專利名稱：用于迭代解碼的軟信息比例變換的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及解碼，尤其涉及用于確定可以對軟信息值進行比例變換的比例因子的方法和設備，其中軟信息值的比例變換操作屬于解碼處理的一部分。
背景技術：
幾乎任何形式的電子通信和存儲系統(tǒng)都會用到糾錯碼。糾錯碼是通過在數(shù)據(jù)流中引入冗余量來對這些系統(tǒng)中的信息傳輸所固有的不可靠性進行補償?shù)摹＜m錯處理的數(shù)學基礎是由香農建立的。香農研究出了信道的數(shù)學概念，在該概念中，通信系統(tǒng)中的信號失真是作為隨機過程模擬的。香農得到的最主要的成果是噪聲信道定理，該定理定義了信道容量，其中該容量是一個對可以通過信道可靠傳遞信息的最大速率做出限定的參量。這個容量即為通常所說的香農容量。要想以趨近于該容量的速率進行可靠傳輸，那么就必需用到糾錯碼。因此，糾錯碼被設計成在盡可能趨近該容量的同時實現(xiàn)足夠的可靠性。實施糾錯碼的復雜性則是在糾錯碼的實際應用中出現(xiàn)的附加因素。
在糾錯編碼系統(tǒng)方面取得的最新進展源于Turbo碼的發(fā)明以及后續(xù)關于低密度奇偶性校驗(LDPC)碼的重新發(fā)現(xiàn)和發(fā)展，這些進展提供了可以非常趨近香農容量并且復雜性適宜的編碼系統(tǒng)。
很多糾錯編碼系統(tǒng)都會依賴于軟信息。一般來說，軟信息表示的是關于比特b的判定，即1或0的判定，此外，軟信息還表示了關于該判定的可靠性的某種量度。舉例來說，常用于軟值的典型形式是對數(shù)似然比logp(y|b=0)p(y|b=1),]]>其中y是比特b的某個觀測結果，例如在比特b經由通信信道傳輸之后得到的觀測結果。輸入到解碼器中的軟輸入值通常是從那些經由通信信道傳送的信號中獲取的，這些通信信道則有可能會使所傳送的信號遭遇噪聲。在這種情況下，對產生軟值的判定而言，關于該判定的可靠性的量度將會反映信道噪聲的影響。
如果我們使用二進制相移鍵控(BPSK)調制方案x＝2b-1以及一條用y＝x+n模擬的高斯信道來傳送比特，其中n表示的是均值為0并且方差為s2的真實高斯隨機變量，那么y是x等于恒定因子的對數(shù)似然比。更確切地說，logp(y|x=1)p(y|x=-1)=2s2y.]]>對某些類型的糾錯系統(tǒng)、例如使用了維特比譯碼的卷積碼而言，由于解碼處理在用正值常數(shù)進行比例變換的情況下是恒定的，因此該系統(tǒng)不需要知道比例因子 實際上，出現(xiàn)這種情況是因為維特比譯碼器能夠發(fā)現(xiàn)將x1y1+x2y2+...+xnyn最大化的碼字(x1，...，xn)，其中y1，...，y2表示的是與所傳送的比特x1，...，xn相對應的觀測值。
最新情況顯示，Turbo碼和LDPC碼明顯要勝過卷積碼之類的傳統(tǒng)編碼系統(tǒng)。然而，用于這些編碼的最佳解碼器取決于軟值的比例變換。如果對軟值進行不正確的比例變換，那么很有可能對解碼性能產生負面影響。
通常，在實踐中是很難了解或估計正確的比例因子的。這是因為在系統(tǒng)中有可能對數(shù)據(jù)進行不易追蹤的未知比例變換。例如，這種難以追蹤的數(shù)據(jù)比例變換有可能是由自動增益控制電路或其他電路實施的。在為x施加了可能未知或是僅僅近似已知的乘法增益的衰落信道中，這種情況尤其是成立的。如果使用的是為正確的比例因子做出的粗略估計，那么很有可能導致編碼系統(tǒng)性能顯著降級。由此需要一種可以為諸如軟輸入值集合之類的軟數(shù)據(jù)塊提供比例因子的方法，以使解碼性能不受損失或是相對于正確的比例因子已知的情況而將所受損失減至最小。從實施角度來看，如果可以從所要處理的軟值中確定恰當?shù)谋壤蜃?，而不必追蹤那些可能影響比例因子大小的比例變換和/或不同信道狀態(tài)，那么這將是非常理想的，其中所述比例因子是在解碼之前施加給軟值的。

發(fā)明內容
本發(fā)明涉及的是一種用于在糾錯解碼之前或者結合糾錯解碼來對軟值進行比例變換的方法和設備。選擇和使用比例因子來對軟值進行比例變換的目的是提高和/或優(yōu)化解碼器性能，而不必在經由通信信道傳送信號時預先了解正確的比例因子或是實際信道狀態(tài)，其中軟值是從所述信號獲取的。本發(fā)明的方法和設備適用于多種設備，例如無線終端、移動手持機、以及用于接收和解碼數(shù)據(jù)的多種其他類型的設備。
對指定的編碼方案和指定的信道質量而言，假設接收機恰當執(zhí)行比例變換，那么在接收機上有可能出現(xiàn)多個軟值分布，這些分布會根據(jù)信道質量而以可預測的方式變化。因此，對具有特定質量的信道、例如用香農信道容量之類的信道質量值所表示的信道來說，可以為其預測相應的軟值分布集合。而具有其他信道質量值的信道則與不同的軟值分布集合相對應。因此，對經過恰當比例變換的軟值來說，在給出了已知編碼方案的情況下，在接收機上可以將特定軟值分布關聯(lián)于特定的信道質量值。
依照本發(fā)明，假設通信信道滿足用預選信道質量值表述的預定質量等級，例如信道容量。如果給出這種假設，那么將會確定一個比例因子，在將這個比例因子應用于輸入軟值集合時，該比例因子將會產生一個與信道質量相對應的分布，其中舉例來說，該分布將會準確或者近似與假定的預選信道質量值相匹配。
然后，在執(zhí)行依賴于正確比例變換的解碼操作之前，所確定的比例因子將被用于對一個或多個軟輸入值進行比例變換。
在不同實施例中，在執(zhí)行比例變換和解碼之前將會對預選信道質量值進行選擇，使之成為一個與信道變得不可接受時所在的點非常接近的值。這個預選值既可以處于可接受的信道質量區(qū)域內部，也可以剛好處于其外部。此外，在這里還可以將這個信道變得不可接受時的點描述成一個臨界點。例如，在解碼之前可以根據(jù)所用編碼方案而對預選信道質量值進行選擇，并且可以將其編程到充當解碼器的設備。此外也可以對預選信道質量值進行選擇，使之與給出所用編碼方案時所要實現(xiàn)的信道質量相對應。在解碼的持續(xù)時段中，例如通信設備使用期限中或是通過對設備進行編程來支持新的編碼方案之前，亦或是以其他方式更新預選信道質量值之前，預選信道質量值可以保持固定。因此，在經由通信信道傳送信號和/或接收信號時，預選信道質量值通常獨立于實際信道質量。此外，預選信道質量值不依賴于自動增益控制(AGC)功能，也不依賴于對應用于執(zhí)行解碼的通信設備中的接收信號的其他增益進行的追蹤。


圖1描述的是可以將本發(fā)明的比例因子判定方法與迭代解碼器結合使用的示范性通信系統(tǒng)，其中所述迭代解碼器依賴于輸入值的正確比例變換。
圖2描述的是為作為預選信道質量值函數(shù)的指定輸入值集合產生比例因子的本發(fā)明的方法。
圖3描述的是依照本發(fā)明的一個實施例來確定應用于軟值的比例因子的本發(fā)明的示范性比例因子判定方法。
圖4描述的是依照本發(fā)明另一個示范性實施例來確定和使用比例因子的另一種方法。
圖5描述的是與使用香農信道容量作為信道質量值的應用相對應的函數(shù)g，其中g(x)＝1-h(z(x))，h是二進制熵函數(shù)，z(x)＝l/(l+ex)。
具體實施例方式
圖1描述的是示范性通信系統(tǒng)10，在該系統(tǒng)中，本發(fā)明的比例因子判定方法可以與依賴于正確軟值比例變換的迭代解碼器結合使用，其中所述迭代解碼器例如可以是LDPC解碼器或Turbo解碼器。如所示，通信系統(tǒng)10包含了第一和第二通信設備11、13。舉例來說，第一通信設備11可以是基站，而第二通信設備13則可以是無線終端?；?1可以通過空中鏈路37來與無線終端13進行通信。
第一通信設備11包含了CPU之類的處理器14、輸入/輸出接口16、輸入設備20、輸出設備22、發(fā)射機35以及存儲器30，這些設備通過總線18耦合在一起。存儲器30包含了數(shù)據(jù)32，該數(shù)據(jù)可以是將要傳送的數(shù)據(jù)以及控制程序34。處理器14根據(jù)控制程序34的指示來執(zhí)行操作，以便控制針對第二通信設備13的數(shù)據(jù)傳輸。I/O接口16允許第一通信設備11從/向因特網(wǎng)之類的網(wǎng)絡接收和/或發(fā)送數(shù)據(jù)。此外，舉例來說，輸入設備20可以是數(shù)字鍵盤，它可用于將控制信號和/或數(shù)據(jù)輸入到第一通信設備11。輸出設備22則可以包括用于向用戶顯示信息、數(shù)據(jù)和/或設備狀態(tài)信息的顯示器。與發(fā)射機天線36相耦合的發(fā)射機35被用于經由空中鏈路37來向第二通信設備13發(fā)射數(shù)據(jù)。并且發(fā)射機36包含了編碼器28以及調制器26。編碼器28實施的是多種編碼技術中的任何一種，其中對編碼信號所進行的解碼依賴于對從所傳送信號中獲取的軟值進行恰當?shù)谋壤儞Q。編碼器28例如可以是LDPC編碼器或Turbo編碼器。編碼器28接收所傳送的數(shù)據(jù)值并且從中產生編碼值。在作為天線36所廣播的信號的一部分而被發(fā)射之前，從編碼器28輸出的編碼值將會經歷調制器26的調制。雖然并未顯示，但是應該了解，第一通信設備11和第二通信設備13可以包含相似的接收機電路，由此第一通信設備11既可以接收數(shù)據(jù)，也可以傳送數(shù)據(jù)。
第二通信設備13包括CPU之類的處理器44、輸入設備50、輸出設備52、接收機電路54以及存儲器60，這些設備是通過總線48耦合在一起的。第二通信設備13還包括用于對經由無線電傳遞的信號進行接收的接收機天線38。存儲器60是機器可讀介質，它包含了數(shù)據(jù)62、控制程序64、預選信道質量值66以及比例變換值計算程序68。在CPU44執(zhí)行控制程序64的時候，該控制程序會對第二通信設備13的常規(guī)操作進行控制。數(shù)據(jù)62可以包括那些依照本發(fā)明對接收信號進行解調和解碼操作所獲取的數(shù)據(jù)，以及控制程序64所使用的數(shù)據(jù)。比例變換值計算程序68則包括計算機指令和/或模塊，在由CPU44執(zhí)行時，該指令和/或模塊使處理器44產生恰當比例變換值，其中該比例變換值是解調器56輸出的未經比例變換的軟值以及存儲器60中保存的預選信道質量值66的函數(shù)。作為本發(fā)明的軟件實施方式的替換方案，在這里還可以依照本發(fā)明并且使用硬件模塊和/和硬件與軟件的組合來計算比例變換值。雖然沒有顯示，但是應該了解，第二通信設備13與第一通信設備11可以包含相似的發(fā)射機電路，由此第二通信設備13既可以傳送數(shù)據(jù)，也可以接收數(shù)據(jù)。
在圖1的實施例中，解調器56輸出的軟值可以經由解碼器58提供到處理器44，以便確定用作預選信道質量值66的函數(shù)的比例因子。然后，處理器44可以比例變換軟值并將經過比例變換的軟值返回到解碼器58。作為選擇，處理器44也可以返回所確定的比例因子，以便與解碼器58的輸入端所包含的比例變換電路結合使用，從而在實施依賴于比例變換的迭代解碼處理的電路執(zhí)行處理之前對軟輸入值進行比例變換。解碼器58執(zhí)行的解碼處理可以并且通常與傳輸前執(zhí)行編碼的編碼器28所執(zhí)行的編碼處理相反。并且在某些實施例中，解碼器58可以是LDPC解碼器。
天線36與38之間的空中鏈路37表示的是用于傳送發(fā)射機35所生成的信號的通信信道。在這里可以將通信信道解釋成包括了處于編碼器28與解碼器58之間的通信路徑上的其他部件，這其中包括可以影響信號增益、進而影響解調器56輸出的軟值數(shù)值的自動增益控制電路。解碼器58可以并且在某些實施例中會向解調器56提供反饋。因此，解調器56可以形成迭代解碼過程的一部分，例如用于重復處理所產生的軟值，直至實現(xiàn)恰當?shù)呐袥Q可靠性等級或是滿足其他解碼停止準則的循環(huán)。而用以傳遞所傳送的信號的通信信道37則會引入噪聲，并且將會導致比例變換出錯，舉例來說，由于存在信道衰落、不準確的AGC操作和/或其他因素，因此解調器56輸出的軟值通常會過大或是過小，并且所述軟值還有可能采取一個與所傳送的值的分布不同的分布。
對指定的編碼方案和指定的信道質量而言，假設接收機恰當執(zhí)行比例變換操作，那么在接收機上有可能出現(xiàn)多個軟值分布，并且這些分布是根據(jù)信道質量而以可預測的方式變化的。因此，可以為具有特定質量的信道、例如用香農信道容量之類的信道質量值表示的信道預測相應的軟值分布集合。而具有其他信道質量值的信道則與不同的軟值分布集合相對應。因此，對經過恰當比例變換的軟值來說，在給出了已知編碼方案的情況下，在接收機上可以將特定的軟值分布關聯(lián)于特定的信道質量值。
依照本發(fā)明，假設通信信道滿足以預選信道質量值66表示的預定質量等級，例如信道容量。這個值可以在解碼之前依據(jù)所用編碼方案來選擇。例如，在給出了所用編碼方案的情況下，通過對預選信道質量值進行選擇，可以使之與預期實現(xiàn)的信道容量相對應。在解碼的延長時段中，例如通信設備13的使用期限或是通過對設備13進行編程來支持新的編碼方案之前，預選信道質量值66會在解碼過程中保持固定。因此，在經由通信信道傳送信號和/或接收信號時，預選信道質量值66與實際信道質量是無關的。此外，信道質量值66既不依賴于AGC功能，也不依賴于在通信設備13中對應用于接收信號的其他增益所進行的追蹤。
對容量目標，例如用作所述預選信道質量值的信道質量值來說，該容量目標可以并且在不同的實施例中是如下選擇的。以加性高斯白噪聲(AWAG)信道為例，在這種已知信道上模擬目標碼。找出編碼性能可以實現(xiàn)其目標性能等級(例如大小為10-3的幀差錯率)時的位置的信道容量，以及將這個信道容量用于性能目標。
通過觀察可知，與使用過小的因子來進行比例變換相比，使用過大的因子對數(shù)據(jù)進行比例變換將會產生較小的降級。因此，較為明智的是將容量目標設定成略高于上述方法所規(guī)定的容量目標。
對本領域技術人員來說，二進制容量之外的函數(shù)同樣可以用作比例變換的基礎，這一點是顯而易見的。這其中一個可能實例是可靠性tanh(a|y|)?？梢詫δ繕?，例如預選信道質量值進行相應的選擇或是調整，但是基本原理是相同的。實行這種處理時的方法將是相同的將接近臨界信道參數(shù)的預選信道質量值用于可接受信道質量值內部或是剛好在其外部的所用編碼，假設實際信道與信道質量值相匹配，以及計算比例因子，其中如果將該比例因子應用于輸入軟值集合，那么該比例因子將會產生與預選信道質量相對應的軟值分布。
如下文所述，在對解調器56產生的軟值進行比例變換的過程中，使用的比例因子是在做出了如下假設的情況下產生的即解調器56產生未曾進行過比例變換的軟值經由一條可以描述成滿足預選信道質量值66的信道進行傳送。換言之，對具有預選信道質量值66所規(guī)定的質量等級的通信信道而言，在將比例因子應用于解調器輸出的軟值分布時，通過計算一個可以產生與所述通信信道相對應的軟值分布的比例因子，可以確定用于對解調器的輸出進行比例變換的比例因子。
對依據(jù)解調器輸出的軟值分布以及預選信道質量值的所用比例因子計算來說，該計算可以用若干種簡單技術中的任何一種加以實施。這些技術包括為尚未進行過比例變換的指定軟值集合計算多個信道質量值，并且這其中的每一個信道質量值都與一個不同的可能比例因子相對應。然后，通過使用內插法而在多個信道質量值中找出與預選質量值相對應的信道質量值。隨后確定與內插質量值相對應的比例因子并且選擇該比例因子，從而使用這個比例因子作為應用于尚未進行過比例變換的指定軟值集合的比例因子。
根據(jù)另一種用于對作為解調器輸出的軟值以及預選信道質量值的函數(shù)的比例因子進行計算的技術，信道質量函數(shù)是從初始比例因子以及解調器輸出的至少一個尚未進行過比例變換的軟值中確定的。初始比例因子可以從比例因子范圍中預先選擇，在這個比例因子范圍中，所用比例因子是允許改變的。由于初始比例因子僅僅充當一個用于產生所用比例因子的起點，因此，初始比例因子在某種程度上可以是任意的。所用比例因子又稱為當前比例因子，隨著時間會作為解調器輸出的軟值的函數(shù)而被調整。依照本實施例，通過求解已確定的質量信道函數(shù)，可以確定一個比例因子，其中如果解調器產生至少一個軟值，那么在將這個比例因子應用于所述函數(shù)時，所述比例因子將會產生預選信道質量值。
在其他實施例中，舉例來說，其中將會使用依照本發(fā)明所確定的比例因子來對軟值進行比例變換，與這個經過比例變換的軟值相對應的信道質量值將會與預選信道質量值進行比較，并且在這里會將應用于后續(xù)軟值的比例因子作為已確定的差值的函數(shù)來進行調整，由此減小未來在預選信道質量值以及那些與尚未進行過比例變換的后續(xù)軟值相對應的信道質量值之間出現(xiàn)的差異。依照這種方法，對在軟輸入上使用的比例變換值所進行的調整是隨時間改變的，例如為每一個所處理的軟值修改比例變換值。在不同的實施例中，比例因子中的各種調整的大小將會保持很小，例如不到最大步長值的2％，在某些情況下則小于最大步長值的.75％，由此避免在使用了各種調整的比例變換值中出現(xiàn)寬幅擺動，并使比例因子隨時間而會聚到一個一致值上。
雖然在這里依據(jù)的是典型通信信道特性的特定觀測值以及LDPC碼和Turbo碼之類的依賴于比例變換的迭代編碼系統(tǒng)的性能，但是本發(fā)明涉及的是作為解碼處理的一部分來確定和使用比例因子的方法和設備。
本發(fā)明所依據(jù)的第一個觀測點是性能曲線，對很多依賴于比例變換的現(xiàn)代迭代編碼系統(tǒng)來說，該曲線是急劇升降的。這意味著與例如卷積碼相比，在編碼系統(tǒng)性能從例如10-1的幀差錯率變化到10-4的幀差錯率的過程中，信道參數(shù)范圍相對較小。在大多數(shù)情況下，編碼系統(tǒng)是在特定性能范圍中使用的，也就是說，系統(tǒng)具有一個目標性能，例如編碼系統(tǒng)的大小為10-3的幀差錯率。這意味著通信系統(tǒng)嘗試使信道工作狀態(tài)保持接近產生10-3的幀差錯率的狀態(tài)。因此，我們可以參考信道狀態(tài)的范圍，以使編碼系統(tǒng)性能接近于作為臨界區(qū)域的目標。在這種情況下，當實際信道狀態(tài)接近臨界區(qū)域時，比例因子估計的性能敏感度將會是最高的。如果信道遠遠劣于臨界區(qū)域，那么比例變換通常是不相干的，這是因為解碼器很可能失敗。如果信道遠遠優(yōu)于臨界值域，那么比例變換對成功解碼而言并不是非常重要。
本發(fā)明的方法假設信道接近臨界區(qū)域，例如可接受的信道質量區(qū)域邊緣，并且該方法是依據(jù)這個假設以及未經比例變換的軟輸入值來導出恰當?shù)谋壤蜃拥?。在下文中我們將會顯示如何實現(xiàn)這些處理。如果信道接近臨界區(qū)域但是仍舊處于可接受的區(qū)域中，那么該假設是正確或是近乎正確的，并且比例變換也是正確或近乎正確的，此外，最終性能與使用和已知正確的比例變換的情況是相同或幾乎相同的。如果信道遠遠劣于臨界區(qū)域，那么如我們先前指出的那樣，比例變換幾乎是不相干的，并且解碼有可能會失敗，但是這種情況很可能是因為惡劣的信道狀態(tài)產生的。如果信道遠遠優(yōu)于臨界值，那么以使用接近臨界區(qū)域但仍舊處于可接受區(qū)域的預選信道質量值為基礎的比例變換仍舊會提供優(yōu)于臨界值的性能，在不同的實施例中，這個臨界值即為目標性能。實際上，通過觀察某些實施方式可知，這種比例變換實際上可以提高迭代編碼系統(tǒng)中的所謂的最低誤碼率區(qū)域的性能。
我們現(xiàn)在給出一種用于執(zhí)行上述比例變換的方法。本發(fā)明的不同實施例使用的是描述臨界區(qū)域的值，例如與臨界區(qū)域相對應的值，其中所述臨界區(qū)域主要或者僅僅依賴于經過了恰當比例變換的軟值的幅度分布，例如對數(shù)似然比。然后，在給出了輸入軟值集合、例如沒有正確執(zhí)行比例變換的對數(shù)似然比集合的情況下計算一個比例因子，在將這個比例因子應用于尚未進行比例變換的軟值時，該比例因子將會創(chuàng)建一個顯示處于臨界區(qū)域的對數(shù)似然比分布，例如與確定所用比例因子的預選信道質量值相對應的分布。臨界區(qū)域可以用信道質量值范圍表示，其中諸如目標信道質量值之類的預選信道質量值將會落入臨界區(qū)域，所述臨界區(qū)域對應的是可接受的傳輸性能，但是該區(qū)域接近于信道質量變得無法接受的區(qū)域。
舉例來說，對從具有特定信道質量值所指示的特定質量的信道傳送的信號中獲取的軟值而言，由于存在特定數(shù)量的信道噪聲，因此所述軟值往往具有特定的值分布。相應地，軟值分布對應的是信道質量值。多個不同的軟值分布通常對應的是單個信道質量值。不同的軟值分布集合則對應于不同的信道質量值。如下所述，依照本發(fā)明，這一事實論據(jù)可用于確定將要使用的比例因子。
本發(fā)明的各種方法是以典型信道的特定屬性為基礎的。這些屬性包括以下事實論據(jù)如果執(zhí)行了正確的軟值比例變換，那么，在給出信道質量不同的信道并且可以用香農容量值之類的信道質量值來表述這些不同信道質量的情況下，不同的軟值分布是可以預測的，其中所述信道質量值可以在不同的計算中使用。
假設用p(|)表示無記憶的對稱二進制信道。在這里，對稱意味著p(y|x＝1)＝p(-y|x＝-1)。假設用f表示與這個信道相關聯(lián)的接收對數(shù)似然比的幅度密度。那么信道的二進制香農容量、例如依據(jù)BPSK信令的最大速率是如下給出的∫0∞(1-h(z(x)))f(x)dx]]>其中z(x)=11+ex,]]>h是如下定義的二進制熵函數(shù)h(z)＝-zlog2z-(1-z)log2(1-z)。假設我們具有完全根據(jù)經驗的取樣，例如尚未進行比例變換的軟輸入值的幅度|y1|，...，|yn|，其中yi是與例如所傳送的LDPC碼字中的比特i相關聯(lián)的對數(shù)似然比的α-1倍。如果α是已知的，那么我們可以將諸如信道容量之類的相應信道質量值估計成1nΣi=1n(1-h(z(α|yi|))).]]>同樣，如果信道容量C已知，那么我們可以使用C≈1nΣi=1n(1-h(z(α|yi|)))]]>來解出α。這其中的基本思想是如果恰當選擇預選信道質量值C，例如將其設定成某個目標容量Ct，那么我們可以通過求解上述等式來得到α，進而確定比例因子。然后，所確定的比例因子可以用于對軟輸入值進行比例變換，以便產生經過比例變換的序列αy1...αyn，隨后，經過比例變換的序列將會作為經過比例變換的軟輸入而被提供給迭代解碼器。在依照本發(fā)明的不同實施例之一來執(zhí)行這個操作時，解碼器的性能與正確的α實際已知的情況幾乎是相同的。此外，無論無記憶信道是何種類型，也就是說，無論對數(shù)似然比的幅度分布多大，這種技術都是可以使用的。這是因為通過觀察可知，如果依照信道香農容量之類的信道質量值而不是AWGN信道的s2或二進制對稱信道的交叉概率(cross-over)之類的典型參數(shù)來描述臨界區(qū)域，那么所觀測的臨界區(qū)域不會明顯依賴于特定信道，并且在大多數(shù)情況下，所述區(qū)域幾乎可以用香農信道容量之類的信道質量值唯一描述。因此，如果所述編碼具有很好的設計并且具有升降急劇的性能曲線，那么相對于信道的特定細節(jié)而言，恰當選擇的Ct幾乎是不變的，并且它主要依賴于所使用的特定碼。這種不變性在信道非常復雜并且有可能隨時間快速變化例如無線衰落信道的狀況中是非常有用的。
現(xiàn)在將參考圖2～4來描述本發(fā)明的方法。
圖2描述的是一種依據(jù)信道容量目標值Ct這類預選信道質量值100來為一組指定輸入值102產生比例因子的實施方式。
在步驟106，通過求解關于α108的容量估計等式，可以使用所輸入的尚未進行過比例變換的軟值y1，...，yn102以及容量目標Ct100來計算所要應用的比例因子，其中所述輸入的尚未進行過比例變換的軟值可以是解調器56的輸出。所求解的容量估計等式可以如下表述Ct=1nΣi=1n(1-h(z(α|yi|)))]]>其中Ct是預選信道質量值，例如信道目標容量，i是用于對具有n個軟符號的輸入集合中尚未進行過比例變換的軟符號數(shù)目進行指示的計數(shù)變量，h則是與所使用的相應編碼函數(shù)相對應的已知軟值分布函數(shù)。
接著，在步驟110中將會使用α108而對那些尚未進行過比例變換的軟值y1，...，yn102執(zhí)行比例變換，由此獲取經過比例變換的軟值αy1，...，αyn112。在一個實施例中，假設恰當進行了比例變換，那么經過比例變換的軟值αy1，...，αyn112即為迭代解碼器58可靠解碼的對數(shù)似然比。
除了常規(guī)的比例變換方法之外，我們還根據(jù)與預定目標Ct相匹配的信道容量而為輸入數(shù)據(jù)的比例變換適配提出了兩種實際方法。首先，我們通過g(x)＝l-h(z(x))來定義函數(shù)g。
圖3描述的是本發(fā)明的比例因子確定方法，所述方法會在經由所輸入的尚未進行比例變換的軟值y1...yn202的單程中確定所要應用的比例因子，其中所輸入的尚未進行比例轉換的軟值是預選信道質量值200的函數(shù)，并且所述預選信道質量值可以是所用編碼的容量目標Ct。在步驟206中將會如下使用未經比例變換的軟值202的幅度|y1|，...，|yn|以及容量目標Ct200來計算多個信道質量值，例如3個或更多不同比例因子α1＜α2＜α3的容量Ci(通過進行選擇來覆蓋關于α的實際值的至少一部分預期范圍)Cj=1nΣi=1ng(αj|yi|))]]>然后，在步驟208將會使用一個匹配函數(shù)來精細比例因子估計，其中舉例來說，所述函數(shù)可以是尚未進行比例變換的軟值202的函數(shù)。并且舉例來說，通過執(zhí)行二階或是更高階數(shù)的反內插方法，可以對匹配于目標容量Ct的比例因子進行估計。而作為替換并且更為精確的方法有時可以用于執(zhí)行步驟208，所述方法會圍繞每一個可能的自變量而將符合函數(shù)g(αx)的多項式系數(shù)制表，以此作為α的函數(shù)，然后則會在多個取樣上求出其平均值。在硬件中可以將反內插法作為逐次逼近迭代并且使用基本的加法/減法/移位運算來加以實現(xiàn)。在某些實施例中，容量函數(shù)g()或匹配多項式的系數(shù)可以保存在存儲器60中所包含的查找表中。在系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳送操作中，在不工作的時候可以執(zhí)行這個容量計算。經過精細的比例因子估計α210是作為步驟208的輸出來獲取的。接著，在步驟212中將會使用α210來對尚未進行過比例變換的輸入軟值y1，...，yn202進行比例變換，以便得到經過比例變換的軟值αy1，...，αyn214。在某些實施例中，如果正確執(zhí)行了比例變換，那么經過比例變換的軟值αy1，...，αyn214將會采用對數(shù)似然比的形式，并且解碼器58可以對這些軟值進行正確的處理。
圖4描述的是依照本發(fā)明來確定和使用比例因子的另一種方法。圖4的方法非常適合在連續(xù)處理軟值yi的系統(tǒng)中使用，例如Tubo均衡方案。在這種情況下，比例因子α可以用一個控制回路來確定。這個控制回路中的誤差信號則是由預選信道質量值以及對應于經過比例變換的取樣的信道質量值之間的差值確定的，其中預選信道質量值例如可以是信道目標容量，與經過比例變換的取樣相對應的信道質量值則例如可以是取樣信道容量g(α|yi|)。然后，所述誤差信號將會經過過濾并且作為校正而被用于當前的比例因子，以便形成一個迭代更新過程。這其中的處理可以如下進行αi+1＝αi+ε*αi*(Ct-g(αi*yi))其中ε是步長參數(shù)。相似的等式可以與不同的更新步長結合使用。在這里允許α在某些預選的最小和最大值之間改變。此外，在不同的實施例中可以對比例因子調整步長進行選擇，使之相對較小，例如小于α的最大值的2％，并且在很多情況下都小于α的最大值的1％。
這種方法在Turbo均衡方案中具有附加優(yōu)點，它可以在整個解碼處理中保持幾乎恒定的輸入容量，由此補償因為增加解碼器的非本征軟輸出所產生的正值比例變換反饋。
在圖4中，來自信道302的數(shù)據(jù)會在步驟304中由均衡器和/或解調器進行處理，從而輸出一個未經比例變換的軟值yi306。未經比例變換的軟值yi306以及預選信道質量值將會輸入到用于更新比例因子α310的過濾步驟308中，其中所述預選信道質量值例如可以是指定編碼的容量目標Ct300。過濾步驟可以由一個以硬件方式實施的過濾器執(zhí)行。步驟308中使用的過濾器是一個非線性過濾器，它會解出比例因子α310，其中所述比例因子是輸入到其中的軟值以及預選信道質量值300的函數(shù)。在步驟308中執(zhí)行的過濾是基于每一個值執(zhí)行的，并且在這個步驟中會為每一個所要處理的采樣執(zhí)行逐步調整。在一開始可以將比例因子α設定成預定的初始值，例如1，并且可以隨著過濾的實施而進行會聚。作為過濾處理的一部分，在步驟308中使用的過濾器將會測量容量影響并且將其與Ct300進行比較。如果容量影響大于Ct，那么比例因子α310將會減小。如果容量影響小于Ct，那么比例因子α將會增大。接下來，部件312會將過濾步驟308中輸出的比例因子α310的值與未經比例變換的軟值yi306相乘或者對其執(zhí)行比例變換，以便產生一個經過比例變換的軟值αyi314。經過比例變換的軟值αyi314將會輸入到解碼器316中，該解碼器則輸出非本征軟信息318。所述非本征軟信息318將會進入均衡器304，在所述均衡器中會對這個軟信息進行處理，使之成為一個新的未經比例變換的軟值yi306。這個新的未經比例變換的軟值yi306將會進入過濾步驟308，在所述步驟中將會執(zhí)行前述過濾處理，以便緩慢地驅使比例因子α310的值成為正確的值。然后，所述處理將會再次經歷比例變換步驟312、解碼步驟316以及均衡步驟304。并且該循環(huán)將會持續(xù)進行，直至得到令人滿意的比例因子值α310。然后，解碼器316將會使用經過比例變換的值αyi作為對數(shù)似然比，以便產生輸出320。
在圖5中，我們給出了與使用作為信道質量值的香農信道容量的情況相對應的函數(shù)g的圖形，其中g(x)＝1-h(z(x))，h是二進制熵函數(shù)，并且h(x)＝(1-x)log2(1-x)-xlog2(x)，z(x)＝1/(1+ex)。如果x是一個依照與特定信道相關聯(lián)的對數(shù)似然比分布的隨機變量，那么g(x)的預期值即為信道的(二進制輸入)香農容量。
上述方法可以在計算機系統(tǒng)中執(zhí)行，所述計算機系統(tǒng)包含了耦合在一起的存儲器、CPU以及一個或多個輸入和/或輸出設備。存儲器包括依照本發(fā)明執(zhí)行的程序。在執(zhí)行該程序時，所述程序使CPU依照本發(fā)明來接收、處理和輸出數(shù)據(jù)。作為選擇，本發(fā)明的步驟也可以用專用硬件執(zhí)行，例如電路和/或硬件與軟件組合。
上述方法和設備非常適合與多種依賴于比例變換的解碼技術結合使用。這些技術的實例包括LDPC解碼技術以及Turbo解碼技術。
權利要求
1.一種對設備進行操作以便作為解碼處理的一部分而對從經由通信信道傳送的信號中獲取的軟輸入值進行比例變換的方法，該方法包括計算作為預選信道質量值和至少一個所述軟值的函數(shù)的當前比例因子，所述預選信道質量值與傳送所述信號時的實際信道狀態(tài)無關；以及使用所述計算得到的當前比例因子來對所述軟值中的一個進行比例變換，從而產生經過比例變換的軟值。
2.權利要求1的方法，其中可能有多個軟值分布，這些可能軟值分布的子集對應于所述預選信道質量值，而其他的可能分布則對應于其他信道質量值，所述計算當前比例因子的步驟包括確定比例因子，其中在將這個比例因子應用于所述接收到的軟值時，該比例因子將會產生與所述預選信道質量值相對應的所述軟值分布子集中的軟值分布。
3.權利要求2的方法，其中確定比例因子的步驟包括從至少一些所述軟輸入值中計算多個信道質量值，每一個信道質量值對應不同的比例因子。
4.權利要求3的方法，還包括在所述多個信道質量值中的至少兩個信道質量值之間進行內插，以便產生內插值；以及確定作為內插質量值的函數(shù)的所述當前比例因子。
5.權利要求1的方法，其中所述預選信道質量值是信道容量值。
6.權利要求3的方法，其中計算所述比例因子包括從第一比例因子中確定當前信道質量函數(shù)。
7.權利要求6的方法，還包括求解所述函數(shù)以便確定比例因子，其中在給出了所述至少一些軟輸入值的情況下，在將所述比例因子應用于所述函數(shù)時，所述比例因子產生所述目標信道質量，所述被確定的比例因子則被用作所述當前比例因子。
8.權利要求2的方法，其中確定當前比例因子是迭代處理的一部分，該處理包括作為經過更新的當前比例因子進行了比例變換的軟值的函數(shù)而對當前比例因子進行更新。
9.權利要求8的方法，其中所述更新包括將對應于經過比例變換的軟值的信道質量值與目標質量值相比較，以便確定目標質量值與相應質量值之間的差值；以及對作為所述已確定差值的函數(shù)的比例因子進行調整。
10.權利要求9的方法，其中所述比例因子是在一個減小對應于后續(xù)處理的軟值的信道質量值與所述目標信道質量值之間的后續(xù)差值的方向上調整的。
11.權利要求9的方法，其中比例因子調整是在最大可允許比例變換值與最小可允許比例變換值之間延伸的范圍內部進行的，單獨的比例因子調整不大于最大可允許比例變換值的最大調整步長的2％。
12.權利要求1的方法，其中所述預選信道質量值是對應于質量區(qū)域的值，所述質量區(qū)域處于可接受的信道質量區(qū)域內但是接近可接受的信道質量區(qū)域的邊緣。
13.權利要求1的方法，其中所述解碼處理包括低密度奇偶性校驗解碼操作和Turbo碼解碼操作中的至少一種。
14.一種用于確定因子的設備，所述因子用于對從通信信道傳送的信號中獲取的軟輸入值進行比例變換，所述設備包括接收機，用于接收經由通信信道傳送的信號；用于從所述接收信號中產生軟輸入值的裝置；用于存儲預選信道質量值的存儲器，所述預選信道質量值與傳送所述信號時的實際信道狀態(tài)無關；以及用于計算作為所述預選信道質量值以及至少一個軟輸入值的函數(shù)的比例因子的裝置。
15.權利要求14的設備，其中所述預選信道質量值是對應于接近可接受信道質量值區(qū)域邊緣的質量區(qū)域的值。
16.權利要求15的設備，其中所述預選信道質量值是信道容量值。
17.權利要求14的設備，其中可能有多個軟值分布，所述可能軟值分布的子集對應于所述預選信道質量值，而其他的可能分布則對應于其他信道質量值，所述用于計算比例因子的裝置還包括用于確定比例因子的裝置，在將所述比例因子應用于所述接收到的軟值時，該比例因子將會產生與所述預選信道質量值相對應的所述軟值分布子集中的軟值分布。
18.權利要求17的設備，其中所述用于確定比例因子的裝置包括用于從至少一些所述軟輸入值中計算多個信道質量值的裝置，每一個信道質量值對應不同的比例因子。
19.權利要求18的設備，還包括用于在所述多個信道質量值中的至少兩個信道質量值之間進行內插以便產生內插值的裝置；以及用于確定作為內插質量值的函數(shù)的所述比例因子的裝置。
20.權利要求19的設備，其中所述用于計算的裝置和用于內插的裝置各自包含了用于對處理器進行控制以便執(zhí)行至少一部分所述計算和內插操作的計算機指令。
21.權利要求18的設備，其中所述用于計算所述比例因子的裝置包括用于從第一比例因子確定信道質量函數(shù)的裝置；用于求解所述函數(shù)以便確定比例因子的裝置，其中在給出了所述至少一些軟輸入值的情況下，在將所述比例因子應用于所述函數(shù)時，所述比例因子將會產生所述目標信道質量，所述被確定的比例因子用作所述當前比例因子。
22.權利要求17的設備，其中所述用于確定當前比例因子的裝置執(zhí)行交互處理，所述設備還包括控制回路，用于作為對經過更新的當前比例因子進行了比例變換的軟值的函數(shù)而對當前比例因子進行更新。
23.權利要求22的設備，其中所述控制回路包括比較器，用于將對應于經過比例變換的軟值的信道質量值與目標質量值相比較，以便確定目標質量值與相應質量值之間的差值；以及用于對作為所述已確定差值的函數(shù)的比例因子進行調整的裝置。
24.一種機器可讀介質，包括用于對機器進行控制以便執(zhí)行以下步驟的機器可執(zhí)行指令i)計算作為預選信道質量值和至少一個輸入軟值的函數(shù)的當前比例因子，其中所述軟值是從經由通信信道傳送的信號中獲取的，所述預選信道質量值與傳送所述信號時的實際信道狀態(tài)無關；以及ii)使用所述計算得到的當前比例因子來對所述至少一個所述軟值進行比例變換，從而產生經過比例變換的軟值。
25.權利要求24的機器可讀介質，還包括所述預選信道質量值，其中所述預選信道質量值是與接近可接受的信道質量區(qū)域邊緣的質量區(qū)域相對應的值。
26.權利要求25的機器可讀介質，其中所述信道質量值是通信信道容量值。
全文摘要
本發(fā)明涉及在這里描述的是作為糾錯解碼處理的一部分而對軟值(214)進行比例變換的方法和設備。精確的解碼依賴于使用恰當?shù)谋壤蜃?。選擇和使用比例因子來對軟值進行比例變換的目的在于提高和/或優(yōu)化解碼器性能，而不需要在經由通信信道傳送信號時預先了解正確的比例因子或實際信道狀態(tài)，其中所述軟值是從所述信號中獲取的。本發(fā)明的技術假設所要處理的軟值是經由可以用信道質量值(200)準確描述其質量的通信信道傳送的。比例因子是從將要進行比例變換的軟值(208)的分布以及如下假設中確定的，其中所述假設是傳送信號的信道具有與預選信道質量值(210)相對應的質量。
文檔編號G06F17/10GK1771476SQ03826366
公開日2006年5月10日 申請日期2003年8月7日 優(yōu)先權日2003年2月26日
發(fā)明者湯姆·理查森, 弗拉基米爾·諾維克科瓦, 金輝 申請人:弗拉里奧恩技術公司