CN1113499C - 解码信道编码信号的接收机解码器电路及其方法 - Google Patents

Abstract

解码器电路，及其方法，解码在接收机接收的编码信号。对通过非理想通信信道传输信号到接收机的过程中信号所产生的失真量进行确定。如果通信信道引入中量的信号失真，就使用例如标准格码解码技术的复杂解码技术。如果确定信道只引入了少量的信号失真，就使用相对简单的解码技术。

Description

解码信道编码信号的接收机解码器电路及其方法

本发明一般涉及接收通过易受衰落、干扰和噪声影响的通信信道传输的编码信号的接收机的解码器电路。特别是，本发明涉及解码器电路及其方法，解码编码信号的方式依赖在通过通信信道传输信号的过程中对信号引入的失真量。当通过表现为少量衰落、干扰和噪声的通信信道传输信号时，用简单解码技术解码信号。当通过表现为中量衰落、干扰和噪声的通信信道传输信号时，用复杂解码技术解码信号。

本发明的操作限制用复杂解码技术解码编码信号，除非用复杂解码技术解码最有利。当通过只表现为少量衰落、干扰和噪声的通信信道传输信号时，只导致通信信号部分少量的失真，可以用相对简单的解码技术充分解码该信号部分。并且，当通过表现为大量衰落、干扰和噪声的通信信道传输信号时，即，当用复杂解码技术解码信号部分也不能恢复信号的信息内容时，就不试图用复杂解码技术解码该信号部分放弃或以其它方式解码具有这种由此引入大量失真的信号部分。但是，当用复杂解码技术解码信号是有用的时，例如当中量的衰落、干扰和噪声对信号只引入中量的失真时，就用这种复杂解码技术进行解码信号。

由于解码是一种计算密集过程，所以进行解码操作需要大量的功率。当进行解码的接收机由便携式电源供电时，使功率消耗最小尤其重要。因此，本发明特别好地体现于可操作于例如蜂窝通信***的便携式移动用户单元中。本发明可以同样很好地体现于其它类型的通信***中。

发明背景

一个通信***由最小量通过通信信道互联的发射机和接收机形成。由发射机发射的通信信号通过通信信道传输以便由接收机接收。

无线通信***是通信信道由一个或多个电磁频谱的频带形成的通信***。由于在发射机和接收机之间不需要形成固定或硬线连接，所以当使用这种固定或硬线连接不方便或不实用时，无线通信***是有利的。

技术进步有助于降低按照无线通信***通信，还有允许使用新型通信方案的新型通信***的费用。例如，已经发展了数字通信技术，并且已经发展了实现这种数字通信技术的相关的电路。使用数字通信技术可以允许通信***的通信容量显著增加。

在无线通信***中，通信容量有时受到分配给通信***的频带的限制。传统来说，模拟***一般分配一个单独信道给特定的载体。在一个单独载体上只能传输一种通信信号。当无线通信***使用数字调制技术时，通信信号可以以脉冲传输，而且一旦接收机接收到脉冲，就将信号脉冲连成一串以便由此再生通信信号。蜂窝通信***是可以使用数字调制技术以便由此增加通信容量的无线通信***的范例。同样可以用数字调制技术很好地实现其它类型的无线通信***，和其它类型的通信***。

通过非理想射频通信信道传输信号易受作为信号通过传输信道在传输过程中引入噪声和其它的干扰的结果的误差的影响。例如，由于传输信道实际为多路径信道，所以出现干扰。也就是说，由发射机发射的信号通过多条每个长度不同的信号路径传输到接收机。通过多路径传输信号的接收实际为大量信号成分的总和，该信号成分通过多条路径中不同的几条路径传输。这种通过多路径信道传输信号的接收使发射机实际发射的信号失真。这种通过非理想信道多路径传输信号所引起的失真有时是指衰落。当多路径信道表现为大量衰落时，难以恢复发射信号的信息内容。

为促进通信信号通过多路径通信信道的通信，通信信号在由发射机发射前编码。指信道编码的这种编码给通信信号引入冗余度。作为引入这种信号冗余度的结果，一旦接收机接收，就可以更容易地消除由在多路径通信信道传输通信信号引起出现的一些错误。一旦由接收机接收，就使用与发射机编码器电路相反方式操作的解码器电路***解码该信号。

解码编码信号是一个计算密集的过程。解码编码信号的解码器电路所需的功率消耗可能是巨大的。尤其当嵌入这种解码器电路的接收机由便携式电源供电时，需要使操作接收机所需的功率消耗最小。因此这种接收机解码器电路所需的功率消耗的任何方式应当是有用的。

根据关于具有解码器电路的接收机的背景信息发展了本发明的重要改进。

发明概述

本发明有利地提供解码编码信号的解码器电路及其方法。解码编码信号的方式依赖于通过通信信道在传输信号的过程中对信号引入的衰落量、或其它的信号不规则。当信号通过表现为好的信道状况的通信信道传输并且只出现少量的信号失真时，就用简单解码技术解码信号。当信号通过对信号引入中量失真的通信信道传输时，就用复杂解码技术解码信号。

由于根据复杂解码技术解码信号需要大量处理，所以当用这种技术解码最有利时，就用复杂解码技术。当通信信道状况良好并且对信号只引入少量失真时，就用相对简单的解码技术以便解码信号。并且，当信号通过表现为大量衰落、干扰和噪声的通信信道传输并且在传输过程中对信号引入大量失真时，就不试图用复杂解码技术解码。放弃或用简单解码技术解码这种由此引入大量失真的信号部分。

本发明实施例的操作有利地允许减少解码在接收机接收的编码信号所需的处理。选择用复杂解码技术解码接收信号如果使用这种解码技术则将最有利。如果可以用较简单的、计算不太密集的解码技术，就不使用复杂解码技术。

本发明的一个方面，解码电路形成可操作于蜂窝通信***的移动终端的一部分。例如蜂窝通信***可以由传统的、陆地***形成。或者例如***可以由基于卫星的蜂窝通信***形成。

当由基站发射给移动终端的下行链路信号在移动终端接收时，关于在传输到移动站的过程中对下行链路信号引入的失真进行确定。如果确定对信号已经引入中量的失真，就用复杂解码技术解码接收信号。在一个实施例中使用的复杂解码技术由标准的、格状的解码器形成，例如用维特比算法表示的。如果在传输到移动终端的过程中对下行链路信号只引入了少量的失真，就用简单解码技术解码下行链路信号。在一个实施例中，简单解码技术由在基站编码下行链路信号所用的发生器矩阵的右逆矩阵的操作形成。而且，如果在传输到移动终端的过程中对下行链路信号引入大量的失真，就不再用复杂解码技术解码接收信号了。在一个实施例中，当确定对下行链路信号引入大量失真时，就用简单解码技术解码接收信号。在另一个实施例中，就不用也不解码表现为大量失真的下行链路信号部分。

本发明实施例的操作可同样用于蜂窝通信***的基站收发信机中。并且，本发明实施例的操作可同样用于其它通信***中。

因此，这些和其它方面中，信道解码器电路及其方法解码数字接收机接收的信道编码接收信号。信道编码接收信号通过易受衰落影响的通信信道传输给数字接收机。第一解码器耦合接收代表信道编码接收信号的第一信号。第一解码器形成通信信道衰落量的表示并根据第一解码技术解码代表信道编码接收信号的第一信号。第二解码器耦合接收代表信道编码接收信号的第二信号。第二解码器根据第二解码技术解码第二信号。当由第一解码器形成的衰落量的表示在可选量的范围内时，第二解码器可工作。

根据下面简短概述的附图以及对本发明优选实施例附加的权利要求书的详细描述，可以得到本发明更完整的评述及其范围。

图1说明信号传输到接收机所通过信道的信道状况函数的解码器行为的表示图。

图2说明本发明实施例可操作的通信***的功能方框图。

图3说明本发明实施例的解码器电路的功能方框图。

图4示意地说明图2所示的解码器电路的示范性操作。

图5说明列出本发明实施例方法的方法步骤的方法流程图。

图1说明通过易受衰落影响的通信信道传输后接收接收信号表示的信道解码器的解码器执行情况的表示图。横坐标轴12表示信道信噪比(SNR)值。并且，纵坐标轴14表示通过通信信道传输并由解码器用所选的解码技术解码后接收信号的误码率(BER)值。

曲线16由当用例如复杂解码技术，例如标准格码解码技术，解码接收信号时，响应变化的信道状况的误码率形成。曲线18通过描绘响应于用简单解码技术变化的信道状况的解码信号的误码率形成，例如相应于和与用于实现卷积码的发生器矩阵反向的右逆矩阵操作。

横坐标轴12分成三个部分，坏信道部分22、好信道部分24和极好的信道部分26。部分22代表低SNR值、部分24代表好的信道SNR值、和部分26代表非常好的信道SNR值。

图中还标出两个BER值并记为P₀和P₁。P₁值是低于P₀值的值。P₀值代表一个BER值，在该值，可操作于接收语音信息的解码器相当好地操作。该BER值例如在1％到5％的范围内。该值是传统的移动***至少要达到的操作点。P₁值代表一个BER值，低于该值，信道引入的失真至少与形成发射用于解码器的信号的发射机的一个部分的信道编码器所引入的失真相比不重要。

图1的图解表示法可示范于大的带宽***，例如信道状况对整个信号帧保持一个状态，例如非常好、好、或差的GSM(通用移动通信***)***。相反，在小的带宽***，例如DMAPS(数字高级移动电话业务)***中，信道状况表现为一个帧的变化。但是解码器在小的带宽***的操作类似于图1图解表示法所表示的操作。

回顾图1所示的的曲线16和18表示当在部分26信道表现为非常好的信道状况时，曲线16和18都低于语音解码器操作相当好的P₁值。因此当信道状况非常好时不需要使用复杂解码技术，用简单解码技术足以解码接收信号。

当信道状况在部分24表现为SNR值时，用复杂解码技术确保BER值将低于P₀值，而使用简单解码技术不能确保这种操作。因此当信道SNR值在这个范围时，使用复杂解码技术是有利的。

当信道SNR值在部分22内时，使用复杂解码技术不能使BER值低于P₀值。而且，正如示范性说明中所指出的，使用简单解码技术实际更好。但是使用哪种解码技术都不能提供BER值为允许的BER值的信号。从根据任何一种解码技术解码的解码信号提取的信息噪声太大。而且，在本发明的一个实施例中，放弃表现为这种BER值的帧并从前面的帧外推。

图2说明通信***50，在可示范的实施例中，通信***50形成蜂窝通信***。同样可以表示为其它的通信***。

图2所说明的蜂窝通信***部分包括基站52和一个单独的移动终端54，通过多路径通信信道56耦合在一起。通信信道56代表允许下行链路信号传输到移动终端54并允许上行链路信号传输到基站52的信道。

基站52接收或产生信息信号，这里表示为由信源62产生。信源62所产生的信息信号由信源编码器64编码。在一个实施例中，信源编码器使该处所用的信息信号数字化。

用序列x(D)表示信源编码的信号： $x\left(D\right)=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{x}_i{D}^i$

其中

x_i＝(x_ik…x_(j+1)k-1)

该信息序列提供给信道编码器66。信道编码器66用具有存储器M的发生器矩阵G(D)编码信息序列x(D)。(在Lin和Costello的“差错控制编码：原理与应用”的第10章讨论了存储器M)。信道编码器产生码序列： $y\left(D\right)=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{y}_i{D}^i=x\left(D\right)G\left(D\right)$

其中

y_i＝(y_in…y_(i+1)n-1)

从G(D)，可以构造具有2^M状态的相应的状态图。状态图的每边标有输入的k个数组和码n个数组。另外，构造相应的具有2^M状态的格状图。格状从全零状态开始和结束。选择发生器矩阵G(D)以使矩阵是前馈形式并且它接受也为前馈形式的逆矩阵G^-1(D)。类似这种矩阵的详细资料可以在Lin和Costello的题目为“差错控制编码：原理与应用”的第10章的文章中找到。

二进制序列y(D)由信道编码器66产生并由解调器68映射为BPSK(二进制移相键控)序列并导致由解调器68通过通信信道56传输以便由移动终端54接收。移动终端54接收由此传输的下行链路信号并包括解调此处接收的下行链路信号的解调器电路72。解调器72产生解调信号，r(D)，算术表示为： $r\left(D\right)=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{r}_i{D}^i$

其中

r＝(r_in…r_(i+n)n-i)

并且r_i为实数。

也可以定义r(D)的二进制、硬判决序列z(D)。当通信信道56形成无噪声通信信道时，z(D)对应于y(D)。

由解调器产生的解调信号提供给信道解码器74。可操作信道解码器信道解码此处所用的信号。下面将更加详细描述信道解码器74的操作。信道解码器74产生信道解码信号， (D)。

信道解码信号提供给信源解码此处所用信号的信源解码器76。依次，信源解码器将此处所产生的信源解码信号提供给信汇78。

移动终端进一步包括产生传输到基站52的信息信号的信源82。在信源82产生的信息信号由类似信源编码器64的，可能包括使此处所用信号数字化的模数转换器的信源编码器84编码。

由信源编码器84产生的信源编码信号提供给信道编码此处所用信号的信道编码器86。由编码器86产生的信道编码信号提供给调制器88。调制器88可以以类似调制器68操作的方式操作以便调制编码信号并使它通过通信信道56传输以形成传输给基站52的上行链路信号。

基站52进一步表示包括用于解调此处接收的上行链路信号的解调器92。由解调器92产生的解调信号提供给信道解码器94。信道解码器94解码所接收的信号。由解码器94产生的解码信号提供给产生提供给信汇98的信源解码信号的信源解码器96。

虽然没有特别表示，但是由各组件82-96产生的信号可以以类似相应结构64-76表示的方式表示。

图3更详细地说明信道解码器74。在一个实施例中，信道解码器94在结构上类似信道解码器74并同样表示。

由解调器72(图2所示)产生的解调信号，r(D)，提供给量化器112。量化器在线114上产生量化序列，z(D)，它提供给第一次通过解码器116。

第一次通过解码器116包括伴随式成形设备118和非编码器122。

伴随式成形设备118用相应于前面提到的G(D)的(n-k)×n奇偶校验矩阵H(D)进行奇偶校验。H(D)的约束长度μ是H(D)最大的多项式阶数。对任何序列z(D)，伴随式序列，s(D)由s(D)＝Z(D)H^T(D)给出，

其中， $S_i=\underset{j=0}{\overset{\mathrm{\μ}}{\mathrm{\Σ}}}{Z}_{i-j}{H^T}_J$

如果s(D)＝0，例如，如果每个S_i的每个比特为0，则z(D)为G(D)的码序列。卷积码的伴随式序列表现为成分S_i是局部函数的属性。即，等式表示S_i是z_i-μ，…，z_i的函数。只要S_i≠0(即(n-k)个比特的一个或多个比特不为零)，就表示z_i-μ，…，z_i不是码序列的有效部分。这意味着衰落或其它失真问题已经导致帧的局部窗口z_i-μ，…，z_i出错。

当激活复杂解码器以便处理S_j≠0的出现时，首先确定处理接收矢量r(D)的哪一个部分。为这样做，它从i向后找出L个邻近位置z_j-L+1＝0，…，z_j＝0。这意味着z_j-L+1-μ…z_j是码序列的有效部分。选择数目L必须足够大以便可以从z_j-L+1-μ…z_j中明确确定格码。如果复杂解码器不需要找出所需的L个邻近位置就到达格码的开始，它就选择已知为格码开始状态的全零状态。同样，复杂解码器从i向前找出L个邻近位置j′-L+1，…，j′，z_j＇-L+1＝0，…，z_j′＝0。同样，从z_j＇-L+1…z_j′确定格码的状态。如果复杂解码器不需要找出所需的L个邻近位置就到达格码的结束，它就选择已知为格码结束状态的全零状态。现在复杂解码器在格码中具有开始状态和结束状态，并且如图4所示，它可以在两个状态之间r(D)合适的部分操作。

伴随式序列，s(D)通过线124提供给判决设备126。判决设备126确定伴随式序列的成分S_i是否等于零。当信道状况非常好时，这些成分为零值。判决设备126在线128上进一步产生提供给复杂解码器132的控制信号。当判决设备126确定伴随式序列的成分为零值时，在128上产生的控制信号禁止复杂解码器132的操作。

相反，如果伴随式序列包括非零值，在线128上产生的控制信号允许复杂解码器132根据执行维特比算法过程中所用的标准格码解码技术解码解调信号，r(D)。线124也耦合到解码器132以便提供由伴随式成形设备118产生的伴随式序列。在线134上解码器132产生形成候选解码信号的解码信号。

非编码器122由G(D)的右逆矩阵G^-1(D)来实现。在线114上加到非编码器122的信号由速率逆矩阵操作而且结果合成值构成线136上产生的解码信号候选。线134和136连接到选择器138。当复杂解码器132操作时，选择器选择线134所用的解码信号以便形成提供给信源解码器76(如图2所示)最终的解码信号。当复杂解码器132不操作时，选择器138另外选择线136所用的解码信号以便形成最终的解码信号。

图4说明解码器74的示范性操作。在示范性操作中，伴随式序列通常为零值，不激活第二通过解码器132，并由第一通过解码器116的非编码器122产生最终的解码信号。例如，在接收序列的百分之一的位置，伴随式序列为非零值。此时，判决设备激活第二通过解码器132的操作并且通过解码器132操作过程中由可能的信号路径156形成的格码在图中标出了这种操作。

当通信信道形成好的通信信道时，如图1所示由部分24所定义的，激活第二通过解码器132对大部分解调信号，可能甚至所有的信号的操作。

当信道状况不好时，如图1所示由部分22所表示的，就不激活复杂解码器132。相反，解码信号由第一通过解码器116的非编码器122形成，或者进行确定以便宣布解码失败和不再使用该帧的数据。

图5说明通常在160表示的本发明实施例的方法。方法160解码通过易于衰落的通信信道传输的信道编码接收信号。

首先，如方框162所示，确定信道编码接收信号衰落量的表示。

接着，如方框164所示，检测信道编码接收信号的衰落量是否在所选的范围内。而且，如方框166所示，当信道编码接收信号的衰落量在所选的范围内时，根据所选的解码技术解码代表信道编码接收信号的信号。

本发明实施例的操作减少了产生解码信号所需的处理。当传输到包含解码器的接收机的信号只表现少量衰落时，不用复杂解码技术。使用复杂解码技术出现在这种使用提供最大好处的时候，例如，当信道状况表现为中量的衰落的时候。

前面的描述是实现本发明的优选实施例，但是该描述不应限制本发明的范围。本发明的范围由下面的权利要求书限定。

Claims (17)

1.解码器电路，其特征在于包括：

耦合到所接收的信道编码接收信号的伴随式成形设备，产生表示所接收的信道编码接收信号的失真量的失真信号；

根据第一解码技术解码所接收的信道编码接收信号以便产生第一解码信号的第一解码器；

根据第二解码技术解码所接收的信道编码接收信号以便产生第二解码信号的第二解码器；

响应预定失真量的失真信号的表示激活第二解码器的判决设备；和

当激活第二解码器时，选择第二解码信号的选择器。

2.如权利要求1所述的信道解码器电路进一步包括产生量化信号的量化器，由所述量化器产生的量化信号连到第一解码器。

3.如权利要求1所述的信道解码器电路，其中所述第一解码器进一步包括接收由所述量化器产生的量化信号的非编码器，所述非编码器的矩阵大小对应于所选的矩阵大小，所述非编码器响应根据第一解码技术解码量化信号产生第一信道解码技术。

4.如权利要求2所述的信道解码器电路，其中所述量化器量化代表信道编码信号的信号的信号部分为二进制值，由所述量化器产生的量化信号为二进制值。

5.如权利要求2所述的信道解码器电路，其中由伴随式成形设备所产生的形成表示的伴随式序列包含当检测到解码错误时的第一值和当没有解码错误时的第二值。

6.如权利要求1所述的信道解码器电路，其中伴随式成形设备进一步进行伴随式序列的奇偶校验。

7.如权利要求6所述的信道解码器电路，其中信道编码接收信号根据具有所选矩阵大小的卷积编码技术编码，并且其中用矩阵大小对应所选矩阵大小的奇偶校验器矩阵进行所述奇偶校验。

8.如权利要求1所述的信道解码器电路，其中所述第一解码器进一步包括接收由所述量化器产生的量化信号的非编码器，所述非编码器包括从量化信号产生第一信道解码信号的右逆矩阵。

9.如权利要求8所述的信道解码器电路进一步包括接收由所述非编码器产生的第一信道解码信号和接收由所述第二解码器产生的第二信道解码信号的选择器，所述选择器相应于失真量的表示在第一信道解码信号和第二信道解码信号中选择。

10.如权利要求1所述的信道解码器电路，其中所述判决设备还用于确定伴随式序列的成分是否包含零值，并且如果伴随式序列包含零值，就产生所选量的控制信号。

11.如权利要求1所述的信道解码器电路，其中所述判决设备还连到所述第二解码器，所述判决设备还产生用于所述第二解码器的控制信号，并且其中当控制信号是所选值时第二解码器操作。

12.如权利要求1所述的信道解码器电路，其中信道编码接收信号包括一个根据具有第一数目的状态的编码技术进行编码的信号，并且其中所述第二解码器将代表信道编码信号的信号解码为第一数目的状态。

13.一种解码通过通信信道传输的信道编码接收信号的方法，所述方法特征在于包括的步骤有：

接收信道编码接收信号；

将信道编码接收信号进行量化

确定在通过通信信道传输的过程中对信道编码接收信号引入失真量的表示；

用第一解码技术解码信道编码接收信号；

检测信道编码接收信号的失真是否在所选范围内；

如果信道编码接收信号的失真量在所选范围内，则选择第二编码技术；

根据第二解码技术解码代表信道编码接收信号的信号。

14.如权利要求13所述的方法，其中确定步骤进一步包括产生大量成分的伴随式序列的步骤，其中非零值的成分表示失真量。

15.如权利要求13所述的方法，其中用第一解码技术解码的步骤进一步包括用右逆矩阵解码信道编码信号的步骤

16.如权利要求13所述的方法进一步包括量化接收的信道编码接收信号的步骤。

17.如权利要求13所述的方法，其中根据第二解码技术解码的步骤进一步包括启动和禁止解码器进行第二解码技术的步骤。

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