专利名称：特博码译码的拟合最大后验概率方法
技术领域：
本发明涉及数字通信系统中的信道译码方法，尤其是特博(Turbo)码译码的拟合最大后验概率方法。
在数字通信系统中，有多种信道编码、译码方法，在1993年的IEEE国际通信会议录(Proc.IEEE Int.Conf.Commun.，Geneva，Switzerland，1993)第1060-1070页提出的Turbo码就是一种优秀的纠错编译码技术，利用该技术可以逼近shannon的信道编译码性能极限。由于Turbo码译码器的基本特征是迭代译码，而迭代译码需要译码器不仅能够进行软输入译码，而且能够给出迭代需要的软信息，在提出Turbo码的时候，上述文章同时提出了一种能够给出软信息的MAP(最大后验概率)方法，该方法的计算复杂度非常高，在实际应用中难以实现。在1996年3月的IEEE信息论学报(IEEETrans.Inform.Theory，March1996)第429-445页中提到的对MAP译码方法的两种改进方法，即Max_MAP和SOVA(软输出维特比)方法。对于MAP方法译码的最后判决量参数对数似然比(LLR)，Max_MAP方法对其所进行的运算都简化为求最大值运算，因此计算复杂度较低，但性能相比于MAP方法则有很大损失SOVA方法只是在传统的Viterbi(维特比)方法基础上的修改，使其能够输出软信息，其计算复杂度也比较低，但是该方法的性能比Max_MAP方法还差，比MAP方法更差。
事实上，MAP方法的复杂度主要在多次Ln(ex1+ex2+…+exn-1+exn)]]>的计算上，对上式的运算实质是一种递归运算，此时，MAP方法的复杂度主要集中在计算f(δ)＝Ln(1＋e-δ)(δ＞0)及对该式的递归运算上。1995年IEEE国际通信会议录(Proc.IEEE Int.Conf.Commun.，1995)第1009-1013页提到了对f(δ)＝Ln(1＋e-δ)(δ＞0)的计算可以通过查表法来得到简化，当然查表法复杂度很低，但译码的性能与数据表格的大小有一定的关系，且需要额外的系统资源，如果要得到比较理想的性能，所需的存储资源将会比较大，译码效率也有所降低。
基于上述事实，本发明的目的是提供一种Turbo码译码的拟合最大后验概率方法，它能降低MAP方法的复杂度，不需要额外系统资源，不降低译码效率，同时又保持与MAP方法性能比较接近的Turbo码译码方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是Turbo码译码的拟合最大后验概率方法，该方法包括对Turbo码译码的前向、后向概率度量计算和对数似然比计算中的递归运算f(δ)＝Ln(1＋e-δ)(δ＞0)，用该式的最佳拟合结果代替其进行Turbo码的译码，上述最佳拟合结果通过下述方法得到的(1)对Turbo码译码的前向、后向概率度量计算和对数似然比计算中的递归运算f(δ)＝Ln(1＋e-δ)(δ＞0)，首先根据变量δ的定义域δ＞0确定函数f(δ)的值域；
(2)根据函数f(δ)的值域和对Turbo码译码的性能、效率和复杂度要求确定该函数的最佳拟合区间，即变量δ的最佳取值范围；(3)在上述步骤(2)所述最佳拟合区间内选择最佳拟合点，并以该点为界确定最佳拟合结果。
由于本发明是通过采用对Turbo码译码的前向、后向概率度量计算和对数似然比计算中的递归运算f(δ)＝Ln(1＋e-δ)(δ＞0)的最佳拟合结果代替其进行Turbo码的译码，其拟合的本质，是可以用少量加法和乘法代替MAP方法中的指数及对数运算，从而减少了MAP方法的复杂度，同时也减少了译码的性能损失。与Max_MAP方法相比，性能有所提高，与查表法相比，该方法不需要预先计算并存储数据表供计算中查询，其计算都实时得到，既节省系统的存储资源，又不降低译码效率并能获得较理想的性能。因此，采用本发明进行Turbo译码，能够达到同MAP方法性能接近，计算复杂度又远低于MAP方法的效果，实际中易于实现，同时能优化系统设计。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
图1是MAP方法的递归运算f(δ)＝Ln(1＋e-δ)(δ＞0)的图形示意图。
Turbo码是在1993年提出来的一种新型纠错编译码技术，Turbo码编码器主要由两个并行的系统反馈卷积编码器(RSC)和一个交织器所构成；对应的译码器主要由与编码器两个RSC相对应的软输入、软输出译码单元和与编码器中的交织器相对应的交织器、去交织器所构成，其主要特点是迭代反馈译码。迭代反馈译码是通过在两个子译码单元之间交换软信息来进行的，最后的输出是在多次迭代后判决得到。
由于译码器的基本特征是迭代译码，迭代译码要求译码器不仅能够进行软输入译码，而且能够给出软信息，传统的Viterbi方法不能给出判决软信息。能给出软信息的MAP方法，其计算复杂度非常高，对系统的软、硬件环境要求很苛刻，在实际中难以实现。
由于译码器接收的信息量不同，使得采用MAP方法译码的复杂度主要集中在多次 的计算上，对该式的计算可以通过下面的递归运算方法得到记 ，则有yn=Ln(ex1+ex2+…+exn-1+exn)=Ln(eLn(ex1+ex2+…+exn-1)+exn)]]>=Ln(eyn-1+exn)]]>若yn－1≥xn则yn=Ln(eyn-1(1+e-yn-1+xn))]]>=yn-1+Ln(1+exn-yn-1)=yn-1+Ln(1+e-|yn-1-xn|)]]>若yn－1＜xn则yn=Ln(exn(1+eyn-1-xn))]]>=xn+Ln(1+e-xn+yn-1)=xn+Ln(1+e-|yn-1-xn|)]]>所以yn=Max(yn-1,xn)+Ln(1+e-|yn-1-xn|)]]>同理yn-1=Ln(eyn-2+exn-1)=max(yn-2,xn-1)+Ln(1+e-|yn-2-Xn-1|)]]>……y3=Ln(ey2+ex3)=max(y2,x3+Ln(1+e-|y2-x3|))]]>y2=Ln(ey1+ex2)=max(y1,x2+Ln(1+e-|y1-x2|))]]>y1＝x1
在这种情况下，MAP方法的计算复杂度主要集中在递归运算中的f(δ)＝Ln(1＋e-δ)(δ＞0)及对该式的递归运算上。为此，本发明采用Turbo码译码的拟合最大后验概率方法；避免上述递归运算中的指数和对数运算，以降低MAP方法的复杂度，具体为对Turbo码译码的前向、后向概率度量计算和对数似然比计算中的递归运算f(δ)＝Ln(1＋e-δ)(δ＞0)，用该式的最佳拟合结果代替其进行Turbo码的译码，上述最佳拟合结果通过下述方法得到的(1)对Turbo码译码的前向、后向概率度量计算和对数似然比计算中的递归运算f(δ)＝Ln(1＋e-δ)(δ＞0)，首先根据变量δ的定义域δ＞0确定函数f(δ)的值域；(2)根据函数f(δ)的值域和对Turbo码译码的性能、效率和复杂度要求确定该函数的最佳拟合区间，即变量δ的最佳取值范围；(3)在上述步骤(2)所述最佳拟合区间内选择最佳拟合点，并以该点为界确定最佳拟合结果。
按照上述步骤(1)确定的函数f(δ)＝Ln(1＋e-δ)(δ＞0)的值域，将函数f(δ)绘制成图形形式，如图2所示，可以看出，当拟合点大于6，即变量δ的值大于6时，函数f(δ)的值已趋于0，此时如继续增大拟合点的值，只能增加译码方法的复杂度，降低译码效率，而对译码性能几乎没有改善；当拟合点小于4并逐步变小，即变量δ的值小于4时并逐步变小，可以渐次降低译码方法的复杂度、提高译码效率，但译码性能也相应加大损失。因此，综合考虑上述情况，最佳拟合点在4到6之间的区间内。
事实上，在上述所说最佳拟合区间4到6的范围内，当拟合点大于5，即变量δ的值大于5时，再继续增加拟合点的值，由此而获取的译码性能的增加已经很小，而增加的译码复杂度和译码效率的降低已经使整体译码质量下降；反之，当拟合点小于5，即变量δ的值小于5时，再继续减小拟合点的值，由此而获取的译码复杂度的降低和译码效率的提高也很少，而降低的译码性能已经使整体译码质量下降。因此，在保证译码质量尽可能高的前提下，综合考虑译码性能、复杂度、效率等因素，拟合区间4到6之间的最佳拟合点为5。
如果确定最佳拟合点为5，即变量δ＝5，由于δ≥5时，f(δ)的值已经几乎为零，因此可以只在0≤δ＜5区间内对函数f(δ)＝Ln(1＋e-δ)(δ＞0)进行拟合，实际中可以利用数学运算工具matlab中的polyfit函数得到下面的最佳拟合结果零阶拟合 一阶拟合 二阶拟合 更高阶的拟合会相应增加计算的复杂度，而获取的性能增加并不大，因此没有必要进行高阶拟合。
本发明Turbo译码的拟合MAP方法可以广泛应用于WCDMA、cdma2000和TD-SCDMA等移动通信系统中。如果采用Turbo码作为前向纠错码，可以采用本发明进行Turbo译码，具体说，在获得译码期间的前向递归、后向递归和对数似然比(LLR)的结果过程中，使用本发明将大大降低系统译码复杂度，而几乎不降低系统译码性能，进而保证了系统的整体译码质量和效率。
权利要求
1.一种Turbo码译码的拟合最大后验概率方法，该方法包括对Turbo码译码的前向、后向概率度量计算和对数似然比计算，其特征在于对Turbo码译码的前向、后向概率度量计算和对数似然比计算中的递归运算f(δ)＝Ln(1＋e-δ)(δ＞0)，用该式的最佳拟合结果代替其进行Turbo码的译码，上述最佳拟合结果是通过下述方法得到的(1)对Turbo码译码的前向、后向概率度量计算和对数似然比计算中的递归运算f(δ)＝Ln(1＋e-δ)(δ＞0)，首先根据变量δ的定义域δ＞0确定函数f(δ)的值域；(2)根据函数f(δ)的值域和对Turbo码译码的性能、效率和复杂度要求确定该函数的最佳拟合区间，即变量δ的最佳取值范围；(3)在上述步骤(2)所述最佳拟合区间内选择最佳拟合点，并以该点为界确定最佳拟合结果。
2.根据权利要求1所述的Turbo译码的拟合最大后验概率方法，其特征在于所述最佳拟合区间在4到6之间，即变量δ的最佳取值范围为4到6。
3.根据权利要求2所述的Turbo译码的拟合最大后验概率方法，其特征在于所述最佳拟合区间的最佳拟合点为5，以δ＝5为界确定的最佳拟合结果为零阶拟合 一阶拟合 二阶拟合
全文摘要
一种Turbo码译码的拟合最大后验概率方法,该方法通过对MAP译码方法的递归运算f(δ)=Ln(1+e
文档编号H03M13/23GK1338825SQ0012611
公开日2002年3月6日 申请日期2000年8月19日 优先权日2000年8月19日
发明者林锦东 申请人:华为技术有限公司