专利名称：通用可配置的高速率Turbo码译码系统及其方法
通用可配置的高速率TurbO码译码系统及其方法技术领域
本发明属于无线通信技术领域，更进一步涉及信道编码技术领域中的一种通用可配置的高速率Turbo码译码系统及其方法。本发明可实现RadiX-4MaX-Log-MAP算法/ Radix-4S0VA算法通用可配置的高速率Turbo码译码，可用于下一代宽带无线通信系统中的Turbo码译码器。
背景技术：
高吞吐率的Turbo码译码是下一代宽带无线通信系统中的一个核心技术。 Turbo码译码算法分为两类一类是由Viterbi算法演化而来的软输出维特比(Soft Output Viterbi Algorithm, S0VA)算法；一类是最大后验概率(Maximum a posteriori Probability,MAP)算法，以及由MAP算法延伸出的Log-MAP算法和Max-Log-MAP算法。从译码复杂度的角度来说，MAP算法和Log-MAP算法需要大量的指数和对数计算，复杂度高， 而Max-Log-MAP算法和SOVA算法则完全用加减法运算和最大(小)值操作就可实现，复杂度低，有利于硬件上的实现。因此Max-Log-MAP算法和SOVA算法成为了 Turbo码的实用译码算法。
为了提高译码速率，近年来两者的Radix-4结构算法得到了广泛的研究，北京卫星信息工程研究所提出的专利申请“一种基于DVB-RCS标准的双二元Turbo码译码方法及译码器”(申请日:2007年11月30日，申请号:200710178506. 1，公开号=CNlOl 162908A)中公开了一种RadiX-4MaX-Log-MAP译码器及方法，来解决Turbo码译码速率低的问题。该专利申请中的译码器在译码时采用双二元输入，一个时钟完成两个比特的译码，因此相对于传统的Max-Log-MAP译码器，在相同的时钟频率下可以将译码速率提高一倍。但是，该专利申请公开的译码器及方法存在的不足是，在译码时译码器需要进行前向和后向两次递归运算，因此该译码器虽然能提高译码速率，但提高有限。
Haratsch E F 等人在“A Radix-4 Soft-Output Viterbi Architecture" (IEEE International Symposium on VLSI Design, Automation and Test, Hsinchu,2008 : 224-227.)提出了一种高译码速率的RadiX-4S0VA译码器。该译码器通过用可信度更新运算替代后向递归运算，使译码速率相比RadiX-4Max-Log-MAP译码器又得到进一步提高。该方法存在的不足是由于没有进行后向递归运算，则Radix-4S0VA译码器在译码时就很难选取最佳路径，因此译码性能比Radix-4Max-Log-MAP译码器差。
根据实际的传播信道条件，权衡译码性能和速率，当传播信道质量差时，一般选择译码性能相对较好的Radix-4Max-L0g-MAP算法；当传播信道质量较好时，可以选择译码速率较高的Radix-4S0VA算法。但是值得注意的是，如果在一个Turbo码译码器中同时配置独立的Radix-4Max-Log-MAP算法和Radix-4S0VA算法实现模块，那将是对硬件资源的极大浪费，不能满足下一代宽带无线通信系统对Turbo码译码器的低复杂度和低硬件资源消耗的要求。发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供了一种通用可配置的高速率 Turbo码译码系统及其方法，可实现I adix-4Max-Log-MAP算法/I adix-4S0VA算法通用可配置的Turbo码译码，有效地降低了同时独立实现上述两种算法的硬件资源消耗。
为了实现上述目的，本发明方法的思路是利用RadiX-4MaX-L0g-MAP算法和 Radix-4S0VA算法之间的共性，完成在一个译码系统中同时实现两种算法通用可配置的译码，从而可以根据无线信道条件，实时地选择其中一种算法进行译码，保证下一代宽带无线通信系统对Turbo码译码器的低硬件资源消耗和高译码速率的要求。
本发明的系统包括十二个模块输入数据存储模块、分支度量计算模块、分支度量存储模块、前向状态度量/路径度量差计算模块、前向状态度量/度量差存储模块、后向状态度量计算模块、对数似然比计算模块1、可信度更新模块、对数似然比计算模块2、外信息计算模块、外信息存储模块、硬判决模块；其中输入数据存储模块，用于接收并存储接收到的信息序列；分支度量计算模块，用于计算状态转移分支的分支度量；分支度量存储模块，用于为RadiX-4MaX-L0g-MAP算法存储分支度量计算模块产生的分支度量；前向状态度量/路径度量差计算模块，用于计算状态的前向路径度量值、路径度量差和路径判决比特， 向可信度更新模块发送路径判决比特；前向状态度量/度量差存储模块，用于存储前向状态度量值和路径度量差；后向状态度量计算模块，用于为RadiX-4MaX-L0g-MAP算法计算状态的后向路径度量值；对数似然比计算模块1，用于计算RadiX-4Max-Log-MAP算法中的对数似然比；可信度更新模块，用于Radix-4S0VA算法中的可信度更新；对数似然比计算模块 2，用于计算Radix-4S0VA算法中的对数似然比；外信息计算模块，用于计算待译码比特的外信息；外信息存储模块，用于存储外信息计算模块产生的外信息；硬判决模块，用于完成对数似然比的硬判决。
本发明方法的实现步骤如下
(1)接收信息序列
输入数据存储模块接收并存储信息序列，两帧交替进行接收和译码。
(2)顺序读取信息，进行第一次分量译码
分支度量计算模块按照顺序地址读取输入数据存储模块中第一个分量码的系统信息序列和校验信息序列，同时将按照顺序地址读取外信息存储模块中的外信息序列作为本次分量译码的先验信息序列，其中外信息序列的初始值初始化为0。
(3)计算分支度量
分支度量计算模块利用系统信息序列、校验信息序列和先验信息序列，通过分支度量计算公式计算合并后的两步状态转移分支的分支度量。
(4)计算前向状态度量和度量差
4a)前向状态度量/度量差计算模块通过路径度量计算公式，计算每个状态的四条输入分支对应的路径度量；
4b)前向状态度量/度量差计算模块利用路径度量，通过前向状态度量计算公式计算每个状态的前向状态度量；
4c)前向状态度量/度量差计算模块利用路径度量，通过度量差计算公式计算每个状态的度量差，度量差计算公式如下
Ak+l(s) =
权利要求
1.通用可配置的高速率Turbo码译码系统，包括十二个模块输入数据存储模块、分支度量计算模块、分支度量存储模块、前向状态度量/路径度量差计算模块、前向状态度量/ 度量差存储模块、后向状态度量计算模块、对数似然比计算模块1、可信度更新模块、对数似然比计算模块2、外信息计算模块、外信息存储模块、硬判决模块；其中输入数据存储模块，用于接收并存储接收到的信息序列； 分支度量计算模块，用于计算状态转移分支的分支度量；分支度量存储模块，用于为RadiX-4MaX-L0g-MAP算法存储分支度量计算模块产生的分支度量；前向状态度量/路径度量差计算模块，用于计算状态的前向路径度量值、路径度量差和路径判决比特，向可信度更新模块发送路径判决比特；前向状态度量/度量差存储模块，用于存储前向状态度量值和路径度量差； 后向状态度量计算模块，用于为Radix-4Max-Log-MAP算法计算状态的后向路径度量值；对数似然比计算模块1，用于计算Radix-4Max-L0g-MAP算法中的对数似然比；可信度更新模块，用于Radix-4S0VA算法中的可信度更新；对数似然比计算模块2，用于计算Radix-4S0VA算法中的对数似然比；外信息计算模块，用于计算待译码比特的外信息；外信息存储模块，用于存储外信息计算模块产生的外信息；硬判决模块，用于完成对数似然比的硬判决。
2.根据权利要求1所述的通用可配置的高速率Turbo码译码系统，其特征在于，所述输入数据存储模块的容量包括两帧，一帧用于译码，一帧用于接收。
3.通用可配置的高速率Turbo码译码方法，包括如下步骤(1)接收信息序列输入数据存储模块接收并存储信息序列，两帧交替进行接收和译码；(2)顺序读取信息，进行第一次分量译码分支度量计算模块按照顺序地址读取输入数据存储模块中第一个分量码的系统信息序列和校验信息序列，同时将按照顺序地址读取外信息存储模块中的外信息序列作为本次分量译码的先验信息序列，其中外信息序列的初始值初始化为0 ；(3)计算分支度量分支度量计算模块利用系统信息序列、校验信息序列和先验信息序列，通过分支度量计算公式计算合并后的两步状态转移分支的分支度量；(4)计算前向状态度量和度量差4a)前向状态度量/度量差计算模块通过路径度量计算公式，计算每个状态的四条输入分支对应的路径度量；4b)前向状态度量/度量差计算模块利用路径度量，通过前向状态度量计算公式计算每个状态的前向状态度量；4c)前向状态度量/度量差计算模块利用路径度量，通过度量差计算公式计算每个状态的度量差，度量差计算公式如下CN 102523076 A权利要求书2/4页
4.根据权利要求3所述的通用可配置的高速率Turbo码译码方法，其特征在于，步骤 (1)所述的两帧交替进行接收和译码是指，当接收完第一帧后开始译码，第二帧开始接收； 当第二帧接收完开始译码时，第一帧开始接收。
5.根据权利要求3所述的通用可配置的高速率Turbo码译码方法，其特征在于，步骤 (3)所述的分支度量计算公式如下xk-La(Mk) +x^'La(Mk+x) +- +η+。.吞+1)其中，Y k,k+1 (s"，s)表示从k-1时刻状态s"转移到k+Ι时刻状态s的两步状态转移对应的分支度量；k表示译码时间，1彡k彡N-I且k取奇数，N是编码码块的长度；s"和s 分别表示分量编码器在k-Ι和k+Ι时刻的寄存器状态，s〃 ,S e {0，1，...，2m-l}，m是分量编码器的寄存器个数；xk、xk+1分别表示分量编码器从状态s"转移到状态s输出的系统比特，毛=Ixk -1 ,xk+] = 2xk+i -1 ； La (uk)、La (uk+1)分别表示 uk 和 uk+1 的先验信息；uk、uk+1 分别表示第k和k+Ι个待译码比特；L。为信道可信度量值；yk、rk分别表示k时刻输入数据存储模块接收到的系统信息和校验信息，yk+1、rk+1分别表示k+Ι时刻输入数据存储模块接收到的系统信息和校验信息；zk、zk+1分别表示分量编码器从状态s"转移到状态s输出的校验比特，fλ = -1 式+1 = 2zi+1 -1。
6.根据权利要求3所述的通用可配置的高速率Turbo码译码方法，其特征在于，步骤 (4a)所述的路径度量计算公式如下P(s〃，s'，s) = 0^(8" ) + Yk,k+1(s//，S)其中，P(s〃，s'，s)表示从k-1时刻状态s"转移到k时刻状态s'再转移到k+Ι时刻状态s的路径度量；s"、s'和s分别表示分量编码器在k-1，k和k+1时刻的寄存器状态，s〃，s'，8￡{0，1，...，2"1-1}，!11是分量编码器的寄存器个数；(11;_1(8〃)表示k-Ι时刻状态s"的前向状态度量；k表示译码时间，1彡k彡N-I且k取奇数，N是编码码块的长度；Yk,k+1(s"，s)表示从k-Ι时刻状态s"转移到k+Ι时刻状态s的两步状态转移对应的分支度量。
7.根据权利要求3所述的通用可配置的高速率Turbo码译码方法，其特征在于，步骤 (4b)所述的前向状态度量计算公式如下α k+1 (s) =max{P(Sl"，S1' ，s)，P(s2〃，S1' ，s)，P(s3〃 , S2' ，s)，P(s4〃 , S2' ，s)} 其中，α k+1 (s)表示k+1时刻状态s的前向状态度量，k表示译码时间，1彡k彡N-I且k 取奇数，N是编码码块的长度 ’s表示分量编码器在k+Ι时刻的寄存器状态，s e {0，1，...， 2m_l}，m是分量编码器的寄存器个数；P(Si"，s/，s)表示从k-Ι时刻状态Si〃转移到k时刻状态再转移到k+Ι时刻状态s的路径度量，i e {1,2,3,4}, j e {1,2} ；S1"，S2“， S3"，S4"表示转移到k+Ι时刻状态s在k-1时刻的四个寄存器状态，s/，S2'表示转移到k+Ι时刻状态s在k时刻的两个寄存器状态，且k-1时刻的状态S1" ,S2"转移到了 k时刻的s/，k-Ι时刻的状态W，s4"转移到了 k时刻的、‘，S1 〃，S2"，S3"，S4"，S1'，S2' e {0，1，…，2m-l}。
8.根据权利要求3所述的通用可配置的高速率Turbo码译码方法，其特征在于，步骤 (6)所述的外信息计算公式如下Le (uk) = L (uk) -La (uk) -Lc · yk Le (uk+1) = L (uk+1) -La (uk+1) -Lc · yk+1其中，Le (uk)、Le (uk+1)分别表示uk和uk+1的外信息；uk、uk+1分别表示第k和k+Ι个待译码比特；L (uk)、L(uk+1)分别表示Uk和uk+1的对数似然比;La(uk)、La(uk+1)分别表示Uk和uk+1 的先验信息；L。表示信道可信度量值；uk、yk+1分别表示第k和k+Ι时刻接收到的系统信息。
9.根据权利要求3所述的通用可配置的高速率Turbo码译码方法，其特征在于，步骤 (9)所述的硬判决规则如下其中，^、&+1分别表示待译码比特Uk和uk+1的估计值；L (Uk)、L (uk+1)分别表示待译码比特Uk和uk+1的对数似然比；uk、uk+1分别表示第k和k+Ι个待译码比特。
全文摘要
本发明公开了一种通用可配置的高速率Turbo码译码系统及其方法，解决了现有技术在Turbo码译码器中同时配置独立的Radix-4Max-Log-MAP算法和Radix-4SOVA算法实现模块使硬件资源消耗过大的问题。本发明实现方法的步骤接收信息；顺序读取信息，进行第一次分量译码；计算分支度量；计算前向状态度量和度量差；计算对数似然比；计算外信息；按交织地址读取信息，进行第二次分量译码；译码终止判决；硬判决。本发明利用两种Radix-4算法之间的共性，完成了在一个译码系统中同时实现两种算法通用可配置的高速率Turbo码译码，降低了硬件资源消耗，可用于下一代宽带无线通信系统中的Turbo码译码器。
文档编号H04L1/00GK102523076SQ20121000156
公开日2012年6月27日 申请日期2012年1月4日 优先权日2012年1月4日
发明者付少忠, 任德锋, 师晓晔, 李靖, 葛建华, 高明 申请人:西安电子科技大学