CN1771476A - 用于迭代解码的软信息比例变换 - Google Patents

Abstract

本发明涉及在这里描述的是作为纠错解码处理的一部分而对软值(214)进行比例变换的方法和设备。精确的解码依赖于使用恰当的比例因子。选择和使用比例因子来对软值进行比例变换的目的在于提高和/或优化解码器性能，而不需要在经由通信信道传送信号时预先了解正确的比例因子或实际信道状态，其中所述软值是从所述信号中获取的。本发明的技术假设所要处理的软值是经由可以用信道质量值(200)准确描述其质量的通信信道传送的。比例因子是从将要进行比例变换的软值(208)的分布以及如下假设中确定的，其中所述假设是传送信号的信道具有与预选信道质量值(210)相对应的质量。

Description

用于迭代解码的软信息比例变换

相关申请

本申请要求2003年2月26日提交的名为“SOFTINFORMATION SCALING FOR ITERATIVE DECODING”的美国临时专利申请60/450,174的利益。

技术领域

本发明涉及解码，尤其涉及用于确定可以对软信息值进行比例变换的比例因子的方法和设备，其中软信息值的比例变换操作属于解码处理的一部分。

背景技术

几乎任何形式的电子通信和存储系统都会用到纠错码。纠错码是通过在数据流中引入冗余量来对这些系统中的信息传输所固有的不可靠性进行补偿的。纠错处理的数学基础是由香农建立的。香农研究出了信道的数学概念，在该概念中，通信系统中的信号失真是作为随机过程模拟的。香农得到的最主要的成果是噪声信道定理，该定理定义了信道容量，其中该容量是一个对可以通过信道可靠传递信息的最大速率做出限定的参量。这个容量即为通常所说的香农容量。要想以趋近于该容量的速率进行可靠传输，那么就必需用到纠错码。因此，纠错码被设计成在尽可能趋近该容量的同时实现足够的可靠性。实施纠错码的复杂性则是在纠错码的实际应用中出现的附加因素。

在纠错编码系统方面取得的最新进展源于Turbo码的发明以及后续关于低密度奇偶性校验(LDPC)码的重新发现和发展，这些进展提供了可以非常趋近香农容量并且复杂性适宜的编码系统。

很多纠错编码系统都会依赖于软信息。一般来说，软信息表示的是关于比特b的判定，即1或0的判定，此外，软信息还表示了关于该判定的可靠性的某种量度。举例来说，常用于软值的典型形式是对数似然比 $\log \frac{p\left(y\right|b=0)}{p\left(y\right|b=1)},$ 其中y是比特b的某个观测结果，例如在比特b经由通信信道传输之后得到的观测结果。输入到解码器中的软输入值通常是从那些经由通信信道传送的信号中获取的，这些通信信道则有可能会使所传送的信号遭遇噪声。在这种情况下，对产生软值的判定而言，关于该判定的可靠性的量度将会反映信道噪声的影响。

如果我们使用二进制相移键控(BPSK)调制方案x＝2b-1以及一条用y＝x+n模拟的高斯信道来传送比特，其中n表示的是均值为0并且方差为s²的真实高斯随机变量，那么y是x等于恒定因子的对数似然比。更确切地说， $\log \frac{p\left(y\right|x=1)}{p\left(y\right|x=-1)}=\frac{2}{s^2}y.$ 对某些类型的纠错系统、例如使用了维特比译码的卷积码而言，由于解码处理在用正值常数进行比例变换的情况下是恒定的，因此该系统不需要知道比例因子

实际上，出现这种情况是因为维特比译码器能够发现将x₁y₁+x₂y₂+...+x_ny_n最大化的码字(x₁，...，x_n)，其中y₁，...，y₂表示的是与所传送的比特x₁，...，x_n相对应的观测值。

最新情况显示，Turbo码和LDPC码明显要胜过卷积码之类的传统编码系统。然而，用于这些编码的最佳解码器取决于软值的比例变换。如果对软值进行不正确的比例变换，那么很有可能对解码性能产生负面影响。

通常，在实践中是很难了解或估计正确的比例因子的。这是因为在系统中有可能对数据进行不易追踪的未知比例变换。例如，这种难以追踪的数据比例变换有可能是由自动增益控制电路或其他电路实施的。在为x施加了可能未知或是仅仅近似已知的乘法增益的衰落信道中，这种情况尤其是成立的。如果使用的是为正确的比例因子做出的粗略估计，那么很有可能导致编码系统性能显著降级。由此需要一种可以为诸如软输入值集合之类的软数据块提供比例因子的方法，以使解码性能不受损失或是相对于正确的比例因子已知的情况而将所受损失减至最小。从实施角度来看，如果可以从所要处理的软值中确定恰当的比例因子，而不必追踪那些可能影响比例因子大小的比例变换和/或不同信道状态，那么这将是非常理想的，其中所述比例因子是在解码之前施加给软值的。

发明内容

本发明涉及的是一种用于在纠错解码之前或者结合纠错解码来对软值进行比例变换的方法和设备。选择和使用比例因子来对软值进行比例变换的目的是提高和/或优化解码器性能，而不必在经由通信信道传送信号时预先了解正确的比例因子或是实际信道状态，其中软值是从所述信号获取的。本发明的方法和设备适用于多种设备，例如无线终端、移动手持机、以及用于接收和解码数据的多种其他类型的设备。

对指定的编码方案和指定的信道质量而言，假设接收机恰当执行比例变换，那么在接收机上有可能出现多个软值分布，这些分布会根据信道质量而以可预测的方式变化。因此，对具有特定质量的信道、例如用香农信道容量之类的信道质量值所表示的信道来说，可以为其预测相应的软值分布集合。而具有其他信道质量值的信道则与不同的软值分布集合相对应。因此，对经过恰当比例变换的软值来说，在给出了已知编码方案的情况下，在接收机上可以将特定软值分布关联于特定的信道质量值。

依照本发明，假设通信信道满足用预选信道质量值表述的预定质量等级，例如信道容量。如果给出这种假设，那么将会确定一个比例因子，在将这个比例因子应用于输入软值集合时，该比例因子将会产生一个与信道质量相对应的分布，其中举例来说，该分布将会准确或者近似与假定的预选信道质量值相匹配。

然后，在执行依赖于正确比例变换的解码操作之前，所确定的比例因子将被用于对一个或多个软输入值进行比例变换。

在不同实施例中，在执行比例变换和解码之前将会对预选信道质量值进行选择，使之成为一个与信道变得不可接受时所在的点非常接近的值。这个预选值既可以处于可接受的信道质量区域内部，也可以刚好处于其外部。此外，在这里还可以将这个信道变得不可接受时的点描述成一个临界点。例如，在解码之前可以根据所用编码方案而对预选信道质量值进行选择，并且可以将其编程到充当解码器的设备。此外也可以对预选信道质量值进行选择，使之与给出所用编码方案时所要实现的信道质量相对应。在解码的持续时段中，例如通信设备使用期限中或是通过对设备进行编程来支持新的编码方案之前，亦或是以其他方式更新预选信道质量值之前，预选信道质量值可以保持固定。因此，在经由通信信道传送信号和/或接收信号时，预选信道质量值通常独立于实际信道质量。此外，预选信道质量值不依赖于自动增益控制(AGC)功能，也不依赖于对应用于执行解码的通信设备中的接收信号的其他增益进行的追踪。

附图说明

图1描述的是可以将本发明的比例因子判定方法与迭代解码器结合使用的示范性通信系统，其中所述迭代解码器依赖于输入值的正确比例变换。

图2描述的是为作为预选信道质量值函数的指定输入值集合产生比例因子的本发明的方法。

图3描述的是依照本发明的一个实施例来确定应用于软值的比例因子的本发明的示范性比例因子判定方法。

图4描述的是依照本发明另一个示范性实施例来确定和使用比例因子的另一种方法。

图5描述的是与使用香农信道容量作为信道质量值的应用相对应的函数g，其中g(x)＝1-h(z(x))，h是二进制熵函数，z(x)＝l/(l+e^x)。

具体实施方式

图1描述的是示范性通信系统10，在该系统中，本发明的比例因子判定方法可以与依赖于正确软值比例变换的迭代解码器结合使用，其中所述迭代解码器例如可以是LDPC解码器或Turbo解码器。如所示，通信系统10包含了第一和第二通信设备11、13。举例来说，第一通信设备11可以是基站，而第二通信设备13则可以是无线终端。基站11可以通过空中链路37来与无线终端13进行通信。

第一通信设备11包含了CPU之类的处理器14、输入/输出接口16、输入设备20、输出设备22、发射机35以及存储器30，这些设备通过总线18耦合在一起。存储器30包含了数据32，该数据可以是将要传送的数据以及控制程序34。处理器14根据控制程序34的指示来执行操作，以便控制针对第二通信设备13的数据传输。I/O接口16允许第一通信设备11从/向因特网之类的网络接收和/或发送数据。此外，举例来说，输入设备20可以是数字键盘，它可用于将控制信号和/或数据输入到第一通信设备11。输出设备22则可以包括用于向用户显示信息、数据和/或设备状态信息的显示器。与发射机天线36相耦合的发射机35被用于经由空中链路37来向第二通信设备13发射数据。并且发射机36包含了编码器28以及调制器26。编码器28实施的是多种编码技术中的任何一种，其中对编码信号所进行的解码依赖于对从所传送信号中获取的软值进行恰当的比例变换。编码器28例如可以是LDPC编码器或Turbo编码器。编码器28接收所传送的数据值并且从中产生编码值。在作为天线36所广播的信号的一部分而被发射之前，从编码器28输出的编码值将会经历调制器26的调制。虽然并未显示，但是应该了解，第一通信设备11和第二通信设备13可以包含相似的接收机电路，由此第一通信设备11既可以接收数据，也可以传送数据。

第二通信设备13包括CPU之类的处理器44、输入设备50、输出设备52、接收机电路54以及存储器60，这些设备是通过总线48耦合在一起的。第二通信设备13还包括用于对经由无线电传递的信号进行接收的接收机天线38。存储器60是机器可读介质，它包含了数据62、控制程序64、预选信道质量值66以及比例变换值计算程序68。在CPU44执行控制程序64的时候，该控制程序会对第二通信设备13的常规操作进行控制。数据62可以包括那些依照本发明对接收信号进行解调和解码操作所获取的数据，以及控制程序64所使用的数据。比例变换值计算程序68则包括计算机指令和/或模块，在由CPU44执行时，该指令和/或模块使处理器44产生恰当比例变换值，其中该比例变换值是解调器56输出的未经比例变换的软值以及存储器60中保存的预选信道质量值66的函数。作为本发明的软件实施方式的替换方案，在这里还可以依照本发明并且使用硬件模块和/和硬件与软件的组合来计算比例变换值。虽然没有显示，但是应该了解，第二通信设备13与第一通信设备11可以包含相似的发射机电路，由此第二通信设备13既可以传送数据，也可以接收数据。

在图1的实施例中，解调器56输出的软值可以经由解码器58提供到处理器44，以便确定用作预选信道质量值66的函数的比例因子。然后，处理器44可以比例变换软值并将经过比例变换的软值返回到解码器58。作为选择，处理器44也可以返回所确定的比例因子，以便与解码器58的输入端所包含的比例变换电路结合使用，从而在实施依赖于比例变换的迭代解码处理的电路执行处理之前对软输入值进行比例变换。解码器58执行的解码处理可以并且通常与传输前执行编码的编码器28所执行的编码处理相反。并且在某些实施例中，解码器58可以是LDPC解码器。

天线36与38之间的空中链路37表示的是用于传送发射机35所生成的信号的通信信道。在这里可以将通信信道解释成包括了处于编码器28与解码器58之间的通信路径上的其他部件，这其中包括可以影响信号增益、进而影响解调器56输出的软值数值的自动增益控制电路。解码器58可以并且在某些实施例中会向解调器56提供反馈。因此，解调器56可以形成迭代解码过程的一部分，例如用于重复处理所产生的软值，直至实现恰当的判决可靠性等级或是满足其他解码停止准则的循环。而用以传递所传送的信号的通信信道37则会引入噪声，并且将会导致比例变换出错，举例来说，由于存在信道衰落、不准确的AGC操作和/或其他因素，因此解调器56输出的软值通常会过大或是过小，并且所述软值还有可能采取一个与所传送的值的分布不同的分布。

对指定的编码方案和指定的信道质量而言，假设接收机恰当执行比例变换操作，那么在接收机上有可能出现多个软值分布，并且这些分布是根据信道质量而以可预测的方式变化的。因此，可以为具有特定质量的信道、例如用香农信道容量之类的信道质量值表示的信道预测相应的软值分布集合。而具有其他信道质量值的信道则与不同的软值分布集合相对应。因此，对经过恰当比例变换的软值来说，在给出了已知编码方案的情况下，在接收机上可以将特定的软值分布关联于特定的信道质量值。

依照本发明，假设通信信道满足以预选信道质量值66表示的预定质量等级，例如信道容量。这个值可以在解码之前依据所用编码方案来选择。例如，在给出了所用编码方案的情况下，通过对预选信道质量值进行选择，可以使之与预期实现的信道容量相对应。在解码的延长时段中，例如通信设备13的使用期限或是通过对设备13进行编程来支持新的编码方案之前，预选信道质量值66会在解码过程中保持固定。因此，在经由通信信道传送信号和/或接收信号时，预选信道质量值66与实际信道质量是无关的。此外，信道质量值66既不依赖于AGC功能，也不依赖于在通信设备13中对应用于接收信号的其他增益所进行的追踪。

对容量目标，例如用作所述预选信道质量值的信道质量值来说，该容量目标可以并且在不同的实施例中是如下选择的。以加性高斯白噪声(AWAG)信道为例，在这种已知信道上模拟目标码。找出编码性能可以实现其目标性能等级(例如大小为10-3的帧差错率)时的位置的信道容量，以及将这个信道容量用于性能目标。

通过观察可知，与使用过小的因子来进行比例变换相比，使用过大的因子对数据进行比例变换将会产生较小的降级。因此，较为明智的是将容量目标设定成略高于上述方法所规定的容量目标。

对本领域技术人员来说，二进制容量之外的函数同样可以用作比例变换的基础，这一点是显而易见的。这其中一个可能实例是可靠性tanh(a|y|)。可以对目标，例如预选信道质量值进行相应的选择或是调整，但是基本原理是相同的。实行这种处理时的方法将是相同的：将接近临界信道参数的预选信道质量值用于可接受信道质量值内部或是刚好在其外部的所用编码，假设实际信道与信道质量值相匹配，以及计算比例因子，其中如果将该比例因子应用于输入软值集合，那么该比例因子将会产生与预选信道质量相对应的软值分布。

如下文所述，在对解调器56产生的软值进行比例变换的过程中，使用的比例因子是在做出了如下假设的情况下产生的：即解调器56产生未曾进行过比例变换的软值经由一条可以描述成满足预选信道质量值66的信道进行传送。换言之，对具有预选信道质量值66所规定的质量等级的通信信道而言，在将比例因子应用于解调器输出的软值分布时，通过计算一个可以产生与所述通信信道相对应的软值分布的比例因子，可以确定用于对解调器的输出进行比例变换的比例因子。

对依据解调器输出的软值分布以及预选信道质量值的所用比例因子计算来说，该计算可以用若干种简单技术中的任何一种加以实施。这些技术包括为尚未进行过比例变换的指定软值集合计算多个信道质量值，并且这其中的每一个信道质量值都与一个不同的可能比例因子相对应。然后，通过使用内插法而在多个信道质量值中找出与预选质量值相对应的信道质量值。随后确定与内插质量值相对应的比例因子并且选择该比例因子，从而使用这个比例因子作为应用于尚未进行过比例变换的指定软值集合的比例因子。

根据另一种用于对作为解调器输出的软值以及预选信道质量值的函数的比例因子进行计算的技术，信道质量函数是从初始比例因子以及解调器输出的至少一个尚未进行过比例变换的软值中确定的。初始比例因子可以从比例因子范围中预先选择，在这个比例因子范围中，所用比例因子是允许改变的。由于初始比例因子仅仅充当一个用于产生所用比例因子的起点，因此，初始比例因子在某种程度上可以是任意的。所用比例因子又称为当前比例因子，随着时间会作为解调器输出的软值的函数而被调整。依照本实施例，通过求解已确定的质量信道函数，可以确定一个比例因子，其中如果解调器产生至少一个软值，那么在将这个比例因子应用于所述函数时，所述比例因子将会产生预选信道质量值。

在其他实施例中，举例来说，其中将会使用依照本发明所确定的比例因子来对软值进行比例变换，与这个经过比例变换的软值相对应的信道质量值将会与预选信道质量值进行比较，并且在这里会将应用于后续软值的比例因子作为已确定的差值的函数来进行调整，由此减小未来在预选信道质量值以及那些与尚未进行过比例变换的后续软值相对应的信道质量值之间出现的差异。依照这种方法，对在软输入上使用的比例变换值所进行的调整是随时间改变的，例如为每一个所处理的软值修改比例变换值。在不同的实施例中，比例因子中的各种调整的大小将会保持很小，例如不到最大步长值的2％，在某些情况下则小于最大步长值的.75％，由此避免在使用了各种调整的比例变换值中出现宽幅摆动，并使比例因子随时间而会聚到一个一致值上。

虽然在这里依据的是典型通信信道特性的特定观测值以及LDPC码和Turbo码之类的依赖于比例变换的迭代编码系统的性能，但是本发明涉及的是作为解码处理的一部分来确定和使用比例因子的方法和设备。

本发明所依据的第一个观测点是性能曲线，对很多依赖于比例变换的现代迭代编码系统来说，该曲线是急剧升降的。这意味着与例如卷积码相比，在编码系统性能从例如10^-1的帧差错率变化到10^-4的帧差错率的过程中，信道参数范围相对较小。在大多数情况下，编码系统是在特定性能范围中使用的，也就是说，系统具有一个目标性能，例如编码系统的大小为10^-3的帧差错率。这意味着通信系统尝试使信道工作状态保持接近产生10^-3的帧差错率的状态。因此，我们可以参考信道状态的范围，以使编码系统性能接近于作为临界区域的目标。在这种情况下，当实际信道状态接近临界区域时，比例因子估计的性能敏感度将会是最高的。如果信道远远劣于临界区域，那么比例变换通常是不相干的，这是因为解码器很可能失败。如果信道远远优于临界值域，那么比例变换对成功解码而言并不是非常重要。

本发明的方法假设信道接近临界区域，例如可接受的信道质量区域边缘，并且该方法是依据这个假设以及未经比例变换的软输入值来导出恰当的比例因子的。在下文中我们将会显示如何实现这些处理。如果信道接近临界区域但是仍旧处于可接受的区域中，那么该假设是正确或是近乎正确的，并且比例变换也是正确或近乎正确的，此外，最终性能与使用和已知正确的比例变换的情况是相同或几乎相同的。如果信道远远劣于临界区域，那么如我们先前指出的那样，比例变换几乎是不相干的，并且解码有可能会失败，但是这种情况很可能是因为恶劣的信道状态产生的。如果信道远远优于临界值，那么以使用接近临界区域但仍旧处于可接受区域的预选信道质量值为基础的比例变换仍旧会提供优于临界值的性能，在不同的实施例中，这个临界值即为目标性能。实际上，通过观察某些实施方式可知，这种比例变换实际上可以提高迭代编码系统中的所谓的最低误码率区域的性能。

我们现在给出一种用于执行上述比例变换的方法。本发明的不同实施例使用的是描述临界区域的值，例如与临界区域相对应的值，其中所述临界区域主要或者仅仅依赖于经过了恰当比例变换的软值的幅度分布，例如对数似然比。然后，在给出了输入软值集合、例如没有正确执行比例变换的对数似然比集合的情况下计算一个比例因子，在将这个比例因子应用于尚未进行比例变换的软值时，该比例因子将会创建一个显示处于临界区域的对数似然比分布，例如与确定所用比例因子的预选信道质量值相对应的分布。临界区域可以用信道质量值范围表示，其中诸如目标信道质量值之类的预选信道质量值将会落入临界区域，所述临界区域对应的是可接受的传输性能，但是该区域接近于信道质量变得无法接受的区域。

举例来说，对从具有特定信道质量值所指示的特定质量的信道传送的信号中获取的软值而言，由于存在特定数量的信道噪声，因此所述软值往往具有特定的值分布。相应地，软值分布对应的是信道质量值。多个不同的软值分布通常对应的是单个信道质量值。不同的软值分布集合则对应于不同的信道质量值。如下所述，依照本发明，这一事实论据可用于确定将要使用的比例因子。

本发明的各种方法是以典型信道的特定属性为基础的。这些属性包括以下事实论据：如果执行了正确的软值比例变换，那么，在给出信道质量不同的信道并且可以用香农容量值之类的信道质量值来表述这些不同信道质量的情况下，不同的软值分布是可以预测的，其中所述信道质量值可以在不同的计算中使用。

假设用p(|)表示无记忆的对称二进制信道。在这里，对称意味着p(y|x＝1)＝p(-y|x＝-1)。假设用f表示与这个信道相关联的接收对数似然比的幅度密度。那么信道的二进制香农容量、例如依据BPSK信令的最大速率是如下给出的：

$\underset{0}{\overset{\∞}{\∫}}(1-h\left(z\left(x\right)\right))f\left(x\right)\mathrm{dx}$

其中

$z\left(x\right)=\frac{1}{1+e^x},$ h是如下定义的二进制熵函数：

h(z)＝-zlog₂z-(1-z)log₂(1-z)。假设我们具有完全根据经验的取样，例如尚未进行比例变换的软输入值的幅度|y₁|，...，|y_n|，其中y_i是与例如所传送的LDPC码字中的比特i相关联的对数似然比的α^-1倍。如果α是已知的，那么我们可以将诸如信道容量之类的相应信道质量值估计成：

$\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(1-h\left(z\left(\mathrm{\α}\right|y_i\left|\right)\right)).$ 同样，如果信道容量C已知，那么我们可以使用

$C\≈\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(1-h\left(z\left(\mathrm{\α}\right|y_i\left|\right)\right))$ 来解出α。这其中的基本思想是：如果恰当选择预选信道质量值C，例如将其设定成某个目标容量C^t，那么我们可以通过求解上述等式来得到α，进而确定比例因子。然后，所确定的比例因子可以用于对软输入值进行比例变换，以便产生经过比例变换的序列αy₁...αy_n，随后，经过比例变换的序列将会作为经过比例变换的软输入而被提供给迭代解码器。在依照本发明的不同实施例之一来执行这个操作时，解码器的性能与正确的α实际已知的情况几乎是相同的。此外，无论无记忆信道是何种类型，也就是说，无论对数似然比的幅度分布多大，这种技术都是可以使用的。这是因为通过观察可知，如果依照信道香农容量之类的信道质量值而不是AWGN信道的s²或二进制对称信道的交叉概率(cross-over)之类的典型参数来描述临界区域，那么所观测的临界区域不会明显依赖于特定信道，并且在大多数情况下，所述区域几乎可以用香农信道容量之类的信道质量值唯一描述。因此，如果所述编码具有很好的设计并且具有升降急剧的性能曲线，那么相对于信道的特定细节而言，恰当选择的C^t几乎是不变的，并且它主要依赖于所使用的特定码。这种不变性在信道非常复杂并且有可能随时间快速变化例如无线衰落信道的状况中是非常有用的。

现在将参考图2～4来描述本发明的方法。

图2描述的是一种依据信道容量目标值C^t这类预选信道质量值100来为一组指定输入值102产生比例因子的实施方式。

在步骤106，通过求解关于α108的容量估计等式，可以使用所输入的尚未进行过比例变换的软值y₁，...，y_n 102以及容量目标C^t100来计算所要应用的比例因子，其中所述输入的尚未进行过比例变换的软值可以是解调器56的输出。所求解的容量估计等式可以如下表述：

$C^t=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(1-h\left(z\left(\mathrm{\α}\right|y_i\left|\right)\right))$

其中C^t是预选信道质量值，例如信道目标容量，i是用于对具有n个软符号的输入集合中尚未进行过比例变换的软符号数目进行指示的计数变量，h则是与所使用的相应编码函数相对应的已知软值分布函数。

接着，在步骤110中将会使用α108而对那些尚未进行过比例变换的软值y₁，...，y_n 102执行比例变换，由此获取经过比例变换的软值αy₁，...，αy_n 112。在一个实施例中，假设恰当进行了比例变换，那么经过比例变换的软值αy₁，...，αy_n 112即为迭代解码器58可靠解码的对数似然比。

除了常规的比例变换方法之外，我们还根据与预定目标C^t相匹配的信道容量而为输入数据的比例变换适配提出了两种实际方法。首先，我们通过g(x)＝l-h(z(x))来定义函数g。

图3描述的是本发明的比例因子确定方法，所述方法会在经由所输入的尚未进行比例变换的软值y₁...y_n 202的单程中确定所要应用的比例因子，其中所输入的尚未进行比例转换的软值是预选信道质量值200的函数，并且所述预选信道质量值可以是所用编码的容量目标C^t。在步骤206中将会如下使用未经比例变换的软值202的幅度|y₁|，...，|y_n|以及容量目标C^t200来计算多个信道质量值，例如3个或更多不同比例因子α₁＜α₂＜α₃的容量C_i(通过进行选择来覆盖关于α的实际值的至少一部分预期范围)：

$C_j=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}g\left({\mathrm{\α}}_j\right|y_i\left|\right))$

然后，在步骤208将会使用一个匹配函数来精细比例因子估计，其中举例来说，所述函数可以是尚未进行比例变换的软值202的函数。并且举例来说，通过执行二阶或是更高阶数的反内插方法，可以对匹配于目标容量C^t的比例因子进行估计。而作为替换并且更为精确的方法有时可以用于执行步骤208，所述方法会围绕每一个可能的自变量而将符合函数g(αx)的多项式系数制表，以此作为α的函数，然后则会在多个取样上求出其平均值。在硬件中可以将反内插法作为逐次逼近迭代并且使用基本的加法/减法/移位运算来加以实现。在某些实施例中，容量函数g()或匹配多项式的系数可以保存在存储器60中所包含的查找表中。在系统数据传送操作中，在不工作的时候可以执行这个容量计算。经过精细的比例因子估计α210是作为步骤208的输出来获取的。接着，在步骤212中将会使用α210来对尚未进行过比例变换的输入软值y₁，...，y_n202进行比例变换，以便得到经过比例变换的软值αy₁，...，αy_n214。在某些实施例中，如果正确执行了比例变换，那么经过比例变换的软值αy₁，...，αy_n214将会采用对数似然比的形式，并且解码器58可以对这些软值进行正确的处理。

图4描述的是依照本发明来确定和使用比例因子的另一种方法。图4的方法非常适合在连续处理软值y_i的系统中使用，例如Tubo均衡方案。在这种情况下，比例因子α可以用一个控制回路来确定。这个控制回路中的误差信号则是由预选信道质量值以及对应于经过比例变换的取样的信道质量值之间的差值确定的，其中预选信道质量值例如可以是信道目标容量，与经过比例变换的取样相对应的信道质量值则例如可以是取样信道容量g(α|y_i|)。然后，所述误差信号将会经过过滤并且作为校正而被用于当前的比例因子，以便形成一个迭代更新过程。这其中的处理可以如下进行：

α_i+1＝α_i+ε*α_i*(C^t-g(α_i*y_i))

其中ε是步长参数。相似的等式可以与不同的更新步长结合使用。在这里允许α在某些预选的最小和最大值之间改变。此外，在不同的实施例中可以对比例因子调整步长进行选择，使之相对较小，例如小于α的最大值的2％，并且在很多情况下都小于α的最大值的1％。

这种方法在Turbo均衡方案中具有附加优点，它可以在整个解码处理中保持几乎恒定的输入容量，由此补偿因为增加解码器的非本征软输出所产生的正值比例变换反馈。

在图4中，来自信道302的数据会在步骤304中由均衡器和/或解调器进行处理，从而输出一个未经比例变换的软值y_i306。未经比例变换的软值y_i306以及预选信道质量值将会输入到用于更新比例因子α310的过滤步骤308中，其中所述预选信道质量值例如可以是指定编码的容量目标C^t300。过滤步骤可以由一个以硬件方式实施的过滤器执行。步骤308中使用的过滤器是一个非线性过滤器，它会解出比例因子α310，其中所述比例因子是输入到其中的软值以及预选信道质量值300的函数。在步骤308中执行的过滤是基于每一个值执行的，并且在这个步骤中会为每一个所要处理的采样执行逐步调整。在一开始可以将比例因子α设定成预定的初始值，例如1，并且可以随着过滤的实施而进行会聚。作为过滤处理的一部分，在步骤308中使用的过滤器将会测量容量影响并且将其与C^t300进行比较。如果容量影响大于C^t，那么比例因子α310将会减小。如果容量影响小于C^t，那么比例因子α将会增大。接下来，部件312会将过滤步骤308中输出的比例因子α310的值与未经比例变换的软值y_i306相乘或者对其执行比例变换，以便产生一个经过比例变换的软值αy_i314。经过比例变换的软值αy_i314将会输入到解码器316中，该解码器则输出非本征软信息318。所述非本征软信息318将会进入均衡器304，在所述均衡器中会对这个软信息进行处理，使之成为一个新的未经比例变换的软值y_i306。这个新的未经比例变换的软值y_i306将会进入过滤步骤308，在所述步骤中将会执行前述过滤处理，以便缓慢地驱使比例因子α310的值成为正确的值。然后，所述处理将会再次经历比例变换步骤312、解码步骤316以及均衡步骤304。并且该循环将会持续进行，直至得到令人满意的比例因子值α310。然后，解码器316将会使用经过比例变换的值αy_i作为对数似然比，以便产生输出320。

在图5中，我们给出了与使用作为信道质量值的香农信道容量的情况相对应的函数g的图形，其中g(x)＝1-h(z(x))，h是二进制熵函数，并且h(x)＝(1-x)log₂(1-x)-xlog₂(x)，z(x)＝1/(1+e^x)。如果x是一个依照与特定信道相关联的对数似然比分布的随机变量，那么g(x)的预期值即为信道的(二进制输入)香农容量。

上述方法可以在计算机系统中执行，所述计算机系统包含了耦合在一起的存储器、CPU以及一个或多个输入和/或输出设备。存储器包括依照本发明执行的程序。在执行该程序时，所述程序使CPU依照本发明来接收、处理和输出数据。作为选择，本发明的步骤也可以用专用硬件执行，例如电路和/或硬件与软件组合。

上述方法和设备非常适合与多种依赖于比例变换的解码技术结合使用。这些技术的实例包括LDPC解码技术以及Turbo解码技术。

Claims (26)

1.一种对设备进行操作以便作为解码处理的一部分而对从经由通信信道传送的信号中获取的软输入值进行比例变换的方法，该方法包括：

计算作为预选信道质量值和至少一个所述软值的函数的当前比例因子，所述预选信道质量值与传送所述信号时的实际信道状态无关；以及

使用所述计算得到的当前比例因子来对所述软值中的一个进行比例变换，从而产生经过比例变换的软值。

2.权利要求1的方法，其中可能有多个软值分布，这些可能软值分布的子集对应于所述预选信道质量值，而其他的可能分布则对应于其他信道质量值，所述计算当前比例因子的步骤包括：

确定比例因子，其中在将这个比例因子应用于所述接收到的软值时，该比例因子将会产生与所述预选信道质量值相对应的所述软值分布子集中的软值分布。

3.权利要求2的方法，其中确定比例因子的步骤包括：

从至少一些所述软输入值中计算多个信道质量值，每一个信道质量值对应不同的比例因子。

4.权利要求3的方法，还包括：

在所述多个信道质量值中的至少两个信道质量值之间进行内插，以便产生内插值；以及

确定作为内插质量值的函数的所述当前比例因子。

5.权利要求1的方法，其中所述预选信道质量值是信道容量值。

6.权利要求3的方法，其中计算所述比例因子包括：

从第一比例因子中确定当前信道质量函数。

7.权利要求6的方法，还包括：

求解所述函数以便确定比例因子，其中在给出了所述至少一些软输入值的情况下，在将所述比例因子应用于所述函数时，所述比例因子产生所述目标信道质量，所述被确定的比例因子则被用作所述当前比例因子。

8.权利要求2的方法，其中确定当前比例因子是迭代处理的一部分，该处理包括：

作为经过更新的当前比例因子进行了比例变换的软值的函数而对当前比例因子进行更新。

9.权利要求8的方法，其中所述更新包括：

将对应于经过比例变换的软值的信道质量值与目标质量值相比较，以便确定目标质量值与相应质量值之间的差值；以及

对作为所述已确定差值的函数的比例因子进行调整。

10.权利要求9的方法，其中所述比例因子是在一个减小对应于后续处理的软值的信道质量值与所述目标信道质量值之间的后续差值的方向上调整的。

11.权利要求9的方法，其中比例因子调整是在最大可允许比例变换值与最小可允许比例变换值之间延伸的范围内部进行的，单独的比例因子调整不大于最大可允许比例变换值的最大调整步长的2％。

12.权利要求1的方法，其中所述预选信道质量值是对应于质量区域的值，所述质量区域处于可接受的信道质量区域内但是接近可接受的信道质量区域的边缘。

13.权利要求1的方法，其中所述解码处理包括低密度奇偶性校验解码操作和Turbo码解码操作中的至少一种。

14.一种用于确定因子的设备，所述因子用于对从通信信道传送的信号中获取的软输入值进行比例变换，所述设备包括：

接收机，用于接收经由通信信道传送的信号；

用于从所述接收信号中产生软输入值的装置；

用于存储预选信道质量值的存储器，所述预选信道质量值与传送所述信号时的实际信道状态无关；以及

用于计算作为所述预选信道质量值以及至少一个软输入值的函数的比例因子的装置。

15.权利要求14的设备，其中所述预选信道质量值是对应于接近可接受信道质量值区域边缘的质量区域的值。

16.权利要求15的设备，其中所述预选信道质量值是信道容量值。

17.权利要求14的设备，其中可能有多个软值分布，所述可能软值分布的子集对应于所述预选信道质量值，而其他的可能分布则对应于其他信道质量值，所述用于计算比例因子的装置还包括：

用于确定比例因子的装置，在将所述比例因子应用于所述接收到的软值时，该比例因子将会产生与所述预选信道质量值相对应的所述软值分布子集中的软值分布。

18.权利要求17的设备，其中所述用于确定比例因子的装置包括：

用于从至少一些所述软输入值中计算多个信道质量值的装置，每一个信道质量值对应不同的比例因子。

19.权利要求18的设备，还包括：

用于在所述多个信道质量值中的至少两个信道质量值之间进行内插以便产生内插值的装置；以及

用于确定作为内插质量值的函数的所述比例因子的装置。

20.权利要求19的设备，其中所述用于计算的装置和用于内插的装置各自包含了用于对处理器进行控制以便执行至少一部分所述计算和内插操作的计算机指令。

21.权利要求18的设备，其中所述用于计算所述比例因子的装置包括：

用于从第一比例因子确定信道质量函数的装置；

用于求解所述函数以便确定比例因子的装置，其中在给出了所述至少一些软输入值的情况下，在将所述比例因子应用于所述函数时，所述比例因子将会产生所述目标信道质量，所述被确定的比例因子用作所述当前比例因子。

22.权利要求17的设备，其中所述用于确定当前比例因子的装置执行交互处理，所述设备还包括：

控制回路，用于作为对经过更新的当前比例因子进行了比例变换的软值的函数而对当前比例因子进行更新。

23.权利要求22的设备，其中所述控制回路包括：

比较器，用于将对应于经过比例变换的软值的信道质量值与目标质量值相比较，以便确定目标质量值与相应质量值之间的差值；以及

用于对作为所述已确定差值的函数的比例因子进行调整的装置。

24.一种机器可读介质，包括：

用于对机器进行控制以便执行以下步骤的机器可执行指令：

i)计算作为预选信道质量值和至少一个输入软值的函数的当前比例因子，其中所述软值是从经由通信信道传送的信号中获取的，所述预选信道质量值与传送所述信号时的实际信道状态无关；以及

ii)使用所述计算得到的当前比例因子来对所述至少一个所述软值进行比例变换，从而产生经过比例变换的软值。

25.权利要求24的机器可读介质，还包括：

所述预选信道质量值，其中所述预选信道质量值是与接近可接受的信道质量区域边缘的质量区域相对应的值。

26.权利要求25的机器可读介质，其中所述信道质量值是通信信道容量值。

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