CN111130570A - 一种并行Turbo译码算法在LEO中应用的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及信道编译码技术领域，具体涉及一种并行Turbo译码算法在LEO中应用的方法及装置；对不相关的对数似然比进行并行运算；首先将译码器接收到的信息序列输入分量译码器，在分量译码器中采用并行机制，分16路并行计算每个状态的对数似然比，然后输出译码比特的对数似然比，再进行接下来的迭代译码，从而极大的缩减了译码器译码时间；通过寄存器状态的前向度量值和后向度量值计算出状态的对数似然比，进而计算出每个比特的对数似然比，最后根据判决门限，得到最终的译码序列；由于寄存器状态的不相关性，在分量译码器中采用并行计算的方法，从而极大缩短译码时间；提高了运行效率。

Description

一种并行Turbo译码算法在LEO中应用的方法

技术领域

本发明涉及信道编译码技术领域，具体涉及一种并行Turbo译码算法在LEO 中应用的方法及装置。

背景技术

随着卫星通信的发展，对于通信质量的要求越来越高，并且对通信时延的 要求也随之严格，这就需要在通信接收端上进行改进优化，因此必须提高译码 器的译码速度，以适应卫星通信的要求。移动通信中常用的信道编码方式有 LDPC码和Turbo码，而在卫星通信中通常使用Turbo码和卷积码。Turbo码由 于性能优异，更适合卫星通信的要求。

目前常见的Turbo码译码算法分为两类，一类是最大后验概率译码，包括 Map算法、Log_Map算法、Max_Log_Map算法。另一类是维特比译码。由于最 大后验概率译码采用软译码，译码性能较好，因此该类算法得到了更广泛的应 用。而Max_Log_Map算法更是由于复杂度较低，适合在硬件上实现的优点得到 了更多的关注。

根据Turbo码的编码结构，其译码器中包含两个分量译码器，需要进行两 次译码和多次交织/解交织操作才能得到译码结果，耗时较长。在分量译码器中 使用Max_Log_Map算法，需要计算出每个寄存器状态的前向度量值、后向度量 值和状态的转移度量值，而后再根据这三个度量值计算出每个比特的对数似然 比。然后输出信息经过其他计算再参与到第二次分量译码。但在卫星通信中， 通话的时延过长，不能保证通信质量。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种并行Turbo译码算法在LEO中应 用的方法及装置。

本发明提供了一种并行Turbo译码算法在LEO中应用的方法，所述方法包 括下述步骤：

S1：初始化第一先验信息L_a为0，接收用户根据译码性能的要求选择的译 码次数；

S2：输入信息位(A,B)、分量编码器1对应的(Y₁,W₁)；并将第一先验信息L_a输送至分量编码器1，进行第一次译码运算，计算得到第一对数拟然比L_all；

S3：将第一对数拟然比L_all输入累加器，与此同时其他两路信息乘以-1后 得到新的L_a和L_sys，并将新的L_a和L_sys也送往累加器，得到第一外信息L_e；

S4：分量译码器1的第一外信息L_e经过交织器处理，交织后得到第二先验 信息L_a2输入到分量译码器2中，加上交织后的信息位(A₂,B₂)和分量编码器2 对应的(Y₂,W₂)，进行第二次译码运算，计算得到第二对数拟然比L_all2；

S5：将第二对数拟然比L_all2输入累加器，与此同时其他两路信息乘以-1后 得到新的L_a2和L_sys2，并将新的L_a2和L_sys2也送往累加器，得到第二外信息L_e2；

S6：分量译码器2的第二外信息L_e2经过交织器处理，作为分量译码器1 的第一先验信息，输入分量译码器1；判断是否完成用户设定的译码次数，若 完成，执行S7，若没完成，返回S2；

S7：分量译码器2得到的最终对数拟然比，根据硬判决公式输出译码结果。

可选的，计算第一对数拟然比L_all的步骤，包括：分量译码器1内部先通过 第一先验信息L_a计算出分支转移概率γ的值；再通过γ计算出前向递推概率α和 后向递推概率β；通过γ、α、β，分16路并行求出第二对数拟然比L_all2。

可选的，计算第二对数拟然比L_all2的步骤，包括：分量译码器2内部先通 过第二先验信息L_a2计算出分支转移概率γ的值；再通过γ计算出前向递推概率 α和后向递推概率β；通过γ、α、β，分16路并行求出第二对数拟然比L_all2。

可选的，计算第一外信息L_e的公式为L_e＝L_all-L_sys-L_a；计算第一外信息L_e2的公式为L_e2＝L_all2-L_sys2-L_a2。

可选的，根据输入的信息序列、校验序列和先验信息，计算得到不同寄存 器状态的转移概率γ，计算表达式如下：

可选的，利用得到的状态转移概率γ，再计算出状态的前向度量值α和后 向度量值β，计算表达式如下：

可选的，分量译码器在得到γ、α、β后，最后计算得出第一对数拟然比L_all或第二对数拟然比L_all，计算表达式如下：

可选的，分量译码器2得到的最终对数拟然比，根据硬判决公式输出译码 结果，硬判决公式如下：

本发明的有益效果体现在：

在本发明中，基于Max_Log_Map译码算法，对不相关的对数似然比进行并 行运算；首先将译码器接收到的信息序列输入分量译码器，在分量译码器中采 用并行机制，分16路并行计算每个状态的对数似然比，然后输出译码比特的对 数似然比，再进行接下来的迭代译码，从而极大的缩减了译码器译码时间；通 过寄存器状态的前向度量值和后向度量值计算出状态的对数似然比，进而计算 出每个比特的对数似然比，最后根据判决门限，得到最终的译码序列；由于寄 存器状态的不相关性，在分量译码器中采用并行计算的方法，从而极大缩短译 码时间；提高了运行效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将 对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附 图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分 并不一定按照实际的比例绘制。

图1是本发明一种并行Turbo译码算法在LEO中应用的方法的通信系统模 型图；

图2是本发明一种并行Turbo译码算法在LEO中应用的方法的编码器结构 图；

图3是本发明一种并行Turbo译码算法在LEO中应用的方法的译码器结构 图；

图4是本发明一种并行Turbo译码算法在LEO中应用的方法的并行译码方 案图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例 仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限 制本发明的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当 为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特 性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语 并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实 施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与 其它实施例相结合。

根据Turbo码的编码结构，其译码器中包含两个分量译码器，需要进行两 次译码和多次交织/解交织操作才能得到译码结果，耗时较长。在分量译码器中 使用Max_Log_Map算法，需要计算出每个寄存器状态的前向度量值、后向度量 值和状态的转移度量值，而后再根据这三个度量值计算出每个比特的对数似然 比。然后输出信息经过其他计算再参与到第二次分量译码。但在卫星通信中， 通话的时延过长，不能保证通信质量；为了解决上述问题，所以有必要，研制 一种并行Turbo译码算法在LEO中应用的方法及装置，采用并行译码算法，通 过简洁的方法，尽量降低通话的时延，保证通信质量。

本发明具体实施方式提供一种并行Turbo译码算法在LEO中应用的方法， 该方法如图1-4所示，包括如下步骤：

在步骤S1中，初始化第一先验信息L_a为0，接收用户根据译码性能的要求 选择的译码次数。

在本发明实施例中，用户设置译码次数，便于执行完成多次译码，最后执 行步骤S7，得到最终的译码结果。

在步骤S2中，输入信息位(A,B)、分量编码器1对应的(Y₁,W₁)；并将第一 先验信息L_a输送至分量编码器1，进行第一次译码运算，计算得到第一对数拟 然比L_all。

在本发明实施例中，计算第一对数拟然比L_all的步骤，包括：分量译码器1 内部先通过第一先验信息L_a计算出分支转移概率γ的值；再通过γ计算出前向递 推概率α和后向递推概率β；通过γ、α、β，分16路并行求出第一对数拟然 比L_all；其中根据输入的信息序列、校验序列和先验信息，计算得到不同寄存器 状态的转移概率γ，计算表达式如下：

利用得到的状态转移概率γ，再计算出状态的前向度量值α和后向度量值 β，计算表达式如下：

分量译码器在得到γ、α、β后，最后计算得出第一对数拟然比L_all，计算 表达式如下：

由 于对数似然比不存在时间上的依赖关系，且同一时刻不同状态互不相关，因此 可以进行并行运算。

在步骤S3中，将第一对数拟然比L_all输入累加器，与此同时其他两路信息 乘以-1后得到新的L_a和L_sys，并将新的L_a和L_sys也送往累加器，得到第一外信 息L_e。

在本发明实施例中，计算第一外信息L_e的公式为L_e＝L_all-L_sys-L_a。

在步骤S4中，分量译码器1的第一外信息L_e经过交织器处理，交织后得 到第二先验信息L_a2输入到分量译码器2中，加上交织后的信息位(A₂,B₂)和分 量编码器2对应的(Y₂,W₂)，进行第二次译码运算，计算得到第二对数拟然比L_all2。

在本发明实施例中，计算第二对数拟然比L_all2的步骤，包括：分量译码器2 内部先通过第二先验信息L_a2计算出分支转移概率γ的值；再通过γ计算出前向 递推概率α和后向递推概率β；通过γ、α、β，分16路并行求出第二对数拟 然比L_all2，其中根据输入的信息序列、校验序列和先验信息，计算得到不同寄 存器状态的转移概率γ，计算表达式如下：

利用得到的状态转移概率γ，再计算出状态的前向度量值α和后向度量值 β，计算表达式如下：

分量译码器在得到γ、α、β后，最后计算得出第二对数拟然比L_all2，计算 表达式如下：

在步骤S5中，将第二对数拟然比L_all2输入累加器，与此同时其他两路信息 乘以-1后得到新的L_a2和L_sys2，并将新的L_a2和L_sys2也送往累加器，得到第二外 信息L_e2。

在本发明实施例中，计算第一外信息L_e2的公式为L_e2＝L_all2-L_sys2-L_a2；由 于对数似然比不存在时间上的依赖关系，且同一时刻不同状态互不相关，因此 可以进行并行运算。

在步骤S6中，分量译码器2的第二外信息L_e2经过交织器处理，作为分量 译码器1的第一先验信息，输入分量译码器1；判断是否完成用户设定的译码 次数，若完成，执行S7，若没完成，返回S2。

在步骤S7中，分量译码器2得到的最终对数拟然比，根据硬判决公式输出 译码结果。

在本发明实施例中，分量译码器2得到的最终对数拟然比，根据硬判决公 式输出译码结果，硬判决公式如下：

基于Max_Log_Map译码算法，对不相关的对数似然比进行并行运算；首先 将译码器接收到的信息序列输入分量译码器，在分量译码器中采用并行机制， 分16路并行计算每个状态的对数似然比，然后输出译码比特的对数似然比，再 进行接下来的迭代译码，从而极大的缩减了译码器译码时间；通过寄存器状态 的前向度量值和后向度量值计算出状态的对数似然比，进而计算出每个比特的 对数似然比，最后根据判决门限，得到最终的译码序列；由于寄存器状态的不 相关性，在分量译码器中采用并行计算的方法，从而极大缩短译码时间；提高 了运行效率。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其 限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术 人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者 对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相 应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明 的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (8)

1.一种并行Turbo译码算法在LEO中应用的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

S1：初始化第一先验信息L_a为0，接收用户根据译码性能的要求选择的译码次数；

S2：输入信息位(A,B)、分量编码器1对应的(Y₁,W₁)；并将第一先验信息L_a输送至分量编码器1，进行第一次译码运算，计算得到第一对数拟然比L_all；

S3：将第一对数拟然比L_all输入累加器，与此同时其他两路信息乘以-1后得到新的L_a和L_sys，并将新的L_a和L_sys也送往累加器，得到第一外信息L_e；

S4：分量译码器1的第一外信息L_e经过交织器处理，交织后得到第二先验信息L_a2输入到分量译码器2中，加上交织后的信息位(A₂,B₂)和分量编码器2对应的(Y₂,W₂)，进行第二次译码运算，计算得到第二对数拟然比L_all2；

S5：将第二对数拟然比L_all2输入累加器，与此同时其他两路信息乘以-1后得到新的L_a2和L_sys2，并将新的L_a2和L_sys2也送往累加器，得到第二外信息L_e2；

S6：分量译码器2的第二外信息L_e2经过交织器处理，作为分量译码器1的第一先验信息，输入分量译码器1；判断是否完成用户设定的译码次数，若完成，执行S7，若没完成，返回S2；

S7：分量译码器2得到的最终对数拟然比，根据硬判决公式输出译码结果。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，计算第一对数拟然比L_all的步骤，包括：

分量译码器1内部先通过第一先验信息L_a计算出分支转移概率γ的值；再通过γ计算出前向递推概率α和后向递推概率β；

通过γ、α、β，分16路并行求出第一对数拟然比L_all。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，计算第二对数拟然比L_all2的步骤，包括：

分量译码器2内部先通过第二先验信息L_a2计算出分支转移概率γ的值；再通过γ计算出前向递推概率α和后向递推概率β；

通过γ、α、β，分16路并行求出第二对数拟然比L_all2。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，计算第一外信息L_e的公式为L_e＝L_all-L_sys-L_a；计算第一外信息L_e2的公式为L_e2＝L_all2-L_sys2-L_a2。

5.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，根据输入的信息序列、校验序列和先验信息，计算得到不同寄存器状态的转移概率γ，计算表达式如下：

6.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，利用得到的状态转移概率γ，再计算出状态的前向度量值α和后向度量值β，计算表达式如下：

7.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，分量译码器在得到γ、α、β后，最后计算得出第一对数拟然比L_all或第二对数拟然比L_all2，计算表达式如下：

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，分量译码器2得到的最终对数拟然比，根据硬判决公式输出译码结果，硬判决公式如下：

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