CN103973319B

CN103973319B - 全整数Turbo码迭代译码的方法和系统

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Publication number: CN103973319B
Application number: CN201310048529.6A
Authority: CN
Inventors: 张立
Original assignee: Lenovo Beijing Ltd
Current assignee: Lenovo Beijing Ltd
Priority date: 2013-02-06
Filing date: 2013-02-06
Publication date: 2017-04-19
Anticipated expiration: 2033-02-06
Also published as: CN103973319A

Abstract

本公开提供一种对接收信息序列进行全整数Turbo码迭代译码的方法和系统。该方法包括：接收该接收信息序列的第k个位关于该第k个位的校验信息当前迭代的先验信息在当前迭代中，根据接收的第k个位校验信息先验信息来得到分支度量M_k(s',s)的外部分量和信道分量将得到的外部分量转换为要继续迭代的整数部分和将在继续迭代中被消除的公共约去部分，将信道分量转换为要继续迭代的整数部分和将在继续迭代中被消除的公共约去部分；将外部分量和所述信道分量的整数部分相加；用全整数存储器仅存储所述外部分量和所述信道分量的整数部分之和作为当前迭代的分支度量M_k(s',s)以用于下一次迭代；基于多次迭代形成的分支度量来获得第k个位的整数译码结果。

Description

全整数Turbo码迭代译码的方法和系统

技术领域

本发明涉及Turbo码译码领域，且更具体地涉及全整数Turbo码迭代译码的方法和系统。

背景技术

Turbo码又称为并行级联卷积码（Parallel Concatenated Convolutional Code，PCCC）。其在编码时将两个简单分量码利用伪随机交织器并行级联来得到有伪随机特性的长码，并在译码时通过在两个软入/软出(Soft In Soft Out,SISO)译码器之间进行多次迭代来实现伪随机译码,达到了接近仙农（Shannon）编码理论极限的性能。

Turbo码的编码、译码技术目前已经有了很大的发展，且已经广泛应用于编码、调制、信号检测等各个应用领域，取得了较好的译码性能。在Turbo码的译码过程中，如何能够获得精确且高效的译码结果已经成为研究的重点。

众所周知，在Turbo码的译码过程中，由于存储器仅存储整数，因此如果要进行浮点运算，则一般考虑仅存储整数，在这种情况下，都需要对小数进行四舍五入，因此，在利用四舍五入后存储的数进行迭代运算后，得到的存储和迭代运算的精度则会逐渐降低，如果要存储小数点后几位，则占用的存储空间也较大。因此，需要提供能够获得精确且高效又节省空间的整数译码的Turbo码译码方法和系统。

发明内容

本发明提出了一种能够获得精确且高效的译码结果的Turbo码译码方法和系统。

根据本发明的一个实施例，提供一种对接收信息序列进行全整数Turbo码迭代译码的方法。该方法包括：接收该接收信息序列的第k个位关于该第k个位的校验信息当前迭代的先验信息其中k为正整数；在当前迭代中，根据接收的第k个位校验信息先验信息来得到分支度量M_k(s',s)的外部分量和信道分量其中，所述分支度量M_k(s',s)表示该第k个位的前一状态s’和状态s之间的分支转移概率；将得到的所述外部分量转换为要继续迭代的整数部分和将在继续迭代中被消除的公共约去部分，将所述信道分量转换为要继续迭代的整数部分和将在继续迭代中被消除的公共约去部分；将所述外部分量和所述信道分量的整数部分相加；用全整数存储器仅存储所述外部分量和所述信道分量的整数部分之和作为当前迭代的分支度量M_k(s',s)以用于下一次迭代；基于多次迭代形成的所述分支度量来获得第k个位的整数译码结果。

该方法中的所述根据接收的第k个位校验信息先验信息来得到分支度量M_k(s',s)的外部分量和信道分量可以包括：通过和来得到分支度量M_k(s',s)的外部分量和信道分量其中，是第k个位的信道信息，是第k个位的校验信息对应的信道信息。

该方法中的所述将所述外部分量转换为要继续迭代的整数部分和将在继续迭代中被消除的公共约去部分，将所述信道分量转换为要继续迭代的整数部分和将在继续迭代中被消除的公共约去部分可以包括：通过将外部分量转换为其中，要继续迭代的整数部分为将在继续迭代中被消除的公共约去部分为通过将信道分量转换为其中，要继续迭代的整数部分为将在继续迭代中被消除的公共约去部分为

根据本发明的一个实施例，提供一种对接收信息序列进行全整数Turbo码迭代译码的系统。该系统包括：接收器，接收该接收信息序列的第k个位关于该第k个位的校验信息当前迭代的先验信息其中k是正整数；计算器，在当前迭代中，根据所述接收器接收的第k个位校验信息先验信息来得到分支度量M_k(s',s)的外部分量和信道分量其中，所述分支度量M_k(s',s)表示该第k个位的前一状态s’和状态s之间的分支转移概率；转换器，将所述计算器得到的所述外部分量转换为要继续迭代的整数部分和将在继续迭代中被消除的公共约去部分，将所述信道分量转换为要继续迭代的整数部分和将在继续迭代中被消除的公共约去部分；加法器，将所述转换器得到的所述外部分量和所述信道分量的整数部分相加；全整数存储器，仅存储所述加法器得到的所述外部分量和所述信道分量的整数部分之和作为当前迭代的分支度量M_k(s',s)以用于下一次迭代；译码部件，基于多次迭代形成的所述分支度量来获得第k个位的整数译码结果。

所述计算器可以包括：通过和来得到分支度量M_k(s',s)的外部分量和信道分量的装置，其中，是第k个位的信道信息，是第k个位的校验信息对应的信道信息。

所述转换器可以包括：通过将外部分量转换为的装置，其中，要继续迭代的整数部分为将在继续迭代中被消除的公共约去部分为通过将信道分量转换为的装置，其中，要继续迭代的整数部分为将在继续迭代中被消除的公共约去部分为

根据本发明的另一个实施例，提供一种对接收信息序列进行全整数Turbo码迭代译码的方法。该方法包括：接收该接收信息序列的第k个位关于该第k个位的校验信息当前迭代的先验信息其中k为正整数；根据接收的第k个位校验信息先验信息来得到并全整数地存储分支度量M_k(s',s)，其中，所述分支度量M_k(s',s)表示该第k个位的前一状态s’和状态s之间的分支转移概率；根据所述分支度量M_k(s',s)得到前向状态度量A_k-1(s')，其中前向状态度量A_k-1(s')表示第k-1个位从之前状态转移到状态s'的概率；根据所述分支度量M_k(s',s)得到后向状态度量B_k(s)，其中后向状态度量B_k(s)表示第k个位从状态s转移到之后状态的概率；根据所述前向状态度量、所述后向状态度量和所述分支度量来得到第k个位的对数似然比；根据所述对数似然比判决该第k个位被译码为1还是0以获得整数译码结果，其中，所述根据第k个位校验信息先验信息来得到并全整数地存储分支度量M_k(s',s)包括：在当前迭代中，根据接收的第k个位校验信息先验信息来得到分支度量M_k(s',s)的外部分量和信道分量将得到的所述外部分量转换为要继续迭代的整数部分和将在继续迭代中被消除的公共约去部分，将所述信道分量转换为要继续迭代的整数部分和将在继续迭代中被消除的公共约去部分；将得到的所述外部分量和所述信道分量的整数部分相加；用全整数存储器仅存储所述外部分量和所述信道分量的整数部分之和作为当前迭代的分支度量M_k(s',s)以用于下一次迭代。

根据本发明的另一个实施例，提供一种对接收信息序列进行全整数Turbo码迭代译码的系统。该系统包括接收器，接收该接收信息序列的第k个位关于该第k个位的校验信息当前迭代的先验信息其中k是正整数；分支度量生成器，根据接收的第k个位校验信息先验信息来得到并全整数地存储分支度量M_k(s',s)，其中，所述分支度量M_k(s',s)表示该第k个位的前一状态s’和状态s之间的分支转移概率；前向状态度量生成器，根据所述分支度量M_k(s',s)得到前向状态度量A_k-1(s')，其中前向状态度量A_k-1(s')表示第k-1个位从之前状态转移到状态s'的概率；后向状态度量生成器，根据所述分支度量M_k(s',s)得到后向状态度量B_k(s)，其中后向状态度量B_k(s)表示第k个位从状态s转移到之后状态的概率；译码单元，根据所述前向状态度量、所述后向状态度量和所述分支度量来得到第k个位的对数似然比，并根据所述对数似然比判决该第k个位被译码为1还是0以获得整数译码结果，其中，分支度量生成器包括：计算器，在当前迭代中，根据所述接收器接收的第k个位校验信息先验信息来得到分支度量M_k(s',s)的外部分量和信道分量转换器，将所述计算器得到的所述外部分量转换为要继续迭代的整数部分和将在继续迭代中被消除的公共约去部分，将所述信道分量转换为要继续迭代的整数部分和将在继续迭代中被消除的公共约去部分；加法器，将所述转换器得到的所述外部分量和所述信道分量的整数部分相加；全整数存储器，仅存储所述加法器得到的所述外部分量和所述信道分量整数部分之和作为当前迭代的分支度量M_k(s',s)以用于下一次迭代。

这样，由于在继续迭代中被消除的公共约去部分与信息序列u无关，因此可以用全整数存储器来仅存储分支度量M_k(s',s)的作为整数部分的简化结果，从而基于整数存储的分支度量M_k(s',s)进行下一次迭代，并得到最终的分支度量M_k(s',s)，并得到前向状态度量A_k-1(s')和后向状态度量B_k(s)、以及得到最终的对数似然比，从而判决Turbo译码器的最终译码结果，且能获得精确且高效的译码结果。

在上述保证译码结果精确的情况下，由于不需要存储小数部分，因而本发明还节省了存储空间，并提高了运算效率。

附图说明

图1是示出现有技术中的Turbo码编码器的结构的示例方框图。

图2是示出根据本发明的一个实施例的Turbo码译码器的结构的示例方框图。

图3示出了根据本发明的一个实施例的对接收信息序列进行全整数Turbo码迭代译码的方法。

图4示出了根据本发明的一个实施例的对接收信息序列进行全整数Turbo码迭代译码的系统。

图5A和5B示出了根据本发明的另一个实施例的对接收信息序列进行全整数Turbo码迭代译码的方法。

图6A和6B示出了根据本发明的另一个实施例的对接收信息序列进行全整数Turbo码迭代译码的系统。

具体实施方式

以下结合附图和实施例更详细地描述本发明的技术方案。

首先，在描述本发明的turbo码译码器的结构和译码方法之前，参考图1来描述Turbo码编码器的结构及其编码过程。附图1是示出现有技术中Turbo码编码器100的结构的示例方框图。

Turbo码编码器100是由例如两个递归系统卷积码（Rescursive System Code，RSC）编码器（分量码编码器RSC1和分量码编码器RSC2）通过一个交织器并行连接而成的，编码后的校验位经过删余单元和复用器，从而产生不同码率的码字。

在Turbo码编码过程中，具体地，信息序列u={u₁,u₂,…u_N}经过一个N位交织器，形成一个新序列u1={u₁’,u₂’,…u_N’}（其中N为正整数）。u与u1分别送到两个分量码编码器RSC1和RSC2，同时信息序列u作为系统输出X^s直接送至复用器。通常，这两个编码器RSC1和RSC2的结构相同，且生成序列X^p1与X^p2。为了提高码率，序列X^p1与X^p2可能需要经过删余单元，采用删余技术从这两个校验序列中周期地删除一些校验位，形成校验位序列X^p。X^p与未编码的序列X^s经过复用器进行复用调制后，生成Turbo码序列X。其中，上标字母s表示系统（system）的意思，用于区分作用。上标字母p通常表示校验（parity）的意思，字母p1和p2用于区分作用。

该Turbo码编码器及其过程是现有技术中常用的，在此仅作简要介绍，不过多描述。此描述也不被认为是对本发明的技术方案的限制。

而本发明主要涉及Turbo码译码领域。

假设，如图1所示，信息序列u经过Turbo码编码器100后，得到码字序列X。码字序列X通过例如BPSK（Binary Phase Shift Keying，二进制移相键控）调制，经过例如加性高斯白噪声（Additive White Gaussian Noise，AWGN）的离散无记忆信道后，假设在接收端，接收信号并进行采样，经过匹配滤波之后得到的接收序列为N为正整数，k为正整数且在1到N之间取值。

然后，该接收序列Y经过解复用后得到如下三个序列Y^s、Y^p1、和Y^p2（由于如图1所示在编码端由序列X^p1与X^p2形成的X^p与未编码的序列X^s经过复用器进行复用调制，因此在接收端进行解复用还原得到Y^s、Y^p1、和Y^p2）：

系统接收信息序列其中，N是正整数。其中，上标字母s表示系统（system）的意思，用于区分作用。

用于dec1的接收校验序列为和

用于dec2的接收校验序列为其中，上标字母p通常表示校验（parity）的意思，字母p1和p2用于区分作用。

然后将解复用得到的这三个序列Y^s、Y^p1、和Y^p2经过图2所示的Turbo码译码器。

图2是示出根据本发明的一个实施例的Turbo码译码器200的结构的示例方框图。

Turbo码译码器200主要包括两个交织器205和206、两个解交织器203和204以及两个译码器dec1 201和dec2 202。这是一个迭代过程。

对于系统接收信息序列中的每一个信息位，（例如，在k时刻）将上述系统接收信息序列Y^s中的信息位用于译码器dec1 201的接收校验序列中的校验位（其中k为正整数，且在1到N之间取值）、及先验信息（前一次迭代中译码器dec2 202给出的外信息L_e2经过解交织器以后的解交织形式，初始值例如为0）送入译码器dec1 201，译码器dec1 201译码后产生的外信息L_e1经过交织器205后作为译码器dec2 202的先验信息送入译码器dec2 202，同时译码器dec2 202的输入还包括信息位经过交织器206交织后的信息以及用于译码器dec2 202的接收校验序列中的校验信息然后，译码器dec2 202产生的外信息L_e2又送入解交织器203以便成为用于下一次迭代的先验信息以循环再利用，以实现迭代过程。这样，经过多次迭代，译码器dec1 201译码后产生的外信息L_e1和译码器dec2202产生的外信息L_e2趋于稳定，然后，最终得到的迭代结果经过解交织器204以得到逼近于对于整个码的最大似然比，然后经过判决器207来对此似然比进行硬判决来得到对于信息序列u的每一个位的最佳译码结果

注意，全文中的表达式中的有些字母仅用于做示意的作用，例如e通常表示外部（exterior或external）的意思，in表示输入（input）的意思，数字1、2……k，……N等仅做区分作用，当然还可以用其他字母和数字来区分这些表达式，本文中出现的具体表达式和用于区分作用的字母和数字均不作为对本发明的限制。

假设译码器dec1 201的输入序列为dec1：Y₁＝(Y^s，Y^p1)，且译码器dec2 202的输入序列为dec2：Y₂=(Y^s,Y^p2)。

为了使译码后的位错误概率最小，根据最大后验概率准则，Turbo译码器的优选译码策略是，根据接收序列计算后验概率P(u_k)=P(u_k|Y₁,Y₂)，其中u_k表示编码器端的信息位，例如为1或0的信息位，u_k也是先前在编码器端的描述中提到的信息序列u={u₁,u₂,…u_N}中的一个位，其中k为正整数，且k在1到N之间取值。也就是说，上述后验概率P(u_k)=P(u_k|Y₁,Y₂)的含义是，在接收到序列Y₁,Y₂（如上所述，其中Y₁=(Y^s,Y^p1)，Y₂=(Y^s,Y^p2)）的条件下，编码器端的信息位u_k等于1或0的概率。这也是Turbo码译码的译码结果。例如如果上述后验概率P(u_k＝1)的概率大于某一阈值（或满足另一条件），则判决该位的译码结果为1，即，认为在编码器端当初输入的信息位u_k就是1，如此则实现了该信息位的译码。

但这对于稍长一点的码计算复杂度太高。在Turbo码译码方案中，巧妙地采用了一种次最优的译码规则，将Y₁和Y₂分开考虑，由两个分量码译码器dec1 201和dec2 202分别计算后验概率P(u_k|Y₁，L_e1)和P(u_k|Y₂,L_e2)，然后通过两个分量码译码器dec1 201和dec2 202之间的多次迭代，使他们收敛于后验概率的P(u_k|Y₁,Y₂)，从而使得能够得到该信息位的最佳译码。

关于后验概率P(u_k|Y₁,L_e1)和P(u_k|Y₂,L_e2)的求解，目前已有多种算法，包括但不限于：MAP(最大后验概率，Maximum A Posterori)、Max-Log-MAP（最大对数后验概率）、Log-MAP（对数后验概率）和SOVA(软输出维特比算法，Soft Output Viterbi Algorithm)算法等等。其中使用最多的是MAP算法、Max-Log-MAP算法与Log-MAP算法。MAP算法是1974年被用于卷积码的译码，但用作Turbo码的译码还做了一些修改；Max-Log-MAP与Log-MAP是根据MAP算法在运算量上做了重大改进，使得Turbo码的译码复杂度大大降低。

下面，本公开以MAP、Log-MAP、和Max-Log-MAP算法为例来说明Turbo码的具体译码过程。

假设，采用了上述算法的例如分量码译码器dec1 201的输入序列为其中（k在1到N之间取值）。定义（或）是关于u_k的先验信息，L(u_k)是关于u_k的对数似然比。它们的定义如下：

公式1

也就是说，该公式1求出的是u_k=1的概率和u_k=0的概率之比的对数。

公式2

同理，该公式2求出在接收到的情况下、编码端的位u_k=1的概率和在接收到的情况下、编码端的位u_k=0的概率之比的对数（又称对数似然比）。即，如果的概率大于或等于的概率（即编码端的u_k更有可能为1），于是得到与之比大于或等于1，则计算得到的结果L(u_k)也会大于或等于0（由于ln对数的性质）。相反，如果的概率小于的概率（即编码端的u_k更有可能为0），于是得到与之比小于1，则计算得到的结果L(u_k)也会小于0（同样由于ln对数的性质）。

也就是说，可以按照下列公式3进行判决：

公式3

其中，表示Turbo译码器的最终译码结果。也就是说，Turbo码译码器的作用即是求解L(u_k)并根据上述公式3进行判决。

当然，Turbo码译码的算法也不仅是对数似然比算法，根据概率论原理可知，通过比较与的大小，例如相减、相除、或相除再取对数（即对数似然比）等等方式，都可以得出为1或为0的概率大小比较，因此可以得到应判决为1还是0的译码结果。本公开仅以对数似然比判决为例做出说明，而不受其限制。

根据贝叶斯（Bayes）规则，上式3可以写为

公式4

上式4中，求和是对所有由u_k＝1（或u_k＝0）引起的S_k-1→S_k的状态转移进行的。可以按下式计算：

公式5

公式5中：

称为前向概率，表示在k时刻，接收序列是且状态是s的概率；

称为后向概率，表示在k时刻，状态是s的条件下，接收序列是的概率；

γ_k(s',s)≡p(S_k=s,y_k|S_k-1=s')为s’和s之间的称为分支转移概率，表示前一时刻k-1的状态为s’的条件下，当前时刻k的状态为s且接收序列为y_k的概率。

考虑到在编码端的RSC编码器等价于一个马尔可夫源，在状态S_k-1已知时，在k-1时刻以后发生的事件与以前输入无关。因此，可得

公式6

公式7

至于分支转移概率γ_k(s',s)，可从其定义得到：

γ_k（s',s）=p(S_k=s,y_k|S_k-1=s')

=p(S_k=s|S_k-1=s')·p(y_k|S_k=s,S_k-1=s')

=p(u_k)·p(y_k|u_k)

公式8

式8中，p(u_k)是u_k的先验概率，p(y_k|u_k)由信道转移概率决定。

为防止溢出，对α_k(s)和β_k(s)进行归一化。

公式9

因为所以

公式10

将公式6带入以上公式10，并分子分母同除以得到

公式11

考虑于是得到

公式12

合并公式5和公式9得：

公式13

将上式13代入公式4，分子分母同乘以因子便得到MAP译码算法中L(u_k)的计算公式：

公式14

假定分量码编码器的初始状态和结束状态已知，则迭代的初值可设为：

和公式15

若结束状态未知，则后向概率的初值为：

公式16

其中v为编码端的RSC编码器的移位寄存器的数量。

利用贝叶斯（Bayes）规则，从公式3可以得到

公式17

式中，是关于u_k的先验信息。在迭代译码方案中，是由前一级译码器dec2 202的外信息L_e2经解交织得到的。在第一次迭代译码时，由于没有什么信息可以获得，只有先假设u_k为1或0的概率相同，即为了使得迭代继续进行，当前迭代的译码器提取新的外信息，经过解交织作为下一级译码器的先验信息。

上述公式1可以写为

公式18

从上式18可得：

公式19

式中，为常量。

对于p(y_k|u_k)，根据（即），可得

其中结合公式8，可得

公式20

若定义对于噪声服从分布N（0，N₀）的AWGN信道，定义信道可靠性值其中E_s为信号能量，N₀是高斯白噪声的单边功率谱密度。则上式20可以写为：

公式21

结合式14和上式21，得

公式22

第一项是信道值，第二项是前一级译码器提供的先验信息，第三项是可送给后继译码器的外部信息。

使用公式22计算L(u_k)为MAP算法，其存在几个难以克服的缺点：译码延迟很大、计算时既要有前向迭代又要有后向迭代、与接收一组序列（交织器大小）成正比的存储量等。

Log-MAP算法则是MAP的一种简化形式，实现比较简单。就是把MAP算法中的变量都转换为对数形式，从而把乘法运算转换为加法运算，同时译码器的输入输出相应的修正为对数似然比形式。再把得到的算法进行必要的修改就得到了Log-MAP算法。

在Log-MAP算法中，定义分支度量M_k(s',s)、前向状态度量A_k(s)和后向状态度量B_k(s)与MAP算法中的γ_k(s',s)，α_k(s)和β_k(s)相对应，它们之间满足对数关系。引入max*()操作，其定义为：其中f(e)为变量e的函数。

从而根据公式21、公式6和公式7分别得到

公式23

根据上式23和式22可得log-MAP算法中的L(u_k)计算式：

公式24

将Log-MAP算法中的max*()简化为通常的最大值运算，即为Max-Log-MAP算法。

可见，无论是在MAP算法、Log-MAP算法中还是在Max-Log-MAP算法中，在最后计算似然比L(u_k)时，要计算前向状态度量α_k-1(s')或A_k-1(s')和后向状态度量β_k(s)或B_k(s)，且还根据公式23可知，要计算前向状态度量αk-1(s')或Ak-1(s')和后向状态度量β_k(s)或B_k(s)，还必须要先计算分支度量γ_k(s',s)或M_k(s',s)，因为前向状态度量α_k-1(s')或A_k-1(s')和后向状态度量β_k(s)或B_k(s)均是以分支度量γ_k(s',s)或M_k(s',s)为基础来运算的。因此，求解分支度量γ_k(s',s)或M_k(s',s)并存储该值以用于计算前向状态度量α_k-1(s')或A_k-1(s')和后向状态度量β_k(s)或B_k(s)是必要的。

以log-MAP算法为例，根据公式23以及公式21，已经可得分支度量M_k(s',s)的计算式：

公式25

假设且从以前公式得知则公式25可以写成：

公式26

其中将简写为并假设来表示分支度量M_k(s',s)的外部分量和信道分量

由此得到

如此，可见每次计算并存储分支度量M_k(s',s)时，将会涉及和与1/2的乘积，这样可能得到小数。然而，在用硬件存储器存储该分支度量M_k(s',s)时，通常都使用全整数存储器，要么既存储小数部分又存储整数部分来进行小数运算这影响存储空间和运算效率，要么对计算结果进行四舍五入，这样会影响分支度量M_k(s',s)的存储和运算精度，而该分支度量M_k(s',s)是用于计算前向状态度量A_k-1(s')和后向状态度量B_k(s)的基础，那么前向状态度量A_k-1(s')和后向状态度量B_k(s)的计算精度会受影响，且后续的所有迭代计算的精度都会受影响。从而导致最后得到的似然比L(u_k)也会受到影响，最后更可能影响1或0的判决结果，导致最终译码出错。

为了使得在用整数硬件存储器存储分支度量M_k(s',s)时不需要进行四舍五入也能在保持高效存储的情况下保持存储和迭代运算的精度，可以将外部分量转换为要继续迭代的整数部分和将在继续迭代中被消除的公共约去部分，将信道分量也转换为要继续迭代的整数部分和将在继续迭代中被消除的公共约去部分。

例如，可以通过将外部分量转换为其中，要继续迭代的整数部分为将在继续迭代中被消除的公共约去部分为同时，可以通过将信道分量转换为其中，要继续迭代的整数部分为将在继续迭代中被消除的公共约去部分为

于是上述公式26演变为：

公式27

注意到，上述公式中，前三项在迭代的过程中将会被约去，因为这些值与和的取值无关，因此将在后面的运算中作为公共项约去，因此，不存储这一部分不会影响整个迭代的结果和性能。

因此，只需要用全整数存储器来存储作为整数部分的后三项即分支度量M_k(s',s)可以被简化为：

公式28

具体地，本领域技术人员知道，在迭代地计算M_k(s',s)时，需要对分别取例如1和0（或某些情况下，-1）分别计算并存储所计算的两个值，然后，将这两个值相减。假设计算得到的两个值为例如7.5和3.5，则两个值相减之后得到4，因此，如果用现有技术的整数存储器来存储所计算的两个值，必须分别存储整数部分和小数部分，否则就只能四舍五入。然而，用本发明的方式，例如在计算得到7.5时，前三项的结果为1.5，后三项的结果为6，而在计算得到3.5时，前三项的结果为1.5，后三项的结果为2，则两个值相减之后仍为4，因此，仅整数地存储后三项的计算结果6和2并相减不会影响运算的结果和精度，同时能避免小数运算，节省存储空间，从而获得更高效的译码。

注意，在这里提到的和仅为数学表达式，其与之前提到的要编码的信息位u_k无必然联系，可将其改为和或其他形式，而不作为对本发明的限制。而且，上述提到的转换公式和也不是唯一的，只要能实现将外部分量转换为要继续迭代的整数部分和将在继续迭代中被消除的公共约去部分，将信道分量转换为要继续迭代的整数部分和将在继续迭代中被消除的公共约去部分的其他公式和（其中，c、d为整数或正整数等）都可以被包括在本公开中，例如和等等。

这样，利用本发明的方式，可以用全整数存储器来仅存储分支度量M_k(s',s)的作为整数部分的简化结果，可以不存储可能引入小数的公共约去部分，也不会影响计算的结果和精度，同时能节省存储空间，从而获得更高效的译码。从而基于整数存储的分支度量M_k(s',s)进行下一次迭代，并得到最终的分支度量M_k(s',s)、前向状态度量A_k-1(s')和后向状态度量B_k(s)、然后根据公式24得到最终的似然比L(u_k)，从而根据公式3的来判决Turbo译码器的最终译码结果，由此能获得精确且高效的译码结果。

如此，基于上述整数存储的分支度量M_k(s',s)的整个turbo译码过程将变为全整数定点无损译码，在保证精度的同时简化了运算、减少了存储空间、实现了精确且高效的译码结果。顺带提及，唯一可能带来译码精度和效率损失的是由定点化有限字长导致的，因此，只要取适合的字长来存储中间变量，则可以实现与浮点译码相同的精度和效率。

因此，图3示出了根据本发明的一个实施例的对接收信息序列进行全整数Turbo码迭代译码的方法300。

该方法300包括：S301，接收该接收信息序列的第k个位关于该第k个位的校验信息当前迭代的先验信息其中k为正整数；S302，在当前迭代中，根据接收的第k个位校验信息先验信息来得到分支度量M_k(s',s)的外部分量和信道分量其中，所述分支度量M_k(s',s)表示该第k个位的前一状态s’和状态s之间的分支转移概率；S303，将得到的所述外部分量转换为要继续迭代的整数部分和将在继续迭代中被消除的公共约去部分，将所述信道分量转换为要继续迭代的整数部分和将在继续迭代中被消除的公共约去部分；S304，将所述外部分量和所述信道分量的整数部分相加；S305，用全整数存储器仅存储所述外部分量和所述信道分量的整数部分之和作为当前迭代的分支度量M_k(s',s)以用于下一次迭代；S306，基于多次迭代形成的所述分支度量来获得第k个位的整数译码结果。

该方法300中的所述根据接收的第k个位校验信息先验信息来得到分支度量M_k(s',s)的外部分量和信道分量（S302）可以包括：通过和来得到分支度量M_k(s',s)的外部分量和信道分量其中，是第k个位的信道信息，是第k个位的校验信息对应的信道信息。

该方法300中的所述将所述外部分量转换为要继续迭代的整数部分和将在继续迭代中被消除的公共约去部分，将所述信道分量转换为要继续迭代的整数部分和将在继续迭代中被消除的公共约去部分（S303）可以包括：通过将外部分量转换为其中，要继续迭代的整数部分为将在继续迭代中被消除的公共约去部分为通过将信道分量转换为其中，要继续迭代的整数部分为将在继续迭代中被消除的公共约去部分为

该方法306中基于多次迭代形成的所述分支度量来获得第k个位的整数译码结果使用如下算法之一：MAP（最大后验概率）算法、Log-MAP算法、Max-Log-MAP算法、和SOVA(软输出维特比)算法。

图4示出了根据本发明的一个实施例的对接收信息序列进行全整数Turbo码迭代译码的系统400。

该系统400包括：接收器401，接收该接收信息序列的第k个位关于该第k个位的校验信息当前迭代的先验信息其中k是正整数；

计算器402，在当前迭代中，根据所述接收器401接收的第k个位校验信息先验信息来得到分支度量M_k(s',s)的外部分量和信道分量其中，所述分支度量M_k(s',s)表示该第k个位的前一状态s’和状态s之间的分支转移概率；

转换器403，将所述计算器402得到的所述外部分量转换为要继续迭代的整数部分和将在继续迭代中被消除的公共约去部分，将所述信道分量转换为要继续迭代的整数部分和将在继续迭代中被消除的公共约去部分；

加法器404，将所述转换器403得到的所述外部分量和所述信道分量的整数部分相加；

全整数存储器405，仅存储所述加法器404得到的所述外部分量和所述信道分量的整数部分之和作为当前迭代的分支度量M_k(s',s)以用于下一次迭代；

译码部件406，基于多次迭代形成的所述分支度量来获得第k个位的整数译码结果。其中，基于多次迭代形成的所述分支度量来获得第k个位的整数译码结果使用如下算法之一：MAP（最大后验概率）算法、Log-MAP算法、Max-Log-MAP算法、和SOVA(软输出维特比)算法。

所述计算器402可以包括：通过和来得到分支度量M_k(s',s)的外部分量和信道分量的装置，其中，是第k个位的信道信息，是第k个位的校验信息对应的信道信息。

所述转换器403可以包括：通过将外部分量转换为的装置，其中，要继续迭代的整数部分为将在继续迭代中被消除的公共约去部分为通过将信道分量转换为的装置，其中，要继续迭代的整数部分为将在继续迭代中被消除的公共约去部分为

图5A和5B示出了根据本发明的另一个实施例的对接收信息序列进行全整数Turbo码迭代译码的方法500。

该方法500包括：

S501，接收该接收信息序列的第k个位关于该第k个位的校验信息当前迭代的先验信息其中k为正整数；

S502，根据接收的第k个位校验信息先验信息来得到并全整数地存储分支度量M_k(s',s)，其中，所述分支度量M_k(s',s)表示该第k个位的前一状态s’和状态s之间的分支转移概率；

S503，根据所述分支度量M_k(s',s)得到前向状态度量α_k-1(s')，其中前向状态度量α_k-1(s')表示第k-1个位从之前状态转移到状态s'的概率；

S504，根据所述分支度量M_k(s',s)得到后向状态度量β_k(s)，其中后向状态度量β(s)表示第k个位从状态s转移到之后状态的概率；

S505，根据所述前向状态度量、所述后向状态度量和所述分支度量来得到第k个位的对数似然比；

S506，根据所述对数似然比判决该第k个位被译码为1还是0以获得整数译码结果，

其中，所述根据第k个位校验信息先验信息来得到并全整数地存储分支度量M_k(s',s)S502包括：

S5021，在当前迭代中，根据接收的第k个位校验信息先验信息来得到分支度量M_k(s',s)的外部分量和信道分量

S5022，将得到的所述外部分量转换为要继续迭代的整数部分和将在继续迭代中被消除的公共约去部分，将所述信道分量转换为要继续迭代的整数部分和将在继续迭代中被消除的公共约去部分；

S5023，将得到的所述外部分量和所述信道分量的整数部分相加；

S5024，用全整数存储器仅存储所述外部分量和所述信道分量的整数部分之和作为当前迭代的分支度量M_k(s',s)以用于下一次迭代。

图6A和6B示出了根据本发明的另一个实施例的对接收信息序列进行全整数Turbo码迭代译码的系统600。

该系统包括接收器601，接收该接收信息序列的第k个位关于该第k个位的校验信息当前迭代的先验信息其中k是正整数；

分支度量生成器602，根据接收的第k个位校验信息先验信息来得到并全整数地存储分支度量M_k(s',s)，其中，所述分支度量M_k(s',s)表示该第k个位的前一状态s’和状态s之间的分支转移概率；

前向状态度量生成器603，根据所述分支度量M_k(s',s)得到前向状态度量A_k-1(s')，其中前向状态度量A_k-1(s')表示第k-1个位从之前状态转移到状态s'的概率；

后向状态度量生成器604，根据所述分支度量M_k(s',s)得到后向状态度量B_k(s)，其中后向状态度量B_k(s)表示第k个位从状态s转移到之后状态的概率；

译码单元605，根据所述前向状态度量、所述后向状态度量和所述分支度量来得到第k个位的对数似然比，并根据所述对数似然比判决该第k个位被译码为1还是0以获得整数译码结果，

其中，分支度量生成器602包括：

计算器6021，在当前迭代中，根据所述接收器接收的第k个位校验信息先验信息来得到分支度量M_k(s',s)的外部分量和信道分量

转换器6022，将所述计算器得到的所述外部分量转换为要继续迭代的整数部分和将在继续迭代中被消除的公共约去部分，将所述信道分量转换为要继续迭代的整数部分和将在继续迭代中被消除的公共约去部分；

加法器6023，将所述转换器得到的所述外部分量和所述信道分量的整数部分相加；

全整数存储器6024，仅存储所述加法器得到的所述外部分量和所述信道分量整数部分之和作为当前迭代的分支度量M_k(s',s)以用于下一次迭代。

这样，可以用全整数存储器来仅存储分支度量M_k(s',s)的作为整数部分的简化结果，从而基于整数存储的分支度量M_k(s',s)进行下一次迭代，并得到最终的M_k(s',s)，并得到前向状态度量A_k-1(s')和后向状态度量B_k(s)、以及得到最终的似然比L(u_k)，从而判决Turbo译码器的最终译码结果，且能获得精确且高效的译码结果。

当然，上述所有出现的公式都仅是示例，在实际运用中可能出现更改或变换某些公式的情况，因此这些示例的公式不作为对本发明的限制。所有能实现将外部分量转换为要继续迭代的整数部分和将在继续迭代中被消除的公共约去部分，将信道分量转换为要继续迭代的整数部分和将在继续迭代中被消除的公共约去部分的其他公式也可以用于实现仅用全整数存储器来存储分支度量的目的，并应该被包括在本公开中。

本公开的术语、公式、字母和/或数字、标记、函数、定义均为示例，且不构成对本发明的限制。在本领域中公知的Turbo编译码理论及公式等均应作为本公开的参考文献，来辅助理解本发明。如果本公开中的术语、公式、字母和/或数字、标记、函数、定义与本领域公知的不同或冲突，则应通过理解本发明的原理来确定最终含义。

以上对本发明进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种对接收信息序列进行全整数Turbo码迭代译码的方法，所述方法包括：

接收该接收信息序列的第k个位关于该第k个位的校验信息当前迭代的先验信息其中k为正整数；

在当前迭代中，根据接收的第k个位校验信息先验信息来得到分支度量M_k(s',s)的外部分量和信道分量其中，所述分支度量M_k(s',s)表示该第k个位的前一状态s’和状态s之间的分支转移概率；

将得到的所述外部分量转换为要继续迭代的整数部分和将在继续迭代中被消除的公共约去部分，将所述信道分量转换为要继续迭代的整数部分和将在继续迭代中被消除的公共约去部分；

将所述外部分量和所述信道分量的整数部分相加；

用全整数存储器仅存储所述外部分量和所述信道分量的整数部分之和作为当前迭代的分支度量M_k(s',s)以用于下一次迭代；

基于多次迭代形成的所述分支度量来获得第k个位的整数译码结果，

其中，所述根据接收的第k个位校验信息先验信息来得到分支度量M_k(s',s)的外部分量和信道分量包括：

通过和来得到分支度量M_k(s',s)的外部分量和信道分量

其中，是第k个位的信道信息，是第k个位的校验信息对应的信道信息，

其中，所述将所述外部分量转换为要继续迭代的整数部分和将在继续迭代中被消除的公共约去部分，将所述信道分量转换为要继续迭代的整数部分和将在继续迭代中被消除的公共约去部分包括：

通过将外部分量转换为其中，要继续迭代的整数部分为将在继续迭代中被消除的公共约去部分为

通过将信道分量转换为其中，要继续迭代的整数部分为将在继续迭代中被消除的公共约去部分为

2.根据权利要求1所述的方法，其中，基于多次迭代形成的所述分支度量来获得第k个位的整数译码结果使用如下算法之一：MAP(最大后验概率)算法、Log-MAP算法、Max-Log-MAP算法、和SOVA(软输出维特比)算法。

3.一种对接收信息序列进行全整数Turbo码迭代译码的系统，所述系统包括：

接收器，接收该接收信息序列的第k个位关于该第k个位的校验信息当前迭代的先验信息其中k是正整数；

计算器，在当前迭代中，根据所述接收器接收的第k个位校验信息先验信息来得到分支度量M_k(s',s)的外部分量和信道分量其中，所述分支度量M_k(s',s)表示该第k个位的前一状态s’和状态s之间的分支转移概率；

转换器，将所述计算器得到的所述外部分量转换为要继续迭代的整数部分和将在继续迭代中被消除的公共约去部分，将所述信道分量转换为要继续迭代的整数部分和将在继续迭代中被消除的公共约去部分；

加法器，将所述转换器得到的所述外部分量和所述信道分量的整数部分相加；

全整数存储器，仅存储所述加法器得到的所述外部分量和所述信道分量的整数部分之和作为当前迭代的分支度量M_k(s',s)以用于下一次迭代；

译码部件，基于多次迭代形成的所述分支度量来获得第k个位的整数译码结果，

其中，所述计算器包括：

通过和来得到分支度量M_k(s',s)的外部分量和信道分量的装置，

其中，所述转换器包括：

通过将外部分量转换为的装置，其中，要继续迭代的整数部分为将在继续迭代中被消除的公共约去部分为

通过将信道分量转换为的装置，其中，要继续迭代的整数部分为将在继续迭代中被消除的公共约去部分为

4.根据权利要求3所述的系统，其中，基于多次迭代形成的所述分支度量来获得第k个位的整数译码结果使用如下算法之一：MAP(最大后验概率)算法、Log-MAP算法、Max-Log-MAP算法、和SOVA(软输出维特比)算法。

5.一种对接收信息序列进行全整数Turbo码迭代译码的方法，该方法包括：

根据接收的第k个位校验信息先验信息来得到并全整数地存储分支度量M_k(s',s)，其中，所述分支度量M_k(s',s)表示该第k个位的前一状态s’和状态s之间的分支转移概率；

根据所述分支度量M_k(s',s)得到前向状态度量A_k-1(s')，其中前向状态度量A_k-1(s')表示第k-1个位从之前状态转移到状态s'的概率；

根据所述分支度量M_k(s',s)得到后向状态度量B_k(s)，其中后向状态度量B_k(s)表示第k个位从状态s转移到之后状态的概率；

根据所述前向状态度量、所述后向状态度量和所述分支度量来得到第k个位的对数似然比；

根据所述对数似然比判决该第k个位被译码为1还是0以获得整数译码结果，

其中，所述根据第k个位校验信息先验信息来得到并全整数地存储分支度量M_k(s',s)包括：

在当前迭代中，根据接收的第k个位校验信息先验信息来得到分支度量M_k(s',s)的外部分量和信道分量

将得到的所述外部分量和所述信道分量的整数部分相加；

用全整数存储器仅存储所述外部分量和所述信道分量的整数部分之和作为当前迭代的分支度量M_k(s',s)以用于下一次迭代，

通过和来得到分支度量M_k(s',s)的外部分量和信道分量

6.一种对接收信息序列进行全整数Turbo码迭代译码的系统，该系统包括：

分支度量生成器，根据接收的第k个位校验信息先验信息来得到并全整数地存储分支度量M_k(s',s)，其中，所述分支度量M_k(s',s)表示该第k个位的前一状态s’和状态s之间的分支转移概率；

前向状态度量生成器，根据所述分支度量M_k(s',s)得到前向状态度量A_k-1(s')，其中前向状态度量A_k-1(s')表示第k-1个位从之前状态转移到状态s'的概率；

后向状态度量生成器，根据所述分支度量M_k(s',s)得到后向状态度量B_k(s)，其中后向状态度量B_k(s)表示第k个位从状态s转移到之后状态的概率；

译码单元，根据所述前向状态度量、所述后向状态度量和所述分支度量来得到第k个位的对数似然比，并根据所述对数似然比判决该第k个位被译码为1还是0以获得整数译码结果，

其中，分支度量生成器包括：

计算器，在当前迭代中，根据所述接收器接收的第k个位校验信息先验信息来得到分支度量M_k(s',s)的外部分量和信道分量

全整数存储器，仅存储所述加法器得到的所述外部分量和所述信道分量整数部分之和作为当前迭代的分支度量M_k(s',s)以用于下一次迭代，

其中，所述计算器包括：

其中，所述转换器包括：