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CN103348618A - Crc分量码的软解码 - Google Patents

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CN103348618A
CN103348618A CN2012800065857A CN201280006585A CN103348618A CN 103348618 A CN103348618 A CN 103348618A CN 2012800065857 A CN2012800065857 A CN 2012800065857A CN 201280006585 A CN201280006585 A CN 201280006585A CN 103348618 A CN103348618 A CN 103348618A
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CN
China
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decoding
crc
code word
cyclic redundancy
redundancy check
Prior art date
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Pending
Application number
CN2012800065857A
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English (en)
Inventor
迈克尔·约恩·巴克利
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BlackBerry Ltd
Original Assignee
Research in Motion Ltd
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Publication date
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Abstract

本发明公开了用于在通信系统中编码和解码卷积码的方法和设备。在本公开的各种实施例中，码字包括消息数据和校验数据。卷积码是通过将消息数据和校验数据与卷积多项式相乘而生成的。可以由使用卷积多项式和最大似然除数的卷积码解码器来解码卷积码字，以从卷积码字获得最大似然消息。

Description

CRC分量码的软解码
相关申请的交叉引用
本申请根据35U.S.C.§119(e)要求2011年1月26日提交的、题为“SoftDecoding Of CRC Component Codes”的美国临时申请No.61/436,380的权益。美国临时申请No.61/436,380包括示例性的系统和方法，并以引用方式全部并入于此。
技术领域
本发明总体涉及通信系统以及用于操作这种系统的方法。在一方面，本发明涉及用于对卷积码进行改进解码的方法、系统和设备。
背景技术
当前在无线通信信道中使用的编码的最普通的形式是其后跟随着外部前向纠错码(FEC)的内部循环冗余校验(CRC)码的串行级联。FEC码的一个示例是卷积码，在第二代(2G)的全球移动通信系统(GSM)/GSM演进增强数据速率(EDGE)、第三代(3G)的通用移动电信系统(UMTS)以及第四代(4G)移动电信技术的长期演进(LTE)中，在很多无线信道中使用卷积码。传统上FEC码被用来尝试纠正在通过无线信道传输期间的任何差错，而CRC码的使用通常被限制为检测FEC编码后残留差错的存在。在实际中通过计算校验比特并将其放置在输入消息的末端来形成CRC码字。由于消息形成码字本身的一部分，CRC码被称为系统码。
在如今的主流使用中，将这种卷积码指定使用在无线标准中。其流行的一个原因是存在维特比解码器，维特比解码器通过高效并相对不复杂的方式确定所发送的消息的精确度的最大似然。然而，由于维特比解码器的成功及其对CRC/卷积码级联的CRC部分的高效实现，在纠错期间通常将其忽略。事实上，一般将CRC码归类用于卷积解码后的残留差错检测。因此，纠错解码通常被限制为仅使用卷积码，即使认识到CRC/卷积码级联可以提供更鲁棒的纠错性能。
解码CRC/卷积码的当前方案包括所谓的列表解码，其中，维特比解码器被修改为输出“N”个最大似然的卷积码消息。接连将CRC校验应用于这“N”个卷积码消息，直到有一个消息通过，在该情况下，其被接受为所发送的消息，或者备选地，没有消息通过并且声明解码器故障。然而，该方案具有伴随的缺陷。首先，维特比解码器实现要求大量的修改来支持输出“N”个最大似然的卷积码消息。第二，对CRC和卷积码的解码是分别发生而不是联合发生；以及第三，列表解码的复杂度随着“N”线性增加。
考虑到前述原因，很明显需要用来对用于纠错的卷积码进行改进的维特比解码的系统和方法。
附图说明
当结合附图来考虑下面的详细描述时，可以理解本发明，并且获得其众多的目标、特征和优点，其中：
图1描述了可在其中实现本发明的示例性系统；
图2示出了包括用户设备(UE)设备的实施例的无线通信系统；
图3是包括数字信号处理器(DSP)的示例性UE设备的简化框图；
图4是可以由DSP实现的软件环境的简化框图；
图5是其后跟随着外部前向纠错码(FEC)的内部循环冗余校验(CRC)码的串行级联的简化框图；
图6是CRC码字的简化框图；
图7是卷积编码器的简化示意；
图8是使用卷积编码器来实现的、用于生成对应的校验码流的校验生成多项式的简化示意；
图9是实现用于解码具有完整的生成多项式的卷积码的维特比解码的一般性流程图；
图10是实现用于解码具有生成多项式的子集的卷积码的维特比解码的一般性流程图；
图11是被实现为单个复合卷积码的CRC/卷积码级联的简化框图；
图12是实现用于对串行级联的CRC/卷积码进行联合解码的维特比解码的一般性流程图；
图13是对CRC组成多项式进行显式卷积编码的简化框图；
图14是对CRC组成多项式进行显式卷积编码的简化框图；
图15是示出在解码复合码之后恢复所发送消息时的简化解码步骤的流程图；以及
图16是根据卷积编码的实现得到的改进的解码性能的图形表示。
具体实施方式
提供了对用于纠错的卷积码进行改进的维特比解码的方法和系统。下面，将参考附图来详细描述本发明的各个示意性实施例。虽然在下面的描述中阐述了各种细节，将意识到的是，可以在没有这些特定细节的情况下实践本发明，并且可以对本文中描述的本发明做出众多实现特有的判决，以实现发明人的特定目的，例如遵从处理技术或设计相关的约束，对于实现来说，该处理技术和约束将是不同的。虽然这种开发努力可能是复杂的并且是耗时的，然而其将是受益于本公开的本领域技术人员所采取的例程。例如，以框图或流程图形式而非细节来示出所选择的方面，以避免限制本发明或使本发明不清楚。此外，根据算法和对计算机存储器内的数据的操作来呈现本文中提供的详细描述的某些部分。这种描述和呈现被本领域技术人员用来向本领域的其他技术人员描述和转达其工作的实质。
这里使用的术语“组件”、“系统”等意在指计算机相关实体，是硬件、硬件和软件的组合、软件或所执行的软件。例如，组件可以是但不限于是：在处理器上运行的进程、处理器、对象、可执行程序、执行线程、程序或计算机。作为示意，在计算机上运行的应用和计算机本身均可以是组件。一个或多个组件可以驻留在执行的进程或线程内，以及组件可以本地位于一个计算机上和/或分布在两个或更多计算机之间。
这里使用的术语“用户设备”和“UE”可以指无线设备，如移动电话、智能电话、个人数字助理(PDA)、手持或膝上型计算机和类似设备或具有通信能力的其他用户设备。在一些实施例中，术语“UE”可以指代移动无线设备。术语“UE”还可以指代具有类似能力但是一般不便携带的设备，如台式计算机、机顶盒、传感器或网络节点。
这里使用的术语“制品”(或备选地“计算机程序产品”)意在包含从任何计算机可读设备或介质可访问的计算机程序。例如，计算机可读媒体可以包括但不限于：磁存储设备(例如硬盘、软盘、磁带等)、光盘(例如紧致盘(CD)或数字多功能盘(DVD))、智能卡和闪存设备(例如卡、棒等)。
这里使用“示例”一词意味着用作示例、实例或示意。这里描述为“示例”的任何方面或设计不必需解释为相对于其他方面或设计而言是优选的或有利的。本领域技术人员可以认识到，在不脱离要求保护的实质内容的范围或精神的前提下，可以对该配置进行许多修改。此外，可以使用标准的编程和工程技术将所公开的主题实现为系统、方法、装置或制品，以产生软件、固件、硬件或其任何组合来控制计算机或者基于处理器的设备实现在这里详细描述的方面。
图1示出了适于实现本文中公开的一个或多个实施例的系统100的示例。在各种实施例中，系统100包括处理器110(可称为中央处理单元(CPU)或数字信号处理器(DSP))、网络连接设备120、随机存取存储器(RAM)130、只读存储器(ROM)140、辅助存储器150和输入/输出(I/O)设备160。在一些实施例中，这些组件中的一些可以不存在或者可以在各种组合中彼此组合或与未示出的其他组件组合。这些组件可以位于单个物理实体中，或者可以位于一个以上的物理实体中。可以将在本文中描述为由处理器110进行的任何动作由处理器110单独进行，或者由处理器110与图1中示出或未示出的一个或多个组件相结合来一起进行。
处理器110执行可以从网络连接设备120、RAM130或ROM140访问的指令、代码、计算机程序或脚本。虽然仅示出了一个处理器110，然而可以存在多个处理器。因此，尽管可以将指令讨论为由处理器110来执行，然而可以由被实现为一个或多个CPU芯片的一个或多个处理器110同时地、串行地、或者以其他方式来执行指令。
在各种实施例中，网络连接设备120可以采取以下形式：调制解调器、调制解调器组、以太网设备、通用串行总线(USB)接口设备、串行接口、令牌环设备、光纤分布式数据接口(FDDI)设备、无线局域网(WLAN)设备、诸如码分多址(CDMA)设备的无线收发机设备、全球移动通信系统(GSM)无线收发机设备、微波接入的全球可互操作性(WiMAX)设备、和/或用于连接至网络(包括个域网(PAN)，例如蓝牙)的其他公知设备。这些网络连接设备120可以使得处理器110能够与因特网或者一个或多个通信网络或其他网络(处理器110可以从该其他网络接收信息或处理器110可以向该其他网络输出信息)通信。
网络连接设备120还可以是能够以电磁波(如射频信号或微波频率信号)的形式无线地发送和/或接收数据。网络连接设备120发送和接收的信息可以包括已经由处理器110处理过的数据或者要由处理器110执行的指令。可以根据不同顺序对数据进行排序，这可以有利于处理或产生数据或者发送或接收数据。
在各种实施例中，可以使用RAM130来存储由处理器110执行的易失性数据和指令。可以使用图1中示出的ROM140来存储指令，以及可能在指令的执行期间读取的数据。对ROM130和RAM140的存取一般快于对辅助存储器150的存取。辅助存储器150通常由一个或多个碟驱动器或带驱动器组成，并且可以用于数据的非易失性存储器，或者在RAM130不够大到足以保存所有工作数据的情况下用作溢出数据存储设备。辅助存储器150可以用于存储程序，当选择执行程序时将程序加载至RAM130。I/O设备160可以包括液晶显示器(LCD)、发光二极管(LED)显示器、有机发光二极管(OLED)显示器、投影仪、电视、触摸屏显示器、键盘、小键盘、开关、拨号盘、鼠标、轨迹球、语音识别器、读卡器、纸带读取器、打印机、视频监视器或其他公知的输入/输出设备。
图2示出了包括用户设备(UE)设备的实施例的无线通信系统。虽然被示意为移动电话，UE设备202可采取各种形式，包括移动电话、无线手持设备、寻呼机或者个人数字助理(PDA)。在各种实施例中，UE设备202还可以包括便携式计算机、平板计算机、膝上型计算机或者可操作为执行数据通信操作的任何计算设备。许多合适的设备组合了这些功能中的一些或全部。在一些实施例中，UE设备202不是例如便携式、膝上型或平板计算机之类的通用计算设备，而是专用通信设备，例如车辆中安装的电信设备。同样地，UE设备202可以是具有类似功能但是不是便携的设备(例如，桌面型计算机、机顶盒或者网络节点)、包括这种设备或者包括在这种设备中。在这些以及其他的实施例中，UE设备202可以支持特殊化的动作，例如游戏、库存控制、工作控制、任务管理功能等。
在各种实施例中，UE设备202包括显示器204。在这些以及其他的实施例中，UE设备202同样可以包括一般由用户用于输入的触摸敏感表面、键盘或其他输入按键206。同样地，输入键206可以是完整的或简化的字母数字键盘，如QWERTY、Dvorak、AZERTY和顺序键盘类型，或具有与电话键区相关联的字母表字母的传统数字键区。同样地，输入键206可以包括：滚轮、退出或退离键、轨迹球和其他导航或功能键，这些键可以向内按压以提供另外的输入功能。同样地，UE设备202可呈现用于用户进行选择的选项、用于用户进行致动的控制、以及用于用户进行指引的光标或其它指示符。
UE设备202还可以从用户接受数据输入，包括拨打的号码或者用于配置UE设备202的操作的各种参数值。UE设备202还可以响应于用户命令，执行一个或多个软件或固件应用。响应用户的互动，这些应用程序可配置UE设备202执行各种定制的功能。此外，可以无线地(OTA)(例如，从无线网络接入点“A”210通过“n”216(例如基站)、服务器224或对等UE设备202)编程或配置UE设备202。
在UE设备202可执行的各种应用程序中有web浏览器，其使得显示器204可以显示web页面。可以通过与无线网络220的无线连接从服务器224获得web页面。同样地，可以通过至无线网络220或者任何其他无线通信网络或系统的连接从对等UE设备202或其他系统获得各种应用。在各种实施例中，无线网络220包括多个无线子网(例如，小区)“A”212至“n”218。在这些和其他实施例中，UE设备202与无线网络天线“A”208到“n”214(例如，小区塔)建立无线通信会话，无线网络天线“A”208到“n”214分别耦合到无线网络接入点“A”210到“n”216。进而，无线网络接入点“A”210到“n”216分别耦合到连接到无线网络220的无线子网“A”212到“n”218。
在各种实施例中，无线网络220耦合到物理网络222(例如互联网)。经由无线网络220和物理网络222，UE设备202访问各个服务器(例如，服务器224)上的信息。服务器224可以提供可在显示器204上显示的内容。备选地，UE设备202可以通过对等UE设备202接入网络220，该对等UE设备202在中继类型或跳类型的连接中担当中间设备。备选地，UE设备202被线缆连接(tethered)，并从连接到无线网络212的线缆连接的设备获得其数据。本领域技术人员将认识到，很多这样的实施例是可能的，并且之前所述不是旨在限制本公开的精神、范围或意图。
图3描绘了可在其中实现本发明的示例性用户设备(UE)设备202的框图。虽然描绘了UE设备202的各个组件，UE设备202的各种实施例可以包括所列出的组件的子集或未列出的附加组件。图3中示出的UE设备202包括数字信号处理器(DSP)302和存储器304。图中示出的UE202还可以包括天线和前端单元306、射频(RF)收发机308、模拟基带处理单元310、麦克风312、耳塞扬声器314、耳机端口316、输入/输出(I/O)接口318、可拆卸存储卡320、通用串行总线(USB)端口322、短程无线通信子系统324、警报326、键区328、可包括触摸敏感表面的液晶显示器(LCD)330、LCD控制器332、电荷耦合器件(CCD)相机334、相机控制器336和全球定位系统(GPS)传感器338。在各种实施例中，UE设备202可以包括不提供触摸敏感屏幕的另一种显示器。在实施例中，DSP302可以直接与存储器304通信，而不通过输入/输出接口318。
在各种实施例中，DSP302或某种其他形式的控制器或中央处理单元(CPU)进行操作，以根据存储在存储器304中或存储在DSP302本身内包含的存储器中的嵌入式软件或固件来控制UE设备202的各个组件。除了嵌入式软件或固件，DSP302可以执行存储器304中存储的或者经由信息承载媒体(例如便携式数据存储媒体，如可拆卸存储卡320)或经由有线或无线网络通信可用的其他应用。应用软件可以包括将DSP302配置为提供所需功能的机器可读指令的已编译的集合，或者应用软件可以是解释器或编译器要处理以间接配置DSP302的高级软件指令。
可提供天线和前端单元306以在无线信号和电信号之间进行转换，使得UE设备202可以从蜂窝网络或其它一些可用的无线通信网络或者从对等UE设备202发送和接收信息。在实施例中，天线和前端单元106可以包括多个天线，以支持波束成形和/或多输入多输出(MIMO)操作。本领域技术人员已知，MIMO操作可以提供空间分集，空间分集可被用于克服困难的信道条件或提高信道吞吐量。同样地，天线和前端单元306可以包括天线调谐和/或阻抗匹配组件、RF功率放大器或低噪声放大器。
在各个实施例中，RF收发机308提供频率偏移，将接收的RF信号转换至基带以及将基带发送信号转换至RF。在一些描述中，可以将无线电收发机或RF收发机理解为包括其他信号处理功能，如调制/解调、编码/解码、交织/解交织、扩频/解扩、快速傅立叶逆变换(IFFT)/快速傅立叶变换(FFT)，循环前缀添加/移除、以及其他信号处理功能。为了清楚，这里的描述将对该信号处理的描述与RF和/或无线电级分离，并从概念上将该信号处理分配给模拟基带处理单元310或DSP302或其他中央处理单元。在一些实施例中，RF收发机108、天线和前端单元306的部分、以及模拟基带处理单元310可以组合在一个或多个处理单元和/或专用集成电路(ASIC)中。
模拟基带处理单元310可以提供对输入和输出的各种模拟处理，例如，对来自于麦克风312和耳机316的输入以及去往耳塞314和耳机316的输出的模拟处理。为此，模拟基带处理单元310可以具有用于连接至内置麦克风312和耳塞扬声器314的端口，使得UE设备202能够用作蜂窝电话。模拟基带处理单元310还可包括用于连接耳机和其它免提的麦克风和扬声器配置的端口。模拟基带处理单元310可以在一个信号方向上提供数模变换，并在相反的信号方向上提供模数变换。在各种实施例中，可以通过数字处理组件(例如，通过DSP310或其他中央处理单元)来提供模拟基带处理单元302的至少一些功能。
DSP302可以执行调制/解调、编码/解码、交织/解交织、扩频/解扩、快速傅立叶逆变换(IFFT)/快速傅立叶变换(FFT)，循环前缀添加/移除、以及与无线通信相关联的其他信号处理功能。在实施例中，例如在码分多址(CDMA)技术应用中，对于发射机功能，DSP302可以执行调制、编码、交织和扩频；对于接收机功能，DSP302可以执行解扩、解交织、解码和解调。在另一实施例中，例如在正交频分多址(OFDMA)技术应用中，对于发射机功能，DSP302可以执行调制、编码、交织、快速傅立叶逆变换和循环前缀添加；对于接收机功能，DSP302可以执行循环前缀移除、快速傅立叶变换、解交织、解码和解调。在其他无线技术应用中，DSP302可以执行其他信号处理功能以及信号处理功能的组合。
DSP302可以经由模拟基带处理单元310与无线网络进行通信。在一些实施例中，通信可以提供因特网连接，使得用户能够访问因特网上的内容并且发送和接收电子邮件或文本消息。输入/输出接口318与DSP302以及各种存储器和接口互联。存储器304和可拆卸存储卡320可以提供软件和数据来配置DSP302的操作。在这些接口中可以有USB接口322和短程无线通信子系统324。USB接口322可被用于对UE设备202充电，并还可以使得UE设备202起到与个人计算机或其他计算机系统交换信息的外设的功能。短程无线通信子系统324可包括红外端口、蓝牙接口、遵循IEEE802.11的无线端口或者其他任何短程无线通信子系统，其可使得UE设备202与附近的其它移动设备和/或无线基站无线地进行通信。
输入/输出接口318还可以将DSP302连接至警报326，在触发时，警报826使得UE设备202例如通过振铃、播放乐曲或振动来向用户提供通知。警报326可以担当以下机械装置：通过无声振动或通过播放特定呼叫方特有的预先指派的乐曲，向用户提醒各种事件(如进入的呼叫、新的文本消息和约会提醒)中的任何事件。
键区328经由I/O接口318耦合至DSP302，以向用户提供用于进行选择、输入信息和向UE设备202提供输入的机制。键盘328可以是完整的或简化的字母数字键盘，如QWERTY、Dvorak、AZERTY和顺序键，或者是具有与电话键区相关联的字母表字母的传统数字键区。同样地，输入键可以包括：滚轮、退出或退离键、轨迹球和其他导航或功能键，这些键可以向内按压以提供另外的输入功能。另一输入机制可以是LCD330，LCD330可包括触摸屏能力并且还可向用户显示文本和/或图形。LCD控制器332将DSP302耦合至LCD330。
在被装备的情况下，CCD相机334可以使得UE设备202拍摄数字图片。DSP302经由相机控制器336与CCD相机334通信。在另一实施例中，可以采用根据不同于电荷耦合器件相机的技术来操作的相机。GPS传感器338耦合至DSP302以解码全球定位系统信号，从而使得UE设备202能够确定其位置。还可包括其他各种外围设备以提供附加的功能，如，广播电台和电视接收。
图4示出了DSP302可以实现的软件环境402。DSP302执行操作系统驱动404，操作系统驱动404提供其余软件操作的平台。操作系统驱动404利用应用软件可访问的标准化接口来提供对UE设备202硬件的驱动。操作系统驱动404包括应用管理服务(“AMS”)406，AMS406在UE设备202上运行的应用之间传递控制。图4中还示出了web浏览器应用408、媒体播放器应用410和Java小应用412。Web浏览器应用408将UE设备202配置为作为web浏览器来操作，允许用户将信息输入表格并选择链接来取回和查看web页面。媒体播放器应用程序410将UE设备202配置为回放和播放音频或视听媒体。Java小应用412配置UE提供游戏、应用以及其它功能。组件414可以提供本文中描述的功能。同样地，在各种实施例中，UE设备202、无线网络接入点“A”210到“n”216、服务器224以及本文中描述的其他组件可以包括能够执行与上述动作相关的指令的处理组件。
图5是根据本发明的实施例实现的、其后跟随着外部前向纠错码(FEC)的内部循环冗余校验(CRC)码的串行级联的简化框图。如图5中示出的，使用CRC码504来处理消息502，以生成CRC码字506。进而，使用FEC码508来处理CRC码字506，以生成FEC码字510。本领域技术人员将会熟悉FEC码508的使用，FEC码508被用于尝试对在通过无线信道的传输期间的任何差错进行纠正。相反，通常将CRC码504的使用限制为检测FEC解码之后残留差错的存在性。
图6是本发明的实施例中实现的循环冗余校验(CRC)码字的简化框图。在该实施例中，通过计算校验比特604并将其放置在消息体602的末端来形成CRC码字600。由于消息体602形成码字600的一部分，CRC码字是系统码。本领域技术人员将意识到，当操纵码字时，将比特序列描述为多项式通常是便利的。如图6中示出的，c(D)606表示码字多项式，m(D)608表示消息多项式，以及p(D)610表示校验多项式。
多项式的构建基于比特矢量中的非零项。更确切地，如果比特矢量的第n项包含“1”，则多项式包含Dn。作为示例，非零项占据消息比特矢量的第0、4、5、和6个位置1000111，产生采取以下形式的消息多项式m(D)608：m(D)＝1+D4+D5+D6。进而，使用生成多项式g(D)来生成CRC校验多项式p(D)610，使得CRC码字c(D)606可以由生成多项式g(D)整除。令除数为mq(D)，以及令生成多项式gCRC(D)的次数为L，则将p(D)610构建为使得：
等式1：c(D)＝mq(D)gCRC(D)＝m(D)DL+p(D)
根据前述内容，对本领域技术人员显而易见的是，各个CRC码字c(D)606等于某个除数mq(D)与CRC生成多项式gCRC(D)相乘。
如前所述，将CRC生成器引用为多项式gCRC(D)。一般而言，可以将该多项式细分为若干组成多项式gCRC(D)＝gCRC1(D)，gCRC2(D)...gCRCN(D)，其中，每个组成多项式gCRCi(D)都是不可约分的。因此，可以进一步将对等式1中的CRC码字的描述c(D)推广为：
等式2：c(D)＝mq(D)gCRC(D)＝mq(D)[gCRC1(D)gCRC2(D)...gCRCN(D)]＝m(D)DL+p(D)
图7是根据本发明的实施例实现的卷积编码器的简化示意。在本示例性实施例中，与CRC码类似，卷积编码器702产生校验信息，作为卷积码字的一部分。如图7中所示，单个消息流704输入被卷积编码器702编码，以相应生成校验流“1”706和“2”708，校验流“1”706和“2”708一起形成卷积码字。
图8是使用根据本发明的实施例的卷积编码器来实现的、用于生成对应的校验流的校验生成多项式的简化示意。在本实施例中，卷积编码器802使用校验生成多项式“1”802和“2”804来分别生成校验流“1”806和“2”808。如图7中所示，生成多项式定义卷积码，例如，针对校验生成多项式“1”802，g1(D)＝D2+D+1，以及针对校验生成多项式“2”804，g2(D)＝D2+D+1。然而，卷积编码器802生成的校验流“1”806和“2”808是由生成多项式“1”802和“2”804与消息m(D)而不是某个除数mq(D)的多项式乘积所产生的。因此，通过下面的等式来表示所产生的校验流“1”806和“2”808：
等式3：c1(D)＝m(D)g1(D)
等式4：c2(D)＝m(D)g2(D)
图9是用于解码具有完整的生成多项式的卷积码的根据本发明的实施例的维特比解码的实现的一般性流程图。在本实施例以及其他实施例中使用维特比解码来解码卷积码。在各种其他实施例中实现其他的卷积码解码器。因此，本文中使用维特比解码不是旨在限制本发明的精神、范围或意图。
如本文中更详细地描述的，可以将CRC码字视为某个除数mq(D)与CRC生成多项式gCRC(D)的乘积，其被表示为：
等式5：c(D)＝mq(D)gCRC(D)＝mCRC(D)DL+p(D)。
同样地，可以将卷积码字视为消息m(D)与卷积码生成多项式的乘积，其被表示为：
等式6：c1(D)＝m(D)g1(D)
等式7：c2(D)＝m(D)g2(D)
因此，可以将CRC码字作为具有生成多项式gCRC(D)的单个校验流卷积码对待。此外，可以使用维特比解码器来高效地确定最大似然除数mq(D)。一旦知道了最大似然除数，可以通过由乘法mq(D)gCRC(D)重新生成最大似然CRC码字c(D)并从所产生的CRC码字的系统部分读取mCRC(D)来确定相关联的最大似然CRC消息mCRC(D)。
现在参考图9，CRC码字的维特比解码开始于步骤902，其后是步骤904中对有噪CRC码字c(D)的接收。然后，在步骤906中将有噪的CRC码字c(D)作为具有生成多项式gCRC(D)的卷积码进行维特比解码，这产生最大似然除数mq(D)908。之后，在步骤910中，根据最大似然除数来生成最大似然CRC码字，其中，c(D)＝mq(D)gCRC(D)。然后，在步骤912中，从CRC码字读取最大似然消息mCRC(D)，其中，c(D)＝mq(D)gCRC(D)＝mCRC(D)DL+p(D)。然后，在步骤914中结束对CRC码字的维特比解码。
图10是用于解码具有生成多项式的子集的卷积码的根据本发明的实施例的维特比解码的实现的一般性流程图。如本文中更详细地描述的，CRC生成多项式由多个组成多项式组成，其中gCRC(D)＝gCRC1(D)gCRC2(D)...gCRCN(D)。在本实施例中，这些组成多项式的子集被用于在维特比解码期间定义维特比解码器，而不是使用图9的描述性文本中描述的完整的CRC生成多项式。如图10中示出的，将维特比解码器定义为具有生成器gCRC1(D)的卷积码。因此，维特比解码器输出最大似然除数mq(D)[gCRC2(D)...gCRCN(D)]1008。
现在参考图10，对具有生成多项式的子集的CRC码字的维特比解码开始于步骤1002，其后是步骤1004中对有噪CRC码字c(D)的接收。然后，在步骤1006中将有噪的CRC码字c(D)作为具有生成多项式的子集gCRC1(D)的卷积码进行维特比解码，这产生最大似然除数mq(D)[gCRC2(D)...gCRCN(D)]908。之后，在步骤1010中通过与gCRC1(D)的乘法来生成最大似然CRC码字，其中，(D)＝mq(D)[gCRC(D)...gCRCN(D)]gCRC1(D)。然后，在步骤1012中，从CRC码字读取最大似然消息mCRC(D)，其中，c(D)＝mq(D)gCRC(D)＝mCRC(D)DL+p(D)。然后，在步骤914中结束对CRC码字的维特比解码。
图11是根据本发明的实施例的、被实现为单个复合卷积码的CRC/卷积码级联的简化框图。在本实施例中，将CRC/卷积码级联实现为单个校验流卷积码，这允许将CRC/卷积码级联作为单个复合卷积码来处理。如图11中示意的，使用生成多项式和相关联的CRC码1104来处理消息mq(D)1102，以生成CRC码字
Figure BDA00003572749100131
进而，由卷积码1108对所产生的CRC码字1106进行处理，以生成校验“1”1110和“2”1112，其分别包括复合生成多项式114gCRC(D)g1(D)和gCRC(D)g2(D)。根据前述内容，将显而易见的是，具有生成多项式gCRC(D)的CRC码与具有生成多项式g1(D)和g2(D)的卷积码1108的级联可被视为具有生成多项式gCRC(D)g1(D)和gCRC(D)g2(D)的单个卷积码。因此，可以通过基于复合码的生成多项式构建维特比解码器，对CRC/卷积码级联直接应用维特比解码算法。
图12是用于对串行级联的CRC/卷积码进行联合解码的根据本发明的实施例的维特比解码的实现的一般性流程图。如本文中更详细地描述的，CRC生成多项式由多个组成多项式组成，其中gCRC(D)＝gCRC1(D)gCRC2(D)...gCRCN(D)。在本实施例中，这些组成多项式的子集被用于在维特比解码期间定义维特比解码器，而不是使用图9的描述性文本中描述的完整的CRC生成多项式。在本实施例中，在形成复合卷积码解码器中使用生成器gCRC1(D)，其中gCRC(D)＝gCRC1(D)gCRC2(D)...gCRCN(D)，以及其中，g1(D)和g2(D)是基本卷积码生成多项式。
现在参考图12，对串行级联的CRC/卷积码字的维特比解码开始于步骤1202，其后是步骤1204中对有噪卷积码字校验流的接收。然后，在步骤1206中，将有噪的卷积码字校验流维特比解码为具有生成多项式gCRC1(D)g1(D)和gCRC2(D)g2(D)的卷积码，这产生最大似然除数mq(D)[gCRC2(D)...gCRCN(D)]1208。之后，在步骤1210中通过与gCRC1(D)的乘法来生成最大似然CRC码字，其中，(D)＝mq(D)[gCRC2(D)...gCRCN(D)]gCRC1(D)。然后，在步骤1212中，从CRC码字读取最大似然消息mCRC(D)，其中，c(D)＝mq(D)gCRC(D)＝mCRC(D)DL+p(D)。然后，在步骤1214中结束对串行级联的CRC/卷积码字的维特比解码。
图13是根据本发明的实施例实现的、对CRC组成多项式进行的显式卷积编码的简化框图。在维特比解码期间使用组成CRC多项式的子集的一个特性是：如果将其用于解码之后对残留差错的检验中，则在维特比解码过程中使用的CRC生成多项式的子集是没有用的。因此，在各种实施例中，将CRC多项式细分为两个子集：在复合卷积解码期间利用的第一子集、以及用于残留差错检测的第二子集。此外，因为现在根据等式1知道了CRC码与码率1卷积码之间的等价关系，其中，c(D)＝mq(D)gCRC(D)＝m(D)DL+p(D)，可以使用码率1卷积编码器来替代CRC编码器。虽然产生了不同的消息对码字映射，其仍将产生相同的码字集合，并因此产生具有相同差错检测/纠正性质的码。
如果协同使用，这些特性允许复合卷积码的解码过程更加简化。更具体地，假设提供CRC生成多项式gCRC(D)＝gCRC1(D)gCRC2(D)...gCRCN(D)以及卷积码多项式g1(D)和g2(D)，作为编码过程的一部分。如果在复合卷积码解码过程期间使用组成多项式gCRC1(D)，则一个方案是使用组成多项式gCRC2(D)...gCRCN(D)来对消息进行CRC编码，并使用生成多项式gCRC1(D)g1(D)和gCRC1(D)g2(D)来进行卷积编码。在本实施例中，使用生成器gCRC2(D)...gCRCN(D)来对消息1302执行显式的CRC编码1304，而使用gCRC1(D)来执行码率1卷积编码1306，这导致卷积编码g1(D)/g2(D)1308。
图14是根据本发明的实施例实现的、对CRC组成多项式进行的显式卷积编码的简化框图。本领域技术人员知道，在一些应用(例如数据传输)中，重要的是保持遗漏差错检测(missed error detection)性能。相反，在其他应用(例如，语音传输)中，可以实现遗漏差错性能与链路性能之间的折中。在这种情况下，发射机可以根据数据或语音应用的相应需要，在与图13相关联的描述性文本中描述的编码过程以及在图14中示意的更传统的编码方案之间进行动态切换。在本实施例中，使用生成器gCRC1(D)gCRC2(D)...gCRCN(D)来对消息1402执行显式的CRC编码1404，这导致卷积编码g1(D)/g2(D)1408。
图15是示出根据本发明的实施例实现的、在解码复合码之后恢复所发送消息的简化解码步骤的流程图。本领域技术人员将认识到，为了正确地恢复所发送消息，必须理解在发射机和接收机二者处使用的编码步骤的知识。在本文中的各种实施例中使用的术语“系统码”有时将被使用来指代任何的纠错码，其中，将编码器输入消息数据显式地嵌入在编码器输出码字中。在一个实施例中，经由控制信道信令来显式地发信号通知编码方法。在另一实施例中，通过传递从其生成数据的应用类型并因此传递所使用的编码方法，隐式地发信号通知编码方法。
现在参考图15，对复合卷积码字的简化维特比解码开始于步骤1502，其后是步骤1504中对有噪卷积码字校验流的接收。然后，在步骤1506中，将有噪的卷积码字校验流作为具有生成多项式gCRC1(D)g1(D)和gCRC2(D)g2(D)的卷积码进行维特比解码，这产生最大似然除数mq(D)[gCRC2(D)...gCRCN(D)]1508。之后，接着在步骤1512中从CRC码字读取最大似然消息mCRC(D)，其中，c(D)＝mq(D)gCRC(D)＝mCRC(D)DL+p(D)。然后，在步骤1214中结束对复合卷积码字的简化维特比解码。
图16是根据本发明的实施例、对根据卷积编码的实现得到的改进的解码性能的图形表示。如图16中所示，具有生成多项式g1(D)＝1+D2+D3+D5+D6、g2(D)＝1+D+D2+D3+D6和g3(D)＝1+D+D4+D6的三个校验流卷积码1606与具有生成多项式(1+D)的第一CRC码1608级联，并在然后与具有生成多项式(1+D2+D3)的第二CRC码1610级联。在AWGN信道中执行仿真。在第一CRC1608/卷积码级联的情况下，观察到0.3dB的信噪比(SNR)1604增益，而在第二CRC1610/卷积码级联的情况下，观察到0.7dB的SNR1604增益以及误帧率(FER)1602的对应改进。
根据前述内容，当将本发明应用于维特比解码操作中的CRC/卷积码级联时，本领域技术人员将认识到本发明的优点。然而，由于维特比解码的复杂度随生成多项式的次数以指数方式增加，在对复合CRC/卷积码级联的解码中将体验到复杂度的类似增加，因为其生成多项式将比简单卷积码的生成多项式具有更高的次数。
同样地，将意识到：由于使用CRC多项式，本发明在各种实施例中实现了改进的纠错性能，这可以通过对遗漏差错检测的测量容易检测到。在这些实施例以及其他实施例中，如果没有将完整的CRC多项式用于残留差错检测，可以检测到遗漏差错检测性能的退化。在一个实施例中，将硬序列(hard sequence)插入到测试解码器中(例如，针对BPSK为+/-1)，或者发送用于测试移动的纯净信号(没有衰落或噪声)来用于检测。在本实施例中，所发送的序列是具有固定差错序列的有效CRC/卷积码字。同样地，可以选择差错序列，以使得现有技术方法(例如，卷积码或对卷积码的列表解码)导致解码器失败，而复合CRC/卷积码导致解码器成功。在另一实施例中，复合卷积码是类灾难(catastrophic-like)码，并由此与更传统的解码方案相比，将具有高得多的误比特率对误帧率关系。
如图16中示出的，本发明提供了纠错解码性能的改进。因此，本发明可被用于这样的应用，其中，小于根据CRC可用的最大遗漏差错检测性能的遗漏差错检测性能是可接受的。一个示例应用是GSM中的慢相关控制信道(SACCH)和快相关控制信道(FACCH)控制信道。次数为40的CRC是可用的，而次数为16的CRC将满足遗漏差错检测。第二示例是LTE中的语音IP(VoIP)传输。将次数为24的CRC用于LTE中的数据传输，而与数据类型无关，即使VoIP数据可以容忍更高等级的漏检。此外，还可以在对尾比特(tailbiting)卷积码的解码期间使用本发明。具体地，尾比特卷积解码的初始阶段关注于确定维特比解码器的开始状态。由此，可以在确定该状态中使用本发明，而不引起遗漏差错检测的上升。
根据前述内容，本领域技术人员将认识到，相对于单独使用卷积码，本发明通过使用CRC/卷积码级联来提供改进的解码性能。同样地，通过基于复合CRC/卷积码的生成多项式来使用维特比算法，本发明提供了对CRC/卷积码的联合最大似然解码以及高效的解码。此外，当与传统的卷积码相比时，实现了复合卷积码的增加的约束长度。
虽然参考对卷积码的改进的维特比解码以进行纠错描述了本文中公开的所描述的示例性实施例，本发明不是必然被限制于示意了本发明的创造性方面的示例性实施例，这些创造性方面可被应用于各种认证算法。从而，以上公开的具体实施例仅是示意性的，并且不应被当做对本发明的限制，因为可以通过不同但对从本文中得到教导的本领域技术人员而言显而易见地等效的方式来修改和实践本发明。因此，前述描述不是旨在将本发明限制为所阐述的具体形式，而是相反，旨在覆盖可包括在由所附权利要求定义的本发明的精神和范围之内的这种备选、修改和等效，以使得本领域技术人员应该理解，其可以在不背离本发明的最宽泛的形式的精神的范围的情况下，进行各种改变、替换和改造。

Claims (14)

1.一种在通信系统中应用卷积码解码的方法，所述方法包括：
接收有噪的循环冗余校验CRC码字；
对所述有噪的循环冗余校验码字执行维特比解码，由此生成解码的循环冗余校验码字，所述维特比解码被配置为对包括生成多项式在内的码率1的卷积码进行解码；以及
处理所述解码的循环冗余校验码字，以根据所述解码的循环冗余校验码字生成最大似然消息。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述循环冗余校验码字是通过将第一除数与循环冗余校验生成多项式相乘而生成的。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述最大似然消息是通过读取CRC码字的系统部分而获得的。
4.一种包括处理逻辑的通信设备，其中，所述处理逻辑被配置为：
接收有噪的循环冗余校验CRC码字；
对所述有噪的循环冗余校验码字执行维特比解码，由此生成解码的循环冗余校验码字，所述维特比解码被配置为对包括生成多项式在内的码率1的卷积码进行解码；以及
处理所述解码的循环冗余校验码字，以根据所述解码的循环冗余校验码字生成最大似然消息。
5.根据权利要求6所述的通信设备，其中，所述解码的循环冗余校验码字是通过将第一除数与循环冗余校验生成多项式相乘而生成的。
6.根据权利要求7所述的通信设备，其中，所述处理逻辑被配置为：通过读取CRC码字的系统部分来生成所述最大似然消息。
7.一种在通信系统中恢复所发送的消息的方法，所述方法包括：
接收与复合卷积码字相对应的有噪的校验数据流；
使用包括CRC生成多项式和卷积生成多项式在内的复合CRC/卷积码，对所述有噪的校验数据流执行解码，由此生成解码的复合卷积码字；以及
处理所述解码的复合卷积码字，以根据所述解码的复合卷积码字生成最大似然消息。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，使用维特比解码来实现对所恢复的循环冗余校验码字的解码。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述解码的复合卷积码字是通过将第一除数与所述CRC生成多项式相乘而生成的。
10.根据权利要求7所述的方法，其中，所述最大似然消息是通过读取复合卷积码字的系统部分而获得的。
11.一种包括处理逻辑的通信设备，其中，所述处理逻辑被配置为：
接收与复合卷积码字相对应的有噪的校验数据流；
使用包括CRC生成多项式和卷积生成多项式在内的复合卷积码CRC/卷积码生成器，对所述有噪的校验数据流执行解码，由此生成解码的复合卷积码字；以及
处理所述解码的复合卷积码字，以根据所述解码的复合卷积码字生成最大似然消息。
12.根据权利要求11所述的通信设备，其中，使用维特比解码来实现对所恢复的循环冗余校验码字的解码。
13.根据权利要求11所述的通信设备，其中，所述解码的复合卷积码字是通过将第一除数与所述CRC生成多项式相乘而生成的。
14.根据权利要求11所述的通信设备，其中，所述最大似然消息是通过读取复合卷积码字的系统部分而获得的。
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