一種提高Turbo碼MAP譯碼性能的方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種提高Turbo碼MAP譯碼性能的方法及裝置。本發(fā)明能明顯提高Turbo碼MAP譯碼性能。圖3給出了Turbo碼譯碼迭代次數(shù)n為4次和8次，分別采用常規(guī)MAP譯碼算法和采用重編碼方法時的譯碼性能曲線。其中，碼率R＝1/2，0dB＜Eb/N0＜2dB，幀長N＝1000，采用64×64的偽隨機(jī)交織。如圖2所示，在相同的信噪比情況下，重編碼方法取得比常規(guī)MAP譯碼算法更低的誤比特率BER，譯碼性能明顯提高。比如，當(dāng)譯碼迭代次數(shù)為8次，信噪比Eb/N0＝1dB時，常規(guī)MAP譯碼算法的誤比特率BER為3.37×10-3，重編碼方法誤比特率BER約是常規(guī)MAP譯碼算法的1/2。
【專利說明】—種提高Turbo碼MAP譯碼性能的方法及裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及通信技術(shù)的信息論與編碼，更具體說，它涉及一種提高Turbo碼MAP譯碼性能的方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]Turbo碼的譯碼算法分兩類:一類是最大后驗(yàn)概率算法(Maximum A Posteriori,MAP)算法以及基于MAP算法的一些修正算法；另一類則是基于Viterbi算法的軟輸出Viterbi 算法(SoftOutput Viterbi Algorithm, S0VA)以及基于 SOVA 算法的一些修正算法?？傮w上講，MAP算法以及基于MAP的一些修正算法性能更好，但實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度高。SOVA算法最簡單，但是其性能比MAP算法差。在高斯白噪聲(AWGN)信道下，MAP算法是Turbo碼最佳迭代譯碼算法。然而因這種算法的復(fù)雜度大，以至于難以實(shí)現(xiàn)，所以宜采用MAP的修正算法Log-MAP和Max-Log-MAP。但是Log-MAP和Max-Log-MAP的計(jì)算復(fù)雜度依然較大，譯碼迭代次數(shù)多，計(jì)算時延長，降低了 Turbo碼譯碼性能。目前，提高Turbo碼MAP譯碼性能的方法大都局限于對算法本身的優(yōu)化。但是這些方法并沒有使MAP譯碼性能得到較大的提升，影響了 Turbo碼技術(shù)在更多通信領(lǐng)域的應(yīng)用，尤其在時延要求低、帶寬有限、功率受限的無線通信領(lǐng)域。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種有效地減少M(fèi)AP譯碼的迭代次數(shù)，明顯縮短譯碼延遲，從而使Turbo碼譯碼器達(dá)到較為理想的誤比特率(Bit Error Rate,BER)的提高Turbo碼MAP譯碼性能的方法。
[0004]這種提高T urbo碼MAP譯碼性能的方法,包括如下步驟:
[0005]步驟1，對所有碼元經(jīng)解復(fù)用后分為信息碼Uk和校驗(yàn)碼元Vk° ;其中N為正偶整數(shù)，k=0, I,…，N-2, N-1 ；
[0006]步驟2，對于所有的信息碼元Uk進(jìn)行解調(diào)判決得到dUk ;對于所有的奇偶校驗(yàn)碼元V2k0進(jìn)行解調(diào)判決得到d V2k0 ；
[0007]步驟3，dUk進(jìn)行重編碼后生成新的奇偶校驗(yàn)比特Jk°，分解成偶數(shù)一路J2k°和奇數(shù)一路 Λη0 ；
[0008]步驟4，dV2k°和Λ:進(jìn)行碼元比較；當(dāng)dV2k° Φ rV2k°時重編碼無條件初始化為零，返回步驟2 ;
[0009]步驟5，rV2k-1° 經(jīng) BPSK 調(diào)制成 F (,V2k^10):
[0010]當(dāng)J2H0 = I 時，F(xiàn)(rV2k-10) = +a,其中 a > O ;
[0011 ]當(dāng) J2k? = O 時，F(xiàn)(rV2k-1°) = -a,其中 a > O ;
[0012]步驟6，F(xiàn)CV2k-!0)與零電平經(jīng)復(fù)用后交替輸出得到V2k?；
[0013]步驟7，V2k^10和V2k°經(jīng)復(fù)用后得出校驗(yàn)碼元Vk° ；
[0014]步驟8，對所有碼元tlUfrl)1經(jīng)解復(fù)用后分為信息碼Uk和校驗(yàn)碼元Vk1 ;其中N為正偶整數(shù)，k=0, I,…，N-2, N-1 ；
[0015]步驟9，對于所有的信息碼元Uk進(jìn)行解調(diào)判決得到dUk ;對于所有的奇偶校驗(yàn)碼元V2k1進(jìn)行解調(diào)判決得到d V2k1 ；
[0016]步驟10，dUk進(jìn)行重編碼后生成新的奇偶校驗(yàn)比特Jk1,分解成偶數(shù)一路J2k1和奇數(shù)一路Λη1 ；
[0017]步驟11，,V2k1和Ja1進(jìn)行碼元比較；當(dāng)J2k1幸,V2k1時重編碼無條件初始化為零，返回步驟2 ;
[0018]步驟12，,V2k-11 經(jīng) BPSK 調(diào)制成 FGV2H1):
[0019]當(dāng)J2H1 = I 時,FQv2H1) = +a，其中 a > O ；
[0020]當(dāng)J2H1 = O 時，F(xiàn)(J2H1) = -a,其中 a > O ;
[0021]步驟13，F(xiàn)CV2k-/)與零電平經(jīng)復(fù)用后交替輸出得到V2H1 ；
[0022]步驟14，V2k_/和V2k1經(jīng)復(fù)用后得出校驗(yàn)碼元Vk1 ；
[0023]步驟15，信息碼元Uk連同步驟7得出的Vk°和步驟14都出的Vk1 —起輸入常規(guī)MAP譯碼器進(jìn)行譯碼處理，得到譯碼后的信息碼元Uk,。
[0024]這種提高Turbo碼MAP譯碼性 能的裝置，該裝置包括:重編碼單元I和重編碼單元2 ；
[0025]所述重編碼單元I包括:
[0026]解調(diào)判決器，用于對所有的信息碼元Uk進(jìn)行解調(diào)判決得到dUk ;對所有的奇偶校驗(yàn)碼元V2k°進(jìn)行解調(diào)判決得到d V2k0 ；
[0027]重編碼器RSC3，用于對dUk進(jìn)行重編碼后生成新的奇偶校驗(yàn)比特Jk°，分解成偶數(shù)一路和奇數(shù)一路J2k?;
[0028]碼元比較器，用于對dV2k°和ΛΖ進(jìn)行碼元比較；當(dāng)dV2k° Φ rV2k°時反饋控制重編碼器RSC3，使之被無條件初始化為零，同時促使復(fù)用器I停止工作；
[0029]BPSK調(diào)制器，用于對Λη。經(jīng)BPSK調(diào)制成F (J2h°):
[0030]當(dāng)J2k? = I 時，F(xiàn)(rV2k-10) = +a,其中 a > O ;
[0031]當(dāng)J2k? = O 時，F(xiàn)(rV2k-10) = -a，其中 a > O ;
[0032]復(fù)用器1，用于對FdY)與零電平經(jīng)復(fù)用后交替輸出得到V2kY ；
[0033]復(fù)用器2，用于對V2k?和V2k°經(jīng)復(fù)用后得出校驗(yàn)碼元Vk° ；
[0034]所述重編碼單元2包括:
[0035]解調(diào)判決器，用于對所有的信息碼元Uk進(jìn)行解調(diào)判決得到dUk ;對所有的奇偶校驗(yàn)碼元V2k1進(jìn)行解調(diào)判決得到d V2k1 ；
[0036]重編碼器RSC3，用于對dUk進(jìn)行重編碼后生成新的奇偶校驗(yàn)比特Jk1,分解成偶數(shù)一路Ja1和奇數(shù)一路J2k-/ ;
[0037]碼元比較器，用于對dV2k°和ΛΖ進(jìn)行碼元比較；當(dāng)J2k1幸,V2k1時反饋控制重編碼器RSC3，使之被無條件初始化為零，同時促使復(fù)用器I停止工作；
[0038]BPSK調(diào)制器，用于對J2k-/經(jīng)BPSK調(diào)制成F (J2k-/):
[0039]當(dāng)J2H1 = I 時,FQv2H1) = +a，其中 a > O ；
[0040]當(dāng)J2H1 = O 時，F(xiàn)(J2H1) = -a,其中 a > O ;
[0041]復(fù)用器I，用于對FGV2k-/)與零電平經(jīng)復(fù)用后交替輸出得到V2k_/ ；[0042]復(fù)用器2，用于對V2k_/和V2k1經(jīng)復(fù)用后得出校驗(yàn)碼元V,1。
[0043]作為優(yōu)選:所述重編碼器RSC3與Turbo碼編碼器中的RSCl或RSC2結(jié)構(gòu)相同。
[0044]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明能明顯提高Turbo碼MAP譯碼性能。圖3給出了Turbo碼譯碼迭代次數(shù)η為4次和8次，分別采用常規(guī)MAP譯碼算法和采用重編碼方法時的譯碼性能曲線。其中，碼率R = 1/2，OdB < Eb/N0 < 2dB，幀長N = 1000，采用64X64的偽隨機(jī)交織。如圖2所示，在相同的信噪比情況下，重編碼方法取得比常規(guī)MAP譯碼算法更低的誤比特率BER，譯碼性能明顯提高。比如，當(dāng)譯碼迭代次數(shù)為8次，信噪比EbZX = IdB時，常規(guī)MAP譯碼算法的誤比特率BER為3.37 X 10_3，重編碼方法誤比特率BER約是常規(guī)MAP譯碼算法的1/2。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0045]圖1為Turbo碼編碼器結(jié)構(gòu)圖；
[0046]圖2為重編碼方法的Turbo碼MAP譯碼框圖；
[0047]圖3為重編碼方法與常規(guī)MAP譯碼性能比較圖。
【具體實(shí)施方式】
[0048]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步描述。雖然本發(fā)明將結(jié)合較佳實(shí)施例進(jìn)行描述，但應(yīng)知道，并不表示本發(fā)明限制在所述實(shí)施例中。相反，本發(fā)明將涵蓋可包含在有附后權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)的替換物、改進(jìn)型和等同物。
[0049]本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)，該技術(shù)方案稱為重編碼譯碼方法。在MAP譯碼器之前增加重編碼單元，如圖2所示，該重編碼單元由解調(diào)判決器、重編碼器RSC3 (RecursiveSystematic Convolutional , RSC,遞歸型系統(tǒng)卷積碼)、碼元比較器、BPSK調(diào)制器和復(fù)用器組成。此方法可以有效地恢復(fù)在編碼器端刪余的奇偶校驗(yàn)碼元，增加冗余碼元，增大碼的最小距離dmin，提高糾錯性能，而碼率仍保持R=l/2。本發(fā)明不但提高了 Turbo碼信息傳輸速率，而且增強(qiáng)了其糾錯能力，從而使MAP譯碼性能得到較大的提升。
[0050]如圖1所示，對于一個碼率R=l/3的Turbo碼，第k時刻信息碼元Uk，RSCl奇偶校驗(yàn)碼元 Vk°，RSC2 奇偶校驗(yàn)碼元 Vk1,可被復(fù)用為 UqVqciVq1U1V1ciV:" U(N_2)V(N_2)°VVmW，其中k=0，I,…，N-2，N-1，其中N是一個表示幀大小的偶整數(shù)。在許多帶寬有限的通信系統(tǒng)中，大都使用碼率R=l/2的Turbo碼。對于碼率R=l/2的Turbo碼，奇偶校驗(yàn)碼元Vk0和Vk1經(jīng)刪余矩陣后與Uk復(fù)用為X=U0V00U1V11…U



(N—2) V (N—2) U(N-DV^1) 1O然后對以上碼字進(jìn)行調(diào)制，并通過信道發(fā)送。這里假設(shè)調(diào)制使用二進(jìn)制相移鍵控(BPSK)，噪聲為加性高斯白噪聲(AWGN)。
[0051]如圖2所示，對于所有碼元X=UqVqciU1V11…U


(N—2) V (N—2) U(N-DV^1) 1經(jīng)解復(fù)用后分為信息碼Uk和校驗(yàn)碼元vk°。如果信息碼元Uk > O,經(jīng)解調(diào)判決后的信息碼元duk = 1，否則duk=O (下標(biāo)d表示demodulation)。同理,第一個RSC編碼器的奇偶校驗(yàn)碼元V2k°(由以上可知，Vk°=V> OV200.0...ν(Ν_2)°0.0，其中νΛ V30, -Vm0已被刪余，也就是碼元V2Htl被刪余，只剩v2k°)經(jīng)解調(diào)判決后為dV2k°。重編碼器為RSC編碼器，初始狀態(tài)強(qiáng)制為零。dUk輸入重編碼器RSC后生成新的奇偶校驗(yàn)比特Jk°，分解成偶數(shù)一路和奇數(shù)一路Ja:(下標(biāo)r表示re-encoding)，然后譯碼器端接收 到的dV2k°和重編碼器RSC重新生成的J2k°比較。[0052]如果dvQ° = rv0° 且 dv2° = rV2°,那么刪余的比特 V10 = Λ°。如果 dv2° = rv2° 且 Λ。=Λ°，那么刪余的比特V3° = Λ°。以此類推，如果Λη)0 = rv2(k-1)°且dv2k° = ΛΛ那么刪余的比特V2kY = J2k^10O此時,刪余的奇偶校驗(yàn)比特ν21^°就這樣恢復(fù)了。
[0053]J2Hci 經(jīng) BPSK 調(diào)制成 F ?ν2Η0):
[0054]當(dāng)J2k? = I 時，F(xiàn)(rV2k-1°) = +a,其中 a > O ;
[0055]當(dāng)J2H0 = O 時,FQV2H0) = -a,其中 a > O。
[0056]然后，F(xiàn)(J2kY)與零電平經(jīng)復(fù)用后交替輸出得到V21ri'即編碼時被刪余的碼元。最后，V2k?和v2k°經(jīng)復(fù)用后得出校驗(yàn)碼元vk°。
[0057]如果dV2k° Φ rV2k°時，V2k? = O。此時再繼續(xù)進(jìn)行重編碼處理已經(jīng)沒有意義。如圖2所示，在重編碼器單元I中，通過碼元比較器反饋控制重編碼器RSC，使之被無條件初始化為零。同時，碼元比較器促使復(fù)用器停止工作。采用這種方法的目的是差錯不會被傳播。接著再重新開啟重編碼、奇偶校驗(yàn)碼元比較和調(diào)制過程。
[0058]同理，刪余的奇偶校驗(yàn)比特V2k1通過重編碼器單元2 (與重編碼器單元I結(jié)構(gòu)完全 一樣)恢復(fù)v2k_/，這樣就得到了完整的奇偶校驗(yàn)比特Vk1,如圖1所示。最后，信息碼元Uk連同恢復(fù)的完整奇偶校驗(yàn)比特vk°和Vk1 —起輸入常規(guī)MAP譯碼器進(jìn)行譯碼處理，就可以得到譯碼后的信息碼元Uk'。
[0059]由以上對重編碼方法的過程分析可知，重編碼方法可以有效地恢復(fù)原來刪余的奇偶校驗(yàn)比特，也就是得到了原來碼率R=l/3時的全部完整奇偶校驗(yàn)比特。和常規(guī)MAP譯碼 相比，重編碼方法增加了一半的冗余碼，意味著糾錯性能的提高，而碼率也從R=l/3提高到R=l/2。因此，采用重編碼方法，不但提高了 Turbo碼碼元傳輸效率，而且也明顯加強(qiáng)了糾錯能力。
【權(quán)利要求】
1.一種提高Turbo碼MAP譯碼性能的方法，其特征在于:包括如下步驟: 步驟1，對所有碼元X=UciVciciU1V11…U

(N—2) V (N—2) U(N-DV^1) 1經(jīng)解復(fù)用后分為信息碼Uk和校驗(yàn)碼元Vk° ;其中N為正偶整數(shù)，k=0, I,…，N-2, N-1 ； 步驟2，對于所有的信息碼元Uk進(jìn)行解調(diào)判決得到dUk;對于所有的奇偶校驗(yàn)碼元V2k°進(jìn)行解調(diào)判決得到d V2k0 ； 步驟3，dUk進(jìn)行重編碼后生成新的奇偶校驗(yàn)比特Jk°，分解成偶數(shù)一路J2k°和奇數(shù)一路 步驟4，dV2k°和進(jìn)行碼元比較；當(dāng)dV2k°幸rV2k°時重編碼無條件初始化為零，返回步驟2 ;
步驟 5，,V2k?經(jīng) BPSK 調(diào)制成 F (rV2k-1°):
當(dāng) rV2k-1° = I 時，F(xiàn)(Λη°) = +a,其中 a > O ;
當(dāng) rV2k-1° = O 時,F(J2H0) = _a,其中 a > O ; 步驟6，F(xiàn)GVfD與零電平經(jīng)復(fù)用后交替輸出得到V2k:； 步驟7，V2k?和V2k°經(jīng)復(fù)用后得出校驗(yàn)碼元Vk° ； 步驟8，對所有碼元X=UciVciciU1V11…U

(N—2) V (N—2) U(N-DV^1) 1經(jīng)解復(fù)用后分為信息碼Uk和校驗(yàn)碼元Vk1 ;其中N為正偶整數(shù)，k=0, I,…，N-2, N-1 ； 步驟9，對于所有的信息碼元Uk進(jìn)行解調(diào)判決得到dUk;對于所有的奇偶校驗(yàn)碼元V2k1進(jìn)行解調(diào)判決得到d V2k1 ； 步驟10，dUk進(jìn)行重編碼后生成新的奇偶校驗(yàn)比特Jk1,分解成偶數(shù)一路J2k1和奇數(shù)一路 Λη1; 步驟11，J2k1和J2k1進(jìn)行碼元比較；當(dāng)Λ,1幸J2k1時重編碼無條件初始化為零，返回步驟2 ; 步驟 12，Ja-/ 經(jīng) BPSK 調(diào)制成 FQV2H1): 當(dāng) Λη1 = I 時，F(xiàn)Cv2k-/) = +a,其中 a > O ; 當(dāng) Λη1 = O 時,FCv2k-/) = _a,其中 a > O ; 步驟13，F(xiàn)(J2k_/)與零電平經(jīng)復(fù)用后交替輸出得到V2H1 ； 步驟14，V2k_/和V2k1經(jīng)復(fù)用后得出校驗(yàn)碼元Vk1 ； 步驟15，信息碼元Uk連同步驟7得出的Vk°和步驟14都出的Vk1 —起輸入常規(guī)MAP譯 碼器進(jìn)行譯碼處理，得到譯碼后的信息碼元Uk,。
2.一種提高Turbo碼MAP譯碼性能的裝置，其特征在于:該裝置包括:重編碼單元I和重編碼單元2 ； 所述重編碼單元I包括: 解調(diào)判決器，用于對所有的信息碼元Uk進(jìn)行解調(diào)判決得到dUk ;對所有的奇偶校驗(yàn)碼元V2k0進(jìn)行解調(diào)判決得到d V2k0 ； 重編碼器RSC3，用于對dUk進(jìn)行重編碼后生成新的奇偶校驗(yàn)比特Jk°，分解成偶數(shù)一路1°和奇數(shù)一路Λ:; 碼元比較器，用于對dV2k°和進(jìn)行碼元比較；當(dāng)dV2k°幸rV2k°時反饋控制重編碼器RSC3，使之被無條件初始化為零，同時促使復(fù)用器I停止工作； BPSK調(diào)制器，用于對JaY經(jīng)BPSK調(diào)制成F (rV2k-1°):當(dāng) rV2k-1° = I 時，F(xiàn)(Λη°) = +a,其中 a > O ;
當(dāng) rV2k-1° = o 時,F0-ν2Η0) = _a,其中 a > O ; 復(fù)用器I，用于對F(J2k?)與零電平經(jīng)復(fù)用后交替輸出得到V2k?； 復(fù)用器2，用于對V2k?和V2k°經(jīng)復(fù)用后得出校驗(yàn)碼元Vk° ； 所述重編碼單元2包括: 解調(diào)判決器，用于對所有的信息碼元Uk進(jìn)行解調(diào)判決得到dUk ;對所有的奇偶校驗(yàn)碼元V2k1進(jìn)行解調(diào)判決得到d V2k1 ； 重編碼器RSC3，用于對dUk進(jìn)行重編碼后生成新的奇偶校驗(yàn)比特Jk1，分解成偶數(shù)一路J2k1和奇數(shù)一路Ja-/ ； 碼元比較器，用于對dV2k°和進(jìn)行碼元比較；當(dāng)J2k1幸J2k1時反饋控制重編碼器RSC3，使之被無條件初始化為零，同時促使復(fù)用器I停止工作； BPSK調(diào)制器，用于對,Va-/經(jīng)BPSK調(diào)制成F (,V2k-11): 當(dāng) Λη1 = I 時，F(xiàn)Cv2k-/) = +a,其中 a > O ; 當(dāng) Λη1 = O 時,FCv2k-/) = _a,其中 a > O ; 復(fù)用器I，用于對FGV2k-/)與零電平經(jīng)復(fù)用后交替輸出得到V2k_/ ； 復(fù)用器2，用于對V2k_/和V2k1經(jīng)復(fù)用后得出校驗(yàn)碼元V,1。`
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的提高Turbo碼MAP譯碼性能的裝置，其特征在于:所述重編碼器RSC3與Turbo碼編碼器中的RSCl或RSC2結(jié)構(gòu)相同。
【文檔編號】H03M13/39GK103888153SQ201410092979
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年3月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月13日
【發(fā)明者】陳國宏 申請人:浙江大學(xué)城市學(xué)院