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一種提高Turbo碼MAP譯碼性能的方法及裝置制造方法

文檔序號:7545204閱讀:210來源:國知局
一種提高Turbo碼MAP譯碼性能的方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種提高Turbo碼MAP譯碼性能的方法及裝置。本發(fā)明能明顯提高Turbo碼MAP譯碼性能。圖3給出了Turbo碼譯碼迭代次數(shù)n為4次和8次,分別采用常規(guī)MAP譯碼算法和采用重編碼方法時的譯碼性能曲線。其中,碼率R=1/2,0dB<Eb/N0<2dB,幀長N=1000,采用64×64的偽隨機交織。如圖2所示,在相同的信噪比情況下,重編碼方法取得比常規(guī)MAP譯碼算法更低的誤比特率BER,譯碼性能明顯提高。比如,當譯碼迭代次數(shù)為8次,信噪比Eb/N0=1dB時,常規(guī)MAP譯碼算法的誤比特率BER為3.37×10-3,重編碼方法誤比特率BER約是常規(guī)MAP譯碼算法的1/2。
【專利說明】—種提高Turbo碼MAP譯碼性能的方法及裝置
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及通信技術的信息論與編碼,更具體說,它涉及一種提高Turbo碼MAP譯碼性能的方法及裝置。
【背景技術】
[0002]Turbo碼的譯碼算法分兩類:一類是最大后驗概率算法(Maximum A Posteriori,MAP)算法以及基于MAP算法的一些修正算法;另一類則是基于Viterbi算法的軟輸出Viterbi 算法(SoftOutput Viterbi Algorithm, S0VA)以及基于 SOVA 算法的一些修正算法??傮w上講,MAP算法以及基于MAP的一些修正算法性能更好,但實現(xiàn)復雜度高。SOVA算法最簡單,但是其性能比MAP算法差。在高斯白噪聲(AWGN)信道下,MAP算法是Turbo碼最佳迭代譯碼算法。然而因這種算法的復雜度大,以至于難以實現(xiàn),所以宜采用MAP的修正算法Log-MAP和Max-Log-MAP。但是Log-MAP和Max-Log-MAP的計算復雜度依然較大,譯碼迭代次數(shù)多,計算時延長,降低了 Turbo碼譯碼性能。目前,提高Turbo碼MAP譯碼性能的方法大都局限于對算法本身的優(yōu)化。但是這些方法并沒有使MAP譯碼性能得到較大的提升,影響了 Turbo碼技術在更多通信領域的應用,尤其在時延要求低、帶寬有限、功率受限的無線通信領域。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術中的不足,提供一種有效地減少MAP譯碼的迭代次數(shù),明顯縮短譯碼延遲,從而使Turbo碼譯碼器達到較為理想的誤比特率(Bit Error Rate,BER)的提高Turbo碼MAP譯碼性能的方法。
[0004]這種提高T urbo碼MAP譯碼性能的方法,包括如下步驟:
[0005]步驟1,對所有碼元經(jīng)解復用后分為信息碼Uk和校驗碼元Vk° ;其中N為正偶整數(shù),k=0, I,…,N-2, N-1 ;
[0006]步驟2,對于所有的信息碼元Uk進行解調(diào)判決得到dUk ;對于所有的奇偶校驗碼元V2k0進行解調(diào)判決得到d V2k0 ;
[0007]步驟3,dUk進行重編碼后生成新的奇偶校驗比特Jk°,分解成偶數(shù)一路J2k°和奇數(shù)一路 Λη0 ;
[0008]步驟4,dV2k°和Λ:進行碼元比較;當dV2k° Φ rV2k°時重編碼無條件初始化為零,返回步驟2 ;
[0009]步驟5,rV2k-1° 經(jīng) BPSK 調(diào)制成 F (,V2k^10):
[0010]當J2H0 = I 時,F(xiàn)(rV2k-10) = +a,其中 a > O ;
[0011 ]當 J2k? = O 時,F(xiàn)(rV2k-1°) = -a,其中 a > O ;
[0012]步驟6,F(xiàn)CV2k-!0)與零電平經(jīng)復用后交替輸出得到V2k?;
[0013]步驟7,V2k^10和V2k°經(jīng)復用后得出校驗碼元Vk° ;
[0014]步驟8,對所有碼元tlUfrl)1經(jīng)解復用后分為信息碼Uk和校驗碼元Vk1 ;其中N為正偶整數(shù),k=0, I,…,N-2, N-1 ;
[0015]步驟9,對于所有的信息碼元Uk進行解調(diào)判決得到dUk ;對于所有的奇偶校驗碼元V2k1進行解調(diào)判決得到d V2k1 ;
[0016]步驟10,dUk進行重編碼后生成新的奇偶校驗比特Jk1,分解成偶數(shù)一路J2k1和奇數(shù)一路Λη1 ;
[0017]步驟11,,V2k1和Ja1進行碼元比較;當J2k1幸,V2k1時重編碼無條件初始化為零,返回步驟2 ;
[0018]步驟12,,V2k-11 經(jīng) BPSK 調(diào)制成 FGV2H1):
[0019]當J2H1 = I 時,FQv2H1) = +a,其中 a > O ;
[0020]當J2H1 = O 時,F(xiàn)(J2H1) = -a,其中 a > O ;
[0021]步驟13,F(xiàn)CV2k-/)與零電平經(jīng)復用后交替輸出得到V2H1 ;
[0022]步驟14,V2k_/和V2k1經(jīng)復用后得出校驗碼元Vk1 ;
[0023]步驟15,信息碼元Uk連同步驟7得出的Vk°和步驟14都出的Vk1 —起輸入常規(guī)MAP譯碼器進行譯碼處理,得到譯碼后的信息碼元Uk,。
[0024]這種提高Turbo碼MAP譯碼性 能的裝置,該裝置包括:重編碼單元I和重編碼單元2 ;
[0025]所述重編碼單元I包括:
[0026]解調(diào)判決器,用于對所有的信息碼元Uk進行解調(diào)判決得到dUk ;對所有的奇偶校驗碼元V2k°進行解調(diào)判決得到d V2k0 ;
[0027]重編碼器RSC3,用于對dUk進行重編碼后生成新的奇偶校驗比特Jk°,分解成偶數(shù)一路和奇數(shù)一路J2k?;
[0028]碼元比較器,用于對dV2k°和ΛΖ進行碼元比較;當dV2k° Φ rV2k°時反饋控制重編碼器RSC3,使之被無條件初始化為零,同時促使復用器I停止工作;
[0029]BPSK調(diào)制器,用于對Λη。經(jīng)BPSK調(diào)制成F (J2h°):
[0030]當J2k? = I 時,F(xiàn)(rV2k-10) = +a,其中 a > O ;
[0031]當J2k? = O 時,F(xiàn)(rV2k-10) = -a,其中 a > O ;
[0032]復用器1,用于對FdY)與零電平經(jīng)復用后交替輸出得到V2kY ;
[0033]復用器2,用于對V2k?和V2k°經(jīng)復用后得出校驗碼元Vk° ;
[0034]所述重編碼單元2包括:
[0035]解調(diào)判決器,用于對所有的信息碼元Uk進行解調(diào)判決得到dUk ;對所有的奇偶校驗碼元V2k1進行解調(diào)判決得到d V2k1 ;
[0036]重編碼器RSC3,用于對dUk進行重編碼后生成新的奇偶校驗比特Jk1,分解成偶數(shù)一路Ja1和奇數(shù)一路J2k-/ ;
[0037]碼元比較器,用于對dV2k°和ΛΖ進行碼元比較;當J2k1幸,V2k1時反饋控制重編碼器RSC3,使之被無條件初始化為零,同時促使復用器I停止工作;
[0038]BPSK調(diào)制器,用于對J2k-/經(jīng)BPSK調(diào)制成F (J2k-/):
[0039]當J2H1 = I 時,FQv2H1) = +a,其中 a > O ;
[0040]當J2H1 = O 時,F(xiàn)(J2H1) = -a,其中 a > O ;
[0041]復用器I,用于對FGV2k-/)與零電平經(jīng)復用后交替輸出得到V2k_/ ;[0042]復用器2,用于對V2k_/和V2k1經(jīng)復用后得出校驗碼元V,1。
[0043]作為優(yōu)選:所述重編碼器RSC3與Turbo碼編碼器中的RSCl或RSC2結(jié)構相同。
[0044]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明能明顯提高Turbo碼MAP譯碼性能。圖3給出了Turbo碼譯碼迭代次數(shù)η為4次和8次,分別采用常規(guī)MAP譯碼算法和采用重編碼方法時的譯碼性能曲線。其中,碼率R = 1/2,OdB < Eb/N0 < 2dB,幀長N = 1000,采用64X64的偽隨機交織。如圖2所示,在相同的信噪比情況下,重編碼方法取得比常規(guī)MAP譯碼算法更低的誤比特率BER,譯碼性能明顯提高。比如,當譯碼迭代次數(shù)為8次,信噪比EbZX = IdB時,常規(guī)MAP譯碼算法的誤比特率BER為3.37 X 10_3,重編碼方法誤比特率BER約是常規(guī)MAP譯碼算法的1/2。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0045]圖1為Turbo碼編碼器結(jié)構圖;
[0046]圖2為重編碼方法的Turbo碼MAP譯碼框圖;
[0047]圖3為重編碼方法與常規(guī)MAP譯碼性能比較圖。
【具體實施方式】
[0048]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步描述。雖然本發(fā)明將結(jié)合較佳實施例進行描述,但應知道,并不表示本發(fā)明限制在所述實施例中。相反,本發(fā)明將涵蓋可包含在有附后權利要求書限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)的替換物、改進型和等同物。
[0049]本發(fā)明通過以下技術方案實現(xiàn),該技術方案稱為重編碼譯碼方法。在MAP譯碼器之前增加重編碼單元,如圖2所示,該重編碼單元由解調(diào)判決器、重編碼器RSC3 (RecursiveSystematic Convolutional , RSC,遞歸型系統(tǒng)卷積碼)、碼元比較器、BPSK調(diào)制器和復用器組成。此方法可以有效地恢復在編碼器端刪余的奇偶校驗碼元,增加冗余碼元,增大碼的最小距離dmin,提高糾錯性能,而碼率仍保持R=l/2。本發(fā)明不但提高了 Turbo碼信息傳輸速率,而且增強了其糾錯能力,從而使MAP譯碼性能得到較大的提升。
[0050]如圖1所示,對于一個碼率R=l/3的Turbo碼,第k時刻信息碼元Uk,RSCl奇偶校驗碼元 Vk°,RSC2 奇偶校驗碼元 Vk1,可被復用為 UqVqciVq1U1V1ciV:" U(N_2)V(N_2)°VVmW,其中k=0,I,…,N-2,N-1,其中N是一個表示幀大小的偶整數(shù)。在許多帶寬有限的通信系統(tǒng)中,大都使用碼率R=l/2的Turbo碼。對于碼率R=l/2的Turbo碼,奇偶校驗碼元Vk0和Vk1經(jīng)刪余矩陣后與Uk復用為X=U0V00U1V11…U



(N—2) V (N—2) U(N-DV^1) 1O然后對以上碼字進行調(diào)制,并通過信道發(fā)送。這里假設調(diào)制使用二進制相移鍵控(BPSK),噪聲為加性高斯白噪聲(AWGN)。
[0051]如圖2所示,對于所有碼元X=UqVqciU1V11…U


(N—2) V (N—2) U(N-DV^1) 1經(jīng)解復用后分為信息碼Uk和校驗碼元vk°。如果信息碼元Uk > O,經(jīng)解調(diào)判決后的信息碼元duk = 1,否則duk=O (下標d表示demodulation)。同理,第一個RSC編碼器的奇偶校驗碼元V2k°(由以上可知,Vk°=V> OV200.0...ν(Ν_2)°0.0,其中νΛ V30, -Vm0已被刪余,也就是碼元V2Htl被刪余,只剩v2k°)經(jīng)解調(diào)判決后為dV2k°。重編碼器為RSC編碼器,初始狀態(tài)強制為零。dUk輸入重編碼器RSC后生成新的奇偶校驗比特Jk°,分解成偶數(shù)一路和奇數(shù)一路Ja:(下標r表示re-encoding),然后譯碼器端接收 到的dV2k°和重編碼器RSC重新生成的J2k°比較。[0052]如果dvQ° = rv0° 且 dv2° = rV2°,那么刪余的比特 V10 = Λ°。如果 dv2° = rv2° 且 Λ。=Λ°,那么刪余的比特V3° = Λ°。以此類推,如果Λη)0 = rv2(k-1)°且dv2k° = ΛΛ那么刪余的比特V2kY = J2k^10O此時,刪余的奇偶校驗比特ν21^°就這樣恢復了。
[0053]J2Hci 經(jīng) BPSK 調(diào)制成 F ?ν2Η0):
[0054]當J2k? = I 時,F(xiàn)(rV2k-1°) = +a,其中 a > O ;
[0055]當J2H0 = O 時,FQV2H0) = -a,其中 a > O。
[0056]然后,F(xiàn)(J2kY)與零電平經(jīng)復用后交替輸出得到V21ri'即編碼時被刪余的碼元。最后,V2k?和v2k°經(jīng)復用后得出校驗碼元vk°。
[0057]如果dV2k° Φ rV2k°時,V2k? = O。此時再繼續(xù)進行重編碼處理已經(jīng)沒有意義。如圖2所示,在重編碼器單元I中,通過碼元比較器反饋控制重編碼器RSC,使之被無條件初始化為零。同時,碼元比較器促使復用器停止工作。采用這種方法的目的是差錯不會被傳播。接著再重新開啟重編碼、奇偶校驗碼元比較和調(diào)制過程。
[0058]同理,刪余的奇偶校驗比特V2k1通過重編碼器單元2 (與重編碼器單元I結(jié)構完全 一樣)恢復v2k_/,這樣就得到了完整的奇偶校驗比特Vk1,如圖1所示。最后,信息碼元Uk連同恢復的完整奇偶校驗比特vk°和Vk1 —起輸入常規(guī)MAP譯碼器進行譯碼處理,就可以得到譯碼后的信息碼元Uk'。
[0059]由以上對重編碼方法的過程分析可知,重編碼方法可以有效地恢復原來刪余的奇偶校驗比特,也就是得到了原來碼率R=l/3時的全部完整奇偶校驗比特。和常規(guī)MAP譯碼 相比,重編碼方法增加了一半的冗余碼,意味著糾錯性能的提高,而碼率也從R=l/3提高到R=l/2。因此,采用重編碼方法,不但提高了 Turbo碼碼元傳輸效率,而且也明顯加強了糾錯能力。
【權利要求】
1.一種提高Turbo碼MAP譯碼性能的方法,其特征在于:包括如下步驟: 步驟1,對所有碼元X=UciVciciU1V11…U

(N—2) V (N—2) U(N-DV^1) 1經(jīng)解復用后分為信息碼Uk和校驗碼元Vk° ;其中N為正偶整數(shù),k=0, I,…,N-2, N-1 ; 步驟2,對于所有的信息碼元Uk進行解調(diào)判決得到dUk;對于所有的奇偶校驗碼元V2k°進行解調(diào)判決得到d V2k0 ; 步驟3,dUk進行重編碼后生成新的奇偶校驗比特Jk°,分解成偶數(shù)一路J2k°和奇數(shù)一路 步驟4,dV2k°和進行碼元比較;當dV2k°幸rV2k°時重編碼無條件初始化為零,返回步驟2 ;
步驟 5,,V2k?經(jīng) BPSK 調(diào)制成 F (rV2k-1°):
當 rV2k-1° = I 時,F(xiàn)(Λη°) = +a,其中 a > O ;
當 rV2k-1° = O 時,F(J2H0) = _a,其中 a > O ; 步驟6,F(xiàn)GVfD與零電平經(jīng)復用后交替輸出得到V2k:; 步驟7,V2k?和V2k°經(jīng)復用后得出校驗碼元Vk° ; 步驟8,對所有碼元X=UciVciciU1V11…U

(N—2) V (N—2) U(N-DV^1) 1經(jīng)解復用后分為信息碼Uk和校驗碼元Vk1 ;其中N為正偶整數(shù),k=0, I,…,N-2, N-1 ; 步驟9,對于所有的信息碼元Uk進行解調(diào)判決得到dUk;對于所有的奇偶校驗碼元V2k1進行解調(diào)判決得到d V2k1 ; 步驟10,dUk進行重編碼后生成新的奇偶校驗比特Jk1,分解成偶數(shù)一路J2k1和奇數(shù)一路 Λη1; 步驟11,J2k1和J2k1進行碼元比較;當Λ,1幸J2k1時重編碼無條件初始化為零,返回步驟2 ; 步驟 12,Ja-/ 經(jīng) BPSK 調(diào)制成 FQV2H1): 當 Λη1 = I 時,F(xiàn)Cv2k-/) = +a,其中 a > O ; 當 Λη1 = O 時,FCv2k-/) = _a,其中 a > O ; 步驟13,F(xiàn)(J2k_/)與零電平經(jīng)復用后交替輸出得到V2H1 ; 步驟14,V2k_/和V2k1經(jīng)復用后得出校驗碼元Vk1 ; 步驟15,信息碼元Uk連同步驟7得出的Vk°和步驟14都出的Vk1 —起輸入常規(guī)MAP譯 碼器進行譯碼處理,得到譯碼后的信息碼元Uk,。
2.一種提高Turbo碼MAP譯碼性能的裝置,其特征在于:該裝置包括:重編碼單元I和重編碼單元2 ; 所述重編碼單元I包括: 解調(diào)判決器,用于對所有的信息碼元Uk進行解調(diào)判決得到dUk ;對所有的奇偶校驗碼元V2k0進行解調(diào)判決得到d V2k0 ; 重編碼器RSC3,用于對dUk進行重編碼后生成新的奇偶校驗比特Jk°,分解成偶數(shù)一路1°和奇數(shù)一路Λ:; 碼元比較器,用于對dV2k°和進行碼元比較;當dV2k°幸rV2k°時反饋控制重編碼器RSC3,使之被無條件初始化為零,同時促使復用器I停止工作; BPSK調(diào)制器,用于對JaY經(jīng)BPSK調(diào)制成F (rV2k-1°):當 rV2k-1° = I 時,F(xiàn)(Λη°) = +a,其中 a > O ;
當 rV2k-1° = o 時,F0-ν2Η0) = _a,其中 a > O ; 復用器I,用于對F(J2k?)與零電平經(jīng)復用后交替輸出得到V2k?; 復用器2,用于對V2k?和V2k°經(jīng)復用后得出校驗碼元Vk° ; 所述重編碼單元2包括: 解調(diào)判決器,用于對所有的信息碼元Uk進行解調(diào)判決得到dUk ;對所有的奇偶校驗碼元V2k1進行解調(diào)判決得到d V2k1 ; 重編碼器RSC3,用于對dUk進行重編碼后生成新的奇偶校驗比特Jk1,分解成偶數(shù)一路J2k1和奇數(shù)一路Ja-/ ; 碼元比較器,用于對dV2k°和進行碼元比較;當J2k1幸J2k1時反饋控制重編碼器RSC3,使之被無條件初始化為零,同時促使復用器I停止工作; BPSK調(diào)制器,用于對,Va-/經(jīng)BPSK調(diào)制成F (,V2k-11): 當 Λη1 = I 時,F(xiàn)Cv2k-/) = +a,其中 a > O ; 當 Λη1 = O 時,FCv2k-/) = _a,其中 a > O ; 復用器I,用于對FGV2k-/)與零電平經(jīng)復用后交替輸出得到V2k_/ ; 復用器2,用于對V2k_/和V2k1經(jīng)復用后得出校驗碼元V,1。`
3.根據(jù)權利要求2所述的提高Turbo碼MAP譯碼性能的裝置,其特征在于:所述重編碼器RSC3與Turbo碼編碼器中的RSCl或RSC2結(jié)構相同。
【文檔編號】H03M13/39GK103888153SQ201410092979
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年3月13日 優(yōu)先權日:2014年3月13日
【發(fā)明者】陳國宏 申請人:浙江大學城市學院
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