專利名稱：借助卡爾曼濾波器源控制信道譯碼的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于處理用接收器接收的數(shù)據(jù)的一種方法，在此方法上在相繼的幀中接收經(jīng)傳輸線段傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。一個幀含有規(guī)定數(shù)目的二進制位。借助于采用節(jié)拍(Metrik)增量地最大后驗概率算法或最大似然算法處理接收的數(shù)據(jù)，在此采用維特比算法。在此取決于對于此二進制位求出的一個現(xiàn)實的可靠性值來計算至少一個二進制位用的節(jié)拍增量，二進制位的值和/或二進制位的所謂的可靠性值從幀到幀相關(guān)?？煽啃灾凳嵌M制位(1)的值具有一個規(guī)定的值的概率的一個尺度。
對于一種維特比算法例如從Joachim Hagenauer著的文章“Source-Coutrol led Channel Decoding(源控制信道譯碼)”在“IEEE通信學(xué)報”43卷，第9期，1995年9月，2449頁至2457頁中公開了一種這樣的方法。在專利文獻DE 42 24 214 C2中含有此文章的主要部分。尤其是文章的公式(21)說明新的節(jié)拍Mk(m)從舊的節(jié)拍Mk-1(m)和一個所屬的節(jié)拍增量中的計算。在此m表示某個路徑，而k表示一個幀中的某個二進制位。在計算節(jié)拍(Metrik)MK(m)時采用一個可靠性值L(uk)。在所述文章的2454和2455頁上建議基于經(jīng)驗?zāi)Ｐ偷乃^的Huk算法用于確定可靠性L(uk)，在此模型上類似于在德國汽車責(zé)任保險上的所謂的點來計算可靠性值L(uk)。基于經(jīng)驗的特征可靠性值L(uk)的估算是不準確的。要么將節(jié)拍增量相加于已經(jīng)計算的節(jié)拍上，要么相乘。
最大后驗概率算法和最大似然算法是將經(jīng)傳輸線段傳輸?shù)臄?shù)據(jù)序列與參考序列s相比較的和確定參考序列s的算法，此參考序列以最大的概率屬于發(fā)明的數(shù)據(jù)序列。最大后驗概率意味著，選擇對其概率P(s|y)變成最大的參考序列s，在此y是接收的數(shù)據(jù)序列。最大似然性意味著，選擇對其概率P(s|y)變?yōu)樽畲蟮膮⒖夹蛄衧。傳輸路段例如是一個無線電信道，是一個傳輸線路或者甚至是從中讀取數(shù)據(jù)的存儲媒體。
本發(fā)明的任務(wù)在于提出用于求出可靠性值的一種簡單的方法，此方法盡可能無差錯和準確地計算現(xiàn)實可靠性值。
通過具有權(quán)利要求1特征的一種方法解決此任務(wù)。在歸因于這些權(quán)利要求的從屬權(quán)利要求中說明了有利的實施形式。
本發(fā)明根據(jù)的思路在于，用一種優(yōu)化方法可以很準確地確定現(xiàn)實的可靠性值?？墒抢щy在于，對于優(yōu)化所采用的可靠性值基于伴有差錯的觀察之上。這些差錯歸因于在經(jīng)傳輸線段傳輸數(shù)據(jù)時的干擾和維特比算法的伴有差錯的結(jié)果。所以在按本發(fā)明的方法上，將一個幀用的基本上無差錯的一個可靠值與為同一個幀求出的可靠性值的偏差的總和定義為目標函數(shù)。此偏差在此涉及在實際無差錯可靠性值和求出的可靠性值之間的差值的數(shù)額。通過優(yōu)化方法最小化此目標函數(shù)，使得為實施維特比算法求出的可靠性值很接近于無差錯的可靠性值。
在按本發(fā)明的方法上盡管不知道無差錯的可靠性值所以能夠進行目標函數(shù)的最小化，因為在優(yōu)化方法上采用一種數(shù)學(xué)模型，此模型在基于，在觀察的可靠性值和無差錯可靠性值之間建立一種聯(lián)系。此外在模型中采用所謂的先驗信息，意即已經(jīng)在經(jīng)傳輸線段傳輸數(shù)據(jù)之前已知的信息，例如像在相繼幀中的關(guān)于數(shù)據(jù)相關(guān)性或可靠性值相關(guān)性的信息。在此意義上，數(shù)據(jù)源影響數(shù)據(jù)的其它處理。如果這種處理例如是一種譯碼的話，則人們也稱之為源控制信道譯碼。
在無迭代的維特比算法上通常隨著一個幀的延遲才存在基于觀察的可靠性值。因此為了求出現(xiàn)實的可靠性值必須動用觀察的可靠性值，從對于一個二進制位的一個已經(jīng)處理的幀中已確定過此可靠性值。如果與此相反地進行帶有迭代的維特比算法，則已經(jīng)在第二個迭代步驟中存在對于瞬時處理幀的基于觀察的一個可靠性值。在此情況下采用此觀察的可靠性值用于求出現(xiàn)實的可靠性值。
相對于已知的Huk算法按本發(fā)明的方法提供較好的結(jié)果，因為用此方法可以處理強烈波動的源信號，在這些源信號情況下Huk算法是沒有能力足夠準確地估算可靠性值的。在按本發(fā)明的方法上，在進行維特比算法時采用的可靠性值接近于實際的可靠性值，使得在路徑選擇時降低差錯的概率，因為所采用的可靠性值影響路徑選擇。例如在譯碼時正確的路徑選擇導(dǎo)致正確的譯碼的位串。
在本發(fā)明的一個進一步發(fā)展中按下式計算可靠性值
在此ul是二進制位的優(yōu)選可能為“+1”或“-1”的值。P(ul＝+1)是所觀察的二進制位1中的值是“+1”的概率。相應(yīng)地P(ul＝-1)是二進制位l中的值是“-1的概率。
在按本發(fā)明的一個其它特征的一種方法上，在優(yōu)化時不用可靠性值直接計算，而是采用輔助可靠性值，下式優(yōu)先適用于這些輔助可靠性值m(ul)＝P(ul＝+1)-P(ul＝-1)。
相對于可靠性值輔助可靠性值有這種優(yōu)點，即這些輔助可靠性值對于在“0”和“1”之間的概率P有在“+1和“-1”之間的一個數(shù)值范圍。與此相反地可靠性值在給定的函數(shù)范圍中有從“-∞”到“+∞”的函數(shù)值，以致于給在有限的數(shù)值范圍中的計算造成正如在機械計算機上存在的那樣的困難。根據(jù)一種簡單的數(shù)字關(guān)系進行從可靠性值向輔助可靠性值的，或從輔助可靠性值向可靠性值的換算，這種關(guān)系例如以表值形式存儲到存儲器中。
通過一種遞歸的優(yōu)化可以減少優(yōu)化時的計算工作量，在這種優(yōu)化時從最后處理的幀用的可靠性值或輔助可靠性值中遞歸地計算現(xiàn)實的可靠性值或現(xiàn)實的輔助可靠性值。
為了優(yōu)化，有利地采用在其上同樣遞歸地進行優(yōu)化的一種所謂的卡爾曼(Kalman)濾波器。例如在H.W.Sorenson著的文章“最小二乘方估算從高斯到卡爾曼”中說明了一種這樣的濾波器，在IEEE頻譜，卷7，63至68頁，1970年7月中闡述了此文章?；诳柭鼮V波器的數(shù)學(xué)模型考慮這個事實，即只能間接地經(jīng)基于伴隨有差錯的觀察上的可靠性值求出實際的可靠性值。此外卡爾曼濾波器利用可靠性值和傳輸數(shù)據(jù)的統(tǒng)計性質(zhì)，并且以足夠的速度跟蹤傳輸數(shù)據(jù)值的變化。
當在相繼的幀的二進制位之間出現(xiàn)相關(guān)性時，則可有利地采用按本發(fā)明的方法。例如在一個幀中參數(shù)的較高值位用的二進制位上則是這種情況，按在移動無線電系統(tǒng)上的GSM標準傳輸此幀。在本發(fā)明方法的一個進一步發(fā)展中利用所述二進制位中的相關(guān)性用于這些二進制位的譯碼。
本發(fā)明此外涉及用于處理用接收機接收數(shù)據(jù)的和尤其是用于實施上述方法的一個裝置。上述技術(shù)效應(yīng)所以也適用于這種裝置。
按本發(fā)明的一個其它特征，也通過具有權(quán)利要求15特征的一種方法解決所說明的任務(wù)。在此通過求平均值從至少兩個觀察的可靠性值中計算現(xiàn)實的可靠性值。這些措施基于這種認識，雖然每次觀察的可靠值不與當時的實際可靠性值一致，可是通過求平均值相互消除觀察時的差錯。
在用求平均值的方法的一個進一步發(fā)展中僅針對一個規(guī)定數(shù)目的已經(jīng)處理的幀來進行這種平均值計算，在此所規(guī)定的數(shù)目經(jīng)越多次求平均值保持不變。通過這種措施，類似像通過一個窗口那樣，僅優(yōu)先考慮相繼幀的序列的各自最后的區(qū)段。因此可以進行對變更著的條件的迅速適配。在遞歸地實施維特比算法時也將現(xiàn)實處理的幀計入窗口。
在用平均值計算的方法的一個另外的進一步發(fā)展上，采用例如由維特比算法處理的數(shù)據(jù)直接作為觀察的可靠性值。所以這種措施導(dǎo)致現(xiàn)實可靠性值的一種很準確的計算，因為處理數(shù)據(jù)的平均值與輔助可靠性值一致，并且此平均值如已提及的那樣對于實際無差錯的可靠性值本身是一種良好的近似。
此外本發(fā)明涉及用于處理接收數(shù)據(jù)的和尤其是用于實施用按權(quán)利要求19的平均值計算的方法的一個裝置。剛才所述的技術(shù)效應(yīng)因此也適用于這個裝置。
以下用附圖闡述本發(fā)明的實施例。在其中


圖1展示具有數(shù)據(jù)傳輸用的主要功能單元的方框圖，
圖2展示兩個由數(shù)據(jù)組成的應(yīng)傳輸?shù)膸?br> 圖3展示卡爾曼濾波器中輔助可靠性值計算的一種第一方式用的示意圖，
圖4展示卡爾曼濾波器中輔助可靠性值計算的一種第二方式用的示意圖，
圖5展示來自GSM全價語音編碼器的不同參數(shù)用的相關(guān)性系數(shù)的圖表，和
圖6展示一個GSM全價編碼幀中的二進制位0至69用的相關(guān)性系數(shù)的圖表。
圖1展示具有數(shù)據(jù)傳輸用的主要功能單元的方框圖。在此主要針對一個幀k的傳輸，在這方面為了清晰起見在圖1中和在此圖的以下闡述時僅在幀k的區(qū)分對于本發(fā)明是重要的情況下隨同寫上采用自然數(shù)的下標k。下面用圖2闡述幀k的構(gòu)造。
在發(fā)射機8中生成的一個源字符序列{q1′}由源字符q1′組成，這些源字符取決于要發(fā)射的信息，例如具有值“+1”和“-1”。下標1′對于在幀k中傳輸?shù)脑醋址鹮1′從0進行至L′-1，在此L′是每個幀k的源字符q1′的數(shù)目。通過源編碼器10，例如用GSM全價語音編碼器壓縮源字符序列{q1′}。在此由源編碼的字符ul生成一個源編碼序列{ul}。源編碼的符號ul要到具有值“+1”，要么具有值“-1”。在一個幀之內(nèi)下標l從0進行到L-1，在此L是一個幀中的源編碼字符ul的數(shù)目。在此L′通常是大于L的。
然后在信道編碼器12中防御信道干擾地編碼源編碼的序列{ul}，在此例如采用一種卷積碼。在此從碼字x1中形成一種信道編碼的序列{x1，n}。在碼字x1之內(nèi)通過下標n標記二進制位，下標在一個碼字x1之內(nèi)從零進行至N-1，在此N是一個碼字x1中的二進制位的數(shù)目。碼字x1的二進制位x1，n又具有要么數(shù)值“+1”，要么數(shù)值“-1”。在一個未表示的調(diào)制器中，進一步處理隨后經(jīng)傳輸線段14傳輸信道編碼的序列{x1，n}。在傳輸時出現(xiàn)干擾，例如由衰落系數(shù)ak描述的衰落和由噪聲系數(shù)No描述的噪聲。
傳輸線段14位于發(fā)射機8和接收機16之間。接收機16必要時含有用于接收經(jīng)傳輸線段14傳輸?shù)男盘柕亩€未表示的天線、一個掃描裝置、用于解調(diào)信號的一個解調(diào)器和用于消除字符間干擾的校正器。出于簡化原因，在圖1中同樣未表示這些裝置。校正器輸出接收序列{y1，n}的接收值y1，n。由于經(jīng)傳輸線段14傳輸時的干擾，接收值y1，n擁有偏離“+1”和“-1”的，例如為“+0.2”或“-3.7”的值。
在信道譯碼器18中進一步處理接收值y1，n。在信道譯碼器18中重新取消由信道編碼器12進行的卷積編碼，在此應(yīng)糾正傳輸差錯。在卷積譯碼時例如采用已知的維特比算法。為了進行維特比算法也給信道譯碼器18輸送一個信道狀態(tài)信息Lc1，n。在信道譯碼器18中進行維特比算法時按以下的公式計算二進制位1用的路徑m的一個所謂的節(jié)拍M1(m)在此M1-1(m)是路徑m的舊的節(jié)拍，意即對于二進制位1-1，
是屬于路徑m和二進制位1的碼字的位，
是屬于碼字
的已譯碼的字符和L(uk，1)是求出的可靠性值，此可靠性值是對于源編碼的字符ul等于“-1”的那個概率的一個尺度。
在下面用圖3和4闡述其構(gòu)造的一個計算單元20中求出可靠性值L(uk，1)。
隱含地確定信道狀態(tài)信息Lc1，n，其辦法是求出一個所謂的信道軟件輸出，此信道軟件輸出相當于由信道狀態(tài)信息Lc1，n和各自接收值y1，n的乘積。對于此信道軟件輸出適用于關(guān)系式LCy＝L(x/y)-L(x)(2)，在式中L(x/y)是一個可靠性值，它說明，當已接收了接收值y時，在碼字的各自的二進制位中以何種概率出現(xiàn)值x，并且L(x)是一個可靠性值，它說明可以如何可靠地確定值x。Lc＝4aEs/No適用于一種所謂的高斯信道/衰落信道，式中a為衰落系數(shù)，而Es/No為信噪比。
信道譯碼器18從源編碼的或信道譯碼的接收字符
中生成一個接收的源編碼的序列
。一個觀察的可靠性值
屬于每個源編碼接收字符
，此可靠性值是信道譯碼器18的一個所謂的軟輸出(Soft-Ausgabe)。可靠性值L(uk-1，1)是對于用其已可以通過信道譯碼器18確定的源編碼接收字符
的可靠性的一個尺度。為了區(qū)別于由計算單元20計算的可靠性值L(uk，1)，以下將由信道譯碼器18生成的可靠性值
稱為基于觀察的可靠性值或稱為觀察的可靠性值。通過信道譯碼器18以一個幀k的延遲才生成觀察的可靠性值
。通過下標k-1延遲變得明顯了。在以下闡述的本發(fā)明的實施例上，在計算單元20中采用觀察的可靠性值
，以便求出現(xiàn)實處理幀k用的可靠性值L(uk，1)。
將源編碼的接收字符
和/或觀察的可靠性值
輸入解壓著源編碼接收字符
的源譯碼器22中，在此從接收的源字符q1中形成一個源字符序列{q′1}。
終止在一個加法單元28上的兩個虛線箭頭24和26應(yīng)指明，在計算單元20中在可靠性值
之外，或者替代這些可靠性值，采用源編碼的接收字符
和/或在譯碼時在源譯碼器22中生成的信息。計算單元20最后使得成為可能的是，接收的源字符序列
基本上與發(fā)射的源字符{q′1}一致，并且因此足夠良好地糾正傳輸時的信道干擾的影響。
圖2展示兩個幀，即由源編碼的字符ul組成的現(xiàn)實的幀k和先前的幀k-1。L個源編碼的接收字符ul屬于每個幀k，k-1，使得下標l從0進行至L-1。通過按圖1的計算單元20才建立在幀k，k-1，k-2等等之間的一種聯(lián)系。在此利用這個事實，即在相繼幀k-1，k的某些源編碼字符之間，例如字符uk，1和uk-1，1之間，或它們的可靠性值L(uk，1)和L(uk-1，1)之間出現(xiàn)一個明顯的相關(guān)性。在本發(fā)明上通過一個數(shù)學(xué)模型描述此相關(guān)性，在模型的基礎(chǔ)上求出可靠性值L(uk，1)。
如果對于屬于接收字符
的狀態(tài)來計算節(jié)拍增量M1(m)，則各自考慮按公式(1)的可靠性值L(uk-1，1)。在此時刻可靠性值
還是未知的。如果在此之后對于屬于接收字符
的狀態(tài)求出節(jié)拍M1(m)，計算單元20(請參閱圖1)則提供從在此時刻已知的可靠性值
中計算出的一個可靠性值L(uk，1)。因此盡管延遲達一個幀，直到生成基于觀察的可靠性值
時仍有幀k用的，具有足夠精度的一個可靠性值L(uk，1)供支配。
圖3展示計算卡爾曼濾波器中輔助可靠性值的一種第一方式的示意圖。在首先詳述了卡爾曼濾波器之后，在下面闡述輔助可靠性值。
以下采用一種書寫方式，這種書寫方式依據(jù)在闡述H.W.Sorenson著的文章“最小二乘方估算從高斯到卡爾曼”中闡述卡爾曼濾波器時采用的書寫方式，請比較IEEE頻譜，卷7，63至68頁，1970年7月。在方程(11′)和(10′)中采用的數(shù)學(xué)模型是多維的。為了闡述本發(fā)明的一個實施例卻動用一維模型的較簡單的情況。在此情況下矢量只有一個分量，并且因此是標量。產(chǎn)生以下的系統(tǒng)模型xk＝ρkxk-1+xk (3)，式中xk為在時刻k的狀態(tài)、xk-1為在時刻k-1的狀態(tài)、ρk為xk和xk-1之間的相關(guān)系數(shù)，以及wk為在時刻k的系統(tǒng)干擾。采用此系統(tǒng)模型用于模擬所謂的一級馬爾科夫過程。這樣的系統(tǒng)模型用的，另外經(jīng)常采用的一種關(guān)系是“一級自動回歸的模型”。
所屬的模型為k＝xk+xk(4)，式中zk為在時刻k的測量值和vk為在時刻k的測量干擾。應(yīng)與xk相乘的測量系數(shù)Hk具有值“1”，并且所以未隨同寫入公式(4)。干擾wk和vk通過所謂的白噪聲形成，并且具有平均值零，此外wk的方差稱為Qk，而vk的方差稱為Rk。
根據(jù)公式(3)和(4)的模型，卡爾曼濾波器算法是與H.W.Sorenson一致地通過以下的公式定義的Pk/k＝(1-Kk)Pk/k-1 (9)，式中
為狀態(tài)xk用的估算，而ρk為差錯
的協(xié)方差。在下標上第一下標說明各自的時刻k或k-1，在此時刻計算或已計算下標的量。由一斜杠分開的下標說明，用于計算各自已作下標的量所必要的值在何時刻供支配。如果第二下標對于理解是不必要的話，以下也采用在其上略去第二下標的書寫方式。
方差Qk，Rk以及相關(guān)系數(shù)ρk優(yōu)先是常數(shù)，并且在濾波開始時規(guī)定。在規(guī)定時有利地考慮事先已測量的測量值。
從均方差的意義上，在公式(5)至(9)中說明的卡爾曼濾波器算法是最佳的，意即在實際狀態(tài)xk和估計狀態(tài)
之間偏差之和是最小的。
通過將公式(8)代入公式(5)產(chǎn)生
用的一種所謂的預(yù)測估算；
基于在處理時刻k+1存在的測量值zk+1的估算xk+1/k+1，通過將公式(5)代入公式(8)中產(chǎn)生
估算值
按絕對值是小于或等于測量值zk的最大絕對值。卡爾曼濾波器算法因此工作穩(wěn)定。通過新的測量值zk或zk+1產(chǎn)生數(shù)額
或
通過數(shù)學(xué)的換算，在這些換算時在公式(7)和(9)中借助公式(6)代替協(xié)方差Pk/k-1，并且在這些換算時隨后消除協(xié)方差Pk-1/k-1，產(chǎn)生計算放大系數(shù)K用的以下的公式
從公式(12)中得出，當測量干擾vk與系統(tǒng)干擾wk相比是很小的和Rk因此大大小于Qk時，放大系數(shù)Kk大約取值1。如果放大系數(shù)Kk具有值1，則按公式(10)和(11)只通過現(xiàn)實的測量值zk或zk+1確定優(yōu)化估算值
。如果與此相反地系統(tǒng)干擾wk與測量值vk相比是微小的話，放大系數(shù)Kk則趨于零。從方程(10)和(11)中得出結(jié)論，對于約為零的放大系數(shù)Kk所得出最佳估算值
僅與以前的估算值
有關(guān)?？柭鼮V波器的這些性能保證無差錯的實際狀態(tài)xk的良好估算。
也可以如下地列出方程(11)式中hj是與zj(j＝1，…，k+1)無關(guān)的濾波器常數(shù)。估算值
因此是所有迄今存在的測量值zk的一種線性組合。從方程(10)、(11)和(13)中可以獲知，在估算值
中既考慮測量值zk的統(tǒng)計相關(guān)性(一級統(tǒng)計)也考慮測量值zk的數(shù)值分布(零級統(tǒng)計)。
當由L(uk，1)替代
和由
替代zk時，可采用上面說明的公式直接用于可靠性值L(uk，1)的計算。可是出于下述原因合理的是，采用輔助可靠性值m(uk，1)和
代替可靠性值L(uk，1)和
，例如由可靠性值L(uk，1)與一個概率P的強烈非線性關(guān)系的線性化得出這些輔助可靠性值。
對于可靠性值通常適用以下的定義
在此將ul看作為具有元素{+1，-1}的隨機變量。P(ul＝-1)＝p是對于ul具有值“-1”的概率。與此相反地P(ul＝+1)＝1-p是對于ul具有值“+1”的概率。縮寫“l(fā)og”表示自然對數(shù)?？煽啃灾狄卜Q為軟值或稱為對數(shù)概率比。
按定義(14)可靠性值是[-∞，+∞]范圍中的一個實數(shù)。如果用值L(ul)將ul分級為“+1或“-1，代數(shù)符號sign(L(ul))則說明所謂的硬抉擇，而絕對值|L(ul)|則說明抉擇的，也稱為軟值(Soft-Wert)的可靠性。
如果觀察用于計算節(jié)拍MK(m)的，上面所說明的公式(1)的話，當可靠性值趨向于“+∞”或“-∞”時，則單獨通過L(uk，1)確定此公式。正如從公式(14)中可獲知的那樣，這對于P趨向于零或P趨向于1是這種情況。此外在用處理器實現(xiàn)時，對數(shù)函數(shù)的轉(zhuǎn)換常常是礙事的。在本發(fā)明的一個實施例上為了消除這些缺點，將在p和L(uk)之間的關(guān)系線性地近似L(uk)≈L(uk)≡K(1-2p)＝Km(uk)(15).式中L(uk)為近似的函數(shù)，K是一個常數(shù)，和m(uk)是已經(jīng)提及的輔助可靠性值。常數(shù)K具有數(shù)值“z”，使得函數(shù)L(uk)的按概率p對于概率P＝0.5的導(dǎo)數(shù)，等于函數(shù)L(uk)在位置p＝0.5上按概率p的導(dǎo)數(shù)。
對于輔助可靠性值m(uk)適用以下的關(guān)系m(uk)＝1-2p＝(-1)p+(+1)(1-p)＝E{uk}(16).
從此公式中可以獲知，輔助可靠性值m(uk)是uk的平均值。
從公式(14)和(16)中得出在輔助可靠性值和可靠性值之間的聯(lián)系為或者為
輔助可靠性值m(uk)具有像可靠性值L(uk)相似的意義，意即代數(shù)符號sign(m(uk))是所謂的硬抉擇，而絕對值|m(uk)|是抉擇的可靠性(所謂的軟抉擇)。按公式(15)或(17)，例如借助于一個表格將由信道譯碼器18(請參閱圖1)生成的觀察的可靠性值
轉(zhuǎn)換為一個輔助可靠性值m(uk-1，1)。然后同樣地在采用一個表格的條件下，將由計算單元20(請參閱圖1)求出的輔助可靠性值m(uk，1)轉(zhuǎn)換為可靠性值L(uk，1)。按方程(15)通過輔助可靠性值m(uk)來近似可靠性值L(uk)，在實踐中同樣導(dǎo)致良好的結(jié)果。
在用輔助可靠性值mk的按本發(fā)明的一個實施例上，在此未再隨同寫上與uk的關(guān)系，從方程(10)和(12)中對于卡爾曼濾波器得出以下的計算規(guī)范式中σ2w，k相當于已經(jīng)提及的方差Qk，而σ2v，k相當于同樣提及的方差Rk。
圖3在一個方框圖中展示按公式(19)的計算。用一個減法單元50計算在公式(19)中處于內(nèi)括號中的表達式(m*k-1-mk-1/k-2)。在一個乘法單元52中用按公式(20)已計算的放大系數(shù)Kk-1秉此結(jié)果。在一個加法單元54中將輔助可靠性值mk-1/k-2疊加到相乘的結(jié)果上，以此確定了公式(19)中在外括號之內(nèi)的表達式。隨后在一個乘法單元56中將此表達式的計算結(jié)果與相關(guān)系數(shù)ρk相乘。相乘的結(jié)果是輔助可靠性值mk/k-1，如已提及的那樣，在這個可靠性值由信道譯碼器18(請參閱圖1)采用之前，將此輔助可靠性值mk/k-1轉(zhuǎn)換為一個可靠性值。
延遲單元58從輔助可靠性值mk/k-1中通過延遲一個幀生成下一個處理步驟用的輔助可靠性值mk-1/k-2。圖3中提出了一個乘法單元60，在此乘法單元中，在減法單元50中采用輔助可靠性mk-1/k-2之前，將此輔助可靠性值與測量系數(shù)Hk-1相乘。如上面所提及的那樣，在實施例中測量系數(shù)Hk-1卻具有值1。
在有關(guān)輔助可靠性值的一個另外的實施例中，在時刻k輔助可靠性值m*k已經(jīng)是已知的，例如當進行迭代的譯碼時。在此情況下對于卡爾曼濾波器與公式(11)和(12)一致地適用以下兩個公式mk/k＝ρkmk-1/k-1+Kk(m*k-ρkmk-1/k-1) (21)
圖4展示公式(21)的計算。圖4中的描述基本上符合圖3中的描述，以致于不再次地闡述已經(jīng)闡述過的功能單元，可是為了區(qū)別起見，所屬的標記號獲得一個位于上角的斜撇。與圖3相比，在圖4中下標k-1由下標k所代替。
作為初始條件在按圖3或圖4的實施例中例如選擇mo/-1＝mo/o＝0和k0＝0。根據(jù)測量值來規(guī)定方差σ2w，k和σ2v，k。同樣地根據(jù)例如借助于下述的圖6求出的測量值來規(guī)定相關(guān)系數(shù)ρk。也可以在濾波過程期間按照規(guī)定的，必要時實現(xiàn)確定的函數(shù)，動態(tài)地計算方差σ2w，k和σ2v，k及相關(guān)系數(shù)ρk。
在圖3和4中各自展示了幀k的二進制位1用的一個卡爾曼濾波器(請參閱圖2)。通常有從幀到幀相關(guān)的多個二進制位1。在此情況下在計算單元20中對于這些二進制位1中的每一個采用按圖3或按圖4的一個卡爾曼濾波器，請參閱圖1。
圖5展示一個圖表，在此圖表上在橫座標上展示了對于表示在縱座標上的參數(shù)號0至75的相關(guān)系數(shù)。具有號0至75的參數(shù)相當于由GSM全價語音編碼器生成的參數(shù)，請參閱GSM建議06.10“歐洲數(shù)字蜂窩式電信系統(tǒng)；全價語音代碼轉(zhuǎn)換”，1995。GSM全價語音編碼器例如是源編碼器10，請參閱圖1。
參數(shù)0至7是在LPC分析(線性預(yù)測編碼)時生成的所謂的LAR系數(shù)(對數(shù)地區(qū)比例Logaritbmical area ratio)。這些系數(shù)的相關(guān)性是整個地大于0.3的。甚至是所謂的LTP(長期預(yù)測)用的相似度b的參數(shù)號9，26，43和60具有大于0.2的相關(guān)性。此外在每個幀中存在著來自所謂RPE分析(規(guī)則脈沖激發(fā))的，從幀到幀僅少量變化的和具有大于0.7的相關(guān)系數(shù)的四個xMAX系數(shù)。所述參數(shù)的相關(guān)性也出現(xiàn)于在其中傳輸這些參數(shù)的較高值的二進制位中。
圖6展示在一個GSM幀中的二進制位0至69用的相關(guān)系數(shù)的一個圖表。許多二進制位的值具有一種可觀的幀間相關(guān)性，意即在uk和uk-1之間的相關(guān)系數(shù)大于0.3。借助于在方程(16)中展示的平均值計算可以看出，在m(uk)和m(uk-1)之間的相關(guān)系數(shù)ρk必須更顯著地大于uk和uk-1之間的相關(guān)系數(shù)，對于所述的值典型地為0.8至0.9，使得公式(3)的數(shù)學(xué)模型符合實際的情況，并且用卡爾曼濾波器生成的可靠性值L(uk，1)導(dǎo)致譯碼過程的改善。
在本發(fā)明的一個其它實施例中采用一個多維的模型代替在公式(3)和(4)中說明的一維的模型。在此情況下適用在已提到的Sorensen著的文章中說明的矢量書寫方式。尤其當在幀間相關(guān)性之外也考慮幀內(nèi)相關(guān)性時，則采用多維的模型。
也可以不用優(yōu)化方法，用稍為有限的但是仍然對于許多用途是足夠的精度求出可靠性值或輔助可靠性值的計算結(jié)果。在此利用上面在公式(16)中說明的聯(lián)系，其辦法是按下列公式求出輔助可靠性值m(uk)式中N為幀的規(guī)定數(shù)目，經(jīng)這些幀進行一種所謂的窗口化，意即只考慮最后的N幀的源編碼的接收字符
通過這種措施也掌握應(yīng)估算信號的迅速變化。
也可采用所屬的輔助可靠性值m(uk)或
代替接收字符
然后像上述那樣進一步處理求出的輔助可靠性值m(uk)。
借助于輔助可靠性值的定義，即m＝1-2p也可如下地表達公式(23)
借助于最后的N譯碼的接收字符
首先進行將概率P確定為值“-1”的相對頻度
。在此之后借助公式(14)直接計算可靠性值L(uk)，在此可以通過近似的概率
代替概率。
權(quán)利要求
1.用于處理用接收器(16)接收的數(shù)據(jù)的方法，
在此方法上在相繼的幀(K)中接收經(jīng)傳輸線段(14)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，在此一個幀(K)含有規(guī)定數(shù)目的二進制位(1)，
和在此方法上借助采用節(jié)拍增量的最大后驗概率算法或最大似然算法處理接收的數(shù)據(jù)，
在此取決于對于現(xiàn)實處理的幀(K)求出的一個現(xiàn)實可靠性值(L(uk，1))地，來計算其值和/或其可靠性值(L(uk，1))從幀(k)到幀(k-1)相關(guān)的至少一個二進制位(1)用的節(jié)拍增量，此可靠性值是對于二進制位(1)的值有一個規(guī)定值的概率的一個尺度，其特征在于，采用至少一個觀察的可靠性值
用于求出現(xiàn)實的可靠性值(L(uk，1))，從已經(jīng)處理的一個幀(k-1)中或從二進制位(1)用的現(xiàn)實處理的幀(k)中確定此可靠性值，
和如此求出現(xiàn)實的可靠性值(L(uk，1))，使得對于多個幀(k)形成的，各自幀(k)用的無差錯可靠性值的和對于同一個幀(k)求出的可靠性值(L(uk，1))的偏差的和變成最小。
2.按權(quán)利要求1的方法，其特征在于，按關(guān)系式求出可靠性值，式中L(ul)為可靠性值，ul表示幀之內(nèi)的二進制位1的值，P(ul＝+1)是對于二進制位1中的值有一個第一值的，優(yōu)先有數(shù)值“+1”的概率，并且在此P(ul＝-1)是對于二進制位1中的值有一個第二值的，優(yōu)先有數(shù)值“-1的概率。
3.按權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，回歸地，尤其在采用一個卡爾曼濾波器(20)的條件下從對于最后處理的幀(k-1)求出的可靠性值(L(uk，1))中計算現(xiàn)實的可靠性值(L(uk，1))。
4.按權(quán)利要求3的方法，其特征在于，按下列公式計算現(xiàn)實可靠性和/或按下列公式計算現(xiàn)實的可靠性值式中Lk為幀k用的可靠性值，ρk為規(guī)定的相關(guān)系數(shù)，L*k-1或L*k為幀k-1或k用的觀察的可靠性值，和在此Kk或Kk-1是按下列公式回歸地計算的放大系數(shù)式中σw，K-1為系統(tǒng)干擾的方差，而σ2v，k-1為測量干擾的方差。
5.用于處理通過接收機(16)接收的數(shù)據(jù)的方法，
在此方法上在相繼的幀(k)中接收經(jīng)傳輸線段(14)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，在此一個幀(k)含有規(guī)定數(shù)目的二進制位(1)，
和在此方法上借助于采用節(jié)拍增量的最大后驗概率算法或最大似然算法處理接收的數(shù)據(jù)，
在此取決于對于現(xiàn)實處理的幀(k)求出的現(xiàn)實可靠性值(L(uk，1))地，來計算其值和/或可靠性值(L(uk，1))從幀(k)到幀(k-1)相關(guān)的至少一個二進制位(1)用的節(jié)拍增量，此現(xiàn)實的可靠性值是對于可以無差錯地確定二進制位(1)的值的概率的一個尺度，
其特征在于，采用至少一個觀察的可靠性值
用于求出現(xiàn)實的可靠性值(L(uk，1))，從一個已經(jīng)處理的幀(k-1)中或從二進制位(1)用的現(xiàn)實處理的幀(k)中確定此觀察的可靠性值，
在采用準確的換算函數(shù)或近似函數(shù)的條件下，從觀察的可靠性值
中求出觀察的輔助可靠性值
如此求出現(xiàn)實的輔助可靠性值(m(uk，1))，使得對于多個幀(k)形成的，各自幀(k)用的無差錯的輔助可靠性值和對于同一個幀(k)求出的輔助可靠性值(m(uk，1))的偏差的和變成最小，
和在采用換算函數(shù)或近似函數(shù)的條件下，從求出的輔助可靠性值(m(uk，1))中確定現(xiàn)實的可靠性值(L(uk，1))。
6.按權(quán)利要求5的方法，其特征在于，對于輔助可靠性值適用下列公式m(ul)＝P(ul＝+1)-P(ul＝-1)，在此ul表示幀之內(nèi)的二進制位1的值，P(ul＝+1)是對于值ul有一個第一值，優(yōu)先有數(shù)值“+1”的概率，而在此P(ul＝-1)是對于值ul有一個第二值，優(yōu)先有“-1的概率。
7.按權(quán)利要求5或6的方法，其特征在于，從對于最后處理的幀(k-1)求出的輔助可靠性值(m(uk-1，1))中回歸地，尤其在采用一個卡爾曼濾波器(20)的條件下計算現(xiàn)實的輔助可靠性值(m(uk，1))。
8.按權(quán)利要求7的方法，其特征在于，按下列公式計算現(xiàn)實輔助可靠性值和/或按下列公式計算現(xiàn)實概率值mkmk＝ρkmk-1+Kk(m*k-ρkmk-1)式中mk為幀k用的輔助可靠性值，ρk為相關(guān)系數(shù)，m*k或m*k-1為觀察的輔助可靠性值，和Kk或Kk-1為放大系數(shù)，優(yōu)先按下列公式回歸地確定此放大系數(shù)式中σ2w，k-1為系統(tǒng)干擾的方差，而σ2v，k-1為測量干擾的方差。
9.按權(quán)利要求8的方法，其特征在于，固定地規(guī)定相關(guān)系數(shù)ρk，系統(tǒng)干擾的方差σ2w和測量干擾的方差σ2v，在此在預(yù)先規(guī)定時優(yōu)先考慮測量。
10.按以上權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，在求取現(xiàn)實可靠性值時采用以下的數(shù)學(xué)模型Xk＝Φk，k-1Xk-1+Wk和Zk＝HkXk+Vk式中Xk表示幀k的一個狀態(tài)矢量，φk表示一個系統(tǒng)矩陣，Wk表示一個系統(tǒng)干擾矢量，Zk表示一個測量矢量，Hk表示一個測量矩陣，和Vk表示一個測量干擾矢量。
11.按以上權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，采用此方法用于譯碼已編碼地傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。
12.按以上權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，在優(yōu)先按GSM標準工作的移動無線電系統(tǒng)中數(shù)據(jù)傳輸時采用此方法。
13.按權(quán)利要求12的方法，其特征在于，在二進制位(1)中優(yōu)先傳輸在幀(k)中傳輸?shù)膮?shù)的一個較高值的位。
14.用于處理接收數(shù)據(jù)，尤其是用于實施按以上權(quán)利要求之一的方法的裝置(16)，
具有用于接收經(jīng)傳輸線段(14)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的一個接收單元，在由規(guī)定數(shù)目的二進制位組成的幀(k，k-1)中傳輸這些數(shù)據(jù)，
具有借助于采用節(jié)拍增量的最大后驗概率算法或最大似然算法處理接收的數(shù)據(jù)的一個節(jié)拍增量單元(18)，
和具有一個計算單元(20)，此計算單元對于其值和/或可靠性值從幀(k)到幀(k-1)相關(guān)的至少一個二進制位(1)，求出輸出到節(jié)拍增量單元(18)上的一個現(xiàn)實可靠性值(L(uk，1))，
其特征在于，用于求取現(xiàn)實可靠性值(L(uk，1))的計算單元(20)采用從一個已經(jīng)處理的幀(k-1)中或從二進制位(1)用的現(xiàn)實處理的幀(k)中已經(jīng)確定的一個觀察的可靠性值
并且在于，計算單元(20)如此求取可靠性值(L(uk，1))，使得對于多個幀(k)形成的，一個幀的無差錯可靠性值和對于同一個幀(k)求出的可靠性值(L(uk，1))的偏差的和變成最小，
或者在于，計算單元(20)如此求取可靠性值(L(uk，1))，使得對于多個幀(k)形成的，各自幀(k)用的基本上無差錯的輔助可靠性值和對于同一個幀(k)求出的輔助可靠性值(m(uk，1))的偏差的和變成最小，在此借助于換算函數(shù)或近似函數(shù)從可靠性值(L(uk，1))中計算輔助可靠性值(m(uk，1))。
15.用于處理用接收機(16)接收的數(shù)據(jù)的方法，在此方法上在相繼的幀(k)中接收經(jīng)傳輸線段(14)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，在此一個幀(k)含有規(guī)定數(shù)目的二進制位(1)，
和在此方法上借助于采用節(jié)拍增量的最大后驗概率算法或最大似然算法處理接收的數(shù)據(jù)，
在此取決于對于現(xiàn)實處理的幀(k)求出的現(xiàn)實可靠性值(L(uk，1)；m(uk，1))地，來計算其值和/或可靠性值從幀(k)到幀(k-1)相關(guān)的至少一個二進制位(1)用的節(jié)拍增量，此可靠性值是對于二進制位(1)有一個規(guī)定值的概率的一個尺度，
其特征在于，為了求取現(xiàn)實可靠性值(L(uk，1)；m(uk，1))采用至少兩個觀察的可靠性值
或采用從二進制位(1)用的所屬的幀(k，k-1)中確定的至少兩個已經(jīng)求出的可靠性值(L(uk，1)，L(uk-1，1)；m(uk，1)，m(uk-1，1))，
和通過從觀察的可靠性值
中的或從已經(jīng)求出的可靠性值(L(uk，1)，L(uk-1，1)；m(uk，1)，m(uk-1，1))中的平均值計算形成現(xiàn)實的可靠性值(L(uk，1)，m(uk，1))。
16.按權(quán)利要求15的方法，其特征在于，對于一個恒定數(shù)目的已經(jīng)處理的幀(k)形成平均值，在此優(yōu)先采用最后處理的幀(k)的可靠性值。
17.按權(quán)利要求15或16的方法，其特征在于，可靠性值是輔助可靠性值，為了計算節(jié)拍增量用換算函數(shù)或近似函數(shù)將這些輔助可靠性值換算成可靠性值。
18.按權(quán)利要求15至17之一的方法，其特征在于，觀察的可靠性值是由最大后驗概率算法或由最大似然算法輸出的已處理的數(shù)據(jù)
19.用于處理接收數(shù)據(jù)，尤其是用于實施按權(quán)利要求15至18之一的方法的裝置(16)，
具有用于接收經(jīng)傳輸線段(14)傳輸?shù)模谟梢?guī)定數(shù)目的二進制位(1)組成的幀(k)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，
具有借助于采用節(jié)拍增量的最大后驗概率算法或最大似然算法處理接收的數(shù)據(jù)的一個節(jié)拍增量單元(18)，
和具有一個計算單元(20)，此計算單元對于其值和/或可靠性值從幀(k)到幀(k-1)相關(guān)的至少一個二進制位(1)求出輸出到節(jié)拍增量單元(18)上的一個現(xiàn)實的可靠性值(L(uk，1))的一個計算單元(20)，在此可靠性值(L(uk，1))是對于二進制位(1)的值有一個規(guī)定值的概率的一個尺度，
其特征在于，計算單元(20)通過求平均值從至少兩個觀察的可靠性值
中，或從曾從二進制位(1)用的所屬幀(k，k-1，k-2)中確定的至少兩個已經(jīng)求出的可靠性值(L(uk-1，1)，L(uk-2，1))中計算現(xiàn)實的可靠性(L(uk，1)。
全文摘要
闡述用于處理通過接收機(16)接收數(shù)據(jù)的一種方法。借助于采用節(jié)拍增量的最大后驗概率算法處理接收的數(shù)據(jù)。為了計算節(jié)拍增量,采用在使用卡爾曼濾波器的條件下在估算單元(20)中已求出的可靠性值(L(uk,l))。
文檔編號H03M13/41GK1261475SQ9880650
公開日2000年7月26日 申請日期1998年6月4日 優(yōu)先權(quán)日1997年6月23日
發(fā)明者許文 申請人:西門子公司