FI111887B

FI111887B - Menetelmä ja järjestely trelliksen läpikäymisen tehostamiseksi

Info

Publication number: FI111887B
Application number: FI20012487A
Authority: FI
Inventors: Jari A Parviainen; Teemu Sipilae
Original assignee: Nokia Corp
Priority date: 2001-12-17
Filing date: 2001-12-17
Publication date: 2003-09-30
Also published as: KR20040066907A; FI20012487A0; AU2002349063A1; ATE482525T1; DE60237786D1; EP1456958B1; FI20012487A; EP1456958A1; CN1605160A; US20050086577A1; WO2003052943A1

Description

111887

Menetelmä ja järjestely trelliksen läpikäymisen tehostamiseksi

Ala

Keksinnön kohteena on menetelmä ja järjestely trelliksen läpikäymisen tehostamiseksi, jossa trelliksen kussakin vaiheessa valitaan tietty joukko 5 vaiheen tilaindekseistä jatkoon.

Tausta

Tietoliikennejärjestelmissä käytetty kanava aiheuttaa usein häiriöitä tiedonsiirrolle. Häiriöitä esiintyy kaikenlaisissa järjestelmissä, mutta erityisesti langattomissa tietoliikennejärjestelmissä siirtotie vaimentaa ja vääristää siirret-10 tävää signaalia monin eri tavoin. Siirtotiellä häiriöitä aiheuttavat tyypillisesti signaalin monitie-eteneminen, erilaiset häipymät ja heijastukset sekä myös toiset samalla siirtotiellä siirrettävät signaalit.

Häiriöiden vaikutuksen pienentämiseksi on kehitetty erilaisia koodausmenetelmiä, joilla signaalia pyritään suojaamaan häiriöiltä ja joiden avulla 15 pyritään myös poistamaan häiriöiden aiheuttamia virheitä signaalissa. Eräs paljon käytetty koodausmenetelmä on konvoluutiokoodaus. Konvoluutiokoo-dauksessa lähetettävä symboleista koostuva signaali koodataan koodisanoiksi, jotka perustuvat lähetettävien symboleiden konvoluutioon joko itsensä tai jonkin toisen signaalin kanssa. Konvoluutiokoodin määrittävät koodaussuhde se-" 20 kä koodauspolynomit. Koodaussuhde (k/n) tarkoittaa tuotettujen koodattujen I » symbolien lukumäärää (n) suhteessa koodattavien symboleiden lukumäärään .,;: ‘ (k). Kooderi toteutetaan usein siirtorekisterien avulla. Koodin vaikutussyvyydel- lä (constraint length K) tarkoitetaan usein siirtorekisterin pituutta. Kooderia voi-•: · i daan pitää tilakoneena, jossa on 2K‘1 tilaa.

25 Vastaanottimessa dekoodataan kanavassa edennyt koodattu sig- • · · naali. Konvoluutiokoodi dekoodataan yleensä käyttäen apuna trellistä, jonka solmut kuvaavat signaalin koodauksessa käytetyn enkooderin tiloja, ja trellik- • » ! sen eri vaiheisiin kuuluvien solmujen väliset polut kuvaavat sallitut tilasiirtymät.

•; * * Dekooderissa on pyrkimyksenä selvittää kooderin peräkkäiset tilat eli siirtymät ·',·.·* 30 tiloista toiseen. Siirtymien selvittämiseksi dekooderissa lasketaan metriikoita, joita on kahdenlaisia: polkumetriikat (path metrics, myös state metrics) ja siir-tymämetriikat (branch metrics). Polkumetriikka edustaa todennäköisyyttä sille, ’ . että vastaanotetun signaalin sisältämien symbolien joukko johtaa kyseisen solmun kuvaamaan tilaan. Siirtymämetriikka edustaa eri siirtymien todennäköi-35 syyksiä.

111887 2

Konvoluutiokoodin dekoodauksessa käytetään yleisesti Viterbi-algoritmia. Viterbi-algoritmi on laskennallisesti vaativa tehtävä. Yleinen ongelma viterbi-algoritmissa on se, että kun konvoluutiokoodin koodaussyvyys on suuri (esimerkiksi 9, kuten UTMS-järjestelmän WCDMA:ssa), täytyy viterbi-5 algoritmissa käydä yhden bitin dekoodaamiseksi lävitse 2(9‘1) eli 256 tilaa. Etenkin langattomissa tiedonsiirtojärjestelmissä, missä tilaajapäätelaitteiden kokoja virrankulutus pyritään minimoimaan, on yritetty etsiä tehokkaita signaalinkäsittelyalgoritmeja. Puheen tai datan dekoodauksessa eräs laskennallisesti tehokas algoritmi on ns. M-algoritmi, joka on viterbi-algoritmista yksinkertaistet-10 tu etsintäalgoritmi. M-algoritmin käyttö mahdollistaa etsittävien tilojen määrän vähentämisen, koska trelliksen vaiheissa valitaan vain M parasta polkua jatkoon kaikkien polkujen asemasta. Valittaessa Mille sopiva arvo ei dekooderin suorituskyky kuitenkaan huonone merkittävästi. Esimerkiksi yllä mainitussa järjestelmässä Mille voidaan valita arvo 128, eli kussakin vaiheessa otetaan 15 jatkoon puolet mahdollisista poluista.

Eräs M-algoritmin käyttöön liittyvistä ongelmista on jatkoon otettavien polkujen valinta kaikkien polkujen joukosta. Tyypillisesti n:n alkion järjestely vaatii n2/2 vertailuoperaatiota, ja tämä on laskennallisesti vaativa tehtävä. Oletetaan, että yhden bitin dekoodaus WCDMAissa vaatii DSP(digital signal pro-20 cessing)-toteutuksena noin 500 kellojaksoa käyttäen täyttä etsintäalgoritmia. Jos käytetään M-algoritmia, tutkittavien tilojen määrä pienenee, mutta vastaa-, vasti lajittelun toteuttaminen lisää kompleksisuutta. Laitettaessa 16 alkiota jär jestykseen tarvitaan 128 vertailuoperaatiota. Täten M-algoritmin toteutus 16:lla ) · ; : parhaalla polulla johtaa lähes samaan monimutkaisuuteen kuin täydellinen et- • ’ 25 sintäalgoritmi. Jos käytetään 256-tilaista koodia, niin täydellinen lajittelu vaatii n2/2 eli 32768 vertailua. Täydellisen lajittelun toteuttaminen on liian komplek-.,, sinen operaatio toteutettavaksi perinteisin menetelmin.

Eräs tunnettu ratkaisu M-algoritmin toteuttamiseksi on esitetty jul-·*: kaisussa S.J. Simmons: A Nonsorting VLSI structure for implementing the 30 (M,L) algorithm, IEEE Journal on Selected Areas in Communications, Voi. 6,

No: 3, April 1988, p.538-546. Esitetyssä ratkaisussa ei suoriteta varsinaista järjestelyä, vaan tarkastellaan useita eri polkumetriikoita samanaikaisesti, al-käen eniten merkitsevästä bitistä. Eri polkuja tarkastellaan ja samalla tehdään •' ·,. päätöksiä pidetäänkö vai hylätäänkö reitit. Jos tarkasteltava reitti on vastakkai- 35 nen jo valitun reitin kanssa, se hylätään. Julkaisussa esitetty ratkaisu toimii 111887 3 kuitenkin huonosti tilanteissa, joissa trelliksen koko on suuri, kuten on laita esimerkiksi UTMS-järjestelmän WCDMA:ssa.

Trellis-rakennetta käytetään konvoluutiokoodauksen dekoodauksen lisäksi lukuisissa muissakin sovelluksissa, kuten esimerkiksi kanavakorjauk-5 sessa. Samat yllä mainitut ongelmat pätevät näissäkin sovelluksissa trelliksen koon kasvaessa.

Laitteiden koon ja virrankulutuksen minimoimiseksi tarvitaan siis aiempaa tehokkaampia menetelmiä trelliksen läpikäymiseksi, jotka menetelmät ovat nopeita ja joiden toteutus ASIC-rakenteena vaatii vähän tilaa.

10 Keksinnön lyhyt selostus

Keksinnön tavoitteena on toteuttaa menetelmä ja menetelmän toteuttava laite siten, että rajoitettu trellis-haku on mahdollista toteuttaa aiempaa edullisemmin. Tämä saavutetaan menetelmällä trelliksen läpikäymisen tehostamiseksi, jossa trelliksen kussakin vaiheessa valitaan tietty joukko vaiheen 15 tilaindekseistä jatkoon. Keksinnön mukaisessa menetelmässä kussakin trelliksen vaiheessa jaetaan käsiteltävät tilaindeksit useampaan kuin yhteen alijoukkoon; määritetään alijoukoissa tilaindeksien polkumetriikat; valitaan kustakin alijoukosta ennalta määrätty määrä tilaindekseistä jatkoon metriikoiden perusteella.

20 Keksinnön kohteena on myös järjestely trelliksen läpikäymisen te- \ hostamiseksi detektorissa, joka on sovitettu valitsemaan trelliksen kussakin

• < I

*· ‘;* vaiheessa tietty joukko vaiheen tilaindekseistä jatkoon. Keksinnön mukaisessa • järjestelyssä detektori on sovitettu kutakin trelliksen vaihetta laskettaessa ja- : kamaan käsiteltävät tilaindeksit useampaan kuin yhteen alijoukkoon; määrittä- i 25 mään alijoukoissa tilaindeksien polkumetriikat; valitsemaan kustakin alijoukos- Γ ": ta ennalta määrätty määrä tilaindekseistä jatkoon metriikoiden perusteella.

Keksinnön edullisia suoritusmuotoja on kuvattu epäitsenäisissä pa-tenttivaatimuksissa.

» · /··. Keksintö perustuu siihen, että jakamalla käsiteltävät tilaindeksit ali- • · 30 joukkoihin voidaan tarvittavien vertailujen lukumäärää vähentää oleellisesti. Esimerkiksi 256-tilaiselle koodille käytettäessä 32 alijoukkoa, joissa on 8 tilaa kussakin, saadaan lajittelussa tarvittavien vertailujen lukumääräksi 32 * (8*8)/2 eli 1024. Verrattuna tunnetun tekniikan mukaiseen 32768:aan vertailuun on ‘: pienennys 32-kertainen. Lisäksi, koska eräissä edullisissa toteutusmuodoissa 35 ei vaadita täydellistä jäljestämistä, vaan ainoastaan kunkin alijoukon parhaiden arvojen määrittämistä, voidaan laskentamäärää edelleen vähentää.

111887 4

Keksinnön mukaisella menetelmällä ja järjestelmällä saavutetaan täten useita etuja. Keksinnön edullisten ratkaisujen toteuttaminen vastaanotti-messa on yksinkertaisempaa. M-algoritmia ei käytännössä ole juurikaan hyödynnetty sen vaatiman laskennan takia. Esitetyn ratkaisun avulla M-algoritmia 5 voidaan tehokkaasti hyödyntää. Koska ratkaisussa tutkitaan vähemmän tiloja verrattuna viterbi-algoritmiin, ei tarvita yhtä paljon muistia polkujen laskemisessa. Tästä seuraa säästöjä laitteistokustannuksissa. Edelleen vastaanottimen virrankulutus pienenee ratkaisun ansiosta, koska laskentaa on vähemmän ja tarvittavan muistitilan määrä pienempi. Ratkaisuilla saavutetaan kuitenkin riit-10 tävä suorituskyky, käytännössä yhdenvertainen aiempien menetelmien kanssa.

Erityisesti suurten datanopeuksien yhteydessä saavutetaan esitetyllä ratkaisulla merkittävää hyötyä, koska tällöin trelliksen koko on tyypillisesti suuri. Suuria trelliksiä joudutaan käyttämään esimerkiksi myös silloin, kun lähe-15 tyksessä ja vastaanotossa käytetään useita antenneja, monimutkaisia modulaatiomenetelmiä ja vahvoja koodeja. Suuren trelliksen dekoodaus kasvattaa tarvittavan laskennan määrää, ja tässä tilanteessa nyt esitetyllä ratkaisulla voidaan laskennan määrää pitää kurissa.

Edullisten toteutusmuotojen mukaisia ratkaisuja voidaan hyödyntää 20 kaikissa sovelluksissa, joissa käytetään trellistä. Tällaisia sovelluksia ovat paitsi yllä mainittu konvoluutiokoodin dekoodaus myös muunlaisten koodien dekoodaus, ekvalisointi, monen käyttäjän ilmaisumenetelmät (multiuser deco-• ‘;' ding), ja puheentunnistus.

Kuvioluettelo : : 25 Keksintöä selostetaan nyt lähemmin edullisten suoritusmuotojen yh- teydessä, viitaten oheisiin piirroksiin, joissa kuvio 1 esittää esimerkkiä tiedonsiirtojärjestelmästä, jossa edullisia ; . . toteutusmuotoja voidaan soveltaa, ' · ·. kuvio 2 esittää esimerkkiä lähettimestä ja vastaanottimesta, * 30 kuvio 3 havainnollistaa trellistä, kuvio 4 havainnollistaa edullisten toteutusmuotojen mukaista mene- telmää, :·! kuvio 5 havainnollistaa edullisten toteutusmuotojen mukaista mene- ‘ . telmää vuokaavion avulla, 35 kuvio 6 esittää esimerkkiä trelliksen vaiheen polkujen painoista, kuvio 7 havainnollistaa erään toteutusmuodon suorituskykyä ja 111887 5 kuviot 8A - 8D esittävät erilaisia toteutusvaihtoehtoja.

Edullisten suoritusmuotojen kuvaus

Keksinnön mukaista menetelmää voidaan soveltaa missä tahansa tiedonsiirtojärjestelmässä, jossa käytetään trellistä. Eräs käyttökohde on de-5 koodaus, esimerkiksi konvoluutiokoodin, lohkokoodin, turbokoodin tai space-time-koodin dekoodaus, kanavakorjaus (ekvalisointi), puheentunnistusalgorit-mit, lähdekoodaus (source encoding), tai trelliskoodattu kvantisointi (TCQ, trellis coded quantization). Seuraavassa keksintöä kuvataan sovellettaessa sitä digitaalisessa solukkoradiojärjestelmässä, kuten esimerkiksi GSM-järjestel-10 mässä tai UMTS-järjestelmässä konvoluutiokoodin dekoodauksessa, siihen kuitenkaan rajoittumatta.

Solukkoradiojärjestelmän rakenne keksinnön kannalta olennaisin osin on kuvion 1 mukainen. Järjestelmä käsittää tukiaseman 100, sekä joukon yleensä liikkuvia tilaajapäätelaitteita 102 - 106, jotka ovat kaksisuuntaisessa 15 yhteydessä 108 - 112 tukiasemaan. Tukiasema välittää päätelaitteiden yhteydet tukiasemaohjaimelle 114, joka välittää ne edelleen järjestelmän muihin osiin ja kiinteään verkkoon. Tukiasemaohjain 114 ohjaa yhden tai useamman tukiaseman toimintaa.

Viitaten kuvioon 2 tarkastellaan esimerkkiä lähettimestä 100 ja vas-20 taanottimesta 102, joiden yhteydessä keksinnön edullisten toteutusmuotojen “ mukaista ratkaisua voidaan soveltaa. Kuvion esimerkissä lähetin on siis tu- :.v kiasema ja vastaanotin tilaajapäätelaite, mutta edullisia toteutusmuotoja voi- daan soveltaa myös silloin, kun vastaanotin on tukiasemavastaanotin. Lähetin : /. i 100 ja vastaanotin 102 kommunikoivat siis kuvion 2 esimerkissä radiokanavan ·: ·: 25 108 välityksellä. Lähetin 100 käsittää datalähteen 200, joka voi olla puhekoo- / ; deri tai jokin muu datalähde. Datalähteen ulostulosta saadaan lähetettävä sig naali 202, joka viedään kanavaenkooderille 204, joka tässä esimerkissä on : v. konvoluutioenkooderi. Koodatut symbolit 206 viedään modulaattorille 208, jos- sa signaali moduloidaan jollain tunnetulla tavalla. Moduloitu signaali viedään 30 radiotaajuusosille 210, joissa se vahvistetaan ja antennin 212 avulla lähete-:.;,: tään radiotielle 108.

: Radiotiellä 108 signaaliin tulee häiriöitä ja tyypillisesti myös kohinaa.

Vastaanotin 102 käsittää antennin 214, jolla se vastaanottaa signaalin, joka viedään radiotaajuusosien 216 kautta demodulaattorille 218. Demoduloitu sig-35 naali viedään detektorille 220, jossa signaalille suoritetaan keksinnön edullisten toteutusmuotojen mukainen dekoodaus, kanavakorjaus (ekvalisointi) ja 111887 6 ilmaisu. Detektorilta signaali 222 viedään edelleen vastaanottimen muihin osiin.

Seuraavaksi kuvataan tarkemmin esimerkkiä trelliksen käytöstä vi-terbi-dekooderin yhteydessä kuvion 3 avulla. Kuviossa on esimerkinomaisesti 5 esitettynä kahdeksantilainen trellis-kaavio. Trelliskaavio määräytyy käytetyn koodin perusteella, kuviossa kuhunkin pisteeseen tulee ja siitä lähtee kaksi reittiä, eli kyseessä on jokin 1/n-koodaussuhteen koodi. Kutakin saraketta voidaan kutsua trelliksen vaiheeksi. Ratkaistaessa viterbialgoritmia trellis-kaaviossa edetään vaiheittain vasemmalta oikealle tai oikealta vasemmalle.

10 Kuhunkin pisteeseen voidaan tulla kahta eri reittiä pitkin, ja kussakin pisteessä valitaan parempi siihen tulevista reiteistä ja talletetaan tieto muistiin. Valinta perustuu jo mainittuihin metriikoihin. Polkumetriikka edustaa todennäköisyyttä sille, että vastaanotetun signaalin sisältämien symbolien joukko johtaa kyseisen solmun kuvaamaan tilaan. Siirtymämetriikka puolestaan edustaa eri siirty-15 mien todennäköisyyksiä. Kussakin pisteessä lasketaan siis siihen tulevien reittien metriikka siten, että reitin edeltävän solmun polkumetriikkaan lisätään edeltävän solun ja käsiteltävän solmun siirtymämetriikka. Menetelmästä riippuen näistä valitaan joko suurempi tai pienempi jatkoon.

Tavanomaisessa viterbi-algoritmissa tarkastetaan kaikki polut ja 20 solmut. Käytettäessä M-algoritmia valitaan kussakin vaiheessa siis vain M reittiä jatkoon. Jos M on yhtä suuri kuin kaikkien tilojen lukumäärä, niin tällöin ky-*’ seessä on puhdas viterbi-algoritmi. M-algoritmi sinänsä on alan ammatti- miehelle tuttu, ja sitä ei tarkemmin selosteta. Tässä yhteydessä viitataan jul- ··:’ kaisuun Schlegel: ’’Trellis coding”, IEEE Press, ISBN: 0-7803-1052-7, sivut ·7·ί 25 153-189.

* Tarkastellaan keksinnön erästä edullista toteutusmuotoa kuvioiden . ' 7 4 ja 5 avulla. Oletetaan, että dekoodauksessa käsitellään trelliksen jotain vai hetta. Dekoodauksessa on käsiteltävänä siis trelliksen jonkin vaiheen tilain-deksit 400. Kyseessä voivat olla kyseisen vaiheen kaikki tilaindeksit tai osa .···. 30 niistä, koodista ja M:n arvosta riippuen. Kuviossa kukin piste merkitsee yhtä 7 tilaindeksiä.

Askeleessa 500, vastaten kuviossa 4 vaihetta 402, jaetaan käsitel-tävät tilaindeksit useampaan kuin yhteen alijoukkoon 404 - 418. Kuvion 4 esi-merkissä alijoukkoja on kahdeksan. Tässä tapauksessa kussakin alijoukossa 35 on yhtä monta tilaindeksiä, eli neljä. Askeleessa 502 määritetään alijoukoissa • · tilaindeksien polkumetriikat. Askeleessa 504 järjestetään alijoukoissa tilaindek- 111887 7 sit siten, että tietty ennalta asetettu määrä kussakin alijoukossa parhaita tilain-deksejä saadaan selville. Kuvion 4 esimerkissä ensimmäisen aliryhmän 404 parhaat tilaindeksit ovat 420A ja 420B ja huonoimmat tilaindeksit ovat 422A ja 422B. Huomattakoon, että tilaindeksejä ei tarvitse asettaa tarkkaan järjestyk-5 seen, vaan ainoastaan parhaat eli 420A ja 420B on saatava selville. Askeleessa 506 valitaan kussakin alijoukossa nämä tietyt tilaindeksit jatkoon. Kuvion 4 esimerkissä määritetään kussakin alijoukossa neljän tilaindeksin joukosta kaksi parasta tilaindeksiä 424, jotka sitten valitaan jatkoon. Niitä ei tarvitse laittaa keskenään järjestykseen. Kun kaikki tilat on käsitelty, on jatkoon valittu M palo rasta tilaindeksiä. Tässä esimerkissä jatkoon valitaan aina kaksi indeksiä riviä kohden, mutta valittu määrä voi olla jokin muukin. Huonoimmat indeksit 426 tiputetaan pois jatkokäsittelystä. Jatkoon valittavien lukumäärän ei tarvitse olla kaksi tai edes puolet kunkin alijoukon alkioiden lukumäärästä, kuten kuvion 4 esimerkissä. Askeleessa 508 siirrytään käsittelemään seuraavaa trelliksen vai-15 hetta.

Tarkastellaan seuraavaksi sitä, miten käsiteltävänä olevat tilaindeksit 400 jaetaan eri alijoukkoihin. Eräässä toteutusvaihtoehdossa jako tapahtuu satunnaisesti. Toisaalta, jotta alijoukoissa tapahtuva osittainen järjestelyjä tietyn määrän valinta jatkoon olisi tehokasta, on edullista, että tilaindeksien met-20 riikat poikkeavat toisistaan. Jos tilaindeksit poikkeavat toisistaan vain vähän, ei "hyviä" ja "huonoja" tilaindeksejä voida kovin luotettavasti erottaa toisistaan.

• · \ '* Tästä syystä keksinnön eräissä edullisissa toteutusmuodoissa käytetään seu- * · * · * raavassa esitettäviä kriteereitä valittaessa tilaindeksejä alijoukkoihin.

t «.li* Oletetaan tässä, että S on käytetyn konvoluutiokoodin tilojen luku- • · | 25 määrä. Merkitään kirjaimelle D suurinta kaikista pienimmän painon omaavista poluista tilasta 0 tilaan s, missä s = 0,1,..., S-1. Olkoon rvastaanotettu signaali, eli signaali dekooderin sisääntulossa, vastaten yhtä kanavasymbolia. Koodin • · · lineaarisuudesta johtuen ero minkä tahansa kahden polkumetriikan välillä on : ·. ·. pienempi tai yhtä suuri kuin • · ’··!, 30 Dmax|/j.

* * T Tässä 11 tarkoittaa itseisarvoa. Yllä oleva arvo merkitsee siis suurin- \: ta eroa minkä tahansa kahden polkumetriikan välillä. Eräs mahdollinen kriteeri 1 * ( :,,,: valittaessa tilaindeksejä alijoukkoihin on, että ensin määritetään kuhunkin ali- :·! joukkoon tulevien tilaindeksien pienimmät etäisyydet polkumetriikoiden välillä, • I · ’,,,. 35 ja valitaan sitten tilaindeksit alijoukkoihin siten, että maksimoidaan alijoukkojen pienin koodaamaton etäisyys.

111887 8

Toinen mahdollinen kriteeri on määrittää kuhunkin alijoukkoon tulevien tilaindeksien pienimmät etäisyydet polkumetriikoiden välillä ja valita sitten tilaindeksit alijoukkoihin siten, että maksimoidaan alijoukkojen pienimpien koo-daamattomien etäisyyksien summa.

5 Olkoon DSjS' sen polun paino, joka on ero niiden selvinneiden polku jen välillä, jotka päätyvät tiloihin s ja s' ja joilla on pienin koodaamaton paino.

Toisin sanoen, se on paino sille erolle niiden polkujen välillä, jotka päättyvät tiloihin s ja s'ja eroavat toisistaan aikaisimmassa mahdollisessa pisteessä, kun niitä tarkastellaan takaisinpäin pisteistä s ja s' lähtien. Kuviossa 6 havainnollis-10 tetaan DS)S· :n arvoa kaikilla mahdollisilla s ja s':n arvoilla, kun koodi on 64-asteinen koodi polynomeilla 133 ja 171. Kuviossa on esitetty 64x64-matriisi, jossa vaaka- ja pystyakseleilla on siis 64 tilaindeksiä kummassakin. Kunkin ruudun tummuusaste kuvaa DSlS· :n arvoa siten, että vaaleimmilla ruuduilla DS,S' :n arvo on 10 ja tummimmilla ruuduilla DSiS· :n arvo on 0. Kuvion 6 halkaisijalla 15 Ds,s· saa arvon 0, koska siinä s = s'.

Kuviosta nähdään, että Ds,S':llä on fraktaalimainen käytös. Kuvion 6 matriisi voidaan jakaa neljään neliöön ja nämä edelleen neljään neliöön, ja kussakin neliössä säilyy koko neliön symmetria.

Eräässä edullisessa toteutusmuodossa tilaindeksit valitaan alijouk- 20 koihin siten, että kunkin alijoukon sisällä tilaindeksit eroavat toisistaan arvolla, : joka on kahden potenssi. Täten siis esimerkiksi jos tiloja on 256, niin alijouk- \ . koon / valitaan tilat {/, / + 32, / + 64, i +96, / +128, / +160, / +192, / +224}.

’* ;* Tarkastellaan seuraavaksi esimerkkiä, joka havainnollistaa erään « · ·; :t edullisen toteutusmuodon mukaisella ratkaisulla suoritettua simulaatiota.

• · 25 Oletetaan, että koodaussuhde on 1/2, kehyksen pituus 300 bittiä, kanavassa on valkoista Gaussin kohinaa. Koodi käsittää 256 tilaa, ja M:n arvo on puolet • > · tilojen määrästä, eli 124. Alijoukkojen lukumäärä on 32, joissa kussakin on 8 alkiota. Alijoukkoon valitaan tilat edellisen kappaleen mukaisesti, eli alijoukkoon / valitaan tilat {/, / + 32, / + 64, / +96, / +128, / +160, / +192, / +224).

30 Tästä seuraa, että DS(S· :n summa kaikkien alijoukon tilojen välillä saa arvon 240. Ds,s' :n minimiarvo alijoukossa on 7, ja maksimi 10.

; Näillä edellytyksillä saadaan kuvion 7 mukainen suorituskyky. Vaa- ka-akselilla on Eb/NO saaden arvot välillä 0.0 - 4.0 ja pystyakselilla on bittivir-hesuhde BER saaden arvoja välillä 1.0 -10'5 - 1.0. Kuviossa on esitetty käyrät ,, : 35 viterbi-algoritmille (kiinteä viiva), M-algoritmille täydellisellä järjestelyllä (piste- viiva) ja M-algoritmille kahdeksalla alijoukolla (katkoviiva). Kuten havaitaan, 9 11188" kaikkien suorituskyky on lähes sama. Toteutukseltaan alijoukkoratkaisu on kuitenkin siis yksinkertaisin.

Tarkastellaan seuraavaksi eräitä toteutuksia, joilla alijoukon tilain-dekseistä voidaan haluttu määrä valita jatkoon. Oletetaan tässä, että 2M=S, eli 5 kustakin alijoukosta valitaan aina puolet jatkoon. Tämä rajoitus on valittu vain yksinkertaistamaan esimerkkiä, eikä se rajoita edullisia toteutusmuotoja yleisemmin.

Kuviossa 8A on esitetty toteutus, joka soveltuu tilanteeseen, jossa alijoukon koko on kaksi alkiota eli tilaindeksiä. Toteutus käsittää komparaatto-10 rin 800, ja multiplekserin 802. Alijoukon arvot A ja B tuodaan komparaattorille sekä multiplekserille. Komparaattorin lähdön arvo riippuu siitä, kumpi sisään-menoissa olevista signaaleista on suurempi, ja tällä ulostulosignaalilla 803 ohjataan multiplekserin ulostuloon haluttu arvo, joko A tai B.

Kuviossa 8B on esitetty toteutus, joka soveltuu tilanteeseen, jossa 15 alijoukon koko on neljä alkiota. Toteutus käsittää neljä MAXMIN-yksikköä 804A - 804D. Kukin yksikkö vertaa sisäänmenossa olevia arvoja, ja antaa MAX-ulostulossaan suuremman arvon ja MIN-ulostulossaan pienemmän arvon. Ensin neljää arvoa A, B, C ja D verrataan pareittain keskenään yksiköissä 804A ja 804B. Näiden vertailujen jälkeen arvot syötetään ristikkäin yksiköille 804C ja 20 804D. Kummastakin MAX-ulostulosta saatava arvo 805A, 805B valitaan jat koon, ja MIN-ulostuloista saatavat arvot hylätään.

Kuviossa 8C havainnollistetaan MAXMIN-yksikön toteutusta. Se ! · ; * voidaan toteuttaa yhdellä komparaattorilla 806 ja kahdella multiplekserillä, » · • ; 808A ja 808B, joiden ulostuloja säädetään komparaattorilla 806. Komparaattori : i 25 antaa esimerkiksi ulostulossaan signaalin T, jos A on suurempi kuin B, ja sig- • naalin Ό', jos B on suurempi kuin A. Tämä ulostulosignaali 810 kytketään mul- ‘ tipleksereiden 808A ja 808B ohjaussisäänmenoon. Kun multipleksereiden oh jaussignaalilla on arvo Ό', niin MAX-multiplekserin 808A ulostulossa on B ja MIN-multiplekserin 808B ulostulossa on arvo A.

.··. 30 Kuviossa 8D on esitetty vaihtoehto toteutus kuvion 8B ratkaisulle.

’·] Toiminnallisesti kuvion 8D toteutus on yhteneväinen kuvion 8B ratkaisun kans- ·:·* sa, mutta se aikaansaadaan oleellisesti pienemmällä porttimäärällä. Toteutus käsittää neljä rinnakkaista multiplekseriä 812A-812D, kaksi rinnakkaista MAX-:·. t MIN-yksikköä 814A, 814B ja neljä viiveyksikköä 816A-816D. Tässä kuviossa 35 menee kellojakso-ohjaus viiveyksiköille ja multipleksereille, mutta sitä ei ole • · piirretty kuvioon selkeyden takia.

10 111887

Ensin multipleksereiden 812A-812D sisäänmenot A, B, C ja D kytketään MAXMIN-yksiköille, ja näiden ulostulot viedään viiveyksiköillä 816A-816D. Viiveyksiköiden ulostulot viedään takaisin multipleksereille 812A-812D, jotka seuraavalla kellojaksolla kytkevätkin nämä sisääntulot MAXMIN-5 yksiköille. Viiveyksiköiden 816A ja 816C ulostuloista saadaan valitut arvot 818, 820 jatkoon. Kuvion 8B peräkkäiset MAXMIN-yksiköt on korvattu vain yhdellä parilla, joita käytetään kahdesti. Kuvion esimerkissä lajittelu toteutetaan siis laskostettuna. Kun dataa kierrätetään useampi kierros, tarvitaan vähemmän laitteistoresursseja. Lajittelun hitaus kasvaa, mutta piipinta-ala pienenee.

10 Keksinnön edullisissa toteutusmuodoissa vastaanottimen detektori on siis sovitettu jakamaan käsiteltävät tilaindeksit useampaan kuin yhteen alijoukkoon, määrittämään alijoukoissa tilaindeksien polkumetriikat ja valitsemaan kustakin alijoukosta ennalta määrätty määrä tilaindekseistä jatkoon met-riikoiden perusteella. Nämä toiminnat voidaan suorittaa detektorissa joko oh-15 jelmallisesti tai laitteistototeutuksena. Edullisesti suunniteltaessa detektoria vastaanottimeen voidaan tarvittavat kytkennät ja ohjelmoinnit tehdä jo silloin, koska niitä ei yleensä ole tarve muuttaa käytön aikana.

Vaikka keksintöä on edellä selostettu viitaten oheisten piirustusten mukaiseen esimerkkiin, on selvää, ettei keksintö ole rajoittunut siihen, vaan 20 sitä voidaan muunnella monin tavoin oheisten patenttivaatimusten esittämän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

< » I » t I t t

Claims

111887

1. Menetelmä trelliksen läpikäymisen tehostamiseksi, jossa trellik-sen kussakin vaiheessa valitaan tietty joukko vaiheen tilaindekseistä jatkoon, tunnettu siitä, että kussakin trelliksen vaiheessa 5 jaetaan (500) käsiteltävät tilaindeksit useampaan kuin yhteen ali joukkoon (404-418); määritetään (502) alijoukoissa tilaindeksien polkumetriikat; valitaan (504, 506) kustakin alijoukosta ennalta määrätty määrä tilaindekseistä jatkoon metriikoiden perusteella.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että määritetään kunkin vaiheen tilaindeksien polkumetriikat; määritetään kuhunkin alijoukkoon tulevien tilaindeksien pienimmät etäisyydet polkumetriikoiden välillä 15 valitaan tilaindeksit alijoukkoihin siten, että maksimoidaan alijoukko jen pienin etäisyys.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että määritetään kunkin vaiheen tilaindeksien polkumetriikat; 20 määritetään kuhunkin alijoukkoon tulevien tilaindeksien pienimmät : ·. etäisyydet polkumetriikoiden välillä; lv. valitaan tilaindeksit alijoukkoihin siten, että maksimoidaan alijoukko- * « · ‘ J jen pienimpien etäisyyksien summa.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, ’· 25 että valitaan tilaindeksit alijoukkoihin siten, että kunkin alijoukon sisällä tilain- OM» ' * deksit eroavat toisistaan arvolla, joka on kahden potenssi.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tilaindeksit järjestetään suuruusjärjestykseen kussakin alijoukossa.

:6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, :"': 30 että kustakin alijoukosta valitaan jatkoon ennalta määrätty määrä tilaindeksejä, \ joilla on suurin polkumetriikka.

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, • » ' ·; ·' että kustakin alijoukosta valitaan jatkoon puolet alijoukon tilaindekseistä.

8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, •: · ·; 35 että trelliksen avulla suoritetaan vastaanotetun signaalin dekoodaus. 111887

9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että trelliksen avulla suoritetaan konvoluutiokoodatun signaalin dekoodaus.

10. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että trelliksen avulla suoritetaan vastaanotetun signaalin ekvalisointi. 5

11. Järjestely trelliksen läpikäymisen tehostamiseksi detektorissa (220), joka on sovitettu valitsemaan trelliksen kussakin vaiheessa tietty joukko vaiheen tilaindekseistä jatkoon, tunnettu siitä, että: detektori (220) on sovitettu kutakin trelliksen vaihetta laskettaessa jakamaan käsiteltävät tilaindeksit useampaan kuin yhteen alijouk-10 koon (404-418); määrittämään alijoukoissa (404-418) tilaindeksien polkumetriikat; valitsemaan kustakin alijoukosta ennalta määrätty määrä tilaindekseistä jatkoon metriikoiden perusteella.

12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen järjestely, tunnettu siitä, 15 että detektori (220) on sovitettu määrittämään kunkin vaiheen tilaindeksien polkumetriikat; määrittämään kuhunkin alijoukkoon (404 - 418) tulevien tilaindeksien pienimmät koodaamattomat etäisyydet polkumetriikoiden välillä; valitsemaan tilaindeksit alijoukkoihin siten, että maksimoidaan ali-20 joukkojen pienin etäisyys. .t

13. Patenttivaatimuksen 11 mukainen järjestely, tunnettu siitä, ‘. , että detektori (220) on sovitettu * I · ’ * ; ’ määrittämään kunkin vaiheen tilaindeksien polkumetriikat; ·;·: määrittämään kuhunkin alijoukkoon (404 - 418) tulevien tilaindeksi- '. i 25 en pienimmät koodaamattomat etäisyydet polkumetriikoiden välillä; : valitsemaan tilaindeksit alijoukkoihin siten, että maksimoidaan ali- joukkojen pienimpien etäisyyksien summa.

14. Patenttivaatimuksen 11 mukainen järjestely, tunnettu siitä, V; että detektori (220) on sovitettu valitsemaan tilaindeksit alijoukkoihin siten, että * · .···. 30 kunkin alijoukon sisällä tilaindeksit eroavat toisistaan arvolla, joka on kahden '·’ potenssi. t I t

' ·: · * 15. Patenttivaatimuksen 11 mukainen järjestely, tunnettu siitä, * I I että detektori (220) on sovitettu suorittamaan vastaanotetun signaalin dekoo-daus. * » · I * t I » 111887

16. Patenttivaatimuksen 11 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että detektori (220) on sovitettu suorittamaan vastaanotetun signaalin ekvali-sointi.

17. Patenttivaatimuksen 11 mukainen järjestely, tunnettu siitä, 5 että detektori (220) on sovitettu suorittamaan monen käyttäjän ilmaisu. * * · • · * · « t I « · * * « · I · * • I · » « · • · * ·