确定维特比同步计算电路中的度量数值阈值的方法和装置

本发明涉及使用于诸如数字卫星广播信号一类的信号解码中的维特 比(Viterbi)解码器，尤其涉及用于确定其维特比同步计算电路中的度 量数值的阈值的方法和装置。

目前，维特比算法常被用在数字通信系统中将卷积编码的信号解码 成纠错码格式。

一个维特比司步计算电路被并在使用维特比算法对信号解码的维特 比解码器中，并判决用于解码的编码速率是不是和用于对发射信号编码 的编码速率相一致。

图2示出维特比解码器中的维特比同步计算电路的结构。

一个维特比同步计算电路25包括一个度量数值计算器21，一个度 量数值阈存储器22，以及一个同步判决单元24。

度量数值计算器21的输入信号是一个包括了使用收缩码即扩充的 卷积码编码的源数据的信号(下文称为卷积编码信号)。度量数值计算 器21算出在当前的度量数值测量时间期间输入到维特比同步计算电路的 信号的一个通路度量正常化的具体数字(下文称为度量数值)。

度量数值阈设定单元20为每个预定的多收缩编码速率(下文称为独 立编码速率)设定一个度量数值阈值(下文称为度量数值阈)。如何确 定设定值稍后再说明。度量数值阈设定单元20把每一个根据独立编码速 率确定的度量数值阈存储在度量数值阈存储器22中。

下一步，由同步计算单元21算出的度量数值与度量数值阈存储器 22中所存储的多个度量数值阈相比较。在比较的基础上，同步判决单元 24确定维特比解码器是不是同步。更具体地说，是判决用于解码的编码 速率是不是和用于对发射信号编码的同一个编码速率。

如果：

度量数值＜度量数值阈，

维特比解码器的解码被判定为同步于输入的卷积编码信号，并且同 步判决单元24输出一个同步信号。

如果：

度量数值＞度量数值阈，

维特比解码器的解码被判定为不同步于输入的卷积编码信号，并且 同步判决单元24输出一个不同步信号。当解码被判定为不同步时，维特 比同步计算电路25选择度量数值阈存储器22中所存储的另一编码速率 的度量数值阈，并将它与度量数值计算器21以度量数值形式算出的下一 个输入信号再进行比较。

重复这一操作过程，直到维特比解码被判为同步为止。这样，维特 比同步计算电路25就确定出了维特比解码是同步还是不同步。

用于对输入信号卷积编码的编码速率也能根据从度量数值阈存储器 22选出的度量数值阈确定。

现有技术维特比同步计算电路25中使用的度量数值阈通过度量数 值阈确定装置确定如下。

图3示出一个度量数值阈确定装置的方框图，用于确定现有技术维 特比同步计算电路25中使用的度量数值阈。常规的度量数值阈确定装置 包括一个卷积编码器13，一个维特比解码器17，一个用于给卷积编码 器13和维特比解码器17设定编码速率的编码速率设定单元31，一个用 于输出源数据的源数据输出单元11，一个用于设定Eb/No(表示每比特 能量/噪声功率密度)的Eb/No设定单元14，一个用于监测同步/非同步 状态的同步/非同步监示器18，一个用于设定度量数值测量时间的度量数 值测量时间设定单元15，一个用于设定度量数值阈的度量数值阈设定单 元20，以及一个用于监测度量数值的度量数值监示器19。维特比同步 计算电路25包括在维特比解码器17中。维比特解码器17使用利用了编 码速率设定单元31设定的编码速率的(与卷积编码器13中设定的编码 速率一样的编码速率)维特比算法对信号解码。

对各个编码速率的度量数值阈(可能被要求存储在图2所示的度量 数值阈存储器22中)由图3所示的度量数值阈确定装置确定。

下一步说明现有技术中确定度量数值阈的过程。

编码速率设定单元31设定一个使用于发射源数据的编码速率送到 卷积编码器13和维特比解码器17。从源数据输出单元11输出的源数据 被卷积编码器13使用编码速率设定单元31设定的编码速率卷积编码。 Eb/No设定单元将一个带有特定Eb/No电平的噪声加到卷积编码器13的 输出信号上，并将它输出到维特比解码器17。度量阈值监示器19测量 度量数值，同时度量数值测量时间设定单元15改变度量数值测量时间。 然后，同步/非同步监示器18监测同步/非同步状态。

当解码同步时，由度量数值监示器19测得的度量数值M的分布4a 集聚在一个小区域的小数值附近，如图4A所示。这个分布也可以是首先 分散开，但随着度量数值测量时间的延长，它将稳定下来。度量数值分 布中的最大值假定为M1。

被Eb/No设定单元故意改变了卷积编码信号的输出顺序或者故意恶 化了Eb/No的信号然后输入到维特比解码器17。信号经过这种操作后的 维特比解码变为不同步，并且由度量数值监示器19在不同步状态下测得 的度量数值M均超过图4A中的数值。其分布4b将如图4B所示。这个 度量数值分布的最小值假定为M2。

图4C是图4A和4B中的度量数值分布4a和4b的综合。

当在一个特定的度量数值测量时间期间测得的同步和不同步状态下 的度量数值M不重叠，并且各自分布成如图4C所示时，度量数值测量 时间可被判定为有效。数值M1到M2即分开分布的同步和非同步状态之 间的数值则被选定为度量数值阈。对于每一个编码速率的度量数值阈均 按照上面的过程确定。

但是，现有技术不考虑和用于其他编码速率的度量数值的关系。因 而，当所发射的信号使用不同于维特比解码器17中设定的编码速率卷积 编码时，通过对该信号解码所生成的度量数值M可能表现为分布4×6。 具体地说，用于不同步状态的最小度量数值可能掉到用于同步状态的最 大度量数值M1以下。因此，同步和不同步状态的度量数值不再分离开： 它们重叠起来，破坏了确定适当的度量数值阈。

本发明提供一种用于确定在维特比解码器(它对使用多个编码速率 卷积编码的发射信号解码)的维特比同步计算电路中使用的度量数值阈 的方法和装置。本发明的方法包括的步骤是：给维特比解码器设定用于 发射信号的编码速率之一，使用不同于给维特比解码器设定的那个编码 速率的诸用于发射信号的编码速率对信号进行卷积编码，使用维特比算 法将借助各个所述编码速率卷积编码的每个信号解码，以及将通过维特 比同步计算电路中的维特比解码得到的度量数值中的最小度量数值确定 为对设定在维特比解码器的编码速率的度量数值阈。

图1是度量数值阈确定装置的一个方框图；

图2是维特比同步计算电路的一个方框图；

图3是现有技术度量数值阈确定装置的一个方框图；

图4A示出同步状态下的度量数值分布；

图4B示出不同步状态下的度量数值分布；

图4C示出同步和不同步状态下的度量数值分布；

图4D示出当两个分布重叠时同步和不同步状态下的度量数值分 布；

图5A示出当信号被使用和用来进行卷积编码那个不同的编码速率 解码时度量数值的分布；

图5B示出当使用多个编码速率卷积编码的信号被通过不同于那些 用于编码的编码速率解码时度量数值的分布；

图5C示出当使用多编码速率卷积编码的信号被使用不同于那些用 于编码的编码速率解码时度量数值的另一种分布；

图6A示出当使用一个编码速率卷积编码的信号被使用同一编码速 率解码时度量数值的分布；

图6B示出度量数值阈的上、下极限。

第一示例性实施例

参照附图说明本发明的第一示例性实施例。

图1示出一种度量数值阈确定装置的方框图，用于确定给维特比解 码器17中的维特比同步计算电路设定的度量数值阈。被赋予和图3所示 现有技术同样数字代号的单元具有同样的功能。

度量数值阈确定装置包括一个源数据输出单元11，一个第二编码速 率设定单元12，一个卷积编码器13，一个Eb/No设定单元14，一个第 一编码速率设定单元16，一个维特比解码器17，一个度量数值测量时 间设定单元15，一个度量数值监示器19，一个同步/非同步监示器18， 以及一个度量数值阈设定单元20。

由源数据输出单元11输出的源数据是和卫星广播中发射的数据相 同的数据，并被输出到卷积编码器13。卷积编码器13使用第二编码速 率设定单元12设定的一个编码速率对源数据进行卷积编码。在加上由 Eb/No设定单元14设定的特定Eb/No噪声电平之后，维特比解码器17 接收来自卷积编码器13的输出信号。维特比解码器17借助第一编码速 率设定单元16设定的编码速率使用维特比算法将Eb/No设定单元14的 输出信号解码。度量数值监示器19在整个由度量数值测量时间设定单元 15设定的度量数值测量时间期间一直监测维特比解码器17生成的度量 数值。

下一步，说明一种用于在上述结构中对各个编码速率确定度量数值 阈的一种方法。

本发明的方法通过参照例如卷积编码器13在发射侧使用5种编码 速率：a，b，c，d，e对源数据进行卷积编码并发射，并且维特比解码器17在 接收侧对发射的数字信号解码的情形说明。

度量数值阈按照下面在维特比解码器17使用编码速率a对信号解 码时的过程来确定。

第一编码速率设定单元16给维特比解码器17设定编码速率a。另 一方面，第二编码速率设定单元12则给卷积编码器13设定一个和第一 编码速率设定单元16所设定的那个不同的编码速率，例如说编码速率 b。卷积编码器13使用第二编码速率设定单元12设定的编码速率b对源 数据输出单元11输出的源数据编码。Eb/No设定单元14将卷积编码器 13的输出信号的Eb/No电平设定到维特比同步Eb/No电平的极限即维特 比解码的临界极限。因而，Eb/No设定单元14向卷积编码器13的输出 添加一个噪声码，使得输出的Eb/No电平达到用维特比算法能够解码的 维特比同步Eb/No电平的极限，随后将它输入到维特比解码器17。度量 数值测量时间设定单元15将度量数值测量时间设定到度量数值完全稳定 下来的一个数值(例如说1ms)。度量数值监示器19监测维特比同步计 算电路算出的度量数值。

当使用编码速率b卷积编码的信号被接收并被使用借助编码速率a 的维特比算法解码时，它被确定为不同步。

图5A示出当使用编码速率b卷积编码的信号被使用借助编码速率a 的维特比算法解码时度量数值M的分布5ab。分布5ab示出不同步状态 下的度量数值分布，其最小值假定为M2ab。

用同一方法，第一编码速率设定单元16仍然给维特比解码器17设 定编码速率a，并且第二编码速率设定单元12给卷积编码器13设定一 个与维特比解码器17中设定的那个不同的编码速率例如说编码速率c。 这也会造成不同步。度量数值M的分布将如图5B中的5ac所示。然后， 第一编码速率设定单元16仍然给维特比解码器17设定编码速率a，并 且第二编码速率设定单元12给卷积编码器13设定与维特比中设定的那 个不同的另一个编码速率，例如说依次为编码速率d和e。这样就得出 如图5B中的5ad和5ae所示的分布。因此，通过度量数值监示器19测 得的不对称度量数值表示出对各个编码速率的不同分布。

在图5B中，M2a是全体不对称度量数值分布5ab，5ac，5ad和 5ae中的最小值。这是不对称状态下的临界度量数值，亦即度量数值阈。 如上所述，度量数值阈M2a是在使用编码速率b，c，d和e卷积编码的信号 被接收并被使用借助有编码速率a的维特比算法解码时得出的。于是， 便确定出在维特比解码器17使用编码速率a对信号解码时的要用到的度 量数值阈M2a。

用同样方法，确定出在维特比解码器17使用编码速率b，c，d和e解 码时要用到的度量数值阈M2b，M2c，M2d和M2e。更具体地说，度量 数值阈M2b，M2c，M2d和M2e可以在维特比解码17使用编码速率b对 借助编码速率a，c，d和e卷积编码的信号解码时，在维特比解码器17使 用编码速率c对借助编码速率a，b，d和e卷积编码的信号解码时，在维特 比解码器17使用编码速率d对借助编码速率a，b，c，和e卷积编码的信号 解码时，以及在维特比解码器17使用编码e对借助编码速率a，b，c和d 卷积编码的信号解码时以同一方法为基础确定。图5c示出当维特比解码 器17使用编码速率b对借助编码速率a，c，d和e卷积编码的信号解码时 所得到的度量数值阈M2b。

度量数值阈设定单元20将所得到的对编码速率a，b，c，d和e的度量 数值阈M2a，M2b，M2c，M2d和M2e存储在度量数值阈存储器22中。

如上所说，度量数值阈是给接收使用多编码速率卷积编码信号的接 收机设定的。换句话说，给维特比解码器设定全部可能要被接收的编码 速率，并且度量数值监示器19在维特比解码器17接收使用和维特比解 码器17中设定的编码速率不同的编码速率卷积编码的发射信号时测量度 量数值。每个度量数值阈可根据对各个被接收的可能编码速率测得的最 小度量数值确定。

第二示例性实施例

第二示例性实施例也使用和第一示例性实施例同样的度量数值阈确 定装置确定度量数值阈。

在第一示例性实施例中，度量数值阈根据通过度量数值监示器19 得出的最小度量数值确定。在第二示例性实施例中，度量数值阈通过监 测度量数值阈设定单元顺序设定的阈值输出到同步/非同步监示器18，从 而判断同步/非同步状态的结果来确定。

参照与第一示例性实施例同一样的例子来说明操作过程。第一编码 速率设定单元16给维特比解码器17设定编码速率a。第二编码速率设 定单元12给卷积编码器13设定一个与第一编码速率设定单元16设定的 那个编码速率不同的编码速率，例如说编码速率b。卷积编码器13使用 第二编码速率设定单元12设定的编码速率b对源数据输出单元11输出 的源数据卷积编码。Eb/No设定单元14将卷积编码器13的输出信号的 Eb/No电平设定到维特比同步Eb/No电平的极限，即用于维特比解码的 临界极限。因此，Eb/No设定单元14向卷积编码器13的输出添加一个 噪声码，使得输出的Eb/No电平达到使用维特比算法能够解码的维特比 同步Eb/No电平极限，随后将它输入到维特比解码器17中。度量数值测 量时间设定单元15将度量数值测量时间设定到度量数值完全稳定下来的 一个数值。度量数值监示器19监测维特比同步计算电路算出的度量数 值。

然后度量数值阈设定单元20将度量数值阈值从最大值按序降到较 低的数值。对于改变度量数值阈没有确定的方式。例如，度量数值阈也 可从最小值按序变到较大的数值。同步/非同步监示器18在设定的度量数 值阈被改变的情况下监测维特比解码器的同步/非同步状态。

当信号被使用不同于维特比解码中使用的那个的编码速率卷积编码 时，维特比解码处于不同步状态，故同步/非同步监示器18可要求判决这 种型式的解码不同步。因此，可用于肯定判决这种型式的解码的不同步 性的度量数值阈就能确定出来了。于是，第二示例性实施例可以以度量 数值监示器19测得的最小度量数值为基础，确定出最大的度量数值阈即 用于判定不同步性的极限值。换句话说，度量数值阈可在接收使用编码 速率b卷积编码的信号并使用具有编码速率a的维特比算法解码时得 出。

用同样的方式，第一编码速率设定单元16仍然给维特比解码器17 设定编码速率a，第二编码速率设定单元12给卷积编码器13设定一个 不同于维特比解码器17中设定的那个的编码速率，例如说编码速率c。 这也造成了不同步。最大度量数值阈，即用于判定不同步性的极限值可 以根据度量数值监示器19测得的最小度量数值确定。换句话说，度量数 值阈可在接收使用编码速率c卷积编码的信号并使用具有编码速率a的 维特比算法解码时得出。然后，第一编码速率设定单元16仍然给维特比 解码器17设定编码速率a，并且第二编码速率设定单元12给卷积编码 器13，设定另一个不同于设定在维特比解码器17中的那个的编码速率， 例如说依次为编码速率d和e。因此，在接收使用编码速率b，c，d和e卷 积编码的信号并使用具有编码速率a的维特比算法解码时可得出诸度量 数值阈。这些度量数值阈中的最小度量数值阈就是所要求的度量数值 阈。

同样，度量数值阈可以在维特比解码器17使用编码速率b对使用编 码速率a，c，d和e卷积编码的信号解码时，在维特比解码器17使用编码 速率c对使用编码速率a，b，d和e卷积编码的信号解码时，在维特比解码 器17使用编码速率d对使用编码速率a，b，c和e卷积编码的信号解码时， 以及在维特比解码器17使用编码速率e对使用编码速率a，b，c，和d卷积 编码的信号解码时根据同一方法确定。

当卷积编码的信号具有不同于维特比解码中使用的编码速率时，维 特比解码处于不同步状态，因而同步/非同步监示器18可要求判决这种型 式的解码不同步。从而，可确定出能用于肯定地判决这种型式的解码的 不同步性的度量数值阈。于是，第二示例性实施例能确定出度量数值阈 (用于判决不同步性的一个极限值)，此数值最好由度量数值设定单元 20设定并能根据度量数值监示器19测得的最小度量数值确定。

第三示例性实施例

第三示例性实施例也使用和第一示例性实施例同一样的度量数值阈 确定装置确定度量数值阈。

第一编码速率设定单元1设定一个可要求求出度量数值阈的编码速 率给维特比解码器17。第二编码速率设定单元12设定一个与第一编码 速率设定单元16设定的那个同样的编码速率给卷积编码器13。Eb/No 设定单元将卷积编码器13的输出信号的Eb/No电平设定到维特比同步 Eb/No电平的极限，即用于维特比解码的临界极限。因此，Eb/No设定 单元14向卷积编码器13的输出添加一个噪声码，使得输出的Eb/No电 平达到能用维特比算法解码的维特比同步Eb/No电平的极限，随后将它 输入到维特比解码器17。度量数值测量时间设定单元15将度量数值测 量时间设定到度量数值完全稳定下来的一个数值(例如说1ms)。

然后，度量数值阈设定单元20将度量数值阈值从最小值按序增加到 较大的数值。对于改变度量数值阈没有确定的方式。例如，度量数值阈 也可以从最大值按序变到较低的数值。

度量数值监示器19监测由维特比同步计算电路算出的度量数值。同 步/非同步监示器18监测维特比解码器17解码的同步/非同步状态。当使 用某一编码速率卷积编码的信号被使用具有同一编码速率的维特比算法 解码时，维特比解码是同步的。因而，同步/非同步监示器能确定出最小 度量数值阈(用于判决同步性的一个极限)用于判决编码和解码不是完 全不同步的。

图6A示出当设定同一个编码速率a给卷积编码器13和维特比解码 器17时，由度量数值监示器19测得的维特比解码器17中度量数值M的 分布。最大的度量数值假定为M1a。用这一方法确定出的数值M1a假定 为对编码速率a的度量数值阈的下极限。

此外，在第一和第二示例性实施例中对被接收的所有可能的每一个 编码速率得到的度量数值阈假定为上极限。

根据上面的过程，对所有被接收的编码速率均算出度量数值阈的上 极限和下极限，并且上下极限之间的一个特定特值最好是平均值就被确 定为度量数值阈。

图6B示出在使用编码速率a时在同步状态下度量数值M的一个分 布61，在不同步状态下的一个分布62，以及上极限值M2a，下极限值 M1a和度量数值阈的平均值M3a＝(M1a+M2a)。

如上算出的对所有编码速率的度量数值阈均存储在度量数值阈存储 器22中，以便控制维特比同步计算电路。

在第三示例性实施例中，说明了如何通过给度量数值阈设定单元22 设定一个数值来判决同步性/不同步性。但是，很明显，度量数值阈也可 像在第一示例性实施例一样由所测得的度量数值的分布确定。

如上所述，本发明提供一种维特比同步计算电路，甚至在输入信号 使用了两个或两个以上编码速率时也能正确判决同步和不同步状态。

本发明的说明使用了先决条件，即当度量数值大于度量数值阈时维 特比同步计算电路判决解码不同步，当度量数值小于度量数值阈时判决 解码同步。显而易见的是，上述关系可以用其他方式规定。可以按照设 计政策的要求改变。

因此，本文所叙述的优选实施例是说明性的而不是限制性的，所附 权利要求书指出的发明范围以及所有落在权利要求书含义之内的变形被 定为包含于其中。