CN101162908A - 一种基于DVB-RCS标准的双二元Turbo码译码方法及译码器 - Google Patents

Abstract

基于DVB－RCS标准的双二元Turbo码译码方法及译码器：(1)将接收码字的双比特系统位输入预译码器，求出向递归因子α₁和后向递归因子β₁的初始值；(2)求出对数似然比Λ₁；(3)求出外信息L_e1；(4)将外信息L_e1经交织得到先验信息L_a2；(5)将接收码字的双比特系统输入交织器；(6)将交织结果输入预译码器，求出前向递归因子α₂和后向递归因子β₂的初始值；(7)求对数似然比Λ₂；(8)求外信息L_e2；(9)将外信息L_e2经解交织得到先验信息L_a1；(10)重复上述步骤(2)－(4)及步骤(7)－(9)，直至满足终止迭代译码准则；(11)将对数似然比Λ₂再经解交织器后，进行硬判决得到最终的译码比特。本发明易于硬件实现，能够适应多种可选码率和灵活的分组长度，且功耗小、误码率低。

Description

一种基于DVB-RCS标准的双二元Turbo码译码方法及译码器

技术领域

本发明涉及一种双二元Turbo码译码器技术，特别是一种基于DVB-RCS标准的双二元Turbo码译码方法及译码器。

背景技术

Turbo码是一种利用伪随机交织器和简单分量码构造的并行级联码，在白噪声信道下其性能接近Shannon限，其码译码方式为软输入或软输出的迭代译码。所谓的迭代就是各译码器按迭代顺序相互传递外信息，随着迭代次数的增加，迭代译码渐次收敛于最大似然译码是一种低复杂度的次最佳译码。Turbo码的发现改变了长期以来把信道截至速率作为实际容量的历史，使信道编码理论和实践进入了一个崭新的阶段。目前第三代移动通信中已开始采用Turbo码。

传统的Turbo码编码器为单比特输入，采用RSC码作为分量码。这种编码器在编码时需要加入“收尾比特”，这导致编码效率下降。由于传统Turbo码的最小自由距离较小，其在低误码率时有误码平层。常用的Turbo码译码算法有：Log-MAP算法、Max-Log-MAP算法及SOVA算法，其中Log-MAP算法为最优算法，但是难于硬件实现；Max-Log-MAP算法及SOVA算法为次优算法，较易实现。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种基于DVB-RCS标准的双二元Turbo码译码方法及译码器，它易于硬件实现，能够适应多种可选码率和灵活的分组长度，且功耗小、误码率低。

本发明的技术解决方案是：基于DVB-RCS标准的双二元Turbo码译码方法，其特征在于实现如下：

(1)将接收码字的双比特系统位y_k ^s1和y_k ^s2输入第一预译码器，求出第一前向递归因子α₁和第一后向递归因子β₁的初始值，所述的初始值用于在每次迭代运算中对第一分量译码器中的第一前向递归因子和第一后向递归因子进行初始化，此处k的取值范围是1～t，t表示预译码长度；

(2)将接收码字的双比特系统位y_k ^s1和y_k ^s2、对应发射端第一分量编码器输出的校验位y_k ^p1、第一先验信息L_a1以及步骤(1)中求出的第一前向递归因子α₁和第一后向递归因子β₁的初始值输入至第一分量译码器，并由第一分量译码器求出第一对数似然比Λ₁，其中所述的第一先验信息L_a1在第一步迭代译码时初始化为零，在后续的译码过程中来自第一解交织器；

(3)根据第一对数似然比Λ₁、第一先验信息L_a1和第一系统信息L_s1求出第一外信息L_e1；

(4)将第一外信息L_e1经第二交织器得到第二先验信息L_a2；

(5)将接收码字的双比特系统位y_k ^s1和y_k ^s2，输入第一交织器得到交织后的结果y_k ^s3和y_k ^s4，此处k的取值范围是1～N，N表示接收码字中系统码的长度；

(6)将第一交织器交织后的结果y_k ^s3和y_k ^s4输入第二预译码器，求出第二前向递归因子α₂和第二后向递归因子β₂的初始值，所述的初始值用于在每次迭代运算中对第二分量译码器中的第二前向递归因子和第二后向递归因子进行初始化，此处k的取值范围是1～t，t表示预译码长度；

(7)将经过第一交织器后的接收码字的双比特系统位y_k ^s3和y_k ^s4、对应发射端第二分量编码器输出的校验位y_k ^p1、第二先验信息L_a2以及步骤(6)中求出的第二前向递归因子α₂和第二后向递归因子β₂的初始值输入第二分量译码器，并由第二分量译码器求出第二对数似然比Λ₂，其中所述的第二先验信息L_a2在第一步迭代译码时初始化为零，在后续的译码过程中来自第二交织器；

(8)根据第二对数似然比Λ₂、第二先验信息L_a2和第二系统信息L_s2求出第二外信息L_e2；

(9)将第二外信息L_e2经第一解交织器得到第一先验信息L_a1；

(10)重复上述步骤(2)-(4)及步骤(7)-(9)的译码过程，直至满足终止迭代译码准则；

(11)将第二对数似然比Λ₂经第二解交织器后，进行硬判决得到最终的译码比特。

本发明与现有技术相比具有如下优点：本发明采用双二元输入，因此在具有相同的约束长度的条件下，相对于传统的Turbo码译码器，只需要一半的存储器，并且译码器所需的时钟频率也可以减少一半，因此硬件易于实现，且功耗大大降低。仿真实验证明本发明应用次优的Max-Log-MAP算法进行译码相对于应用最优的Log-MAP算法只有0.1-0.2dB的损失。本发明能适应多种可选码率(从1/3到6/7)和非常灵活的分组长度(从96到1728bit)。

附图说明

图1为本发明的系统示意图；

图2为本发明的译码器硬件实现框图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的方法实现由第一预译码器、第二预译码器、第一分量译码器、第二分量译码器、第一交织器、第二交织器、第一解交织器、第二解交织器及硬判决器构成，其具体实施步骤为：

(1)将接收码字的双比特系统位y_k ^s1和y_k ^s2输入第一预译码器，求出第一前向递归因子α₁和第一后向递归因子β₁的初始值，所述的初始值用于在每次迭代运算中对第一分量译码器中的第一前向递归因子和第一后向递归因子进行初始化。

第一预译码器中第一前向递归因子α₁的计算公式为：

${\widetilde{\mathrm{\α}}}_{1,k}\left(S_k\right)=\ln \underset{S_{k-1}}{\mathrm{\Σ}}\underset{z}{\mathrm{\Σ}}{e}^{{\widetilde{\mathrm{\γ}}}^z(y_k,S_{k-1},S_k)+{\widetilde{\mathrm{\α}}}_{1,k-1}\left(S_{k-1}\right)}-\ln \underset{S_k}{\mathrm{\Σ}}\underset{S_{k-1}}{\mathrm{\Σ}}\underset{z}{\mathrm{\Σ}}{e}^{{\widetilde{\mathrm{\γ}}}^z(y_k,S_{k-2},S_k)+{\widetilde{\mathrm{\α}}}_{1,k-1}\left(S_{k-1}\right);}$

第一后向递归因子β₁的计算公式为：

${\widetilde{\mathrm{\β}}}_{1,k}\left(S_k\right)=\ln \underset{S_{k+1}}{\mathrm{\Σ}}\underset{z}{\mathrm{\Σ}}{e}^{{\widetilde{\mathrm{\γ}}}^z(y_{k+1},S_k,S_{k+1})+{\widetilde{\mathrm{\β}}}_{1,k+1}\left(S_{k+1}\right)}-\ln \underset{S_k}{\mathrm{\Σ}}\underset{S_{k+1}}{\mathrm{\Σ}}\underset{z}{\mathrm{\Σ}}{e}^{{\widetilde{\mathrm{\γ}}}^z(y_{k+1},S_k,S_{k+1})+{\widetilde{\mathrm{\α}}}_{1,k}\left(S_k\right)}$

其中，S_k表示编码器在k时刻的状态，z表示编码器在k时刻的输入，记为 $z=({x_k}^{s1},{x_k}^{s2}),$ z∈{00，01，10，11)；

y表示译码器接收到的码字；

表示状态转移概率的自然对数形式，计算公式为：

${\widetilde{\mathrm{\γ}}}^z(y_k,S_{k-1},S_k)=\frac{{{2y}_k}^{s1}{x_k}^{s1}}{N_o}+\frac{{2y_k}^{s2}{x_k}^{s2}}{N_o}+\frac{{{2y}_k}^p{x_k}^p(z,S_{k-1},S_k)}{N_o}+\ln \mathrm{Pr}\left\{S_k\right|S_{k-1}\}$

上述

的计算公式中：x_k ^p表示编码器在k时刻输出的校验位，

y_k ^s1和y_k ^s2北分别表示在k时刻输入译码器的系统码的第一位和第二位，

y_k ^p，表示在k时刻输入译码器的校验位，

上述k在1～t之间取值，t为预译码长度，

N_o为噪声单边功率谱密度。

(2)将接收码字的双比特系统位y_k ^s1和y_k ^s2、对应发射端第一分量编码器输出的校验位y_k ^p1、第一先验信息L_a1以及步骤(1)中求出的第一前向递归因子α₁和第一后向递归因子β₁的初始值输入至第一分量译码器，并由第一分量译码器求出第一对数似然比Λ₁，其中所述的第一先验信息L_a1在第一步迭代译码时初始化为零，在后续的译码过程中来自第一解交织器。

第一分量译码器中的第一对数似然比Λ₁的计算公式为：

${\mathrm{\Λ}}_1^{\stackrel{\→}{z}}\left(d_k\right)=\ln \underset{S_k}{\mathrm{\Σ}}\underset{S_{k-1}}{\mathrm{\Σ}}{e}^{{\widetilde{\mathrm{\γ}}}^{\stackrel{\→}{z}}(y_k,S_{k-1},S_k)+{\widetilde{\mathrm{\α}}}_{k-1}\left(S_{k-1}\right)+{\widetilde{\mathrm{\β}}}_k\left(S_k\right)}-\ln \underset{S_k}{\mathrm{\Σ}}\underset{S_{k+1}}{\mathrm{\Σ}}{e}^{{\widetilde{\mathrm{\γ}}}^{00}(y_k,S_{k-1},S_k)+{\widetilde{\mathrm{\α}}}_{k-1}\left(S_{k-1}\right)+{\widetilde{\mathrm{\β}}}_k\left(S_k\right)}$

其中：S_k表示编码器在k时刻的状态； $\stackrel{\→}{z}\∈\left\{\mathrm{01,10,11}\right\};$

表示状态转移概率的自然对数形式，其计算公式为：

${\widetilde{\mathrm{\γ}}}^z(y_k,S_{k-1},S_k)=\frac{{{2y}_k}^{s1}{x_k}^{s1}}{N_o}+\frac{{{2y}_k}^{s2}{x_k}^{s2}}{N_o}+\frac{{{2y}_k}^p{x_k}^p(z,S_{k-1},S_k)}{N_o}+\ln \mathrm{Pr}\left\{S_k\right|S_{k-1}\}$

其中：z表示编码器在k时刻的输入，记为 $z=({x_k}^{s1},{x_k}^{s2}),$ z∈{00，01，10，11}；

x_k ^p表示编码器在k时刻输出的校验位；

y_k ^s1和y_k ^s2分别表示在k时刻输入译码器的系统码的第一位和第二位；

y_k ^p表示在k时刻输入译码器的校验位；

上述k在1～N之间取值，N为码字中系统码的长度；

N_o为噪声单边功率谱密度。

(3)根据第一对数似然比Λ₁、第一先验信息L_a1和第一系统信息L_s1求出第一外信息L_e1。

第一外信息L_e1的计算公式为：

${L_{e1}}^{\stackrel{\→}{z}}\left(d_k\right)={{\mathrm{\Λ}}_1}^{\stackrel{\→}{z}}\left(d_k\right)-{L_{s1}}^{\stackrel{\→}{z}}\left(d_k\right)-{L_{a1}}^{\stackrel{\→}{z}}\left(d_k\right)$

其中：L_a1为第一先验信息；Λ₁为第一对数似然比；

第一系统信息

的计算公式为：

${L_{s1}}^{\stackrel{\→}{z}}\left(d_k\right)=\ln \frac{p\left({y_k}^s\right|d_k=\stackrel{\→}{z})}{p\left({y_k}^s\right|d_k=00)}$

$p\left({y_k}^s\right|d_k=z)=p\left({y_k}^{s1}\right|{x_k}^{s1})\·p\left({y_k}^{s2}\right|{x_k}^{s2})=\frac{1}{\mathrm{\π}{N}_o}{e}^{-\frac{1}{N_o}[{({y_k}^{s1}-{x_k}^{s1})}^2+{({y_k}^{s2}-{x_k}^{s2})}^2]}$

其中： ${y_k}^s=({y_k}^{s1},{y_k}^{s2})$ 为译码器接收到的系统码；

z表示编码器在k时刻的输入，记为 $z=({x_k}^{s1},{x_k}^{s2}),$ z∈{00，01，10，11}； $\stackrel{\→}{z}\∈\left\{\mathrm{01,10,11}\right\};$

上述k在1～N之间取值，N为码字中系统码的长度；

N_o为噪声单边功率谱密度。

(4)将第一外信息L_e1经第二交织器得到第二先验信息L_a2。第二交织器实现过程为：按交织地址将第一外信息L_e1写入寄存器，然后按顺序地址读出，得到第二先验信息L_a2。

(5)将接收码字的双比特系统位y_k ^s1和y_k ^s2，输入第一交织器得到交织后的结果y_k ^s3和y_k ^s4。第一交织器实现过程为：按顺序地址将整个译码器接收到的系统码写入寄存器，然后按交织地址读出，得到交织后的结果y_k ^s3和y_k ^s4，其中k在1～N之间取值，N为码字中系统码的长度。

(6)将第一交织器交织后的结果y_k ^s3和y_k ^s4输入第二预译码器，求出第二前向递归因子α₂和第二后向递归因子β₂的初始值，所述的初始值用于在每次迭代运算中对第二分量译码器中的第二前向递归因子和第二后向递归因子进行初始化。

第二预译码器中第二前向递归因子α₂的计算公式为：

${\widetilde{\mathrm{\α}}}_{2,k}\left(S_k\right)=\ln \underset{S_{k-1}}{\mathrm{\Σ}}\underset{z}{\mathrm{\Σ}}{e}^{{\widetilde{\mathrm{\γ}}}^z({\tilde{y}}_k,S_{k-1}{S}_k)+{\widetilde{\mathrm{\α}}}_{2,k-1}\left(S_{k-1}\right)}-\ln \underset{S_k}{\mathrm{\Σ}}\underset{S_{k-1}}{\mathrm{\Σ}}\underset{z}{\mathrm{\Σ}}{e}^{{\widetilde{\mathrm{\γ}}}^z({\widetilde{\mathrm{\γ}}}_k,S_{k-1},S_k)+{\widetilde{\mathrm{\α}}}_{2,k-1}\left(S_{k-1}\right)}$

第二后向递归因子β₂的计算公式为：

${\widetilde{\mathrm{\β}}}_{2,k}\left(S_k\right)=\ln \underset{S_{k+1}}{\mathrm{\Σ}}\underset{z}{\mathrm{\Σ}}{e}^{{\widetilde{\mathrm{\γ}}}^z({\tilde{y}}_{k+1},S_k,S_{k+1})+{\widetilde{\mathrm{\β}}}_{2,k+1}\left(S_{k+1}\right)}-\ln \underset{S_k}{\mathrm{\Σ}}\underset{S_{k+1}}{\mathrm{\Σ}}\underset{z}{\mathrm{\Σ}}{e}^{{\widetilde{\mathrm{\γ}}}^z({\tilde{y}}_{k+1},S_k,S_{k+1})+{\widetilde{\mathrm{\α}}}_{2,k}\left(S_k\right)}$

上述公式中：

S_k表示编码器在k时刻的状态；z表示编码器在k时刻的输入，记为 $z=({x_k}^{s1},{x_k}^{s2}),$ z∈{00，01，10，11}；

表示译码器接收到的码字经第一交织器后得到的序列；

表示状态转移概率的自然对数形式，其计算公式为：

${\widetilde{\mathrm{\γ}}}^z({\tilde{y}}_k,S_{k-1},S_k)=\frac{{{2y}_k}^{s3}{x_k}^{s1}}{N_o}+\frac{{{2y}_k}^{s4}{x_k}^{s2}}{N_o}+\frac{{{2y}_k}^p{x_k}^p(z,S_{k-1},S_k)}{N_o}+\ln \mathrm{Pr}\left\{S_k\right|S_{k-1}\}$

其中：x_k ^p表示编码器在k时刻输出的校验位；

y_k ^s3和y_k ^s4分别表示中的系统码的第一位和第二位；y_k ^p表示在k时刻输入译码器的校验位；

上述k在1～t之间取值，t为预译码长度；

N_o为噪声单边功率谱密度。

(7)将经过第一交织器后的接收码字的双比特系统位y_k ^s3和y_k ^s4、对应发射端第二分量编码器输出的校验位y_k ^p1、第二先验信息L_a2以及步骤(6)中求出的第二前向递归因子α₂和第二后向递归因子β₂的初始值输入第二分量译码器，并由第二分量译码器求出第二对数似然比Λ₂，其中所述的第二先验信息L_a2在第一步迭代译码时初始化为零，在后续的译码过程中来自第二交织器。

第二分量译码器中的第二对数似然比Λ₂的计算公式为：

${\mathrm{\Λ}}_2^{\stackrel{\→}{z}}\left(d_k\right)=\ln \underset{S_k}{\mathrm{\Σ}}\underset{S_{k-1}}{\mathrm{\Σ}}{e}^{{\widetilde{\mathrm{\γ}}}^{\stackrel{\→}{z}}({\tilde{y}}_k,S_{k-1},S_k)+{\widetilde{\mathrm{\α}}}_{k-1}\left(S_{k-1}\right)+{\widetilde{\mathrm{\β}}}_k\left(S_k\right)}-\ln \underset{S_k}{\mathrm{\Σ}}\underset{S_{k+1}}{\mathrm{\Σ}}{e}^{{\widetilde{\mathrm{\γ}}}^{00}({\tilde{y}}_k,S_{k-1},S_k)+{\widetilde{\mathrm{\α}}}_{k-1}\left(S_{k-1}\right)+{\widetilde{\mathrm{\β}}}_k\left(S_k\right)}$

其中：S_k表示编码器在k时刻的状态； $\stackrel{\→}{z}\∈\left\{\mathrm{01,10,11}\right\};$

表示译码器接收到的码字经第一交织器后得到的序列；

表示状态转移概率的自然对数形式，其计算公式为：

${\widetilde{\mathrm{\γ}}}^z({\tilde{y}}_k,S_{k-1},S_k)=\frac{{{2y}_k}^{s3}{x_k}^{s1}}{N_o}+\frac{{{2y}_k}^{s4}{x_k}^{s2}}{N_o}+\frac{{{2y}_k}^p{x_k}^p(z,S_{k-1},S_k)}{N_o}+\ln \mathrm{Pr}\left\{S_k\right|S_{k-1}\}$

其中：z表示编码器在k时刻的输入，记为 $z=({x_k}^{s1},{x_k}^{s2}),$ z∈{00，01，10，11}；

x_k ^p表示编码器在k时刻输出的校验位；

y_k ^s3和y_k ^s4分别表示

中的系统码的第一位和第二位；y_k ^p表示在k时刻输入译码器的校验位；

上述k在1～N之间取值，N为码字中系统码的长度；

N_o为噪声单边功率谱密度。

(8)根据第二对数似然比Λ₂、第二先验信息L_a2和第二系统信息L_s2求出第二外信息L_e2。

第二外信息L_e2的计算公式为：

${L_{e2}}^{\stackrel{\→}{z}}\left(d_k\right)={{\mathrm{\Λ}}_2}^{\stackrel{\→}{z}}\left(d_k\right)-{L_{s2}}^{\stackrel{\→}{z}}\left(d_k\right)-{L_{a2}}^{\stackrel{\→}{z}}\left(d_k\right)$

其中：L_a2为第二先验信息；Λ₂为第二对数似然比；

第二系统信息

的计算公式为：

${L_{s2}}^{\stackrel{\→}{z}}\left(d_k\right)=\ln \frac{p\left({{\tilde{y}}_k}^s\right|d_k=\stackrel{\→}{z})}{p\left({{\tilde{y}}_k}^s\right|d_k=00)}$

$p\left({{\tilde{y}}_k}^s\right|d_k=z)=p\left({y_k}^{s3}\right|{x_k}^{s1})\·p\left({y_k}^{s4}\right|{x_k}^{s2})=\frac{1}{\mathrm{\π}{N}_o}{e}^{-\frac{1}{N_o}[{({y_k}^{s1}-{s_k}^{s1})}^2+{({y_k}^{s2}-{x_k}^{s2})}^2]}$

其中： ${{\tilde{y}}_k}^s=({y_k}^{s3},{y_k}^{s4})$ 为译码器接收到的系统码经过第一交织器后得到的序列；

z表示编码器在k时刻的输入，记为 $z=({x_k}^{s1},{x_k}^{s2}),$ z∈{00，01，10，11}； $\stackrel{\→}{z}\∈\left\{\mathrm{01,10,11}\right\};$

上述k在1～N之间取值，N为码字中系统码的长度；

N_o为噪声单边功率谱密度。

(9)将第二外信息L_e2经第一解交织器得到第一先验信息L_a1。第一解交织器实现为：按解交织地址将第二外信息L_e2写入寄存器，然后按顺序地址读出，得到第一先验信息L_a1。

(10)重复上述步骤(2)-(4)及步骤(7)-(9)的译码过程，直至满足终止迭代译码准则；

(11)将第二对数似然比Λ₂经第二解交织器后，进行硬判决得到最终的译码比特。

第二解交织器实现过程为：按解交织地址将第二对数似然比Λ₂写入寄存器，然后按顺序地址读出，得到最终的对数似然比信息

硬判决是对最终的对数似然比

z∈{00，01，10，11}中的数据进行大小比较，最大者所对应的双比特被判决为最终的译码比特。

如图2所示，本发明的硬件实现主要包括乒乓RAM、分量译码器、系统信息运算器、外信息RAM、对数似然比RAM和硬判决器六个模块。

乒乓RAM用于存储接收数据，接收到的第一帧数据先存入乒乓RAM1，待第一帧数据存储完毕后，后续译码模块开始从乒乓RAM1中读取数据；此时如果第二帧数据到来，则将其存入乒乓RAM2，后续译码模块处理完乒乓RAM1中的数据后开始连续处理乒乓RAM2中的数据；此时如果第三帧数据到来，则将其存入乒乓RAM1，重复上述处理。本发明保证译码器处理一帧数据的时间至多为接收一帧数据的时间，所以此乒乓RAM能正常工作。

分量译码器用于实现图1中的第一预译码器、第一分量译码器、第二预译码器和第二分量译码器。因为后四者的实现原理均相同，只是在输入数据和迭代次数上有所区别，而且后四者在使用时间上是没有重叠的，所以可以用一个分量译码器采用时间复用的方式同时实现后四种模块。这种实现方式可以节省大量的资源。

系统信息运算器用于计算图1中所示的系统信息L_s1和L_s2。

外信息RAM用于存储图1所示的外信息L_e1和L_e2，因为L_e1和L_e2具有相同的宽度和深度，而且在使用时间上具有先后关系，所以可以用同一个RAM采用时间复用的方式进行存储。所述的外信息RAM同时用于实现图1所示的交织器2和解交织器1，具体实现方法为，将L_e1或L_e2按交织地址写入外信息RAM，然后按顺序地址读出的即为先验信息L_a2或L_a1。

对数似然比RAM用于存储迭代结束后分量译码器输出的对数似然比Λ₂。

硬判决器用于对对数似然比RAM中存储的Λ₂进行硬判决，该模块输出的即为最终的译码比特。

本发明译码器的实现过程为：每次迭代运算均分为两步进行，第一步从乒乓RAM中读出接收到的由发射端第一分量编码器(参考ETSI EN 301 790V1.4.1(2005-09)中关于Turbo编码器的介绍)输出的校验位check1，并按顺序地址读出接收到的系统码，得到system_natur，开关1闭合，将两者输入分量译码器，此时的分量译码器实现第一预译码器和第一分量译码器的功能并输出第一对数似然比Λ₁，同时系统信息运算器根据按顺序地址从乒乓RAM中读出的接收到的系统码计算出第一系统信息L_s1，将第一对数似然比Λ₁、第一外信息L_s1和第一先验信息L_a1输入加法器得到第一外信息L_e1，将第一外信息L_e1输入外信息RAM，外信息RAM输出第二先验信息L_a2；第二步从乒乓RAM中读出接收到的由发射端第二分量编码器输出的校验位check2，并按交织地址读出接收到的系统码，得到system_inter，开关2闭合，将其输入分量译码器，此时分量译码器实现第二预译码器和第二分量译码器的功能并输出第二对数似然比Λ₂，同时系统信息运算器根据按交织地址从乒乓RAM中读出的接收到的系统码计算出第二系统信息L_s2，将第二对数似然比Λ₂、第二系统信息L_s2和第二先验信息L_a2输入加法器得到第二外信息L_e2，将第二外信息L_e2输入外信息RAM，外信息RAM输出第一先验信息L_a1；重复上述过程直至满足迭代终止条件；迭代终止后，将分量译码器最后算出的对数似然比依次送入对数似然比RAM和硬判决器中，得到最终的译码比特。

Claims (13)

1.基于DVB-RCS标准的双二元Turbo码译码方法，其特征在于实现步骤如下：

(1)将接收码字的双比特系统位y_k ^s1和y_k ^s2输入第一预译码器，求出第一前向递归因子α₁和第一后向递归因子β₁的初始值，所述的初始值用于在每次迭代运算中对第一分量译码器中的第一前向递归因子和第一后向递归因子进行初始化，此处k的取值范围是1～t，t表示预译码长度；

(2)将接收码字的双比特系统位y_k ^s1和y_k ^s2、对应发射端第一分量编码器输出的校验位y_k ^p1、第一先验信息L_a1以及步骤(1)中求出的第一前向递归因子α₁和第一后向递归因子β₁的初始值输入至第一分量译码器，并由第一分量译码器求出第一对数似然比Λ₁，其中所述的第一先验信息L_a1在第一步迭代译码时初始化为零，在后续的译码过程中来自第一解交织器；

(3)根据第一对数似然比Λ₁、第一先验信息L_a1和第一系统信息L_s1求出第一外信息L_e1；

(4)将第一外信息L_e1经第二交织器得到第二先验信息L_a2；

(5)将接收码字的双比特系统位y_k ^a1和y_k ^s2，输入第一交织器得到交织后的结果y_k ^s3和y_k ^s4，此处k的取值范围是1～N，N表示接收码字中系统码的长度；

(6)将第一交织器交织后的结果y_k ^s3和y_k ^s4输入第二预译码器，求出第二前向递归因子α₂和第二后向递归因子β₂的初始值，所述的初始值用于在每次迭代运算中对第二分量译码器中的第二前向递归因子和第二后向递归因子进行初始化，此处k的取值范围是1～t，t表示预译码长度；

(7)将经过第一交织器后的接收码字的双比特系统位y_k ^s3和y_k ^s4、对应发射端第二分量编码器输出的校验位y_k ^p2、第二先验信息L_a2以及步骤(6)中求出的第二前向递归因子α₂和第二后向递归因子β₂的初始值输入第二分量译码器，并由第二分量译码器求出第二对数似然比Λ₂，其中所述的第二先验信息L_a2在第一步迭代译码时初始化为零，在后续的译码过程中来自第二交织器；

(8)根据第二对数似然比Λ₂、第二先验信息L_a2和第二系统信息L_s2求出第二外信息L_e2；

(9)将第二外信息L_e2经第一解交织器得到第一先验信息L_a1；

(10)重复上述步骤(2)-(4)及步骤(7)-(9)的译码过程，直至满足终止迭代译码准则；

(11)将第二对数似然比Λ₂经第二解交织器后，进行硬判决得到最终的译码比特。

2.根据权利要求1所述的基于DVB-RCS标准的双二元Turbo码译码方法，其特征在于：所述步骤(1)的第一预译码器中第一前向递归因子α₁的计算公式为：

${\widetilde{\mathrm{\α}}}_{1,k}\left(S_k\right)=\ln \underset{S_{k-1}}{\mathrm{\Σ}}\underset{z}{\mathrm{\Σ}}{e}^{{\widetilde{\mathrm{\γ}}}^z(y_k,S_{k-1},S_k)+{\widetilde{\mathrm{\α}}}_{1,k-1}\left(S_{k-1}\right)}-\ln \underset{S_k}{\mathrm{\Σ}}\underset{S_{k-1}}{\mathrm{\Σ}}\underset{z}{\mathrm{\Σ}}{e}^{{\widetilde{\mathrm{\γ}}}^z(y_k,S_{k-1},S_k)+{\widetilde{\mathrm{\α}}}_{1,k-1}\left(S_{k-1}\right);}$

第一后向递归因子β₁的计算公式为：

${\widetilde{\mathrm{\β}}}_{1,k}\left(S_k\right)=\ln \underset{S_{k+1}}{\mathrm{\Σ}}\underset{z}{\mathrm{\Σ}}{e}^{{\widetilde{\mathrm{\γ}}}^z(y_{k+1},S_k,S_{k+1})+{\widetilde{\mathrm{\β}}}_{1,k+1}\left(S_{k+1}\right)}-\ln \underset{S_k}{\mathrm{\Σ}}\underset{S_{k+1}}{\mathrm{\Σ}}\underset{z}{\mathrm{\Σ}}{e}^{{\widetilde{\mathrm{\γ}}}^z(y_{k+1},S_k,S_{k+1})+{\widetilde{\mathrm{\α}}}_{1,k}\left(S_k\right)}$

其中，S_k表示编码器在k时刻的状态，z表示编码器在k时刻的输入，记为 $z=({x_k}^{s1},{x_k}^{s2}),$ z∈{00，01，10，11)；

y表示译码器接收到的码字；

表示状态转移概率的自然对数形式，计算公式为：

${\widetilde{\mathrm{\γ}}}^z(y_k,S_{k-1},S_k)=\frac{2{y_k}^{s1}{x_k}^{s1}}{N_o}+\frac{2{y_k}^{s2}{x_k}^{s2}}{N_o}+\frac{2{y_k}^p{x_k}^p(z,S_{k-1},S_k)}{N_o}+\ln \mathrm{Pr}\left\{S_k\right|S_{k-1}\}$

上述

计计算公式中：x_k ^p表示编码器在k时刻输出的校验位，

y_k ^s1和y_k ^s2分别表示在k时刻输入译码器的系统码的第一位和第二位，

y_k ^p表示在k时刻输入译码器的校验位，

上述k在1～t之间取值，t为预译码长度，

N_o为噪声单边功率谱密度。

3.根据权利要求1所述的基于DVB-RCS标准的双二元Turbo码译码方法，其特征在于：所述(2)中的第一分量译码器中的第一对数似然比Λ₁的计算公式为：

${\mathrm{\Λ}}_1^{\stackrel{\→}{z}}\left(d_k\right)=\ln \underset{S_k}{\mathrm{\Σ}}\underset{S_{k-1}}{\mathrm{\Σ}}{e}^{{\widetilde{\mathrm{\γ}}}^{\stackrel{\→}{z}}(y_k,S_{k-1},S_k)+{\widetilde{\mathrm{\α}}}_{k-1}\left(S_{k-1}\right)+{\widetilde{\mathrm{\β}}}_k\left(S_k\right)}-\underset{S_k}{\ln \mathrm{\Σ}}\underset{S_{k+1}}{\mathrm{\Σ}}{e}^{{\widetilde{\mathrm{\γ}}}^{00}(y_k,S_{k-1},S_k)+{\widetilde{\mathrm{\α}}}_{k-1}\left(S_{k-1}\right)+{\widetilde{\mathrm{\β}}}_k\left(S_k\right)}$

其中：S_k表示编码器在k时刻的状态； $\stackrel{\→}{z}\∈\left\{\mathrm{01,10,11}\right\};$

表示状态转移概率的自然对数形式，其计算公式为：

${\widetilde{\mathrm{\γ}}}^z(y_k,S_{k-1},S_k)=\frac{2{y_k}^{s1}{x_k}^{s1}}{N_o}+\frac{2{y_k}^{s2}{s_k}^{s2}}{N_o}+\frac{2{y_k}^p{x_k}^p(z,S_{k-1},S_k)}{N_o}+\ln \mathrm{Pr}\left\{S_k\right|S_{k-1}\}$

其中：z表示编码器在k时刻的输入，记为 $z=({x_k}^{s1},{x_k}^{s2}),$ z∈{00，01，10，11}；

s_k ^p表示编码器在k时刻输出的校验位；

y_k ^s1和y_k ^s2分别表示在k时刻输入译码器的系统码的第一位和第二位；

y_k ^p表示在k时刻输入译码器的校验位；

上述k在1～N之间取值，N为码字中系统码的长度；

N_o为噪声单边功率谱密度。

4.根据权利要求1所述的基于DVB-RCS标准的双二元Turbo码译码方法，其特征在于：所述的步骤(3)中的第一外信息L_e1的计算公式为：

${L_{e1}}^{\stackrel{\→}{z}}\left(d_k\right)={{\mathrm{\Λ}}_1}^{\stackrel{\→}{z}}\left(d_k\right)-{L_{s1}}^{\stackrel{\→}{z}}\left(d_k\right)-{L_{a1}}^{\stackrel{\→}{z}}\left(d_k\right)$

其中：L_a1为第一先验信息；Λ₁为第一对数似然比；

第一系统信息

的计算公式为：

${L_{s1}}^{\stackrel{\→}{z}}\left(d_k\right)=\ln \frac{p\left({y_k}^s\right|d_k=\stackrel{\→}{z})}{p\left({y_k}^s\right|d_k=00)}$

$p\left({y_k}^s\right|d_k=z)=p\left({y_k}^{s1}\right|{x_k}^{s1})\·p\left({y_k}^{s2}\right|{x_k}^{s2})=\frac{1}{\mathrm{\π}{N}_o}{e}^{-\frac{1}{N_o}[{({y_k}^{s1}-{x_k}^{s1})}^2+{({y_k}^{s2}-{x_k}^{s2})}^2]}$

其中： ${y_k}^s=({y_k}^{s1},{y_k}^{s2})$ 为译码器接收到的系统码；

z表示编码器在k时刻的输入，记为 $z=({x_k}^{s1},{x_k}^{s2}),$ z∈{00，01，10，11}； $\stackrel{\→}{z}\∈\left\{\mathrm{01,10,11}\right\};$

上述k在1～N之间取值，N为码字中系统码的长度；

N_o为噪声单边功率谱密度。

5.根据权利要求1所述的基于DVB-RCS标准的双二元Turbo码译码方法，其特征在于：所述步骤(4)中的第二交织器实现过程为：按交织地址将第一外信息L_e1写入寄存器，然后按顺序地址读出，得到第二先验信息L_a2。

6.根据权利要求1所述的基于DVB-RCS标准的双二元Turbo码译码方法，其特征在于：所述步骤(5)中的第一交织器实现过程为：按顺序地址将整个译码器接收到的系统码写入寄存器，然后按交织地址读出，得到交织后的结果y_k ^s3和y_k ^s4，其中k在1～N之间取值，N为码字中系统码的长度。

7.根据权利要求1所述的基于DVB-RCS标准的双二元Turbo码译码方法，其特征在于：所述步骤(6)中的第二预译码器中第二前向递归因子α₂的计算公式为：

${\widetilde{\mathrm{\α}}}_{2,k}\left(S_k\right)=\ln \underset{S_{k-1}}{\mathrm{\Σ}}\underset{z}{\mathrm{\Σ}}{e}^{{\widetilde{\mathrm{\γ}}}^z({\tilde{y}}_k,S_{k-1},S_k)+{\widetilde{\mathrm{\α}}}_{2,k-1}\left(S_{k-1}\right)}-\ln \underset{S_k}{\mathrm{\Σ}}\underset{S_{k-1}}{\mathrm{\Σ}}\underset{z}{\mathrm{\Σ}}{e}^{{\widetilde{\mathrm{\γ}}}^z({\tilde{y}}_k,S_{k-1},S_k)+{\widetilde{\mathrm{\α}}}_{2,k-1}\left(S_{k-1}\right)}$

第二后向递归因子β₂的计算公式为：

${\widetilde{\mathrm{\β}}}_{2,k}\left(S_k\right)=\ln \underset{S_{k+1}}{\mathrm{\Σ}}\underset{z}{\mathrm{\Σ}}{e}^{{\widetilde{\mathrm{\γ}}}^z({\tilde{y}}_{k+1},S_k,S_{k+1})+{\widetilde{\mathrm{\β}}}_{2,k+1}\left(S_{k+1}\right)}-\ln \underset{S_k}{\mathrm{\Σ}}\underset{S_{k+1}}{\mathrm{\Σ}}\underset{z}{\mathrm{\Σ}}{e}^{{\widetilde{\mathrm{\γ}}}^z({\tilde{y}}_{k+1},S_k,S_{k+1})+{\widetilde{\mathrm{\α}}}_{2,k}\left(S_k\right)}$

上述公式中：

Sk表示编码器在k时刻的状态；z表示编码器在k时刻的输入，记为 $z=({x_k}^{s1},{x_k}^{s2}),$ z∈{00，01，10，11}；

表示译码器接收到的码字经第一交织器后得到的序列；

表示状态转移概率的自然对数形式，其计算公式为：

${\widetilde{\mathrm{\γ}}}^z({\tilde{y}}_k,S_{k-1},S_k)=\frac{2{y_k}^{s3}{x_k}^{s1}}{N_o}+\frac{{{2y}_k}^{s4}{x_k}^{s2}}{N_o}+\frac{2{y_k}^p{x_k}^p(z,S_{k-1},S_k)}{N_o}+\ln \mathrm{Pr}\left\{S_k\right|S_{k-1}\}$

其中：s_k ^p表示编码器在k时刻输出的校验位；

y_k ^s3和y_k ^s4分别表示中的系统码的第一位和第二位；y_k ^p表示在k时刻输入译码器的校验位；

上述k在1～t之间取值，t为预译码长度；

N_o为噪声单边功率谱密度。

8.根据权利要求1所述的基于DVB-RCS标准的双二元Turbo码译码方法，其特征在于：所述步骤(7)中的第二分量译码器中的第二对数似然比Λ₂的计算公式为：

${\mathrm{\Λ}}_2^{\stackrel{\→}{z}}\left(d_k\right)=\ln \underset{S_k}{\mathrm{\Σ}}\underset{S_{k-1}}{\mathrm{\Σ}}{e}^{{\widetilde{\mathrm{\γ}}}^{\stackrel{\→}{z}}({\tilde{y}}_k,S_{k-1},S_k)+{\widetilde{\mathrm{\α}}}_{k-1}\left(S_{k-1}\right)+{\widetilde{\mathrm{\β}}}_k\left(S_k\right)}-\ln \underset{S_k}{\mathrm{\Σ}}\underset{S_{k+1}}{\mathrm{\Σ}}{e}^{{\widetilde{\mathrm{\γ}}}^{00}({\tilde{y}}_k,S_{k-1}{S}_k)+{\widetilde{\mathrm{\α}}}_{k-1}\left(S_{k-1}\right)+{\widetilde{\mathrm{\β}}}_k\left(S_k\right)}$

其中：S_k表示编码器在k时刻的状态； $\stackrel{\→}{z}\∈\left\{\mathrm{01,10,11}\right\};$

表示译码器接收到的码字经第一交织器后得到的序列；

表示状态转移概率的自然对数形式，其计算公式为：

${\widetilde{\mathrm{\γ}}}^z({\tilde{y}}_{k-1},S_{k-1}{,S}_k)=\frac{2{y_k}^{s3}{x_k}^{s1}}{N_o}+\frac{2{y_k}^{s4}{x_k}^{s2}}{N_o}+\frac{2{y_k}^p{x_k}^p(z,S_{k-1},S_k)}{N_o}+\ln \mathrm{Pr}\left\{S_k\right|S_{k-1}\}$

其中：z表示编码器在k时刻的输入，记为 $z=({x_k}^{s1},{x_k}^{s2}),$ z∈{00，01，10，11}；

x_k ^p表示编码器在k时刻输出的校验位；

y_k ^s3和y_k ^s4分别表示

中的系统码的第一位和第二位；y_k ^p表示在k时刻输入译码器的校验位；

上述k在1～N之间取值，N为码字中系统码的长度；

N_o为噪声单边功率谱密度。

9.根据权利要求1所述的基于DVB-RCS标准的双二元Turbo码译码方法，其特征在于：所述的步骤(8)中的第二外信息L_e2的计算公式为：

${L_{e2}}^{\stackrel{\→}{z}}\left(d_k\right)={{\mathrm{\Λ}}_2}^{\stackrel{\→}{z}}\left(d_k\right)-{L_{s2}}^{\stackrel{\→}{z}}\left(d_k\right)-{L_{a2}}^{\stackrel{\→}{z}}\left(d_k\right)$

其中：L_a2为第二先验信息；Λ₂为第二对数似然比；

第二系统信息

的计算公式为：

${L_{s2}}^{\stackrel{\→}{z}}\left(d_k\right)=\ln \frac{p\left({{\tilde{y}}_k}^s\right|d_k=\stackrel{\→}{z})}{p\left({{\tilde{y}}_k}^s\right|d_k=00)}$

$p\left({{\tilde{y}}_k}^s\right|d_k=z)=p\left({y_k}^{s3}\right|{x_k}^{s1})\·p\left({y_k}^{s4}\right|{x_k}^{s2})=\frac{1}{\mathrm{\π}{N}_o}{e}^{-\frac{1}{N}[{({y_k}^{s1}-{x_k}^{s1})}^2+{({y_k}^{s2}-{x_k}^{s2})}^2]}$

其中： ${{\tilde{y}}_k}^s=({y_k}^{s3},{y_k}^{s4})$ 为译码器接收到的系统码经过第一交织器后得到的序列；

z表示编码器在k时刻的输入，记为 $z=({x_k}^{s1},{x_k}^{s2}),$ z∈{00，01，10，11}； $\stackrel{\→}{z}\∈\left\{\mathrm{01,10,11}\right\};$

上述k在1～N之间取值，N为码字中系统码的长度；

N_o为噪声单边功率谱密度。

10.根据权利要求1所述的基于DVB-RCS标准的双二元Turbo码译码方法，其特征在于：所述步骤(9)中的第一解交织器实现过程为：按解交织地址将第二外信息L_e2写入寄存器，然后按顺序地址读出，得到第一先验信息L_a1。

11.根据权利要求1所述的基于DVB-RCS标准的双二元Turbo码译码方法，其特征在于：所述步骤(11)中的第二解交织器实现过程为：按解交织地址将第二对数似然比Λ₂写入寄存器，然后按顺序地址读出，得到最终的对数似然比信息

12.根据权利要求1所述的基于DVB-RCS标准的双二元Turbo码译码方法，其特征在于：所述步骤(11)中的硬判决是对最终的对数似然比 ${{\widehat{\mathrm{\Λ}}}_2}^z,z\∈\left\{\mathrm{00,01,10,11}\right\}$ 中的数据进行大小比较，最大者所对应的双比特被判决为最终的译码比特。

13.基于DVB-RCS标准的双二元Turbo码译码器，其特征在于硬件实现主要包括：乒乓RAM、分量译码器、系统信息运算器、外信息RAM、对数似然比RAM和硬判决器六个模块，其中：

所述的乒乓RAM由乒乓RAM1和乒乓RAM2组成，用于存储接收数据，接收到的第一帧数据先存入乒乓RAM1中，待第一帧数据存储完毕后，后续的分量译码器和系统信息运算器开始从乒乓RAM1中读取数据；此时如果第二帧数据到来，则将其存入乒乓RAM2，后续的分量译码器和系统信息运算器处理完乒乓RAM1中的数据后开始连续处理乒乓RAM2中的数据；此时如果第三帧数据到来，则将其存入乒乓RAM1，重复上述处理过程；

所述的分量译码器，对乒乓RAM采用时间复用的方式同时实现所述权利要求1中的第一预译码器、第一分量译码器、第二预译码器和第二分量译码器的预译码和分量译码的功能；

所述的系统信息运算器，用于计算权利要求1中所述的第一系统信息L_s1和第二系统信息L_s2；

所述的外信息RAM，采用时间复用的方式存储第一外信息L_e1和第二外信息L_e2，即按交织地址将第一外信息L_e1或第二外信息L_e2写入外信息RAM，然后按顺序地址读出以得到第二先验信息L_a2或第一先验信息L_a1；

所述的对数似然比RAM，用于存储迭代结束后分量译码器输出的最终对数似然比

所述的硬判决器，用于对对数似然比RAM中存储的最终对数似然比

进行硬判决，该模块输出的即为最终的译码比特；

整个译码器的实现过程为：每次迭代运算均分为两步进行，第一步从乒乓RAM中读出接收到的由发射端第一分量编码器输出的校验位，并按顺序地址读出接收到的系统码，将两者输入分量译码器，此时的分量译码器实现第一预译码器和第一分量译码器的功能并输出第一对数似然比Λ₁，同时系统信息运算器根据按顺序地址从乒乓RAM中读出的接收到的系统码计算出第一系统信息L_s1，将第一对数似然比Λ₁、第一外信息L_s1和第一先验信息L_a1输入加法器得到第一外信息L_e1，将第一外信息L_e1输入外信息RAM，外信息RAM输出第二先验信息L_a2；第二步从乒乓RAM中读出接收到的由发射端第二分量编码器输出的校验位，并按交织地址读出接收到的系统码，将其输入分量译码器，此时分量译码器实现第二预译码器和第二分量译码器的功能并输出第二对数似然比Λ₂，同时系统信息运算器根据按交织地址从乒乓RAM中读出的接收到的系统码计算出第二系统信息L_s2，将第二对数似然比Λ₂、第二系统信息L_s2和第二先验信息L_a2输入加法器得到第二外信息L_e2，将第二外信息L_e2输入外信息RAM，外信息RAM输出第一先验信息L_a1；重复上述过程直至满足迭代终止条件；迭代终止后，将分量译码器最后算出的对数似然比依次送入对数似然比RAM和硬判决器中，得到最终的译码比特。