專利名稱：一種在SCDMA系統(tǒng)中實現(xiàn)Turbo編譯碼方案的裝置和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種在TD-CDMA數(shù)字移動通信系統(tǒng)中實現(xiàn)Turbo編譯碼方案的裝置和方法，尤其涉及一種在SCDMA數(shù)字移動通信系統(tǒng)中實現(xiàn)Turbo編譯碼方案的裝置和方法。
背景技術：
Turbo編譯碼方案是一種新型信道編譯碼方案，由于它很好地應用了仙農(Shannon)信道編碼定理中隨機性編、譯碼條件，因此獲得了幾乎接近仙農理論極限的譯碼性能。
Turbo編譯碼方案的提出改變了人們構造好碼的傳統(tǒng)觀念，同時Turbo編譯碼方案的迭代思想也為解決不同通信領域的問題提供了新思路。目前，Turbo編譯碼方案已經(jīng)在深空通信、(移動)衛(wèi)星通信以及多媒體通信等領域得到了廣泛應用。但是對于現(xiàn)有的Turbo編譯碼方案而言，其在地面無線通信系統(tǒng)中的應用最富有挑戰(zhàn)性。地面無線通信系統(tǒng)是功率受限與帶寬受限的系統(tǒng)，同時由于受到衰落、陰影和多徑效應的影響，無線通信信道顯得異常復雜，而且系統(tǒng)對實時性要求比較高，這些因素都使Turbo編譯碼方案在地面無線通信系統(tǒng)中的應用受到嚴重挑戰(zhàn)。隨著研究人員不懈的努力，Turbo編譯碼方案與卷積編碼方案一同被廣泛應用到第三代個人無線通信系統(tǒng)中。
根據(jù)3GPP的規(guī)定Turbo編譯碼方案采用的是1/3碼速率，其編碼是由2個結構相同、約束長度為4、具有生成矩陣的系統(tǒng)遞歸卷積編碼器(RSC)生成，采用8個狀態(tài)分量碼組成的并行級卷積碼器(PCCC，ParallelConcatenated Convolutional Code)。其Turbo碼的結構為八個狀態(tài)PCCC編碼器的結構。用于PCCC編碼器的8個狀態(tài)的分量碼的傳輸函數(shù)為
G(D)=[1,1+D1+D31+D2+D3]]]>上述公式示出的為3GPP Turbo碼所采用的編碼器，其主要是為適應第三代移動通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)業(yè)務與信道特征而被設計的。
目前，Turbo碼所采用的編碼器主要是針對某個具體系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)塊相對比較長的情況而進行設計的。而通?，F(xiàn)有無線通信系統(tǒng)中數(shù)據(jù)塊長度比較短，同時還需要考慮時延問題，因此，進行Turbo編譯碼時，相應的譯碼迭代次數(shù)相對比較少。初步研究表明，在相同復雜度的情況下，Turbo碼與卷積碼相比，Turbo碼所能貢獻的附加增益比較有限。雖然P.Jung對短幀交織長度條件下的Turbo碼進行了一些深入研究并提出了一些遵循原則，但是在其研究過程中也沒有針對具體的無線通信系統(tǒng)提出詳細的設計思路。
SCDMA系統(tǒng)是一種先進的第三代移動通信系統(tǒng)，目前其信道編碼方案通常為不進行編碼或采用卷積碼信道編碼方案。為了進一步降低SCDMA系統(tǒng)的誤碼率，需要對現(xiàn)有的Turbo編譯碼方案進行改進使得其可以在SCDMA系統(tǒng)中應用。

發(fā)明內容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種在SCDMA系統(tǒng)中實現(xiàn)信道Turbo編譯碼的裝置和方法，從而使得SCDMA系統(tǒng)獲得更好的信道編碼增益并且降低誤碼率。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明提供了一種在SCDMA系統(tǒng)中實現(xiàn)信道Turbo編碼的方法，包括以下步驟(1)SCDMA系統(tǒng)初始化多個預配參數(shù)并且準備需要發(fā)送的N幀數(shù)據(jù)；(2)一多幀交織器對所述需要發(fā)送的N幀數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)交織；(3)所述多幀交織器通過一個交織表的映射關系取出交織后的N幀數(shù)據(jù)中的當前一幀需要發(fā)送的數(shù)據(jù)序列并將該數(shù)據(jù)序列放入一發(fā)送緩沖區(qū)中；(4)從發(fā)送緩沖區(qū)中取出數(shù)據(jù)序列并將該數(shù)據(jù)序列送入一非對稱Turbo編碼器中進行Turbo編碼；(5)一差分器對Turbo編碼后的數(shù)據(jù)序列進行差分處理并且一4PSK調制器采用4PSK調制方式對差分后的數(shù)據(jù)序列進行調制；(6)所述4PSK調制器對差分并且調制后的數(shù)據(jù)序列進行二維Gray碼調制，生成二維調制信號序列；(7)一擴頻器對二維調制信號序列進行擴頻處理；(8)對擴頻后的信號進行脈沖成形濾波，隨后將濾波后的信號送到SCDMA系統(tǒng)信道中進行射頻部分的處理，最終將SCDMA系統(tǒng)的擴頻CDMA信號發(fā)送出去；(9)返回到步驟(3)對下一幀需要發(fā)送的數(shù)據(jù)序列進行處理直至處理完全部N幀數(shù)據(jù)。
優(yōu)選地，所述在SCDMA系統(tǒng)中實現(xiàn)信道Turbo編碼的方法中的所述步驟(4)進而包括以下步驟(a)在進行Turbo編碼之前，SCDMA系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)的要求對非對稱Turbo編碼器的參數(shù)進行初始化與設置；(b)將從發(fā)送緩沖區(qū)取出的一幀數(shù)據(jù)序列送入所述非對稱Turbo編碼器的一Turbo碼交織器中進行數(shù)據(jù)交織從而獲得交織后的數(shù)據(jù)序列；同時將從發(fā)送緩沖區(qū)取出的所述一幀數(shù)據(jù)序列送入所述非對稱Turbo編碼器的第一分量編碼器進行編碼從而生成第一校驗數(shù)據(jù)序列；同時還將從發(fā)送緩沖區(qū)取出的所述一幀數(shù)據(jù)序列作為系統(tǒng)輸出數(shù)據(jù)序列送入所述非對稱Turbo編碼器的一復接器中；(c)將所述交織后的數(shù)據(jù)序列送入所述非對稱Turbo編碼器的第二分量編碼器進行編碼從而生成第二校驗數(shù)據(jù)序列；(d)將所述兩個分量編碼器分別輸出的第一校驗數(shù)據(jù)序列和第二校驗數(shù)據(jù)序列同時送入所述非對稱Turbo編碼器的刪余矩陣中進行刪余處理從而獲得已刪余校驗數(shù)據(jù)序列并將該序列送入所述非對稱Turbo編碼器的復接器中；(e)所述復接器對接收到的所述已刪余校驗數(shù)據(jù)序列和所述系統(tǒng)輸出數(shù)據(jù)序列進行復接處理從而獲得Turbo編碼后的數(shù)據(jù)序列。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明還涉及一種在SCDMA系統(tǒng)中實現(xiàn)信道Turbo譯碼的方法，包括以下步驟(a)SCDMA系統(tǒng)進行系統(tǒng)初始化與參數(shù)設置；(b)一解擴器對接收到的擴頻CDMA信號進行搜索同步處理和解擴處理；(c)一相位差分器對解擴后的信號進行差分處理，以得到差分后的信號；(d)一多幀數(shù)據(jù)解交織器按照Turbo編碼時對多幀數(shù)據(jù)交織的處理對差分后的信號進行多幀數(shù)據(jù)的解交織處理以獲得解交織后的信號；(e)一非對稱Turbo譯碼器對解交織后的信號進行Turbo碼譯碼處理得到接收信號的數(shù)據(jù)序列。
優(yōu)選地，所述在SCDMA系統(tǒng)中實現(xiàn)信道Turbo譯碼的方法中的所述步驟(e)進而包括以下步驟(1)Turbo譯碼開始前，對所述非對稱Turbo譯碼器進行參數(shù)設置以及初始化處理；(2)根據(jù)發(fā)送端刪余矩陣的規(guī)則，所述非對稱Turbo譯碼器中的刪余矩陣模塊對譯碼前的數(shù)據(jù)序列進行處理，使其滿足譯碼器所接收的信號與發(fā)送階段中編碼器所產(chǎn)生的信號對應；(3)根據(jù)公式Dk(I,J)=Lc2((xk+Λ(dk)Lc)(2I-1)+yk(2J-1)),]]>在第一譯碼器和第二譯碼器中計算分支度量值，其中，Λ(dk)為先驗概率，Lc為信道置信信度，xk和yk是譯碼器的輸入信號，分別對應譯碼器接收到信號的實部信息和虛部信息，若是第一輪迭代，Λ(dk)的值為0；否則，是上一輪譯碼輸出的外部信息經(jīng)過交織或解交織的值；(4)根據(jù)公式Aki(m)=Dk(i,pk(i,m))+maxj=0,1(Ak-1j(Sbj(m))]]>Bki(m)=Dk+1(j,pk+1(j,Sfi(m)))+maxj=0,1(Bk+1j(Sfi(m))]]>在第一譯碼器和第二譯碼器中計算前向度量與后向度量，其中p(i，m)表示在現(xiàn)狀態(tài)m與輸入i下編碼器的下一狀態(tài)，其中pk(i，m)的初始值為0；Sj(m)表示通過j轉移到m的前一狀態(tài)，其中，Sbj(m)、Sfj(m)中的下標b，f分別表示前向和后向的遞歸的關系，其表示一個位置的關系；(5)根據(jù)L(dk|R1N)=maxm=0,1,2v-1(AK1(m)+Bk1(m))-maxm=0,1,2v-1(AK0(m)+Bk0(m)),]]>在第一譯碼器和第二譯碼器中，分別計算似然輸出；(6)判斷迭代次數(shù)是否結束，若迭代次數(shù)已經(jīng)到了，則轉到步驟(9)在第二譯碼器中進行硬判決；反之，則進行步驟(7)繼續(xù)計算外部信息；(7)第一譯碼器根據(jù)公式Le(dk)=L(dk|R1N)-Lc*xk-Λ(dk)]]>計算第一譯碼器的外部信息；(8)將計算得到的外部信息送入第一交織器中進行交織，然后送入第二譯碼器中，第二譯碼器將該交織后的信息作為先驗信息并對接收到的信號，包括實部信息和虛部信息進行最佳譯碼，產(chǎn)生關于交織后的信息序列中每一個比特的似然信息，然后將其中的外部信息經(jīng)過解交織器送給第一譯碼器作為先驗信息，再轉到步驟(2)進行處理，其中，直接把接收到的信號的實部信息送入第一譯碼器作為第一譯碼器的其中一輸入信號，對于第二譯碼器，接收到的信號的實部信息先經(jīng)過一第二交織器進行交織，然后再把第二交織器輸出的交織后的序列作為第二譯碼器的其中一輸入信號；(9)第二譯碼器對似然輸出進行硬判決，得到Turbo碼譯碼結果L(dk)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明還涉及一種可以實現(xiàn)SCDMA系統(tǒng)信道Turbo編碼的裝置，所述裝置包括一多幀交織器和一非對稱Turbo編碼器。
優(yōu)選地，所述非對稱Turbo編碼器包括一個交織器、彼此結構不同的并且通過所述交織器并行級聯(lián)的第一分量編碼器和第二分量編碼器、一個與所述兩個分量編碼器連接的刪余矩陣和一復接器。輸入信息序列分別同時送入復接器、第一分量編碼器和交織器，第一分量編碼器對信息序列進行編碼，交織器對信息序列進行信息交織后送到第二分量編碼器中進行編碼，兩個分量編碼器輸出的校驗序列分別在刪余矩陣進行刪余，所述復接器對接收到的所述已刪余校驗數(shù)據(jù)序列和所述系統(tǒng)輸出數(shù)據(jù)序列進行復接處理從而獲得Turbo編碼后的數(shù)據(jù)序列。其中，所述第一分量編碼器的生成矩陣為(7，5)、生成多項式為(1+D+D2，1+D2)，所述第二分量編碼器生成矩陣為(13，17)、生成多項式為(1+D2+D3，1+D+D2+D3)。
根據(jù)本發(fā)明的又另一方面，本發(fā)明還提供一種可以實現(xiàn)SCDMA系統(tǒng)信道Turbo譯碼的裝置，所述非對稱Turbo譯碼裝置包括一多幀解交織器和一非對稱Turbo譯碼器。
優(yōu)選地，所述Turbo譯碼裝置中的所述非對稱Turbo譯碼器包括一刪余矩陣模塊、第一譯碼器、第一交織器、第二譯碼器、解交織器以及分別與第一譯碼器、第二譯碼器連接的第二交織器。其中，刪余矩陣模塊對譯碼前的數(shù)據(jù)序列進行處理，使其滿足譯碼器所接收的信號與發(fā)送階段中編碼器所產(chǎn)生的信號對應，第一譯碼器對接收到的信號，包括實部信息和虛部信息進行譯碼，并將計算得到的外部信息送入第一交織器中進行交織，然后送入第二譯碼器中，第二譯碼器將該交織后的信息作為先驗信息并對接收到的信號，包括實部信息和虛部信息進行最佳譯碼，產(chǎn)生關于交織后的信息序列中每一個比特的似然信息，然后將其中的外部信息經(jīng)過解交織器送給第一譯碼器作為先驗信息，進行下一輪譯碼，其中，直接把接收到的信號的實部信息送入第一譯碼器作為第一譯碼器的其中一輸入信號，對于第二譯碼器，接收到的信號的實部信息先經(jīng)過一第二交織器進行交織，然后再把第二交織器輸出的交織后的序列作為第二譯碼器的其中一輸入信號。
本發(fā)明提出的Turbo碼編譯碼裝置與方法，通過采用多幀交織和非對稱Turbo碼編譯結構以及Turbo碼算法的優(yōu)化等，在對現(xiàn)有的SCDMA系統(tǒng)改動不大的情況下，為SCDMA系統(tǒng)帶來了Turbo碼信道編碼的優(yōu)異性能，使得SCDMA系統(tǒng)獲得了更好的信道編碼增益并且降低了誤碼率。


下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步詳細的描述。附圖中圖1SCDMA系統(tǒng)Turbo碼裝置的信號處理流程；圖2SCDMA系統(tǒng)非對稱Turbo碼編碼器；圖3SCDMA系統(tǒng)非對稱Turbo碼編碼裝置；圖4SCDMA系統(tǒng)非對稱Turbo碼譯碼器；圖5SCDMA系統(tǒng)非對稱Turbo碼譯碼裝置；圖6在靜止條件下，三種信道編碼方式誤比特率與信噪比的關系圖；圖7在移動條件下，三種信道調制方式誤比特率與信噪比的關系圖；圖8SCDMA系統(tǒng)中Turbo碼發(fā)送端的信號處理流程；圖9SCDMA系統(tǒng)實現(xiàn)Turbo碼編碼的方法示意圖；圖10SCDMA系統(tǒng)Turbo碼編碼器方法示意圖；圖11SCDMA系統(tǒng)Turbo碼接收端信號處理流程；圖12SCDMA系統(tǒng)中Turbo碼譯碼的方法示意圖；圖13SCDMA系統(tǒng)Turbo碼譯碼器方法示意圖。
具體實施例方式
根據(jù)SCDMA系統(tǒng)的特征以及業(yè)務要求，本發(fā)明提出了一種在SCDMA系統(tǒng)中實現(xiàn)Turbo編譯碼的裝置和方法。同時，基于SCDMA系統(tǒng)中短幀的現(xiàn)實(即每幀數(shù)據(jù)長度只有96個比特)，本發(fā)明提出多幀交織的方案。通過對多幀數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)的交織，使SCDMA系統(tǒng)既可以獲得交織增益，又可以使SCDMA系統(tǒng)獲得時間分集的增益。最后，基于SCDMA系統(tǒng)對信噪比(SNR)門限比較低以及DSP資源的占用情況，本發(fā)明提出了Turbo碼的非對稱結構(即Turbo碼編譯碼裝置中的編碼器的結構采用了非對稱性結構)以及對Turbo碼進行優(yōu)化算法進行優(yōu)化以適應SCDMA系統(tǒng)信號處理流程和對信噪比的要求。
本發(fā)明所提出的在SCDMA系統(tǒng)中實現(xiàn)Turbo編譯碼的裝置與方法，其在SCDMA系統(tǒng)中實現(xiàn)Turbo編譯碼信號處理的主要流程，如圖1所示，其主要內容可分為Turbo碼編碼的發(fā)射階段與譯碼的接收階段。
從圖1中可以得出，在SCDMA系統(tǒng)中實現(xiàn)Turbo編譯碼信號處理流程與現(xiàn)有的基站處理流程基本一致，只是在調制增加了多幀數(shù)據(jù)交織器與非對稱Turbo編碼器，在接收機解碼過程中增加了多幀數(shù)據(jù)解交織器與非對稱Turbo譯碼器。
圖2所示為所述在SCDMA系統(tǒng)中的Turbo編譯碼裝置與方法的非對稱性Turbo編碼器結構，即對第一分量編碼器與第二分量編碼器分別采用不同約束長度和生成多項式。本發(fā)明提出非對稱性Turbo碼編譯結構，目的是為了在SCDMA系統(tǒng)的低信噪比(SNR)條件下，SCDMA系統(tǒng)可以獲得比較好Turbo碼信道編碼增益。
從圖2中可以看出，在SCDMA系統(tǒng)發(fā)送端中Turbo編碼器主要由兩個不相同的系統(tǒng)遞歸卷積碼(RSC)第一分量編碼器、第二分量編碼器和一個交織器組成，兩個編碼器通過交織器并行級聯(lián)在一起。第一分量編碼器生成矩陣為(7，5)，其生成多項式為(1+D+D2，1+D2)，第二分量編碼器生成矩陣為(13，17)，其生成多項式為(1+D2+D3，1+D+D2+D3)。
在SCDMA系統(tǒng)中實現(xiàn)Turbo編碼過程中，兩個分量編碼器的輸入信息序列是相同的，長度為N的信息序列{Uk}在送入第一個分量編碼器進行編碼的同時作為系統(tǒng)輸出{Cs}直接送至復接器，同時{Uk}經(jīng)過交織器進行信息交織后送到第二分量編碼器中進行編碼，兩個分量編碼器輸出的校驗分別為{C1p}和{C2p}，然后在刪余矩陣進行刪余得到{Cp}，最后與系統(tǒng)輸出序列{Cs}共同進行差分調制。
本發(fā)明所提出在SCDMA系統(tǒng)中實現(xiàn)接收階段Turbo譯碼的PCCC的譯碼器結構如圖4所示。
從圖4中可以看出，在SCDMA系統(tǒng)中實現(xiàn)Turbo譯碼的基本過程如下
根據(jù)發(fā)送端刪余矩陣的規(guī)則，所述非對稱Turbo譯碼器中的刪余矩陣模塊對譯碼前的數(shù)據(jù)序列進行處理，使其滿足譯碼器所接收的信號與發(fā)送階段中編碼器所產(chǎn)生的信號對應。譯碼器對接收到的信號包括實部信息XK和虛部信息YK進行譯碼，第一譯碼器和第二譯碼器接收到的信號的實部信息都是XK，而第一譯碼器和第二譯碼器接收到的信號的虛部信息分別是YK1和YK2，其中，直接把接收到的信號的實部信息Xk送入第一譯碼器作為第一譯碼器的其中一輸入信號，對于第二譯碼器，接收到的信號的實部信息Xk先經(jīng)過一第二交織器進行交織，然后再把第二交織器輸出的交織后的序列Xπ(k)作為第二譯碼器的其中一輸入信號。首先第一譯碼器對第一子分量編碼器的輸出進行最佳譯碼，產(chǎn)生關于信息序列{dk}中每一個比特的似然信息，并將其中的外部信息Le1(dk)經(jīng)過交織送給第二譯碼器，第二譯碼器將此作為先驗信息Le2(dk)，對第二子分量編碼器的輸出進行最佳譯碼，產(chǎn)生關于交織后的信息序列中每一個比特的似然信息，然后將其中的外部信息Le2(dk)經(jīng)過解交織器送給第一譯碼器作為先驗信息Le1(dk)，進行下一輪譯碼。這樣，經(jīng)過多次迭代，第一譯碼器與第二譯碼器的外部信息趨于穩(wěn)定，似然比漸近值逼近于對整個碼字的最大似然譯碼，最后對第二譯碼器輸出似然值L(dk)進行硬判決，即可得到信息序列{dk}的每一個比特的最佳估計。
根據(jù)SCDMA系統(tǒng)的特點與DSP資源的應用情況，需要對系統(tǒng)所采用的Turbo編譯碼的復雜度與性能作一個折中處理，于是在SCDMA系統(tǒng)中采用MAX_LOG_MAP譯碼算法來進行Turbo譯碼，并根據(jù)SCDMA系統(tǒng)DSP的特點進行實現(xiàn)算法的優(yōu)化，下面就對本發(fā)明中的MAX_LOG_MAP作簡單推導。
MAX_LOG_MAP算法是在經(jīng)典的MAP算法基礎上做了一些改進，其具體的表達式如下Akm=log(αkm)=log(Σj=01exp{log(αk-1b(j,m))+log(rk-1j,b(j,b))})]]>
Bkm=log(βkm)=log(Σj=01exp{log(γk-1j,m)+log(βk+1f(j,m))})]]>Dki,m=log(γki,m)=log(Pr(dk=i,Sk=m,Rk))]]>L(dk|R1N)=log(Σmαkmγk1,mβk+1f(1,m)Σmαkmγk0,mβk+1f(0,m))]]>=logΣmexp{log(αkm)+log(γk1,m)+log(βk+1f(1,m))}]]>-logΣmexp{log(αkm)+log(γk0,m)+log(βk+1f(0,m))}]]>根據(jù)Jacobian算法，即log(ex+ey)＝max(x，y)+log(1+e-|x-y|)若采用近似式log(ex+ey)＝max(x，y)則經(jīng)過推導得到如下Akm≈max(Ak-1b(1,m)+Dk-11,b(1,m),Ak-1b(0,m)+Dk-11,b(1,m))]]>Bkm≈max(Bk+1f(1,m)+Dk1,m,Bk+1f(0,m)+Dk0,m)]]>L(dk|R1N)≈maxm(Akm+Dk1,m+Bkm)-maxm(Akm+Dk0,m+Bkm)]]>其中f(j，m)表示在現(xiàn)狀態(tài)m與輸入j下，編碼器的下一狀態(tài)；b(j，m)為通過輸入j轉移到m狀態(tài)的前一狀態(tài)；Akm、Bkm、Dki，m表示分別為前向度量、后向度量以及轉移度量值；L(dk|R1N)表示為碼元dk后驗概率對數(shù)似然比。
根據(jù)Turbo譯碼的特征與SCDMA系統(tǒng)的DSP特點，本發(fā)明對Turbo譯碼方案做了一些工程上的優(yōu)化，其中根據(jù)Turbo碼的蝶形結構來計算前向度量與反向度量的迭代過程，也對分支度量值進行簡化計算，即對于相同項不處理。同時，把用于計算前向度量與后向的分支度量值進行保存，這樣只需要單獨計算前向度量與后向度量的迭代值，使計算量與中間存儲量大大減少。而對信道置信度Lc的計算，由于SCDMA系統(tǒng)本身需要計算解差分后的信噪比(SNR)而使其變得更簡單。
本發(fā)明所提出SCDMA系統(tǒng)中的Turbo編譯碼的裝置和方法，其主要內容可分為Turbo碼編碼的發(fā)射階段與譯碼的接收階段。
在SCDMA系統(tǒng)中Turbo碼編碼的發(fā)送端信號的處理流程步驟如圖8所示，其主要包括以下步驟(1)SCDMA系統(tǒng)初始化參數(shù)預配以及準備發(fā)送數(shù)據(jù)，主要預配參數(shù)至少包括多幀緩沖區(qū)、每幀編碼數(shù)據(jù)長度、Turbo碼編碼器的交織器參數(shù)、Turbo編碼刪余矩陣以及采取編碼速率等參數(shù)的設置；(2)對需要發(fā)送的N幀數(shù)據(jù)按照交織器交織深度L進行數(shù)據(jù)交織。其目的主要是通過N幀數(shù)據(jù)增加Turbo碼交織器長度，同時也增加了時間分集的效果，從而更好提升Turbo碼在SCDMA系統(tǒng)的信道編碼增益；(3)從N幀的交織器取出當前幀需要發(fā)送的數(shù)據(jù)序列U，放到需要發(fā)送緩沖區(qū)中；(4)從發(fā)送緩沖區(qū)中取出數(shù)據(jù)序列U，按照本發(fā)明所提出的非對稱Turbo碼編碼結構進行Turbo碼編碼過程，同時還對編碼后數(shù)據(jù)流進行刪余矩陣以及復接器處理；(5)對通過Turbo碼處理后的數(shù)據(jù)序列進行差分處理，由于現(xiàn)有SCDMA系統(tǒng)采用為DQPSK調制方式，為了與現(xiàn)有系統(tǒng)進行兼容，本發(fā)明仍然采用DQPSK的調制方式；(6)4PSK調制器對差分后的數(shù)據(jù)序列V進行二維Gray碼調制，生成只有V/2長度的二維調制信號序列；(7)對二維調制信號序列進行擴頻處理；(8)把擴頻后的信號進行脈沖成形濾波，然后再送到SCDMA系統(tǒng)信道中進行射頻部分的處理，最終把SCDMA系統(tǒng)的擴頻CDMA信號發(fā)送出去。
在步驟4中主要涉及到本發(fā)明所提出的非對稱性Turbo碼的編碼裝置，如下結合圖3、圖9具體闡述本發(fā)明中所提到的非對稱性Turbo碼的編碼裝置及對原始的數(shù)據(jù)進行Turbo碼的編碼裝置處理流程，其具體步驟如下
(a)在Turbo碼進行之前，對Turbo的參數(shù)進行初始化與設置，其具體至少包括交織器交織深度、第一分量編碼器與第二分量編碼器初始狀態(tài)為零、刪余矩陣、編碼器數(shù)據(jù)的長度等參數(shù)設置；(b)對從發(fā)送緩沖區(qū)取出的數(shù)據(jù)序列U進行N幀的數(shù)據(jù)交織；(c)對第一分量編碼器，其約束長度為3，生成矩陣為(7，5)進行Turbo碼編碼過程。其具體是將長度為N的信息序列{Uk}在送入第一分量編碼器進行編碼的同時作為系統(tǒng)輸出{Cs}直接送至復接器，其生成的校驗{C1p}；(d)將長度為N的信息序列{Uk}通過Turbo碼交織器生成信息序列為{Uπ(k)}；(e)將序列為N的交織后信息序列{Uπ(k)}，進行第二分量編碼器，其約束長度為4，生成矩陣為(13，17)進行Turbo碼編碼過程。其具體是將長度為N的信息序列{Uπ(k)}送到第二分量編碼器進行編碼，生成的校驗為{C2p}；(f)將兩個分量編碼器輸出的校驗分別為{C1p}和{C2p}，在進行刪余矩陣進行刪余后得到{Cp}；(g)將刪余后得到{Cp}與系統(tǒng)輸出{Cs}組成的Turbo編碼后的信息進行后面的處理。
上述是對本發(fā)明所提出Turbo碼編碼裝置的信號處理流程以及編碼實現(xiàn)的主要步驟的闡述，而Turbo碼編碼器的方法，結合圖10可以看出，其主要步驟與上述步驟大致一致，只是在上述的步驟中增加了N幀交織的過程，而其他過程一樣。
下面則對Turbo碼的接收端的信號處理流程以及譯碼實現(xiàn)的主要步驟進行簡要描述。
如圖1所示，對SCDMA系統(tǒng)中實現(xiàn)Turbo譯碼的方法主要包括以下步驟(a)在對接收信號處理之前，SCDMA系統(tǒng)對系統(tǒng)進行初始化與參數(shù)設置；
(b)一解擴器對接收的數(shù)據(jù)進行搜索同步處理、解擴的處理，即對接收的原始數(shù)據(jù)進行解擴相關的處理；(c)一相位差分器對解擴后的信號進行symbol的差分處理，以得到差分后的信號；(d)按照發(fā)送端對多幀數(shù)據(jù)交織器的處理，一多幀數(shù)據(jù)解交織器對差分后的信號進行多幀數(shù)據(jù)的解交織處理；(e)一非對稱Turbo譯碼直接對差分后的原始的信號進行Turbo碼譯碼處理；(f)最后得到接收信號的數(shù)據(jù)序列。
以上對SCDMA系統(tǒng)中實現(xiàn)Turbo碼整個信號處理進行闡述，下面結合圖5、圖12，詳細闡述Turbo碼裝置的譯碼方法，所述譯碼方法具體包括以下步驟(1)Turbo譯碼開始前的參數(shù)設置以及初始化處理，其參數(shù)預配至少包括譯碼器初始狀態(tài)、Turbo碼交織器長度與規(guī)則、Turbo碼迭代次數(shù)以及不同信道衰減因子α的設置與預配；(2)按照發(fā)送端對多幀數(shù)據(jù)交織的處理，所述多幀解交織器對差分后的信號進行多幀數(shù)據(jù)解交織處理，以準備對數(shù)據(jù)進行Turbo碼解碼的處理；(3)根據(jù)發(fā)送端刪余矩陣的規(guī)則，Turbo解碼器中的刪余矩陣模塊對譯碼前的數(shù)據(jù)序列進行處理，使其滿足譯碼器所接收的信號與發(fā)送階段中編碼器所產(chǎn)生的信號對應；刪余矩陣模塊是Turbo碼編碼器中模塊功能，而在接收端是對接收到信號YK，XK按照編碼器刪余矩陣模塊對應分配給譯碼器1YK1、譯碼器2的信號YK2。如若當前是譯碼器1的信號YK1＝YK，則把給譯碼器，而譯碼器2中 兩個譯碼器XK相同。在圖4中，就是把接收信號按照奇偶數(shù)分別分配給兩個譯碼器。這樣實現(xiàn)解碼器中與編碼器中刪余矩陣模塊的功能。
(4)根據(jù)公式Dk(I,J)=Lc2((xk+Λ(dk)Lc)(2I-1)+yk(2J-1)),]]>在第一譯碼器和第二譯碼器中計算分支度量值，DK(I，J)為從i狀態(tài)到j狀態(tài)的分支度量值；若為第一譯碼器，則式中的xk和yk對應Xk和YK1，而對于第二譯碼器則對應Xk和YK1。Λ(dk)是先驗概率，若是第一輪迭代，其值為0；否則，是上一輪譯碼輸出的外部信息經(jīng)過交織或解交織的值，對于第一譯碼器和第二譯碼器Λ(dk)分別為Le1(dk)和Le2(dk)。由于SCDMA系統(tǒng)本身需要計算解差分后的信噪比，于是對信道置信度Lc的計算是比較簡單的問題。
(5)根據(jù)公式Aki(m)=Dk(i,pk(i,m))+maxj=0,1(Ak-1j(Sbj(m))]]>Bki(m)=Dk+1(j,pk+1(j,Sfi(m)))+maxj=0,1(Bk+1j(Sfi(m))]]>在第一譯碼器和第二譯碼器中計算前向度量與后向度量，其中p(i，m)表示在現(xiàn)狀態(tài)m與輸入i下編碼器的下一狀態(tài)，其中pk(i，m)的初始值為0；Sj(m)表示通過j轉移到m的前一狀態(tài)，其中，Sbj(m)、Sfj(m)中的下標b，f分別表示前向和后向的遞歸的關系，其表示一個位置的關系；(6)根據(jù)L(dk|R1N)=maxm=0,1,2v-1(AK1(m)+Bk1(m))-maxm=0,1,2v-1(AK0(m)+Bk0(m)),]]>在第一譯碼器和第二譯碼器中，分別計算似然輸出；(7)判斷迭代次數(shù)是否結束，若迭代次數(shù)已經(jīng)到了，則轉到步驟(10)在第二譯碼器中進行硬判決，所述迭代次數(shù)由SCDMA系統(tǒng)的信噪比來確定，目前是4次迭代；反之，則轉到步驟(8)繼續(xù)計算外部信息Le(dk)；(8)第一譯碼器根據(jù)公式Le(dk)=L(dk|R1N)-Lc*xk-Λ(dk)]]>計算第一譯碼器的外部信息L1e(dk)；(9)將計算得到第一譯碼器的外部信息L1e(dk)送入第一交織器中交織后送入第二譯碼器中，第二譯碼器將該交織后的信息作為先驗信息Le2(dk)對第二子分量編碼器的輸出進行最佳譯碼，同時在第二譯碼器開始譯碼的階段，把接收到信號的實部信息Xk在第二交織器中先進行交織，然后再把第二交織器輸出的序列Xπ(k)作為第二譯碼器的其中一輸入進行譯碼，第二譯碼器譯碼后產(chǎn)生關于交織后的信息序列中每一個比特的似然信息，然后將其中的外部信息Le2(dk)經(jīng)過解交織器送給第一譯碼器作為先驗信息Le1(dk)，再轉到步驟(3)進行處理；(10)第二譯碼器對似然輸出通過硬判決，得到Turbo碼譯碼結果L(dk)。
以上是對SCDMA系統(tǒng)中實現(xiàn)Turbo碼譯碼裝置的信號處理流程以及具體步驟進行的闡述。對于SCDMA系統(tǒng)中實現(xiàn)Turbo碼的解碼過程，結合圖13可以看出，其上述SCDMA系統(tǒng)中Turbo譯碼裝置主要步驟中只是增加了N幀數(shù)據(jù)的解交織處理，而其他過程一致。
正是由于在SCDMA系統(tǒng)中的Turbo碼編譯碼裝置的主要步驟中增加了N幀交織器與解交織器，使SCDMA系統(tǒng)中Turbo碼的性能得到大大的提升。
圖6是在終端靜止條件下，本發(fā)明所提出的Turbo碼信道編碼與SCDMA系統(tǒng)現(xiàn)有的編碼方式的比較。從圖6中可以看出，通過本發(fā)明的Turbo碼信道編碼方案，獲得的信道編碼增益明顯好于現(xiàn)有SCDMA系統(tǒng)現(xiàn)有的信道編碼方式，在誤碼率為10-6時，本發(fā)明的Turbo碼信道編碼方案優(yōu)于現(xiàn)有卷積碼的方案，由于本發(fā)明提出的非對稱Turbo碼編碼器，其狀態(tài)寄存器分別為2、3，而現(xiàn)有SCDMA系統(tǒng)中實現(xiàn)卷積信道編碼的狀態(tài)寄存器為6，因此，本發(fā)明所提出的Turbo碼信道編碼裝置與方法的復雜度小于卷積碼信道編碼。同時Turbo碼在SCDMA系統(tǒng)的實現(xiàn)還可以根據(jù)SCDMA系統(tǒng)DSP資源占用情況，靈活采用不同約束長度的Turbo碼編碼結構，以更進一步提升系統(tǒng)的性能。
圖7是在終端移動條件下，本發(fā)明所提出的Turbo碼信道編碼與SCDMA系統(tǒng)現(xiàn)有的編碼方式的比較。在SCDMA系統(tǒng)中，其終端在速率為v＝60公里/小時運動的情況下，本發(fā)明所提出的Turbo碼信道編碼裝置與方法，同樣也表現(xiàn)很好的信道編碼的性能。具體由圖7可以看出，在移動條件下，其Turbo碼信道編碼的性能明顯優(yōu)于其他兩種信道編碼的性能。
無論在靜止還是移動條件下，本發(fā)明所提出的在SCDMA系統(tǒng)中的Turbo碼裝置與方法明顯優(yōu)于現(xiàn)有的SCDMA系統(tǒng)的信道編碼方案，同時更為重要的是，由于在進行SCDMA系統(tǒng)的卷積碼信道編碼需要在末尾補6個零，而對于本發(fā)明的Turbo碼，由于只有三個狀態(tài)寄存器，即使末尾補零，也只需要補2個零，因此明顯提高了信道有效數(shù)據(jù)傳輸效率。
權利要求
1.一種在SCDMA系統(tǒng)中實現(xiàn)信道Turbo編碼的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟(1)SCDMA系統(tǒng)初始化多個預配參數(shù)并且準備需要發(fā)送的N幀數(shù)據(jù)；(2)一多幀交織器對所述需要發(fā)送的N幀數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)交織；(3)所述多幀交織器通過一個交織表的映射關系取出交織后的N幀數(shù)據(jù)中的當前一幀需要發(fā)送的數(shù)據(jù)序列并將該數(shù)據(jù)序列放入一發(fā)送緩沖區(qū)中；(4)從發(fā)送緩沖區(qū)中取出數(shù)據(jù)序列并將該數(shù)據(jù)序列送入一非對稱Turbo編碼器中進行Turbo編碼；(5)一差分器對Turbo編碼后的數(shù)據(jù)序列進行差分處理并且一4PSK調制器采用4PSK調制方式對差分后的數(shù)據(jù)序列進行調制；(6)所述4PSK調制器對差分并且調制后的數(shù)據(jù)序列進行二維Gray碼調制，生成二維調制信號序列；(7)一擴頻器對二維調制信號序列進行擴頻處理；(8)對擴頻后的信號進行脈沖成形濾波，隨后將濾波后的信號送到SCDMA系統(tǒng)信道中進行射頻部分的處理，最終將SCDMA系統(tǒng)的擴頻CDMA信號發(fā)送出去；(9)返回到步驟(3)對下一幀需要發(fā)送的數(shù)據(jù)序列進行處理直至處理完全部N幀數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權利要求1所述方法，其特征在于，所述步驟(4)進而包括以下步驟(a)在進行Turbo編碼之前，SCDMA系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)的要求對非對稱Turbo編碼器的參數(shù)進行初始化與設置；(b)將從發(fā)送緩沖區(qū)取出的一幀數(shù)據(jù)序列送入所述非對稱Turbo編碼器的一Turbo碼交織器中進行數(shù)據(jù)交織從而獲得交織后的數(shù)據(jù)序列；同時將從發(fā)送緩沖區(qū)取出的所述一幀數(shù)據(jù)序列送入所述非對稱Turbo編碼器的第一分量編碼器進行編碼從而生成第一校驗數(shù)據(jù)序列；同時還將從發(fā)送緩沖區(qū)取出的所述一幀數(shù)據(jù)序列作為系統(tǒng)輸出數(shù)據(jù)序列送入所述非對稱Turbo編碼器的一復接器中；(c)將所述交織后的數(shù)據(jù)序列送入所述非對稱Turbo編碼器的第二分量編碼器進行編碼從而生成第二校驗數(shù)據(jù)序列；(d)將所述兩個分量編碼器分別輸出的第一校驗數(shù)據(jù)序列和第二校驗數(shù)據(jù)序列同時送入所述非對稱Turbo編碼器的刪余矩陣中進行刪余處理從而獲得已刪余校驗數(shù)據(jù)序列并將該序列送入所述非對稱Turbo編碼器的復接器中；(e)所述復接器對接收到的所述已刪余校驗數(shù)據(jù)序列和所述系統(tǒng)輸出數(shù)據(jù)序列進行復接處理從而獲得Turbo編碼后的數(shù)據(jù)序列。
3.一種在SCDMA系統(tǒng)中實現(xiàn)信道Turbo譯碼的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟(a)SCDMA系統(tǒng)進行系統(tǒng)初始化與參數(shù)設置；(b)一解擴器對接收到的擴頻CDMA信號進行搜索同步處理和解擴處理；(c)一相位差分器對解擴后的信號進行差分處理，以得到差分后的信號；(d)一多幀數(shù)據(jù)解交織器按照Turbo編碼時對多幀數(shù)據(jù)交織的處理對差分后的信號進行多幀數(shù)據(jù)的解交織處理以獲得解交織后的信號；(e)一非對稱Turbo譯碼器對解交織后的信號進行Turbo碼譯碼處理得到接收信號的數(shù)據(jù)序列。
4.根據(jù)權利要求3所述的方法，其特征在于，所述步驟(e)進而包括以下步驟(1)Turbo譯碼開始前，對所述非對稱Turbo譯碼器進行參數(shù)設置以及初始化處理；(2)根據(jù)發(fā)送端刪余矩陣的規(guī)則，所述非對稱Turbo譯碼器中的刪余矩陣模塊對譯碼前的數(shù)據(jù)序列進行處理，使其滿足譯碼器所接收的信號與發(fā)送階段中編碼器所產(chǎn)生的信號對應；(3)根據(jù)公式Dk(I,J)=Lc2((xk+Λ(dk)Lc)(2I-1)+yk(2J-1)),]]>在第一譯碼器和第二譯碼器中計算分支度量值，其中，Λ(dk)為先驗概率，Lc為信道置信信度，xk和yk是譯碼器的輸入信號，分別對應譯碼器接收到信號的實部信息和虛部信息，若是第一輪迭代，Λ(dk)的值為0；否則，是上一輪譯碼輸出的外部信息經(jīng)過交織或解交織的值；(4)根據(jù)公式Aki(m)=Dk(i,pK(i,m))+maxj=0,1(Ak-1j(Sbj(m)))]]>Bki(m)=Dk+1(j,pk+1(j,Sfi(m)))+maxj=0,1(Bk+1j(Sfi(m)))]]>在第一譯碼器和第二譯碼器中計算前向度量與后向度量，其中p(i，m)表示在現(xiàn)狀態(tài)m與輸入i下編碼器的下一狀態(tài)，其中pk(i，m)的初始值為0；Sj(m)表示通過j轉移到m的前一狀態(tài)，其中，Sbj(m)、Sfj(m)中的下標b，f分別表示前向和后向的遞歸的關系，其表示一個位置的關系；(5)根據(jù)L(dk|R1N)=maxm=0,1,2v-1(AK1(m)+Bk1(m))-maxm=0,1,2v-1(AK0(m)+Bk0(m)),]]>在第一譯碼器和第二譯碼器中，分別計算似然輸出；(6)判斷迭代次數(shù)是否結束，若迭代次數(shù)已經(jīng)到了，則轉到步驟(9)在第二譯碼器中進行硬判決；反之，則進行步驟(7)繼續(xù)計算外部信息；(7)第一譯碼器根據(jù)公式Le(dk)＝L(dk|R1N)-Lc*χk-Λ(dk)計算第一譯碼器的外部信息；(8)將計算得到的外部信息送入第一交織器中進行交織，然后送入第二譯碼器中，第二譯碼器將該交織后的信息作為先驗信息并對接收到的信號，包括實部信息和虛部信息進行最佳譯碼，產(chǎn)生關于交織后的信息序列中每一個比特的似然信息，然后將其中的外部信息經(jīng)過解交織器送給第一譯碼器作為先驗信息，再轉到步驟(2)進行處理，其中，直接把接收到的信號的實部信息送入第一譯碼器作為第一譯碼器的其中一輸入信號，對于第二譯碼器，接收到的信號的實部信息先經(jīng)過一第二交織器進行交織，然后再把第二交織器輸出的交織后的序列作為第二譯碼器的其中一輸入信號；(9)第二譯碼器對似然輸出進行硬判決，得到Turbo碼譯碼結果L(dk)。
5.一種可以實現(xiàn)SCDMA系統(tǒng)信道Turbo編碼的裝置，其特征在于，所述裝置包括一多幀交織器和一非對稱Turbo編碼器。
6.根據(jù)權利要求5所述的Turbo編碼裝置，其特征在于，所述非對稱Turbo編碼器包括一個交織器、彼此結構不同的并且通過所述交織器并行級聯(lián)的第一分量編碼器和第二分量編碼器、一個與所述兩個分量編碼器連接的刪余矩陣和一復接器，其中，輸入信息序列分別同時送入復接器、第一分量編碼器和交織器，第一分量編碼器對信息序列進行編碼，交織器對信息序列進行信息交織后送到第二分量編碼器中進行編碼，兩個分量編碼器輸出的校驗序列分別在刪余矩陣進行刪余，所述復接器對接收到的所述已刪余校驗數(shù)據(jù)序列和所述系統(tǒng)輸出數(shù)據(jù)序列進行復接處理從而獲得Turbo編碼后的數(shù)據(jù)序列。
7.根據(jù)權利要求6所述的Turbo編碼裝置，其特征在于，所述第一分量編碼器的生成矩陣為(7，5)、生成多項式為(1+D+D2，1+D2)，所述第二分量編碼器生成矩陣為(13，17)、生成多項式為(1+D2+D3，1+D+D2+D3)。
8.一種可以實現(xiàn)SCDMA系統(tǒng)信道Turbo譯碼的裝置，其特征在于，所述非對稱Turbo譯碼裝置包括一多幀解交織器和一非對稱Turbo譯碼器。
9.根據(jù)權利要求8所述的譯碼裝置，其特征在于，所述非對稱Turbo譯碼器包括一刪余矩陣模塊、第一譯碼器、第一交織器、第二譯碼器、解交織器以及分別與第一譯碼器、第二譯碼器連接的第二交織器，其中，刪余矩陣模塊對譯碼前的數(shù)據(jù)序列進行處理，使其滿足譯碼器所接收的信號與發(fā)送階段中編碼器所產(chǎn)生的信號對應，第一譯碼器對接收到的信號，包括實部信息和虛部信息進行譯碼，并將計算得到的外部信息送入第一交織器中進行交織，然后送入第二譯碼器中，第二譯碼器將該交織后的信息作為先驗信息并對接收到的信號，包括實部信息和虛部信息進行最佳譯碼，產(chǎn)生關于交織后的信息序列中每一個比特的似然信息，然后將其中的外部信息經(jīng)過解交織器送給第一譯碼器作為先驗信息，進行下一輪譯碼，其中，直接把接收到的信號的實部信息送入第一譯碼器作為第一譯碼器的其中一輸入信號，對于第二譯碼器，接收到的信號的實部信息先經(jīng)過一第二交織器進行交織，然后再把第二交織器輸出的交織后的序列作為第二譯碼器的其中一輸入信號。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種在SCDMA數(shù)字移動通信系統(tǒng)中實現(xiàn)Turbo編譯碼方案的裝置和方法。為了在SCDMA系統(tǒng)中實現(xiàn)Turbo編譯碼方案，本發(fā)明在SCDMA系統(tǒng)的發(fā)送端增加了多幀數(shù)據(jù)交織器與Turbo編碼器，在接收端增加了多幀數(shù)據(jù)解交織器與Turbo譯碼器。通過采用本發(fā)明提出的Turbo碼編譯碼裝置與方法，在現(xiàn)有的SCDMA系統(tǒng)改動不大的情況下，為SCDMA系統(tǒng)帶來了Turbo碼信道編碼的優(yōu)異性能，使得SCDMA系統(tǒng)獲得了更好的信道編碼增益并且降低了誤碼率。
文檔編號H04L27/18GK101060339SQ20061007648
公開日2007年10月24日 申請日期2006年4月20日 優(yōu)先權日2006年4月20日
發(fā)明者岳彥生, 鄧冰 申請人:北京信威通信技術股份有限公司