专利名称：采用Turbo码的单载波迭代均衡实现方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明属于单载波频域均衡技术领域，尤其涉及采用Turbo码的单载波迭 代均衡实现方法及系统。
背景技术：
Turbo码是一种采用并行级联码的迭代反馈译码机制的编译码结构，其工作 原理类似涡轮机(turbo)的反馈原理。Turbo码是一种高性能码，两个分量译 码器之间传递各自的译码信息并作为另一个的先验信息，这样通过多次迭代以 后，得到可靠的译码输出。图1为Turbo码编码电路原理图，其中Ti为Turbo 码内部交织器，n为信道交织器，Cl、 C2为两个分量编码器。
单载波频域均衡(Single Carrier Frequency Domain Equalization ， 简 称SC-FDE)系统采用频域均衡算法，接收数据首先经过快速傅立叶变换(FFT) 得到频域数据，频域均衡之后再经逆傅立叶变换(IFFT)得到时域数据。当采 用基于判决反馈的均衡算法时，反馈部分可以是时域数据，也可以是频域数据。 一般来说判决反馈均衡比线性均衡具有更好的性能，但是判决反馈存在误差传 播问题， 一次误判可能影响后面若干个判决的正确性。利用软判决反馈代替硬 判决，能够在一定程度上解决误差传播的问题。
迭代均衡，又称Turbo均衡，借鉴迭代译码的思想，首先，均衡器利用译 码部分得到的软判决先验信息，得到最佳的均衡系数完成对接收数据的均衡， 然后新的均衡数据再送给译码部分生成新的译码输出。如此迭代多次之后达到 收敛。单载波系统采用迭代均衡算法可提高系统性能。Turbo编码方案下传统的 迭代均衡的工作方式为每个迭代周期内，首先利用译码部分反馈的信息完成 新一轮均衡，再将均衡后的数据送给两个Turbo分量译码器进行译码。当每个 迭代周期的译码部分结束后，都需要等待均衡器完成新一轮的均衡才能继续译码，在此期间译码部分处于闲置状态。 一个完整的迭代周期的延时为均衡与译 码部分的各自时延之和，因而相对于非迭代均衡系统，传统的迭代均衡算法带 来了更大的延迟。
图2为传统的单载波迭代均衡系统原理图，其中7T、 r^分别为Turbo码内 部交织与解交织器，n、 ET分别为信道交织与解交织器。如图2所示，Turbo 译码器由两个分量译码器组成，两个分量译码器之间互相传递外部信息 (extrinsic information )作为另 一个的先验信息，如此迭代多次之后直至收 敛。分量译码器通常采用最大后验概率(APP)译码器，其输入包括信息序列
输出LLR即力(w， O)和码字序列的输出LLR即<9)。
在每个迭代周期内，均衡器根据接收信号和译码单元反馈回的软信息计算 均衡输出，根据一定的均衡算法计算出编码序列的对数似然比(LLR ),对数似 然比经过处理得到译码部分的码字输入即Z(c;7)。两个分量译码器之间为串行 工作模式，分量译码器1首先计算出其信息序列的输出厶("0 , Z,(i/; 0作为分 量译码器2的信息序列的输入力2(" 7)，分量译码器2继续工作直至得到其信息 序列的输出0)，力2"; O)作为下一轮迭代时分量译码器1的信息序列的输入 厶(i;;7)。当分量译码器2译码完成后，两个分量译码器将各自的码字序列的输 出即A(c;0)和厶(c; 6!)同时送给复用器并交织作为下一轮迭代开始时提供给均 衡器的软信息，即告此轮迭代过程结束，重复此操作开始下一轮的迭代过程。 传统的迭代均衡电路工作时序如图3所示， 一轮迭代周期时间为均衡器与两个 分量译码器的工作时间之和。
传统的迭代均衡系统，当每个迭代周期的译码部分结束后，需要等待均衡 器完成新一轮的均衡才能继续译码，在此期间译码部分处于闲置状态。 一个完 整的迭代周期的延时为均衡与译码部分的各自时延之和，因而相对于非迭代均 衡系统，传统的迭代均衡算法带来了更大的延迟。 发明内容本发明要解决的技术问题是针对传统的单载波迭代均衡方案存在的延迟较大的缺陷，提出一种低延迟的采用Turbo码的单载波迭代均衡实现方法及系统。 为解决上述技术问题，本发明采用Turbo码的单载波迭代均衡实现方法包括均衡步骤和译码步骤；其中均衡步骤利用译码步骤得到的软判决先验信息， 完成对接收数据的均衡，新的均衡数据再送给译码步骤生成新的译码输出，如 此迭代多次之后达到收敛；所述译码步骤包括两个分量译码步骤，该两个分量 译码步骤之间是串行执行关系；所述均衡步骤与译码步骤是并行执行的，即在执行其中一个分量译码步骤 时，将上一迭代周期内该分量译码步骤的码字序列输出和另 一分量译码步骤最 新的码字序列输出进行合并，并以合并后的信息作为软信息输入，执行所述均 衡步骤。作为一种优化选择，所述均衡步骤总是与当前执行的所迷分量译码步骤同 时开始执行并同时停止执行的。具体地，所述均衡步骤与译码步骤之间的并行执行是按照如下方案来实现的设置一个外部信息寄存器，用于緩存所述分量译码步骤得到的码字序列输出；当其中一个分量译码步骤执行完毕后，输出该步骤得到的码字序列，其中 一路送入该外部信息寄存器中寄存，另一路与所述外部信息寄存器之前寄存的 另一分量译码步骤得到的码字序列进行合并，以作为所述均衡步骤的软信息输入；则之后在执行另一分量译码步骤的同时，能够执行所述均衡步骤。采用本发明方法，由于迭代时所述均衡步骤与译码步骤是并行执行的，因此迭代周期即为Turbo码的译码周期。采用该方法的单载波迭代均衡系统延时与非迭代的均衡系统相同。为解决上述技术问题，本发明釆用Turbo码的单载波迭代均衡实现系统包括均衡器和译码部分；其中译码部分包括两个分量译码器，两个分量译码器 之间是串行工作的；所述均衡器与译码部分是并行工作的，即当其中一个分量译码器工作的时 候，所述均衡器以上一迭代周期内该分量译码器输出的码字序列和另一分量译 码器最新输出的的码字序列的合并信息为软信息输入，并行地与之工作。本发明系统还可以包括外部信息寄存器，该外部信息寄存器用于緩存所述 分量译码器的码字序列输出，以便在其中一个分量译码器译码完毕后，得到的 码字序列输出能够与该外部信息寄存器中緩存的另一分量译码器之前的码字序 列输出进行合并，以之作为所述均衡器的软信息输入，从而能够实现在之后另 一分量译码器工作的同时，所述均衡器能够工作。本发明系统还包括自动控制单元，该自动控制单元用于对该系统各部分的 工作时序进行控制。本发明的有益效果为本发明技术方案中，均衡器与译码单元之间并行工作，在其中任一个分量 译码器工作的同时，均衡器利用两个分量译码器之前输出的码字信息(包括该 正在工作的分量译码器上一迭代周期的输出码字和另一分量译码器最新的输出 码字)进行工作，该次均衡处理结束后并将均衡结果送给译码部分；之后均衡 器与另一个分量译码器并行工作。采用本发明的单载波迭代均衡系统的性能与 传统的单载波迭代均衡系统相同，而系统延迟却与非迭代均衡系统相同，有效 地克服了传统的迭代均衡算法延迟较大的问题。并且，本发明技术方案还具有 实施简便、成本低等优点。
图1为Turbo码编码电路原理图；图2为传统的单载波迭代均衡系统原理图；图3为传统的单载波迭代均衡系统工作时序图；图4为本发明单载波迭代均衡系统原理图； 图5为本发明单载波迭代均衡系统工作时序图； 图6为本发明系统中均衡器的工作原理示意图； 图7为本发明系统工作流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细说明。 图4为本发明单载波迭代均衡系统原理图，图中Ti为Turbo码内部交织器， 7T—'为Turbo码内部解交织器，n为信道交织器，n—'为信道解交织器。如图所 示，本发明单载波迭代均衡实现系统包括均衡器、两个分量译码器即图中的第 一分量译码器(分量译码器1)和第二分量译码器(分量译码器2)、外部信息 寄存器和两个复用器(Multiplexer,又称多路器或多路复用器)即第一复用器 和第二复用器。该系统中均衡器与分量译码器之间是并行工作的，每一迭代周 期内，在分量译码器i(i-l,2)工作的同时，均衡器接收另一分量译码器 i)最新的码字输出0及外部寄存器保存的上一迭代周期内分量译码器i的 码字输出O)作为软信息输入，并行地与之工作。外部信息寄存器用于寄存 分量译码器的码字输出，当分量译码器i完成译码时，通过图4中的开关选择 器将其码字输出O)传送到第一复用器，同时其码字输出厶(c;0也被传送 到外部信息寄存器中，并将该外部信息寄存器中寄存的另一分量译码器j此前 的码字输出0挤出外部信息寄存器，该被挤出外部信息寄存器的码字输出 0与分量译码器i的码字输出厶.(c; 0)在第一复用器处合并后经过信道交 织作为软判决先验信息；被送到均衡器，均衡器根据接收信号a( ^为第k个时 刻的接收信号)和该软判决先验信息^进行均衡处理。在均衡器进行该次均衡 处理的同时，分量译码器j进行译码处理。分量译码器j进行该次译码处理依 据的信息输入A/("; "^游潜乂译竭A理的分量译码器i的信息输出厶如；W， 分量译码器j依据的码字输入1)则是均衡器最新输出的信号j^x。经过第二复用器拆分得到的，拆分后得到的信息[(c; I)经过图示开关选择器被送入分量译码器j。图5为本发明单载波迭代均衡系统工作时序图，如图所示，由于迭代时均衡器与分量译码器并行工作，因此迭代周期即为Turbo码的译码周期。所以本 发明单载波迭代均衡系统延时与非迭代均衡系统的延时相同。图6为本发明系统中均衡器的工作原理示意图，如图所示，均衡器的输入 为接收信号A( /v为第k个时刻的接收信号)及译码部分反馈回的软信息&，根 据最小均方误差(國SE)准则计算出前馈均衡系数G和反馈均衡系数A,并输 出外部信息& (A)提供给译码单元。单载波系统的接收信号可以表示为r = Hx + n (1)其中r为接收信号，r = h，..., —x为发送信号，乂 = [;..一^『；n为噪声，n =["。,..., —,f,其中^为单载波信号块长度；H为信道沖激响应矩阵，<formula>formula see original document page 9</formula>均衡器输出信号为或:，其中Z为多径长度。z-F卞Fr-BFi)(2)z = Fw(CFHx + CFn-BFi) (3)其中C:&ag(Co,…,C;^), B = ^"g{S0,...,5w—,}, diag ^表，十角头巨F车，F为j專立叶变换矩阵，代表共轭转置。由 H为 Toeplitz矩阵知 根据匿SE准则，均衡系数G 、 A应最小化期望误差五|z_x|=五 =五CH-I)Fx + CFn-BFi[(CHI Fx + CFn-BFi>0(4)Af—1IKI丰l HC"+W、 -2Re V。『雄)由此得到，，《=0賴+z4"i2)广(5)-卡l、+ (1 —P)由于存在信道交织&可认为彼此独立；(5)式的推导中利用了 ￡(^) = ^及五(kl2—1 (对恒包络psK调制)。"^2T。乂i;y2)表示反馈信号的平均能量。根据(4) (5)得到期望误差表达式」"o\ 7(6)式在约束条件2=^=0下求导，解得(6)+1-承4 +1-P-/7 K- 70""2(7)"o CT 2+(1-/ <T 2+(1-由(2) (6) (7)，均衡器输出可建模为期望输出和高斯噪声之和:<formula>formula see original document page 11</formula>由(8)式得到作为LLR输出送给译码单元的信号AW 4 (9)图7为本发明系统工作流程示意图，如图所示，本发明系统工作流程包括 如下步骤初始均纟軒阶l殳步骤l、均衡器初始均衡，输出厶(c;T)， Ate;;);步骤2、 T)送给第一分量译码器l译码，输出厶(";0)，厶(c; 0);其中厶(";0送给第二分量译码器2，厶(c;。)送到外部信息寄存器中； 开始迭代步骤3、将厶("；0)=A(w;/),及"c; T)送给第二分量译码器2进行译码， 译码输出。)、Z2(c; 0;与此同时，以^和外部寄存器中寄存的O)为软判决先验信息在 均衡器中进行均衡处理；该次均衡处理的结果主要用于更新厶(c; 7);步骤4、将厶("；7)-A(w;0),及厶(c; 7)送给分量译码器1译码，输出 厶("；0、厶(c;0;与此同时，以步骤3中得到的0和外部寄存器中寄存的厶(c; O)为软 判决先验信息在均衡器中进行均衡处理；该次均衡处理的结果主要用于更新 厶(c; 7);步骤5、若迭代结束，输出T)作为信息数据，用于后续处理；否则返 回步骤3。以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应注意的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，本领围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求记载的技术方案 及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
权利要求
1、一种采用Turbo码的单载波迭代均衡实现方法，包括均衡步骤和译码步骤，其中所述译码步骤包括两个分量译码步骤；其特征在于所述均衡步骤与译码步骤是并行执行的，即在执行其中一个分量译码步骤时，将上一迭代周期内该分量译码步骤的码字序列输出和另一分量译码步骤最新的码字序列输出进行合并，并以合并得到的信息作为软信息输入，执行所述均衡步骤。
2、 根据权利要求1所述的采用Turbo码的单载波迭代均衡实现方法，其特 征在于，所述均衡步骤与译码步骤之间的并行执行具体是按如下方式实现的设置一个外部信息寄存器；当其中一个分量译码步骤执行完毕后，输出该步骤得到的码字序列，其中 一路送入该外部信息寄存器中寄存，另一路与所述外部信息寄存器之前寄存的 另一分量译码步骤得到的码字序列进行合并，以作为所迷均衡步骤的软信息输 入；则接下来在执行另一分量译码步骤的同时，能够执行所述均衡步骤。
3、 根据权利要求1或2所迷的采用Turbo码的单载波迭代均衡实现方法， 其特征在于所述均衡步骤总是与当前执行的所述分量译码步骤同时开始执行并同时停 止执行的。
4、 一种采用Turbo码的单载波迭代均衡实现系统，包括均衡器和译码部分， 其中译码部分包括两个分量译码器；其特征在于所述均衡器与译码部分是并行工作的，即在其中一个分量译码器工作时， 所述均衡器以上一迭代周期内该分量译码器输出的码字序列和另一分量译码器 最新的输出的码字序列的合并信息为软信息输入，并行地与之工作。
5、 根据权利要求4所述的釆用Turbo码的单载波迭代均衡实现系统，其特 征在于该系统包括外部信息寄存器，该外部信息寄存器用于緩存所述分量译码器 的码字序列输出，以便在其中一个分量译码器译码完毕后，得到的码字序列输 出能够与该外部信息寄存器中緩存的另一分量译码器之前的码字序列输出进行 合并，以之作为所述均衡器的软信息输入，从而能够实现在之后另一分量译码 器工作的同时，所述均^f器也能够工作。
6、根据权利要求4或5所述的采用Turbo码的单载波迭代均衡实现系统， 其特征在于该系统还包括自动控制单元，该自动控制单元用于对该系统各部分的工作 时序进行控制。
全文摘要
本发明公开了一种低延迟的采用Turbo码的单载波迭代均衡实现方法及系统，该方法包括均衡步骤和译码步骤，其中译码步骤包括两个分量译码步骤；所述均衡步骤与译码步骤是并行执行的，在执行其中一个分量译码步骤的同时，将上一迭代周期内该分量译码步骤的码字序列输出和另一分量译码步骤最新的的码字序列输出进行合并，并以该合并信息作为软判决先验信息，执行所述均衡步骤。该系统包括均衡器和译码部分，其中译码部分包括两个分量译码器；所述均衡器与译码部分是并行工作的，在任一个分量译码器工作时，所述均衡器都同时进行处理。本发明单载波迭代均衡系统的延迟与非迭代均衡系统相同。
文档编号H04L27/26GK101409693SQ20081022591
公开日2009年4月15日 申请日期2008年11月6日 优先权日2008年11月6日
发明者昊 吴, 立 方, 田金洁 申请人:北京韦加航通科技有限责任公司