專利名稱：一種Turbo碼迭代譯碼方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于通信與信息技術(shù)中的信道譯碼的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種 Turbo碼迭代譯碼方法，適用于成員編碼器為巻積碼的Turbo碼譯碼。
背景技術(shù)：
一、Turbo碼概述
法國(guó)科學(xué)家Berrou于90年代初提出了 Turbo碼，它是在綜合過(guò)去幾十 年人們?cè)跇?gòu)造級(jí)聯(lián)碼及改進(jìn)最大后驗(yàn)概率譯碼(MAP)算法、迭代譯碼思想 等基礎(chǔ)上的一種推廣和創(chuàng)新，是近年來(lái)糾錯(cuò)編碼領(lǐng)域研究的重要突破。Turbo 碼為一種并行級(jí)聯(lián)碼，它的內(nèi)碼，外碼均4吏用巻積碼。它^f吏用了一種全新的 譯碼思想——迭代譯碼，從而真正挖掘了級(jí)聯(lián)碼的潛力。它也突破了最小碼 距的設(shè)計(jì)思想，更接近仙農(nóng)的隨機(jī)碼概念，獲得趨近極限的性能。計(jì)算機(jī)仿 真結(jié)果表明，在加性白高斯噪聲信道(AWGN)上，特定參數(shù)條件下Turbo 碼的誤碼率可以達(dá)到與香農(nóng)理論極限相差0.7dB的性能，這是任何其他糾錯(cuò) 編碼方案所無(wú)法比擬的。對(duì)于傳輸信息位同樣長(zhǎng)的數(shù)據(jù)塊，Turbo碼可以比 RS碼與巻積碼組成的串行級(jí)聯(lián)碼多l(xiāng)dB的編碼增益。Turbo碼的優(yōu)異譯碼 性能決定了它已經(jīng)成為當(dāng)今信息論和編碼領(lǐng)域的一個(gè)重要研究方向。 一經(jīng)提 出，它就獲得了廣泛的重視，得到了普遍的應(yīng)用。Turbo碼不僅在信噪比較 低的高噪聲環(huán)境下性能優(yōu)越，而且具有很強(qiáng)的抗衰落、抗干擾能力。這使得 Turbo碼在信道條件較差的移動(dòng)通信系統(tǒng)中有很大的應(yīng)用潛力。
第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)中，巻積編碼和交織的應(yīng)用對(duì)于保證話音質(zhì)量和低 速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的質(zhì)量有很好的效果。但是第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)在第二代的基礎(chǔ) 上,所需要提供的業(yè)務(wù)種類(lèi)對(duì)差錯(cuò)控制編譯碼提出了更高的要求。隨著Turbo 碼的提出和相關(guān)研究的進(jìn)一步深入和完善，Turbo碼已經(jīng)被確定為第三代移 動(dòng)通信系統(tǒng)IMT2000中高質(zhì)量、高速率傳輸業(yè)務(wù)的首選編碼方案。二、現(xiàn)有的迭代譯碼方法
Turbo碼譯碼采用了迭代譯碼的方法。每次迭代時(shí)子譯碼器產(chǎn)生的外附 信息經(jīng)加權(quán)后將作為下一次迭代時(shí)子譯碼器的先驗(yàn)信息使用，由于奇數(shù)次和 偶數(shù)次譯碼各自對(duì)應(yīng)的先驗(yàn)信息的排列順序有所不同，所以在進(jìn)行下一次迭 代之前需要根據(jù)當(dāng)前迭代次數(shù)的情況對(duì)加權(quán)后的外附信息進(jìn)行交織或解交 織處理。最后一次迭代時(shí)，對(duì)子譯碼器輸出的軟信息作硬判決后得出譯碼結(jié) 果。
現(xiàn)有的Turbo碼迭代譯碼方法中子譯碼器通常采用Log-MAP (對(duì)數(shù)-最大后驗(yàn)概率)或Max-Log-MAP (最大值-對(duì)數(shù)-最大后驗(yàn)概率)進(jìn)行計(jì) 算，下面簡(jiǎn)要說(shuō)明它們的工作流程
Log-MAP可以分解為前向迭代、反向迭代和軟信息及外附信息計(jì)算三 個(gè)部分。Log-MAP需要計(jì)算的量度有前向迭代參數(shù)A(m)、反向迭代參數(shù) A(m)以及軟信息A(《)和外附信息A(《)(也就是下一級(jí)譯碼的&)。其工作 步驟如下
步驟l:接收完整個(gè)序列后，初始化A(m)、瓦(附)及外附信息。
步驟2: ^(m)前向推進(jìn);^(l4iV),同時(shí)式(m)逆向推進(jìn)A^(7V jl)，然后 計(jì)算軟信息。
步驟3:軟信息經(jīng)過(guò)處理后，可得到新的外附信息，輸入下一譯碼器， 進(jìn)4亍下一4侖譯碼。
Log-MAP算法在對(duì)數(shù)域上進(jìn)行。為了下文描述方便起見(jiàn)，定義函數(shù) mas(a，6) = ln(e。+e6)， a, b為函數(shù)的參數(shù)項(xiàng)，則指數(shù)加法運(yùn)算進(jìn)入對(duì)數(shù)域后可 進(jìn)行(式l)所示的分解。
ln(e。 +^) = 111[6鵬(。'6)(1 + ￡卡—。')^max(a》)+ ln(l + e卡-。1)(式l)
式中的ln(l + e卡—)為一非線性的修正函數(shù)，其計(jì)算十分復(fù)雜，故實(shí)現(xiàn)時(shí) 常采用線性近似法，以直線逼近或查表法來(lái)求得該^修正項(xiàng)。
Log-MAP算法中前向迭代和反向迭代的計(jì)算方法分別為
S/t (w)=附as
cr cr，
(式2)
5<formula>formula see original document page 6</formula>
其中，前向迭代和反向迭代的初始條件如下: 50 (0) = 0; 30 (w) = —/m力'a/, w = l,2,...M—1，
<formula>formula see original document page 6</formula> 軟信息和外附信息的計(jì)算方法分別為
A(《)=脂s
—附OS
<formula>formula see original document page 6</formula>
(式4)
(式5)
Max-Log-MAP算法將(式l)中的修正項(xiàng)剔除，即
ln(e" + e*) max(a, 6) (式6)
這一近似簡(jiǎn)化帶來(lái)了算法實(shí)現(xiàn)上的方便，省去了修正項(xiàng)加法運(yùn)算所引入 的查找表資源占用及運(yùn)算延時(shí)等。
這樣，(式2)、(式3)和(式4)式可得到進(jìn)一步的化筒
<formula>formula see original document page 6</formula>的&，為了表達(dá)方便起見(jiàn)，下文中將其簡(jiǎn)稱為外附信息或&)的加權(quán)采用了 估計(jì)外附信息參數(shù)^ ,并使用估計(jì)出的外附信息參數(shù) 對(duì)外附信息進(jìn)行加
權(quán)的方式。需要估計(jì)的參數(shù)有兩個(gè)，即mz (本次迭代時(shí)使用的外附信息絕
對(duì)值的均值)和《(本次迭代使用的外附信息上疊加的噪聲的方差)。它們
的估計(jì)方法如下
斗ZW (式10)附.
1 w 1 w 2
2=72^(|^|-附2)2=71>*| -m， (式ll)
(式IO)和(式ll)中，7V是用于統(tǒng)計(jì)的外附信息的總數(shù)量，A是不小于1 且不大于iv的整數(shù)，^是第;t個(gè)用于統(tǒng)計(jì)的外附信息。
此外，還需要估計(jì)輸入數(shù)據(jù)上疊加的噪聲的方差CT2,用以對(duì)輸入的待譯
碼數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)。"2的值取決于待譯碼數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特性，因此在輸入的待譯
碼數(shù)據(jù)確定的情況下， 一的值是一個(gè)常數(shù)，迭代過(guò)程中只需要估計(jì)一次?！?br> 的估計(jì)方法如下
<formula>formula see original document page 7</formula>(式13)
其中，iV是用于統(tǒng)計(jì)的待譯碼數(shù)據(jù)的總數(shù)量，A是不小于1且不大于iV的
整數(shù)，A是第it個(gè)用于統(tǒng)計(jì)的待譯碼數(shù)據(jù)，A是待譯碼數(shù)據(jù)絕對(duì)值的均值。
現(xiàn)有的迭代譯碼方法信號(hào)處理步驟為
步驟l:待譯碼數(shù)據(jù)和先驗(yàn)信息、.^ (第1次迭代時(shí)先驗(yàn)信息取0)被輸
入子譯碼器，子譯碼器使用L。g-MAP算法或者M(jìn)ax-Log-MAP算法對(duì)待譯碼數(shù)據(jù) 和先驗(yàn)信息進(jìn)行譯碼得出外附信息和軟信息數(shù)據(jù)。
步驟2:判斷當(dāng)前迭代次數(shù)，如果是最后一次迭代則對(duì)子譯碼器得出的 軟信息進(jìn)行硬判決輸出譯碼結(jié)果，并結(jié)束整個(gè)譯碼過(guò)程。
步驟3:估計(jì)外附信息參數(shù)，對(duì)外附信息進(jìn)行加權(quán)，得到經(jīng)過(guò)加權(quán)的外附信息。
步驟4:判斷當(dāng)前迭代次數(shù)，如果是奇數(shù)則對(duì)加權(quán)后的外附信息進(jìn)行交
織處理，并作為先驗(yàn)信息送回子譯碼器；否則對(duì)加權(quán)后的外附信息進(jìn)行解交
織處理，并作為先驗(yàn)信息送回子譯碼器。跳轉(zhuǎn)至步驟l。
現(xiàn)有的Max-Log-MAP算法較Log-MAP算法進(jìn)行了三處簡(jiǎn)化，分別是 (式2)簡(jiǎn)化為(式7)、(式3)筒化為(式8)以及(式4)筒化為(式 9 )。經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)化，Max-Log-MAP算法的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度及譯碼速度均優(yōu)于Log-MAP 算法，但研究表明，這種簡(jiǎn)化造成了約為0.2dB左右的譯碼性能損失。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于Turbo碼迭代譯碼方法，解決 現(xiàn)有的Turbo碼譯碼的迭代方法中外附信息參數(shù)估計(jì)的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度較高的 問(wèn)題。
為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種Turbo碼迭代譯碼方法，將 待譯碼數(shù)據(jù)和先驗(yàn)信息輸入子譯碼器，子譯碼器對(duì)待譯碼數(shù)據(jù)和先驗(yàn)信息進(jìn) 行前向迭代以及反向迭代，得到外附信息和軟信息數(shù)據(jù)，對(duì)外附信息進(jìn)行加 權(quán)，進(jìn)行下一次迭代，直到最后一次迭代，得到譯碼結(jié)果，其特征在于，在 進(jìn)行每一次迭代時(shí)，使用常數(shù)代替0"2附2/《，其中， 一是輸入的待譯碼數(shù)據(jù) 上疊加的噪聲的方差，m,是本次迭代使用的外附信息絕對(duì)值的均值，《是 本次迭代使用的外附信息上疊加的噪聲的方差。
進(jìn)一步地，上述方法還可具有以下特點(diǎn)，迭代時(shí)使用對(duì)數(shù)-最大后驗(yàn)概 率Log-MAP算法或最大值-對(duì)數(shù)-最大后驗(yàn)概率Max-Log-MAP算法。
進(jìn)一步地，上述方法還可具有以下特點(diǎn)，迭代時(shí)使用混合Log-MAP迭 代譯碼方法，即計(jì)算前向迭代參數(shù)和后向迭代參數(shù)時(shí)，使用最大值-對(duì)數(shù)-最大后驗(yàn)概率Max-Log-MAP算法，在計(jì)算外附信息和軟信息時(shí)使用對(duì)數(shù)-最大后驗(yàn)概率Log-MAP算法。
進(jìn)一步地，上述方法還可具有以下特點(diǎn)，所述常數(shù)根據(jù)下述方法確定， 稱為通用常數(shù)110，明確需要譯碼的Turbo碼結(jié)構(gòu)、碼率和數(shù)據(jù)塊長(zhǎng)度；
120,根據(jù)步驟110中的參數(shù)構(gòu)建加性白高斯噪聲環(huán)境下的譯碼器仿真 平臺(tái)；
130，任意選取某個(gè)大于O且小于1的常數(shù)作為外附信息的加權(quán)系數(shù)；
140，進(jìn)行仿真，得出需要優(yōu)化的比特性能比區(qū)間內(nèi)的譯碼器誤幀率或 誤碼率性能；
150，在〔0, 1〕區(qū)間內(nèi)選取新的加權(quán)外附信息的常數(shù)，并重復(fù)步驟140, 直至所述需要優(yōu)化的比特性能區(qū)間內(nèi)的譯碼器的誤幀率或誤碼率最小。
進(jìn)一步地，上述方法還可具有以下特點(diǎn)，步驟150中，采用黃金分割優(yōu) 化方法或二分查找法選取新的加權(quán)外附信息的常數(shù)。
進(jìn)一步地，上述方法還可具有以下特點(diǎn)，建立常數(shù)查找表，在進(jìn)行迭代 譯碼時(shí)，首先根據(jù)迭代次數(shù)，查找所述常數(shù)查找表中該迭代次數(shù)對(duì)應(yīng)的最優(yōu) 常數(shù)，用所查到的最優(yōu)常數(shù)代替tT2^/《。
進(jìn)一步地，上述方法還可具有以下特點(diǎn)，所述常數(shù)查找表的建立方法如
代次數(shù)的常數(shù)固定為通用常數(shù)，直至誤幀率或誤碼率最小，得到該次迭代對(duì) 應(yīng)的最優(yōu)常數(shù)，隨后固定該次迭代采用的常數(shù)為最優(yōu)常數(shù)，變更下一個(gè)需要 優(yōu)化的迭代次數(shù)的常數(shù)，最終達(dá)到所有迭代采用的常數(shù)都被優(yōu)化為最優(yōu)常 數(shù)，優(yōu)化完畢后產(chǎn)生了 一個(gè)迭代次數(shù)和最優(yōu)常數(shù)的對(duì)照表即常數(shù)查找表。
進(jìn)一步地，上述方法還可具有以下特點(diǎn)，所述方法應(yīng)用于寬帶碼分多址 系統(tǒng)，所述常數(shù)為0.375。
本發(fā)明還提出一種Turbo碼迭代譯碼方法，將待譯碼數(shù)據(jù)和先驗(yàn)信息輸 入子譯碼器，子譯碼器對(duì)待譯碼數(shù)據(jù)和先驗(yàn)信息進(jìn)行前向迭代以及反向迭 代，得到外附信息和軟信息數(shù)據(jù)，對(duì)外附信息進(jìn)行加權(quán)，進(jìn)行下一次迭代， 直到最后一次迭代，得到譯碼結(jié)果，其特征在于，所述方法在進(jìn)行迭代譯碼 時(shí)，計(jì)算前向迭代參數(shù)和后向迭代參數(shù)時(shí)，使用最大值-對(duì)數(shù)-最大后驗(yàn)概 率Max-Log-MAP算法，在計(jì)算外附信息和軟信息時(shí)使用對(duì)數(shù)-最大后驗(yàn)概 率Log-MAP算法。
9本發(fā)明將現(xiàn)有的Log-MAP (對(duì)數(shù)-最大后驗(yàn)概率)算法和 Max-Log-MAP (最大值-對(duì)數(shù)-最大后驗(yàn)概率)算法綜合使用，在譯碼速 度和性能之間獲得較好的折中；本發(fā)明通過(guò)在設(shè)計(jì)譯碼器階段采用計(jì)算機(jī)仿 真的方法確定外附信息的加權(quán)系數(shù)，取代現(xiàn)有迭代方法中對(duì)外附信息進(jìn)行參 數(shù)估計(jì)得到的加權(quán)系數(shù)，降低了實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度。本發(fā)明的譯碼速度快于現(xiàn)有 基于Log-MAP的Turbo碼迭代譯碼方法，解決了現(xiàn)有的Turbo碼譯碼方法 中外附信息參數(shù)估計(jì)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度較高的問(wèn)題，且比特信噪比為0.2dB至ldB 范圍內(nèi)的誤碼率和誤幀率性能優(yōu)于現(xiàn)有方法。


圖1是現(xiàn)有Turbo碼迭代i奪碼方法的信號(hào)處理流程圖。 圖2是本發(fā)明Turbo碼迭代譯碼方法的信號(hào)處理流程圖。 圖3子譯碼器的信號(hào)處理流程圖。
圖4是本發(fā)明方法一、方法二以及方法三與現(xiàn)有方法的誤碼率性能比較 示意圖。
圖5是本發(fā)明方法一、方法二以及方法三與現(xiàn)有方法的誤幀率性能比較 示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明綜合使用Max-Log-MAP算法和Log-MAP算法的計(jì)算方式。在 前向迭代求解&(m)以及反向迭代求解逸(m)的過(guò)程中，沿用了 Max-Log-MAP 的計(jì)算方式，也即以max(a》)作為ln(e。+。的近似值；而在求解軟信息A(《)的 過(guò)程中，使用了 Log-MAP的計(jì)算方式，以max(a,6) +修正函數(shù)精確計(jì)算 ln(e。 + 。。本發(fā)明將這種綜合使用Max-Log-MAP算法和Log-MAP算法的計(jì) 算方式稱為混合Log-MAP算法，該算法中計(jì)算式的使用方法如下
<formula>formula see original document page 10</formula>(式14)<formula>formula see original document page 10</formula> (式15)<formula>formula see original document page 11</formula>(式16)
由于在前向迭代和反向迭代過(guò)程中，下一時(shí)刻計(jì)算需要當(dāng)前時(shí)刻的計(jì)算 結(jié)果的出后才能開(kāi)始進(jìn)行，例如，在得出^一,(m')后才能計(jì)算A(m);得出 A+1 后才能計(jì)算& (m)。而求解下 一 時(shí)刻軟信息的過(guò)程不依賴于當(dāng)前時(shí)刻 的計(jì)算結(jié)果，可以采用流水線的方式進(jìn)行。所以，子譯碼器的譯碼速度主要 受限于前向迭代和反向迭代的計(jì)算速度。本發(fā)明提出的混合Log-MAP算法 沿用了 Max-Log-MAP算法的前向迭代和反向迭代計(jì)算方式，在釆用相同實(shí) 現(xiàn)結(jié)構(gòu)時(shí)能夠獲得與Max-Log-MAP算法同樣的譯碼速度，且實(shí)現(xiàn)復(fù)雜性低 于Log-MAP算法。此外，由于本發(fā)明軟信息的計(jì)算精度高于Max-Log-MAP 算法，混合Log-MAP算法的譯碼性能優(yōu)于Max-Log-MAP算法。
在本發(fā)明中，Turbo碼迭代譯碼中的外附信息加權(quán)系數(shù)采用與外附信息 本身無(wú)關(guān)的常數(shù)；該常數(shù)的選取是在譯碼器設(shè)計(jì)階段通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真的方法 優(yōu)化確定的。
下面以混合Log-MAP算法為例，說(shuō)明常數(shù)迭代方法的工作原理。首先，
定義^(附)=(72.《(附)、A(m) = cr2 .瓦(m)以及人(0 = 0"2.八 ),在輸入的待譯
碼數(shù)據(jù)確定的情況下，—的值是一個(gè)常數(shù)，則(式14)(式15)和(式16) 可以分別被改寫(xiě)為如下形式
<formula>formula see original document page 11</formula>(式n)
<formula>formula see original document page 11</formula>
(式19)以常數(shù)c取代^，可以得到(式20)(式21)和(式22)
A (附)《 m!x(x4"lit +力"24 + c ^wltmz + dw (m')) (式20) A("0 m^x(xi+1M10fc+1) +h+1w2(i+1) + c-zi+1M1(4+1)mz +(式21)
,附'A =附)
(式22)
其中，常數(shù)C是在譯碼器設(shè)計(jì)階段通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真的方法優(yōu)化確定的固 定常數(shù)，其數(shù)值在整個(gè)譯碼過(guò)程中保持不變。上述Turbo碼迭代譯碼方法稱 為基于常數(shù)的混合Log-MAP Turbo碼迭代譯碼方法，即本發(fā)明的方法一。 同理，將常數(shù)c取代參數(shù)估計(jì)值的方法應(yīng)用于Log-MAP算法和 Max-Log-MAP算法可以得到本發(fā)明的方法二和方法三。本發(fā)明將這種^f吏用 在譯碼器設(shè)計(jì)階段通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真確定的常數(shù)取代參數(shù)估計(jì)值的迭代譯碼 方法稱為基于常數(shù)的Turbo碼迭代譯碼方法。該方法解決了現(xiàn)有方法中參數(shù) 估計(jì)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的問(wèn)題。此外，由于經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)仿真優(yōu)化，該方法在給定的比 特信噪比工作區(qū)間內(nèi)(給定的比特信噪比工作區(qū)間是指用戶關(guān)注的信噪比區(qū) 間，在該區(qū)間內(nèi)譯碼器達(dá)到用戶需要的誤塊率性能，比如百分之一或千分之 一)的譯碼性能優(yōu)于現(xiàn)有方法。
也可以根據(jù)當(dāng)前迭代次數(shù)，通過(guò)查找常數(shù)表的方法獲得外附信息的加權(quán) 系數(shù)；該常數(shù)表中的常數(shù)是在譯碼器設(shè)計(jì)階段通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真的方法優(yōu)化確 定的。
本發(fā)明的方法二和方法三除釆用計(jì)算式和確定的常數(shù)數(shù)值有所不同之 外，信號(hào)處理流程和方法一完全一致。
下面以方法一為例說(shuō)明本發(fā)明的信號(hào)處理流程
Turbo碼譯碼采用了迭代譯碼的方法。每次迭代時(shí)子譯碼器產(chǎn)生的外附 信息經(jīng)加權(quán)后將作為下一次迭代時(shí)子譯碼器的先驗(yàn)信息使用，由于奇數(shù)次和 偶數(shù)次譯碼各自對(duì)應(yīng)的先驗(yàn)信息的排列順序有所不同，所以在進(jìn)行下一次迭代之前需要根據(jù)當(dāng)前迭代次數(shù)的情況對(duì)加權(quán)后的外附信息進(jìn)行交織或解交 織處理。最后一次迭代時(shí)，對(duì)子譯碼器輸出的軟信息作硬判決后得出譯碼結(jié)
果。其中子譯碼器采用了如前文所述的混合Log-MAP算法。
本發(fā)明針對(duì)特定的比特信噪比工作區(qū)間，使用了經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)仿真優(yōu)化過(guò) 的常數(shù)對(duì)外附信息進(jìn)行加權(quán)，該常數(shù)在譯碼過(guò)程中保持不變。
本發(fā)明在譯碼器設(shè)計(jì)階段需要通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真的方法優(yōu)化確定常數(shù)作
為外附信息的加權(quán)系數(shù)。該常數(shù)的確定方法為
步驟l:明確需要譯碼的Turbo碼結(jié)構(gòu)、碼率以及數(shù)據(jù)塊長(zhǎng)度等參數(shù)。
步驟2:根據(jù)上述參數(shù)構(gòu)建AWGN (加性白高斯噪聲)環(huán)境下的譯碼器 計(jì)算機(jī)仿真平臺(tái)。
譯碼器計(jì)算機(jī)仿真平臺(tái)一般包括編碼器、信道發(fā)生器、待測(cè)譯碼器和誤 塊率統(tǒng)計(jì)模塊，用于采用模擬仿真的方法評(píng)估譯碼器的性能指標(biāo)。
AWGN信道環(huán)境仿真為業(yè)界評(píng)估譯碼器性能指標(biāo)的通用標(biāo)準(zhǔn)，由于各 種譯碼算法推導(dǎo)均以AWGN信道為基準(zhǔn)，因此在AWGN信道下測(cè)試具有較 高的可比性。
步驟3:任意選取某個(gè)大于0且小于1的常數(shù)作為外附信息的加權(quán)系數(shù)。
步驟4:進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真，得出需要優(yōu)化的比特性能比區(qū)間內(nèi)的譯碼器 誤幀率性能。
編碼器產(chǎn)生符合編碼規(guī)則的調(diào)制信號(hào)后信道發(fā)生器根據(jù)當(dāng)前待測(cè)信噪 比的要求在調(diào)制信號(hào)上疊加白高斯噪聲，混合信號(hào)送入待測(cè)譯碼器進(jìn)行譯 碼，誤塊率統(tǒng)計(jì)模塊用于將譯碼結(jié)果和編碼前的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，以確定當(dāng)前 信噪比情況下該傳輸塊是否i,碼錯(cuò)誤。重復(fù)上述過(guò)程足夠多的次數(shù)(如100 次)以達(dá)到較為準(zhǔn)確的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。
步驟5:釆用黃金分割(0.618)優(yōu)化方法，在〔0, 1〕區(qū)間內(nèi)選取新的 加權(quán)外附信息的常數(shù)，并重復(fù)步驟4，直至所關(guān)心的比特信噪比區(qū)間內(nèi)譯碼 器的誤幀率最小。
選取方式可采用先選擇0.618作為常數(shù)仿真，第二次在分割后的區(qū)間內(nèi) 各自取0.618倍的位置作為常數(shù)(0.382和0.764),第三次在第二次分割的區(qū)間內(nèi)取0.618倍的位置作為常數(shù)(0.236、 0.528、 0.708和0.910)依次遞 歸采用這些常數(shù)仿真所關(guān)注的比特信噪比區(qū)間內(nèi)譯碼器的誤幀率，直至誤幀 率達(dá)到極小值。除上述方法外還可以采用二分查找等方法優(yōu)化該常數(shù)。
上述誤幀率也可采用誤碼率或誤塊率替代。
每次迭代時(shí)可以采用相同的常數(shù)，也可以通過(guò)上述仿真的方法逐次迭代 優(yōu)化該常數(shù)得出每次迭代適用的最優(yōu)常數(shù)，優(yōu)化方法如下
首先根據(jù)上述常數(shù)確定方法獲得一個(gè)最優(yōu)的常數(shù)，稱為通用常數(shù)，獲得 通用常數(shù)后，固定其余迭代時(shí)采用的常數(shù)(即使用通用常數(shù))，對(duì)要進(jìn)行優(yōu) 化的某次迭代采用的常數(shù)進(jìn)行變更，直至性能最優(yōu)(誤碼率或誤幀率最小)， 獲得該次迭代的最優(yōu)常數(shù)，隨后固定該次迭代采用的常數(shù)為所述最優(yōu)常數(shù)， 變更下一個(gè)需要進(jìn)行優(yōu)化的迭代次數(shù)的常數(shù)，最終達(dá)到所有迭代采用的常數(shù) 都被優(yōu)化為最優(yōu)常數(shù)，優(yōu)化完畢后產(chǎn)生了 一個(gè)迭代次數(shù)和最優(yōu)常數(shù)的對(duì)照表 即常數(shù)查找表，譯碼時(shí)根據(jù)當(dāng)前迭代次數(shù)查找該表得出當(dāng)前適用的最優(yōu)常數(shù) 進(jìn)行后續(xù)計(jì)算。
下面以第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)3GPP WCDMA (3rd Generation Partnership Project Wideband Code Division Multiple Access第三代合作伙伴計(jì)劃寬帶碼 分多址)標(biāo)準(zhǔn)中的Turbo碼為例，比較本發(fā)明的方法一、方法二以及方法三 和現(xiàn)有方法在誤碼率和誤幀率方面的性能。
首先，在設(shè)計(jì)譯碼器階段需要優(yōu)化本發(fā)明方法一、方法二以及方法三中 常數(shù)的取值。在特定比特信噪比(0.2dB至ldB)情況下，用計(jì)算機(jī)仿真的 方法對(duì)適用于WCDMA系統(tǒng)Turbo碼的譯碼器加權(quán)常數(shù)進(jìn)行優(yōu)化并綜合考 慮硬件實(shí)現(xiàn)的難易程度，得到該情況下本發(fā)明方法一、方法二和方法三中的 常數(shù)均應(yīng)選取0.375。
本發(fā)明的信號(hào)處理過(guò)程如下，如圖2所示
步驟i:待譯碼數(shù)據(jù)和先驗(yàn)信息(第l次迭代時(shí)先驗(yàn)信息取0)被輸入 子譯碼器，子譯碼器對(duì)待譯碼數(shù)據(jù)和先驗(yàn)信息進(jìn)行前向迭代以及反向迭代 后，通過(guò)計(jì)算得出外附信息和軟信息凄史據(jù)。
其中，進(jìn)行前向迭代，后向迭代時(shí)使用固定常數(shù)替換^k。
14步驟2:判斷當(dāng)前迭代次數(shù)，如果是最后一次迭代則對(duì)子譯碼器得出的
軟信息進(jìn)行硬判決輸出譯碼結(jié)果，并結(jié)束整個(gè)譯碼過(guò)程。
步驟3:使用固定常數(shù)對(duì)外附信息進(jìn)行加權(quán)，得到經(jīng)過(guò)加權(quán)的外附信息。 此處固定常數(shù)取0.375。
步驟4:判斷當(dāng)前迭代次數(shù)，如果是奇數(shù)則對(duì)加權(quán)后的外附信息進(jìn)行交 織處理，并作為先驗(yàn)信息送回子譯碼器；否則對(duì)加權(quán)后的外附信息進(jìn)行解交 織處理，并作為先驗(yàn)信息送回子譯碼器。跳轉(zhuǎn)至步驟l。
接下來(lái)通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真的方法比較本發(fā)明方法一、方法二以及方法三 和現(xiàn)有方法的性能，仿真條件如下
信道模型為AWGN信道。
編碼器及編碼器中內(nèi)交織器的結(jié)構(gòu)參見(jiàn)3GPP Technical Specification (第三代合作伙伴計(jì)劃技術(shù)規(guī)范)25.212 V3.3.0(2000-06)中第15頁(yè)至第20
頁(yè)的"i兌明。
編碼前的數(shù)據(jù)塊長(zhǎng)度為4224,碼率為1/3,編碼后的數(shù)據(jù)塊長(zhǎng)度為12684。
譯碼器的迭代次數(shù)為18次單迭代(單迭代的次數(shù)定義為子譯碼器完成 譯碼的次數(shù))，譯碼器中所使用的待譯碼數(shù)據(jù)、外附信息、軟信息以及中間 變量的數(shù)據(jù)類(lèi)型均為浮點(diǎn)類(lèi)型。
圖4是本發(fā)明方法一、方法二以及方法三與現(xiàn)有方法的誤碼率性能比較 示意圖。圖中，橫坐標(biāo)Eb/N0是比特信噪比，單位為dB;縱坐標(biāo)BER是誤 碼率，也即譯碼結(jié)果中譯錯(cuò)比特?cái)?shù)占總比特?cái)?shù)的比例。Log-MAP表示現(xiàn)有 的采用Log-MAP算法的迭代譯碼方法；Max-Log-MAP表示現(xiàn)有的采用 Max-Log-MAP算法的迭代譯碼方法；const Mix-Log-MAP表示本發(fā)明的方 法一；const Log-MAP表示本發(fā)明的方法二； const Max-Log-MAP表示本發(fā) 明的方法三。
圖5是本發(fā)明方法一、方法二以及方法三與現(xiàn)有方法的誤幀率性能比較 示意圖。圖中，橫坐標(biāo)同圖4;縱坐標(biāo)FER是誤幀率，也即譯碼結(jié)果中譯錯(cuò) 幀數(shù)占總幀數(shù)的比例。
圖中每個(gè)點(diǎn)的仿真幀數(shù)為一百萬(wàn)幀，或錯(cuò)誤幀達(dá)到一百幀。由圖可見(jiàn)，本發(fā)明的方法三、方法一和方法二在誤碼率和誤幀率的性能
上依次略有提高。且上述三種方法均明顯優(yōu)于現(xiàn)有的采用Max-Log-MAP算 法的迭代譯碼方法。其中，比特信噪比為0.3dB至0.7dB的區(qū)間，誤碼率性 能優(yōu)于現(xiàn)有方法約0.3dB,誤碼率較現(xiàn)有方法下降約兩個(gè)數(shù)量級(jí)。此外，本 發(fā)明在該比特信噪比區(qū)間內(nèi)的誤幀率性能也較現(xiàn)有的采用Max-Log-MAP算 法的迭代譯碼方法有0.2dB左右的增益。
與現(xiàn)有的采用Log-MAP算法的迭代譯碼方法相比，本發(fā)明方法二在比 特信噪比為0.3dB至0.7dB的區(qū)間內(nèi)性能略占優(yōu)勢(shì)，方法一和方法三與現(xiàn)有 的采用Log-MAP算法的迭代譯碼方法較為接近。
在實(shí)現(xiàn)復(fù)雜性方面，本發(fā)明:換方法二、方法一和方法三的順序依次降4氐。 由于迭代過(guò)程中無(wú)需估計(jì)參數(shù)，本發(fā)明的方法二和方法三的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜性分別 低于現(xiàn)有的采用Log-MAP算法的迭代譯碼方法和現(xiàn)有的采用 Max-Log-MAP算法的迭代譯碼方法。
相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，基于常數(shù)的改進(jìn)不僅大幅降低了運(yùn)算量，而且使得譯 碼性能得到相當(dāng)提升。
1權(quán)利要求
1、一種Turbo碼迭代譯碼方法，將待譯碼數(shù)據(jù)和先驗(yàn)信息輸入子譯碼器，子譯碼器對(duì)待譯碼數(shù)據(jù)和先驗(yàn)信息進(jìn)行前向迭代以及反向迭代，得到外附信息和軟信息數(shù)據(jù)，對(duì)外附信息進(jìn)行加權(quán)，進(jìn)行下一次迭代，直到最后一次迭代，得到譯碼結(jié)果，其特征在于，在進(jìn)行每一次迭代時(shí)，使用常數(shù)代替其中，σ2是輸入的待譯碼數(shù)據(jù)上疊加的噪聲的方差，mz是本次迭代使用的外附信息絕對(duì)值的均值，是本次迭代使用的外附信息上疊加的噪聲的方差。
2、 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，迭代時(shí)使用對(duì)數(shù)-最大后 -瞼概率Log-MAP算法或最大值-對(duì)數(shù)-最大后驗(yàn)概率Max-Log-MAP算法。
3、 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，迭代時(shí)使用混合Log-MAP 迭代譯碼方法，即計(jì)算前向迭代參數(shù)和后向迭代參數(shù)時(shí)，使用最大值-對(duì)數(shù) -最大后驗(yàn)概率Max-Log-MAP算法，在計(jì)算外附信息和軟信息時(shí)使用對(duì)數(shù) -最大后驗(yàn)概率Log-MAP算法。
4、 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述常數(shù)根據(jù)下述方法確 定，稱為通用常數(shù)110,明確需要譯碼的Turbo碼結(jié)構(gòu)、碼率和數(shù)據(jù)塊長(zhǎng)度；120,根據(jù)步驟110中的參數(shù)構(gòu)建加性白高斯噪聲環(huán)境下的譯碼器仿真 平臺(tái)；130,任意選取某個(gè)大于0且小于1的常數(shù)作為外附信息的加權(quán)系數(shù)；140，進(jìn)行仿真，得出需要優(yōu)化的比特性能比區(qū)間內(nèi)的譯碼器誤幀率或 誤碼率性能；150,在〔0， 1〕區(qū)間內(nèi)選取新的加權(quán)外附信息的常數(shù)，并重復(fù)步驟140， 直至所述需要優(yōu)化的比特性能區(qū)間內(nèi)的譯碼器的誤幀率或誤碼率最小。
5、 如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，步驟150中，采用黃金分 割優(yōu)化方法或二分查找法選取新的加權(quán)外附信息的常數(shù)。
6、 如權(quán)利要求1或2或3或4所述的方法，其特征在于，建立常數(shù)查 找表，在進(jìn)行迭代譯碼時(shí)，首先根據(jù)迭代次數(shù)，查找所述常數(shù)查找表中該迭 代次數(shù)對(duì)應(yīng)的最優(yōu)常數(shù)，用所查到的最優(yōu)常數(shù)代替cr2^/^2 。
7、 如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述常數(shù)查找表的建立方 法如下，獲得通用常數(shù)后對(duì)要進(jìn)行優(yōu)化的某次迭代采用的常數(shù)進(jìn)行變更，其 余迭代次數(shù)的常數(shù)固定為通用常數(shù)，直至誤幀率或誤碼率最小，得到該次迭 代對(duì)應(yīng)的最優(yōu)常數(shù)，隨后固定該次迭代采用的常數(shù)為最優(yōu)常數(shù)，變更下一個(gè) 需要優(yōu)化的迭代次數(shù)的常數(shù)，最終達(dá)到所有迭代采用的常數(shù)都被優(yōu)化為最優(yōu) 常數(shù)，優(yōu)化完畢后產(chǎn)生了 一個(gè)迭代次數(shù)和最優(yōu)常數(shù)的對(duì)照表即常數(shù)查找表。
8、 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述方法應(yīng)用于寬帶碼分 多址系統(tǒng)，所述常數(shù)為0.375。
9、 一種Turbo碼迭代譯碼方法，將待譯碼數(shù)據(jù)和先驗(yàn)信息輸入子譯碼 器，子譯碼器對(duì)待譯碼數(shù)據(jù)和先驗(yàn)信息進(jìn)行前向迭代以及反向迭代，得到外 附信息和軟信息數(shù)據(jù)，對(duì)外附信息進(jìn)行加權(quán)，進(jìn)行下一次迭代，直到最后一 次迭代，得到譯碼結(jié)果，其特征在于，所述方法在進(jìn)行迭代譯碼時(shí)，計(jì)算前 向迭代參數(shù)和后向迭代參數(shù)時(shí)，使用最大值-對(duì)數(shù)-最大后驗(yàn)概率 Max-Log-MAP算法，在計(jì)算外附信息和軟信息時(shí)使用對(duì)數(shù)-最大后驗(yàn)概率 Log-MAP算法。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種Turbo碼迭代譯碼方法，將待譯碼數(shù)據(jù)和先驗(yàn)信息輸入子譯碼器，子譯碼器對(duì)待譯碼數(shù)據(jù)和先驗(yàn)信息進(jìn)行前向迭代以及反向迭代，得到外附信息和軟信息數(shù)據(jù)，對(duì)外附信息進(jìn)行加權(quán)，進(jìn)行下一次迭代，直到最后一次迭代，得到譯碼結(jié)果，其特征在于，在進(jìn)行每一次迭代時(shí)，使用常數(shù)代替σ²m_z/σ_z²，其中，σ²是輸入的待譯碼數(shù)據(jù)上疊加的噪聲的方差，m_z是本次迭代使用的外附信息絕對(duì)值的均值，σ_z²是本次迭代使用的外附信息上疊加的噪聲的方差。本發(fā)明通過(guò)在設(shè)計(jì)譯碼器階段采用計(jì)算機(jī)仿真的方法確定外附信息的加權(quán)系數(shù)，取代現(xiàn)有迭代方法中對(duì)外附信息進(jìn)行參數(shù)估計(jì)得到的加權(quán)系數(shù)，降低了實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度。
文檔編號(hào)H03M13/00GK101425870SQ20071016377
公開(kāi)日2009年5月6日 申請(qǐng)日期2007年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月1日
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