CN100571046C - 一种在SCDMA系统中实现Turbo编译码方案的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种在SCDMA数字移动通信系统中实现Turbo编译码方案的装置和方法。为了在SCDMA系统中实现Turbo编译码方案，本发明在SCDMA系统的发送端增加了多帧数据交织器与Turbo编码器，在接收端增加了多帧数据解交织器与Turbo译码器。通过采用本发明提出的Turbo码编译码装置与方法，在现有的SCDMA系统改动不大的情况下，为SCDMA系统带来了Turbo码信道编码的优异性能，使得SCDMA系统获得了更好的信道编码增益并且降低了误码率。

Description

一种在SCDMA系统中实现Turbo编译码方案的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种在TD-CDMA数字移动通信系统中实现Turbo编译码方案的装置和方法，尤其涉及一种在SCDMA数字移动通信系统中实现Turbo编译码方案的装置和方法。

背景技术

Turbo编译码方案是一种新型信道编译码方案，由于它很好地应用了仙农(Shannon)信道编码定理中随机性编、译码条件，因此获得了几乎接近仙农理论极限的译码性能。

Turbo编译码方案的提出改变了人们构造好码的传统观念，同时Turbo编译码方案的迭代思想也为解决不同通信领域的问题提供了新思路。目前，Turbo编译码方案已经在深空通信、(移动)卫星通信以及多媒体通信等领域得到了广泛应用。但是对于现有的Turbo编译码方案而言，其在地面无线通信系统中的应用最富有挑战性。地面无线通信系统是功率受限与带宽受限的系统，同时由于受到衰落、阴影和多径效应的影响，无线通信信道显得异常复杂，而且系统对实时性要求比较高，这些因素都使Turbo编译码方案在地面无线通信系统中的应用受到严重挑战。随着研究人员不懈的努力，Turbo编译码方案与卷积编码方案一同被广泛应用到第三代个人无线通信系统中。

根据3GPP的规定Turbo编译码方案采用的是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，采用8个状态分量码组成的并行级卷积码器(PCCC，ParallelConcatenated Convolutional Code)。其Turbo码的结构为八个状态PCCC编码器的结构。用于PCCC编码器的8个状态的分量码的传输函数为：

$G\left(D\right)=[1,\frac{1+D^1+D^3}{1+D^2+D^3}]$

上述公式示出的为3GPP Turbo码所采用的编码器，其主要是为适应第三代移动通信系统数据业务与信道特征而被设计的。

目前，Turbo码所采用的编码器主要是针对某个具体系统以及数据块相对比较长的情况而进行设计的。而通常现有无线通信系统中数据块长度比较短，同时还需要考虑时延问题，因此，进行Turbo编译码时，相应的译码迭代次数相对比较少。初步研究表明，在相同复杂度的情况下，Turbo码与卷积码相比，Turbo码所能贡献的附加增益比较有限。虽然P.Jung对短帧交织长度条件下的Turbo码进行了一些深入研究并提出了一些遵循原则，但是在其研究过程中也没有针对具体的无线通信系统提出详细的设计思路。

SCDMA系统是一种先进的第三代移动通信系统，目前其信道编码方案通常为不进行编码或采用卷积码信道编码方案。为了进一步降低SCDMA系统的误码率，需要对现有的Turbo编译码方案进行改进使得其可以在SCDMA系统中应用。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种在SCDMA系统中实现信道Turbo编译码的装置和方法，从而使得SCDMA系统获得更好的信道编码增益并且降低误码率。

根据本发明的一个方面，本发明提供了一种在SCDMA系统中实现信道Turbo编码的方法，包括以下步骤：

(1)SCDMA系统初始化多个预配参数并且准备需要发送的N帧数据；

(2)一多帧交织器对所述需要发送的N帧数据进行数据交织；

(3)所述多帧交织器通过一个交织表的映射关系取出交织后的N帧数据中的当前一帧需要发送的数据序列并将该数据序列放入一发送缓冲区中；

(4)从发送缓冲区中取出数据序列并将该数据序列送入一非对称Turbo编码器中进行Turbo编码；

(5)一差分器对Turbo编码后的数据序列进行差分处理并且一4PSK调制器采用4PSK调制方式对差分后的数据序列进行调制；

(6)所述4PSK调制器对差分并且调制后的数据序列进行二维Gray码调制，生成二维调制信号序列；

(7)一扩频器对二维调制信号序列进行扩频处理；

(8)对扩频后的信号进行脉冲成形滤波，随后将滤波后的信号送到SCDMA系统信道中进行射频部分的处理，最终将SCDMA系统的扩频CDMA信号发送出去；

(9)返回到步骤(3)对下一帧需要发送的数据序列进行处理直至处理完全部N帧数据。

优选地，所述在SCDMA系统中实现信道Turbo编码的方法中的所述步骤(4)进而包括以下步骤：

(a)在进行Turbo编码之前，SCDMA系统根据系统的要求对非对称Turbo编码器的参数进行初始化与设置；

(b)将从发送缓冲区取出的一帧数据序列送入所述非对称Turbo编码器的一Turbo码交织器中进行数据交织从而获得交织后的数据序列；同时将从发送缓冲区取出的所述一帧数据序列送入所述非对称Turbo编码器的第一分量编码器进行编码从而生成第一校验数据序列；同时还将从发送缓冲区取出的所述一帧数据序列作为系统输出数据序列送入所述非对称Turbo编码器的一复接器中；

(c)将所述交织后的数据序列送入所述非对称Turbo编码器的第二分量编码器进行编码从而生成第二校验数据序列；

(d)将所述第一分量编码器和所述第二分量编码器分别输出的第一校验数据序列和第二校验数据序列同时送入所述非对称Turbo编码器的删余矩阵中进行删余处理从而获得已删余校验数据序列并将该序列送入所述非对称Turbo编码器的复接器中；

(e)所述复接器对接收到的所述已删余校验数据序列和所述系统输出数据序列进行复接处理从而获得Turbo编码后的数据序列。

根据本发明的另一方面，本发明还涉及一种在SCDMA系统中实现信道Turbo译码的方法，包括以下步骤：

(a)SCDMA系统进行系统初始化与参数设置；

(b)一解扩器对接收到的扩频CDMA信号进行搜索同步处理和解扩处理；

(c)一相位差分器对解扩后的信号进行差分处理，以得到差分后的信号；

(d)一多帧数据解交织器按照Turbo编码时对多帧数据交织的处理对差分后的信号进行多帧数据的解交织处理以获得解交织后的信号；

(e)一非对称Turbo译码器对解交织后的信号进行Turbo码译码处理得到接收信号的数据序列。

优选地，所述在SCDMA系统中实现信道Turbo译码的方法中的所述步骤(e)进而包括以下步骤：

(1)Turbo译码开始前，对所述非对称Turbo译码器进行参数设置以及初始化处理；

(2)根据发送端删余矩阵的规则，所述非对称Turbo译码器中的删余矩阵模块对译码前的数据序列进行处理，使其满足译码器所接收的信号与发送阶段中编码器所产生的信号对应；

(3)根据公式 $D_k(I,J)=\frac{L_c}{2}((x_k+\frac{\mathrm{\Λ}\left(d_k\right)}{L_c})(2I-1)+y_k(2J-1)),$ 在第一译码器和第二译码器中计算分支度量值，其中，Λ(d_k)为先验概率，L_c为信道置信信度，x_k和y_k是译码器的输入信号，分别对应译码器接收到信号的实部信息和虚部信息，若是第一轮迭代，Λ(d_k)的值为0；否则，是上一轮译码输出的外部信息经过交织或解交织的值；

(4)根据公式 $A_k^i\left(m\right)=D_k(i,p_k(i,m))+\underset{j=\mathrm{0,1}}{\max }(A_{k-1}^j\left(S_b^j\left(m\right)\right)$

$B_k^i\left(m\right)=D_{k+1}(j,p_{k+1}(j,S_f^i\left(m\right)))+\underset{j=\mathrm{0,1}}{\max }(B_{k+1}^j\left(S_f^i\left(m\right)\right)$

在第一译码器和第二译码器中计算前向度量与后向度量，其中p(i，m)表示在现状态m与输入i下编码器的下一状态，其中p_k(i，m)的初始值为0；S^j(m)表示通过j转移到m的前一状态，其中，S_b ^j(m)、S_f ^j(m)中的下标b，f分别表示前向和后向的递归的关系，其表示一个位置的关系；

(5)根据 $L\left(d_k\right|R_1^N)=\underset{m=\mathrm{0,1},2^v-1}{\max }(A_K^1\left(m\right)+B_k^1\left(m\right))-\underset{m=\mathrm{0,1},2^v-1}{\max }(A_K^0\left(m\right)+B_k^0\left(m\right)),$ 在第一译码器和第二译码器中，分别计算似然输出；

(6)判断迭代次数是否结束，若迭代次数已经到了，则转到步骤(9)在第二译码器中进行硬判决；反之，则进行步骤(7)继续计算外部信息；

(7)第一译码器根据公式 $L_e\left(d_k\right)=L\left(d_k\right|R_1^N)-\mathrm{Lc}*x_k-\mathrm{\Λ}\left(d_k\right)$ 计算第一译码器的外部信息；

(8)将计算得到的外部信息送入第一交织器中进行交织，然后送入第二译码器中，第二译码器将该交织后的信息作为先验信息并对接收到的信号，包括实部信息和虚部信息进行最佳译码，产生关于交织后的信息序列中每一个比特的似然信息，然后将其中的外部信息经过解交织器送给第一译码器作为先验信息，再转到步骤(2)进行处理，其中，直接把接收到的信号的实部信息送入第一译码器作为第一译码器的其中一输入信号，对于第二译码器，接收到的信号的实部信息先经过一第二交织器进行交织，然后再把第二交织器输出的交织后的序列作为第二译码器的其中一输入信号；

(9)第二译码器对似然输出进行硬判决，得到Turbo码译码结果L(d_k)。

根据本发明的另一方面，本发明还涉及一种实现SCDMA系统信道Turbo编码的装置，所述装置包括一个多帧交织器和一个非对称Turbo编码器，所述多帧交织器的输出端与所述非对称Turbo编码器输入端相连。

优选地，所述非对称Turbo编码器包括一个交织器、彼此结构不同的并且通过所述交织器并行级联的第一分量编码器和第二分量编码器、一个与所述第一分量编码器和第二分量编码器连接的删余矩阵和一个复接器。输入信息序列分别同时送入复接器、第一分量编码器和交织器，第一分量编码器对信息序列进行编码，交织器对信息序列进行信息交织后送到第二分量编码器中进行编码，两个分量编码器输出的校验序列分别在删余矩阵进行删余，所述复接器对接收到的已删余校验数据序列和所述输入信息序列进行复接处理，从而获得Turbo编码后的数据序列。其中，所述第一分量编码器的生成矩阵为(7，5)、生成多项式为(1+D+D²，1+D²)，所述第二分量编码器生成矩阵为(13，17)、生成多项式为(1+D²+D³，1+D+D²+D³)。

根据本发明的又另一方面，本发明还提供一种实现SCDMA系统信道Turbo译码的装置，所述装置包括一个多帧解交织器和一个非对称Turbo译码器，所述多帧解交织器的输出端与所述非对称Turbo译码器输入端相连。

优选地，所述Turbo译码装置中的所述非对称Turbo译码器包括一删余矩阵模块、第一译码器、第一交织器、第二译码器、解交织器以及分别与第一译码器、第二译码器连接的第二交织器。其中，删余矩阵模块对译码前的数据序列进行处理，使其满足译码器所接收的信号与发送阶段中编码器所产生的信号对应，第一译码器对接收到的信号，包括实部信息和虚部信息进行译码，并将计算得到的外部信息送入第一交织器中进行交织，然后送入第二译码器中，第二译码器将该交织后的信息作为先验信息并对接收到的信号，包括实部信息和虚部信息进行最佳译码，产生关于交织后的信息序列中每一个比特的似然信息，然后将其中的外部信息经过解交织器送给第一译码器作为先验信息，进行下一轮译码，其中，直接把接收到的信号的实部信息送入第一译码器作为第一译码器的其中一输入信号，对于第二译码器，接收到的信号的实部信息先经过一第二交织器进行交织，然后再把第二交织器输出的交织后的序列作为第二译码器的其中一输入信号。

本发明提出的Turbo码编译码装置与方法，通过采用多帧交织和非对称Turbo码编译结构以及Turbo码算法的优化等，在对现有的SCDMA系统改动不大的情况下，为SCDMA系统带来了Turbo码信道编码的优异性能，使得SCDMA系统获得了更好的信道编码增益并且降低了误码率。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。附图中：

图1：SCDMA系统Turbo码装置的信号处理流程；

图2：SCDMA系统非对称Turbo码编码器；

图3：SCDMA系统非对称Turbo码编码装置；

图4：SCDMA系统非对称Turbo码译码器；

图5：SCDMA系统非对称Turbo码译码装置；

图6：在静止条件下，三种信道编码方式误比特率与信噪比的关系图；

图7：在移动条件下，三种信道调制方式误比特率与信噪比的关系图；

图8：SCDMA系统中Turbo码发送端的信号处理流程；

图9：SCDMA系统实现Turbo码编码的方法示意图；

图10：SCDMA系统Turbo码编码器方法示意图；

图11：SCDMA系统Turbo码接收端信号处理流程；

图12：SCDMA系统中Turbo码译码的方法示意图；

图13：SCDMA系统Turbo码译码器方法示意图。

具体实施方式

根据SCDMA系统的特征以及业务要求，本发明提出了一种在SCDMA系统中实现Turbo编译码的装置和方法。同时，基于SCDMA系统中短帧的现实(即每帧数据长度只有96个比特)，本发明提出多帧交织的方案。通过对多帧数据进行数据的交织，使SCDMA系统既可以获得交织增益，又可以使SCDMA系统获得时间分集的增益。最后，基于SCDMA系统对信噪比(SNR)门限比较低以及DSP资源的占用情况，本发明提出了Turbo码的非对称结构(即Turbo码编译码装置中的编码器的结构采用了非对称性结构)以及对Turbo码进行优化算法进行优化以适应SCDMA系统信号处理流程和对信噪比的要求。

本发明所提出的在SCDMA系统中实现Turbo编译码的装置与方法，其在SCDMA系统中实现Turbo编译码信号处理的主要流程，如图1所示，其主要内容可分为Turbo码编码的发射阶段与译码的接收阶段。

从图1中可以得出，在SCDMA系统中实现Turbo编译码信号处理流程与现有的基站处理流程基本一致，只是在调制增加了多帧数据交织器与非对称Turbo编码器，在接收机解码过程中增加了多帧数据解交织器与非对称Turbo译码器。

图2所示为所述在SCDMA系统中的Turbo编译码装置与方法的非对称性Turbo编码器结构，即对第一分量编码器与第二分量编码器分别采用不同约束长度和生成多项式。本发明提出非对称性Turbo码编译结构，目的是为了在SCDMA系统的低信噪比(SNR)条件下，SCDMA系统可以获得比较好Turbo码信道编码增益。

从图2中可以看出，在SCDMA系统发送端中Turbo编码器主要由两个不相同的系统递归卷积码(RSC)第一分量编码器、第二分量编码器和一个交织器组成，两个编码器通过交织器并行级联在一起。第一分量编码器生成矩阵为(7，5)，其生成多项式为(1+D+D²，1+D²)，第二分量编码器生成矩阵为(13，17)，其生成多项式为(1+D²+D³，1+D+D²+D³)。

在SCDMA系统中实现Turbo编码过程中，两个分量编码器的输入信息序列是相同的，长度为N的信息序列{U_k}在送入第一个分量编码器进行编码的同时作为系统输出{C^s}直接送至复接器，同时{U_k}经过交织器进行信息交织后送到第二分量编码器中进行编码，两个分量编码器输出的校验分别为{C^1p}和{C^2p}，然后在删余矩阵进行删余得到{C^p}，最后与系统输出序列{C^s}共同进行差分调制。

本发明所提出在SCDMA系统中实现接收阶段Turbo译码的PCCC的译码器结构如图4所示。

从图4中可以看出，在SCDMA系统中实现Turbo译码的基本过程如下：

根据发送端删余矩阵的规则，所述非对称Turbo译码器中的删余矩阵模块对译码前的数据序列进行处理，使其满足译码器所接收的信号与发送阶段中编码器所产生的信号对应。译码器对接收到的信号包括实部信息X_K和虚部信息Y_K进行译码，第一译码器和第二译码器接收到的信号的实部信息都是X_K，而第一译码器和第二译码器接收到的信号的虚部信息分别是Y_K ¹和Y_K ²，其中，直接把接收到的信号的实部信息X_k送入第一译码器作为第一译码器的其中一输入信号，对于第二译码器，接收到的信号的实部信息X_k先经过一第二交织器进行交织，然后再把第二交织器输出的交织后的序列X_π(k)作为第二译码器的其中一输入信号。首先第一译码器对第一子分量编码器的输出进行最佳译码，产生关于信息序列{d_k}中每一个比特的似然信息，并将其中的外部信息L_e ¹(d_k)经过交织送给第二译码器，第二译码器将此作为先验信息L_e2(d_k)，对第二子分量编码器的输出进行最佳译码，产生关于交织后的信息序列中每一个比特的似然信息，然后将其中的外部信息L_e ²(d_k)经过解交织器送给第一译码器作为先验信息L_e1(d_k)，进行下一轮译码。这样，经过多次迭代，第一译码器与第二译码器的外部信息趋于稳定，似然比渐近值逼近于对整个码字的最大似然译码，最后对第二译码器输出似然值L(d_k)进行硬判决，即可得到信息序列{d_k}的每一个比特的最佳估计。

根据SCDMA系统的特点与DSP资源的应用情况，需要对系统所采用的Turbo编译码的复杂度与性能作一个折中处理，于是在SCDMA系统中采用MAX_LOG_MAP译码算法来进行Turbo译码，并根据SCDMA系统DSP的特点进行实现算法的优化，下面就对本发明中的MAX_LOG_MAP作简单推导。

MAX_LOG_MAP算法是在经典的MAP算法基础上做了一些改进，其具体的表达式如下：

$A_k^m=\log \left(a_k^m\right)=\log \left(\underset{j=0}{\overset{1}{\mathrm{\Σ}}}\exp \right\{\log \left(a_{k-1}^{b(j,m)}\right)+\log \left(r_{k-1}^{j,b(j,m)}\right)\left\}\right)$

$B_k^m=\log \left({\mathrm{\β}}_k^m\right)=\log \left(\underset{j=0}{\overset{1}{\mathrm{\Σ}}}\exp \right\{\log \left({\mathrm{\γ}}_{k-1}^{j,m}\right)+\log \left({\mathrm{\β}}_{k+1}^{f(j,m)}\right)\left\}\right)$

$D_k^{i,m}=\log \left({\mathrm{\γ}}_k^{i,m}\right)=\log \left(\mathrm{Pr}(d_k=i,S_k=m,R_k)\right)$

$L\left(d_k\right|R_1^N)=\log \left(\frac{\underset{m}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\α}}_k^m{\mathrm{\γ}}_k^{1,m}{\mathrm{\β}}_{k+1}^{f(1,m)}}{\underset{m}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\α}}_k^m{\mathrm{\γ}}_k^{0,m}{\mathrm{\β}}_{k+1}^{f(0,m)}}\right)$

$=\log \underset{m}{\mathrm{\Σ}}\exp \{\log \left({\mathrm{\α}}_k^m\right)+\log \left({\mathrm{\γ}}_k^{1,m}\right)+\log \left({\mathrm{\β}}_{k+1}^{f(1,m)}\right)\}$

$-\log \underset{m}{\mathrm{\Σ}}\exp \{\log \left({\mathrm{\α}}_k^m\right)+\log \left({\mathrm{\γ}}_k^{0,m}\right)+\log \left({\mathrm{\β}}_{k+1}^{f(0,m)}\right)\}$

根据Jacobian算法，即

log(e^x+e^y)＝max(x，y)+log(1+e^-|x-y|)

若采用近似式：

log(e^x+e^y)＝max(x，y)

则经过推导得到如下：

$A_k^m\≈\max (A_{k-1}^{b(1,m)}+D_{k-1}^{1,b(1,m)},A_{k-1}^{b(0,m)}+D_{k-1}^{1,b(1,m)})$

$B_k^m\≈\max (B_{k+1}^{f(1,m)}+D_k^{1,m},B_{k+1}^{f(0,m)}+D_k^{0,m})$

$L\left(d_k\right|R_1^N)\≈\underset{m}{\max }(A_k^m+D_k^{1,m}+B_k^m)-\underset{m}{\max }(A_k^m+D_k^{0,m}{+B}_k^m)$

其中f(j，m)表示在现状态m与输入j下，编码器的下一状态；b(j，m)为通过输入j转移到m状态的前一状态；A_k ^m、B_k ^m、D_k ^i，m表示分别为前向度量、后向度量以及转移度量值；L(d_k|R₁ ^N)表示为码元d_k后验概率对数似然比。

根据Turbo译码的特征与SCDMA系统的DSP特点，本发明对Turbo译码方案做了一些工程上的优化，其中根据Turbo码的蝶形结构来计算前向度量与反向度量的迭代过程，也对分支度量值进行简化计算，即对于相同项不处理。同时，把用于计算前向度量与后向的分支度量值进行保存，这样只需要单独计算前向度量与后向度量的迭代值，使计算量与中间存储量大大减少。而对信道置信度L_c的计算，由于SCDMA系统本身需要计算解差分后的信噪比(SNR)而使其变得更简单。

本发明所提出SCDMA系统中的Turbo编译码的装置和方法，其主要内容可分为Turbo码编码的发射阶段与译码的接收阶段。

在SCDMA系统中Turbo码编码的发送端信号的处理流程步骤如图8所示，其主要包括以下步骤：

(1)SCDMA系统初始化参数预配以及准备发送数据，主要预配参数至少包括：多帧缓冲区、每帧编码数据长度、Turbo码编码器的交织器参数、Turbo编码删余矩阵以及采取编码速率等参数的设置；

(2)对需要发送的N帧数据按照交织器交织深度L进行数据交织。其目的主要是通过N帧数据增加Turbo码交织器长度，同时也增加了时间分集的效果，从而更好提升Turbo码在SCDMA系统的信道编码增益；

(3)从N帧的交织器取出当前帧需要发送的数据序列U，放到需要发送缓冲区中；

(4)从发送缓冲区中取出数据序列U，按照本发明所提出的非对称Turbo码编码结构进行Turbo码编码过程，同时还对编码后数据流进行删余矩阵以及复接器处理；

(5)对通过Turbo码处理后的数据序列进行差分处理，由于现有SCDMA系统采用为DQPSK调制方式，为了与现有系统进行兼容，本发明仍然采用DQPSK的调制方式；

(6)4PSK调制器对差分后的数据序列V进行二维Gray码调制，生成只有V/2长度的二维调制信号序列；

(7)对二维调制信号序列进行扩频处理；

(8)把扩频后的信号进行脉冲成形滤波，然后再送到SCDMA系统信道中进行射频部分的处理，最终把SCDMA系统的扩频CDMA信号发送出去。

在步骤4中主要涉及到本发明所提出的非对称性Turbo码的编码装置，如下结合图3、图9具体阐述本发明中所提到的非对称性Turbo码的编码装置及对原始的数据进行Turbo码的编码装置处理流程，其具体步骤如下：

(a)在Turbo码进行之前，对Turbo的参数进行初始化与设置，其具体至少包括交织器交织深度、第一分量编码器与第二分量编码器初始状态为零、删余矩阵、编码器数据的长度等参数设置；

(b)对从发送缓冲区取出的数据序列U进行N帧的数据交织；

(c)对第一分量编码器，其约束长度为3，生成矩阵为(7，5)进行Turbo码编码过程。其具体是将长度为N的信息序列{U_k}在送入第一分量编码器进行编码的同时作为系统输出{C^s}直接送至复接器，其生成的校验{C^1p}；

(d)将长度为N的信息序列{U_k}通过Turbo码交织器生成信息序列为{U_π(k)}；

(e)将序列为N的交织后信息序列{U_π(k)}，进行第二分量编码器，其约束长度为4，生成矩阵为(13，17)进行Turbo码编码过程。其具体是将长度为N的信息序列{U_π(k)}送到第二分量编码器进行编码，生成的校验为{C^2p}；

(f)将两个分量编码器输出的校验分别为{C^1p}和{C^2p}，在进行删余矩阵进行删余后得到{C^p}；

(g)将删余后得到{C^p}与系统输出{C^s}组成的Turbo编码后的信息进行后面的处理。

上述是对本发明所提出Turbo码编码装置的信号处理流程以及编码实现的主要步骤的阐述，而Turbo码编码器的方法，结合图10可以看出，其主要步骤与上述步骤大致一致，只是在上述的步骤中增加了N帧交织的过程，而其他过程一样。

下面则对Turbo码的接收端的信号处理流程以及译码实现的主要步骤进行简要描述。

如图1所示，对SCDMA系统中实现Turbo译码的方法主要包括以下步骤：

(a)在对接收信号处理之前，SCDMA系统对系统进行初始化与参数设置；

(b)一解扩器对接收的数据进行搜索同步处理、解扩的处理，即对接收的原始数据进行解扩相关的处理；

(c)一相位差分器对解扩后的信号进行symbol的差分处理，以得到差分后的信号；

(d)按照发送端对多帧数据交织器的处理，一多帧数据解交织器对差分后的信号进行多帧数据的解交织处理；

(e)一非对称Turbo译码直接对差分后的原始的信号进行Turbo码译码处理；

(f)最后得到接收信号的数据序列。

以上对SCDMA系统中实现Turbo码整个信号处理进行阐述，下面结合图5、图12，详细阐述Turbo码装置的译码方法，所述译码方法具体包括以下步骤：

(1)Turbo译码开始前的参数设置以及初始化处理，其参数预配至少包括译码器初始状态、Turbo码交织器长度与规则、Turbo码迭代次数以及不同信道衰减因子α的设置与预配；

(2)按照发送端对多帧数据交织的处理，所述多帧解交织器对差分后的信号进行多帧数据解交织处理，以准备对数据进行Turbo码解码的处理；

(3)根据发送端删余矩阵的规则，Turbo解码器中的删余矩阵模块对译码前的数据序列进行处理，使其满足译码器所接收的信号与发送阶段中编码器所产生的信号对应；删佘矩阵模块是Turbo码编码器中模块功能，而在接收端是对接收到信号Y_K，X_K按照编码器删余矩阵模块对应分配给译码器1Y_K ¹、译码器2的信号Y_K ²。如：若当前是译码器1的信号Y_K ¹＝Y_K，则把给译码器，而译码器2中 $Y_K^2=0$ ，两个译码器X_K相同。在图4中，就是把接收信号按照奇偶数分别分配给两个译码器。这样实现解码器中与编码器中删余矩阵模块的功能。

(4)根据公式

$D_k(I,J)=\frac{L_c}{2}((x_k+\frac{\mathrm{\Λ}\left(d_k\right)}{L_c})(2I-1)+y_k(2J-1)),$ 在第一译码器和第二译码器中计算分支度量值，D_K(I，J)为从i状态到j状态的分支度量值；若为第一译码器，则式中的x_k和y_k对应X_k和Y_K ¹，而对于第二译码器则对应X_k和Y_K ¹。Λ(d_k)是先验概率，若是第一轮迭代，其值为0；否则，是上一轮译码输出的外部信息经过交织或解交织的值，对于第一译码器和第二译码器Λ(d_k)分别为Le₁(dk)和Le₂(dk)。由于SCDMA系统本身需要计算解差分后的信噪比，于是对信道置信度L_c的计算是比较简单的问题。

(5)根据公式

$A_k^i\left(m\right)=D_k(i,p_k(i,m))+\underset{j=\mathrm{0,1}}{\max }\left(A_{k-1}^j\left(S_b^j\left(m\right)\right)\right)$

$B_k^i\left(m\right)=D_{k+1}(j,p_{k+1}(j,S_f^i\left(m\right)))+\underset{j=\mathrm{0,1}}{\max }(B_{k+1}^j\left(S_f^i\left(m\right)\right)$

在第一译码器和第二译码器中计算前向度量与后向度量，其中p(i，m)表示在现状态m与输入i下编码器的下一状态，其中p_k(i，m)的初始值为0；S^j(m)表示通过j转移到m的前一状态，其中，S_b ^j(m)、S_f ^j(m)中的下标b，f分别表示前向和后向的递归的关系，其表示一个位置的关系；

(6)根据 $L\left(d_k\right|R_1^N)=\underset{m=\mathrm{0,1},2^v-1}{\max }(A_K^1\left(m\right)+B_k^1\left(m\right))-\underset{m=\mathrm{0,1},2^v-1}{\max }(A_K^0\left(m\right)+B_k^0\left(m\right)),$ 在第一译码器和第二译码器中，分别计算似然输出；

(7)判断迭代次数是否结束，若迭代次数已经到了，则转到步骤(10)在第二译码器中进行硬判决，所述迭代次数由SCDMA系统的信噪比来确定，目前是4次迭代；反之，则转到步骤(8)继续计算外部信息L_e(d_k)；

(8)第一译码器根据公式 $L_e\left(d_k\right)=L\left(d_k\right|R_1^N)-\mathrm{Lc}*x_k-\mathrm{\Λ}\left(d_k\right)$ 计算第一译码器的外部信息L¹ _e(d_k)；

(9)将计算得到第一译码器的外部信息L¹ _e(d_k)送入第一交织器中交织后送入第二译码器中，第二译码器将该交织后的信息作为先验信息Le₂(d_k)对第二子分量编码器的输出进行最佳译码，同时在第二译码器开始译码的阶段，把接收到信号的实部信息X_k在第二交织器中先进行交织，然后再把第二交织器输出的序列X_π(k)作为第二译码器的其中一输入进行译码，第二译码器译码后产生关于交织后的信息序列中每一个比特的似然信息，然后将其中的外部信息L_e ²(d_k)经过解交织器送给第一译码器作为先验信息Le₁(dk)，再转到步骤(3)进行处理；

(10)第二译码器对似然输出通过硬判决，得到Turbo码译码结果L(d_k)。

以上是对SCDMA系统中实现Turbo码译码装置的信号处理流程以及具体步骤进行的阐述。对于SCDMA系统中实现Turbo码的解码过程，结合图13可以看出，其上述SCDMA系统中Turbo译码装置主要步骤中只是增加了N帧数据的解交织处理，而其他过程一致。

正是由于在SCDMA系统中的Turbo码编译码装置的主要步骤中增加了N帧交织器与解交织器，使SCDMA系统中Turbo码的性能得到大大的提升。

图6是在终端静止条件下，本发明所提出的Turbo码信道编码与SCDMA系统现有的编码方式的比较。从图6中可以看出，通过本发明的Turbo码信道编码方案，获得的信道编码增益明显好于现有SCDMA系统现有的信道编码方式，在误码率为10^-6时，本发明的Turbo码信道编码方案优于现有卷积码的方案，由于本发明提出的非对称Turbo码编码器，其状态寄存器分别为2、3，而现有SCDMA系统中实现卷积信道编码的状态寄存器为6，因此，本发明所提出的Turbo码信道编码装置与方法的复杂度小于卷积码信道编码。同时Turbo码在SCDMA系统的实现还可以根据SCDMA系统DSP资源占用情况，灵活采用不同约束长度的Turbo码编码结构，以更进一步提升系统的性能。

图7是在终端移动条件下，本发明所提出的Turbo码信道编码与SCDMA系统现有的编码方式的比较。在SCDMA系统中，其终端在速率为v＝60公里/小时运动的情况下，本发明所提出的Turbo码信道编码装置与方法，同样也表现很好的信道编码的性能。具体由图7可以看出，在移动条件下，其Turbo码信道编码的性能明显优于其他两种信道编码的性能。

无论在静止还是移动条件下，本发明所提出的在SCDMA系统中的Turbo码装置与方法明显优于现有的SCDMA系统的信道编码方案，同时更为重要的是，由于在进行SCDMA系统的卷积码信道编码需要在末尾补6个零，而对于本发明的Turbo码，由于只有三个状态寄存器，即使末尾补零，也只需要补2个零，因此明显提高了信道有效数据传输效率。

Claims (7)

1.一种在SCDMA系统中实现信道Turbo编码的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)SCDMA系统初始化多个预配参数并且准备需要发送的N帧数据；

(2)一多帧交织器对所述需要发送的N帧数据进行数据交织；

(3)所述多帧交织器通过一个交织表的映射关系取出交织后的N帧数据中的当前一帧需要发送的数据序列并将该数据序列放入一发送缓冲区中；

(4)从发送缓冲区中取出数据序列并将该数据序列送入一非对称Turbo编码器中进行Turbo编码；

(5)一差分器对Turbo编码后的数据序列进行差分处理并且一4PSK调制器采用4PSK调制方式对差分后的数据序列进行调制；

(6)所述4PSK调制器对差分并且调制后的数据序列进行二维Gray码调制，生成二维调制信号序列；

(7)一扩频器对二维调制信号序列进行扩频处理；

(8)对扩频后的信号进行脉冲成形滤波，随后将滤波后的信号送到SCDMA系统信道中进行射频部分的处理，最终将SCDMA系统的扩频CDMA信号发送出去；

(9)返回到步骤(3)对下一帧需要发送的数据序列进行处理直至处理完全部N帧数据。

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤(4)进而包括以下步骤：

(a)在进行Turbo编码之前，SCDMA系统根据系统的要求对非对称Turbo编码器的参数进行初始化与设置；

(b)将从发送缓冲区取出的一帧数据序列送入所述非对称Turbo编码器的一Turbo码交织器中进行数据交织从而获得交织后的数据序列；同时将从发送缓冲区取出的所述一帧数据序列送入所述非对称Turbo编码器的第一分量编码器进行编码从而生成第一校验数据序列；同时还将从发送缓冲区取出的所述一帧数据序列作为系统输出数据序列送入所述非对称Turbo编码器的一复接器中；

(c)将所述交织后的数据序列送入所述非对称Turbo编码器的第二分量编码器进行编码从而生成第二校验数据序列；

(d)将所述第一分量编码器和所述第二分量编码器分别输出的第一校验数据序列和第二校验数据序列同时送入所述非对称Turbo编码器的删余矩阵中进行删余处理从而获得已删余校验数据序列并将该序列送入所述非对称Turbo编码器的复接器中；

(e)所述复接器对接收到的所述已删余校验数据序列和所述系统输出数据序列进行复接处理从而获得Turbo编码后的数据序列。

3.一种在SCDMA系统中实现信道Turbo译码的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(a)SCDMA系统进行系统初始化与参数设置；

(b)一解扩器对接收到的扩频CDMA信号进行搜索同步处理和解扩处理；

(c)一相位差分器对解扩后的信号进行差分处理，以得到差分后的信号；

(d)一多帧数据解交织器按照Turbo编码时对多帧数据交织的处理对差分后的信号进行多帧数据的解交织处理以获得解交织后的信号；

(e)一非对称Turbo译码器对解交织后的信号进行Turbo码译码处理得到接收信号的数据序列。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤(e)进而包括以下步骤：

(1)Turbo译码开始前，对所述非对称Turbo译码器进行参数设置以及初始化处理；

(2)根据发送端删余矩阵的规则，所述非对称Turbo译码器中的删余矩阵模块对译码前的数据序列进行处理，使其满足译码器所接收的信号与发送阶段中编码器所产生的信号对应；

(3)根据公式 $D_k(I,J)=\frac{L_c}{2}((x_k+\frac{\mathrm{\Λ}\left(d_k\right)}{L_c})(2I-1)+y_k(2J-1)),$ 在第一译码器和第二译码器中计算分支度量值，其中，Λ(d_k)为先验概率，L_c为信道置信信度，x_k和y_k是译码器的输入信号，分别对应译码器接收到信号的实部信息和虚部信息，若是第一轮迭代，Λ(d_k)的值为0；否则，是上一轮译码输出的外部信息经过交织或解交织的值；

(4)根据公式 $A_k^i\left(m\right)=D_k(i,p_k(i,m))+\underset{j=\mathrm{0,1}}{\max }(A_{k-1}^j\left(S_b^j\left(m\right)\right)$

$B_k^i\left(m\right)=D_{k+1}(j,p_{k+1}(j,S_f^i\left(m\right)))+\underset{j=\mathrm{0,1}}{\max }(B_{k+1}^j\left(S_f^i\left(m\right)\right)$

在第一译码器和第二译码器中计算前向度量与后向度量，其中p(i，m)表示在现状态m与输入i下编码器的下一状态，其中p_k(i，m)的初始值为0；S^j(m)表示通过j转移到m的前一状态，其中，S_b ^j(m)、S_f ^j(m)中的下标b，f分别表示前向和后向的递归的关系，其表示一个位置的关系；

(5)根据 $L\left(d_k\right|R_1^N)=\underset{m=\mathrm{0,1},2^v-1}{\max }(A_K^1\left(m\right)+B_k^1\left(m\right))-\underset{m=\mathrm{0,1},2^v-1}{\max }(A_K^0\left(m\right)+B_k^0\left(m\right)),$ 在第一译码器和第二译码器中，分别计算似然输出；

(6)判断迭代次数是否结束，若迭代次数已经到了，则转到步骤(9)在第二译码器中进行硬判决；反之，则进行步骤(7)继续计算外部信息；

(7)第一译码器根据公式 $L_e\left(d_k\right)=L\left(d_k\right|R_1^N)-\mathrm{Lc}*x_k-\mathrm{\Λ}\left(d_k\right)$ 计算第一译码器的外部信息；

(8)将计算得到的外部信息送入第一交织器中进行交织，然后送入第二译码器中，第二译码器将该交织后的信息作为先验信息并对接收到的信号，包括实部信息和虚部信息进行最佳译码，产生关于交织后的信息序列中每一个比特的似然信息，然后将其中的外部信息经过解交织器送给第一译码器作为先验信息，再转到步骤(2)进行处理，其中，直接把接收到的信号的实部信息送入第一译码器作为第一译码器的其中一输入信号，对于第二译码器，接收到的信号的实部信息先经过一第二交织器进行交织，然后再把第二交织器输出的交织后的序列作为第二译码器的其中一输入信号；

(9)第二译码器对似然输出进行硬判决，得到Turbo码译码结果L(d_k)。

5.一种实现SCDMA系统信道Turbo编码的装置，其特征在于，所述装置包括一个多帧交织器和一个非对称Turbo编码器，所述多帧交织器的输出端与所述非对称Turbo编码器输入端相连，所述非对称Turbo编码器包括一个交织器、彼此结构不同的并且通过所述交织器并行级联的第一分量编码器和第二分量编码器、一个与所述第一分量编码器和第二分量编码器连接的删余矩阵和一个复接器，其中，输入信息序列分别同时送入复接器、第一分量编码器和交织器，第一分量编码器对信息序列进行编码，交织器对信息序列进行信息交织后送到第二分量编码器中进行编码，两个分量编码器输出的校验序列分别在删余矩阵进行删余，所述复接器对接收到的已删余校验数据序列和所述输入信息序列进行复接处理，从而获得Turbo编码后的数据序列。

6.根据权利要求5所述的Turbo编码装置，其特征在于，所述第一分量编码器的生成矩阵为(7，5)、生成多项式为(1+D+D²，1+D²)，所述第二分量编码器生成矩阵为(13，17)、生成多项式为(1+D²+D³，1+D+D²+D³)。

7.一种可以实现SCDMA系统信道Turbo译码的装置，其特征在于，所述装置包括一个多帧解交织器和一个非对称Turbo译码器，所述多帧解交织器的输出端与所述非对称Turbo译码器输入端相连，所述非对称Turbo译码器包括一删余矩阵模块、第一译码器、第一交织器、第二译码器、解交织器以及分别与第一译码器、第二译码器连接的第二交织器，其中，删余矩阵模块对译码前的数据序列进行处理，使其满足译码器所接收的信号与发送阶段中编码器所产生的信号对应，第一译码器对接收到的信号，包括实部信息和虚部信息进行译码，并将计算得到的外部信息送入第一交织器中进行交织，然后送入第二译码器中，第二译码器将该交织后的信息作为先验信息并对接收到的信号，包括实部信息和虚部信息进行最佳译码，产生关于交织后的信息序列中每一个比特的似然信息，然后将其中的外部信息经过解交织器送给第一译码器作为先验信息，进行下一轮译码，其中，直接把接收到的信号的实部信息送入第一译码器作为第一译码器的其中一输入信号，对于第二译码器，接收到的信号的实部信息先经过一第二交织器进行交织，然后再把第二交织器输出的交织后的序列作为第二译码器的其中一输入信号。

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