一種低復(fù)雜度近性能限的Turbo譯碼器的實(shí)現(xiàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于無(wú)線通信領(lǐng)域，設(shè)及差錯(cuò)控制編碼技術(shù)，特別設(shè)及低復(fù)雜度近性能限 的化Ao譯碼器的實(shí)現(xiàn)方法，可用于LTE和衛(wèi)星通信系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 差錯(cuò)控制編碼技術(shù)是無(wú)線通信系統(tǒng)中保證信息可靠傳輸?shù)年P(guān)鍵技術(shù)之一。1948 年，香農(nóng)提出了著名的信道編碼定理，奠定了糾錯(cuò)碼技術(shù)的理論基礎(chǔ)。自此，學(xué)者和技術(shù)人 員一直不懈努力，尋找逼近信道容量的編碼方案。
[0003] 1993年，C. Berrou等人提出了并行級(jí)聯(lián)卷積碼，即Turbo碼，為逼近香農(nóng)限的信道 編碼技術(shù)開(kāi)辟了新的道路。大量的計(jì)算機(jī)仿真表明，Turbo碼在信噪比較低的信道環(huán)境下， 具有優(yōu)異的糾錯(cuò)性能。Turbo碼因其逼近香農(nóng)限的性能被廣泛應(yīng)用于各種通信系統(tǒng)。目前， Turbo碼已被應(yīng)用于第S代移動(dòng)通信系統(tǒng)，DVB-甜標(biāo)準(zhǔn)物理層協(xié)議，并被3GPP組織定位LTE 標(biāo)準(zhǔn)的信道編碼方案。
[0004] Turbo碼的最優(yōu)譯碼算法是一種基于最大后驗(yàn)概率的算法，簡(jiǎn)稱MAP算法，然而算 法中存在大量的乘法和非線性運(yùn)算，使得硬件直接實(shí)現(xiàn)幾乎不可能。Log-MAP算法是MAP算 法在對(duì)數(shù)域的映射，將MAP算法中的乘法運(yùn)算轉(zhuǎn)換為對(duì)數(shù)域的加法運(yùn)算而幾乎不損失性能， 盡管降低了復(fù)雜度，但是對(duì)數(shù)運(yùn)算的硬件實(shí)現(xiàn)仍然是個(gè)難題。Max-Log-MAP算法是對(duì)Log-MAP算法的近似，因其實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，在工程領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，但是仿真表明，Max-Log-MAP算法在誤比特率為1〇- 6時(shí)，編碼增益比Log-MAP算法損失了0.4dB。
[0005] 傳統(tǒng)的基于MAP算法的化rbo譯碼器實(shí)現(xiàn)方案通常都是采用基于查找表的實(shí)現(xiàn)方 法，然而查找表的規(guī)模隨著譯碼器內(nèi)部信息位寬的增加呈指數(shù)增長(zhǎng)，會(huì)增加忍片面積，同時(shí) 影響處理速度。而基于Max-Log-MAP算法的實(shí)現(xiàn)方案雖然復(fù)雜度較低，卻損失了性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的技術(shù)解決問(wèn)題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種低復(fù)雜度近性能限的 Turbo譯碼器的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)，該方案可獲得近Log-MAP算法的性能，同時(shí)復(fù)雜度遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)的 Log-MP實(shí)現(xiàn)方案。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:一種低復(fù)雜度近性能限的化rbo譯碼器的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)，包 括:解復(fù)用模塊、第一存儲(chǔ)器、第二存儲(chǔ)器、第=存儲(chǔ)器、SISO譯碼器、加法器、交織器、解交 織器、硬判決器；
[000引解復(fù)用模塊對(duì)輸入譯碼器的量化軟信息，量化位寬為L(zhǎng)，進(jìn)行解復(fù)用，輸入譯碼器 的量化軟信息包括串行的比特軟信息流、第一校驗(yàn)比特軟信息流和第二校驗(yàn)比特軟信息 流，解復(fù)用分流后得到并行的比特軟信息流、第一校驗(yàn)比特軟信息流和第二校驗(yàn)比特軟信 息流，分別存儲(chǔ)在第一存儲(chǔ)器、第二存儲(chǔ)器、第=存儲(chǔ)器中；
[0009]將SISO譯碼器的先驗(yàn)信息初始化為零，然后SISO譯碼器從第一存儲(chǔ)器、第二存儲(chǔ) 器中讀取比特軟信息和第一校驗(yàn)比特軟信息；
[0010]在讀取比特軟信息和第一校驗(yàn)比特軟信息的同時(shí)，SISO譯碼器根據(jù)讀取的比特軟 信息與和第一校驗(yàn)比特軟信息詩(shī)，確定轉(zhuǎn)移度量n (s，s')的狀態(tài)值，公式如下：
[0011]設(shè)定ft (.W')為轉(zhuǎn)移度量，將反叫轉(zhuǎn)移度量映射到化ellis圖上，若在IYellis 圖上存在一條從S到S'的路徑，則片(s，s')按如下公式計(jì)算：
[OOU] 式中，Uk為輸入的量化軟信息預(yù)先編碼后的比特，L(Uk)為Uk的先驗(yàn)信息乂;)和 王(；乂 ；)為比特軟信息苗的先驗(yàn)信息和第一校驗(yàn)比特軟信息詩(shī)的先驗(yàn)信息；
[0014]若將則S，/)為轉(zhuǎn)移度量映射到Trellis圖上，Trellis圖上不存在從S到S'的路 徑，則
[001引根據(jù)污(sy)，進(jìn)行后向度量的迭代，迭代的初始條件為底(5)=' 0。A' ,迭 代的公式如下：
[0017]式中處的表示當(dāng)前時(shí)刻的后向度量，度+,(S')表示當(dāng)前時(shí)刻的下一時(shí)刻的后向度 量，片(5,5')表示轉(zhuǎn)移度量，S表示當(dāng)前時(shí)刻SISO譯碼器狀態(tài)，S'表示當(dāng)前時(shí)刻的下一時(shí)刻 SISO譯碼器狀態(tài)。
[001引將迭代的初始條件氣+1(.0= 0' '三代入迭代公式右邊的屬,1(巧，即通過(guò) -00, 具他 對(duì)Tr e 11 i S圖上的路徑求和計(jì)算，得到二元化cob i對(duì)數(shù)函數(shù)：
[0019] ma 巧（x，y) = ln(eX+ey)=max(x，y)+loga+e-|x-yl)
[0020] 做如下線性近似：
[0021 ]當(dāng) I x-y I >2.5時(shí)，max*(x,y) =max(x,y);
[0022] 當(dāng) I x-y I <2.5時(shí)，ma巧（x,y) =max(x,y)-〇. 25 X ( I x-y I -2.5);
[0023] 用度(_l(V)和&レ，v')代替max*(x，y)中的未知量x和y進(jìn)行線性近似計(jì)算，計(jì)算后 的ma巧(X，y)即為后向度量反（.V);
[0024] 在讀取比特軟信息和第一校驗(yàn)比特軟信息的同時(shí)，SISO譯碼器根據(jù)讀取的比特軟 信息和第一校驗(yàn)比特軟信息，進(jìn)行前向度量的迭代，初始條件為兩(S) = f ' " = 0。，迭代 -00,' 的公式如下：
[002引兩（.V) = , (.V') + ;;, (.v'，.s'));
[0026] 式中，或（.V)為當(dāng)前時(shí)刻的前向度量，馬為當(dāng)前時(shí)刻前一時(shí)刻的前向度量；
[0027] 根據(jù)當(dāng)前時(shí)刻后向度量屬（.V)和當(dāng)前時(shí)刻前一時(shí)刻的前向度量每_1(〇，計(jì)算對(duì)數(shù) 似然比，對(duì)數(shù)似然比計(jì)算與前向度量計(jì)算同時(shí)進(jìn)行，對(duì)數(shù)似然比計(jì)算公式如下
[0029] 式中，Mz;,;)表示對(duì)數(shù)似然比；
[0030] SISO譯碼器的先驗(yàn)信息，即輸出的對(duì)數(shù)似然比信息初值，減去SISO譯碼器輸出的 對(duì)數(shù)似然比，得到比特軟信息，即得到交織器和解交織器的輸入，分別送至交織器和解交織 器，進(jìn)行交織或者解交織后，作為SISO譯碼器的新的先驗(yàn)信息反饋給SISO譯碼器，替換原來(lái) 的SISO譯碼器的先驗(yàn)信息，進(jìn)行新一輪的迭代運(yùn)算，直至達(dá)到設(shè)定的最大迭代次數(shù)時(shí)，輸出 解交織后的比特軟信息到硬判決器，硬判決器對(duì)該比特軟信息進(jìn)行硬判決，得到最終的判 決結(jié)果。
[0031] 所述多輸入的化CObi對(duì)數(shù)函數(shù)采用并行多路計(jì)算。
[0032] 本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0033] 1)本發(fā)明采用基于分段線性近似的Log-MAP譯碼算法，比工程上常用的Max-Log-MP算法具有更好的糾錯(cuò)性能，逼近Log-MAP算法的性能，比基于查找表實(shí)現(xiàn)的Log-MAP算法 具有更低的復(fù)雜度；
[0034] 2)本發(fā)明在一次迭代譯碼的前后兩個(gè)階段復(fù)用同一個(gè)SISO譯碼器，比傳統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 方案使用的硬件資源更少；
[0035] 3)本發(fā)明通過(guò)交織地址的逆序訪問(wèn)實(shí)現(xiàn)SISO譯碼器接收數(shù)據(jù)的同時(shí)進(jìn)行譯碼，無(wú) 需等待接收完整數(shù)據(jù)塊，減小了譯碼延遲。
【附圖說(shuō)明】
[0036] 圖1是本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)流程圖；
[0037] 圖2是本發(fā)明的硬件實(shí)現(xiàn)框圖；
[0038] 圖3是本發(fā)明關(guān)鍵運(yùn)算單元電路圖；
[0039] 圖4是本發(fā)明的誤比特率性能仿真圖；
[0040] 圖5是本發(fā)明的硬件綜合資源示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0041] 本發(fā)明的基本思路為:提出一種低復(fù)雜度近性能限的化rbo譯碼器的實(shí)現(xiàn)方法，主 要解決傳統(tǒng)的基于查找表的化rl3〇譯碼器復(fù)雜度高，基于Max-Log-MAP算法的譯碼器性能差 的問(wèn)題。該方法包括:對(duì)輸入軟信息流進(jìn)行解復(fù)用并存儲(chǔ)在RAM中；SISO(軟輸入軟輸出）譯 碼器根據(jù)譯碼器狀態(tài)指示信號(hào)從RAM中選擇數(shù)據(jù);SISO譯碼器迭代計(jì)算后向度量、前向度量 和對(duì)數(shù)似然比，采用基于線性近似的Log-MAP算法;前后半輪迭代復(fù)用同一個(gè)SISO譯碼器； 逆序訪問(wèn)交織地址單元，對(duì)外信息進(jìn)行交織和解交織。本發(fā)明通過(guò)對(duì)Log-MAP算法進(jìn)行線性 近似，比傳統(tǒng)的近似方案獲得了更好的糾錯(cuò)性能，比基于查找表的方案大大降低了復(fù)雜度， 可用于LTE系統(tǒng)。
[0042]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明 [0043 ]如圖2所示，本發(fā)明的系統(tǒng)實(shí)施步驟如下：
[0044] W1/3碼率的化rbo碼為例，輸入譯碼器的信息流按照系統(tǒng)比特、第一校驗(yàn)比特、第 二校驗(yàn)比特的順序依次輸入，首先檢測(cè)是否有有效數(shù)據(jù)輸