CN100337479C - 一种针对tpc码与nr码级联编码的迭代译码方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种针对TPC码与NR码级联编码的迭代译码方法，该方法针对TPC码与NR码级联编码的译码方法，在传统的级联译码流程的基础上进行了改进，通过在TPC译码与NR译码之间进行迭代译码，可以进一步提高数字电视地面广播传输系统的纠错性能。

Description

一种针对TPC码与NR码级联编码的迭代译码方法

技术领域    本发明属于数字信息传输领域，特别是涉及数字电视地面广播传输系统中的信道译码方法。

背景技术    近十多年来，通信信号处理技术领域发生了巨大的变化，已由原先的模拟信号处理发展成为现在的数字信号处理。对于整个通信系统而言，在基带部分完成数字信号处理部分，然后通过调制将信号搬移到中频端，通过射频部分将电信号传输出去。同样的，在接收端，通过相反的信息处理技术，恢复发送端发送的原信息。

地面无线传输信道是一个非常复杂的传输信道，无论是固定接收还是移动接收，都面临着严重的多径干扰和其他衰落因素的影响。所以，信号经过信道传输以后，由于受到乘性干扰和加性噪声的影响，将不可避免地出现错码现象，即把发送的0信号误判为1信号，或把发送的1信号误判为0信号。在恢复数据之前，必须尽可能地将这些错码纠正过来，信道纠错编译码就是非常有效的手段之一。也就是说，在信道编码时通过加入一定的冗余信息作为传输的辅助信息，对抗信道衰落和其他干扰，保证数据传输的可靠性。信道编译码是反映系统纠错能力的一个技术核心，好的编译码方案可以有效地降低信息传输误码率，提高数据传输的正确性，有利于降低发送功耗，因此在现代信息传输系统中起着举足轻重的作用。

自从香农理论提出到现在，已经出现了多种信道编译码方法，比如线性分组码，卷积码等。1993年由法国的C.Berrou提出的Turbo码具有非常优秀的纠错能力，能够非常接近香农限(越靠近香农限，说明该编译码方法越具有强纠错能力)，但是算法复杂，占用资源较多，同时不能应用于高速数据传输系统。1994年，在Turbo码(特博码)译码迭代思想的启发下，R.Pyndiah提出了TPC码，即Turbo乘积码，应用分组码的软输入软输出算法，通过行码与列码之间软信息多次迭代，可以提供较强的纠错能力，同时，由于其结构的特点，易于实现并行处理，可以应用于高速数据处理系统。

1966年，Forney提出了级联码的概念，通过内码和外码的级联(这里所说的内码、外码是以离调制发射的远近为参考，将近的称为内码，远的称为外码)，可以有效提高系统的纠错性能，同时系统复杂性呈线性增长，而不是一般情况下的指数增长。同时，其级联结构方便实现流水线处理，因此，只是增加了少量的处理时延，对于系统的处理速度没有影响。但是传统的内外码译码算法只是简单的将内码的译码数据通过交织器输出给外译码器进行进一步处理，而没有能够将二者紧密联合起来，通过迭代提高系统的纠错性能，因此采用传统的内外码译码算法系统的纠错性能仍然不是特别高。

级联编码时，内外码采用的编码方式各有不同。有一种编码方法为：内码选用具有准正交特性的扩展NR码，外码选用具有强纠错能力的TPC码。在解码时传统的方法为：从解调器进行软解调，解调信息输出给NR译码器进行纠错，软输出信息经过与编码方法相对应的处理，如在编码时应用了交织器进行交织，在解码时就需要通过解交织器解交织，处理后的信息输出给外码TPC译码器进一步处理，所形成的译码信息经过硬判决输出(或者直接输出软输出信息，如果系统需要的话)。这种方法在TPC译码器的基础上，虽然能进一步提高译码性能，但是纠错性能仍然不是特别高。

发明内容    本发明是针对TPC码与NR码级联编码的译码方法，在传统的级联译码流程的基础上进行了改进，通过在TPC译码与NR译码之间进行迭代译码，可以进一步提高系统的纠错性能。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

本发明的TPC码与NR码迭代译码的方法包括以下步骤：

1、将解调器输出的软解调信息值代入NR译码器，通过译码计算得出NR译码器软输出值；

2、将NR译码器软输出值作为软输入值代入TPC译码器译码，通过译码计算得出TPC译码器软输出值，用一个比特的TPC译码器软输出值减去该比特的TPC译码器的软输入值得到该比特的外部信息值，第一次迭代过程结束；

3、将每个比特的外部信息值乘上反馈系数Alpha1，加上解调器输出的软解调信息作为新一次的NR译码器软输入值，再次进行步骤1至本步骤的计算，完成下一次的迭代过程；

4、通过上述步骤进行多次迭代处理后，得出译码结果。

作为本发明的进一步改进，应用本发明的方法对进行了交织处理的编码进行译码时，要在译码方法中加入解交织的步骤，具体方法如下：

在上述步骤1后增加一个步骤，由解交织器对NR译码器软输出信息进行解交织处理，在上述步骤2中将解交织处理后的输出信息作为软输入值代入TPC译码器译码。

上述所述步骤3中的反馈系数Alpha1在0-1之间取值。

作为本发明的进一步改进，将上述步骤3中的每个比特的外部信息值乘上反馈系数后，先进行一次交织处理后，再加上解调器输出的软解调信息值作为新一次的NR译码器软输入值，所述交织处理可以采用和编码时相同的交织处理方法。

本发明的方法中所述NR译码器软输出值为编码的每个信息比特和每个冗余比特的LLR(对数似然比)值。

作为本发明的进一步改进，对NR译码器得出的每比特的LLR值进行(-8，8)内的饱和处理，并归一化到(-1，1)范围内后输出。

本发明的方法的步骤2中通过译码计算得出TPC译码器软输出值和TPC外部信息值的具体方法为：

先用代入TPC译码器的软输入值，加上上一次迭代得到的TPC列外部信息值乘上反馈修正系数Alpha2，作为每一个比特的行软输入值，进行行译码得出行软输出值，行软输出值减去行软输入值得到TPC行外部信息值；

再用此时得到的行外部信息值乘上反馈修正系数Alpha2，加上代入TPC译码器的软输入值作为每一个比特的列软输入值，进行列译码得出列软输出值，该列软输出值减去列软输入值得到TPC列外部信息值；

将代入TPC译码器的软输入值，加上TPC行外部信息值和TPC列外部信息值得出TPC译码器的软输出值；

用TPC行外部信息值加上TPC列外部信息值得出TPC外部信息值；

上述反馈修正系数Alpha2的取值范围为0-1，每次迭代的Alpha2值在(0，1)范围内进行优化选择。第一次迭代时上述TPC列外部信息值初始化为0。

在上述方法中还可以先进行TPC列译码，再进行TPC行译码。

本发明的方法中TPC译码器可以采用基于校验子的软输入软输出译码算法或PML-2(伪最大似然循环2)译码算法或Chase译码算法进行行译码和列译码。

本发明译码迭代次数的选择范围为0-32，根据硬件发展，可扩展到0-64次，迭代次数0次即跳过TPC译码。

采用本译码方法，具有以下有益效果：

1、在传统的级联译码流程的基础上进行了改进，能够提供更多的编码增益。可以在保证系统复杂度增加不大的情况下，有效地提高系统的纠错性能，从而有利于应用高电平调制方式以提高频谱利用率，并降低信号的发送功率。

2、作为本发明的进一步改进，在NR译码器和TPC译码器之间插入一级交织器，可以更有效的改善系统的整体性能。

附图说明    以下是对附图的说明

图1二维TPC编码结构图

图2TPC-NR级联编码结构图

图3TPC子码(分组码)的软输入软输出译码方法示意图

图4二维数据块内的对角交织器结构图

图5NR-TPC级联迭代译码结构图

图6纠错性能比较图

具体实施方式    下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步详细描述：

由于译码方法与编码方法是相对应的，在公开本发明的具体实施方法前，先对其对应的编码的方法进行简要介绍。

未编码数据为三维数据，大小为120×120×8＝115200bits

编码时外码选用TPC码。图1为二维TPC(n1，k1)×(n2，k2)编码矩阵，编码器对输入的k1×k2位的信息比特按照图中的结构分别在横向和纵向进行扩展汉明编码。行列子码形式均为(128，120)扩展汉明码，对于每一个平面的120×120＝14400bits数据进行TPC编码，输出数据为128×128＝16384bits。因此，对于全部的115200bits未编码数据生成131072bits已编码数据，编码效率是(120×120)/(128×128)＝0.879。

采用的对角交织器是大小为128×128＝16384bits的正方形矩阵。

编码时内码选用具有准正交特性的(16，8)扩展NR码，包含8个信息比特，8个冗余的校验比特。NR码包含256个码字，其中每一个码字与其他码字的相关值包括1个最小相关值-16，30个0相关值，其他相关值为+4或者-4，同时，其自相关值为16。每8个TPC编码块形成一个三维数据块，即为(128，128，8)的数据块，对第三维的8个比特进行NR编码，从而形成(128，128，16)的输出数据块。图2显示了TPC-NR级联编码结构。

在发送端，信源数据首先进入外码TPC编码器，数据经过TPC编码器后，进入对角交织器进行交织。交织输出时，按照TPC块的顺序依次输出每个TPC块的相同位置上的1个比特数据，每个TPC块内的数据按对角线顺序输出；图4给出了块内对角线交织的一种数据输出顺序。第一轮按箭头1所指方向顺序输出；第二轮首先按照箭头2a所指方向顺序输出，输出完了(至(126，127))再按照箭头2b所指方向继续输出；第三轮首先按照箭头3a所指方向顺序输出，输出完了(至(125，127))再按照箭头3b所指方向继续输出；依此类推，直至第一百二十八轮。交织后的输出数据进入NR(16，8)编码器，经过NR编码器的数据输出给调制器进行调制后输出。

在接收端，从解调器得到的软解调信息译码后输出。图5显示了本具体实施方式的级联迭代译码结构图，下面是译码方法的具体步骤：

1、从解调器接收关于每一个比特的软解调信息值，代入NR译码器，通过相关计算，得出每一个比特的LLR值，然后对输出的LLR值进行(-8，8)内的饱和处理，并归一化到(-1，1)范围内输出。

2、进行解交织处理。

3、从解交织器接收关于每一个比特的软输出信息(设为软值1)，代入TPC译码器，先采用基于校验子的软输入软输出译码算法进行行译码得出行软输出值后，用该行软输出值减去输入的软值1得到关于每一个比特的TPC行外部信息值，用该外部信息值乘上反馈系数0.5，然后加上软值1作为列译码的软输入值(设为软值2)，再采用基于校验子的软输入软输出译码算法进行列译码得出列软输出值，用该列软输出值减去输入的软值2就可以得到关于每一个比特的TPC列外部信息值。至此，第一次迭代过程结束。图3给出了TPC子码(分组码)的软输入软输出译码方法示意。

4、将每个比特的TPC行外部信息值加上TPC列外部信息值，乘上反馈系数0.5，输出到交织器先进行一次交织处理后，再加上软解调信息值后，作为新一次的软输入值重新进行第一步的计算。此次交织处理和编码交织处理时采用的交织器相同，为对角交织器，大小为128×128＝16384bits的正方形矩阵，交织输出时，按照TPC块的顺序依次输出每个TPC块的相同位置上的1个比特数据，每个TPC块内的数据按对角线顺序输出。

5、采用和上述步骤2相同的方法进行解交织处理。

6、用上一次迭代得到的TPC列外部信息值乘上反馈系数0.5再加上软值1，作为TPC行译码的软输入值后，重复步骤3的处理过程。

7、将上述步骤4至步骤6的迭代处理过程重复5次，得出译码结果。

在上述步骤3中，也可以进先行列译码，然后经过相同的方法处理后得出行译码的软输入值再进行行译码。

在上述步骤3中，还可采用PML-2算法(伪最大似然循环2)、Chase译码算法或其他算法进行TPC行译码和列译码。

图6给出了关于这个实例的性能曲线图，采用BPSK调制方式，信道是典型的AWGN(高斯白噪声)信道。同时，图6中也给出了单个TPC码的性能曲线和按照传统内外码译码算法的TPC码与NR码级联译码的性能曲线。可以看出采用本发明的译码方法的得出的性能优于传统的无迭代译码方法。

Claims (10)

1、一种针对TPC码与NR码级联编码的迭代译码方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一、将解调器输出的软解调信息代入NR译码器，通过译码计算得出NR译码器软输出信息；

步骤二、将NR译码器软输出信息作为软输入值代入TPC译码器译码，通过译码计算得出TPC译码器软输出值，用一个比特的TPC译码器软输出值减去该比特的TPC译码器的软输入值得到该比特的外部信息值，第一次迭代过程结束；

步骤三、将每个比特的外部信息值乘上反馈系数Alpha1，加上解调器输出的软解调信息作为新一次的NR译码器软输入值，再次进行步骤一至步骤三的计算，完成下一次的迭代过程；

步骤四、通过步骤一至步骤三进行多次迭代处理后，得出译码结果。

2、如权利要求1所述的一种针对TPC码与NR码级联编码的迭代译码方法，其特征在于所述步骤一后增加一个步骤，即通过解交织器对NR译码器软输出信息进行解交织处理，所述步骤二中将解交织处理后的输出信息作为软输入值代入TPC译码器译码。

3、如权利要求2所述的一种针对TPC码与NR码级联编码的迭代译码方法，其特征在于将所述步骤三中的每个比特的外部信息值乘上反馈系数后，先进行一次交织处理后，再加上解调器输出的软解调信息作为新一次的NR译码器软输入值。

4、如权利要求1、2或3所述的一种针对TPC码与NR码级联编码的迭代译码方法，其特征在于所述步骤二中通过译码计算得出TPC译码器软输出值和TPC外部信息值的具体方法为：

先用代入TPC译码器的软输入值，加上上一次迭代得到的TPC列译码外部信息值乘上反馈修正系数Alpha2，作为每一个比特的行软输入值进行行译码得出行软输出值，行软输出值减去行软输入值得到TPC行外部信息值；

再用此时得到的TPC行外部信息值乘上反馈修正系数Alpha2，加上代入TPC译码器的软输入值作为每一个比特的列软输入值，进行列译码得出列软输出值，该列软输出值减去列软输入值得到TPC列外部信息值；

用代入TPC译码器的软输入值加上TPC行外部信息值和TPC列外部信息值得出TPC译码器软输出值；

用TPC行外部信息值加上TPC列外部信息值得出TPC外部信息值；

上述反馈修正系数Alpha2的取值范围为0-1，每次迭代的Alpha2值在(0，1)范围内进行优化选择，第一次迭代时上述TPC列外部信息值初始化为0。

5、如权利要求4所述的一种针对TPC码与NR码级联编码的迭代译码方法，其特征在于所述步骤三中的反馈系数Alpha1在0-1之间取值。

6、如权利要求5所述的一种针对TPC码与NR码级联编码的迭代译码方法，其特征在于所述NR译码器软输出信息包括编码的每个信息比特和每个冗余比特的LLR值。

7、如权利要求6所述的一种针对TPC码与NR码级联编码的迭代译码方法，其特征在于对NR译码器得出的每比特的LLR值进行(-8，8)内的饱和处理，并归一化到(-1，1)范围内。

8、如权利要求1、2或3所述的一种针对TPC码与NR码级联编码的迭代译码方法，其特征在于TPC译码器译码用基于校验子的软输入软输出译码算法或PML-2译码算法或Chase译码算法进行行译码和列译码。

9、如权利要求7所述的一种针对TPC码与NR码级联编码的迭代译码方法，其特征在于TPC译码器译码用基于校验子的软输入软输出译码算法或PML-2译码算法或Chase译码算法进行行译码和列译码。

10、如权利要求9所述的一种针对TPC码与NR码级联编码的迭代译码方法，其特征在于总的迭代次数为5；反馈系数Alpha1取值为0.5；反馈修正系数Alpha2在初次迭代时取值为0.5，每次迭代的Alpha2值在(0，1)范围内进行优化选择。

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