專利名稱：：高性能低復(fù)雜性分組乘積碼tpc的譯碼方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)編譯碼系統(tǒng)及其實(shí)施方法，特別是涉及用于衛(wèi)星通信系統(tǒng)和空間通信系統(tǒng)的分組乘積碼TPC的編譯碼系統(tǒng)及其實(shí)施方法。
背景技術(shù)：
：分組乘積碼,簡(jiǎn)寫為TPC,即TurboProductCode,是與Turbo碼，LDPC碼并列的三種高性能信道編碼技術(shù)之一。TPC在衛(wèi)星通信和空間通信系統(tǒng)已經(jīng)獲得了成功應(yīng)用。其性能也與其它兩種技術(shù)不相上下，也具有某些獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，例如迭代次數(shù)少，僅僅4-6次即可收斂，完全沒有誤碼率曲線平層效應(yīng)，適應(yīng)可變長(zhǎng)度數(shù)據(jù)幀的糾錯(cuò)保護(hù)，等等。對(duì)于TPC的譯碼，已經(jīng)出現(xiàn)過多項(xiàng)技術(shù)，例如本項(xiàng)后文引用的參考文獻(xiàn)(3)和(4)涉及的基于Chase-II的方法，參考文獻(xiàn)(6)涉及的PML方法，以及參考文獻(xiàn)(7)涉及的FBA方法等，都分別有過集成電路ASIC(ApplicationSpecificIntegratedCircuit)實(shí)現(xiàn)和實(shí)際應(yīng)用。然而，已知的譯碼器要么性能好，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜性高，如參考文獻(xiàn)(7)所述；要么復(fù)雜性可接受，然而性能與最優(yōu)性能相比損失較大，如參考文獻(xiàn)(4)和(6)所述。參考文獻(xiàn)(I)涉及的C.Berrou等人提出的Turbo碼，即并行級(jí)聯(lián)卷積碼由于其優(yōu)越的糾錯(cuò)性能得到了密切的關(guān)注并被廣泛應(yīng)用到深空通信和移動(dòng)通信領(lǐng)域。并行級(jí)聯(lián)卷積碼的軟輸入軟輸出迭代MAP譯碼算法及其簡(jiǎn)化算法是一種雙向算法需進(jìn)行大量的運(yùn)算處理，因此，譯碼器結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，使得其不僅成本過高而且譯碼器的處理速度也受到限制。參考文獻(xiàn)(2)中提出了一種基于格狀圖、漢明碼作為并行級(jí)連子碼的迭代譯碼方案，這種方法對(duì)于分組長(zhǎng)度稍長(zhǎng)的塊碼譯碼非常復(fù)雜。參考文獻(xiàn)(3)和(4)涉及Pyndiah提出的一種基于Chase譯碼算法的乘積碼軟輸入軟輸出譯碼算法，該方法對(duì)于糾錯(cuò)能力較強(qiáng)的子碼，其譯碼較復(fù)雜，性能也不盡理想。如參考文獻(xiàn)(6)所述，AHA公司提出的PML算法用于乘積碼的迭代譯碼，該算法僅局限于以擴(kuò)展?jié)h明碼位子碼的乘積碼，限制了其它糾錯(cuò)能力強(qiáng)的好碼的應(yīng)用。Turbo碼已經(jīng)在3G等標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)際系統(tǒng)中大量應(yīng)用，但是TPC技術(shù)在使用優(yōu)化的譯碼器后的性能超過Turbo碼，在高碼率和短碼長(zhǎng)情況下優(yōu)于Turbo碼。TPC技術(shù)已經(jīng)為多種國際通信系統(tǒng)，例如IEEE802.16系列，和HiperLAN等標(biāo)準(zhǔn)所采納。國際著名的芯片和IP核供應(yīng)商，例如Comtech-AHA[6]，Xilinx,和Altera等，都提供TPC編碼和譯碼器的IP核女口廣叩o現(xiàn)有的TPC譯碼技術(shù)中的分量碼的軟輸入-軟輸出譯碼器大多數(shù)是準(zhǔn)最優(yōu)的。目前存在的TPC譯碼器，包括各種芯片產(chǎn)品和IP核產(chǎn)品，都存在性能無法達(dá)到最優(yōu)的缺點(diǎn)。如果改善分量碼軟輸入軟輸出譯碼器的性能，則整個(gè)TPC譯碼器的性能也將大大改善。TPC碼可以采用最優(yōu)的BCJR方法譯碼，但是該方法的復(fù)雜性過高，以至于無法實(shí)現(xiàn)。在BCJR方法基礎(chǔ)上，也發(fā)展了Iog-MAP方法，但是其復(fù)雜性仍然居高不下，使之僅僅適用于短碼。另一方面，基于Chase算法，以及其它簡(jiǎn)化算法的TPC譯碼器，雖然較好地解決了復(fù)雜性問題，卻存在較大的性能損失。盡管如此，TPC譯碼器芯片產(chǎn)品仍然在實(shí)際應(yīng)用中取得了成功，特別是在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，顯示出大大高于傳統(tǒng)的級(jí)聯(lián)碼(Reed-Solomon外碼加卷積碼的Viterbi軟判決譯碼器)的性能，以及高得多的頻譜效率。參考文獻(xiàn)(7)所述FBA方法基于對(duì)接受符號(hào)的可靠性信息的處理，對(duì)接受符號(hào)安裝其可靠性信息先進(jìn)行一次排序，然后對(duì)排序后的碼字計(jì)算其等效系統(tǒng)碼的校驗(yàn)矩陣。如果信息位符號(hào)全部正確，進(jìn)行一次編碼運(yùn)算就糾正了全部差錯(cuò)。由于排序的作用，低可行性符號(hào)以較大概率被置換到校驗(yàn)位置上，信息位置的差錯(cuò)概率大大降低，所以只需要對(duì)信息位中的少數(shù)幾個(gè)最不可靠位進(jìn)行試錯(cuò)-編碼運(yùn)算，就以較高的概率糾正全部差錯(cuò)。如參考文獻(xiàn)(11)，F(xiàn)BA的原始版方法中提出了一個(gè)最佳停止準(zhǔn)則。如果完全按照FBA的原始版方法來實(shí)現(xiàn)譯碼器，從理論上可以保證達(dá)到最優(yōu)性能，但是其處理時(shí)間成為動(dòng)態(tài)而不確定。處理時(shí)間與信道狀態(tài)有密切關(guān)系.信道狀態(tài)好，則處理時(shí)間短；反則反之。如參考文獻(xiàn)(7)，F(xiàn)BA譯碼器的實(shí)用型提出將隨機(jī)搜索修改為固定搜索，限制搜索碼字的個(gè)數(shù)，同時(shí)充分利用搜索過的碼字表來生成軟輸出信息。但是，F(xiàn)BA譯碼器中對(duì)排序后的碼字計(jì)算其等效系統(tǒng)碼的校驗(yàn)矩陣這個(gè)部分仍然需要較大的硬件復(fù)雜性，其計(jì)算量與碼長(zhǎng)的三次方成正比，在長(zhǎng)碼情況下，仍然需要進(jìn)一步改進(jìn)。因此，在實(shí)用性方面考慮，仍然需要尋找性能接近最優(yōu)，同時(shí)大大降低復(fù)雜性的分組乘積碼的譯碼方法。從TPC技術(shù)本身來看，其性能仍然存在改進(jìn)的余地。尤其是，近年來集成電路的進(jìn)展已經(jīng)提供了高于5年前數(shù)十倍的處理能力，同時(shí)達(dá)到功耗為其1/2到1/5的水平，所以大幅度提高TPC技術(shù)水平的條件已經(jīng)成熟。參考文獻(xiàn)(7)提出的譯碼方法可提供接近最優(yōu)的性能，在各種情況下可與Turbo碼相比，甚至略優(yōu)。所以，恰如參考文獻(xiàn)(10)指出的那樣，TPC技術(shù)在性能方面的潛力并沒有被完全發(fā)揮出來，也未曾被通信工業(yè)界所完全認(rèn)識(shí)。如果能夠找出性能/復(fù)雜性比更高的方案，具有極大的實(shí)用價(jià)值。本發(fā)明涉及參考文獻(xiàn)如下(1)BerrouC.，GlavieuxA.,andThitimajshimaP.,‘NearShannonlimiterror-correctingcodinganddecoding:Turbo-codes(1)，’IEEEInt.Conf.onCommunicationsICC，93,Geneve,Switzerland,vol.2/3,pp.1064-1071，May1993；(2)H.Nickl,J.Hagenauer,andF.Burkert,“ApproachingShannon’sCapacityLimitby0.27dBusingSimpleHammingCodes,”IEEECommunicationsLetters,vol.CL-I,pp.130-132,September1997；(3)R.Pyndiah,“Near-OptimumDecodingofProductCodes:BlockTurboCodes,”IEEETrans.OnCommunications,vol.46,pp.1003-1010，Aug.1998；(4)D.Chase,“Aclassofalgorithmsfordecodingblockcodeswithchannelmeasurementinformation,”IEEETrans.Inform.Theory,vol.IT-18,pp.170-182,Jan.1972；(5)J.SnydersandY.Be’ery,“MaximumLikelihoodSoftDecodingofBinaryBlockCodesandDecodersfortheGloayCodes,”IEEETrans.Infor.Theory,vol.35,pp.963-975,Sep.1989；(6)AHAcompany,‘AHA4501Astro36Mbits/SecTurboProductCodeEncoder/Decoder,，inhttp://www.aha.com/technology；(7)J.Fang,F.BudaandE.Lemois,“TurboProductCode:AWellSuitableSolutionToWirelessPacketTransmissionForVeryLowErrorRates,”Proc.On2ndInt.Symp.OnTurboCodes&RelatedTopics,pp.101-111，BrestFrance,Sep.2000；(8)CoryPeichel，‘IntegersoutofsortsProgramanFPGAtoputtheminorder,’August15，1997，EDNMagazine,EDNAccess；(9)S.LeGoffjA.Glavieux,andC.Berrou，“TurboCodesandHighSpectralEfficiencyModulation，”Proceed.OfIEEEICC’94，pp.645-649，NewOrleans,USA，Mayl-5,1994；(10)A.Giulietti，B.Bougard，andLVanderPerre，“TurboCodesDesirableandDesignable”，KluwerAcademicPublishers,2004；(11)J.Fang,“SoftDecisionDecodingofLinearBlockCodesandSomeTopicsinComplexity，，，ENSTPh.D.Dissertation,87003，March1987，Paris,France；(12)方軍、俞槐銓，“信息論與編碼”，1994年9月，出版社電子工業(yè)出版社；(13)王新梅“糾錯(cuò)碼與差錯(cuò)控制”，人民郵電出版社，1982。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處而提出復(fù)雜性大大降低，性能也接近最優(yōu)的分組乘積碼TPC的譯碼方法。本發(fā)明解決所述技術(shù)問題可以通過釆用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)實(shí)施一種高性能低復(fù)雜性分組乘積碼TPC的譯碼方法，基于包括比特對(duì)數(shù)似然比計(jì)算模塊、同步字檢測(cè)模塊、解對(duì)角交織模塊和軟輸入軟輸出迭代譯碼模塊的分組乘積碼譯碼器；尤其是，所述方法包括如下步驟A.接收信道碼字r；B.計(jì)算比特對(duì)數(shù)似然比X=LLR(10和硬判決4=hd(r),對(duì)d的信息部分進(jìn)行系統(tǒng)編碼，得到系統(tǒng)編碼器生成的碼字￡;對(duì)I進(jìn)行升序排序，并記錄順序下標(biāo)矢量I，記前k個(gè)信息位部分符號(hào)為4，后n—k個(gè)校驗(yàn)位部分符號(hào)為,記錄最不可靠符號(hào)集合MURS，包括I到k個(gè)信息符號(hào)位子集I一MURS和I到n—k個(gè)校驗(yàn)符號(hào)位子集P-MURS；C.如果I一MURS是空集，進(jìn)行步驟D;如果I一MURS不是空集，進(jìn)行步驟E；D.對(duì)d+1，…，d+y，y個(gè)MURS進(jìn)行系統(tǒng)性搜索，從I一MURS的y個(gè)后續(xù)MURS出發(fā)生成碼字表，進(jìn)行步驟F;E.對(duì)I一MURS進(jìn)行系統(tǒng)性搜索，從I一MURS出發(fā)生成一個(gè)碼字表；F.從生成的碼字表，計(jì)算軟輸出信息；G.輸出軟信息和最優(yōu)碼字。具體地，步驟D和步驟E的所述系統(tǒng)性搜索是指對(duì)MURS集合采用子集生成算法，包括如下步驟，DEl.對(duì)需要進(jìn)行系統(tǒng)性搜索的MURS集合進(jìn)行升序排序，形成第一行子集行；DE2.找出各行行首子集元素中最小的子集元素，刪去該子集元素中最小的子集，同時(shí)，將所述子集元素中最小的子集分別與步驟DEl所述第一行子集行的各子集元素合并，形成一行新子集行；DE3.判斷步驟DE2所述的各行行首子集元素中最小的子集元素是否是MURS本身，如果是，執(zhí)行步驟DE5;如果不是，執(zhí)行步驟DE4；DE4.判斷是否生成了足夠的子集，如果生成了足夠的子集，執(zhí)行步驟DE5;如果生成的子集不夠，執(zhí)行步驟DE2;DE5.停止子集生成算法，完成系統(tǒng)性搜索。所述步驟F還包括如下分步驟，F(xiàn)l.從步驟D或者步驟E中生成的碼字表中獲得兩個(gè)碼字，一個(gè)碼字是步驟B中所述碼字￡以及與其相應(yīng)的最小重量的位置集合Lm;另一個(gè)碼字是“j-競(jìng)爭(zhēng)碼字”，該“j-競(jìng)爭(zhēng)碼字”是與￡相對(duì)的碼字，對(duì)于第j個(gè)符號(hào)軟輸出的計(jì)算，要求這個(gè)碼字的第j個(gè)符號(hào)與￡的第j個(gè)符號(hào)不同；F2.如果存在一個(gè)以上的“j_競(jìng)爭(zhēng)碼字”，執(zhí)行步驟F3;如果不存在所述“j-競(jìng)爭(zhēng)碼字”，執(zhí)行步驟F4;F3.取相應(yīng)位置集合L」重量最小的碼字，記作￡°pp以及與其相應(yīng)的最小重量的位置集合U，那么軟輸出計(jì)算如下，(s°)j=HcwIfnjc/I(*-i\=rf/^Xf-Ii-iJ條1噸)卜Uwlj-[SN^)I-2Z叫丨咖)Ij卜=(We-Wm)cJ-(10)F4.軟輸出計(jì)算如下，(hO》=Cr(^j)+A^是一個(gè)常數(shù)，或者是在譯碼過程中動(dòng)態(tài)修正而得。另外，在所述步驟B和步驟C之間插入如下步驟，預(yù)先計(jì)算系統(tǒng)編碼矩陣，存儲(chǔ)在所述分組乘積碼譯碼器中備用。還可以在所述步驟B和步驟C之間插入如下步驟，預(yù)先計(jì)算好系統(tǒng)搜索中的嘗試差錯(cuò)模式序列TentativeErrorPatternsSuite,存儲(chǔ)在所述分組乘積碼譯碼器的存儲(chǔ)器中備用。同現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明“高性能低復(fù)雜性分組乘積碼TPC的譯碼方法”的技術(shù)效果在于目前在全世界范圍內(nèi)，對(duì)TPC譯碼技術(shù)的研發(fā)一直在不斷進(jìn)行，已經(jīng)出現(xiàn)了多種方案和IP核產(chǎn)品，以及芯片，各種應(yīng)用也在不斷出現(xiàn)，特別是衛(wèi)星通信系統(tǒng)發(fā)明，TPC幾乎完全替代第二代信道編碼技術(shù)，而且可預(yù)期在不久的未來，TPC技術(shù)還可能在無線寬帶通信等其它各種應(yīng)用中獲得實(shí)用。由于編碼部分，即乘積編碼方法，屬于多年以來為人熟知的技術(shù)，TPC技術(shù)的核心部分主要是軟輸入-軟輸出SISO:Soft-Input-Soft-Output譯碼器技術(shù)，而且其性能好壞對(duì)實(shí)際應(yīng)用起著極其重要的作用。所有這些TPC譯碼器技術(shù)分成了兩類第一類簡(jiǎn)單可行，但性能離最優(yōu)相差較大，如參考文獻(xiàn)(3)至參考文獻(xiàn)(6)所涉及技術(shù)；第二類性能接近最優(yōu)，但復(fù)雜性高，而且結(jié)構(gòu)也復(fù)雜，如參考文獻(xiàn)(7)和參考文獻(xiàn)(11)所涉及技術(shù)。本發(fā)明在性能接近最優(yōu)的第二類基礎(chǔ)上進(jìn)行了根本性的簡(jiǎn)化。徹底避免了對(duì)置換后的系統(tǒng)編碼矩陣進(jìn)行對(duì)角化計(jì)算的步驟.這個(gè)計(jì)算的計(jì)算復(fù)雜性與碼長(zhǎng)的三次方成正比，即0(n3)，而且如果需要高速度處理，硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜性也相當(dāng)可觀。本發(fā)明提出的系統(tǒng)搜索方法，由于考慮了全部的最不可靠符號(hào)MURS集合中的符號(hào)，甚至在MURS集合外的符號(hào)也在搜索范圍內(nèi)，所以在功能上與參考文獻(xiàn)(7)和參考文獻(xiàn)(11)中描述的FBA方法中的系統(tǒng)搜索法完全等效，所以本發(fā)明在性能上也與參考文獻(xiàn)(7)和參考文獻(xiàn)(11)涉及的FBA—樣，可接近最優(yōu)。然而，本發(fā)明在計(jì)算結(jié)構(gòu)和計(jì)算復(fù)雜性兩方面都得到了大大簡(jiǎn)化。本發(fā)明中提出的適用于TPC的譯碼器方法和裝置可分別以軟件形式，硬件形式，和軟件一硬件結(jié)合的形式，按照實(shí)際應(yīng)用的需求實(shí)現(xiàn)。圖I是本發(fā)明“高性能低復(fù)雜性分組乘積碼TPC的譯碼方法”優(yōu)選實(shí)施例TPC編碼譯碼器的硬件原理示意圖2是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的流程示意圖3是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例乘積碼子譯碼器的硬件原理示意圖4是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例宏水平流水線處理架構(gòu)示意圖。具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖所示優(yōu)選實(shí)施例作進(jìn)一步詳述。本發(fā)明采用創(chuàng)新性的組合覆蓋方法，簡(jiǎn)化了參考文獻(xiàn)(7)提出的FBA譯碼器結(jié)構(gòu)中的矩陣處理計(jì)算結(jié)構(gòu)，提供近最優(yōu)性能，而且在譯碼器結(jié)構(gòu)和計(jì)算量?jī)煞矫娑冀档蛷?fù)雜性。本發(fā)明基于一個(gè)全新的結(jié)構(gòu)。比較其它方法，或大大簡(jiǎn)化而保持相同甚至更好的性能，或在基本同等復(fù)雜性條件下大大改進(jìn)性能。本發(fā)明可導(dǎo)致更高速率，更低功耗，更高性能的芯片或IP核產(chǎn)品。在無線通信和有線通信系統(tǒng)中可能獲得大量實(shí)際應(yīng)用。在無線市場(chǎng)預(yù)計(jì)在芯片中采用后可大大提高系統(tǒng)傳輸質(zhì)量和距離，同時(shí)降低發(fā)送功率。TPC技術(shù)的關(guān)鍵是譯碼器部分，特別是其分量碼的軟輸入-軟輸出子系統(tǒng)的性能，在總體性能上起著決定性作用。本發(fā)明提出新譯碼器結(jié)構(gòu)，針對(duì)目前的譯碼器結(jié)構(gòu)提高性能，而與性能最優(yōu)的譯碼器相比時(shí)，較大程度地降低復(fù)雜性。本發(fā)明中的譯碼器采用的是包括對(duì)接收符號(hào)進(jìn)行按照可靠度信息排序，系統(tǒng)性搜索，以及軟輸出計(jì)算三部分組成的結(jié)構(gòu)。三部分可以采用流水線方式同時(shí)工作，所以本發(fā)明提出的譯碼器的數(shù)據(jù)吞吐率僅僅受到這三部分電路中時(shí)延最長(zhǎng)的那個(gè)部分所限制?？勺C明，第一個(gè)運(yùn)算在接收符號(hào)為量化信息時(shí)，對(duì)n個(gè)接收符號(hào)按照可靠度信息排序的操作的復(fù)雜性為nlogn，即與碼長(zhǎng)n和Iogn的乘積成正比。具體步驟是設(shè)立一個(gè)長(zhǎng)度為n的表，對(duì)每個(gè)接收符號(hào)的值貼上一個(gè)標(biāo)記，然后按照標(biāo)記找到其位置。第二部分是系統(tǒng)性搜索，也可證明，其計(jì)算復(fù)雜性與搜索空間的大小成正比，而且可以并行或可實(shí)現(xiàn)并行度與處理速度的折中。第三部分的復(fù)雜性與與搜索空間的大小成正比。考慮長(zhǎng)度為n的系統(tǒng)線性分組碼。眾所周知，對(duì)于線性分組碼，系統(tǒng)碼和與之等效的非系統(tǒng)碼的性能完全一致，而且可以通過基本矩陣變換從非系統(tǒng)碼的生成矩陣計(jì)算出系統(tǒng)生成矩陣。對(duì)于系統(tǒng)碼，其信息位部分，即k個(gè)信息位，唯一確定其n-k個(gè)效驗(yàn)位。進(jìn)一步分析可證明，每個(gè)系統(tǒng)碼的形式并非唯一，與之等效的系統(tǒng)碼可以有很多個(gè)。而且每個(gè)系統(tǒng)分組碼的等效系統(tǒng)碼的計(jì)數(shù)，仍然是一個(gè)尚未解決的組合數(shù)學(xué)問題。本發(fā)明基于系統(tǒng)分組碼的等效碼的性質(zhì)，可簡(jiǎn)化參考文獻(xiàn)(7)涉及的TPC譯碼器FBA的復(fù)雜性，而獲得與之幾乎一致的性能。本發(fā)明的系統(tǒng)性搜索方法是基于以下的性質(zhì)當(dāng)接收碼字的符號(hào)按照可靠度信息排序之后，由于可能出錯(cuò)的符號(hào)對(duì)應(yīng)于比較低的可靠度，而高可靠度的符號(hào)出錯(cuò)概率比較小，所以對(duì)低可靠度符號(hào)進(jìn)行處理可能有效地糾正差錯(cuò)。當(dāng)信道為無記憶時(shí)，每個(gè)符號(hào)出錯(cuò)的概率相等。當(dāng)信息部分的符號(hào)完全都是正確符號(hào)時(shí)，進(jìn)行一次編碼運(yùn)算就可全部糾正所有差錯(cuò)。如果當(dāng)信息部分的符號(hào)大多數(shù)都是正確符號(hào)時(shí)，對(duì)信息位部分的差錯(cuò)圖樣進(jìn)行搜索，進(jìn)行數(shù)次試探性編碼運(yùn)算也可以較高的概率全部糾正所有差錯(cuò)。而且這個(gè)差錯(cuò)圖樣搜索過程也被利用來計(jì)算軟輸出.由于在這個(gè)過程中產(chǎn)生一個(gè)試探碼字表，它實(shí)際上包含了各符號(hào)的可靠性信息，所以利用碼字表，計(jì)算對(duì)于某個(gè)符號(hào)的兩個(gè)碼字之間的距離，就獲得了關(guān)于該符號(hào)的可靠性信息，也就獲得了該符號(hào)的軟輸出值。如果對(duì)整個(gè)接收字排序，就打亂了符號(hào)的原有次序。這時(shí)為了實(shí)施編碼運(yùn)算，就需要計(jì)算原碼的等效碼的系統(tǒng)碼校驗(yàn)矩陣。這個(gè)運(yùn)算涉及類似于高斯消去法。如果僅僅對(duì)信息位排序，那么在校驗(yàn)位部分可能存在高可靠性符號(hào)，信息位部分的低可靠性符號(hào)數(shù)目相對(duì)于對(duì)整個(gè)接收碼字排序而言有所增加。所以，對(duì)信息位部分的差錯(cuò)圖樣進(jìn)行搜索的工作量也相應(yīng)增加。如果對(duì)信息位部分的差錯(cuò)圖樣進(jìn)行搜索不能增加到一定程度，譯碼器性能就會(huì)受到影響。對(duì)置換后的系統(tǒng)編碼矩陣進(jìn)行對(duì)角化計(jì)算的復(fù)雜性與計(jì)算其行列式，逆矩陣的復(fù)雜性相等。本發(fā)明提出的新的系統(tǒng)性搜索方法不再需要對(duì)置換后的系統(tǒng)編碼矩陣進(jìn)行對(duì)角化計(jì)算。這個(gè)計(jì)算的計(jì)算復(fù)雜性與碼長(zhǎng)的三次方成正比，即0(n3)，而且如果需要高速度處理，硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜性也相當(dāng)可觀。本發(fā)明提出一個(gè)大大簡(jiǎn)化的FBA型譯碼方法，其復(fù)雜性大大降低，性能也接近最優(yōu)。本發(fā)明中，不再需要對(duì)排序后的碼字計(jì)算其等效系統(tǒng)碼的校驗(yàn)矩陣，而是將一個(gè)系統(tǒng)編碼矩陣預(yù)先計(jì)算出來，存儲(chǔ)在譯碼器內(nèi)部，從而大大降低了譯碼器的復(fù)雜性，也大大提高譯碼處理速度。本發(fā)明特別適合于寬帶系統(tǒng)的高速率應(yīng)用，具有很高的實(shí)用價(jià)值。本發(fā)明旨在提出一種新型的譯碼器架構(gòu)，在保持接近最優(yōu)性能的同時(shí)，較好地解決算法復(fù)雜性問題。本發(fā)明提出一種高性能低復(fù)雜性分組乘積碼TPC的譯碼方法，基于包括比特對(duì)數(shù)似然比計(jì)算模塊、同步字檢測(cè)模塊、解對(duì)角交織模塊和軟輸入軟輸出迭代譯碼模塊的分組乘積碼譯碼器；尤其是，所述方法包括如下步驟A.接收信道碼字r；B.計(jì)算比特對(duì)數(shù)似然比I=LLR(r)和硬判決i=hd(r),對(duì)d的信息部分進(jìn)行系統(tǒng)編碼，得到系統(tǒng)編碼器生成的碼字￡;對(duì)I進(jìn)行升序排序，并記錄順序下標(biāo)矢量I，記前k個(gè)信息位部分符號(hào)為4，后η—k個(gè)校驗(yàn)位部分符號(hào)為<+1,記錄最不可靠符號(hào)集合MURS，包括I到k個(gè)信息符號(hào)位子集I一MURS和I到η—k個(gè)校驗(yàn)符號(hào)位子集P—MURS；C.如果I一MURS是空集，進(jìn)行步驟D;如果I一MURS不是空集，進(jìn)行步驟E；D.對(duì)d+Ι，…，d+y，y個(gè)MURS進(jìn)行系統(tǒng)性搜索，從I一MURS的y個(gè)后續(xù)MURS出發(fā)生成碼字表，進(jìn)行步驟F;E.對(duì)I一MURS進(jìn)行系統(tǒng)性搜索，從I一MURS出發(fā)生成一個(gè)碼字表；F.從生成的碼字表，計(jì)算軟輸出信息；G.輸出軟信息和最優(yōu)碼字。如圖I所示，本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例采用TCP編碼譯碼器，包括TCP編碼器和TCP譯碼器。所述TCP編碼器是ー個(gè)ニ維的分組碼編碼器.數(shù)字信息以行和列形式組成ー個(gè)ニ維矩陣寫入編碼器。編碼器首先進(jìn)行行或者行列編碼，相應(yīng)地，然后進(jìn)行列或者行行編碼，行和列編碼的次序可以交換，產(chǎn)生的結(jié)果完全等效。然后進(jìn)行對(duì)角交織，此項(xiàng)功能屬于可選項(xiàng)，可以按照實(shí)際需要使用或跳過去。第三個(gè)功能是同步字的插入。此項(xiàng)功能也可用作ー個(gè)外部的循環(huán)校驗(yàn)碼(CRC)的校驗(yàn)位的插入，如果采用，需要在外部完成，也是可選功能。最后是調(diào)制星座映射功能模塊，可支持QPSK，8PSK，M-QAM，M=16，32，64，128，1024，等等。也可用有外部輸入的用戶自行定義的格式。可由硬件實(shí)現(xiàn)的參數(shù)來選擇，通過硬件系統(tǒng)的微處理器，以及控制欲狀態(tài)寄存器來實(shí)現(xiàn)。所述TCP譯碼器部分由4個(gè)功能模塊組成，分別是比特對(duì)數(shù)似然比計(jì)算，同步字檢測(cè)，解對(duì)角交織，和軟輸入軟輸出(Siso)迭代譯碼器組成。比特對(duì)數(shù)似然比計(jì)算功能模塊將接收到的信道信息映射為比特對(duì)數(shù)似然比值。同步字檢測(cè)功能模塊檢測(cè)出ー個(gè)編碼數(shù)據(jù)塊的起始位置，保證譯碼運(yùn)算施加于正確的數(shù)據(jù)上。解對(duì)角交織模塊將發(fā)送端對(duì)角交織后的數(shù)據(jù)還原為原來的次序。本發(fā)明的內(nèi)容主要集中在軟輸入軟輸出(SISO)迭代譯碼器模塊。其功能在后文中說明。以下是本發(fā)明的TPC譯碼器，包括其中的系統(tǒng)性搜索方法的一個(gè)詳細(xì)描述。首先定義和陳述若干必要的概念和預(yù)備知識(shí)。最不可靠符號(hào)MURS是指MostUnReliableSymbol。一個(gè)MURS是一個(gè)接收碼字中可靠性最低的符號(hào)。差錯(cuò)符號(hào)以最大概率出現(xiàn)在MURS中。為描述簡(jiǎn)單起見，本文件后續(xù)部分將最不可靠符號(hào)寫為MURS。如果考慮d個(gè)MURS，是指d個(gè)最不可靠符號(hào)，其可靠性可由低到高進(jìn)行排序。一個(gè)系統(tǒng)編碼器產(chǎn)生的碼字可描述為信息部分和校驗(yàn)部分。系統(tǒng)編碼的特點(diǎn)是碼字中直接包含信息矢量，符號(hào)描述如下c=mG=m[P|Ik]=[mP|m]，其中m是信息矢量，c是系統(tǒng)編碼器產(chǎn)生的碼字，G是系統(tǒng)編碼器編碼矩陣，Ik是k階單位陣.定義系統(tǒng)校驗(yàn)矩陣為H=[In_k|PT]，Pt為P的轉(zhuǎn)置?？沈?yàn)證GHt=LQ為零矩陣。如果￡是ー個(gè)碼字,則成立￡HT=Q。如果是ー個(gè)接收字,則成立nHT=^，S稱為伴隨式,顯然eHT=s,與￡無關(guān)。以下是本發(fā)明的詳細(xì)描述·[I].預(yù)備計(jì)算對(duì)接收碼字中的所有符號(hào)按照其可靠性由低到高進(jìn)行排序。然后對(duì)MURS進(jìn)行分段定位?？紤]η個(gè)符號(hào)中的d個(gè)MURS，d是碼的最小Hamming距離?？紤]d個(gè)MURS，它們中處于信息位，即I到k個(gè)信息符號(hào)位的子集的稱為I-MURS，它們中處于校驗(yàn)位，即從I到n-k個(gè)校驗(yàn)符號(hào)位的子集的稱為P-MURS。[II].系統(tǒng)性搜索:按照MURS定位情況，進(jìn)行系統(tǒng)性搜索。[IIa].如果I-MURS=空集，表明大多數(shù)MURS都在P-MURS中，所有大多數(shù)差錯(cuò)處于P-位中的概率比較高。如果全部差錯(cuò)都處于P-位中，進(jìn)行一次系統(tǒng)編碼運(yùn)算，即可糾正全部差錯(cuò)。但是實(shí)際上，無法知道這個(gè)情況是否實(shí)際發(fā)生。所以對(duì)d+Ι，…，d+y等，y個(gè)MURS進(jìn)行進(jìn)行系統(tǒng)搜索，Y可取為ー個(gè)較小的正整數(shù)(關(guān)于I的取法在后續(xù)部分還將說明)，以較高的概率與實(shí)際的處于I-位中的實(shí)際差錯(cuò)找到匹配，從而糾正全部差錯(cuò)。在系統(tǒng)搜索過程中，從I-MURS的j個(gè)后續(xù)MURS出發(fā)，生成一個(gè)碼字表。[lib]·如果I-MURS關(guān)空集，對(duì)I-MURS進(jìn)行系統(tǒng)搜索。如果記x=|I-MURS|，即I-MURS中元素的個(gè)數(shù)，系統(tǒng)搜索將對(duì)這X個(gè)MURS進(jìn)行。每次都對(duì)搜索中產(chǎn)生的嘗試差錯(cuò)模式與接收碼字信息位的差值(ニ進(jìn)制是為模ニ和)，即嘗試正確信息矢量，進(jìn)行系統(tǒng)編碼。如果嘗試正確信息矢量的確正確，所有差錯(cuò)就被全部糾正了。從I-MURS出發(fā)，生成ー個(gè)碼字表?！?111.軟輸出信息的牛成從[II]過程中生成的碼字表生成每個(gè)符號(hào)的軟輸出信息。具體過程如下在乘積碼的迭代譯碼過程中計(jì)算軟輸出方法是依據(jù)參考文獻(xiàn)(7)，計(jì)算某個(gè)符號(hào)的軟輸出需要兩個(gè)碼字，都從[II]中生成的碼字表中獲得。在[II]中，已經(jīng)求出了其中的ー個(gè)碼字，記作￡以及與其相應(yīng)的最小重量的位置集合Lm。￡應(yīng)用于所有碼字符號(hào)軟輸出的計(jì)算。如果對(duì)硬判序列h中位置相應(yīng)于其它位置集合Lj中的所有元素的ニ進(jìn)制數(shù)取反，可以求出一系列碼字，它們?cè)谲涊敵鲇?jì)算中是有用的。在符號(hào)的軟輸出計(jì)算中，還需要求出另ー個(gè)與￡相對(duì)的碼字，對(duì)于第j個(gè)符號(hào)軟輸出的計(jì)算，要求這個(gè)碼字的第j個(gè)符號(hào)與￡的第j個(gè)符號(hào)不同，稱其為“j_競(jìng)爭(zhēng)碼字”。如果在上節(jié)的譯碼算法中存在多個(gè)“j-競(jìng)爭(zhēng)碼字”，則取相應(yīng)位置集合Lj重量最小的碼字，記作￡°pp以及與其相應(yīng)的最小重量的位置集合U。軟輸出計(jì)算如下=j(|h-cw|f-Ih-cIfjc/=去ムX-BJ=備KH4Ku,)丨I-(ΣΚ^)Ι-2ZietaKwI)ト=Cr0-F-)り.(ο)如果在上節(jié)的譯碼算法中不存在“j-競(jìng)爭(zhēng)碼字”，則可認(rèn)為譯碼輸出的可靠度較大，軟輸出可近似為(SO)j=U(Uj)+β,(11)β可以是ー個(gè)常數(shù)，也可以在譯碼過程中動(dòng)態(tài)修正。如果子碼譯碼失敗，軟輸出設(shè)為{SO'·)廣σμ》(12)外部信息的計(jì)算如下Wj=(SO)f-U(Uj).(13)因此，可以求出下一次迭代譯碼的軟輸入如下(SI)j=a(Uj")+aw(14)α是ー個(gè)加權(quán)因子，它是考慮到u和w樣本所具有的不同標(biāo)準(zhǔn)方差而作出的修正。子譯碼器如圖3所示，將用于乘積碼行譯碼和列譯碼的単元譯碼器交替級(jí)連起來可以構(gòu)造任意迭代次數(shù)的迭代譯碼器。圖3中W(m)是外信息，SICm)是軟輸入，[u]是信道輸入信息。子譯碼器框圖表示了輸入，外信息，軟信息在迭代過程中的變化規(guī)律。[IV].系統(tǒng)搜索系統(tǒng)搜索是算法中的主要組成部分，基干“子集生成算法”，其描述如下?！白蛹伤惴ā币訫URS集合為輸入，按照其子集的可靠性的升序逐個(gè)生成MURS的子集，即差錯(cuò)圖樣。具體的算法實(shí)現(xiàn)過程及其最優(yōu)性證明見參考文獻(xiàn)(7)，這里簡(jiǎn)單舉個(gè)例子以說明。假設(shè)目前有MURS={I.4，3，5，10}，這4個(gè)MURS元素對(duì)應(yīng)共16種不同的差錯(cuò)圖樣，包括空集。相對(duì)于窮舉法，可以有效減小開銷。算法可以用實(shí)例用以下實(shí)例說明。假設(shè)MURS={I.4,3,5,10},那么，生成子集如下H35SO1.4U31.4U5LWlO3U5HJlO5U10L4U3U5i.4U3U10i.4U5tJlO3U5U10L4U3U5U10其中“xUy”表示元素X與y的Union?？捎^察到整個(gè)表的行和列都是排序的。而且，表中包含了全部子集?；谶@個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，所設(shè)計(jì)的算法就可以按照升序逐個(gè)生成子集(I).首先將MURS排序,放在第一行。然后，第一行第一個(gè)兀素就是第一個(gè)子集，{I.4},輸出ο(2).生成第二行，是已經(jīng)輸出的第一個(gè)子集，{1.4}，與其它元素的Union。已經(jīng)輸出的第一個(gè)子集{2}被刪除。(3).每行最左的元素稱為“行首”。比較每行的行首，取其中測(cè)度最小的作為下一個(gè)輸出子集。(4).生成下一行，是剛剛輸出的子集與第一行的剩下的其它元素的Union。剛剛輸出的子集被刪除。(5).測(cè)試是否已經(jīng)生成了足夠的子集。如果是，停止；否則到(3)，繼續(xù)。如果剛剛輸出的子集就是MURS本身，表明全部子集已經(jīng)按升序輸出，停止。那么，前述步驟D和步驟E的所述系統(tǒng)性捜索是指對(duì)MURS集合采用子集生成算法，包括如下步驟，DEl.對(duì)需要進(jìn)行系統(tǒng)性搜索的MURS集合進(jìn)行升序排序，形成第一行子集行；DE2.找出各行行首子集元素中最小的子集元素，刪去該子集元素中最小的子集，同吋，將所述子集元素中最小的子集分別與步驟DEl所述第一行子集行的各子集元素合井，形成一行新子集行；DE3.判斷步驟DE2所述的各行行首子集元素中最小的子集元素是否是MURS本身，如果是，執(zhí)行步驟DE5;如果不是，執(zhí)行步驟DE4；DE4.判斷是否生成了足夠的子集，如果生成了足夠的子集，執(zhí)行步驟DE5;如果生成的子集不夠，執(zhí)行步驟DE2;DE5.停止子集生成算法，完成系統(tǒng)性搜索。更為具體的描述子集生成算法，(1)按升序排列所述MURS中的各段頻譜，形成第一行子集行，那么第一行子集行就是1.43510(2)由于只有一行子集行，因此各行行首子集元素中最小的子集元素是I.4；(3)刪去該子集元素中最小的子集，同吋，將所述子集元素中最小的子集分別與所述第一行子集行的各子集元素合并，形成一行新子集行，即如下—4:4—351014TO14U5imW(4)在兩行子集行的行首頻譜中，各行行首子集元素中最小的子集元素是3，刪去該子集元素中最小的子集，同吋，將所述子集元素中最小的子集分別與所述第一行子集行的各子集元素合井，形成一行新子集行，即如下~51014U31.4U514U103U531T10(5)在三行子集行的行首頻譜中，各行行首子集元素中最小的子集元素是I.4U3，刪去該子集元素中最小的子集，同吋，將所述子集元素中最小的子集分別與所述第一行子集行的各子集元素合并，形成一行新子集行，即如下-M-...................................1......................................51.04-4Pi...........1.4U5IAmO3TI53U101.4U3U5L4TJ3U10(6)在四行子集行的行首頻譜中，各行行首子集元素中最小的子集元素是5，刪去該子集元素中最小的子集，同吋，將所述子集元素中最小的子集分別與所述第一行子集行的各子集元素合井，形成一行新子集行，即如下權(quán)利要求1.一種高性能低復(fù)雜性分組乘積碼TPC的譯碼方法，基于包括比特對(duì)數(shù)似然比計(jì)算模塊、同步字檢測(cè)模塊、解對(duì)角交織模塊和軟輸入軟輸出迭代譯碼模塊的分組乘積碼譯碼器；其特征在于所述方法包括如下步驟A.接收信道碼字r；B.計(jì)算比特對(duì)數(shù)似然比I=LLR(10和硬判決^=hd(r),對(duì)d的信息部分進(jìn)行系統(tǒng)編碼，得到系統(tǒng)編碼器生成的碼字S;對(duì)I進(jìn)行升序排序，并記錄順序下標(biāo)矢量I，記前k個(gè)信息位部分符號(hào)為4，后n—k個(gè)校驗(yàn)位部分符號(hào)為4+1,記錄最不可靠符號(hào)集合MURS，包括I到k個(gè)信息符號(hào)位子集I一MURS和I到n—k個(gè)校驗(yàn)符號(hào)位子集P-MURS；C.如果I一MURS是空集，進(jìn)行步驟D;如果I一MURS不是空集，進(jìn)行步驟E；D.對(duì)d+1，…，d+y，y個(gè)MURS進(jìn)行系統(tǒng)性搜索，從I一MURS的y個(gè)后續(xù)MURS出發(fā)生成碼字表，進(jìn)行步驟F;E.對(duì)I一MURS進(jìn)行系統(tǒng)性搜索，從I一MURS出發(fā)生成一個(gè)碼字表；F.從生成的碼字表，計(jì)算軟輸出信息；G.輸出軟信息和最優(yōu)碼字。2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高性能低復(fù)雜性分組乘積碼TPC的譯碼方法，其特征在于步驟D和步驟E的所述系統(tǒng)性搜索是指對(duì)MURS集合采用子集生成算法，包括如下步驟，DEl.對(duì)需要進(jìn)行系統(tǒng)性搜索的MURS集合進(jìn)行升序排序，形成第一行子集行；DE2.找出各行行首子集元素中最小的子集元素，刪去該子集元素中最小的子集，同時(shí)，將所述子集元素中最小的子集分別與步驟DEl所述第一行子集行的各子集元素合并，形成一行新子集行；DE3.判斷步驟DE2所述的各行行首子集元素中最小的子集元素是否是MURS本身，如果是，執(zhí)行步驟DE5;如果不是，執(zhí)行步驟DE4；DE4.判斷是否生成了足夠的子集，如果生成了足夠的子集，執(zhí)行步驟DE5;如果生成的子集不夠，執(zhí)行步驟DE2;DE5.停止子集生成算法，完成系統(tǒng)性搜索。3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高性能低復(fù)雜性分組乘積碼TPC的譯碼方法，其特征在于所述步驟F還包括如下分步驟，F(xiàn)l.從步驟D或者步驟E中生成的碼字表中獲得兩個(gè)碼字，一個(gè)碼字是步驟B中所述碼字￡以及與其相應(yīng)的最小重量的位置集合Lm;另一個(gè)碼字是“j-競(jìng)爭(zhēng)碼字”，該“j-競(jìng)爭(zhēng)碼字”是與￡相對(duì)的碼字，對(duì)于第j個(gè)符號(hào)軟輸出的計(jì)算，要求這個(gè)碼字的第j個(gè)符號(hào)與￡的第j個(gè)符號(hào)不同；F2.如果存在一個(gè)以上的“j_競(jìng)爭(zhēng)碼字”，執(zhí)行步驟F3;如果不存在所述“j-競(jìng)爭(zhēng)碼字”，執(zhí)行步驟F4;F3.取相應(yīng)位置集合L^重量最小的碼字，記作￡°pp以及與其相應(yīng)的最小重量的位置集合Lci，那么軟輸出計(jì)算如下，4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高性能低復(fù)雜性分組乘積碼TPC的譯碼方法，其特征在于在所述步驟B和步驟C之間插入如下步驟，預(yù)先計(jì)算系統(tǒng)編碼矩陣，存儲(chǔ)在所述分組乘積碼譯碼器中備用。5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高性能低復(fù)雜性分組乘積碼TPC的譯碼方法，其特征在于在所述步驟B和步驟C之間插入如下步驟，預(yù)先計(jì)算好系統(tǒng)搜索中的嘗試差錯(cuò)模式序列TentativeErrorPatternsSuite,存儲(chǔ)在所述分組乘積碼譯碼器的存儲(chǔ)器中備用。全文摘要一種高性能低復(fù)雜性分組乘積碼TPC的譯碼方法，基于包括比特對(duì)數(shù)似然比計(jì)算模塊、同步字檢測(cè)模塊、解對(duì)角交織模塊和軟輸入軟輸出迭代譯碼模塊的分組乘積碼譯碼器。本發(fā)明中的譯碼方法采用的是包括對(duì)接收符號(hào)進(jìn)行按照可靠度信息排序，系統(tǒng)性搜索，以及軟輸出計(jì)算三部分組成的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明較其它方法，或大大簡(jiǎn)化而保持相同甚至更好的性能，或在基本同等復(fù)雜性條件下大大改進(jìn)性能；本發(fā)明可導(dǎo)致更高速率，更低功耗，更高性能的芯片或IP核產(chǎn)品。在無線通信和有線通信系統(tǒng)中可能獲得大量實(shí)際應(yīng)用；本發(fā)明針對(duì)目前的譯碼器結(jié)構(gòu)提高性能，而與性能最優(yōu)的譯碼器相比時(shí)，較大程度地降低復(fù)雜性。文檔編號(hào)H03M13/29GK102751996SQ201110098158公開日2012年10月24日申請(qǐng)日期2011年4月19日優(yōu)先權(quán)日2011年4月19日發(fā)明者方軍申請(qǐng)人:深圳清華大學(xué)研究院