CN101697492B - 双二元卷积Turbo码译码方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及双二元卷积Turbo码译码方法和装置。本发明的目的是在双二元卷积Turbo码译码方法能够选择En-Max-Log-MAP算法的基础上，能够以比较简单的功能模块架构给出多一种译码算法供选择。本发明给出双二元卷积Turbo码译码方法，其特征是，在至少一个上述En-Max-Log-MAP算法的特有步骤处并列地包括Constant-Log-MAP算法相应的特有步骤；在上述两种算法特有步骤的并列处，根据译码算法模式编号在并列的两种特有步骤中择一执行。本发明还给出对应的双二元卷积Turbo码译码装置。

Description

双二元卷积Turbo码译码方法和装置

技术领域

本发明涉及双二元卷积Turbo码译码方法和装置。

背景技术

双二元卷积Turbo码广泛应用在多种无线通信标准中，其译码算法有多种。Constant-Log-MAP算法和En-Max-Log-MAP算法是双二元卷积Turbo码的其中两种译码算法。在高信噪比环境中，两种译码方法的性能差距不大，采用计算简单的En-Max-Log-MAP算法既可以达到系统准确度的要求，也可以发挥速度(即译码效率)优势；而在低信噪比环境中，En-Max-Log-MAP算法难以满足系统准确度的要求，此时计算相对复杂的Constant-Log-MAP算法可以满足系统准确度的要求，但是其译码效率比En-Max-Log-MAP算法低。Constant-Log-MAP算法和En-Max-Log-MAP算法的大体框架比较相近，其总体架构均如图1，先计算第一预转移度量，根据第一预转移度量计算转移度量，根据转移度量计算分支度量，然后进行分量译码，再进行外信息处理(即根据分量译码所得的外信息计算先验信息)。这两种译码算法在其中的很多计算步骤上是相同的，而在若干计算步骤上略有差异。

1)在转移度量计算步骤中，En-Max-Log-MAP算法的计算公式为γ＝γ′+La，Constant-Log-MAP算法的计算公式为γ＝Lc·γ′+La，其中，γ表示转移度量；La表示上次迭代先验信息；Lc表示信道置信度；γ′＝(y_ka·u_ka+y_kb·u_kb+y_ky·u_ky+y_kw·u_kw)/2称为第一预转移度量，其中的u_ka，u_kb表示发送端在一个确定时刻k的输入信息位，x_ky，x_kw表示在时刻k它们对应的校验比特，y_ka，y_kb表示接收端在时刻k接收到的信息位软值，y_ky，y_kw表示时刻k对应的校验比特软值；然后根据第一预转移度量确定第二预转移度量，其中，En-Max-Log-MAP算法的第二预转移度量等于第一预转移度量γ′，Constant-Log-MAP算法的第二预转移度量等于信道置信度与第一预转移度量之乘积Lc·γ′；然后以第二预转移度量与上次迭代先验信息La之和作为转移度量——可见，根据第二预转移度量确定转移度量是En-Max-Log-MAP算法和Constant-Log-MAP算法这两种算法的共同步骤；而这两种算法中的根据第一预转移度量确定第二预转移度量的步骤并不相同，其中，以第一预转移度量作为第二预转移度量是En-Max-Log-MAP算法的特有步骤，以信道置信度与第一预转移度量之乘积作为第二预转移度量是Constant-Log-MAP算法的特有步骤。

2)在分支度量和外信息计算中，En-Max-Log-MAP算法中指数和近似运算公式为ln(e^x+e^y+e^z+e^w)≈max(x，y，z，w)，Constant-Log-MAP算法的指数和近似运算公式为 $\ln (e^x+e^y+e^z+e^w)\&ap;\max (x,y,z,w)+\left\{\begin{array}{cc}5/8& \max \left(\right|a|,|b|,|c\left|\right)<2\\ 0& \max \left(\right|a|,|b|,|c\left|\right)\&GreaterEqual;2\end{array}\right.$ 其中a，b，c为x-max(x，y，z，w)，y-max(x，y，z，w)，z-max(x，y，z，w)，w-max(x，y，z，w)中不为零的三个值。

可见，在此处，这两种算法在根据求最大值运算所得结果求出分支度量值处各有其特有步骤。

3)在其分量译码步骤中，为了得到外信息位值，需要根据接收端收到的信息位软值求出预转移外信息，其中，En-Max-Log-MAP算法的预转移外信息等于接收端收到的信息位软值，Constant-Log-MAP算法的预转移外信息等于信道置信度Lc与接收端收到的信息位软值两者的乘积。

4)在外信息处理步骤中，为了得到先验信息La，需要根据外信息Le求出待交织量并进行交织得到先验信息La，En-Max-Log-MAP算法的待交织量等于外信息Le与常数0.75的乘积，Constant-Log-MAP算法的待交织量等于外信息Le。

综合考虑高信噪比环境和低信噪比环境的译码准确度与译码效率，需要设计内含多种译码算法模块的双二元卷积Turbo码译码方法，可以用到分别独立实现的Constant-Log-MAP算法模块、En-Max-Log-MAP算法模块和其它译码算法模块，其中En-Max-Log-MAP算法模块中的步骤包括上述两种算法的共同步骤和En-Max-Log-MAP算法的特有步骤，Constant-Log-MAP算法模块中的步骤包括上述两种算法的共同步骤和Constant-Log-MAP算法的特有步骤。在根据译码算法选择条件确定译码算法模式编号之后，就一次性地选择采用译码算法模式编号所代表的译码算法模块，然后照所选模块设定的计算顺序一直计算直至该模块的所有步骤执行完毕为止。因为各个译码算法模块是分别独立实现的，所以为了让译码操作能够有多种译码算法供选择，译码装置就不得不含有分别独立的多种密码算法模块，导致译码装置的功能模块构架复杂，制作成本高。

Constant-Log-MAP算法的译码准确度比En-Max-Log-MAP算法的高，源于Constant-Log-MAP算法在若干特有步骤上比En-Max-Log-MAP算法相应的特有步骤的计算复杂度要高，其中Constant-Log-MAP算法的某些特有步骤的计算复杂度远远高于En-Max-Log-MAP算法相应的特有步骤，但此处带来的译码准确度的改善并不明显，即其“性价比”较低；而Constant-Log-MAP算法的另一些特有步骤带来的译码准确度的改善与该处附加的计算复杂度相比，其“性价比”较高。如果在En-Max-Log-MAP算法的基础上稍作改进，把其中“性价比”较高的特有步骤改为Constant-Log-MAP算法中对应的特有步骤或者其它合适的步骤，即以略微提高计算复杂度为代价，就可以大幅提升译码准确度。

发明内容

发明目的

本发明的目的是在双二元卷积Turbo码译码方法能够选择En-Max-Log-MAP算法的基础上，能够以比较简单的功能模块架构给出多一种译码算法供选择。

基本技术方案

双二元卷积Turbo码译码方法，其

获取待译码数据和译码算法选择条件，

根据译码算法选择条件确定译码算法模式编号，

包括En-Max-Log-MAP算法和Constant-Log-MAP算法中的共同步骤和En-Max-Log-MAP算法的特有步骤，

其特征是，

在至少一个上述En-Max-Log-MAP算法的特有步骤处并列地包括Constant-Log-MAP算法相应的特有步骤，

在上述两种算法特有步骤的并列处，根据译码算法模式编号在并列的两种特有步骤中择一执行。

有益效果

上述译码方法——

——如果根据译码算法模式编号在每个并列处均选择执行En-Max-Log-MAP算法的特有步骤，就相当于选择了原有的En-Max-Log-MAP算法，

——如果在每个并列处均选择执行Constant-Log-MAP算法的特有步骤，那么——如果在En-Max-Log-MAP算法所有的特有步骤处均并列了Constant-Log-MAP算法在该处的特有步骤，就相当于选择了现有的Constant-Log-MAP算法；如果在En-Max-Log-MAP算法的一部分特有步骤处并列了Constant-Log-MAP算法在该处的特有步骤，就相当于选择了一种介于En-Max-Log-MAP算法和Constant-Log-MAP算法之间的一种新的译码算法，这种新的译码算法相当于在En-Max-Log-MAP算法的基础上把其中的一部分特有步骤改为Constant-Log-MAP算法中对应的特有步骤，设计人员可以根据实际的需要把能够获得较高“性价比”的Constant-Log-MAP算法中对应的特有步骤并列到此处，就能够以较低的附加计算复杂度换取译码准确度的大幅提升。

可见，上述译码方法通过在并列处根据译码算法模式编号在两种特有步骤中择一执行，实现了对不同算法的区分，使得En-Max-Log-MAP算法和Constant-Log-MAP算法的共同步骤能够共用，与分别独立实现各个功能模块的方式相比，所需的功能模块架构更简单，制作成本低。

改进的技术方案

上述基本的技术方案，优选地，所述的并列处不包括：在双二元卷积Turbo码译码方法的其分量译码步骤中，根据指数和近似运算公式中的求最大值运算所得的最大值求出分支度量值。

上述基本的技术方案，优选地，其中一个所述的并列处为：在双二元卷积Turbo码译码方法的外信息处理步骤中，根据外信息求出待交织量。

附图说明

图1是Constant-Log-MAP算法和En-Max-Log-MAP算法的总体流程图。

图2是具体实施方式的总体流程图。

图3是具体实施方式转移度量计算和分支度量计算的流程图。

图4是Constant-Log-MAP算法计算前向分支度量α的流程图。

图5是En-Max-Log-MAP算法计算前向分支度量α的流程图。

图6是具体实施方式计算前向分支度量α的流程图。

图7是具体实施方式分量译码的流程图。

图8是具体实施方式外信息处理的流程图。

具体实施方式

双二元卷积Turbo码译码方法的总体流程框架如图2。

获取待译码数据和译码算法选择条件，然后进行模式判决，即根据译码算法选择条件确定译码算法模式编号(图中用Mode表示)，译码算法选择条件是该段待译码数据的信噪比与一个预设的信噪比门限值的比较结果：如果信噪比低于门限值，则译码算法模式编号确定为1，将在后续步骤中选择执行Constant-Log-MAP算法的特有步骤；如果信噪比高于门限值，则译码算法模式编号确定为2，将在后续步骤中选择执行En-Max-Log-MAP算法的特有步骤。

以下步骤，在执行上述两种算法的相同处时，与现有技术的相应步骤相同，下文不再赘述；在执行上述两种算法相异处时，根据上面已确定的译码算法模式编号在两种算法在该处的特有步骤中执行已确定的译码算法操作，下文将着重说明本译码方法在两种算法相异处的执行步骤。

计算第一预转移度量γ′的步骤与现有技术相同，此处不赘述。

执行图3中的转移度量计算步骤。En-Max-Log-MAP算法和Constant-Log-MAP算法的共同点是先根据第一预转移度量确定第二预转移度量，再把第二预转移度量与上次迭代先验信息La相加得出转移度量γ。本例中，根据译码算法模式编号选择执行En-Max-Log-MAP算法或Constant-Log-MAP算法在“根据第一预转移度量确定第二预转移度量”中的特有步骤：如果译码算法模式编号为1，就按照Constant-Log-MAP算法的特有步骤，以信道置信度Lc与第一预转移度量γ′之乘积Lc·γ′作为第二预转移度量；如果译码算法模式编号为2，就按照En-Max-Log-MAP算法的特有步骤，以第一预转移度量γ′作为第二预转移度量。

执行图3中的分支度量计算步骤，分支度量包括前向分支度量α和后向分支度量β。以计算前向分支度量α为例，现有的Constant-Log-MAP算法的流程如图4所示，对应于Constant-Log-MAP算法的指数和近似运算公式 $\ln (e^x+e^y+e^z+e^w)\&ap;\max (x,y,z,w)+\left\{\begin{array}{cc}5/8& \max \left(\right|a|,|b|,|c\left|\right)<2\\ 0& \max \left(\right|a|,|b|,|c\left|\right)\&GreaterEqual;2\end{array}\right.$ 其中a，b，c为x-max(x，y，z，w)，y-max(x，y，z，w)，z-max(x，y，z，w)，w-max(x，y，z，w)中不为零的三个值，其中含有两次求最大值运算。而现有的En-Max-Log-MAP算法在该处只需进行与Constant-Log-MAP算法的第一次求最大值相同的运算ln(e^x+e^y+e^z+e^w)≈max(x，y，z，w)即以该最大值作为前向分支度量，如图5所示。本例如图6，先进行一次指数和近似运算公式中的求最大值运算，然后根据译码算法模式编号选择执行En-Max-Log-MAP算法或Constant-Log-MAP算法在“根据指数和近似运算公式中的求最大值运算所得的最大值求出分支度量值”中的特有步骤：如果译码算法模式编号为1，就执行Constant-Log-MAP算法在该处的特有步骤，求最大值及近似运算的修正项之和作为前向分支度量值；如果译码算法模式编号为2，就按照En-Max-Log-MAP算法的特有步骤，直接以这次求最大值运算所得的最大值作为前向分支度量值。计算后向分支度量β的原理类似，此处不赘述。

然后执行分量译码步骤，如图7，其中为了得到外信息位值Le₁、Le₂、Le₃，需要根据接收端收到的信息位软值求出预转移外信息，连同上次迭代先验信息送入加法器。此处，如果译码算法模式编号为1，就按照Constant-Log-MAP算法的特有步骤，以信道置信度Lc与接收端收到的信息位软值(对Le₁、Le₂、Le₃分别为y_ka、y_kb、y_ka和y_kb)两者的乘积作为预转移外信息；如果译码算法模式编号为2，就按照En-Max-Log-MAP算法的特有步骤，以接收端收到的信息位软值作为预转移外信息。在分量译码步骤中也要进行指数和近似运算，可以考虑根据译码算法模式编号对En-Max-Log-MAP算法和Constant-Log-MAP算法的指数和近似运算择一执行，但这样做带来的译码准确度的改善并不明显，在仿真实验中，其误码率只因此降低了约0.05dB，为此却需要大大增加计算复杂度。故本例在此处不进行该算法选择，而是统一进行En-Max-Log-MAP算法的指数和近似运算。

然后执行外信息处理步骤，如图8，为了得到先验信息La，需要根据外信息Le求出待交织量并进行交织得到先验信息La。本例中，如果译码算法模式编号为1，就按照Constant-Log-MAP算法在该处的特有步骤，以外信息Le作为待交织量；如果译码算法模式编号为2，就按照En-Max-Log-MAP算法在该处的特有步骤，以外信息Le与常数0.75的乘积作为待交织量。考虑到本例在译码算法模式编号为1的情况下，在上一步骤即如图7的分量译码步骤中，被统一进行了En-Max-Log-MAP算法的指数和近似运算，为了弥补该处的计算误差，可以在根据外信息求出待交织量时把“以外信息Le作为待交织量”改为“以外信息Le与常数0.9(或位于0.75和1之间的其它系数)的乘积作为待交织量”。

因为Constant-Log-MAP算法和En-Max-Log-MAP算法具有多处差异，所以本例在Constant-Log-MAP算法中选择“性价比”较高的特有步骤与En-Max-Log-MAP算法相应的特有步骤并列。本例中由译码算法模式编号1代表的介乎于En-Max-Log-MAP算法和Constant-Log-MAP算法之间的改善型算法可以称为En-Constant-Log-MAP算法。技术人员也可以根据实际需要在Constant-Log-MAP算法的特有步骤中选择全部或部分与En-Max-Log-MAP算法中的相应步骤并列。

Claims (8)

1.双二元卷积Turbo码译码方法，其

获取待译码数据和译码算法选择条件，

根据译码算法选择条件确定译码算法模式编号，

包括En-Max-Log-MAP算法和Constant-Log-MAP算法中的共同步骤和En-Max-Log-MAP算法的特有步骤，

译码算法选择条件是待译码数据的信噪比与一个预设的信噪比门限值的比较结果：如果信噪比低于门限值，将在后续步骤中选择执行Constant-Log-MAP算法的特有步骤；如果信噪比高于门限值，将在后续步骤中选择执行En-Max-Log-MAP算法的特有步骤；

其特征是，

在至少一个上述En-Max-Log-MAP算法的特有步骤处，该Turbo码译码方法并列地包括Constant-Log-MAP算法相应的特有步骤，

在上述En-Max-Log-MAP算法和Constant-Log-MAP算法特有步骤的并列处，根据译码算法模式编号在并列的两种特有步骤中择一执行；

其中一个所述的特有步骤的并列处为，在双二元卷积Turbo码译码方法的转移度量计算步骤中，根据第一预转移度量计算确定第二预转移度量。

2.根据权利要求1的双二元卷积Turbo码译码方法，其中一个所述的特有步骤的并列处为：在双二元卷积Turbo码译码方法的其分支度量计算步骤中，根据指数和近似运算公式中的求最大值运算所得的最大值求出分支度量值。

3.根据权利要求1的双二元卷积Turbo码译码方法，其中一个所述的特有步骤的并列处为：在双二元卷积Turbo码译码方法的其分量译码步骤中，根据接收端收到的信息位软值求出预转移外信息。

4.双二元卷积Turbo码译码装置，其包括

获取待译码数据和译码算法选择条件的装置，

根据译码算法选择条件确定译码算法模式编号的装置，

执行En-Max-Log-MAP算法和Constant-Log-MAP算法中的共同步骤的装置和执行En-Max-Log-MAP算法的特有步骤的装置，

译码算法选择条件是待译码数据的信噪比与一个预设的信噪比门限值的比较结果：如果信噪比低于门限值，将在后续步骤中选择执行Constant-Log-MAP算法的特有步骤；如果信噪比高于门限值，将在后续步骤中选择执行En-Max-Log-MAP算法的特有步骤；

其特征是，

在至少一个执行上述En-Max-Log-MAP算法的特有步骤的装置处，该Turbo码译码装置并列地包括执行Constant-Log-MAP算法相应的特有步骤的装置，

在执行上述En-Max-Log-MAP算法和Constant-Log-MAP算法特有步骤的装置的并列处，设有根据译码算法模式编号在并列的执行两种特有步骤的装置中择一调用的装置；

其中一个所述的特有步骤的装置的并列处为：在执行双二元卷积Turbo码译码方法的转移度量计算步骤的装置中，根据第一预转移度量求出第二预转移度量的装置。

5.根据权利要求4的双二元卷积Turbo码译码装置，其中一个所述的特有步骤的装置的并列处为：在执行双二元卷积Turbo码译码方法的其分支度量计算步骤的装置中，根据指数和近似运算公式中的求最大值运算所得的最大值求出分支度量值的装置。

6.根据权利要求4的双二元卷积Turbo码译码装置，其中一个所述的特有步骤的装置的并列处为：在执行双二元卷积Turbo码译码方法的其分量译码步骤的装置中，根据接收端收到的信息位软值求出预转移外信息的装置。

7.根据权利要求4的双二元卷积Turbo码译码装置，其中一个所述的特有步骤的装置的并列处不包括：在执行双二元卷积Turbo码译码方法的其分量译码步骤中，根据指数和近似运算公式中的求最大值运算所得的最大值求出分支度量值的装置。

8.根据权利要求4的双二元卷积Turbo码译码装置，其中一个所述的特有步骤的装置的并列处为：在执行双二元卷积Turbo码译码方法的外信息处理步骤中，根据外信息求出待交织量的装置。

Images