[發明專利]一種低功耗狀態反饋式維特比譯碼器及譯碼方法

有效

• 申請號: 201310539603.4
• 申請日: 2013-11-04
• 公開（公告）號: CN103546170A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發明（設計）人: 徐永鍵;陸許明;溫偉杰;譚洪舟
• 申請（專利權）人: 廣州市花都區中山大學國光電子與通信研究院
• 主分類號: H03M13/41
• 分類號: H03M13/41
• 代理公司: 廣州市越秀區海心聯合專利代理事務所(普通合伙) 44295
• 代理人: 黃為

技術領域

本發明涉及通信信道編碼解碼技術領域，更具體地涉及一種低功耗狀態反饋式維特比譯碼器及譯碼方法。

背景技術

維特比譯碼作為卷積碼的譯碼方法，相比起序列譯碼和門限譯碼法之下，它具有最佳性能，其譯碼原理采用最大似然估計方法，對輸入信息進行判定，以似然函數最大化為標準輸出信息。其似然性也以看作為對給定的接收序列求其對數似然函數，得到其累加值為最大的路徑：即通過每一時刻找出最小路徑所在狀態，從而得到最小誤差（最大可能）路徑，通過路徑追溯得到譯碼結果。維特比譯碼的過程常常采用網格圖進行描述。對于約束長度為K的卷積碼，其譯碼網格圖共包含2^K-1種狀態，每個節點（即每個狀態）有2條支路引入也有N（0≤N≤2）條支路引出。在維特比譯碼算法中，首先對匯聚在每個節點上的兩條路徑的對數似然函數累加值進行比較，并求出每級對數似然函數累加值，然后兩兩比較并作出選擇，在譯碼最后只有唯一一條幸存路徑保留下來，即為譯碼所得路徑。也就是說，在已知接收到的序列情況下，這條譯碼路徑和發送序列最相似。

傳統的基于維特比譯碼法的維特比譯碼器其譯碼原理采用最大似然估計方法，通過每一時刻找出最小路徑所在狀態，從而得到最小誤差（最大可能）路徑，通過路徑追溯得到譯碼結果。基于上述譯碼算法的基礎上，傳統維特比譯碼器在硬件實現時主要包括三個部分：支路度量單元（BMU），加比選單元（ACSU）以及幸存路徑存儲單元（SMU）。支路度量單元用于計算每一時刻所有可能的支路度量距離；加比選單元用于各譯碼狀態間進行相加、比較、選擇操作，輸出相鄰時刻譯碼狀態轉移變化關系。幸存路徑存儲單元則根據各狀態的幸存路徑輸出譯碼結果，實現有兩種方法：寄存器交換法（RE）和追蹤回溯法（TB）。傳統的寄存器交換法需要在譯碼過程中不斷進行寄存器交換存取操作，對于約束長度較大、狀態數較多的情況，硬件實現時所需的寄存器數量龐大，當進行存儲交換時，邏輯門開關動態功耗較大。而追蹤回溯法，無需進行復雜的寄存器交換，每一個譯碼時刻只需變動少量RAM，實現功耗較小，但是TB方法的譯碼延時約為RE方法的4倍，對于實時性要求高的無線通信系統如無線局域網性能受到限制。

而隨著現代無線通信系統趨向復雜化發展，無線基帶通信系統中各模塊的實際性能、延時、功耗等參數成為基帶設計的重要考慮因素。維特比譯碼器作為一種信道解碼器，被廣泛應用于無線局域網并且成為基帶系統的重要組成部分，其功耗與性能占據基帶設計中非常關鍵的一環。因此，鑒于上述維特比譯碼器的缺點及無線基帶通信系統設計時的考慮因素，設計工作時延小、動態功耗低、無線局域網中性能優、譯碼性能好的維特比譯碼器尤為重要。

發明內容

本發明的目的是提供一種低功耗狀態反饋式維特比譯碼器，該維特比譯碼器工作時延小、動態功耗低、無線局域網中性能優、譯碼性能好。

本發明的另一目的是提供一種譯碼方法，該方法可使得實現譯碼的硬件（即譯碼器）工作時延小、動態功耗低、無線局域網中性能優、譯碼性能好。

為實現上述目的，本發明提供了一種低功耗狀態反饋式維特比譯碼器，包括：

支路度量距離計算模塊，用于接收編碼數據與參考數據進行差模求和法計算各狀態、各時刻的支路度量距離；

加比選計算模塊，用于根據所述支路度量距離及傳統加比選操作確定確定相鄰時刻狀態間的單一指向關系，并輸出各狀態更新后的累計路徑距離；以及

狀態反饋追蹤模塊，用于對各狀態更新后的所述累計路徑距離進行反饋追蹤以更新輸出狀態，并輸出譯碼結果。

與現有技術相比，本發明的維特比譯碼器具有以下優點：

（1）采用軟判決處理的方法，支路度量距離計算模塊采用差模求和法（即改良的、精簡的歐氏距離計算方法），取代理論上的歐氏距離計算，實現了更好的最大似然估計，避免了采用乘法，狀態機等操作，實際只需采用取反和加法操作，并且在一個時鐘即可完成距離計算，復雜度相對不高；

（2）利用譯碼路徑從初始狀態0開始的特點，每一時刻通過不斷更新、唯一的狀態譯碼指針，確定了任一狀態下一時刻的唯一指向，從而在每一時刻均可確定譯碼路徑；

（3）對于（2,1,7）卷積譯碼延時只為兩個時鐘周期，比傳統的寄存器交換方法延時時鐘周期至少減少了30%，延時小、實時性好；

（4）該維特比譯碼器比傳統的追蹤回溯法譯碼器動態功耗減少60%，并且在信噪比SNR較高（SNR≥7dB加性高斯白噪聲信道）實現較好的譯碼性能，在無線局域網中的性能也較優。

相應地，本發明還提供了一種譯碼方法，包括：