專利名稱：解映射解碼方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及數(shù)字信息傳輸技術(shù)領域，尤其涉及一種解映射解碼方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
數(shù)字通信系統(tǒng)，包括典型的無線移動通信系統(tǒng)和地面數(shù)字廣播系統(tǒng)，其根本任務之一是實現(xiàn)數(shù)字信息的高效可靠傳輸。利用信道編碼進行差錯控制是實現(xiàn)這一根本任務的有效方法和手段。為了適應數(shù)字信息在常見模擬信道環(huán)境下的傳輸需求，信道編碼技術(shù)通常需要與數(shù)字調(diào)制技術(shù)結(jié)合。信道編碼與調(diào)制的結(jié)合構(gòu)成編碼調(diào)制系統(tǒng)，它是數(shù)字通信系統(tǒng)發(fā)射端的子系統(tǒng)，是其核心模塊之一，對應的編碼調(diào)制技術(shù)也是數(shù)字通信系統(tǒng)的核心技術(shù)。與編碼調(diào)制系統(tǒng)相對應，解調(diào)(也稱為解映射)和信道解碼的結(jié)合構(gòu)成數(shù)字通信系統(tǒng)接收端的解調(diào)解碼系統(tǒng)，對應的解調(diào)解碼技術(shù)也是數(shù)字通信系統(tǒng)的核心技術(shù)。信道編碼泛指對抗信道非理想因素(如噪聲和干擾)的技術(shù)，通過在信息比特中添加冗余以保證傳輸?shù)目煽啃?。近年來，信道編碼領域涌現(xiàn)出一批性能優(yōu)異的編解碼方案，其中應用最為廣泛的包括Turbo碼和低密度奇偶校驗(Low Density Parity Check,LDPC)碼。Turbo碼最早由C.Berrou等人于1993年在瑞士日內(nèi)瓦召開的國際通信會議(ICC’ 93)上提出，其發(fā)端由兩個分量卷積碼通過交織器級聯(lián)而成，接收端通過分量碼之間的迭代解碼提高整體碼字的性能。Turbo碼的編碼過程實際上是利用強約束短碼構(gòu)造偽隨機長碼的過程，它由于很好地應用了 Shannon信道編碼定理中的隨機性編碼條件而獲得了距Shannon限僅0.7dB的優(yōu)異性能。Berrou最初提出的是一種并行級聯(lián)卷積碼(ParallelConcatenated Convolutional Code,PCCC),其固有缺陷是存在較高的誤碼平臺。為了解決這一問題，Benedetto等人提出了串行級聯(lián)卷積碼(SCCC)的級聯(lián)編碼方案，并通過仿真證明了該方案在高信噪比時可以達到極低的誤比特率。目前，Turbo碼已被第三代合作伙伴計劃(The 3rd Generation Partnership Project, 3GPP)長期演進(Long Term Evolution,LTE)標準采納，也有望被LTE的后續(xù)演進(LTE-Advanced)標準采納。LDPC碼是最早由Robert G.Gallager于1962年提出的一類特殊的線性分組碼，其主要特點是校驗矩陣H具有稀疏性。與SCCC結(jié)構(gòu)的Turbo碼類似，LDPC的解碼可以視為內(nèi)碼重復碼解碼和外碼奇偶校驗碼解碼的串行級聯(lián)，二者之間通過隱含的邊交織形成迭代解碼結(jié)構(gòu)。LDPC碼不僅有逼近香農(nóng)限的良好性能，而且解碼復雜度較低，結(jié)構(gòu)靈活，已被廣泛應用于深空通信、光纖通信、地面及衛(wèi)星數(shù)字多媒體廣播等領域。數(shù)字通信系統(tǒng)基帶等效模型中，調(diào)制過程又被稱為星座映射，是將攜帶數(shù)字信息的比特序列映射成適于基帶傳輸?shù)姆栃蛄械倪^程。編碼調(diào)制技術(shù)將編碼和調(diào)制過程進行聯(lián)合設計與優(yōu)化，可進一步提升系統(tǒng)性能，因此成為數(shù)字通信系統(tǒng)的發(fā)展趨勢之一，其中最為著名的當屬比特交織編碼調(diào)制(Bit-1nterleaved Coded Modulation, BICM)。如圖1所示，BICM的發(fā)射端由信道編碼、比特交織和星座映射串行級聯(lián)而成，接收端采用獨立解映射。BICM在加性高斯白噪聲(AdditiveWhite Gaussian Noise, AffGN)信道下性能較網(wǎng)格編碼調(diào)制(TrellisCoded Modulation, TCM)有所損失,但比特交織的引入提高了編碼調(diào)制系統(tǒng)的分集階數(shù)，因而在衰落信道下有不俗的表現(xiàn)。迭代解映射解碼的BICM(BICM withIterative Demapping and Decoding,BICM-1D)系統(tǒng)由 Xiaodong Li 等人和 Ten Brink 等人分別獨立提出。如圖2所示，BICM-1D的發(fā)射端與BICM相同，接收端通過將解碼輸出的外信息反饋作為解映射的先驗信息，增大了先驗信息條件下的歐氏距離，從而在AWGN信道下獲得了與TCM同樣好的誤碼性能。傳統(tǒng)BICM-1D系統(tǒng)的信道編碼一般采用卷積碼，由于卷積碼差錯控制能力較弱，使得傳統(tǒng)BICM-1D系統(tǒng)存在較高的誤碼平臺。為了解決這一問題，S.Pfletschinger和F.Sanzi 在文獻“Error floorremoval for bit-1nterleaved coded modulation withiterative detection”中提出了采用Doping技術(shù)的BICM-1D,即對星座映射前的比特流進行碼率為I的遞歸系統(tǒng)卷積(recursive systematic convolutional, RSC)編碼。上述文獻中將Doping解碼和解映射模塊看作一個整體，與卷積碼解碼進行迭代，能夠顯著降低系統(tǒng)的誤碼平臺。與此同時，學術(shù)界近年來普遍關注在BICM-1D系統(tǒng)中采用差錯控制能力較強的信道編碼(即強信道編碼)，以期獲得更好的系統(tǒng)性能。Turbo碼和LDPC碼作為目前廣泛使用的強信道編碼，具有逼近香農(nóng)限的良好性能，因此成為新型BICM-1D系統(tǒng)中信道編碼的主要候選方案。需要說明的是，對于采用Doping技術(shù)的BICM-1D系統(tǒng)，如果將Doping碼和卷積碼看作一個整體，實際上就是串行級聯(lián)結(jié)構(gòu)的Turbo碼，因此上述Doping碼方案也可看作強信道編碼方案的一個特例。綜上所述，無論是采用Doping技術(shù)還是采用Turbo或LDPC強信道編碼的BICM-1D系統(tǒng)，接收端都可以看成是三個解碼單元的級聯(lián)，分別是解映射單元和信道解碼的兩個分量碼解碼單元。如果同時考慮信道估計和均衡，將構(gòu)成四級乃至更多級的系統(tǒng)。本專利主要考察面向串行級聯(lián)編碼調(diào)制方法的多級解映射解碼系統(tǒng)，兩級和三級系統(tǒng)均可看成多級解映射解碼系統(tǒng)的特例。對于三級串行級聯(lián)的編碼調(diào)制系統(tǒng)，其接收端迭代解映射解碼的傳統(tǒng)構(gòu)架一般是將解映射視為內(nèi)碼解碼器，信道解碼器整體視為外碼解碼器，如圖3所示，本發(fā)明中稱為傳統(tǒng)I型迭代構(gòu)架。信道解碼器內(nèi)部仍然包含分量碼解碼之間的迭代，在預設的最大迭代次數(shù)之內(nèi)，若解碼成功或達到最大迭代次數(shù)，則輸出解碼結(jié)果；否則輸出編碼比特外信息參與迭代解映射。如文獻 Q.Xie, K.Peng, J.Song, Ζ.Yang, “Bit-1nterleaved LDPC-codedmodulation with iterative demapping anddecoding, ” in Proc.1EEE VTC’ 09-Spring,Apr.2009, pp.1-5.和文獻 S.Liu, J.Li, “An improved stopping criterion for BICM-1DembeddedTurbo codes, ”in Proc.1EEE ICSESS，2010，Jul.2010,pp.129-132.，分別對信道編碼為LDPC碼和Turbo碼的BICM-1D系統(tǒng)采用這種傳統(tǒng)構(gòu)架作為仿真模型。若預設的信道解碼最大迭代次數(shù)為Ii1，解映射最大迭代次數(shù)為n2，則該系統(tǒng)完成一次完整的解映射解碼過程，分量碼解碼器之間總的最大迭代次數(shù)為H1Xrv在實際系統(tǒng)中，如LDPC碼，信道解碼器內(nèi)部迭代數(shù)十次才與解映射迭代一次，并且解映射單元和解碼單元不能并行運行，總是在互相等待對方的計算結(jié)果。顯然，這種傳統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)架存在吞吐能力的瓶頸，并且存在運算單元閑置的情況，運算效率較低。三級串行級聯(lián)編碼調(diào)制系統(tǒng)的解映射解碼方法的另一種構(gòu)架是將解映射單元和相鄰的分量解碼單元看作一個整體，與信道解碼的另一個分量解碼單元迭代，如圖4所示，本發(fā)明中稱為傳統(tǒng)II型迭代構(gòu)架。例如將LDPC的重復碼解碼器和奇偶校驗碼解碼器分割開，其中重復碼解碼單元和解映射結(jié)合成為內(nèi)碼解碼器，奇偶校驗碼解碼器被視為外碼解碼器，兩者之間通過LDPC內(nèi)部的邊交織形成迭代解碼結(jié)構(gòu)。對于采用Doping碼和卷積碼的BICM-1D系統(tǒng)，將Doping碼解碼和解映射視為整體，與卷積碼解碼之間進行迭代。這種結(jié)構(gòu)下，內(nèi)碼解碼器(如卷積碼)每進行一次迭代的同時，解映射與外碼(如Doping碼)解碼單元也進行一次外信息傳遞。在解映射運算能力足夠強的前提條件下，這種架構(gòu)在吞吐能力上具有優(yōu)勢。但是，由于其對解映射運算的要求很高，解映射運算所需的硬件資源會急劇增加，特別是對于高階調(diào)制，系統(tǒng)實現(xiàn)的高復雜度成為一大難題。因此，如果解映射的運算能力不足，這種架構(gòu)仍然存在吞吐能力的瓶頸。如圖3和圖4所示，傳統(tǒng)的解映射解碼方法須將其中兩個解碼單元視為一個整體，與另外一個解碼單元進行迭代。這種方法本質(zhì)上是一種串行執(zhí)行的運算，即一個解碼單元必須等待其他解碼單元的輸出結(jié)果作為輸入，然后進行運算。這種方法在各個解碼單元運算量不均衡時，不能充分發(fā)揮某些解碼單元的運算能力，并且存在互相等待的問題，嚴重影響系統(tǒng)的運算效率、實現(xiàn)復雜度以及吞吐能力。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:提供一種解映射解碼方法及解碼系統(tǒng)，以在保證系統(tǒng)性能的前提下，有效降低迭代解映射解碼系統(tǒng)的復雜度和整體迭代次數(shù)，提高數(shù)據(jù)吞吐率。(二)技術(shù)方案為解決上述問題，一方面，本發(fā)明提供了一種解映射解碼方法，包括以下步驟:S1:初始化控制模塊和多級解碼器中的各級解碼器；S2:當滿足解碼啟動條件時，控制模塊啟動解碼流程；S3:運行解碼流程，所述多級解碼器并行執(zhí)行解碼運算；S4:當滿足解碼停止條件時，控制模塊停止解碼流程，從多級解碼器中的一個解碼器得到最終解碼結(jié)果并輸出。優(yōu)選地，所述步驟SI初始化控制模塊和各級解碼器的步驟包括:設置每個解碼器迭代次數(shù)的最大值，設置整個解碼流程以及各解碼器的啟動和停止條件，將各級解碼器的輸入先驗信息設置為O。優(yōu)選地，解碼過程中，所述控制模塊為各級解碼器動態(tài)地分配運算資源，控制解碼時序。優(yōu)選地，所述多級解碼器并行執(zhí)行解碼運算的步驟包括:設N為多級解碼器的總級數(shù)；n是當前解碼器的級數(shù)，為小于等于N的自然數(shù)；當n = I時，第n級解碼器利用信道狀態(tài)信息，對接收的符號和第η+1級解碼器發(fā)送的η+1 — η先驗信息進行運算得到η — η+1解碼外信息；對所述η — η+1解碼外信息進行解交織后作為η — η+1先驗信息發(fā)送給第η+1級級解碼器；當1<η<Ν時，第η級解碼器對第η_1級解碼器發(fā)送來的n_l — η先驗信息和第η+1級解碼器發(fā)送來的η+1 — η先驗信息進行運算得到η — η-1解碼外信息和η — η+1解碼外信息；對所述η — η-1解碼外信息進行交織后作為η — η-1先驗信息發(fā)送給第η_1級解碼器；對所述η — η+1解碼外信息進行解交織后作為η — η+1先驗信息發(fā)送給第η+1級解碼器；當η = N時，第η級解碼器對第η_1級解碼器發(fā)送來的n_l — η先驗信息進行運算得到η — η-1解碼外信息，對所述η — η-1解碼外信息進行交織后作為η — η-1先驗信息發(fā)送給第n-Ι級解碼器；其中，相鄰解碼器之間，對η — η+1解碼外信息進行的解交織步驟與對η+1 — η解碼外信息進行的交織步驟相對應。優(yōu)選地，至少部分交織步驟和對應的解交織步驟可以省略。優(yōu)選地，所述步驟S4中的最終解碼結(jié)果為某個解碼器在解碼過程中存儲的最終解碼結(jié)果，或者為對除第一級解碼器以外的任一解碼器接收的先驗信息和輸出的解碼外信息相加得到的解碼后驗信息進行硬判決得到的最終解碼結(jié)果。另一方面，本發(fā)明還提供了一種解映射解碼系統(tǒng)，包括:控制模塊，用于動態(tài)地分配和協(xié)調(diào)運算資源，控制解碼時序，產(chǎn)生存儲單元的控制信號和地址信號，啟動和終止整個解碼流程，以及啟動和終止各個解碼器；以及并行執(zhí)行解碼運算的多級解碼器，設N為多級解碼器的總級數(shù)；η是當前解碼器的級數(shù)，為小于等于N的自然數(shù)；當η小于等于N-1時，第η級解碼器與第η+1級解碼器之間分別設有一個η — η+1存儲器和一個η+1 — η存儲器；所述η — η+1存儲器用 于對η — η+1解碼外信息進行存儲，通過控制模塊產(chǎn)生η — η+1存儲器的讀寫控制信號和地址信號，對所述η — η+1解碼外信息進行比特軟信息解交織，得到η — η+1先驗信息送給第η+1級解碼器；所述η+1 — η存儲器用于對η+1 — η解碼外信息進行存儲，通過控制模塊產(chǎn)生η+1 — η存儲器的讀寫控制信號和地址信號，對所述η+1 — η解碼外信息進行比特軟信息交織，得到η+1 — η先驗信息送給第η級解碼器；當η = I時，第η級解碼器用于從η+1 — η存儲器中讀出η+1 — η先驗信息，結(jié)合信道狀態(tài)信息，對接收符號進行解碼，得到η — η+1解碼外信息并寫入η — η+1存儲器；當1<11<1^時,第η級解碼器用于從η_1 — η存儲器讀出η_1 — η先驗信息,從η+1 — η存儲器讀出η+1 — η先驗彳目息，然后對所述η_1 — η先驗彳目息和η+1 — η先驗/[■息進行解碼，得到η — η-1解碼外信息和η — η+1解碼外信息，將所述η — η-1解碼外信息寫Λ η - n-Ι存儲器，將所述η — η+1解碼外信息寫入η — η+1存儲器；當η = N時,第η級解碼器用于從η_1 — η存儲器讀出η_1 — η先驗信息,對所述n-Ι — η先驗信息進行解碼得到η — η-1解碼外信息，寫入η — η-1存儲器。優(yōu)選地，至少部分相鄰級的解碼器之間的η — η+1存儲器讀寫過程中暗含的比特軟信息解交織可以省略，與之對應的η+1 — η存儲器讀寫過程中暗含的比特軟信息交織也應省略。即該存儲器的寫入和讀出順序相同。(三)有益效果本發(fā)明打破了傳統(tǒng)解碼解映射方法的兩級迭代構(gòu)架，將各個解碼器視為相對獨立的運算模塊，各個解碼器并行運行，根據(jù)各自的輸入運算得到輸出，并送給相應的其他單元。這種并行構(gòu)架可有效克服傳統(tǒng)迭代構(gòu)架的缺陷，提高系統(tǒng)的運算效率和吞吐能力，降低 整體迭代次數(shù)。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中BICM系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)框圖；圖2為現(xiàn)有技術(shù)中BICM-1D系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)框圖；圖3為面向三級串行級聯(lián)編碼調(diào)制系統(tǒng)的解映射解碼系統(tǒng)傳統(tǒng)I型迭代構(gòu)架；圖4為面向三級串行級聯(lián)編碼調(diào)制系統(tǒng)的解映射解碼系統(tǒng)傳統(tǒng)II型迭代構(gòu)架；圖5為根據(jù)本發(fā)明實施例一解碼方法的步驟流程圖；圖6為根據(jù)本發(fā)明實施例二解碼系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)框圖；圖7為根據(jù)本發(fā)明實施例三解碼方法的步驟流程圖；圖8為根據(jù)本發(fā)明實施例四解碼系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)框圖；圖9(a)_9(c)為根據(jù)本發(fā)明實施例解映射解碼方法的三種運算資源和時序控制模式示意圖；圖10為根據(jù)本發(fā)明實施例六解碼方法的步驟流程圖；圖11為根據(jù)本發(fā)明實施例六解碼系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)框圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明進行詳細說明如下。實施例一:本實施例記載了一種解映射解碼方法，包括以下步驟:SlOl:初始化控制模塊和多級解碼器中的各級解碼器；其中，初始化控制模塊和各級解碼器的步驟包括:設置每個解碼器迭代次數(shù)的最大值，設置整個解碼流程以及各解碼器的啟動和停止條件，將各級解碼器的輸入先驗信息設置為O。其中，與所述解映射解碼方法對應的編碼調(diào)制方法由對應的多級編碼器和交織器依次串行級聯(lián)而成。其中，迭代次數(shù)中的一次是指單個解碼器完成一次對其全部輸出信息的更新；各個解碼器的啟動條件包括但不限于該解碼器開始收到先驗信息或接收符號；整個解碼流程的停止條件包括但不限于其中一個解碼器解碼成功，或者其中一個解碼器迭代次數(shù)達到預設的最大值。S102:當滿足解碼啟動條件時，控制模塊啟動解碼流程；S103:運行解碼流程，所述多級解碼器并行執(zhí)行解碼運算；其中，所述多級解碼器并行執(zhí)行解碼運算的步驟包括:設N為多級解碼器的總級數(shù)；n是當前解碼器的級數(shù)，為小于等于N的自然數(shù)；當n = I時，第n級解碼器利用信道狀態(tài)信息，對接收的符號和第η+1級解碼器發(fā)送的η+1 — η先驗信息進行運算得到η — η+1解碼外信息；對所述η — η+1解碼外信息進行解交織后作為η — η+1先驗信息發(fā)送給第η+1級級解碼器；當1<η<Ν時，第η級解碼器對第η_1級解碼器發(fā)送來的n_l — η先驗信息和第η+1級解碼器發(fā)送來的η+1 — η先驗信息進行運算得到η — η-1解碼外信息和η — η+1解碼外信息；對所述η — η-1解碼外信息進行交織后作為η — η-1先驗信息發(fā)送給第η_1級解碼器；對所述η — η+1解碼外信息進行解交織后作為η — η+1先驗信息發(fā)送給第η+1級解碼器；當η = N時，第η級解碼器對第η_1級解碼器發(fā)送來的n_l — η先驗信息進行運算得到η — η-1解碼外信息，對所述η — η-1解碼外信息進行交織后作為η — η-1先驗信息發(fā)送給第n-Ι級解碼器；其中，相鄰解碼器之間，對η — η+1解碼外信息進行的解交織步驟與對η+1 — η解碼外信息進行的交織步驟相對應。各解碼器根據(jù)各自的輸入并行地執(zhí)行解碼運算，解碼運算資源和時序受控制模塊動態(tài)分配和協(xié)調(diào)，各解碼器不必同時啟動或終止。其中，至少部分交織步驟和對應的解交織步驟可以省略。例如:對于采用Turbo碼或LDPC碼的BICM-1D系統(tǒng)，由于Turbo碼或LDPC碼內(nèi)部隱含比特交織，因此可以省略掉外部的交織和解交織步驟。S104:當滿足解碼停止條件時，控制模塊停止解碼流程，從多級解碼器中的一個解碼器得到最終解碼結(jié)果并輸出。其中，所述最終解碼結(jié)果為某個解碼器在解碼過程中存儲的最終解碼結(jié)果，或者為對除第一級解碼器以外的任一解碼器接收的先驗信息和輸出的解碼外信息相加得到的解碼后驗信息進行硬判決得到的最終解碼結(jié)果。所述解映射解碼方法中的解碼器可以為兩級、三級或更多級，圖5給出了最常見的三級級聯(lián)解映射解碼方法的示意圖，其中，Π i(i為自然數(shù))表示交織步驟表示對應
的解交織步驟。 實施例二:本實施例記載了一種與實施例一的解碼方法對應的解映射解碼系統(tǒng)，包括:控制模塊，用于分配和協(xié)調(diào)運算資源，控制解碼時序，產(chǎn)生存儲單元的控制信號和地址信號，啟動和終止整個解碼流程，以及啟動和終止各個解碼器；以及并行執(zhí)行解碼運算的多級解碼器，設N為多級解碼器的總級數(shù)；n是當前解碼器的級數(shù)，為小于等于N的自然數(shù)；當η小于等于N-1時，第η級解碼器與第η+1級解碼器之間分別設有一個η — η+1存儲器和一個η+1 — η存儲器；所述η — η+1存儲器用于對η — η+1解碼外信息進行存儲，通過控制模塊產(chǎn)生η — η+1存儲器的讀寫控制信號和地址信號，對所述η — η+1解碼外信息進行比特軟信息解交織，得到η — η+1先驗信息送給第η+1級解碼器；所述η+1 — η存儲器用于對η+1 — η解碼外信息進行存儲，通過控制模塊產(chǎn)生η+1 — η存儲器的讀寫控制信號和地址信號，對所述η+1 — η解碼外信息進行比特軟信息交織，得到η+1 — η先驗信息送給第η級解碼器當η = I時，第η級解碼器用于從η+1 — η存儲器中讀出η+1 — η先驗信息，結(jié)合信道狀態(tài)信息，對接收符號進行解碼，得到η — η+1解碼外信息并寫入η — η+1存儲器；當1<11<1^時,第η級解碼器用于從η_1 — η存儲器讀出η_1 — η先驗信息,從η+1 — η存儲器讀出η+1 — η先驗彳目息，然后對所述η_1 — η先驗彳目息和η+1 — η先驗/[■息進行解碼，得到η — η-1解碼外信息和η — η+1解碼外信息，將所述η — η-1解碼外信息寫Λ η - n-Ι存儲器，將所述η — η+1解碼外信息寫入η — η+1存儲器；當η = N時,第η級解碼器用于從η_1 — η存儲器讀出η_1 — η先驗信息,對所述n-Ι — η先驗信息進行解碼得到η — η-1解碼外信息，寫入η — η-1存儲器。在一些情況下，至少部分相鄰級的解碼器之間的η — η+1存儲器讀寫過程中暗含的比特軟信息解交織可以省略，與之對應的η+1 — η存儲器讀寫過程中暗含的比特軟信息交織也應省略。所述多級解碼器可以為二級、三級或更多級，圖6給出了最常見的三級級聯(lián)解映射解碼系統(tǒng)的示意圖。以串行級聯(lián)的三級編碼調(diào)制系統(tǒng)為例，與三級解碼器對應的編碼部分也具有三級編碼器。其中，第一級編碼器通常為星座映射器，而第二級和第三級編碼器通常為串行級聯(lián)信道編碼的兩個分量碼編碼器。例如，對于Turbo編碼，第三級編碼器和第二級編碼器分別對應Turbo碼的兩個分量卷積碼；對于采用Doping技術(shù)的BICM-1D系統(tǒng)，第三級編碼器和第二級編碼器分別對應卷積碼編碼器和Doping碼編碼器。LDPC碼的情況比較特殊，LDPC碼編碼器本身是一個整體，但從與解碼算法的對應關系來看，可以將其視作奇偶校驗編碼和重復編碼的串行級聯(lián)，因此第三級編碼器和第二級編碼器分別對應奇偶校驗編碼器和重復編碼器。與編碼部分對應的，三級解碼器由第一級解碼器、第二級解碼器和第三級解碼器按照一定方式連接而成。其中，第一級解碼器與第一級編碼器對應，通常為星座解映射器；第二級解碼器和第三級解碼器分別與第二級和第三級編碼器對應，通常為信道解碼的兩個分量碼解碼器。實施例三:如圖7所示，本實施例為實施例一更為具體化的實例，在本實施例中的解碼方法和解碼系統(tǒng)基于采用Turbo碼作為編碼調(diào)制和解碼調(diào)制的方法和系統(tǒng)，多級解碼器具有三級，其中第一級解碼器為星座解映射器；第二和第三級解碼器分別為第二卷積碼解碼器和第一卷積碼解碼器。本實施例的解碼方法具體包括以下步驟:S201:初始化控制模塊和依次串行級聯(lián)的多級解碼器；其中，所述初始化控制模塊的步驟包括:設置解碼過程的資源分配和時序控制模式，設置每個解碼器迭代次數(shù)的最大值，設置整個解碼流程以及各解碼器的啟動和停止條件。所述初始化多級解碼器的步驟包括將各解碼器的輸入先驗信息設置為O。其中星座解映射器的輸入為接收符號、信道狀態(tài)信息和2 — I先驗信息，輸出為
I— 2解碼外信息；第二卷積碼解碼器的輸入為3 — 2和I — 2先驗信息，輸出為2 — 3和2— I解碼外信息；第一卷積碼解碼器的輸入為2 —3先驗信息，輸出為3 —2解碼外信息。所述迭代次數(shù)中的一次是指單個解碼器完成一次對其全部輸出信息的更新；各個解碼器的啟動條件包括但不限于該解碼器開始收到先驗信息或接收符號；整個解碼流程的停止條件包括但不限于其中一個解碼器解碼成功，或者其中一個解碼器迭代次數(shù)達到預設的最大值。S202:當滿足解碼啟動條件時，控制模塊啟動解碼流程；S203:運行解碼流程，所述多級解碼器并行執(zhí)行解碼運算；
其中，所述多級解碼器并行執(zhí)行解碼運算的步驟包括:星座解映射器對接收的符號、信道狀態(tài)信息和第二卷積碼解碼器發(fā)送的2 — I先驗信息進行運算得到I — 2解碼外信息；對所述I — 2解碼外信息進行解交織后作為I — 2先驗信息發(fā)送給第二卷積碼解碼器；第二卷積碼解碼器對星座解映射器發(fā)送來的I — 2先驗信息和第一卷積碼解碼器發(fā)送來的3 — 2先驗信息進行運算得到2 — I解碼外信息和2 — 3解碼外信息；對所述
2— I解碼外信息進行交織后作為2 — I先驗信息發(fā)送給星座解映射器；對所述2 — 3解碼外信息進行解交織后作為2 — 3先驗信息發(fā)送給第一卷積碼解碼器；第一卷積碼解碼器對第二卷積碼解碼器發(fā)送來的2 — 3先驗信息進行運算得到
3— 2解碼外信息，對所述3 — 2解碼外信息進行交織后作為3 — 2先驗信息發(fā)送給第二卷積碼解碼器；其中，相鄰解碼器之間的解交織步驟與交織步驟相對應。圖7中，Π i表示交織步驟；Ilf1表示對應的解交織步驟。各解碼器根據(jù)各自的輸入并行地執(zhí)行解碼運算，解碼運算資源和時序受控制模塊動態(tài)分配和協(xié)調(diào)，各解碼器不必同時啟動或終止。其中，不交織可視為交織的特殊情況。在某些系統(tǒng)場景，交織步驟可以全部或部分省略，相應的解交織步驟也應省略。S204:當滿足解碼停止條件時，控制模塊停止解碼流程，從多級解碼器中的一個解碼器得到最終解碼結(jié)果并輸出。其中，所述最終解碼結(jié)果為某個解碼器在解碼過程中存儲的最終解碼結(jié)果，或者為對第一卷積碼解碼器或第二卷積碼解碼器接收的先驗信息和輸出的解碼外信息相加得到的解碼后驗信息進行硬判決得到的最終解碼結(jié)果。本實施例還給出星座解映射器、第一卷積碼解碼器和第二卷積碼解碼器的若干種運算資源分配和時序控制模式作為參考?，F(xiàn)假設總的運算資源固定，單位時間內(nèi)的全部運算資源可完成星座解映射器的一次迭代，或者完成第一卷積碼解碼器的兩次迭代，或者完成第二卷積碼解碼器的兩次迭代。其中，相同運算資源能夠完成的卷積碼解碼迭代次數(shù)較高，是因為卷積碼解碼運算比高階軟解映射運算簡單，運算復雜度低。當然，隨著星座映射階數(shù)或者卷積碼約束長度的不同，上述運算資源與迭代次數(shù)的對應關系會發(fā)生變化。本實施例僅僅根據(jù)上述簡單假設給出兩個示意性說明。(I)為星座解映射器配置1/2的運算資源，為第一卷積碼解碼器和第二卷積碼解碼器分別配置1/4的運算資源，三個單元全并行運行。按這種運算資源和時序配置方式，星座解映射器完成一次迭代的時間內(nèi)，第一卷積碼解碼器和第二卷積碼解碼器也各自完成了一次迭代，三者的迭代次數(shù)比例為R= I: I: I。三個解碼器按此方式連續(xù)、并行地運算，直至達到解碼停止條件。(2)為星座解映射器、第一卷積碼解碼器和第二卷積碼解碼器均配置1/3的運算資源，三個單元全并行運行。按這種運算資源和時序配置方式，第二卷積碼解碼器完成一次迭代的時間內(nèi)，第一卷積碼解碼器完成一次迭代，星座解映射器完成1/2次迭代，即星座解映射器輸出的外信息僅更新了 1/2。所以星座解映射器、第一卷積碼解碼器和第二卷積碼解碼器的迭代次數(shù)比例為A = 1:1:1。三個解碼器按此方式連續(xù)、并行地運算，直至達到解碼停止條件。上述兩種運行模式均是保持三個解碼器利用各自所分配的運算資源連續(xù)并行運算，時序控制保證了三個解碼器每一次運算開始時，其輸入信息均已產(chǎn)生變化，故三個解碼器的每一次迭代都能使Turbo碼字的部分或全部比特的外信息得到更新，不會出現(xiàn)重復無用的計算情況。另外，串行運算可以視為本發(fā)明提出的通用解映射解碼方法的特例，通過控制模塊動態(tài)分配運算資源實現(xiàn)，只要將某個(些)解碼器在特定的時隙暫停運算，即可配置成為串行運算的模式。串并行運算相結(jié)合、乃至全串行的運行模式可以為系統(tǒng)提供更加豐富靈活的資源配置方式?；诒緦嵤├谋尘埃@里給出若干種串并行運算相結(jié)合、或者全串行運算的資源分配和時序控制模式。(I)為星座解映射器配置1/2的運算資源，為第一卷積碼解碼器和第二卷積碼解碼器共同配置1/2的運算資源。星座解映射器利用所分配的運算資源連續(xù)運算，第一卷積碼解碼器和第二卷積碼解碼器兩者交替運算，各自占用共同運算資源1/2的時間。上述資源配置和時序控制模式如圖9(a)所示，其中橫坐標代表時間，縱坐標代表運算資源。按這種模式運行，星座解映射器完成一次迭代的時間內(nèi)，第一卷積碼解碼器和第二卷積碼解碼器也各自完成了一次迭代，三者的迭代次數(shù)比例為R= I: I: I。三個解碼器按此方式連續(xù)運算，直至達到解碼停止條件。(2)將第一卷積碼解碼器和第二卷積碼解碼器視為一個整體，與星座解映射器之間串行運算，前者占用所有運算資源2/3的時間，后者占用所有運算資源1/3的時間。第一卷積碼解碼器和第二卷積碼解碼器兩者并行運算，各占1/2的運算資源。如圖9(b)所示，按這種運算資源和時序配置方式，星座解映射器、第一卷積碼解碼器和第二卷積碼解碼器的迭代次數(shù)比例為R= 1: 2: 2。三個解碼器按此方式連續(xù)運算，直至達到解碼停止條件。(3)三個解碼器全串行運行，各自占用運算資源1/3的時間，每個解碼器在各自運行的時間內(nèi)都占用所有運算資源。如圖9(c)所示，按這種運算資源和時序配置方式，星座解映射器、第一卷積碼解碼器和第二卷積碼解碼器的迭代次數(shù)比例為R= 1: 2: 2。三個解碼器按此方式連續(xù)運算，直至達到解碼停止條件。事實上，這種解映射解碼方法即是傳統(tǒng)I型迭代構(gòu)架，因此傳統(tǒng)迭代構(gòu)架均可看作本發(fā)明的一種特例。實施例四:如圖8所示，本實施例記載了一種與實施例三的解碼方法對應的解碼系統(tǒng)，包括:控制模塊，用于動態(tài)分配和協(xié)調(diào)運算資源，控制解碼時序，產(chǎn)生存儲單元的控制信號和地址信號，啟動和終止整個解碼流程，以及啟動和終止各個解碼器；以及執(zhí)行解碼運算的三級解碼器，其中:第一級解碼器為星座解映射器，用于從與第二卷積碼解碼器之間的2 — I存儲器中讀出2 — I先驗信息，結(jié)合信道狀態(tài)信息，對接收符號進行解碼，得到I — 2解碼外信息并寫入與第二卷積碼解碼器之間的I — 2存儲器；第二級解碼器為第二卷積碼解碼器，用于從I — 2存儲器讀出I — 2先驗信息，從
3— 2存儲器讀出3 — 2先驗信息，然后對所述I — 2先驗信息和3 — 2先驗信息進行解碼，得到2 — I解碼外信息和2 — 3解碼外信息，將所述2 — I解碼外信息寫入2 — I存儲器，將所述2 — 3解碼外信息寫入2 — 3存儲器；第三級解碼器為第一卷積碼解碼器，用于從2 — 3存儲器讀出2 — 3先驗信息，對所述2 — 3先驗信息進行解碼得到3 — 2解碼外信息，寫入3 — 2存儲器；1 — 2存儲器，用于對I — 2解碼外信息進行存儲，通過控制模塊產(chǎn)生I — 2存儲器的讀寫控制信號和地址信號，對所述I — 2解碼外信息進行比特軟信息解交織，得到I — 2先驗信息送給第二卷積碼解碼器；2 — I存儲器，用于對2 — I解碼外信息進行存儲，通過控制模塊產(chǎn)生2 — I存儲器的讀寫控制信號和地址信號，對所述2 — I解碼外信息進行比特軟信息交織，得到2 — I先驗信息送給星座解映射器；2 — 3存儲器，用于對2 — 3解碼外信息進行存儲，通過控制模塊產(chǎn)生2 — 3存儲器的讀寫控制信號和地址信號，對所述2 — 3解碼外信息進行比特軟信息解交織，得到2 — 3先驗信息送給第一卷積碼解碼器；3 — 2存儲器，用于對3 — 2解碼外信息進行存儲，通過控制模塊產(chǎn)生3 — 2存儲器的讀寫控制信號和地址信號，對所述3 — 2解碼外信息進行比特軟信息交織，得到3 — 2先驗信息送給第二卷積碼解碼器。實施例五:本實施例給出采用LDPC碼的編碼調(diào)制系統(tǒng)的通用解映射解碼方法及解碼系統(tǒng)。LDPC碼編碼器本身是一個整體，但從與解碼算法的對應關系來看，可以將其視作奇偶校驗編碼和重復編碼的級聯(lián)，與星座映射一起構(gòu)成二級串行級聯(lián)的系統(tǒng)。米用LDPC碼的編碼調(diào)制系統(tǒng)，其發(fā)射端包括LDPC碼編碼器、星座映射器；而LDPC碼編碼器可視作奇偶校驗碼編碼器、重復碼編碼器的串行級聯(lián)。接收端包括三個解碼器，其中第一級解碼器為與星座映射器對應的星座解映射器；第二級解碼器為與重復碼編碼器對應的重復碼解碼器(VND);第三級解碼器為與奇偶校驗編碼器對應的奇偶校驗碼解碼器(CND)。除了上述三級解碼器有所區(qū)別以外，本實施例的解碼方法與實施例三類似；對應的解碼系統(tǒng)與實施例四類似，此處不再贅述。實施例六:本發(fā)明的解映射解碼方法和系統(tǒng)可直接擴展應用到三級以上級聯(lián)的編碼調(diào)制系統(tǒng)，參見圖10所示的四級級聯(lián)解映射解碼方法(包括圖10所示的步驟S301 304)以及圖11所示的四級級聯(lián)解碼系統(tǒng)；除了解碼方法步驟S303中多了一級解碼器的解碼運算步驟；解碼系統(tǒng)多了一級解碼器以外，本實施例的解碼方法和解碼系統(tǒng)與上面所述的三級級聯(lián)的類似，此處不再贅述。本發(fā)明打破了傳統(tǒng)解碼解映射方法的兩級迭代構(gòu)架，將各個解碼器視為相對獨立的運算模塊，各個解碼器并行運行或至少部分并行運行，根據(jù)各自的輸入運算得到輸出，并送給相應的其他單元。這種并行構(gòu)架可有效克服傳統(tǒng)迭代構(gòu)架的缺陷，提高系統(tǒng)的運算效率和吞吐能力，降低整體迭代次數(shù)。以上實施方式僅用于說明本發(fā)明，而并非對本發(fā)明的限制，有關技術(shù)領域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術(shù)方案也屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明的專利保護范圍應由權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種解映射解碼方法，其特征在于，包括以下步驟: S1:初始化控制模塊和多級解碼器中的各級解碼器； 52:當滿足解碼啟動條件時，控制模塊啟動解碼流程； 53:運行解碼流程，所述多級解碼器并行執(zhí)行解碼運算； 54:當滿足解碼停止條件時，控制模塊停止解碼流程，從多級解碼器中的一個解碼器得到最終解碼結(jié)果并輸出。
2.如權(quán)利要求1所述的解映射解碼方法，其特征在于，所述步驟SI初始化控制模塊和多級解碼器中的各級解碼器的步驟包括:設置每個解碼器迭代次數(shù)的最大值，設置整個解碼流程以及各解碼器的啟動和停止條件，將各級解碼器的輸入先驗信息設置為O。
3.如權(quán)利要求1所述的解映射解碼方法，其特征在于，解碼過程中，所述控制模塊為各級解碼器動態(tài)地分配運算資源。
4.如權(quán)利要求1所述的解映射解碼方法，其特征在于，所述多級解碼器并行執(zhí)行解碼運算的步驟包括: 設N為多級解碼器的總級數(shù)；n是當前解碼器的級數(shù)，為小于等于N的自然數(shù)； 當η = I時，第η級解碼器利用信道狀態(tài)信息，對接收的符號和第η+1級解碼器發(fā)送的η+1 — η先驗信息進行運算得到η — η+1解碼外信息；對所述η — η+1解碼外信息進行解交織后作為η — η+1先驗信息發(fā)送給第η+1級級解碼器； 當1<η<Ν時，第η級解碼器對第η-1級解碼器發(fā)送來的η_1 — η先驗信息和第η+1級解碼器發(fā)送來的η+1 — η先驗信息進行運算得到η — η_1解碼外信息和η — η+1解碼外信息；對所述η — η-1解碼外信`息進行交織后作為η — η_1先驗信息發(fā)送給第n_l級解碼器；對所述η — η+1解碼外信息進行解交織后作為η — η+1先驗信息發(fā)送給第η+1級解碼器； 當η = N時，第η級解碼器對第η-1級解碼器發(fā)送來的η_1 — η先驗信息進行運算得到η — η-1解碼外信息，對所述η — η-1解碼外信息進行交織后作為η — η-1先驗信息發(fā)送給第η-1級解碼器； 其中，第η級和第η+1級解碼器之間，對η — η+1解碼外信息進行的解交織步驟與對η+1 — η解碼外信息進行的交織步驟相對應。
5.如權(quán)利要求4所述的解映射解碼方法，其特征在于，至少部分交織步驟和對應的解交織步驟可以省略。
6.如權(quán)利要求1所述的解映射解碼方法，其特征在于，所述步驟S4中的最終解碼結(jié)果為某個解碼器在解碼過程中存儲的最終解碼結(jié)果，或者為對除第一級解碼器以外的任一解碼器接收的先驗信息和輸出的解碼外信息相加得到的解碼后驗信息進行硬判決得到的最終解碼結(jié)果。
7.一種解映射解碼系統(tǒng)，其特征在于，包括: 控制模塊，用于動態(tài)地分配和協(xié)調(diào)運算資源，控制解碼時序，產(chǎn)生存儲單元的控制信號和地址信號，啟動和終止整個解碼流程，以及啟動和終止各個解碼器； 以及并行執(zhí)行解碼運算的多級解碼器，設N為多級解碼器的總級數(shù)；η是當前解碼器的級數(shù)，為小于等于N的自然數(shù)； 當η小于等于N-1時，第η級解碼器與第η+1級解碼器之間分別設有一個η — η+1存儲器和一個η+1 — η存儲器； 所述η — η+1存儲器用于對η — η+1解碼外彳目息進行存儲，通過控制模塊廣生η — η+1存儲器的讀寫控制信號和地址信號，對所述η —η+1解碼外信息進行比特軟信息解交織，得到η — η+1先驗信息送給第η+1級解碼器； 所述η+1 — η存儲器用于對η+1 — η解碼外彳目息進行存儲，通過控制模塊廣生η+1 — η存儲器的讀寫控制信號和地址信號，對所述η+1 — η解碼外信息進行比特軟信息交織，得到η+1 — η先驗信息送給第η級解碼器； 當η = I時，第η級解碼器用于從η+1 — η存儲器中讀出η+1 — η先驗信息，結(jié)合信道狀態(tài)信息，對接收符號進行解碼，得到η — η+1解碼外信息并寫入η — η+1存儲器； 當1<11<1^時,第η級解碼器從η-1 — η存儲器讀出η_1 — η先驗信息,從η+1 — η存儲器讀出η+1 — η先驗信息,然后對所述η_1 — η先驗信息和η+1 — η先驗信息進行解碼，得到η — η-1解碼外信息和η — η+1解碼外信息,將所述η — η-1解碼外信息寫入η — η-1存儲器，將所述η — η+1解碼外信息寫入η — η+1存儲器； 當η = N時,第η級解碼器用于從η-1 — η存儲器讀出η_1 — η先驗信息,對所述η_1 — η先驗信息進行解碼得到η — η-1解碼外信息，寫入η — η-1存儲器。
8.如權(quán)利要求7所述的解映射解碼系統(tǒng)，其特征在于，至少部分相鄰級的解碼器之間的η — η+1存儲器讀寫過程中暗含的比特軟信息解交織可以省略，與之對應的η+1 — η存儲器讀寫過程中暗含的比特軟 信息交織也應省略。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種解映射解碼方法和系統(tǒng)，所述方法包括以下步驟S1初始化控制模塊和多級解碼器中的各級解碼器；S2當滿足解碼啟動條件時，控制模塊啟動解碼流程；S3運行解碼流程，所述多級解碼器并行執(zhí)行解碼運算；S4當滿足解碼停止條件時，控制模塊停止解碼流程，從多級解碼器中的一個解碼器得到最終解碼結(jié)果并輸出。所述系統(tǒng)包括用于實現(xiàn)上述方法的控制模塊、多級解碼器以及存儲器。本發(fā)明在保證系統(tǒng)性能的前提下，有效降低迭代解映射解碼系統(tǒng)的復雜度和整體迭代次數(shù)，提高數(shù)據(jù)吞吐率。
文檔編號H04L1/00GK103188038SQ20111045820
公開日2013年7月3日 申請日期2011年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月30日
發(fā)明者彭克武, 程濤, 楊知行, 潘長勇, 宋健 申請人:清華大學