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一種雙二進制咬尾Turbo碼編碼方法和裝置的制作方法

文檔序號:7538862閱讀:797來源:國知局
專利名稱:一種雙二進制咬尾Turbo碼編碼方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及移動通信領(lǐng)域,特別涉及雙二進制咬尾Turbo碼編碼方法和裝置。
背景技術(shù)
在通信系統(tǒng)中,為了提高信息在無線信道中傳輸?shù)目煽啃?,提高?shù)據(jù)在信道上的抗干擾能力,需要采用相應(yīng)的信道編碼技術(shù)。在諸多信道編碼技術(shù)中,Turbo碼是目前公認的最好的前向糾錯編碼之一。Turbo碼的糾錯性能遠比其它編碼的糾錯性能優(yōu)越,而且譯碼迭代的次數(shù)越多,則譯碼糾錯的性能越好,因此通常多被建議在可靠性要求很高的數(shù)據(jù)傳輸場合使用。例如,第三代移動通信就采用了8狀態(tài)1/3碼率的二進制Turbo碼作為信道編碼的標準。
通常應(yīng)用的二進制Turbo編碼是一種帶有內(nèi)部交織器的并行級聯(lián)碼,一般由兩個結(jié)構(gòu)相同的遞歸系統(tǒng)卷積碼(RSC)分量碼編碼器并行級聯(lián)而成。Turbo碼內(nèi)交織器在第二個分量碼編碼器之前將輸入的二進制信息序列中的比特位置進行隨機置換,當交織器充分大時,Turbo碼就具有近似隨機長碼的特性。在WCDMA和TD-SCDMA中就使用了這樣一種二進制Turbo碼,結(jié)構(gòu)如圖1。輸入的二進制信息序列Xk經(jīng)過第一個分量碼編碼器生成一路校驗序列Zk。同時輸入二進制信息序列Xk經(jīng)過Turbo碼內(nèi)交織器交織后,由第二個分量碼編碼器生成另一路校驗序列Zk′。此時,如果不對編碼比特打孔,Turbo編碼的輸出碼率為1/3,輸出端得到的編碼比特序列為x1,z1,z1′,x2,z2,z2′,…,xK,zK,zK′,其中K為輸入二進制信息序列長度。當所有信息比特序列編碼完成后,需要從移位寄存器反饋中取出尾比特來執(zhí)行格形運算終止。最先的3個尾比特用于終止第一個分量碼編碼器,最后的三個尾比特用于終止第二個分量碼編碼器。按以上操作可得到12個格形運算終止的發(fā)送比特,其比特順序為xK+1,zK+1,xK+2,zK+2,xK+3,zK+3,xK+1′,zK+1′,xK+2′,zK+2′,xK+3′,zK+3′,添加在編碼比特序列之后,就完成了一次Turbo編碼。
在二進制Turbo編碼的基礎(chǔ)上,又提出了非二進制Turbo編碼的思想。非二進制Turbo碼相比二進制Turbo碼有以下優(yōu)點在低信噪比和高碼率時,能夠獲得更好的性能;在迭代譯碼中有更好的收斂性能;對刪余具有更低的靈敏度;同時對于相同長度的信息比特,具有更小的編譯碼時延,更大的吞吐量,及對“平底效應(yīng)”的抑制;魯棒性強(MAP算法和簡化的MAP算法之間以及MAP算法和SOVA算法之間的差異將會變小)。其中作為非二進制Turbo編碼的一員,雙二進制咬尾Turbo編碼除了具有上述優(yōu)點外,還有不生成尾比特的特點,這樣在編碼相同長度的信息比特時,有更高的編碼率,進一步提高了傳輸效率。因此在802.16標準中就采用了這樣一種雙二進制咬尾Turbo碼作為信道編碼標準之一。
雙二進制咬尾Turbo碼編碼器結(jié)構(gòu)類似二進制Turbo碼編碼器,由兩個雙二進制遞歸系統(tǒng)分量碼(DB-CRSC)編碼器并行級聯(lián)而成,在第二個分量碼編碼器之前還有一個碼內(nèi)交織器,結(jié)構(gòu)如圖2所示。其中,兩個雙二進制分量碼編碼器結(jié)構(gòu)是相同的。對于雙二進制Turbo碼,與二進制Turbo碼相比,特別需要注意的是,每個分量碼編碼器都有兩路二進制信息序列輸入,編碼后生成兩路二進制校驗比特序列。實際上,每個格柵階段都對應(yīng)兩個信息比特。對于咬尾Turbo碼,其中每個分量碼都是咬尾(或循環(huán))遞歸系統(tǒng)卷積碼,在編碼過程結(jié)束時編碼器重新回到了初始狀態(tài)。所以解碼格柵可以被看成一個圓,在圓的任何位置譯碼可以被初始化,不需要尾比特來執(zhí)行格形運算終止。但是,現(xiàn)有技術(shù)中雙二進制咬尾Turbo碼內(nèi)交織器有一個缺點,對于每個特定長度的雙二進制信息序列,雙二進制咬尾Turbo碼內(nèi)交織器都需要存儲一組交織參數(shù),從而只能對某些特定長度的雙二進制信息序列進行編碼,從而限制了輸入進行編碼的雙二進制信息序列長度的范圍,在實際應(yīng)用中缺乏靈活性。如果需要實現(xiàn)對寬范圍輸入二進制信息序列長度的支持,則需要大量存儲器存儲對應(yīng)長度的交織參數(shù),從而提高了對存儲器容量的要求,加大了硬件成本。
對于許多應(yīng)用系統(tǒng),為了提高系統(tǒng)的傳輸效率,需要更高的編碼速率,例如R=2/3,R=3/4。實現(xiàn)高碼率的方法之一是采用刪余過程。刪余過程實際上是在編碼器的輸出碼元流中系統(tǒng)地刪除一部分碼元,被刪除碼元的個數(shù)決定了最終的編碼率,通常在實現(xiàn)時采用刪余矩陣。但該方法有一個缺點,對于一個特定的編碼率需要一個對應(yīng)的刪余矩陣,但在實際應(yīng)用中,往往需要支持任意碼率,這樣就需要存儲大量刪余矩陣,這在實際應(yīng)用中是不現(xiàn)實的,缺乏靈活性。
速率匹配是WCDMA系統(tǒng)相對其它2G到3G的移動通信系統(tǒng)比較獨特的基帶處理單元。速率匹配是WCDMA系統(tǒng)中基帶信道處理部分的重要環(huán)節(jié)。其目的是對承載基帶信號的傳輸信道上的數(shù)據(jù)進行由算法控制的重復(fù)或刪節(jié),以保證匹配后傳輸信道復(fù)用的數(shù)據(jù)速率等同與映射到給定物理信道上的數(shù)據(jù)速率。速率匹配過程中,根據(jù)第i個傳輸信道在速率匹配之前一幀的比特數(shù)、第i個傳輸信道的半靜態(tài)速率匹配屬性和傳輸信道復(fù)用到物理信道后一幀中可傳的數(shù)據(jù)比特數(shù)來決定第i個傳輸信道刪節(jié)或重復(fù)的位置。其中,半靜態(tài)速率匹配屬性的作用是調(diào)整各個不同傳輸信道刪節(jié)或者重復(fù)的比例。以上都是對發(fā)射端而言的,在接收端相應(yīng)位置需要采取等效的逆處理在原先被刪節(jié)的位置上補“0”;在原先被重復(fù)的位置上進行刪節(jié);在解速率匹配之后進行解碼就可以恢復(fù)原來的信息序列。其實在本質(zhì)上,速率匹配中的刪節(jié)操作是對編碼生成的校驗比特序列進行由算法控制的刪除,速率匹配中的重復(fù)操作是對編碼比特進行由算法控制的重復(fù),因此可以考慮采用速率匹配技術(shù)來實現(xiàn)對任意碼率的支持。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述缺陷和不足,本發(fā)明的目的在于提供可以支持任何偶數(shù)信息分組長度、任意碼率的一種雙二進制咬尾Turbo碼編碼方法和裝置。
為了達到上述目的,本發(fā)明一種雙二進制咬尾Turbo碼編碼的裝置,包括第一分量碼編碼器,用于對系統(tǒng)輸入的雙二進制信息比特序列進行編碼,并生成兩路二進制校驗比特序列;第二分量碼編碼器,用于對輸入的雙二進制信息比特序列進行編碼,并生成兩路二進制校驗比特序列;碼內(nèi)交織器,包括符號間交織模塊和用于對系統(tǒng)輸入的雙二進制信息比特序列依次每隔一對數(shù)據(jù),進行該雙二進制信息比特序列的數(shù)據(jù)內(nèi)部交換的符號內(nèi)交織模塊;其中,所述的第一分量碼編碼器和所述的第二分量碼編碼器并聯(lián),所述的碼內(nèi)交織器的輸入端與所述第一分量碼編碼器的輸入端并聯(lián),所述碼內(nèi)交織器的輸出端與所述第二分量碼編碼器的輸入端串聯(lián);所述符號間交織模塊包括交織單元,用于接收經(jīng)過符號內(nèi)交織模塊數(shù)據(jù)內(nèi)部交換的雙二進制比特序列,并將該序列按行構(gòu)造出交織矩陣;置換單元,用于對經(jīng)過交織單元構(gòu)造出的交織矩陣執(zhí)行行內(nèi)置換和行間置換,并將交織后的雙二進制信息比特序列發(fā)送到第二分量編碼器。
作為本發(fā)明的進一步改進,所述的雙二進制咬尾Turbo碼編碼的裝置還包括速率匹配裝置,用于接收系統(tǒng)、第一分量編碼器和第二分量編碼器輸出的序列,并將該序列進行速率匹配,以獲得所需碼率。
作為本發(fā)明的進一步改進,所述的速率匹配裝置包括速率匹配參數(shù)計算單元,用于根據(jù)輸入的比特或符號序列長度和所需產(chǎn)生的碼率,計算打孔或重復(fù)的比特數(shù)或符號數(shù)和相對應(yīng)的速率匹配參數(shù);數(shù)據(jù)組合單元,用于對輸入的比特或符號序列進行組合,并判斷是需要進行打孔還是重復(fù),如果需要打孔,則組合成三路,第一路為系統(tǒng)序列,第二、第三路為校驗序列,如果需要重復(fù),則將比特或符號序列組合成一路;速率匹配處理單元,用于根據(jù)速率匹配參數(shù)和計算輸入比特或符號序列中打孔或重復(fù)的位置,對輸入的比特或符號序列進行打孔或重復(fù)操作;數(shù)據(jù)合并單元,用于對經(jīng)過速率匹配處理后的三路或是一路的序列進行并串變換。
一種雙二進制咬尾Turbo碼編碼的方法,包括以下步驟(1)系統(tǒng)將雙二進制信息比特序列發(fā)送到第一分量編碼器、碼內(nèi)交織器和速率匹配裝置中;(2)第一分量編碼器對輸入的雙二進制信息比特序列進行編碼,生成兩路二進制校驗比特序列,并將此校驗比特序列發(fā)送到速率匹配裝置;(3)符號內(nèi)交織模塊將雙二進制信息比特序列依次每隔一對數(shù)據(jù),進行該雙二進制信息比特序列的數(shù)據(jù)內(nèi)部交換;(4)符號間交織模塊將經(jīng)過內(nèi)部交換的符號序列按行構(gòu)造交織矩陣,執(zhí)行行內(nèi)置換和行間置換,將置換后的矩陣輸出,并發(fā)送到第二分量編碼器;(5)第二分量編碼器對輸入的雙二進制信息比特序列進行編碼,并生成兩路二進制校驗比特序列,并將此校驗比特序列發(fā)送到速率匹配裝置;(6)速率匹配裝置對系統(tǒng)、第一分量編碼器和第二分量編碼器的輸出序列進行速率匹配,獲得所需碼率。
作為本發(fā)明的進一步改進,所述的步驟(6)具體為(i)速率匹配參數(shù)計算單元根據(jù)輸入速率匹配裝置的編碼比特序列長度和所需產(chǎn)生的碼率,計算打孔或重復(fù)的比特數(shù)或符號數(shù)和相對應(yīng)的速率匹配參數(shù);(ii)數(shù)據(jù)組合單元對輸入速率匹配裝置的編碼序列進行組合,判斷需要進行打孔或是重復(fù),如果需進行打孔,則組合成三路,第一路為系統(tǒng)序列,第二、第三路為校驗序列,如果需進行重復(fù),則只將編碼序列組合成一路;(iii)速率匹配處理單元應(yīng)用速率匹配算法,根據(jù)速率匹配參數(shù)和計算輸入序列中打孔或重復(fù)的位置,對輸入序列進行打孔或重復(fù)操作;(iv)數(shù)據(jù)合并單元對經(jīng)過速率匹配后的三路或一路序列進行并串變換,輸出序列即為某一信息分組長度下,滿足所需碼率的編碼輸出。
作為本發(fā)明的進一步改進,所述的步驟(i)具體為速率匹配參數(shù)計算單元根據(jù)輸入速率匹配裝置的編碼比特序列長度和所需產(chǎn)生的碼率,執(zhí)行比特速率匹配處理或符號速率匹配處理;若速率匹配裝置執(zhí)行比特速率匹配,則速率匹配參數(shù)計算單元計算打孔或重復(fù)的比特數(shù)和對應(yīng)該比特數(shù)的速率匹配參數(shù);若速率匹配裝置執(zhí)行符號速率匹配,則速率匹配參數(shù)計算單元計算打孔或重復(fù)的符號數(shù)和對應(yīng)該符號數(shù)的速率匹配參數(shù);其中,所述的比特速率匹配處理是在速率匹配處理單元中以比特為重復(fù)或打孔的最小單位,符號速率匹配處理是在速率匹配處理單元中以符號為重復(fù)或打孔的最小單位。
作為本發(fā)明的進一步改進,所述的步驟(ii)具體為數(shù)據(jù)組合單元對輸入速率匹配裝置的編碼序列進行組合,判斷需要進行打孔或是重復(fù);如果判斷結(jié)果是需進行重復(fù),則執(zhí)行比特速率匹配處理或符號速率匹配處理,若采用比特速率匹配處理,則數(shù)據(jù)組合單元按照序列A(A1,…,AN)、Y1(Y11,…,Y1N)、Y2(Y21,…,Y2N)、B(B1,…,BN)、W1(W11,…,W1N)、W2(W21,…,W2N)的任意排列順序從中依次取出一個比特,經(jīng)組合后得到一路輸出比特序列;若采用符號速率匹配處理,則數(shù)據(jù)組合單元輸出為按序列A(A1,…,AN)、Y1(Y11,…,Y1N)、Y2(Y21,…,Y2N)、B(B1,…,BN)、W1(W11,…,W1N)、W2(W21,…,W2N)的任意排列順序從中依次取出兩個組成一組比特,經(jīng)組合后得到一路包括多組比特的輸出符號序列,所述的每組比特為一個符號,比特數(shù)據(jù)在符號內(nèi)能夠相互置換,符號之間也能夠相互置換;如果判斷結(jié)果是需進行打孔,則執(zhí)行比特速率匹配處理或符號速率匹配處理,若采用比特速率匹配處理,則數(shù)據(jù)組合單元將序列A(A1,…,AN)、B(B1,…,BN)任意組合成一路比特序列x1,Y1(Y11,…,Y1N)、W1(W11,…,W1N)組合成一路比特序列x2,Y2(Y21,…,Y2N)、W2(W21,…,W2N)組合為一路輸出的比特序列x3后,得到三路輸出的比特序列為x1=A1B1A2B2…ANBNx2=Y(jié)11W11Y12W12…Y1NW1Nx3=Y(jié)21W21Y22W22…Y2NW2N所述的x1為系統(tǒng)序列,所述x2和x3為校驗序列,所述序列x2和x3相同下標的比特數(shù)據(jù)能夠同時進行交換,序列x2和序列x3也能夠相互交換;若采用符號速率匹配處理,則數(shù)據(jù)組合單元將序列A(A1,…,AN)、B(B1,…,BN)任意組合成一路符號序列y1,Y1(Y11,…,Y1N)、Y2(Y21,…,Y2N)組合成一路符號序列y2,W1(W11,…,W1N)、W2(W21,…,W2N)組合為一路輸出的符號序列y3后,得到三路輸出的符號序列為y1=(A1B1)(A2B2)…(ANBN)
y2=(Y11Y21)(Y12Y22)…(Y1NY2N)y3=(W11W21)(W12W22)…(W1NW2N)所述的y1為系統(tǒng)序列,所述的y2y3為校驗序列,所述y1y2y3括號中任意一組比特數(shù)據(jù)為一個符號,所述y1y2y3中任意一個符號內(nèi)部比特數(shù)據(jù)能夠相互交換,所述y1任意一組比特數(shù)據(jù)在符號間能夠相互置換,所述y2和y3也能夠相互置換;其中,所述的A(A1,…,AN)、B(B1,…,BN)為雙二進制咬尾Turbo母碼編碼器輸出的系統(tǒng)比特序列,所述的Y1(Y11,…,Y1N),W1(W11,…,W1N)為第一分量碼編碼器輸出的比特序列,所述的Y2(Y11,…,Y2N),W2(W21,…,W2N)為第二分量碼編碼器輸出的比特序列。
采用上述的裝置和方法后,可以靈活地支持任何偶數(shù)信息分組長度和任意碼率的雙二進制咬尾Turbo編碼。與現(xiàn)有二進制尾比特Turbo碼相比,提高了性能,譯碼的吞吐量增加了一倍,譯碼延遲減少了一倍,并且消除了譯碼的“差錯平底”現(xiàn)象。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)中二進制Turbo碼編碼器結(jié)構(gòu)圖;圖2是現(xiàn)有技術(shù)中雙二進制咬尾Turbo碼編碼器結(jié)構(gòu)圖;圖3是圖2中分量碼編碼器的結(jié)構(gòu)圖;圖4是雙二進制咬尾Turbo碼內(nèi)交織器處理流程圖;圖5是雙二進制咬尾Turbo碼內(nèi)交織器符號間交織處理流程圖;圖6是本發(fā)明中打孔模式下任意碼率雙二進制咬尾Turbo碼編碼器示意圖;圖7是本發(fā)明中重復(fù)模式下任意碼率雙二進制咬尾Turbo碼編碼器示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明所述技術(shù)方案的實施作進一步詳細描述本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)框圖如圖6或圖7。硬件部分主要由雙二進制咬尾Turbo碼母碼編碼器(如圖2所示)和速率匹配裝置兩部分組成。雙二進制咬尾Turbo碼母碼編碼器又由第一分量碼編碼器,第二分量碼編碼器和改進的雙二進制咬尾Turbo碼內(nèi)交織器組成。速率匹配裝置由速率匹配參數(shù)計算單元、數(shù)據(jù)組合單元、速率匹配處理單元和數(shù)據(jù)合并單元組成。雙二進制咬尾Turbo碼母碼編碼器對輸入的雙二進制信息比特序列進行碼率為1/3的編碼,編碼輸出序列輸入速率匹配裝置。速率匹配裝置根據(jù)輸入序列長度和所需碼率,計算出相應(yīng)的速率匹配參數(shù),對編碼輸出序列進行速率匹配(打孔或重復(fù)),獲得指定碼率的編碼輸出。
下面結(jié)合附圖對各部分進行詳細的說明。
雙二進制咬尾Turbo碼母碼編碼器部分1.第一分量碼編碼器分量碼編碼器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3所示。設(shè)輸入的雙二進制信息比特序列為A(A1,…,AN)、B(B1,…,BN),其中Ai、Bi(i=1…N)為二進制信息比特。分量碼編碼器對雙二進制信息比特序列A、B進行編碼,生成兩路二進制校驗比特序列Y1(Y11,…,Y1N)、W1(W11,…,W1N),其中Y1i、W1i(i=1…N)為二進制比特。
2.改進的雙二進制咬尾Turbo碼內(nèi)交織器改進的雙二進制咬尾Turbo碼內(nèi)交織器包含兩個處理器符號內(nèi)交織器和符號間交織器,其處理流程圖如圖4所示。
①符號內(nèi)交織器設(shè)輸入的雙二進制信息比特序列為A(A1,…,AN)、B(B1,…,BN),其中Ai、Bi(i=1…N)為二進制比特,定義一對比特(Ai,Bi)為一符號。Ai和Bi的下標i對2取模,若為0,對Ai和Bi進行交換;若為1,則對Ai和Bi不進行交換。該步驟實際是對輸入的雙二進制信息比特序列A、B依次每隔一對進行交換,交換一對內(nèi)比特(符號內(nèi)交織)。
②符號間交織器符號間交織,以符號(一對比特)為單位,采用3GPP 25.222協(xié)議中所定義的Turbo碼內(nèi)交織方法,使改進后的雙二進制咬尾Turbo碼編碼器實現(xiàn)了對任何偶數(shù)信息分組長度的編碼。該交織器的處理主要由以下幾步構(gòu)成(1)構(gòu)造交織矩陣;(2)執(zhí)行矩陣的行內(nèi)行間置換;(3)矩陣輸出,其處理流程圖如圖5所示。需注意的是,在此是以符號(一對比特)替換協(xié)議中的比特作為進行交織的最小處理單位。不妨定義經(jīng)符號內(nèi)交織處理后的符號序列為x1,x2,x3,…,xN,其中每一個符號包含一對比特。下面敘述符號間交織的各步工作過程。
這里,符號間交織器采用3GPP二進制Turbo碼內(nèi)交織方法,但在交織過程中是以符號(本文中符號指的是兩個比特)為交織單位,替代3GPP二進制Turbo碼內(nèi)交織以比特為交織單位。
(1)構(gòu)造交織矩陣▲首先確定交織矩陣的行數(shù)R

其中,N是經(jīng)符號內(nèi)交織后的符號數(shù)。
▲然后確定行內(nèi)置換所需的質(zhì)數(shù)p,原根v以及方形矩陣的列數(shù)Cif(48l≤N≤530)thenp=53 and C=pelse從表1中找到最小質(zhì)數(shù)p,使得N≤R×(p+1),并確定C,使得

end if計算出質(zhì)數(shù)p后就可以根據(jù)表1查出對應(yīng)的原根v。
表1素數(shù)p及原根v對應(yīng)關(guān)系表


▲最后逐行將符號序列x1,x2,x3,…,xN寫入R×C的方形矩陣中,y1y2y3...ycy(C+1)y(C+2)y(C+3)...y2C...............y((R-1)C+1)y((R-1)C+2)y((R-1)C+3)...yR×C]]>其中,yk=xk(k=1,2,…,N)。如果R×C>N,則用虛符號yk=(0,0)或(1,1)(k=N+1,N+2,…,R×C)填充矩陣的剩余部分。這些虛符號在執(zhí)行完行內(nèi)和行間交換之后,將從矩陣的輸出中刪掉。
(2)行內(nèi)行間置換行內(nèi)行間置換包括s、q、r序列計算以及行內(nèi)、行間置換等操作。
▲s序列計算按照如下方法構(gòu)造用于行內(nèi)置換的基序列s(0)=1;s(j)=(v×s(j-1))modp j=1,2,…,(p-2)▲q序列計算指定q0=1為序列<qi>i∈{0,1,…R-1}中的第一個質(zhì)整數(shù),序列<qi>i∈{0,1,…R-1}其他質(zhì)整數(shù)確定方法為對于每個i=1,2,…,R-1,qi是滿足g.c.d(qi,p-1)=1,qi>6,且qi>q(i-1)的最小質(zhì)整數(shù)。這里g.c.d代表最大公約數(shù)。
▲r序列計算置換序列<qi>i∈{0,1,…,R-1},得到序列<ri>i∈{0,1,…,R-1},使得rT(i)=qi,i=0,1,…,R-1其中<T(i)>i∈{0,1,…,R-1}是行間置換模式,定義為表2所示的4種模式中的一種,具體模式選擇依賴于輸入符號數(shù)N。
表2 Turbo碼內(nèi)交織器的行間交換模式

行內(nèi)置換執(zhí)行第i行的行內(nèi)置換if(C=p)thenUi(j)=s((j×ri)mod(p-1))j=0,1,…,(p-2),andUi(p-1)=0其中Ui(j)是第i行的第j個需要置換的符號的原始位置。
end ifif(C=p+1)thenUi(j)=s((j×ri)mod(p-1)),j=0,1,…,(p-2).Ui(p-1)=0,and Ui(p)=p.
其中Ui(j)是第i行的第j個需要置換的符號的原始位置,且
if(K=R×C)then交換UR-1(p)和UR-1(0).
end ifend ifif(C=p-1)thenUi(j)=s((j×ri)mod(p-1))-1,j=0,1,…,(p-2)其中Ui(j)是第i行的第j個需要置換的符號的原始位置。
end if行間置換按照模式<T(i)>i∈{0,1,…,R-1}執(zhí)行方形矩陣的行間置換,其中T(i)是第i個置換行的原始行位置。
(3)矩陣輸出完成行內(nèi)和行間置換執(zhí)行后,置換后的方形矩陣各符號以yk′表示y1′y(R+1)′y(2R+1)′...y((C-1)R+1)′y2′y(R+2)′y(2R+2)′...y((C-1)R+2)′...............yR′y2R′y3R′...yC×R′]]>雙二進制咬尾Turbo碼內(nèi)交織器的輸出是從R×C方形矩陣中按照列順序依次讀出符號序列。符號序列始于0行0列的y1′,終止于R-1行C-1列的yCR′。刪減操作是刪減在行內(nèi)和行間置換前填補到矩陣輸入中的所有虛符號,即對應(yīng)于yk,k>N的符號yk′需要從輸出中刪減掉。符號間交織單元的輸出符號記為x1′,x2′,…,xN′,其中x1′對應(yīng)刪減后索引值k最小的符號yk′,x2′對應(yīng)刪減后索引值k第二小的符號yk′,以此類推。符號間交織單元的輸出符號數(shù)為N,刪減的符號數(shù)應(yīng)為R×C-N。
3.第二分量碼編碼器將經(jīng)過雙二進制咬尾Turbo碼內(nèi)交織器交織后的雙二進制信息比特序列輸入第二分量碼編碼器進行編碼,生成兩路二進制校驗比特序列Y2(Y21,…,Y2N)、W2(W21,…,W2N),其中Y2i、W2i(i=1…N)為二進制比特。
至此,完成了雙二進制咬尾Turbo母碼編碼器對輸入雙二進制信息比特序列的編碼,編碼碼率為1/3。
速率匹配裝置部分速率匹配裝置對雙二進制咬尾Turbo碼的編碼輸出進行速率匹配(打孔或重復(fù))。速率匹配裝置對編碼輸出進行速率匹配有比特和符號兩種處理方式,在實際使用中可以選擇其中一種處理方式。
1.速率匹配參數(shù)計算單元設(shè)輸入速率匹配裝置的編碼比特序列長度為M(M=6N),符號序列長度則為M/2(一個符號包含兩個比特),速率匹配后想要獲得的編碼碼率為R。
打孔或重復(fù)比特(符號)數(shù)計算若速率匹配裝置進行比特速率匹配處理,速率匹配參數(shù)計算單元計算出打孔(或重復(fù))的比特數(shù)為ΔN′=2×round((N/R)-M/2)。ΔN′如果為正,表示速率匹配裝置需執(zhí)行重復(fù)操作,|ΔN′|為重復(fù)的比特數(shù);ΔN′如果為負,表示速率匹配裝置需執(zhí)行打孔操作,|ΔN′|為打孔的比特數(shù)。
若速率匹配裝置進行符號速率匹配處理,速率匹配參數(shù)計算單元計算出打孔(或重復(fù))的符號數(shù)為ΔN′=round((N/R)-M/2)。ΔN′如果為正,表示速率匹配裝置需執(zhí)行重復(fù)操作,|ΔN′|為重復(fù)的符號數(shù)。ΔN′如果為負,表示速率匹配裝置需執(zhí)行打孔操作,|ΔN′|為打孔的符號數(shù)。
速率匹配參數(shù)eini,eplus,emin us的計算速率匹配參數(shù)eini,eplus,emin us的計算按照速率匹配裝置執(zhí)行打孔還是重復(fù)操作分為兩種情況,在每種情況下又有比特和符號速率匹配兩種方式。
eini,eplus,emin us分別表示速率匹配算法所使用變量e的初始值、增量和減量。當ΔN′<0時,速率匹配裝置對編碼輸出進行打孔操作。索引b被用來指示系統(tǒng)序列(b=1),第一校驗序列(b=2),第二校驗序列(b=3)。
b=2時a=2
b=3時a=1 如果b=2或b=3時,ΔN值為0,則對應(yīng)的校驗序列不需要進行速率匹配。
若速率匹配裝置進行比特速率匹配處理,X=M/3;若速率匹配裝置進行符號速率匹配處理,X=M/6」。
q=X/|ΔN|」eini=Xmod(a×X),如果eini=0,則eini=a×X。
eplus=a×Xemin us=a×|ΔN|當ΔN′>0時,速率匹配裝置對編碼輸出進行重復(fù)操作。此時,速率匹配參數(shù)計算如下a=2ΔN=ΔN′若速率匹配裝置進行比特速率匹配處理,X=M;若速率匹配裝置進行符號速率匹配處理,X=M/2。
eini=1mod(a×X)eplus=a×Xemin us=a×|ΔN|2.數(shù)據(jù)組合單元數(shù)據(jù)組合單元對雙二進制咬尾Turbo母碼編碼器的編碼輸出進行組合,并根據(jù)速率匹配裝置對編碼輸出進行打孔還是重復(fù)操作,將編碼輸出分別組合成三路或一路。
若速率匹配裝置對編碼輸出進行打孔操作,則數(shù)據(jù)組合單元對雙二進制咬尾Turbo母碼編碼器的編碼輸出組合成三路,如圖6所示,在此情況下又分比特速率匹配和符號速率匹配處理兩種方式。下面分別介紹數(shù)據(jù)組合單元在打孔模式下,比特速率匹配和符號速率匹配處理兩種方式下的工作過程
①數(shù)據(jù)組合單元在比特速率匹配方式下的工作過程雙二進制咬尾Turbo母碼編碼器的輸出為二進制序列A(A1,…,AN),B(B1,…,BN),Y1(Y11,…,Y1N),W1(W11,…,W1N),Y2(Y21,…,Y2N),W2(W21,…,W2N)。設(shè)組合后三路比特序列為xb,1,xb,2,xb,3,…xb,X,其中b表示上面定義的三路序列(b=1,2,3),X是經(jīng)組合后的比特序列長度,X=2N。比特序列xb和雙二進制咬尾Turbo母碼編碼器的輸出有如下關(guān)系x1=A1B1A2B2…ANBNx2=Y(jié)11W11Y12W12…Y1NW1Nx3=Y(jié)21W21Y22W22…Y2NW2N其中xb,k表示對應(yīng)比特序列中的一個比特。但三路比特序列不限于上述形式,序列x1可為序列A和B的任意排列組合;序列x2和序列x3中相同下標的Y與W的位置可以同時相互交換,序列x2和序列x3也可以交換。
②數(shù)據(jù)組合單元在符號速率匹配方式下的工作過程雙二進制咬尾Turbo母碼編碼器的輸出為二進制序列A(A1,…,AN),B(B1,…,BN),Y1(Y11,…,Y1N),W1(W11,…,W1N),Y2(Y21,…,Y2N),W2(W21,…,W2N)。設(shè)組合后三路符號序列為yb,1,yb,2,yb,3,…yb,X,其中b表示上面定義的三路序列(b=1,2,3),Y是經(jīng)組合后的符號序列長度,Y=N。則符號序列yb和雙二進制咬尾Turbo編碼器的輸出有如下關(guān)系y1=A1B1A2B2…ANBNx1,k=(AkBk)y2=Y(jié)11Y21Y12Y22…Y1NY2Nx2,k=(Y1kY2k)y3=W11W21W12W22…W1NW2Nx3,k=(W1kW2k)其中yb,k表示對應(yīng)符號序列中的一個符號,一個符號包含兩個比特。但三路符號序列不限于上述形式,三路序列中符號內(nèi)可以相互交換,符號序列y1符號間可為任意排列組合,符號序列y2和y3可以交換。
若速率匹配裝置對編碼輸出進行重復(fù)操作,數(shù)據(jù)組合單元對雙二進制咬尾Turbo母碼編碼器的輸出組合成唯一一路,如圖7所示,在此情況下又分比特速率匹配和符號速率匹配處理兩種方式。下面分別介紹數(shù)據(jù)組合單元在重復(fù)模式下,比特速率匹配和符號速率匹配處理兩種方式下的工作過程①數(shù)據(jù)組合單元在比特速率匹配方式下的工作過程雙二進制咬尾Turbo母碼編碼器的輸出為二進制序列A(A1,…,AN),B(B1,…,BN),Y1(Y11,…,Y1N),W1(W11,…,W1N),Y2(Y21,…,Y2N),W2(W21,…,W2N)。設(shè)組合后的一路比特序列為x1,1,x1,2,x1,3,…x1,X,X=6N。數(shù)據(jù)組合單元輸出為按序列A、Y1、Y2、B、W1、W2的順序從中依次取出一個比特,則輸出比特序列為x1=A1Y11Y21B1W11W21…ANY1NY2NBNW1NW2N其中x1,k表示比特序列中的一個比特。但序列A、B、Y1、W1、Y2和W2的排列次序不限于A、Y1、Y2、B、W1、W2,可為上述次序的一個排列組合。
②數(shù)據(jù)組合單元在符號速率匹配方式下的工作過程雙二進制咬尾Turbo母碼編碼器的輸出為二進制序列A(A1,…,AN),B(B1,…,BN),Y1(Y11,…,Y1N),W1(W11,…,W1N),Y2(Y21,…,Y2N),W2(W21,…,W2N)。設(shè)組合后的一路符號序列為x1,1,x1,2,x1,3,…x1,X,X=3N。數(shù)據(jù)組合單元輸出為按序列A、B、Y1、Y2、W1、W2的順序從中依次取出一個比特,則輸出比特序列為x1=(A1B1)(Y11Y21)(W11W21)…(ANBN)(Y1NY2N)(W1NW2N)其中x1,k表示符號序列中第k個符號,即上式中第k個括號。一個符號包含兩個連續(xù)比特。但序列A、B、Y1、W1、Y2和W2的排列次序不限于A、B、Y1、Y2、W1、W2,在上述次序中符號內(nèi)A和B,Y1和Y2,W1和W2分別可以交換,符號間(AB)、(Y1Y2)和(W1W2)之間也可以相互交換。
3.速率匹配處理單元若速率匹配裝置對編碼輸出進行打孔操作,需要調(diào)用速率匹配算法對b=2,3兩路校驗序列進行打孔,而對b=1第一路系統(tǒng)序列不進行打孔。
打孔模式速率匹配算法如下設(shè)置變量e初值,e=eini
設(shè)置索引號m=1當m≤X時(X的含義參考數(shù)據(jù)組合單元中的描述),重復(fù)執(zhí)行如下三步處理(1)e=e-eminus(2)判斷變量e是否小于等于0,如果e小于等于0,將xb,m打掉,并更新變量ee=e+eplus;如果e大于0,則不作處理。
(3)索引號m加1。
結(jié)束若速率匹配裝置對編碼輸出進行重復(fù)操作,需要調(diào)用速率匹配算法對b=1唯一一路序列進行重復(fù)。
重復(fù)模式速率匹配算法如下設(shè)置變量e初值,e=eini設(shè)置索引號m=1當m≤X時(X的含義參考數(shù)據(jù)組合單元中的描述),重復(fù)執(zhí)行如下三步處理(1)e=e-eminus(2)判斷變量e是否小于等于0,如果e小于等于0,重復(fù)xb,m,并更新變量ee=e+eplus;如果e大于0,則不作處理。
(3)索引號m加1。
結(jié)束需要注意的是在上述打孔或重復(fù)中,若速率匹配裝置采用比特速率匹配,則打孔或重復(fù)的處理單位為比特,若速率匹配裝置采用符號速率匹配,則打孔或重復(fù)的處理單位為符號。
4.數(shù)據(jù)合并單元當速率匹配裝置對編碼輸出進行打孔操作時,數(shù)據(jù)合并單元將經(jīng)速率匹配算法處理后的三路輸出序列進行并串變換;當速率匹配裝置對編碼輸出進行重復(fù)操作時,數(shù)據(jù)合并單元將速率匹配算法處理后的唯一一路數(shù)據(jù)直接輸出。
至此,輸出序列就是滿足所需碼率的雙二進制咬尾Turbo編碼器的編碼輸出。
本發(fā)明首次提出了可以支持任意碼率和任何偶數(shù)信息分組長度編碼的雙二進制咬尾Turbo編碼解決方案。本發(fā)明解決了現(xiàn)有雙二進制咬尾Turbo編碼只能實現(xiàn)某些特定碼率和某些特定信息分組長度編碼問題。本發(fā)明成功地將雙二進制咬尾Turbo母碼編碼技術(shù)和速率匹配技術(shù)結(jié)合起來,尤其是適用于3GPP系列標準。
本發(fā)明用3GPP25.222協(xié)議中Turbo碼內(nèi)交織器代替雙二進制咬尾Turbo碼內(nèi)交織的符號間交織器,從而克服了雙二進制咬尾Turbo碼對于特定輸入信息分組長度,都需存儲相應(yīng)交織參數(shù)的缺點,節(jié)省了存儲器需求,同時可以實現(xiàn)對任意偶數(shù)信息分組進行編碼,擴大了可輸入信息分組長度的范圍。同時將編碼輸出進行速率匹配,可以靈活的實現(xiàn)任意所需碼率的輸出,擴大了編碼的應(yīng)用靈活性和應(yīng)用范圍。
采用本發(fā)明所述方法和裝置,與現(xiàn)有二進制尾比特Turbo編碼相比,提高了性能(高碼率的時候更加明顯),譯碼的吞吐量增加了一倍,譯碼延遲減少了一倍,消除了譯碼的“差錯平底”現(xiàn)象。所以,使用本發(fā)明的裝置和方法,可以提高通信系統(tǒng)的容量,減少通信發(fā)送機的功率,提高系統(tǒng)的覆蓋,增加系統(tǒng)基帶的吞吐量,所以有很好的應(yīng)用前景。
權(quán)利要求
1.一種雙二進制咬尾Turbo碼編碼的裝置,包括第一分量碼編碼器,用于對系統(tǒng)輸入的雙二進制信息比特序列進行編碼,并生成兩路二進制校驗比特序列;第二分量碼編碼器,用于對輸入的雙二進制信息比特序列進行編碼,并生成兩路二進制校驗比特序列;碼內(nèi)交織器,包括符號間交織模塊和用于對系統(tǒng)輸入的雙二進制信息比特序列依次每隔一對數(shù)據(jù),進行該雙二進制信息比特序列的數(shù)據(jù)內(nèi)部交換的符號內(nèi)交織模塊;其中,所述的第一分量碼編碼器和所述的第二分量碼編碼器并聯(lián),所述的碼內(nèi)交織器的輸入端與所述第一分量碼編碼器的輸入端并聯(lián),所述碼內(nèi)交織器的輸出端與所述第二分量碼編碼器的輸入端串聯(lián);其特征在于,所述符號間交織模塊包括交織單元,用于接收經(jīng)過符號內(nèi)交織模塊數(shù)據(jù)內(nèi)部交換的雙二進制比特序列,并將該序列按行構(gòu)造出交織矩陣;置換單元,用于對經(jīng)過交織單元構(gòu)造出的交織矩陣執(zhí)行行內(nèi)置換和行間置換,并將交織后的雙二進制信息比特序列發(fā)送到第二分量編碼器。
2.按照權(quán)利要求1所述的一種雙二進制咬尾Turbo碼編碼的裝置,其特征在于,所述的雙二進制咬尾Turbo碼編碼的裝置還包括速率匹配裝置,用于接收系統(tǒng)、第一分量編碼器和第二分量編碼器輸出的序列,并將該序列進行速率匹配,以獲得所需碼率。
3.按照權(quán)利要求2所述的一種雙二進制咬尾Turbo碼編碼的裝置,其特征在于,所述的速率匹配裝置包括速率匹配參數(shù)計算單元,用于根據(jù)輸入的比特或符號序列長度和所需產(chǎn)生的碼率,計算打孔或重復(fù)的比特數(shù)或符號數(shù)和相對應(yīng)的速率匹配參數(shù);數(shù)據(jù)組合單元,用于對輸入的比特或符號序列進行組合,并判斷是需要進行打孔還是重復(fù),如果需要打孔,則組合成三路,第一路為系統(tǒng)序列,第二、第三路為校驗序列,如果需要重復(fù),則將比特或符號序列組合成一路;速率匹配處理單元,用于根據(jù)速率匹配參數(shù)和計算輸入比特或符號序列中打孔或重復(fù)的位置,對輸入的比特或符號序列進行打孔或重復(fù)操作;數(shù)據(jù)合并單元,用于對經(jīng)過速率匹配處理后的三路或是一路的序列進行并串變換。
4.一種雙二進制咬尾Turbo碼編碼的方法,其特征在于,包括以下步驟(1)系統(tǒng)將雙二進制信息比特序列發(fā)送到第一分量編碼器、碼內(nèi)交織器和速率匹配裝置中;(2)第一分量編碼器對輸入的雙二進制信息比特序列進行編碼,生成兩路二進制校驗比特序列,并將此校驗比特序列發(fā)送到速率匹配裝置;(3)符號內(nèi)交織模塊將雙二進制信息比特序列依次每隔一對數(shù)據(jù),進行該雙二進制信息比特序列的數(shù)據(jù)內(nèi)部交換;(4)符號間交織模塊將經(jīng)過內(nèi)部交換的符號序列按行構(gòu)造交織矩陣,執(zhí)行行內(nèi)置換和行間置換,將置換后的矩陣輸出,并發(fā)送到第二分量編碼器;(5)第二分量編碼器對輸入的雙二進制信息比特序列進行編碼,并生成兩路二進制校驗比特序列,并將此校驗比特序列發(fā)送到速率匹配裝置;(6)速率匹配裝置對系統(tǒng)、第一分量編碼器和第二分量編碼器的輸出序列進行速率匹配,獲得所需碼率。
5.按照權(quán)利要求4所述的一種雙二進制咬尾Turbo碼編碼的方法,其特征在于,所述的步驟(6)具體為(i)速率匹配參數(shù)計算單元根據(jù)輸入速率匹配裝置的編碼比特序列長度和所需產(chǎn)生的碼率,計算打孔或重復(fù)的比特數(shù)或符號數(shù)和相對應(yīng)的速率匹配參數(shù);(ii)數(shù)據(jù)組合單元對輸入速率匹配裝置的編碼序列進行組合,判斷需要進行打孔或是重復(fù),如果需進行打孔,則組合成三路,第一路為系統(tǒng)序列,第二、第三路為校驗序列,如果需進行重復(fù),則只將編碼序列組合成一路;(iii)速率匹配處理單元應(yīng)用速率匹配算法,根據(jù)速率匹配參數(shù)和計算輸入序列中打孔或重復(fù)的位置,對輸入序列進行打孔或重復(fù)操作;(iv)數(shù)據(jù)合并單元對經(jīng)過速率匹配后的三路或一路序列進行并串變換,輸出序列為一信息分組長度下,滿足所需碼率的編碼輸出。
6.按照權(quán)利要求5所述的一種雙二進制咬尾Turbo碼編碼的方法,其特征在于,所述的步驟(i)具體為速率匹配參數(shù)計算單元根據(jù)輸入速率匹配裝置的編碼比特序列長度和所需產(chǎn)生的碼率,執(zhí)行比特速率匹配處理或符號速率匹配處理;若速率匹配裝置執(zhí)行比特速率匹配,則速率匹配參數(shù)計算單元計算打孔或重復(fù)的比特數(shù)和對應(yīng)該比特數(shù)的速率匹配參數(shù);若速率匹配裝置執(zhí)行符號速率匹配,則速率匹配參數(shù)計算單元計算打孔或重復(fù)的符號數(shù)和對應(yīng)該符號數(shù)的速率匹配參數(shù);其中,所述的比特速率匹配處理是在速率匹配處理單元中以比特為重復(fù)或打孔的最小單位,符號速率匹配處理是在速率匹配處理單元中以符號為重復(fù)或打孔的最小單位。
7.按照權(quán)利要求6所述的一種雙二進制咬尾Turbo碼編碼的方法,其特征在于,所述的步驟(ii)具體為數(shù)據(jù)組合單元對輸入速率匹配裝置的編碼序列進行組合,判斷需要進行打孔或是重復(fù);如果判斷結(jié)果是需進行重復(fù),則執(zhí)行比特速率匹配處理或符號速率匹配處理,若采用比特速率匹配處理,則數(shù)據(jù)組合單元按照序列A(A1,…,AN)、Y1(Y11,…,Y1N)、Y2(Y21,…,Y2N)、B(B1,…,BN)、W1(W11,…,W1N)、W2(W21,…,W2N)的任意排列順序從中依次取出一個比特,經(jīng)組合后得到一路輸出比特序列;若采用符號速率匹配處理,則數(shù)據(jù)組合單元輸出為按序列A(A1,…,AN)、Y1(Y11,…,Y1N)、Y2(Y21,…,Y2N)、B(B1,…,BN)、W1(W11,…,W1N)、W2(W21,…,W2N)的任意排列順序從中依次取出兩個組成一組比特,經(jīng)組合后得到一路包括多組比特的輸出符號序列,所述的每組比特為一個符號,比特數(shù)據(jù)在符號內(nèi)能夠相互置換,符號之間也能夠相互置換;如果判斷結(jié)果是需進行打孔,則執(zhí)行比特速率匹配處理或符號速率匹配處理,若采用比特速率匹配處理,則數(shù)據(jù)組合單元將序列A(A1,…,AN)、B(B1,…,BN)任意組合成一路比特序列x1,Y1(Y11,…,Y1N)、W1(W11,…,W1N)組合成一路比特序列x2,Y2(Y21,…,Y2N)、W2(W21,…,W2N)組合為一路輸出的比特序列x3后,得到三路輸出的比特序列為x1=A1B1A2B2…ANBNx2=Y(jié)11W11Y12W12…Y1NW1Nx3=Y(jié)21W21Y22W22…Y2NW2N所述的x1為系統(tǒng)序列,所述x2和x2為校驗序列,所述序列x2和x3相同下標的比特數(shù)據(jù)能夠同時進行交換,序列x2和序列x3也能夠相互交換;若采用符號速率匹配處理,則數(shù)據(jù)組合單元將序列A(A1,…,AN)、B(B1,…,BN)任意組合成一路符號序列y1,Y1(Y11,…,Y1N)、Y2(Y21,…,Y2N)組合成一路符號序列y2,W1(W11,…,W1N)、W2(W21,…,W2N)組合為一路輸出的符號序列y3后,得到三路輸出的符號序列為y1=(A1B1)(A2B2)…(ANBN)y2=(Y11Y21)(Y12Y22)…(Y1NY2N)y3=(W11W21)(W12W22)…(W1NW2N)所述的y1為系統(tǒng)序列,所述的y2y3為校驗序列,所述y1y2y3括號中任意一組比特數(shù)據(jù)為一個符號,所述y1y2y3中任意一個符號內(nèi)部比特數(shù)據(jù)能夠相互交換,所述y1任意一組比特數(shù)據(jù)在符號間能夠相互置換,所述y2和y3也能夠相互置換;其中,所述的A(A1,…,AN)、B(B1,…,BN)為雙二進制咬尾Turbo母碼編碼器輸出的系統(tǒng)比特序列,所述的Y1(Y11,…,Y1N),W1(W11,…,W1N)為第一分量碼編碼器輸出的比特序列,所述的Y2(Y21,…,Y2N),W2(W21,…,W2N)為第二分量碼編碼器輸出的比特序列。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙二進制咬尾Turbo碼編碼方法和裝置,為解決現(xiàn)有技術(shù)不能靈活的支持任何偶數(shù)信息分組長度和任意碼率的問題而發(fā)明。本發(fā)明的裝置包括第一分量碼編碼器、第二分量碼編碼器、符號交織器、速率匹配裝置。本發(fā)明的方法包括以下步驟系統(tǒng)將比特序列發(fā)送到第一分量編碼器、符號交織器和速率匹配裝置中;第一分量編碼器生成校驗比特序列;碼內(nèi)交織器依次每隔一對數(shù)據(jù),進行數(shù)據(jù)內(nèi)部交換;構(gòu)造交織矩陣,執(zhí)行行內(nèi)行間置換;第二分量編碼器生成兩路校驗比特序列;速率匹配裝置對系統(tǒng)、第一分量編碼器和第二分量編碼器的輸出比特序列進行數(shù)率匹配,獲得所需碼率。這樣,可以靈活的支持任何偶數(shù)信息分組長度和任意碼率。
文檔編號H03M13/00GK101083512SQ20061008382
公開日2007年12月5日 申請日期2006年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月2日
發(fā)明者包國平, 徐俊, 胡留軍 申請人:中興通訊股份有限公司
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