理和重复解码处理，所述级联编码处理用于通过连接多个序列来创建代码字，其中信息序列和重排的信息序列分别由元素编码器所编码，而所述重复解码用于在利用其他解码结果的同时重复地执行对应于元素解码器的每个元素代码的解码，其中，所述解码器具有下述装置：用于导出所述元素解码器的软判决值的装置，所述元素解码器用于为了估计所发送的数据而执行软判决解码；用于从已导出的软判决值来估计一个帧的平均估计正确率的装置；以及用于基于所述平均估计正确率，确定所述重复解码处理的结束的装置，该装置根据当前帧的平均估计正确率和先前帧的平均估计正确率之间的比较结果，确定重复解码处理的结束。

根据本发明的动态解码方法是用于下述***的动态解码方法，该***包括编码器和解码器，所述编码器用于执行级联编码处理，以通过连接多个序列来创建代码字，其中信息序列和重排的信息序列分别由元素编码器所编码，而所述解码器用于执行重复解码处理，以在利用其他解码结果的同时重复地执行对应于元素解码器的每个元素代码的解码，其中，所述解码器执行如下步骤：导出所述元素解码器的软判决值，所述元素解码器用于为了估计所发送的数据而执行软判决解码；从已导出的软判决值来估计一个帧的平均估计正确率；以及基于所述平均估计正确率，确定所述重复解码处理的结束，该步骤根据当前帧的平均估计正确率和先前帧的平均估计正确率之间的比较结果，确定重复解码处理的结束。

更具体地说，在无线电通信***的turbo解码中，根据本发明的动态解码方法通过估计ECR(估计正确率：帧数据的平均估计正确率)来确定软判决解码的重复的结束，以提高所述确定的效率。

根据本发明的动态解码方法，提高了turbo解码的处理速度，并且该方法可通过增加一个简单的体系结构来实现，因此其实现很容易。

如上所述，根据本发明的动态解码方法，可以显著地提高对是否结束解码进行的确定的效率。因此它提高了turbo解码的处理速度，并消除了turbo解码的冗余解码操作，以允许减小设备功耗。

并且，本发明的动态解码方法可通过增加简单的电路来实现。因此其实现变得更加容易，解码次数变得动态可控制以对应于通信信道状态等等，因此可提高解码精度。

在将turbo解码器安装在严格要求通信实时进行的设备(例如移动电话)上的情形下，解码结束的确定处理的这种提高了的效率是尤其必需的。

附图说明

图1是一个框图，示出了根据本发明实施例的turbo编码器的配置；

图2是一个框图，示出了根据本发明实施例的turbo解码器的配置；

图3是一个流程图，示出了根据本发明实施例的动态解码方法；

图4是一个流程图，示出了基于图2中的turbo解码器的软判决值的ECR计算，以及基于该ECR来执行动态解码的处理；并且

图5是一个框图，示出了图2中的解码结束/继续确定部分的配置。

具体实施方式

下面将参考附图描述本发明的优选实施例。图1是一个框图，示出了根据本发明实施例的turbo编码器的配置。在图1中，turbo编码器1包括交织器(interleaver)11、元素编码器(#1、#2)1 和13以及复用电路14，并输出传输数据、将所述传输数据进行了卷积编码的数据、以及将已交织的传输数据进行了卷积编码的数据。

更具体地说，turbo编码器1利用复用电路14，通过将多个序列连接起来，从而执行级联编码以创建代码字，其中信息序列X1和由交织器11重排的信息序列分别由元素编码器(#1、#2)1 2和13编码。

图2是一个框图，示出了根据本发明实施例的turbo解码器的配置。在图2中，turbo解码器2包括解码部分20、交织器22和解交织器24、ECR(估计正确率：帧数据的平均估计正确率)标准导出部分25以及解码结束/继续确定部分3，其中解码部分20具有元素解码器(#1、#2)21和23。

turbo解码器2的解码部分20执行所述重复解码，以重复地执行对应于元素解码器(#1、#2)21和23的每个元素代码的解码，同时利用了其他解码结果。

更具体地说，turbo解码器2用两个解码器(元素解码器(#1、#2)21和23)执行软判决解码，其中所述两个解码器对应于两个卷积编码器(元素编码器(#1、#2)12和13)。并且它在将一个解码器的结果反馈到另一个解码器的同时重复执行解码，以最终作出硬判决，从而确定接收数据的“1”和“0”。

随着软判决解码的重复次数的增加，turbo解码的可靠性特性也随之提高。然而，它也导致了一个问题，即处理中由于重复次数的增加而产生的延迟。并且出现了一个问题，即解码***中的功耗增加了。

图3是一个流程图，示出了根据本发明实施例的动态解码方法。下面将参考图1到图3来描述根据本发明实施例的动态解码方法。

根据这一实施例的动态解码方法，首先设置解码的最大重复次数(图3中的步骤S1)，然后开始turbo解码器2的解码(图3中的步骤S2)。

随后，根据这一实施例，导出元素解码器(#2)23的软判决值(图3中的步骤S3)，并且ECR标准导出部分25基于该软判决值来估计当前帧的ECR(图3中的步骤S4)。

解码结束/继续确定部分3基于与上一帧的ECR的比较结果以及解码最大重复次数，确定是否结束turbo解码器2的解码(图3中的步骤S5)。如果未确定turbo解码器2的解码结束，则它累加重复次数(图3中的步骤S7)，并返回到步骤S2以重复上述处理。如果确定turbo解码器2的解码结束，则解码结束/继续确定部分3输出硬判决结果和解码结果(图3中的步骤S6)，并完成处理。

如上所述，根据这一实施例，注意力集中在所述软判决值上，并且由元素解码器(#2)23的输出来导出每个帧的ECR。然后，将当前ECR值与上一ECR值进行比较，如果它大于上一ECR值，则很确定地预计还会有解码器错误纠正，从而继续重复解码处理。如果它不大于上一ECR值，则根据这一实施例，确定处于解码饱和状态，从而完成所述重复并输出最后的解码结果。

图4是一个流程图，示出了基于图2中的turbo解码器的软判决值的ECR计算，以及基于该ECR来执行动态解码的处理。在图4中，步骤S11到S15示出了基于turbo解码器2的软判决值来计算ECR的处理，而步骤S16到S20示出了基于该ECR来执行动态解码的处理。

下面将参考图1和2来描述根据这一实施例的重复解码器的一般操作。如图1和2所示，在接收侧，将接收序列Y1、Y2和Y3输入到turbo解码器2，其中，对于接收序列Y1、Y2和Y3，在通信信道上，已接收的信息比特序列X1和奇偶(parity)比特序列X2、X3中混入了噪音。

在接收侧，在turbo解码器2的重复解码算法中，首先从元素解码器(#1)21(第一软输入软输出解码器)上的Y1和Y2计算外部信息Le。

然后，在接收侧，在元素解码器(#2)23(第二软输入软输出解码器)上从Y1、Y3和外部信息Le来更新Le，将被更新的外部信息Le反馈到元素解码器(#1)21以重复上述处理。

根据这一实施例，重复所述处理m次之后，通过对对数似然比(LLR)L(b_k)进行硬判决来再现传输数据序列。解码后的LLR值L(b_k)对比特b_k0由下式表示。

$L\left(b_k\right)=\ln \left[\frac{P(b_{k0}=1)}{P(b_{k0}=0)}\right]...1$

在此式1中，P(b_k0＝1)和P(b_k0＝1)分别是b_k0＝1和b_k0＝0的概率。考虑重复次数，将LLR值L(b_k)表示为L_i(b_k)。在此，i表示当前解码次数。

对于turbo解码，在正常地更新外部信息Le的同时重复地进行解码。因此，需要指定重复次数。然而，很难可靠地指定重复次数，因为它是一个经验参数。因此，它必须是一个规格参数以可靠地结束解码，即必须是一个固定值。

然而，在以小于指定的重复次数而完成解码的情况下，期望结束解码，因为其完成之后的解码是没有意义的。根据这一实施例，如图4中的步骤S11到S15所示，从每一片帧数据的平均估计正确率(ECR)的计算中导出turbo解码所需的重复次数的标准。

更具体地说，可以用下式所示的式子来估计P(b_k0＝1)和P(b_k0＝0)。

$P_i(b_{k0}=1)=\frac{\exp \left(L_i\left(b_k\right)\right)}{1+\exp \left(L_i\left(b_k\right)\right)}...2$

$P_i(b_{k0}=0)=\frac{1}{1+\exp \left(L_i\left(b_k\right)\right)}...3$

根据式2和3，每个比特的估计正确率可由下式表示。

$P_i(b_{k0}=b_k)=\frac{{\left(\exp \left(L_i\left(b_k\right)\right)\right)}^{b_{10}}}{1+\exp \left(L_i\left(b_k\right)\right)}...4$

对于所有帧数据，平均估计正确率(ECR)都由下式表示。在此，N表示帧数据的长度(帧的比特数)，而b_k0表示估计比特值(解码器输出的硬判决值)。

${\mathrm{ECR}}_i=\frac{\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\frac{{\left(\exp \left(L_i\left(b_k\right)\right)\right)}^{b_{10}}}{1+\exp \left(L_i\left(b_k\right)\right)}}{N}...5$

对于turbo解码，随着解码处理重复次数的增加，解码结果中的错误数量随之降低。然而，存在这样一些情形，其中，即使解码次数增加，也不能提高错误纠正，错误仍然存在，这取决于通信信道的状态等等。也就是说，解码变得饱和。还存在一些情形，其中通过多执行一次解码处理，错误数量就显著降低，并且可能纠正所有的错误。

如果执行已设定次数的解码，则传统的turbo解码器会输出包含本来的错误的解码结果而不考虑这一状态。与此相对，根据这一实施例，所导出的ECR被看作是turbo解码器2的纠错能力，并且通过将当前平均ECR与上一平均ECR进行比较来检查是否结束解码。因此，可以提高确定是否结束解码的效率。

图5是一个框图，示出了图2中的解码结束/继续确定部分3的配置。在图5中，解码结束/继续确定部分3包括解码结束/继续确定装置31、最大重复次数设置装置32、硬判决部分33、解码结果输出部分34、存储器(#1、#2)35和36、估计ECR计算装置37以及比较器38。

存储器(#1)35中存储有上一解码输出值，而存储器(#2)36中存储有上一ECR值。ECR计算装置37从重复解码处理A的解码器输出B来计算估计ECR，并将计算结果发送到比较器38。

比较器38将估计ECR计算装置37的计算结果与存储在存储器(#2)36中的上一ECR值进行比较，并将其比较结果发送到解码结束/继续确定装置31。

解码结束/继续确定装置31基于由最大重复次数设置装置32所设置的最大重复次数、以及比较器38的比较结果，确定是结束还是继续解码。如果确定继续解码，则解码结束/继续确定装置31通知其重复解码处理A。如果确定结束解码，则它通知其硬判决部分33。

当从解码结束/继续确定装置31被通知时，硬判决部分33从重复解码处理A的解码器输出B、以及存储在存储器(#1)35中的上一解码输出值来作出硬判决，以从解码结果输出部分34输出硬判决结果和解码结果。

解码结束/继续确定部分3根据元素解码器(#2)23的对数似然比，来导出每个比特的估计正确率和帧的ECR。解码结束/继续确定部分3需要保留这一ECR值，以将它与下一ECR值进行比较。

如果当前ECR值大于上次存储的ECR值，则应继续解码处理。然而，如果当前ECR值等于或小于上次存储的ECR值，则解码已饱和，因此满足了解码的结束条件，对最后的解码输出进行硬判决，并获得解码结果。

如果即使增加解码次数ECR值的增长也非常慢，那么，设置最大解码重复次数以提高解码效率。如果重复次数达到最大解码重复次数，则对解码器的当前对数似然比进行硬判决，并输出解码结果。通过这一处理，可以处理下述情形，其中不能将解码重复次数恢复到其通常的状态。图4中的步骤S16到S20示出了动态解码处理A的处理。

因此，根据这一实施例，可以通过对无线电通信***中turbo解码中的ECR进行估计来确定软判决解码的重复的结束，以显著地提高确定是否结束解码的效率。根据这一实施例，turbo解码的处理速度因此而提高了，并且消除了turbo解码的冗余解码，因而可减小设备的功耗。

而且，这一实施例可通过增加简单的电路来实现，因此其实现变得更加容易。而且，解码的次数根据通信信道的状态等等而动态变化，因此可提高解码精度。解码的结束确定处理的这种有效性在将turbo解码器安装到严格要求通信实时进行的设备(例如移动电话)上的情形下是尤其必需的。

本发明描述了无线电通信***。然而，它并不局限于此，而是也适用于记录介质数据再现设备、光通信传输***、外层空间远程通信(卫星通信)***等等。并且，本发明的turbo解码方法并不局限于上述实施例，而是可适用于其他的示例、经过修改的示例、变形的示例等等，而不偏离本发明的范围。

如上所述，根据本发明，通过采用上述配置和操作，可以获得显著地提高确定是否结束解码的效率这一效果。

Claims (8)

1.一种turbo解码器，用于下述***，该***用于执行级联编码处理和重复解码处理，所述级联编码处理用于通过连接多个序列来创建代码字，其中信息序列和重排的信息序列分别由元素编码器所编码，而所述重复解码处理用于在利用其他解码结果的同时重复地执行对应于元素解码器的每个元素代码的解码，其中，所述解码器具有：用于导出所述元素解码器的软判决值的第一装置，所述元素解码器用于为了估计所发送的数据而执行软判决解码；用于从所述已导出的软判决值来估计一个帧的平均估计正确率的第二装置；以及用于基于所述平均估计正确率，确定所述重复解码处理的结束的第三装置，其中所述第三装置根据当前帧的平均估计正确率和先前帧的平均估计正确率之间的比较结果，确定所述重复解码处理的结束。

2.如权利要求1所述的turbo解码器，其中当所述当前帧的平均估计正确率大于所述先前帧的平均估计正确率时，所述第三装置确定继续所述重复解码处理，而当所述当前帧的平均估计正确率不大于所述先前帧的平均估计正确率时，所述第三装置确定结束所述重复解码处理。

3.如权利要求1所述的turbo解码器，其中所述解码器包括下述装置，该装置用于在即使增加所述重复解码处理的重复次数，所述平均估计正确率的增长也很慢的情形下，设置最大解码重复次数。

4.如权利要求1所述的turbo解码器，其中所述第二装置基于从所述元素解码器的对数似然比导出的每个比特的估计正确率，估计所述平均估计正确率。

5.一种动态解码方法，用于下述***，该***包括编码器和解码器，所述编码器用于执行级联编码处理，以通过连接多个序列来创建代码字，其中信息序列和重排的信息序列分别由元素编码器所编码，而所述解码器用于执行重复解码处理，以在利用其他解码结果的同时重复地执行对应于元素解码器的每个元素代码的解码，其中，所述解码器执行如下步骤：导出所述元素解码器的软判决值的第一步骤，所述元素解码器用于为了估计所发送的数据而执行软判决解码；从所述已导出的软判决值来估计一个帧的平均估计正确率的第二步骤；以及基于所述平均估计正确率，确定所述重复解码处理的结束的第三步骤，其中所述第三步骤根据当前帧的平均估计正确率和先前帧的平均估计正确率之间的比较结果，确定所述重复解码处理的结束。

6.如权利要求5所述的动态解码方法，其中当所述当前帧的平均估计正确率大于所述先前帧的平均估计正确率时，所述第三步骤确定继续所述重复解码处理，而当所述当前帧的平均估计正确率不大于所述先前帧的平均估计正确率时，所述第三步骤确定结束所述重复解码处理。

7.如权利要求5所述的动态解码方法，其中所述解码器还执行下述步骤：在即使增加所述重复解码处理的重复次数，所述平均估计正确率的增长也很慢的情形下，设置最大解码重复次数。

8.如权利要求5所述的动态解码方法，其中所述第二步骤基于从所述元素解码器的对数似然比导出的每个比特的估计正确率，估计所述平均估计正确率。

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