CN103354483A - 通用的高性能Radix-4SOVA译码器及其译码方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通用的高性能Radix-4SOVA译码器及其译码方法，主要解决现有技术在Radix-4SOVA译码器中只支持基于比特交织的二进制Turbo码的问题。其实现步骤是：接收信道信息并存储；读取第一个分量码的信道信息，进行第一次分量译码，即依次计算分支度量，累积路径度量，可信度，对数似然比和外信息，并交织该外信息后存储；读取第二个分量码的信道信息，完成第二次分量译码；判断是否达到最大迭代次数，如果否，开始下一次迭代译码，反之，硬判决对数似然比得到译码比特的估计值，译码结束。本发明采用基于比特对的可信度更新方法，可实现二进制Turbo码和双二进制卷积Turbo码通用可配置的高性能译码，可用于LTE和WiMAX系统中的通用可配置Turbo译码器。

Description

通用的高性能Radix-4SOVA译码器及其译码方法

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，更进一步涉及信道编码技术领域中的一种Radix-4SOVA译码器，可用于LTE/WiMAX系统中的Turbo码译码。

背景技术

高吞吐率且高性能的Turbo码译码是下一代宽带无线通信系统中的一个核心技术。Turbo码译码算法分为两类：一类是由Viterbi算法演化而来的软输出维特比SOVA算法；一类是最大后验概率MAP算法，以及由MAP算法延伸出的对数最大后验概率Log-MAP算法和Max-Log-MAP算法。从译码时延的角度来说，MAP类算法需要计算前向和后向两次递归过程，具有较大的译码延迟，而SOVA算法只需要在前向递归过程中回溯一个固定长度，因此译码延迟相对较小，从而有利于在高速率通信场景中得到应用。

为了提高译码速率，近年来SOVA算法的Radix-4结构得到了广泛的研究，Haratsch E F等人在“A Radix-4Soft-Output Viterbi Architecture”（IEEE InternationalSymposium on VLSI Design,Automation and Test,Hsinchu,2008:224-227.）提出了一种高译码速率的Radix-4SOVA译码器。该译码器通过将编码网格图中两步状态转移合并成一步进行译码，从而提高了译码速度；该译码器存在的不足是：由于更新规则仍采用的是传统Radix-2SOVA的更新规则，所以不适合WiMAX系统中基于比特对交织的双二进制卷积Turbo码CTC。

西安电子科技大学ISN国家重点实验室提出的专利申请“通用可配置的高速率Turbo码译码系统及其方法”（申请日：2012年1月4日，申请号：201210001563.3，公开号：CN102523076A）中公开了一种通用可配置的高速率Turbo码译码系统及其方法。该发明利用基-4的Max-Log-MAP（Radix-4Max-Log-MAP）算法和基-4的软输出维特比（Radix-4SOVA）算法之间的共性，完成在一个译码系统中同时实现两种算法通用可配置的译码，从而可以根据无线信道条件，实时地选择其中一种算法进行译码，有效地降低了同时独立实现上述两种算法的硬件资源消耗，保证了下一代宽带无线通信系统对Turbo码译码器的低硬件资源消耗和高译码速率的要求；另外该发明还采用了一种新的更新规则，一次可以完成两个度量差对可信度的更新，且该发明中的新更新规则比传统Radix-2SOVA算法的更新规则更适合Radix-4SOVA算法。但其缺点同样是：所采用的Radix-4SOVA算法只适用于基于比特交织的二进制Turbo码，而不适用于基于比特对交织的双二进制的卷积Turbo码。

众所周知，LTE标准中的编码部分采用了基于比特交织的二进制Turbo码，而WiMAX标准中采用了基于比特对交织的双二进制卷积Turbo码。因此，之前的Radix-4SOVA译码器均不能满足在下一代无线通信的不同标准中通用译码需求。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种通用的高性能Radix-4SOVA译码器及其译码方法，以实现二进制Turbo码和双二进制卷积Turbo码的通用译码，并提高译码器的译码性能。

为了实现上述目的，本发明的技术思路是：从基于比特对的可信度更新角度出发，利用基于比特对的更新递推公式，对传统Radix-4SOVA算法的基于比特的可信度更新方法进行改进，使译码器既支持基于比特交织二进制Turbo码，也支持基于比特对交织的双二进制卷积Turbo码，从而实现了LTE/WiMAX系统的通用可配置的高性能Turbo码译码。

一．译码器结构

根据上述技术思路，本发明的译码器包括：

输入数据存储模块(1)，用于接收并存储接收到的信道信息序列；

分支度量计算模块(2)，利用输入数据存储模块(1)提供的信道信息序列，以及Turbo外信息计算存储模块(7)或CTC外信息计算存储模块(10)提供的先验信息序列，并根据分支度量计算公式，计算译码时两步状态转移的分支度量，并将计算得到的分支度量输出给累积路径度量计算模块(3)；

累积路径度量计算模块(3)，用于对分支度量计算模块(2)输出的分支度量，利用累积路径度量的递归计算公式，计算译码路径的累积路径度量，并将累积路径度量输出给可信度计算模块(4)；

可信度计算模块(4)，利用累积路径度量计算模块(3)输出的累积路径度量，并根据可信度递归更新公式，对译码比特对的可信度进行更新，并将更新后的可信度输出给可信度存储模块(5)；

可信度存储模块(5)，用于存储可信度计算模块(4)输出的译码比特对的可信度，当译码器工作在LTE系统时，将译码比特对的可信度输出给Turbo对数似然比计算模块(6)，当译码器工作在WiMAX系统时，将译码比特对的可信度输出给CTC对数似然比计算模块(9)；

Turbo对数似然比计算模块(6)，利用可信度存储模块(5)提供的译码比特对的可信度，根据二进制Turbo码的对数似然比计算公式，计算译码比特的对数似然比，并将计算得到的对数似然比输出给Turbo外信息计算存储模块(7)和Turbo硬判决模块(8)；

Turbo外信息计算存储模块(7)，利用Turbo对数似然比计算模块(6)输出的对数似然比，计算译码比特的外信息，并对该外信息交织后存储，将存储的信息输出给分支度量计算模块(2)，作为下一次分量译码的先验信息；

Turbo硬判决模块(8)，利用Turbo译码的硬判决规则对Turbo对数似然比计算模块(6)输出的对数似然比进行硬判决，输出待译码比特的估计值；

CTC对数似然比计算模块(9)，利用可信度存储模块(5)的译码比特对的可信度，根据双二进制CTC码的对数似然比计算公式，计算译码比特对的对数似然比，并将计算得到的对数似然比输出给CTC外信息计算存储模块(10)和CTC硬判决模块(11)；

CTC外信息计算存储模块(10)，利用CTC对数似然比计算模块(9)输出的对数似然比，计算译码比特对的外信息，并对该外信息交织后存储，将存储的外信息输出给分支度量计算模块(2)，作为下一次分量译码的先验信息；

CTC硬判决模块(11)，利用CTC译码的硬判决规则对CTC对数似然比计算模块(9)输出的对数似然比进行硬判决，输出待译码比特的估计值。

二．译码方法

利用上述译码，本发明的译码方法包括如下步骤：

（1）输入数据存储模块(1)接收并存储编码端发送的码字信息序列，存储容量为两帧，一帧用于接收，一帧用于译码，两帧交替进行；

（2）读取信息，进行第一次分量译码：

（2a）分支度量计算模块(2)按照顺序地址读取输入数据存储模块(1)中第一个分量码的系统信息序列和校验信息序列；

（2b）根据译码器的工作系统，分支度量计算模块(2)读取Turbo外信息计算存储模块(7)或CTC外信息计算存储模块(10)的外信息序列：

当译码器工作在LTE系统时，分支度量计算模块(2)按照顺序地址读取Turbo外信息计算存储模块(7)中译码比特的外信息序列，作为本次分量译码的先验信息序列，其中译码比特的外信息序列的初始值初始化为0；

当译码器工作在WiMAX系统时，分支度量计算模块(2)按照顺序地址读取CTC外信息计算存储模块(10)中译码比特对的外信息序列，作为本次分量译码的先验信息序列，其中译码比特对的外信息序列的初始值初始化为0；

（3）分支度量计算模块(2)利用系统信息序列、校验信息序列和先验信息序列，通过分支度量计算公式，计算译码时两步状态转移的分支度量；

（4）累积路径度量计算模块(3)利用分支度量，通过累积路径度量的递归计算公式计算译码路径的累积路径度量；

（5）对译码比特对的可信度进行更新并存储：

（5a）可信度计算模块(4)对译码比特对的可信度进行更新，得到k+1时刻状态关于译码比特对u_l,l+1＝00、u_l,l+1＝01、u_l,l+1＝10和u_l,l+1＝11的可信度：

$\mathrm{LLR}(u_{l,l+1}=00|P_{k+1,}^s{y}_1^{k+1})=\underset{P_{k-1}^{s_i}}{\max }\{\mathrm{LLR}(u_{l,l+1}=00|P_{k-1,}^{s_i}{y}_1^{k-1})+{\mathrm{\Δ}}_{k-1\→k+1}^{s_i\→s}\}$

$\mathrm{LLR}(u_{l,l+1}=01|P_{k+1,}^s{y}_1^{k+1})=\underset{P_{k-1}^{s_i}}{\max }\{\mathrm{LLR}(u_{l,l+1}=01|P_{k-1,}^{s_i}{y}_1^{k-1})+{\mathrm{\Δ}}_{k-1\→k+1}^{s_i\→s}\}$

$\mathrm{LLR}(u_{l,l+1}=10|P_{k+1,}^s{y}_1^{k+1})=\underset{P_{k-1}^{s_i}}{\max }\{\mathrm{LLR}(u_{l,l+1}=10|P_{k-1,}^{s_i}{y}_1^{k-1})+{\mathrm{\Δ}}_{k-1\→k+1}^{s_i\→s}\}$

$\mathrm{LLR}(u_{l,l+1}=11|P_{k+1,}^s{y}_1^{k+1})=\underset{P_{k-1}^{s_i}}{\max }\{\mathrm{LLR}(u_{l,l+1}=11|P_{k-1,}^{s_i}{y}_1^{k-1})+{\mathrm{\Δ}}_{k-1\→k+1}^{s_i\→s}\}$

其中，u_l,l+1表示相邻两个时刻编码器输入的信息比特组成的一个信息比特对，l＝k-2,k-4,…,k-δ，δ＝20，k＝3,5,…,N-1，N表示码长且取偶数，

表示k+1时刻编码器的状态s，s∈{0,1,…,2^v-1}，v表示编码器的寄存器个数，

表示译码器从1到k+1时刻接收到的信息序列，LLR表示译码比特对的可信度符号，

表示k-1时刻编码器的状态s_i，i=0,1,2,3， ${\mathrm{\Δ}}_{k-1\→k+1}^{s_i\→s}=M({\stackrel{\‾}{l}}_{k-1}^{s_i}\→P_{k+1}^s)-\underset{{\stackrel{\‾}{l}}_{k-1}^{s_j}}{\max }\left\{M({\stackrel{\‾}{l}}_{k-1}^{s_j}\→P_{k+1}^s)\right\}$ 表示从k-1时刻状态s_i转移到k+1时刻状态s的累积路径度量与转移到状态s的最大累积路径度量之差，

表示k-1时刻状态s_i的幸存路径，

表示从k-1时刻的幸存路径

转移到第k+1时刻状态s的累积路径度量；

（5b）将转移到k+1时刻状态

对应分支u_k,k+1＝00、u_k,k+1＝01、u_k,k+1＝10和u_k,k+1＝11的累积路径度量减去其最大值后，分别赋值给

$\mathrm{LLR}(u_{k,k+1}=01|P_{k+1,}^s{y}_1^{k+1}),$ $\mathrm{LLR}(u_{k,k+1}=10|P_{k+1,}^s{y}_1^{k+1})$ 和 $\mathrm{LLR}(u_{k,k+1}=11|P_{k+1,}^s{y}_1^{k+1}).$

（5c）将上述更新后的可信度存储到可信度存储模块(5)；

（6）根据译码器的工作系统，选择相应的对数似然比计算模块，计算对数似然比：

（6a）当译码器工作在LTE系统时，选择Turbo对数似然比计算模块(6)利用二进制Turbo码的对数似然比计算公式，计算译码比特的对数似然比；

（6b）当译码器工作在WiMAX系统时，选择CTC对数似然比计算模块(9)利用双二进制CTC码的对数似然比计算公式，计算译码比特对的对数似然比；

（7）根据译码器的工作系统，选择相应的外信息计算存储模块，计算外信息并存储：

（7a）当译码器工作在LTE系统时，选择Turbo外信息计算存储模块(7)利用Turbo码的外信息计算公式，计算译码比特的外信息，并对该外信息交织后存储，作为下一次分量译码的先验信息；

（7b）当译码器工作在WiMAX系统时，选择CTC外信息计算存储模块(10)利用CTC码的外信息计算公式，计算译码比特对的外信息，并对该外信息交织后存储，作为下一次分量译码的先验信息；

（8）读取信息，进行第二次分量译码：

（8a）分支度量计算模块(2)按照交织和顺序地址分别读取输入数据存储模块(1)中第二个分量码的系统信息序列和校验信息序列；

（8b）根据译码器的工作系统，分支度量计算模块(2)读取Turbo外信息计算存储模块(7)或CTC外信息计算存储模块(10)的外信息序列：

当译码器工作在LTE系统时，分支度量计算模块(2)按照顺序地址读取Turbo外信息计算存储模块(7)中译码比特的外信息序列，作为本次分量译码的先验信息序列；

当译码器工作在WiMAX系统时，分支度量计算模块(2)按照顺序地址读取CTC外信息计算存储模块(10)中译码比特对的外信息序列，作为本次分量译码的先验信息序列；

（8c）利用第二个分量码的系统信息序列、校验信息序列和先验信息序列，按照步骤（3）-（7）的计算方法获得第二个分量译码的外信息，并对该外信息解交织后存储，完成一次迭代译码；

（9）判断当前迭代次数是否达到最大迭代次数8次，如果达到，执行步骤（10）；反之，返回步骤（2），进行下一次迭代；

（10）根据译码器的工作系统，选择相应的硬判决模块进行硬判决操作：

（10a）当译码器工作在LTE系统时，选择Turbo硬判决模块(8)按照Turbo码的硬判决规则对译码比特进行硬判决，得到译码比特的估计值，译码结束；

（10b）当译码器工作在WiMAX系统时，选择CTC硬判决模块(11)按照CTC码的硬判决规则对译码比特对进行硬判决，得到译码比特对的估计值，译码结束。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

第一，由于本发明的可信度更新是基于比特对完成的，因此本发明可实现二进制Turbo码和双二进制卷积Turbo码通用可配置译码，从而克服了现有Radix-4SOVA算法只适用于LTE系统中基于比特交织的二进制Turbo码的缺点。

第二，由于本发明在可信度更新时考虑了所有的路径，所以可以认为当译码深度足够大时，即为约束长度的5倍时，比特对的可信度已经选择了全局最优路径上的软信息，因此本发明的Radix-4SOVA译码器具有较好的译码性能。

第三，由于本发明采用的是基于比特对的译码，且不需要计算后向状态度量，因此本发明具有高译码吞吐量。

附图说明

图1是本发明译码器的方框图；

图2是本发明Turbo外信息计算存储模块(7)的方框图；

图3是本发明CTC外信息计算存储模块(10)的方框图；

图4是本发明译码方法的流程图；

图5是本发明在LTE系统中的误码性能仿真图；

图6是本发明在WiMAX系统中的误码性能仿真图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述。

参照附图1，本发明的译码器包括：输入数据存储模块1、分支度量计算模块2、累积路径度量计算模块3、可信度计算模块4、可信度存储模块5、Turbo对数似然比计算模块6、Turbo外信息计算存储模块7、Turbo硬判决模块8、CTC对数似然比计算模块9、CTC外信息计算存储模块10和CTC硬判决模块11。其中：

输入数据存储模块1，接收编码端发送的码字信息序列，并将接收到的信息按两帧容量进行存储，当接收完第一帧后开始译码，第二帧开始接收，当第二帧接收完开始译码时，第一帧开始接收，两帧交替进行接收和译码。

分支度量计算模块2，按顺序地址读取输入数据存储模块1中的信道信息序列；同时根据译码器的工作系统，按顺序地址读取Turbo外信息计算存储模块7或CTC外信息计算存储模块10中的先验信息序列：当译码器工作在LTE系统时，读取Turbo外信息计算存储模块7中译码比特先验信息序列，当译码器工作在WiMAX系统时，读取CTC外信息计算存储模块10中译码比特对的先验信息序列；然后利用信道信息序列和先验信息序列，根据分支度量计算公式，计算译码时两步状态转移的分支度量，并将计算得到的分支度量输出给累积路径度量计算模块3。

累积路径度量计算模块3，利用分支度量计算模块2提供的分支度量，根据累积路径度量的递归计算公式，计算译码路径的累积路径度量

并将上述计算得到的累积路径度量输出给可信度计算模块4，其中累积路径度量的递归计算公式为：

$M\left({\stackrel{\‾}{l}}_{k+1}^s\right)=M\left({\stackrel{\‾}{l}}_{k-1}^{s^{\′\′}}\right)+{\mathrm{\γ}}_{k,k+1}(s^{\′\′},s),$

其中，k＝1,3,…,N-1，N表示码长且取偶数，

表示网格图上第k+1时刻状态s的幸存路径所走过的状态，表示

的累积路径度量，

表示的前k-1个时刻的路径状态，γ_k,k+1(s",s)表示从k-1时刻状态s"转移到k+1时刻状态s的两步状态转移对应的分支度量，s′′,s∈{0,1,…,2^v-1}，v表示编码器的寄存器个数；

可信度计算模块4，利用累积路径度量计算模块3输出的累积路径度量，并根据可信度递归更新公式，对译码比特对的可信度进行更新，得到k+1时刻状态关于译码比特对u_l,l+1＝00、u_l,l+1＝01、u_l,l+1＝10和u_l,l+1＝11的可信度：

$\mathrm{LLR}(u_{l,l+1}=00|P_{k+1,}^s{y}_1^{k+1})=\underset{P_{k-1}^{s_i}}{\max }\{\mathrm{LLR}(u_{l,l+1}=00|P_{k-1,}^{s_i}{y}_1^{k-1})+{\mathrm{\Δ}}_{k-1\→k+1}^{s_i\→s}\}$

$\mathrm{LLR}(u_{l,l+1}=01|P_{k+1,}^s{y}_1^{k+1})=\underset{P_{k-1}^{s_i}}{\max }\{\mathrm{LLR}(u_{l,l+1}=01|P_{k-1,}^{s_i}{y}_1^{k-1})+{\mathrm{\Δ}}_{k-1\→k+1}^{s_i\→s}\}$

$\mathrm{LLR}(u_{l,l+1}=10|P_{k+1,}^s{y}_1^{k+1})=\underset{P_{k-1}^{s_i}}{\max }\{\mathrm{LLR}(u_{l,l+1}=10|P_{k-1,}^{s_i}{y}_1^{k-1})+{\mathrm{\Δ}}_{k-1\→k+1}^{s_i\→s}\}$

$\mathrm{LLR}(u_{l,l+1}=11|P_{k+1,}^s{y}_1^{k+1})=\underset{P_{k-1}^{s_i}}{\max }\{\mathrm{LLR}(u_{l,l+1}=11|P_{k-1,}^{s_i}{y}_1^{k-1})+{\mathrm{\Δ}}_{k-1\→k+1}^{s_i\→s}\}$

其中，u_l,l+1表示相邻两个时刻编码器输入的信息比特组成的一个信息比特对，l＝k-2,k-4,…,k-δ，δ＝20，k＝3,5,…,N-1，N表示码长且取偶数，

表示k+1时刻编码器的状态s，s∈{0,1,…,2^v-1}，v表示编码器的寄存器个数，

表示译码器从1到k+1时刻接收到的信息序列，LLR表示译码比特对的可信度符号，

表示k-1时刻编码器的状态s_i，i=0,1,2,3， ${\mathrm{\Δ}}_{k-1\→k+1}^{s_i\→s}=M({\stackrel{\‾}{l}}_{k-1}^{s_i}\→P_{k+1}^s)-\underset{{\stackrel{\‾}{l}}_{k-1}^{s_j}}{\max }\left\{M({\stackrel{\‾}{l}}_{k-1}^{s_j}\→P_{k+1}^s)\right\}$ 表示从k-1时刻状态s_i转移到k+1时刻状态s的累积路径度量与转移到状态s的最大累积路径度量之差，

表示k-1时刻状态s_i的幸存路径，

表示从k-1时刻的幸存路径

转移到第k+1时刻状态s的累积路径度量；

然后，将上述更新后的可信度输出给可信度存储模块5。

可信度存储模块5，按顺序地址存储可信度计算模块4输出的译码比特对的可信度，并根据译码器的工作系统，将该可信度输出给相应的对数似然比计算模块；当译码器工作在LTE系统时，将译码比特对的可信度输出给Turbo对数似然比计算模块6，当译码器工作在WiMAX系统时，将译码比特对的可信度输出给CTC对数似然比计算模块9。

Turbo对数似然比计算模块6，顺序读取可信度存储模块5中的译码比特对的可信度，并根据二进制Turbo码的对数似然比计算公式，计算译码比特的对数似然比：

$L\left(u_k\right|y_1^N)$

$=\ln \frac{\exp \left(\mathrm{LLR}(u_{k,k+1}=10|P_{k+1+\mathrm{\δ}}^{s*},y_1^{k+1+\mathrm{\δ}})\right)+\exp \left(\mathrm{LLR}(u_{k,k+1}=11|P_{k+1+\mathrm{\δ}}^{s*},y_1^{k+1+\mathrm{\δ}})\right)}{\exp \left(\mathrm{LLR}(u_{k,k+1}=00|P_{k+1+\mathrm{\δ}}^{s*},y_1^{k+1+\mathrm{\δ}})\right)+\exp \left(\mathrm{LLR}(u_{k,k+1}=01|P_{k+1+\mathrm{\δ}}^{s*},y_1^{k+1+\mathrm{\δ}})\right)}$

$L\left(u_{k+1}\right|y_1^N)$

$=\ln \frac{\exp \left(\mathrm{LLR}(u_{k,k+1}=01|P_{k+1+\mathrm{\δ}}^{s*},y_1^{k+1+\mathrm{\δ}})\right)+\exp \left(\mathrm{LLR}(u_{k,k+1}=11|P_{k+1+\mathrm{\δ}}^{s*},y_1^{k+1+\mathrm{\δ}})\right)}{\exp \left(\mathrm{LLR}(u_{k,k+1}=00|P_{k+1+\mathrm{\δ}}^{s*},y_1^{k+1+\mathrm{\δ}})\right)+\exp \left(\mathrm{LLR}(u_{k,k+1}=10|P_{k+1+\mathrm{\δ}}^{s*},y_1^{k+1+\mathrm{\δ}})\right)}$

其中，k＝1,3,…,N-1，N表示码长且取偶数，

和分别表示译码比特u_k和u_k+1的对数似然比，

表示接收到的译码信息序列，表示最大似然路径在k+1+δ时刻的状态s*，δ表示译码深度且δ＝20，

表示从1到k+1+δ时刻接收到的信息序列，

$\mathrm{LLR}(u_{k,k+1}=01|P_{k+1+\mathrm{\δ}}^{s*},y_1^{k+1+\mathrm{\δ}}),$ $\mathrm{LLR}(u_{k,k+1}=10|P_{k+1+\mathrm{\δ}}^{s*},y_1^{k+1+\mathrm{\δ}})$ 和 $\mathrm{LLR}(u_{k,k+1}=11|P_{k+1+\mathrm{\δ}}^{s*},y_1^{k+1+\mathrm{\δ}})$ 分别表示k+1+δ时刻状态

关于u_k,k+1＝00、u_k,k+1＝01、u_k,k+1＝10和u_k,k+1＝11的可信度；

然后，将上述计算得到的对数似然比输出给Turbo外信息计算存储模块7和Turbo硬判决模块8。

Turbo外信息计算存储模块7，利用Turbo对数似然比计算模块6输出的对数似然比，根据Turbo码的外信息计算公式，计算译码比特的外信息，然后利用QPP交织器对该外信息进行基于比特的交织，并将交织后外信息存储到该模块，将存储的信息输出给分支度量计算模块2，作为下一次分量译码的先验信息。

参照附图2，本发明的Turbo外信息计算存储模块7包括：Turbo外信息计算子模块71、QPP交织器72和Turbo外信息存储子模块73。其中：

Turbo外信息计算子模块71，利用Turbo对数似然比计算模块6输出的对数似然比，根据Turbo码的外信息计算公式，计算译码比特的外信息：

$L_e\left(u_k\right)=L\left(u_k\right|y_1^N)-L_a\left(u_k\right)-L_c\·y_k^z$

$L_e\left(u_{k+1}\right)=L\left(u_{k+1}\right|y_1^N)-L_a\left(u_{k+1}\right)-L_c\·y_{k+1}^z$

其中，k＝1,3,…,N-1，N表示码长且取偶数，L_e(u_k)和L_e(u_k+1)分别表示译码比特u_k和u_k+1的外信息，L_a(u_k)和L_a(u_k+1)分别表示u_k和u_k+1的先验信息，L_c表示信道可信度量值，

和

分别表示第k个和第k+1个时刻译码器接收到的系统信息；

将上述计算得到的外信息输出给QPP交织器72；

QPP交织器72，用于对Turbo外信息计算子模块71输出的外信息进行基于比特的交织，并将交织后的外信息输出给Turbo外信息存储子模块73；

Turbo外信息存储子模块73，用于对QPP交织器输出的外信息进行存储，并将存储的外信息输出给分支度量计算模块2，作为下一次分量译码的先验信息。

Turbo硬判决模块8，利用Turbo译码的硬判决规则对Turbo对数似然比计算模块6输出的对数似然比进行硬判决，Turbo码的硬判决规则为：

${\hat{u}}_k=\left\{\begin{array}{cc}1,& L\left(u_k\right|y_1^N)\&GreaterEqual;0\\ 0,& L\left(u_k\right|y_1^N)<0\end{array}\right.$

${\hat{u}}_{k+1}=\left\{\begin{array}{cc}1,& L\left(u_{k+1}\right|y_1^N)\&GreaterEqual;0\\ 0,& L\left(u_{k+1}\right|y_1^N)<0\end{array}\right.$

其中，k＝1,3,…,N-1，N表示码长且取偶数，

和

分别表示译码比特u_k和u_k+1的估计值，

和分别表示u_k和u_k+1的对数似然比；

判决完成后，输出译码比特的估计值。

CTC对数似然比计算模块9，利用可信度存储模块5的译码比特对的可信度，根据双二进制CTC码的对数似然比计算公式，计算译码比特对的对数似然比：

$L(u_{k,k+1}=00|y_1^N)=0$

$L(u_{k,k+1}=01|y_1^N)=\mathrm{LLR}(u_{k,k+1}=01|P_{k+1+\mathrm{\&delta;}}^{s*},y_1^{k+1+\mathrm{\&delta;}})-\mathrm{LLR}(u_{k,k+1}=00|P_{k+1+\mathrm{\&delta;}}^{s*},y_1^{k+1+\mathrm{\&delta;}})$

$L(u_{k,k+1}=10|y_1^N)=\mathrm{LLR}(u_{k,k+1}=10|P_{k+1+\mathrm{\&delta;}}^{s*},y_1^{k+1+\mathrm{\&delta;}})-\mathrm{LLR}(u_{k,k+1}=00|P_{k+1+\mathrm{\&delta;}}^{s*},y_1^{k+1+\mathrm{\&delta;}})$

$L(u_{k,k+1}=11|y_1^N)=\mathrm{LLR}(u_{k,k+1}=11|P_{k+1+\mathrm{\&delta;}}^{s*},y_1^{k+1+\mathrm{\&delta;}})-\mathrm{LLR}(u_{k,k+1}=00|P_{k+1+\mathrm{\&delta;}}^{s*},y_1^{k+1+\mathrm{\&delta;}})$

其中，k＝1,3,…,N-1，N表示码长且取偶数，u_k,k+1表示第k个和第k+1个译码比特组成的译码比特对， $L(u_{k,k+1}=00|y_1^N),$ $L(u_{k,k+1}=01|y_1^N),$ $L(u_{k,k+1}=10|y_1^N)$ 和分别表示u_k,k+1＝00、u_k,k+1＝01、u_k,k+1＝10和u_k,k+1＝11的对数似然比，

表示接收到的译码信息序列；

将上述计算得到的对数似然比输出给CTC外信息计算存储模块10和CTC硬判决模块11。

CTC外信息计算存储模块10，利用CTC对数似然比计算模块9输出的对数似然比，根据CTC码的外信息计算公式，计算译码比特对的外信息，然后利用CTC交织器对该外信息进行基于比特对的交织，并将交织后外信息存储到该模块，将存储的外信息输出给分支度量计算模块2，作为下一次分量译码的先验信息。

参照附图3，本发明的CTC外信息计算存储模块10包括：CTC外信息计算子模块101、CTC交织器102和CTC外信息存储子模块103。其中：

CTC外信息计算子模块101，利用CTC对数似然比计算模块9输出的对数似然比，根据CTC码的外信息计算公式，计算译码比特对的外信息：

L_e(u_k,k+1＝00)=0

$L_e(u_{k,k+1}=01)=L(u_{k,k+1}=01|y_1^N)-L_c{y}_{k+1}^z-L_a(u_{k,k+1}=01)$

$L_e(u_{k,k+1}=10)=L(u_{k,k+1}=10|y_1^N)-L_c{y}_k^z-L_a(u_{k,k+1}=10)$

$L_e(u_{k,k+1}=11)=L(u_{k,k+1}=11|y_1^N)-L_c{y}_k^z-L_c{y}_{k+1}^z-L_a(u_{k,k+1}=11)$

其中，L_e(u_k,k+1＝00)、L_e(u_k,k+1＝01)、L_e(u_k,k+1＝10)和L_e(u_k,k+1＝11)分别表示u_k,k+1＝00、u_k,k+1＝01、u_k,k+1＝10和u_k,k+1＝11的外信息，L_a(u_k,k+1＝01)、L_a(u_k,k+1＝10)和L_a(u_k,k+1＝11)分别表示u_k,k+1＝01、u_k,k+1＝10和u_k,k+1＝11的先验信息；

将上述计算得到的外信息输出给CTC交织器102；

CTC交织器102，用于对CTC外信息计算子模块101输出的外信息进行基于比特对的交织，并将交织后的外信息输出给CTC外信息存储子模块103；

CTC外信息存储子模块103，用于对CTC交织器102输出的外信息进行存储，并将存储的外信息输出给分支度量计算模块2，作为下一次分量译码的先验信息。

CTC硬判决模块11，利用CTC译码的硬判决规则对CTC对数似然比计算模块(9)输出的对数似然比进行硬判决，CTC码的硬判决规则为：

${\hat{u}}_{k,k+1}=\left\{\begin{array}{cc}00,& \mathrm{if}\{\mathrm{MAX}=L(u_{k,k+1}=00|y_1^N)\}\\ 01,& \mathrm{if}\{\mathrm{MAX}=L(u_{k,k+1}=01|y_1^N)\}\\ 10,& \mathrm{if}\{\mathrm{MAX}=L(u_{k,k+1}=10|y_1^N)\}\\ 11,& \mathrm{if}\{\mathrm{MAX}=L(u_{k,k+1}=11|y_1^N)\}\end{array}\right.$

其中，k＝1,3,…,N-1，N表示码长且取偶数，

表示译码比特对

的估计值， $\mathrm{MAX}=\max \left\{\begin{array}{c}L(u_{k,k+1}=00|y_1^N),L(u_{k,k+1}=01|y_1^N),\\ L(u_{k,k+1}=10|y_1^N),L(u_{k,k+1}=11|y_1^N)\end{array}\right\};$

判决完成后，输出译码比特对的估计值。

参照附图4，对本发明的译码方法做进一步描述。

步骤1，输入数据存储模块1接收并存储编码端发送的码字信息序列，该模块的存储容量为两帧，当接收完第一帧后开始译码，第二帧开始接收，当第二帧接收完开始译码时，第一帧开始接收，两帧交替进行接收和译码。

步骤2，读取第一个分量码的系统信息序列、校验信息序列和外信息序列，进行第一次分量译码。

（2a）分支度量计算模块2按照顺序地址读取输入数据存储模块1中第一个分量码的系统信息序列和校验信息序列；

（2b）根据译码器的工作系统，分支度量计算模块2读取Turbo外信息计算存储模块7或CTC外信息计算存储模块10的外信息序列：

当译码器工作在LTE系统时，分支度量计算模块2按照顺序地址读取Turbo外信息计算存储模块7中译码比特的外信息序列，作为本次分量译码的先验信息序列，其中译码比特的外信息序列的初始值初始化为0；

当译码器工作在WiMAX系统时，分支度量计算模块2按照顺序地址读取CTC外信息计算存储模块10中译码比特对的外信息序列，作为本次分量译码的先验信息序列，其中译码比特对的外信息序列的初始值初始化为0。

步骤3，分支度量计算模块2利用系统信息序列、校验信息序列和先验信息序列，通过分支度量计算公式，计算译码时两步状态转移的分支度量。

当译码器工作在LTE系统时，分支度量计算公式如下：

${\mathrm{\&gamma;}}_{k,k+1}(s^{\&prime;\&prime;},s)=\frac{L_c}{2}(y_k^z\&CenterDot;{\tilde{x}}_k^z+y_k^p\&CenterDot;{\tilde{x}}_k^p+y_{k+1}^z\&CenterDot;{\tilde{x}}_{k+1}^z+y_{k+1}^p\&CenterDot;{\tilde{x}}_{k+1}^p)+u_k\&CenterDot;L_a\left(u_k\right)+u_{k+1}{\&CenterDot;L}_a\left(u_{k+1}\right)$

其中，γ_k,k+1(s",s)表示从k-1时刻状态s"转移到k+1时刻状态s的两步状态转移对应的分支度量，k＝1,3,…,N-1，N表示码长且取偶数，s'',s∈{0,1,…,2^v-1}，v表示编码器的寄存器个数，L_c＝4E_s/N₀为信道可信度量值，E_s表示单个调制符合的能量，N₀表示噪声功率谱密度，

和

分别表示k时刻译码器接收到的系统信息和校验信息，

和

分别表示k+1时刻译码器接收到的系统信息和校验信息， ${\tilde{x}}_k^z=2x_k^z-1,{\tilde{x}}_k^p=2x_k^p-1{\widetilde{,x}}_{k+1}^z=2x_{k+1}^z-1,{\tilde{x}}_{k+1}^p=2x_{k+1}^p-1,$

和

分别表示k时刻分量编码器输出的系统信息和校验信息，和

分别表示k+1时刻分量编码器输出的系统信息和校验信息，u_k和u_k+1表示编码器输入的信息，L_a(u_k)表示u_k的先验信息，L_a(u_k+1)表示u_k+1的先验信息。

当译码器工作在WiMAX系统时，分支度量计算公式如下：

${\mathrm{\&gamma;}}_{k,k+1}(s^{\&prime;\&prime;},s)=\frac{L_c}{2}(y_k^z\&CenterDot;{\tilde{x}}_k^z+y_k^p\&CenterDot;{\tilde{x}}_k^p+y_{k+1}^z\&CenterDot;{\tilde{x}}_{k+1}^z+y_{k+1}^p\&CenterDot;{\tilde{x}}_{k+1}^p)+L_a\left(u_{k,k+1}\right)$

其中，k＝1,3,…,N-1，N表示码长且取偶数，u_k,k+1＝(u_k,u_k+1)表示相邻两个时刻编码器输入的信息比特组成的一个信息比特对，L_a(u_k,k+1)表示u_k,k+1的先验信息。

步骤4，累积路径度量计算模块3利用分支度量，通过累积路径度量的递归计算公式计算译码路径的累积路径度量，累积路径度量的递归计算公式如下：

$M\left({\stackrel{\&OverBar;}{l}}_{k+1}^s\right)=M\left({\stackrel{\&OverBar;}{l}}_{k-1}^{s^{\&prime;\&prime;}}\right)+{\mathrm{\&gamma;}}_{k,k+1}(s^{\&prime;\&prime;},s)$

其中，

表示网格图上第k+1时刻状态s的幸存路径所走过的状态，

表示

的累积路径度量，表示

的前k-1个时刻的路径状态。

步骤5，对译码比特对的可信度进行更新并存储。

（5a）可信度计算模块4对译码比特对的可信度进行更新，得到k+1时刻状态关于译码比特对u_l,l+1＝00、u_l,l+1＝01、u_l,l+1＝10和u_l,l+1＝11的可信度：

$\mathrm{LLR}(u_{l,l+1}=00|P_{k+1}^s,y_1^{k+1})=\underset{P_{k-1}^{s_i}}{\max }\{\mathrm{LLR}(u_{l,l+1}=00|P_{k-1}^{s_i},y_1^{k-1})+{\mathrm{\&Delta;}}_{k-1\&RightArrow;k+1}^{s_i\&RightArrow;s}\}$

$\mathrm{LLR}(u_{l,l+1}=01|P_{k+1}^s,y_1^{k+1})=\underset{P_{k-1}^{s_i}}{\max }\{\mathrm{LLR}(u_{l,l+1}=01|P_{k-1}^{s_i},y_1^{k-1})+{\mathrm{\&Delta;}}_{k-1\&RightArrow;k+1}^{s_i\&RightArrow;s}\}$

$\mathrm{LLR}(u_{l,l+1}=10|P_{k+1}^s,y_1^{k+1})=\underset{P_{k-1}^{s_i}}{\max }\{\mathrm{LLR}(u_{l,l+1}=10|P_{k-1}^{s_i},y_1^{k-1})+{\mathrm{\&Delta;}}_{k-1\&RightArrow;k+1}^{s_i\&RightArrow;s}\}$

$\mathrm{LLR}(u_{l,l+1}=11|P_{k+1}^s,y_1^{k+1})=\underset{P_{k-1}^{s_i}}{\max }\{\mathrm{LLR}(u_{l,l+1}=11|P_{k-1}^{s_i},y_1^{k-1})+{\mathrm{\&Delta;}}_{k-1\&RightArrow;k+1}^{s_i\&RightArrow;s}\}$

其中，u_l,l+1表示相邻两个时刻编码器输入的信息比特组成的一个信息比特对，l＝k-2,k-4,…,k-δ，δ＝20，k＝3,5,…,N-1，N表示码长且取偶数，表示k+1时刻编码器的状态s，s∈{0,1,…,2^v-1}，v表示编码器的寄存器个数，

表示译码器从1到k+1时刻接收到的信息序列，LLR表示译码比特对的可信度符号，

表示k-1时刻编码器的状态s_i，i=0,1,2,3， ${\mathrm{\&Delta;}}_{k-1\&RightArrow;k+1}^{s_i\&RightArrow;s}=M({\stackrel{\&OverBar;}{l}}_{k-1}^{s_i}\&RightArrow;P_{k+1}^s)-\underset{{\stackrel{\&OverBar;}{l}}_{k-1}^{s_j}}{\max }\left\{M({\stackrel{\&OverBar;}{l}}_{k-1}^{s_j}\&RightArrow;P_{k+1}^s)\right\}$ 表示从k-1时刻状态s_i转移到k+1时刻状态s的累积路径度量与转移到状态s的最大累积路径度量之差，表示k-1时刻状态s_i的幸存路径，

表示从k-1时刻的幸存路径

转移到第k+1时刻状态s的累积路径度量；

（5b）将转移到k+1时刻状态

对应分支u_k,k+1＝00、u_k,k+1＝01、u_k,k+1＝10和u_k,k+1＝11的累积路径度量减去其最大值后，分别赋值给

$\mathrm{LLR}(u_{k,k+1}=01|P_{k+1}^s,y_1^{k+1}),$ $\mathrm{LLR}(u_{k,k+1}=10|{P_{k+1}^s,y}_1^{k+1})$ 和 $\mathrm{LLR}(u_{k,k+1}=11|P_{k+1}^s,y_1^{k+1}).$

（5c）将上述更新后的可信度存储到可信度存储模块5，存储深度为译码深度δ，其中δ＝20。

步骤6，根据译码器的工作系统，选择相应的对数似然比计算模块，计算对数似然比。

（6a）当译码器工作在LTE系统时，选择Turbo对数似然比计算模块6，利用二进制Turbo码的对数似然比计算公式，计算译码比特的对数似然比，二进制Turbo码的对数似然比计算公式表示如下：

$L\left(u_k\right|y_1^N)$

$=\ln \frac{\exp \left(\mathrm{LLR}(u_{k,k+1}=10|P_{k+1+\mathrm{\&delta;}}^{s*},y_1^{k+1+\mathrm{\&delta;}})\right)+\exp \left(\mathrm{LLR}(u_{k,k+1}=11|P_{k+1+\mathrm{\&delta;}}^{s*},y_1^{k+1+\mathrm{\&delta;}})\right)}{\exp \left(\mathrm{LLR}(u_{k,k+1}=00|P_{k+1+\mathrm{\&delta;}}^{s*},y_1^{k+1+\mathrm{\&delta;}})\right)+\exp \left(\mathrm{LLR}(u_{k,k+1}=01|P_{k+1+\mathrm{\&delta;}}^{s*},y_1^{k+1+\mathrm{\&delta;}})\right)}$

$L\left(u_{k+1}\right|y_1^N)$

$=\ln \frac{\exp \left(\mathrm{LLR}(u_{k,k+1}=01|P_{k+1+\mathrm{\&delta;}}^{s*},y_1^{k+1+\mathrm{\&delta;}})\right)+\exp \left(\mathrm{LLR}(u_{k,k+1}=11|P_{k+1+\mathrm{\&delta;}}^{s*},y_1^{k+1+\mathrm{\&delta;}})\right)}{\exp \left(\mathrm{LLR}(u_{k,k+1}=00|P_{k+1+\mathrm{\&delta;}}^{s*},y_1^{k+1+\mathrm{\&delta;}})\right)+\exp \left(\mathrm{LLR}(u_{k,k+1}=10|P_{k+1+\mathrm{\&delta;}}^{s*},y_1^{k+1+\mathrm{\&delta;}})\right)}$

其中，k＝1,3,…,N-1，N表示码长且取偶数，

和

分别表示译码比特u_k和u_k+1的对数似然比，表示接收到的译码信息序列，表示最大似然路径在k+1+δ时刻的状态s*，δ表示译码深度且δ＝20，

表示从1到k+1+δ时刻接收到的信息序列，

$\mathrm{LLR}(u_{k,k+1}=01|P_{k+1+\mathrm{\&delta;}}^{s*},y_1^{k+1+\mathrm{\&delta;}}),$ $\mathrm{LLR}(u_{k,k+1}=10|P_{k+1+\mathrm{\&delta;}}^{s*},y_1^{k+1+\mathrm{\&delta;}})$ 和 $\mathrm{LLR}(u_{k,k+1}=11|P_{k+1+\mathrm{\&delta;}}^{s*},y_1^{k+1+\mathrm{\&delta;}})$ 分别表示k+1+δ时刻状态关于u_k,k+1＝00、u_k,k+1＝01、u_k,k+1＝10和u_k,k+1＝11的可信度。

（6b）当译码器工作在WiMAX系统时，选择CTC对数似然比计算模块9，利用双二进制CTC码的对数似然比计算公式，计算译码比特对的对数似然比，双二进制CTC码的对数似然比计算公式表示如下：

$L(u_{k,k+1}=00|y_1^N)=0$

$L(u_{k,k+1}=01|y_1^N)=\mathrm{LLR}(u_{k,k+1}=01|P_{k+1+\mathrm{\&delta;}}^{s*},y_1^{k+1+\mathrm{\&delta;}})-\mathrm{LLR}(u_{k,k+1}=00|P_{k+1+\mathrm{\&delta;}}^{s*},y_1^{k+1+\mathrm{\&delta;}})$

$L(u_{k,k+1}=10|y_1^N)=\mathrm{LLR}(u_{k,k+1}=10|P_{k+1+\mathrm{\&delta;}}^{s*},y_1^{k+1+\mathrm{\&delta;}})-\mathrm{LLR}(u_{k,k+1}=00|P_{k+1+\mathrm{\&delta;}}^{s*},y_1^{k+1+\mathrm{\&delta;}})$

$L(u_{k,k+1}=11|y_1^N)=\mathrm{LLR}(u_{k,k+1}=11|P_{k+1+\mathrm{\&delta;}}^{s*},y_1^{k+1+\mathrm{\&delta;}})-\mathrm{LLR}(u_{k,k+1}=00|P_{k+1+\mathrm{\&delta;}}^{s*},y_1^{k+1+\mathrm{\&delta;}})$

其中，k＝1,3,…,N-1，N表示码长且取偶数，u_k,k+1表示第k个和第k+1个译码比特组成的译码比特对， $L(u_{k,k+1}=00|y_1^N),$ $L(u_{k,k+1}=01|y_1^N),$ $L(u_{k,k+1}=10|y_1^N)$ 和

分别表示u_k,k+1＝00、u_k,k+1＝01、u_k,k+1＝10和u_k,k+1＝11的对数似然比，

表示接收到的译码信息序列。

步骤7，根据译码器的工作系统，选择相应的外信息计算存储模块，计算外信息并存储。

（7a）当译码器工作在LTE系统时，选择Turbo外信息计算存储模块7利用Turbo码的外信息计算公式，计算译码比特的外信息，并对该外信息交织后存储，作为下一次分量译码的先验信息，其中，Turbo码的外信息计算公式如下：

$L_e\left(u_k\right)=L\left(u_k\right|y_1^N)-L_a\left(u_k\right)-L_c\&CenterDot;y_k^z$

$L_e\left(u_{k+1}\right)=L\left(u_{k+1}\right|y_1^N)-L_a\left(u_{k+1}\right)-L_c\&CenterDot;y_{k+1}^z$

其中，L_e(u_k)表示u_k的外信息，L_e(u_k+1)表示u_k+1的外信息。

（7b）当译码器工作在WiMAX系统时，选择CTC外信息计算存储模块10利用CTC码的外信息计算公式，计算译码比特对的外信息，并对该外信息交织后存储，作为下一次分量译码的先验信息，其中，CTC码的外信息计算公式如下：

L_e(u_k,k+1＝00)=0

$L_e(u_{k,k+1}=01)=L(u_{k,k+1}=01|y_1^N)-L_c{y}_{k+1}^z-L_a(u_{k,k+1}=01)$

$L_e(u_{k,k+1}=10)=L(u_{k,k+1}=10|y_1^N)-L_c{y}_k^z-L_a(u_{k,k+1}=10)$

$L_e(u_{k,k+1}=11)=L(u_{k,k+1}=11|y_1^N)-L_c{y}_k^z-L_c{y}_{k+1}^z-L_a(u_{k,k+1}=11)$

其中，L_e(u_k,k+1＝00)、L_e(u_k,k+1＝01)、L_e(u_k,k+1＝10)和L_e(u_k,k+1＝11)分别表示u_k,k+1＝00、u_k,k+1＝01、u_k,k+1＝10和u_k,k+1＝11的外信息，L_a(u_k,k+1＝01)、L_a(u_k,k+1＝10)和L_a(u_k,k+1＝11)分别表示u_k,k+1＝01、u_k,k+1＝10和u_k,k+1＝11的先验信息。

步骤8，读取第二个分量码的系统信息序列、校验信息序列和外信息序列，进行第二次分量译码。

（8a）分支度量计算模块2按照交织和顺序地址分别读取输入数据存储模块1中第二个分量码的系统信息序列和校验信息序列；

（8b）根据译码器的工作系统，分支度量计算模块2读取Turbo外信息计算存储模块7或CTC外信息计算存储模块10的外信息序列：

当译码器工作在LTE系统时，分支度量计算模块2按照顺序地址读取Turbo外信息计算存储模块7中译码比特的外信息序列，作为本次分量译码的先验信息序列；

当译码器工作在WiMAX系统时，分支度量计算模块2按照顺序地址读取CTC外信息计算存储模块10中译码比特对的外信息序列，作为本次分量译码的先验信息序列；

（8c）利用第二个分量码的系统信息序列、校验信息序列和先验信息序列，按照步骤（3）-（7）的计算方法获得第二个分量译码的外信息，并对该外信息解交织后存储，完成一次迭代译码。

步骤9，判断当前迭代次数是否达到最大迭代次数8次，如果达到，执行步骤（10）；反之，返回步骤（2），进行下一次迭代。

步骤10，根据译码器的工作系统，选择相应的硬判决模块进行硬判决操作。

（10a）当译码器工作在LTE系统时，选择Turbo硬判决模块8，按照Turbo码的硬判决规则对译码比特进行硬判决，Turbo码的硬判决规则表示如下：

${\hat{u}}_k=\left\{\begin{array}{cc}1,& L\left(u_k\right|y_1^N)\&GreaterEqual;0\\ 0,& L\left(u_k\right|y_1^N)<0\end{array}\right.$

${\hat{u}}_{k+1}=\left\{\begin{array}{cc}1,& L\left(u_{k+1}\right|y_1^N)\&GreaterEqual;0\\ 0,& L\left(u_{k+1}\right|y_1^N)<0\end{array}\right.$

其中，k＝1,3,…,N-1，N表示码长且取偶数，

分别表示译码比特u_k和u_k+1的估计值，

分别表示u_k和u_k+1的对数似然比。

（10b）当译码器工作在WiMAX系统时，选择CTC硬判决模块11，按照CTC码的硬判决规则对译码比特对进行硬判决，CTC码的硬判决规则表示如下：

${\hat{u}}_{k,k+1}=\left\{\begin{array}{cc}00,& \mathrm{if}\{\mathrm{MAX}=L(u_{k,k+1}=00|y_1^N)\}\\ 01,& \mathrm{if}\{\mathrm{MAX}=L(u_{k,k+1}=01|y_1^N)\}\\ 10,& \mathrm{if}\{\mathrm{MAX}=L(u_{k,k+1}=10|y_1^N)\}\\ 11,& \mathrm{if}\{\mathrm{MAX}=L(u_{k,k+1}=11|y_1^N)\}\end{array}\right.$

其中，k＝1,3,…,N-1，N表示码长且取偶数，

表示译码比特对u_k,k+1的估计值， $\mathrm{MAX}=\max \left\{\begin{array}{c}L(u_{k,k+1}=00|y_1^N),L(u_{k,k+1}=01|y_1^N),\\ L(u_{k,k+1}=10|y_1^N),L(u_{k,k+1}=11|y_1^N)\end{array}\right\}.$

利用上述硬判决规则得到译码比特的估计值后，译码结束。

本发明的效果可通过以下仿真作进一步说明。

1.仿真条件

对于LTE系统，采用典型的编码速率为1/3的LTE Turbo编码器，分量编码器的存储级数为v=3，生成多项式为（13，15），交织器选用LTE标准中的二次置换多项式交织器；对于WiMAX系统，采用编码速率为1/3的CTC编码器，分量编码器的存储级数为v＝3，生成多项式为（15，13，11），比特对交织器选用WiMAX标准中的CTC交织器。另外，调制方式为QPSK，迭代次数为8次，噪声环境为高斯白噪声信道，更新深度δ=20，交织长度N=2880。

2.仿真内容与结果

仿真一：

用本发明的译码器与传统Radix-4SOVA译码器、Radix-4Max-Log-MAP译码器在上述仿真条件下，对误码率随信噪比变化的性能进行LTE系统中的仿真比较，仿真结果如附图5所示。

由图5可见，本发明的误码性能逼近Radix-4Max-Log-MAP译码器，且与传统Radix-4SOVA译码器相比，在误码率BER＝10^-5处其译码性能增益为0.5dB，说明本发明的译码性能得到了很大改善。

仿真二：

用本发明的译码器与Radix-4Max-Log-MAP译码器在上述仿真条件下，对误码率随信噪比变化的性能进行了WiMAX系统中的仿真比较，仿真结果如附图6所示。

由图6可见，本发明的译码器在WiMAX系统中的误码性能同样逼近Radix-4Max-Log-MAP译码器，说明本发明具有优良的译码性能。

Claims (8)

1.一种通用的高性能Radix-4SOVA译码器，包括：

输入数据存储模块(1)，用于接收并存储接收到的信道信息序列；

分支度量计算模块(2)，利用输入数据存储模块(1)提供的信道信息序列，以及Turbo外信息计算存储模块(7)或CTC外信息计算存储模块(10)提供的先验信息序列，并根据分支度量计算公式，计算译码时两步状态转移的分支度量，并将计算得到的分支度量输出给累积路径度量计算模块(3)；

累积路径度量计算模块(3)，用于对分支度量计算模块(2)输出的分支度量，利用累积路径度量的递归计算公式，计算译码路径的累积路径度量，并将累积路径度量输出给可信度计算模块(4)；

可信度计算模块(4)，利用累积路径度量计算模块(3)输出的累积路径度量，并根据可信度递归更新公式，对译码比特对的可信度进行更新，并将更新后的可信度输出给可信度存储模块(5)；

可信度存储模块(5)，用于存储可信度计算模块(4)输出的译码比特对的可信度，当译码器工作在LTE系统时，将译码比特对的可信度输出给Turbo对数似然比计算模块(6)，当译码器工作在WiMAX系统时，将译码比特对的可信度输出给CTC对数似然比计算模块(9)；

Turbo对数似然比计算模块(6)，利用可信度存储模块(5)提供的译码比特对的可信度，根据二进制Turbo码的对数似然比计算公式，计算译码比特的对数似然比，并将计算得到的对数似然比输出给Turbo外信息计算存储模块(7)和Turbo硬判决模块(8)；

Turbo外信息计算存储模块(7)，利用Turbo对数似然比计算模块(6)输出的对数似然比，计算译码比特的外信息，并对该外信息交织后存储，将存储的信息输出给分支度量计算模块(2)，作为下一次分量译码的先验信息；

Turbo硬判决模块(8)，利用Turbo译码的硬判决规则对Turbo对数似然比计算模块(6)输出的对数似然比进行硬判决，输出待译码比特的估计值；

CTC对数似然比计算模块(9)，利用可信度存储模块(5)的译码比特对的可信度，根据双二进制CTC码的对数似然比计算公式，计算译码比特对的对数似然比，并将计算得到的对数似然比输出给CTC外信息计算存储模块(10)和CTC硬判决模块(11)；

CTC外信息计算存储模块(10)，利用CTC对数似然比计算模块(9)输出的对数似然比，计算译码比特对的外信息，并对该外信息交织后存储，将存储的外信息输出给分支度量计算模块(2)，作为下一次分量译码的先验信息；

CTC硬判决模块(11)，利用CTC译码的硬判决规则对CTC对数似然比计算模块(9)输出的对数似然比进行硬判决，输出待译码比特的估计值。

2.根据权利要求1所述的通用的高性能Radix-4SOVA译码器，其特征在于，Turbo外信息计算存储模块(7)，包括：

Turbo外信息计算子模块(71)，利用Turbo对数似然比计算模块(6)输出的对数似然比，根据Turbo码的外信息计算公式，计算译码比特的外信息，并将计算得到的外信息输出给QPP交织器(72)；

QPP交织器(72)，用于对Turbo外信息计算子模块(71)输出的外信息进行基于比特的交织，并将交织后的外信息输出给Turbo外信息存储子模块(73)；

Turbo外信息存储子模块(73)，用于对QPP交织器输出的外信息进行存储，并将存储的外信息输出给分支度量计算模块(2)，作为下一次分量译码的先验信息。

3.根据权利要求1所述的通用的高性能Radix-4SOVA译码器，其特征在于，CTC外信息计算存储模块(10)，包括：

CTC外信息计算子模块(101)，利用CTC对数似然比计算模块(9)输出的对数似然比，根据CTC码的外信息计算公式，计算译码比特对的外信息，并将计算得到的外信息输出给CTC交织器(102)；

CTC交织器(102)，用于对CTC外信息计算子模块(101)输出的外信息进行基于比特对的交织，并将交织后的外信息输出给CTC外信息存储子模块(103)；

CTC外信息存储子模块(103)，用于对CTC交织器(102)输出的外信息进行存储，并将存储的外信息输出给分支度量计算模块(2)，作为下一次分量译码的先验信息。

4.一种通用的高性能Radix-4SOVA译码方法，包括如下步骤：

（1）输入数据存储模块(1)接收并存储编码端发送的码字信息序列，存储容量为两帧，一帧用于接收，一帧用于译码，两帧交替进行；

（2）读取信息，进行第一次分量译码：

（2a）分支度量计算模块(2)按照顺序地址读取输入数据存储模块(1)中第一个分量码的系统信息序列和校验信息序列；

（2b）根据译码器的工作系统，分支度量计算模块(2)读取Turbo外信息计算存储模块(7)或CTC外信息计算存储模块(10)的外信息序列：

当译码器工作在LTE系统时，分支度量计算模块(2)按照顺序地址读取Turbo外信息计算存储模块(7)中译码比特的外信息序列，作为本次分量译码的先验信息序列，其中译码比特的外信息序列的初始值初始化为0；

当译码器工作在WiMAX系统时，分支度量计算模块(2)按照顺序地址读取CTC外信息计算存储模块(10)中译码比特对的外信息序列，作为本次分量译码的先验信息序列，其中译码比特对的外信息序列的初始值初始化为0；

（3）分支度量计算模块(2)利用系统信息序列、校验信息序列和先验信息序列，通过分支度量计算公式，计算译码时两步状态转移的分支度量；

（4）累积路径度量计算模块(3)利用分支度量，通过累积路径度量的递归计算公式计算译码路径的累积路径度量；

（5）对译码比特对的可信度进行更新并存储：

（5a）可信度计算模块(4)对译码比特对的可信度进行更新，得到k+1时刻状态

关于译码比特对u_l,l+1＝00、u_l,l+1＝01、u_l,l+1＝10和u_l,l+1＝11的可信度：

$\mathrm{LLR}(u_{l,l+1}=00|P_{k+1,}^s{y}_1^{k+1})=\underset{P_{k-1}^{s_i}}{\max }\{\mathrm{LLR}(u_{l,l+1}=00|P_{k-1,}^{s_i}{y}_1^{k-1})+{\mathrm{\&Delta;}}_{k-1\&RightArrow;k+1}^{s_i\&RightArrow;s}\}$

$\mathrm{LLR}(u_{l,l+1}=01|P_{k+1,}^s{y}_1^{k+1})=\underset{P_{k-1}^{s_i}}{\max }\{\mathrm{LLR}(u_{l,l+1}=01|P_{k-1,}^{s_i}{y}_1^{k-1})+{\mathrm{\&Delta;}}_{k-1\&RightArrow;k+1}^{s_i\&RightArrow;s}\}$

$\mathrm{LLR}(u_{l,l+1}=10|P_{k+1,}^s{y}_1^{k+1})=\underset{P_{k-1}^{s_i}}{\max }\{\mathrm{LLR}(u_{l,l+1}=10|P_{k-1,}^{s_i}{y}_1^{k-1})+{\mathrm{\&Delta;}}_{k-1\&RightArrow;k+1}^{s_i\&RightArrow;s}\}$

$\mathrm{LLR}(u_{l,l+1}=11|P_{k+1,}^s{y}_1^{k+1})=\underset{P_{k-1}^{s_i}}{\max }\{\mathrm{LLR}(u_{l,l+1}=11|P_{k-1,}^{s_i}{y}_1^{k-1})+{\mathrm{\&Delta;}}_{k-1\&RightArrow;k+1}^{s_i\&RightArrow;s}\}$

其中，u_l,l+1表示相邻两个时刻编码器输入的信息比特组成的一个信息比特对，l＝k-2,k-4,…,k-δ，δ＝20，k＝3,5,…,N-1，N表示码长且取偶数，

表示k+1时刻编码器的状态s，s∈{0,1,…,2^v-1}，v表示编码器的寄存器个数，

表示译码器从1到k+1时刻接收到的信息序列，LLR表示译码比特对的可信度符号，表示k-1时刻编码器的状态s_i，i=0,1,2,3， ${\mathrm{\&Delta;}}_{k-1\&RightArrow;k+1}^{s_i\&RightArrow;s}=M({\stackrel{\&OverBar;}{l}}_{k-1}^{s_i}\&RightArrow;P_{k+1}^s)-\underset{{\stackrel{\&OverBar;}{l}}_{k-1}^{s_j}}{\max }\left\{M({\stackrel{\&OverBar;}{l}}_{k-1}^{s_j}\&RightArrow;P_{k+1}^s)\right\}$ 表示从k-1时刻状态s_i转移到k+1时刻状态s的累积路径度量与转移到状态s的最大累积路径度量之差，

表示k-1时刻状态s_i的幸存路径，表示从k-1时刻的幸存路径

转移到第k+1时刻状态s的累积路径度量；

（5b）将转移到k+1时刻状态

对应分支u_k,k+1＝00、u_k,k+1＝01、u_k,k+1＝10和u_k,k+1＝11的累积路径度量减去其最大值后，分别赋值给 $\mathrm{LLR}(u_{k,k+1}=01|P_{k+1}^s,y_1^{k+1}),$ $\mathrm{LLR}(u_{k,k+1}=10|{P_{k+1}^s,y}_1^{k+1})$ 和 $\mathrm{LLR}(u_{k,k+1}=11|P_{k+1}^s,y_1^{k+1}).$

（5c）将上述更新后的可信度存储到可信度存储模块(5)；

（6）根据译码器的工作系统，选择相应的对数似然比计算模块，计算对数似然比：

（6a）当译码器工作在LTE系统时，选择Turbo对数似然比计算模块(6)利用二进制Turbo码的对数似然比计算公式，计算译码比特的对数似然比；

（6b）当译码器工作在WiMAX系统时，选择CTC对数似然比计算模块(9)利用双二进制CTC码的对数似然比计算公式，计算译码比特对的对数似然比；

（7）根据译码器的工作系统，选择相应的外信息计算存储模块，计算外信息并存储：

（7a）当译码器工作在LTE系统时，选择Turbo外信息计算存储模块(7)利用Turbo码的外信息计算公式，计算译码比特的外信息，并对该外信息交织后存储，作为下一次分量译码的先验信息；

（7b）当译码器工作在WiMAX系统时，选择CTC外信息计算存储模块(10)利用CTC码的外信息计算公式，计算译码比特对的外信息，并对该外信息交织后存储，作为下一次分量译码的先验信息；

（8）读取信息，进行第二次分量译码：

（8a）分支度量计算模块(2)按照交织和顺序地址分别读取输入数据存储模块(1)中第二个分量码的系统信息序列和校验信息序列；

（8b）根据译码器的工作系统，分支度量计算模块(2)读取Turbo外信息计算存储模块(7)或CTC外信息计算存储模块(10)的外信息序列：

当译码器工作在LTE系统时，分支度量计算模块(2)按照顺序地址读取Turbo外信息计算存储模块(7)中译码比特的外信息序列，作为本次分量译码的先验信息序列；

当译码器工作在WiMAX系统时，分支度量计算模块(2)按照顺序地址读取CTC外信息计算存储模块(10)中译码比特对的外信息序列，作为本次分量译码的先验信息序列；

（8c）利用第二个分量码的系统信息序列、校验信息序列和先验信息序列，按照步骤（3）-（7）的计算方法获得第二个分量译码的外信息，并对该外信息解交织后存储，完成一次迭代译码；

（9）判断当前迭代次数是否达到最大迭代次数8次，如果达到，执行步骤（10）；反之，返回步骤（2），进行下一次迭代；

（10）根据译码器的工作系统，选择相应的硬判决模块进行硬判决操作：

（10a）当译码器工作在LTE系统时，选择Turbo硬判决模块(8)按照Turbo码的硬判决规则对译码比特进行硬判决，得到译码比特的估计值，译码结束；

（10b）当译码器工作在WiMAX系统时，选择CTC硬判决模块(11)按照CTC码的硬判决规则对译码比特对进行硬判决，得到译码比特对的估计值，译码结束。

5.根据权利要求4所述的通用的高性能Radix-4SOVA译码方法，其特征在于，所述步骤（6a）中的二进制Turbo码的对数似然比计算公式，表示如下：

$L\left(u_k\right|y_1^N)$

$=\ln \frac{\exp \left(\mathrm{LLR}(u_{k,k+1}=10|P_{k+1+\mathrm{\&delta;}}^{s*},y_1^{k+1+\mathrm{\&delta;}})\right)+\exp \left(\mathrm{LLR}(u_{k,k+1}=11|P_{k+1+\mathrm{\&delta;}}^{s*},y_1^{k+1+\mathrm{\&delta;}})\right)}{\exp \left(\mathrm{LLR}(u_{k,k+1}=00|P_{k+1+\mathrm{\&delta;}}^{s*},y_1^{k+1+\mathrm{\&delta;}})\right)+\exp \left(\mathrm{LLR}(u_{k,k+1}=01|P_{k+1+\mathrm{\&delta;}}^{s*},y_1^{k+1+\mathrm{\&delta;}})\right)}$

$L\left(u_{k+1}\right|y_1^N)$

$=\ln \frac{\exp \left(\mathrm{LLR}(u_{k,k+1}=01|P_{k+1+\mathrm{\&delta;}}^{s*},y_1^{k+1+\mathrm{\&delta;}})\right)+\exp \left(\mathrm{LLR}(u_{k,k+1}=11|P_{k+1+\mathrm{\&delta;}}^{s*},y_1^{k+1+\mathrm{\&delta;}})\right)}{\exp \left(\mathrm{LLR}(u_{k,k+1}=00|P_{k+1+\mathrm{\&delta;}}^{s*},y_1^{k+1+\mathrm{\&delta;}})\right)+\exp \left(\mathrm{LLR}(u_{k,k+1}=10|P_{k+1+\mathrm{\&delta;}}^{s*},y_1^{k+1+\mathrm{\&delta;}})\right)}$

其中，k＝1,3,…,N-1，N表示码长且取偶数，

和分别表示译码比特u_k和u_k+1的对数似然比，

表示接收到的译码信息序列，

表示最大似然路径在k+1+δ时刻的状态s*，δ表示译码深度且δ＝20，

表示从1到k+1+δ时刻接收到的信息序列， $\mathrm{LLR}(u_{k,k+1}=00|P_{k+1+\mathrm{\&delta;}}^{s*},y_1^{k+1+\mathrm{\&delta;}}),$ $\mathrm{LLR}(u_{k,k+1}=01|P_{k+1+\mathrm{\&delta;}}^{s*},y_1^{k+1+\mathrm{\&delta;}}),$ $\mathrm{LLR}(u_{k,k+1}=10|P_{k+1+\mathrm{\&delta;}}^{s*},y_1^{k+1+\mathrm{\&delta;}})$ 和 $\mathrm{LLR}(u_{k,k+1}=11|P_{k+1+\mathrm{\&delta;}}^{s*},y_1^{k+1+\mathrm{\&delta;}})$ 分别表示k+1+δ时刻状态关于u_k,k+1＝00、u_k,k+1＝01、u_k,k+1＝10和u_k,k+1＝11的可信度。

6.根据权利要求4所述的通用的高性能Radix-4SOVA译码方法，其特征在于，所述步骤（6b）的双二进制CTC码的对数似然比计算公式，表示如下：

$L(u_{k,k+1}=00|y_1^N)=0$

$L(u_{k,k+1}=01|y_1^N)=\mathrm{LLR}(u_{k,k+1}=01|P_{k+1+\mathrm{\&delta;}}^{s*},y_1^{k+1+\mathrm{\&delta;}})-\mathrm{LLR}(u_{k,k+1}=00|P_{k+1+\mathrm{\&delta;}}^{s*},y_1^{k+1+\mathrm{\&delta;}})$

$L(u_{k,k+1}=10|y_1^N)=\mathrm{LLR}(u_{k,k+1}=10|P_{k+1+\mathrm{\&delta;}}^{s*},y_1^{k+1+\mathrm{\&delta;}})-\mathrm{LLR}(u_{k,k+1}=00|P_{k+1+\mathrm{\&delta;}}^{s*},y_1^{k+1+\mathrm{\&delta;}})$

$L(u_{k,k+1}=11|y_1^N)=\mathrm{LLR}(u_{k,k+1}=11|P_{k+1+\mathrm{\&delta;}}^{s*},y_1^{k+1+\mathrm{\&delta;}})-\mathrm{LLR}(u_{k,k+1}=00|P_{k+1+\mathrm{\&delta;}}^{s*},y_1^{k+1+\mathrm{\&delta;}})$

其中，k＝1,3,…,N-1，N表示码长且取偶数，u_k,k+1表示第k个和第k+1个译码比特组成的译码比特对， $L(u_{k,k+1}=00|y_1^N),$ $L(u_{k,k+1}=01|y_1^N),$ $L(u_{k,k+1}=10|y_1^N)$ 和 $L(u_{k,k+1}=11|y_1^N)$ 分别表示u_k,k+1＝00、u_k,k+1＝01、u_k,k+1＝10和u_k,k+1＝11的对数似然比。

7.根据权利要求4所述的通用的高性能Radix-4SOVA译码方法，其特征在于，所述步骤（10a）的Turbo码的硬判决规则，表示如下：

${\hat{u}}_k=\left\{\begin{array}{cc}1,& L\left(u_k\right|y_1^N)\&GreaterEqual;0\\ 0,& L\left(u_k\right|y_1^N)<0\end{array}\right.$

${\hat{u}}_{k+1}=\left\{\begin{array}{cc}1,& L\left(u_{k+1}\right|y_1^N)\&GreaterEqual;0\\ 0,& L\left(u_{k+1}\right|y_1^N)<0\end{array}\right.$

其中，k＝1,3,…,N-1，N表示码长且取偶数，

分别表示译码比特u_k和u_k+1的估计值，

和

分别表示译码比特u_k和u_k+1的对数似然比。

8.根据权利要求4所述的通用的高性能Radix-4SOVA译码方法，其特征在于，所述步骤（10b）的CTC码的硬判决规则，表示如下：

${\hat{u}}_{k,k+1}=\left\{\begin{array}{cc}00,& \mathrm{if}\{\mathrm{MAX}=L(u_{k,k+1}=00|y_1^N)\}\\ 01,& \mathrm{if}\{\mathrm{MAX}=L(u_{k,k+1}=01|y_1^N)\}\\ 10,& \mathrm{if}\{\mathrm{MAX}=L(u_{k,k+1}=10|y_1^N)\}\\ 11,& \mathrm{if}\{\mathrm{MAX}=L(u_{k,k+1}=11|y_1^N)\}\end{array}\right.$

其中，k＝1,3,…,N-1，N表示码长且取偶数，

表示译码比特对u_k,k+1的估计值， $\mathrm{MAX}=\max \left\{\begin{array}{c}L(u_{k,k+1}=00|y_1^N),L(u_{k,k+1}=01|y_1^N),\\ L(u_{k,k+1}=10|y_1^N),L(u_{k,k+1}=11|y_1^N)\end{array}\right\}.$

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