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TD-SCDMA Turbo 解码器设计

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  • 日期: 2013-09-20
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标签: TDSCDMATurbo解码器设计

TD-SCDMA Turbo 解码器设计 (一)本文讨论一种用于TD-SCDMA (3GPP TDD LCR) 技术的硬件Turbo 解码器浮点模型,阐述了该模型的设计、架构和优化。这种浮点模型具有简单,计算速度快的特点,且读写存储器的效率较高。同时,相关Turbo解码器采用了Max-log-MAP 算法和步进窗口训练技术(SW-WT)。1. 引言Turbo 编码方案最早发表在[1] [3] (1993)中。 如今Turbo编码已经与卷积编码一同被广泛用于第三代(3G)个人无线通信系统中。Turbo编码的优势在于:对长数据块具有强大的前向纠错能力。然而,相应地,Turbo码一般也仅适用于对长数据块造成的迟延不敏感的传输信道,如分组数据业务信道。本文讨论一种用于TD-SCDMA (3GPP TDD LCR) 技术的硬件Turbo 解码器浮点模型,阐述了该模型的设计、架构和优化。这种浮点模型具有简单,计算速度快的特点,且读写存储器的效率较高。同时,该Turbo解码器还采用了Max-log-MAP 算法和步进窗口训练技术(SW-WT)。 当在ASIC中实现该硬件Turbo解码器时,要求采用资源高效的定点模型。我们将在稍后的文章中讨论这种定点模型的设计和优化。2. 3GPP Turbo 编码3GPP Turbo编码 [2]  采用的是1/3 码速率, 其编码是由2个结构相同、约束长度为4、具有生成矩阵的系统递归卷积编码器(RSC) 生成:[3]EQ  1为方便起见,将两个RSC 分别记作 RSC0 和 RSC1。将输入Turbo 编码器的数据块长度记作 。对于3GPP Turbo 编码器, 。将输入编码器的数据比特记作 ,其中,   表示输入RSC0的数据比特,  表示输入RSC1 的数据比特。这里, 表示输入比特的下标(索引)。将  输入RSC0 ,以获得 的奇偶校验比特 。这样,RSC0的编码率是 1/2,其输出比特包含输入比特(即称之为系统比特)  和奇偶校验比特 。同时,原始输入数据比特  也被输入Turbo编码器内部交织器,得到交织排列的输入数据比特  。 之后,将 输入RSC1,得到 的奇偶校验比特 。为达到1/3码率Turbo编码, RSC1的交织后系统输出比特 被删除。此时Turbo编码器的输出比特如下:EQ  2在  个输入比特按时钟频率逐位送入RSC0和 RSC1之后,编码器将编码格终止比特,按时钟频率逐位输出,以清空编码器,等待下一数据块的输入。RSC0和RSC1中的每种比特序列产生3个尾比特,因而,编码器输出的比特流总共包含12个尾比特,12个尾比特构成的序列如下:EQ  3所以,相应地,输出的编码数据块的总长度是 。需要说明的是,虽然上述编码器本质上是在串行地工作,但由于采用了终止处理以及Turbo交织器的转换作用,使上述编码器的编码过程变成块编码操作。3. Turbo解码器Turbo解码器的解码方法,正如这种解码器名称的来由——类似于涡轮发动机的工作原理。在涡轮发动机中,排气过程将更多的气体压入进风口。同样地,在Turbo解码器中,解码被设计成迭代的过程。每一次迭代过程的输出结果,被反馈送入解码器,作为下一次迭代过程的输入, 以提高对原始解码数据块做解码估计的准确度。一般来说,每经过一次解码迭代,原始数据块的解码估计都会进一步提高。每一次Turbo解码迭代由两个解码阶段(stage)构成:stage0 和 stage1。stage0 负责处理线性排列的比特串;stage1 负责处理经过Turbo 交织的比特串。将stage0 负责处理的比特分别记作  和  ,  和  分别是  和  经过衰落和噪声污染后,在接收端收到的信号。将stage1 负责处理的比特分别记作  和  ,  和  分别是  和  经过衰落和噪声污染后,在接收端收到的信号。 其中,  是由 经过Turbo交织计算后所得的。解码器在stage0 和 stage1 采用的解码算法是Max-log-MAP算法[4][5][6]。Max-log-MAP算法是次优log-MAP算法,同时也是复杂度最低的log-MAP算法。stage0 和 stage1的输出结果分别是:外赋对数似然比——  , 后验对数似然比—— 。 是在给定序列 的条件下,原始数据是  的条件对数似然比。   的值可以是+1,也可以是 –1。    这一 函数的取值,可以作为任一解码阶段或任意次数的迭代过程的输出。 但一般来说,使用更多的解码阶段和迭代次数,可以提高对 估计的准确性。  可以用于计算Turbo交织 后比特的似然性,也可以用于计算Turbo解交织 后比特的似然性,根据解码阶段而定( 参见EQ  4)。并且,在Max-log-MAP算法中, 还被作为后验信息 ,反馈输入到解码器输入端。

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