CN101707490B - 并行Turbo码内交织方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种并行Turbo码内交织方法，在同一时刻i先计算M个译码数据的地址偏移量∏′(i)，再计算地址索引q∏(i+tW)，实现同一时刻对M个译码结果交织寻址的处理；在i＝0时刻，初始化，获得∏′(0)和q∏(0)，并从t＝1到M-1递推计算q∏(tW)；从i＝1到i＝W-1时刻，递推计算∏′(i)和q∏(i+tW)，t＝1，…，M-1；本发明利用计算出来的第0个子存储器的索引q∏(i)来进行递推计算得到第t个子存储器的索引q∏(i+tW)，t＝1，…，M-1，根据q∏(i+tW)和∏′(i)就可以实现M路数据同时进行并行交织或解交织，通过简单的加减和判断计算，计算量低；只需存储子存储器的地址偏移量∏′(i)和子存储器的地址索引q∏(i+tW)，i＝0，1，2，…，W-1，因此存储量较小。

Description

并行Turbo码内交织方法
技术领域
本发明涉及到第三代移动通信长期演进系统(简称3G LTE)中并行Turbo码内交织方法。
背景技术
2004年底第三代移动通信系统标准化组织(以下简称3GPP)启动了关于3G LTE(长期演进)的研究和标准化工作，在3G LTE系统中依然采用Turbo码作为数据业务的信道编码。Turbo译码器由两个SISO(软输入软输出)分量译码器、硬判决器、交织器和解交织器构成(如图1)。由于LTE系统的传输速率比较高，那么对于接收机就需要一个高速的Turbo译码器。高速Turbo译码器通常采用并行Turbo译码方式，即将两个SISO分量译码器设计成多个并行的译码单元，即将长度为K的码块分成M个子块并行译码，分量译码器的并行结构如图2所示。从图2中可以看出，将存储器分成M个子存储器，在并行译码过程中，M个译码器输出的M个结果同时进行交织或解交织后分别存入M个子存储器中。
在3G LTE系统中Turbo码在两个分量译码器之间用了一个QPP(简称二次置换多项式)内交织器，在3G LTE协议(3GPP 36.212)中给出了QPP内交织器的地址计算方法如下：
假设输入到Turbo码内交织器的比特表示为c0，c1，...，cK-1，其中K表示输入数据的长度，从Turbo码内交织器输出的数据表示为c0′，c1′，...，cK-1′。
输入比特和输出比特的交织过程用下式表示：
              ci′＝c∏(i)，i＝0，1，...，K-1
输出的下标i和输入QPP交织器地址下标Π(i)计算关系满足如下二次方程式：
                 Π(i)＝(f1·i+f2·i2)mod K
其中，mod表示求余运算，f1和f2由输入数据的长度K决定，K有多种取值方式，如表1所示。
表1
  No   K   f1   f2   No   K   f1   f2   No   K   f1   f2   No   K   f1   f2
  1   40   3   10   48   416   25   52   95   1120   67   140   142   3200   111   240
  2   48   7   12   49   424   51   106   96   1152   35   72   143   3264   443   204
  3   56   19   42   50   432   47   72   97   1184   19   74   144   3328   51   104
  4   64   7   16   51   440   91   110   98   1216   39   76   145   3392   51   212
  5   72   7   18   52   448   29   168   99   1248   19   78   146   3456   451   192
  6   80   11   20   53   456   29   114   100   1280   199   240   147   3520   257   220
  7   88   5   22   54   464   247   58   101   1312   21   82   148   3584   57   336
  8   96   11   24   55   472   29   118   102   1344   211   252   149   3648   313   228
  9   104   7   26   56   480   89   180   103   1376   21   86   150   3712   271   232
  10   112   41   84   57   488   91   122   104   1408   43   88   151   3776   179   236
  11   120   103   90   58   496   157   62   105   1440   149   60   152   3840   331   120
  12   128   15   32   59   504   55   84   106   1472   45   92   153   3904   363   244
  13   136   9   34   60   512   31   64   107   1504   49   846   154   3968   375   248
  14   144   17   108   61   528   17   66   108   1536   71   48   155   4032   127   168
  15   152   9   38   62   544   35   68   109   1568   13   28   156   4096   31   64
  16   160   21   120   63   560   227   420   110   1600   17   80   157   4160   33   130
  17   168   101   84   64   576   65   96   111   1632   25   102   158   4224   43   264
  18   176   21   44   65   592   19   74   112   1664   183   104   159   4288   33   134
  19   184   57   46   66   608   37   76   113   1696   55   954   160   4352   477   408
  20   192   23   48   67   624   41   234   114   1728   127   96   161   4416   35   138
  21   200   13   50   68   640   39   80   115   1760   27   110   162   4480   233   280
  22   208   27   52   69   656   185   82   116   1792   29   112   163   4544   357   142
  23   216   11   36   70   672   43   252   117   1824   29   114   164   4608   337   480
  24   224   27   56   71   688   21   86   118   1856   57   116   165   4672   37   146
  25   232   85   58   72   704   155   44   119   1888   45   354   166   4736   71   444
  26   240   29   60   73   720   79   120   120   1920   31   120   167   4800   71   120
  27   248   33   62   74   736   139   92   121   1952   59   610   168   4864   37   152
  28   256   15   32   75   752   23   94   122   1984   185   124   169   4928   39   462
  29   264   17   198   76   768   217   48   123   2016   113   420   170   4992   127   234
  30   272   33   68   77   784   25   98   124   2048   31   64   171   5056   39   158
  31   280   103   210   78   800   17   80   125   2112   17   66   172   5120   39   80
  32   288   19   36   79   816   127   102   126   2176   171   136   173   5184   31   96
  33   296   19   74   80   832   25   52   127   2240   209   420   174   5248   113   902
  34   304   37   76   81   848   239   106   128   2304   253   216   175   5312   41   166
  35   312   19   78   82   864   17   48   129   2368   367   444   176   5376   251   336
  36   320   21   120   83   880   137   110   130   2432   265   456   177   5440   43   170
  37   328   21   82   84   896   215   112   131   2496   181   468   178   5504   21   86
  38   336   115   84   85   912   29   114   132   2560   39   80   179   5568   43   174
  39   344   193   86   86   928   15   58   133   2624   27   164   180   5632   45   176
  40   352   21   44   87   944   147   118   134   2688   127   504   181   5696   45   178
  41   360   133   90   88   960   29   60   135   2752   143   172   182   5760   161   120
  42   368   81   46   89   976   59   122   136   2816   43   88   183   5824   89   182
  43   376   45   94   90   992   65   124   137   2880   29   300   184   5888   323   184
  44   384   23   48   91   1008   55   84   138   2944   45   92   185   5952   47   186
  45   392   243   98   92   1024   31   64   139   3008   157   188   186   6016   23   94
  46   400   151   40   93   1056   17   66   140   3072   47   96   187   6080   47   190
  47   408   155   102   94   1088   171   204   141   3136   13   28   188   6144   263   480
3G LTE协议(3GPP 36.212)中给出的QPP内交织器的交织地址计算方法实际上可以通过公式Π(i)＝(f1·i+f2·i2)mod K来表示，但是，此方法只能按照依次递推的关系计算出所有交织器的地址，时延较大，并且在乘法后再求余运算，运算复杂高。
美国专利US2008/0115034 A1(文献1)公开了一种递推计算QPP交织器地址的方法，步骤如下：
1)计算初始值g(0)、Π(0)和常量C；
Π(0)＝0
2)从i＝1开始，计算g(i)和Π(i)，直到i＝K-1；
Figure G2009101909222D00033
Figure G2009101909222D00034
由上面的步骤可知，QPP交织器的地址的计算可以通过以上g(i)和Π(i)计算公式做简单的加减和判断计算得到，而不需要乘法和求余运算，减小了运算复杂度，但是并行Turbo译码器要进行并行交织或解交织，需要知道交织器地址对应的子存储器中的地址偏移量和子存储器的索引。
IEEE International Symposium on Circuits and Systems，2006.ISCAS 2006，Michael K.Cheng，Bruce E.Moision，Jon Hamkins，and Michael A.Nakashima，AnInterleaver Implementation for the Serially Concatenated Pulse-Position ModulationDecoder，(文献2)将并行设计中数据的存储器分成了多个子存储器，假设将长度为K的码块平均分成M个子块，每个子块的长度为W，则K＝MW，并提出了将交织地址Π(i)表示为：Π(i)mod K＝Π′(i)+qΠ(i)W，其中Π′(i)＝Π(i)mod W，表示交织地址偏移量，
Figure G2009101909222D00041
其中
Figure G2009101909222D00042
表示向下取整，表示交织地址索引(子存储器编号从0开始)。该文献中虽然给出了交织地址偏移量和交织地址索引的计算方法，但本方法并未考虑Turbo并行译码在同一时刻有M个输出，从而未给出在同一时刻计算多个并行交织地址的方法。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种同一时刻计算多个并行交织地址、且运算量和存储量都较小的并行Turbo码内交织方法。
为解决以上问题，本发明并行Turbo码内交织方法在同一时刻i先计算M个译码数据的地址偏移量Π′(i)，再计算地址索引qΠ(i+tW)，实现同一时刻对M个译码结果交织寻址的处理，主要包括以下步骤：
步骤A：在i＝0时刻，初始化，获得Π′(0)和qΠ(0)，并从t＝1到M-1递推计算此时刻的qΠ(tW)
步骤B：从i＝1到i＝W-1时刻，递推计算Π′(i)和qΠ(i+tW)，t＝1，...，M-1；
所述步骤A的初始化包括：
a)根据码块长度K查表得到Turbo码内交织器的参数f1和f2；
b)根据码块长度K将码块平均分割成M个子块，让K＝MW，每个子块的长度为W；
c)获取或计算以下初始值：Π′(0)，a，b，g′(0)，r2f，q2f，qΠ(0)，qg(0)，并根据初始值计算qΠ(tW)，t＝1，...，M-1；
其中，Π′(0)＝0，a＝f1 mod M，b＝(f1+2f2)mod M，g′(0)＝(f1+f2)mod W，r2f＝(2f2)mod W，
Figure G2009101909222D00043
qΠ(0)＝0，
Figure G2009101909222D00044
所述步骤A递推计算此时刻qΠ(tW)的方法为：
从t＝1开始，递推计算qΠ(tW)，直到t＝M-1；
所述步骤B进一步包括以下过程：
B1：设定初始时刻i＝1
B2：计算Π′(i)：
其中，
Figure G2009101909222D00052
B3：递推计算当前时刻的qΠ(i+tW)，t从1到M-1：
Figure G2009101909222D00053
其中，
Figure G2009101909222D00054
B4：i＝i+1，若i＞W-1，执行完成，否则重复步骤B2-B4；
本发明与文献2的差异在于：本发明利用计算出来的第0个子存储器的索引qΠ(i)来进行递推计算得到第t个子存储器的索引qΠ(i+tW)，t＝1，...，M-1，根据qΠ(i+tW)和Π′(i)就可以实现M路数据同时进行并行交织或解交织。
由于本发明通过简单的加减和判断计算，因此计算量低，表2给出了按照最大并行度为8进行分段时不同码块长度下本发明与其他方法的计算量的比较。从表2可以看出本发明在码块长度比较大时其加减法运算量远小于文献1、2所述的两种算法。
表2
Figure G2009101909222D00056
Figure G2009101909222D00061
由于本发明只需存储子存储器的地址偏移量Π′(i)和子存储器的地址索引qΠ(i+tW)，i＝0，1，2，...，W-1，因此存储量较小。表3给出了按照最大并行度为8进行分段本发明与其他方法的最大存储量的比较，从表中可以看出本发明比一般的方法存储量要小得多。
表3
  最大存储量
  本发明   1536字节
  文献1   6144字节
  文献2   1536字节
附图说明
图1是Turbo译码器的结构图；
图2是分量译码器的并行结构图；
图3是本发明并行Turbo码内交织方法流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例的附图3对本发明作进一步的说明，本发明在同一时刻i先计算M个译码数据的地址偏移量Π′(i)，再计算地址索引qΠ(i+tW)，实现同一时刻对M个译码结果交织寻址的处理。
以LTE的Turbo码内交织器且Turbo译码器最大的并行度为4为例，具体实现流程如图3所示，步骤如下：
步骤A：在i＝0时刻，初始化，获得Π′(0)和qΠ(0)，并从t＝1到M-1递推计算此时刻的qΠ(tW)
所述初始化包括：
a)根据码块长度K查表得到Turbo码内交织器的参数f1和f2；
b)根据码块长度K将码块平均分割成M个子块，让K＝MW，每个子块的长度为W；
所述根据码块长度K将码块平均分割成M个子块的方式为：
M = 1 ifK &le; 1024 2 if 1024 < K &le; 2048 4 ifK > 2048
作为另一实施例，当Turbo译码器最大的并行度为8时，所述分割方法方式为：
M = 1 ifK &le; 512 2 if 512 < K &le; 1024 4 if 1024 < K &le; 2048 8 ifK > 2048
c)获取或计算以下初始值：Π′(0)，a，b，g′(0)，r2f，q2f，qΠ(0)，qg(0)，并根据初始值计算qΠ(tW)，t＝1，...，M-1；
其中，Π′(0)＝0，a＝f1 mod M，b＝(f1+2f2)mod M，g′(0)＝(f1+f2)mod W，r2f＝(2f2)mod W，
Figure G2009101909222D00073
qΠ(0)＝0，
Figure G2009101909222D00074
优选地，以上初始值可以预先计算，然后存储起来，使用时直接读取。
所述递推计算此时刻qΠ(tW)的方法为：
从t＝1开始，递推计算qΠ(tW)，直到t＝M-1；
Figure G2009101909222D00075
步骤B：从i＝1到i＝W-1时刻，递推计算Π′(i)和qΠ(i+tW)，t＝1，...，M-1；
进一步地，包括以下过程：
B1：设定初始时刻i＝1
B2：计算Π′(i)：
Figure G2009101909222D00076
其中，
B3：递推计算当前时刻的qΠ(i+tW)，t从1到M-1：
其中，
Figure G2009101909222D00082
Figure G2009101909222D00083
作为另一实施例，当Turbo译码器最大的并行度为8时，qΠ(i+tW)的计算采用以下公式：
当i为偶数时：
Figure G2009101909222D00084
当i为奇数时：
Figure G2009101909222D00085
B4：i＝i+1，若i＞W-1，执行完成，否则重复步骤B2-B4。
本领域技术人员显然清楚并且理解，本发明方法所举的以上实施例仅用于说明本发明，而并不用于限制本发明，本领域技术人员显然清楚，在不背离本发明的精神及其实质的情况下，本领域技术人员当可根据本发明方法做出各种相应的改变或变形，但这些相应的改变或变形均属于本发明的权利要求保护范围。

Claims (2)

1.并行Turbo码内交织方法，其特征在于，在同一时刻i先计算M个译码数据的地址偏移量∏′(i)，再计算地址索引q∏(i+tW)，实现同一时刻对M个译码结果交织寻址的处理，包括以下步骤：
步骤A:在i＝0时刻，初始化，获得∏′(0)和q∏(0)，并从t＝1到M-1递推计算q∏(tW);
步骤B:从i＝1到i＝W-1时刻，递推计算∏′(i)和q∏(i+tW),t=1,…,M-1；
其中，M是子块个数，W为每个子块的长度；
所述步骤A的初始化包括：
a）根据码块长度K查表得到Turbo码内交织器的参数f1和f2；
b）根据码块长度K将码块平均分割成M个子块，让K=MW，每个子块的长度为W；
c）获取或计算以下初始值：∏′(0)，a，b，g′(0)，r2f，q2f，q∏(0)，qg(0)，并根据初始值计算q∏(tW)，t＝1,…,M-1；
其中，∏′(0)=0，a=f1modM，b=(f1+2f2)modM，g′(0)=(f1+f2)modW，r2f=(2f2)modW，
Figure FDA00002234880100011
q∏(0)=0，
Figure FDA00002234880100012
所述步骤A递推计算q∏(tW)的方法为：
从t=1开始，递推计算q∏(tW)，直到t=M-1；
其中，
Figure FDA00002234880100013
所述步骤B进一步包括以下过程：
B1：设定初始时刻i＝1；
B2：计算∏′(i)：
其中，
Figure FDA00002234880100014
B3：递推计算当前时刻的q∏(i+tW)，t从1到M-1：
当Turbo译码器最大的并行度为4时
Figure FDA00002234880100021
当Turbo译码器最大的并行度为8时
当i为偶数时：
Figure FDA00002234880100022
当i为奇数时：
其中，
Figure FDA00002234880100024
B4：i＝i+1，若i>W-1，执行完成，否则重复步骤B2-B4。
2.如权利要求1所述并行Turbo码内交织方法，其特征在于，所述根据码块长度K将码块平均分割成M个子块的方式为：
当Turbo译码器最大的并行度为4时
M = 1 if K < = 1024 2 if 1024 < K < = 2048 4 if K > 2048
当Turbo译码器最大的并行度为8时
M = 1 if K < = 512 2 if 512 < K < = 1024 4 if 1024 < K < = 2048 8 if K > 2048 .
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