[發(fā)明專利]Turbo碼快速實(shí)現(xiàn)方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010010775.2
• 申請日: 2020-01-06
• 公開（公告）號: CN111130572A
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱勝利;羅寧;王宇舟;張庭蘭;謝玲
• 申請（專利權(quán)）人: 西南電子技術(shù)研究所(中國電子科技集團(tuán)公司第十研究所)
• 主分類號: H03M13/29
• 分類號: H03M13/29;H03M13/27;H04L1/00
• 代理公司: 成飛(集團(tuán))公司專利中心 51121
• 代理人: 郭純武

本發(fā)明公開的一種Turbo編碼快速實(shí)現(xiàn)方法，旨在提供一種硬件實(shí)現(xiàn)簡單，實(shí)用性強(qiáng)，運(yùn)算量低的Turbo編碼實(shí)現(xiàn)方法，本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：數(shù)據(jù)交織時(shí)，待編碼的二進(jìn)制序列輸入信息數(shù)據(jù)寫入偽雙口RAM，根據(jù)存儲于ROM表中的交織關(guān)系讀出數(shù)據(jù)完成交織；待編碼的碼字序列輸入數(shù)據(jù)信息分為兩路，一路輸入信息X1輸入分量編碼器1，得到輸出序列O1，另一路輸入信息通過交織器交織，對得到的信息序列X2輸入分量編碼器2進(jìn)行編碼，輸出序列O2；將兩個(gè)分量編碼器的輸出序列O1、O2送入打孔器進(jìn)行碼率調(diào)整，打孔器根據(jù)所需的碼率進(jìn)行打孔編碼，并與原始信息序列輸出OO進(jìn)行復(fù)用，產(chǎn)生碼字輸出。本發(fā)明可以兼容不同交織關(guān)系。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于通信領(lǐng)域，更進(jìn)一步涉及信道編碼技術(shù)，可用于下一代寬帶無線通信系統(tǒng)Turbo碼譯碼器，尤其是基于FPGA的Turbo碼快速實(shí)現(xiàn)信道編碼的方法。

背景技術(shù)

信道編碼是通信系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，是提高通信系統(tǒng)可靠性的重要手段，其性能的好壞直接影響到通信的質(zhì)量。由于Turbo碼很好地應(yīng)用了香農(nóng)信道編碼定理中的隨機(jī)性編譯碼條件，從而獲得幾乎接近香農(nóng)理論極限的譯碼性能，香農(nóng)用信道編碼定理說明了逼近信道容量好碼的存在性，但并沒有給出構(gòu)造“好碼”的實(shí)用方法。實(shí)際中，當(dāng)要求通信的差錯(cuò)概率很低時(shí)，將迫使通信系統(tǒng)采用碼長很長的編碼，從而使得譯碼算法復(fù)雜化，以至于難以實(shí)現(xiàn)。經(jīng)過大量的研究，1993年ICC國際會議上，C.Berrou，A.Glavieux和P.Thitimajshiwa提出了一種稱之為TurboCode的編、譯碼方案。該方案將卷積編碼和隨機(jī)交織器巧妙地結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)了隨機(jī)編碼的思想，并且采用了軟輸出迭代譯碼來逼近最大似然譯碼。但反饋結(jié)構(gòu)的TurboCode譯碼器，由于交織環(huán)節(jié)的存在必然引起時(shí)延，使得不可能有真正意義上的反饋，而是流水線式的迭代結(jié)構(gòu)。也正是這種流水線結(jié)構(gòu)，使得譯碼器可由若干完全相同的軟輸入軟輸出的基本單元構(gòu)成。Turbo碼以其優(yōu)異的糾錯(cuò)性能被廣泛應(yīng)用于寬帶無線通信領(lǐng)域。Turbo碼由于性能接近Shannon理論限，在低信噪比的應(yīng)用環(huán)境下比其它編碼好。因而移動通信系統(tǒng)多種方案中，通常考慮將Turbo碼作為無線信道的編碼標(biāo)準(zhǔn)之一。Turbo碼不僅在低信噪比的高噪聲環(huán)境下性能優(yōu)越，而且具有很強(qiáng)的抗衰落和抗干擾能力。3GPPLTE及Wimax等無線標(biāo)準(zhǔn)組織紛紛將其作為其信道編碼方式。同時(shí)，衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)由于其受移動性及環(huán)境影響，更需要Turbo碼這類糾錯(cuò)性能強(qiáng)大的信道編碼來進(jìn)行保障。由于Turbo編碼采用級聯(lián)的結(jié)構(gòu)，其將短碼變?yōu)殚L碼，從而擴(kuò)展了其應(yīng)用范圍。

Turbo碼是級聯(lián)碼的一種，全稱并行級聯(lián)卷積碼(ParallelConcatenatedConvolutionalCode，PCCC)，是兩個(gè)獨(dú)立遞歸系統(tǒng)卷積碼的并行級聯(lián)。由于交織器的存在，Turbo編碼中加入了近似隨機(jī)的編碼，使得其得到了非常接近香農(nóng)限的性能。Turbo編碼的基本原理是通過交織器把兩個(gè)分量編碼器進(jìn)行并行級聯(lián)，兩個(gè)分量編碼器分別輸出相應(yīng)的校驗(yàn)位比特；而譯碼時(shí)，譯碼器在兩個(gè)分量譯碼器之間進(jìn)行迭代譯碼，分量譯碼器之間傳遞去掉正反饋的外信息，這樣整個(gè)譯碼過程類似渦輪(Turbo)工作。因此，這個(gè)編碼方法又被形象地稱為Turbo碼。不過Turbo碼的固有缺點(diǎn)---有較大的延時(shí)，在很大程度上限制了它的更廣泛應(yīng)用。Turbo編碼的計(jì)算量大，要得到高碼率，往往需要很大的交織器，這就增加了譯碼的復(fù)雜性，而較短的交織器不可能達(dá)到高碼率，因此往往要根據(jù)實(shí)際需要來確定碼率和計(jì)算復(fù)雜性之間的平衡來設(shè)計(jì)相應(yīng)的Turbo碼。在對編碼無延時(shí)要求或編碼延時(shí)在總延時(shí)中可忽略的系統(tǒng)中，Turbo碼的作用就很明顯了，如數(shù)據(jù)通信和衛(wèi)星通信等。另外，在常見的帶干擾環(huán)境下，只要接收機(jī)能夠檢測到哪些頻點(diǎn)受干擾，對信號進(jìn)行刪除糾錯(cuò)譯碼，則能得到其它碼難以達(dá)到的性能。