[发明专利]新型衔尾卷积码用最大似然解码算法

说明书

本发明涉及数据处理领域，其公开了一种新型衔尾卷积码用最大似然解码算法，包括如下步骤：（A）后向环绕的网格上执行维特比算法VA；获取前一后向维特比算法VA轮次所保留的信息；（B）将优先级优先搜索算法应用于所有子网格的前向方向之中。本发明的有益效果是：采用有效早期停止标准，以减少解码复杂度；在加性白高斯噪声信道中涉及（2,1,6）衔尾卷积码的模拟在解码复杂度的最大值和方差方面都显示出超越BEAST和CMLDA的显著节省。

【技术领域】

本发明涉及数据处理领域，尤其涉及一种新型衔尾卷积码用最大似然解码算法MLWAVA。

【背景技术】

自从卷积码发明以来它们便被广泛用于在数位通信中提供有效的出错防止能力。在卷积编码器的实际执行中，通常在信息位序列的末尾附加一定数量的零，以清除移位寄存器的内容，使得下一个信息序列的编码过程可以直接进行而无需进行初始化。这些零尾位可以增强卷积码的出错防止能力。对于足够长的信息序列，归因于这些零尾位的码率损失几乎可以忽略不计；然而，当信息序列较短时，这些零尾位引入了显著的码率损失。

在文献中，已经提出了几种方法来减轻上述(短长度)零尾卷积码的码率损失，例如直接截断[1]和扰散[1]及衔尾[2]、[3]、[4]。具体来说，衔尾卷积码以直接的方式克服了码率的损失，并且引起较小的性能下降。文献[1]中已经证实了这一点，其中展示了衔尾卷积码具有比扰散及零尾卷积码更好的出错防止性能。与始终起止于全零状态的零尾卷积编码器不同，衔尾卷积编码器仅确保初始状态和最终状态相同(其中特定状态由输入数据决定)。由于任何状态都可能是衔尾卷积编码器的初始状态，解码复杂度急剧增加。

类似于零尾卷积码的解码，尾部卷积码的解码在网格上执行，而码字通过该网格现对应于起止于相同(不一定是全零)状态的路径。出于方便起见，衔尾卷积码网格上具有相同初始状态和最终状态的路径被称为衔尾路径。由于“码字”和“衔尾路径”之间存在一对一的对应关系，这两个术语在本文中可以互换使用。

令衔尾卷积码网格的所有可能初始状态(等价于最终状态)的数量为N_s。则，网格可以分解成N_s个具有相同初始状态和最终状态的子网格。依照先前的命名约定，这些子网格被称为衔尾子网格，或者若没有缩写所产生的歧义，则可称为简单子网格。为了方便起见，将用T表示一个衔尾卷积码网格，并用T_k表示其第k个子网格。可以清楚地看到，与相似大小的零尾卷积码相比，衔尾卷积码的解码复杂度将增加多倍，这是因为每个子网格中的所有衔尾路径必须进行查验。

为了降低解码复杂度，文献[2]、[3]、[5]、[6]、[7]中已经提出了用于衔尾卷积码的几种次优解码算法，在这些算法中环绕维特比算法(WAVA)的解码复杂度最小[2]。概念上而言，WAVA以环绕方式重复地将维特比算法(VA)应用于衔尾卷积码的网格上。在其执行期间，WAVA不仅检查衔尾路径，而且还检查起止于不同状态的路径；因此，它可能产生没有码字对应的路径。WAVA可以被等同地视为VA在“超级网格”上的应用，其由预先指定数量、以串联方式彼此连接的网格所形成。通过模拟显示，最多环绕四个网格就足以获得近似最优性能[2]。

在需要最优解码性能的情况下，因为WAVA不能保证将总会找到最大似然(ML)衔尾路径，所以它不再是合适的选择。通过在所有衔尾子格上执行VA，ML衔尾路径可以直接获得；然而，这种强力方法却因其高计算复杂度显得不切实际。

在2005年，Bocharova等人提出了用于衔尾卷积码的ML解码算法，这被称为搜索树的双向有效算法(BEAST)[8]。从概念上讲，BEAST在向前和向后的方向上都会重复地及同时地对特定节点进行探索，这些节点所具有的解码度量低于每个子网格上的某一阈值。它在每个步骤中不断增加阈值，直到找到一个ML路径。[8]中所提供的模拟结果表明，BEAST具有非常低的解码复杂度并且在高信噪比(SNR)下行之有效。