專利名稱：Turbo譯碼器中前向遞推概率獲取方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種應用于turbo譯碼器中的前向遞推概率獲取方法，屬于糾錯碼領域。
背景技術：
turbo碼是一種譯碼性能優(yōu)越的前向糾錯碼，自1993年由C. Berrou, A. Glavieux和P. Thitimajshiwa三人在瑞士日內瓦舉辦的通信國際年會(ICC)上提出以來，立刻備受關注。目前，Turbo碼已經成功地應用到磁介質光介質數(shù)據(jù)存儲、多媒體和有線、無線、光纖、星載通信等多個領域。Turbo譯碼過程如

圖1所示，首先對一幀長度為N的數(shù)據(jù)正向地計算前向遞推概率，然后反向地計算后向遞推概率，最后再反向地計算后驗概率。后驗概率根據(jù)前向、后向遞推概率來計算，且后向遞推概率和后驗概率的計算順序都是反向的，它們可以同時計算， 因此Turbo譯碼過程必須先正向獲取前向遞推概率并保存，然后供反向計算后驗概率時使用。圖2是3GPP LTE通信協(xié)議采用的Turbo譯碼網格圖和編碼網格圖，譯碼是編碼的逆過程，一個Turbo譯碼器必須有與之相應的Turbo編碼器，譯碼網格圖和編碼網格圖必須相同。圖2中箭頭方向是網格圖的正向，與箭頭相反的方向是網格圖的反向，前向遞推概率按照正向獲取，后向遞推概率按照反向獲取。網格圖中，圓圈表示每個時刻的狀態(tài)，狀態(tài)的個數(shù)由通信協(xié)議采用的Turbo編碼器決定，狀態(tài)的個數(shù)G等于2d，D是與Turbo譯碼器相應的編碼器中寄存器單元的個數(shù)，那么每個狀態(tài)可以用D位的二進制整數(shù)表示，如3GPP LTE 協(xié)議編碼器中延遲單元個數(shù)是3，那么狀態(tài)的個數(shù)就是8個，即000、001、……、111，也可以
表示為SpS1........S7，箭頭表示從k時刻到k+Ι時刻的狀態(tài)跳轉，稱之為路徑，每條跳轉
路徑上的乂1;/ 1#4表示的是1^時刻輸入為)(1;，輸出為？1丨4，)(1;，？11;，？4 e {0，1}。例如，網格圖中k時刻的狀態(tài)是S2，假設輸入&為0，那么k時刻的狀態(tài)就按照)(k/PlkP4等于0/10 路徑跳轉到k+Ι時刻的狀態(tài)^。圖2中的虛線表示輸入&為0，實線表示輸入&為1。k+Ι時刻狀態(tài)s的前向遞推概率與k時刻規(guī)約到狀態(tài)s的路徑有關，如圖2中k+1 時刻S0狀態(tài)的前向遞推概率就與k時刻的S0和A狀態(tài)有關，因為k時刻的S0和A狀態(tài)分別有一條路徑規(guī)約到k+Ι時刻的^狀態(tài)。設規(guī)約到k+Ι時刻狀態(tài)s在k時刻的狀態(tài)分別為s/和，獲取k+Ι時刻狀態(tài)s的前向遞推概率^㈣的簡化公式為Am = max ((Λa+r^kl(Α'Λ+r^k))+/iOT公式一公式一是對Turbo譯碼算法簡化后的公式，稱之為MaX*-Log-MAP算法。其中的
As,k+1是k+Ι時刻狀態(tài)s的前向遞推概率，s e {Sq、S1........sj，A1J和^^分別是k時
刻狀態(tài)s/和的前向遞推概率， υτ是為了補償公式簡化時丟失的精度，稱之為查找表 LUT(Look-Up Table)函數(shù)，如圖7中的曲線示意的就是 ·ωτ函數(shù)。是圖2中每條路徑的分支量度，它的計算公式為rs^k=m(Xk)L(Xk) + Lc(m(Xk)yf +m(Plk)ypkl + (巧力廠訟式二公式二中s' e{s' ”s' J，系統(tǒng)信息<、校驗信息Λ"和>f是從無線信道接收到的信息，m(Xk)是圖2輸入比特&經過反相調制(0調制到1 ;1調制到-1)后的信息，m(Plk)和m(P2k)是輸出比特Plk和P2k經過調制后的信息，即m(Xk)，m(Plk)，m(P2k) e {1，-1}，Lc 是信道置信度，先驗信息L(Xk)是Turbo譯碼時的反饋信息。對一幀長度為N的數(shù)據(jù)，根據(jù)圖2網格圖的正向重復計算N-I次，即完成前向遞推概率的獲取過程。前向遞推概率存儲器的寬度B有限，采用二進制補碼時，前向遞推概率存儲器保存的前向遞推概率值的范圍是-滬―1 2^-1。從公式一看出獲取前向遞推概率是不斷疊加的過程，不可避免地會導致計算的前向遞推概率值超出-Ζ—1 的范圍，使前向遞推概率存儲器保存的前向遞推概率值發(fā)生錯誤，降低正確性。圖3是傳統(tǒng)獲取前向遞推概率的流程圖，分為下列幾個步驟。第一步初始化時刻計數(shù)值k = 0。將k = 0時刻％狀態(tài)的前向遞推概率式。，。設置
為0，將k = ο時刻Sl、&........Sg^1狀態(tài)的前向遞推概率今，。、42，。、......、4@。都設置
成-2B-1，B是前向遞推概率值的寬度，G等于2d，D為Turbo編碼器中寄存器單元的個數(shù)。第二步從k時刻開始，根據(jù)公式一獲取k+Ι時刻G個狀態(tài)的前向遞推概率 、AiMI、......、°第三步找出第二步得到的k+Ι時刻G個前向遞推概率中的最大值Max Ak+1。實現(xiàn)查找最大值的硬件復雜度與G有關，因為硬件查找多個值的最大值時采用的是2選1的查找邏輯分級查找，級數(shù)為log『。查找邏輯中2選1查找邏輯的級數(shù)為log『，假設一級2選1查找邏輯的延遲是 τ max，完成第二步總的延遲是log『χ rmax。如圖4所示，假設G等于8，那么查找8個前向遞推概率中的最大值，需要3級2選1的查找邏輯，完成第二步總的延遲是3 X τ_。第四步前向遞推概率防溢出處理。將第二步得到的G個前向遞推概率
A0Mi > 4#+1、......、都減去第三步找出的最大前向遞推概率Max Ak+1，得到k+1時
刻G個新的前向遞推概率“棚―么，柏、^w_ASiM1、......> new_Asoimi。設減法操作的延遲
是Tsub，傳統(tǒng)方法獲取一個時刻的前向遞推概率的時間開銷是3X τ_+τ-。第五步保存第四步計算得到的k+Ι時刻G個防溢出處理后的新的前向遞推概率 new_As<jMl , new_AhMl , ......、《棚―Am糾到前向遞推概率存儲器。第六步k= k+1。第七步判斷k是否等于N-l，N為一幀數(shù)據(jù)長度如果不等于，轉第二步；如果等
于？結束ο傳統(tǒng)獲取前向遞推概率的過程有兩個缺點一是前向遞推概率存儲器必須容量大，假設每個前向遞推概率值的寬度是B，那么前向遞推概率存儲器總容量為GXBXN。尤其是隨著通信協(xié)議的不斷發(fā)展，N值越來越大，前向遞推概率所需要的存儲空間也越來越大。第二個缺點是時間開銷大，主要是第二步查找G個前向遞推概率最大值需要log『級邏輯來實現(xiàn)，導致總的時間開銷是log『xrmax +Tsub。針對傳統(tǒng)計算方法的第一個缺點，相關學者提出滑窗算法以減少前向遞推概率存儲器容量，如圖5所示?；八惴▽⒁粠L度為N的待譯碼數(shù)據(jù)分成S個段，稱之為“窗”， 每個窗的長度為W，即N = SW。滑窗算法的流程如圖6所示，分為下列步驟。第一步初始化窗計算值j = 1。第二步初始化時刻計數(shù)值k = 0 ；將k = 0時刻S0狀態(tài)的前向遞推概率么，。設置為0，將k = ο時刻Sl、&........Sg^1狀態(tài)的前向遞推概率今，。、42，。、......、4@。都設置
成-2B-1，B是前向遞推概率值的寬度，G等于2d，D為Turbo編碼器中寄存器單元的個數(shù)。第三步從窗j的k時刻開始，根據(jù)公式一獲取k+1時刻G個狀態(tài)的前向遞推概率 、AiMI、......、°第四步找出A。，w、\mi ^ ......、沖的最大值Max Ak+1。第五步將第三步得到的G個前向遞推概率A。，w、AlMi >……、4^+1都減去第四步找出的最大前向遞推概率Max Ak+1，得到k+1時刻G個新的前向遞推概率，即 new^A0Mi ^ new-AlMi ^ ......、new-Aa^Mi °第六步保存第五步得到的G個防溢出處理后的前向遞推概率到前向遞推概率存儲器。第七步k= k+1。第八步判斷k是否等于W-1，如果不等于，轉第三步；如果等于，跳到第九步。第九步j= j+l。第十步判斷j是否等于S，如果不等于，轉第二步；如果等于，結束。采用滑窗算法后，前向遞推概率存儲總的容量減小為GXBXW，但是前向遞推概率計算的時間開銷仍然是log『hmax +Tsub。

發(fā)明內容
針對滑窗算法獲取前向遞推概率的兩個缺點一是需要的前向遞推概率存儲容量大，總容量仍為GXBXW，二是前向遞推概率獲取的時間開銷大，總的時間開銷是 Iog^xrmax +r^，提出一種新的前向遞推概率獲取方法，既減小前向遞推概率存儲容量，又減少時間開銷。本發(fā)明的技術方案包括以下步驟第一步初始化窗計算值j = 1。第二步初始化時刻計數(shù)值k = 0。將k = 0時刻％狀態(tài)的前向遞推概率式。，。設置
為0，將k = ο時刻Sl、&........Sg^1狀態(tài)的前向遞推概率今，。、42，。、......、4@。都設置
成-滬、B是前向遞推概率值的寬度，G等于2d，D為Turbo譯碼器相應的Turbo編碼器中寄存器單元的個數(shù)。第三步從窗j的k時刻開始，根據(jù)公式一獲取k+1時刻G個狀態(tài)的前向遞推概率大+1、 AlMi Λ ......、 ^ολΜΙ 。公式一中的 υτ因子量化成偶數(shù)( ωτ。對Turbo譯碼算法進行簡化時，相關學者提出Max-Log-MAP算
法，如公式一，s e {s0, S1........sG_J,將獲取前向遞推概率簡化為
a^ = ^^/(人’ +&,‘)，Oi2J'BP fLUT因子等于0，這種方法的誤碼率性能仍然
很高，在現(xiàn)代通信領域應用廣泛。而傳統(tǒng)的Max*-Log-MAP算法對fLUT因子進行奇偶量化，對誤碼率性能的提高不是很明顯，但是增加了硬件復雜度。本發(fā)明采取只對因子進行偶數(shù)量化的方法，誤碼率性能介于Max-Log-MAP算法和傳統(tǒng)的MaX*-Log-MAP算法，既保持了高的誤碼率性能，又不會大幅增加硬件復雜度，對誤碼率性能需求高的應用場合仍然適用。第四步將第三步得到的G個前向遞推概率Α。μ、Λ Mi 、 、(包括S0狀態(tài)的前向遞推概率Λ。# )都減去狀態(tài)S0的前向遞推概率Λ。#，即得到G個新的前向
遞推概率
權利要求
1. 一種Turbo譯碼器中前向遞推概率獲取方法，其特征在于包括以下步驟 第一步初始化窗計算值j = 1 ；第二步初始化時刻計數(shù)值k = 0，將k = 0時刻％狀態(tài)的前向遞推概率式。，。設置為0，將k = 0時刻S1^2........11狀態(tài)的前向遞推概率<。、42，。、……、4_。都設置成 B是前向遞推概率值的寬度，G等于2d，D為Turbo譯碼器相應的Turbo編碼器中寄存器單元的個數(shù)。第三步從窗j的k時刻開始，根據(jù)公式一獲取k+1時刻G個狀態(tài)的前向遞推概率大+1、 AlMi Λ ......、 ^ολΜΙ ，公式一中的 υτ因子量化成偶數(shù)Quit，即Am = max^A,^ + rSl^kX (A1^k ++ fLm 公式一公式一中的As,k+1是k+Ι時刻狀態(tài)S的前向遞推概率，S e {Sq、Si........SeJ，Λ,太和分別是k時刻狀態(tài)S/和s2’的前向遞推概率，S1'和s2’是規(guī)約到k+Ι時刻狀態(tài)S在 k時刻的狀態(tài)， ·ωτ是為了補償公式簡化時丟失的精度，稱為查找表LUT函數(shù)，Ys, — s,k是 Turbo譯碼網格圖中每條路徑的分支量度，計算公式為rs^k=m(Xk)L(Xk) + Lc(m(Xk)yf +m(Plk)ypkl + (巧力廠訟式二公式二中s' e{s' 1>s' 2}，系統(tǒng)信息>^、校驗信息和>f是從無線信道接收到的信息，m(Xk)是Turbo譯碼網格圖輸入比特&經過反相調制后的信息，m(Plk)和m(P2k)是輸出比特Plk和P2k經過調制后的信息，即m(Xk)，m(Plk) ,m(P2k) e {1,-1},Lc是信道置信度， 先驗信息L(Xk)是Turbo譯碼時的反饋信息；第四步將第三步得到的G個前向遞推概率A。，w、、……、、’秘都減去狀態(tài)％的前向遞推概率A。，w，得到G個新的前向遞推概率皿W — ASoM1、new_AhMl、......、new_ Asai k+l，處理后k時刻的浙評―式。M1始終等于0，^w _ ASiM1 , ......、《棚—人刺全部是偶數(shù)；第五步保存第四步得到的G-I個防溢出處理后的非零狀態(tài)的前向遞推概率到前向遞推概率存儲器，即保存k+l時刻"— — Λ一、""“、^^―人.…的非最低位，它們的最低位都是0，不保存，即只保存B-I位，而“· —Λ。μ等于0，不保存； 第六步k = k+l ；第七步判斷k是否等于W-I，如果不等于，轉第三步；如果等于，跳到第八步； 第八步j = j+1 ；第九步判斷j是否等于S，如果不等于，轉第二步；如果等于，結束。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種Turbo譯碼器中獲取前向遞推概率的方法，目的是減少前向遞推概率存儲容量，并減少時間開銷。技術方案是在獲取每個時刻的前向遞推概率時，將此時刻所有狀態(tài)的前向遞推概率都減去0狀態(tài)的前向遞推概率，保證所有時刻非0狀態(tài)的前向遞推概率都是偶數(shù)，同時也保證所有時刻所有狀態(tài)的前向遞推概率不會溢出，避免了傳統(tǒng)方法中通過減去前向遞推概率中的最大值來防溢出時所帶來的存儲面積開銷和邏輯延遲。采用本發(fā)明可使得前向遞推概率存儲器容量減小為(G-1)×(B-1)×W，且使得獲取一個時刻的前向遞推概率的時間開銷只有τsub，極大地提高了譯碼速率，同時，通過實驗模擬仿真，本發(fā)明也可保證與傳統(tǒng)方法一樣的誤碼率性能。
文檔編號H03M13/27GK102270992SQ201110072169
公開日2011年12月7日 申請日期2011年3月24日 優(yōu)先權日2011年3月24日
發(fā)明者萬江華, 劉威, 孫永節(jié), 許邦建, 郭陽, 陳書明, 陳勝剛 申請人:中國人民解放軍國防科學技術大學