CN1204693C - 随机系统Turbo码的编、译码方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种随机系统Turbo码的编、译码方法。它与通常的Turbo码的编译码方法相比，其特征在于随机系统Turbo码不是直接传送系统信息，而传送的是经过内交织器后、伪随机化了的系统信息。本发明由于采用随机系统Turbo码能够更好地满足Shannon信道编码定理对随机编、译码方式的要求，因此得到了更好的编码性能。在低信噪比及相同的信道环境下，随机系统Turbo码具有更低的误比特率，特别对于实际采集的语音编码数据有更好的结果。由于随机系统Turbo码传送的是经过内交织器后的伪随机化了的系统信息，可以免去其后的两次交织(按3GPP的要求)，在译码时减少了三次解交织的过程，大大降低了硬件的复杂度和延时。

Description

随机系统Turbo码的编、译码方法

(一)技术领域

本发明属于移动通信领域，具体涉及一种随机系统Turbo码的编、译码方法。

(二)背景技术

Shannon的信道编码定理：对每一类信道都存在着一定的信道容量C，它是信道的最大极限传输能力，只要当实际传输速率R＜C时，就可以实现在信道中无差错的传输。他给出了定理证明中需要的三个基本条件：

(1)采用随机编、译码方式；

(2)编码长度L→∞，即分组的码组长度无限；

(3)译码采用最佳的最大似然译码法。

但是，Shannon等人只给出非构造性的证明，并未给出构造这种好码的方法。之后，寻求满足Shannon的三个基本条件的好码成为了人们努力的方向。由于硬件难于实现随机编、译码方式，所以一般只利用后两个基本条件，当然得到的码距离Shannon限非常远。

Turbo码较好地满足Shannon定理的后两个基本条件，部分满足第一个基本条件，成为了第一个近Shannon限的好码。Turbo码(并行的)由通过一个内交织器并连的两个递归系统卷积编码器(RSC)产生，是一种近Shannon限的好码，并被用在第三代移动通信标准(3GPP或3GPP2)中发送高数据速率的数据。

Turbo码以块为单位处理信息比特序列。特别是在编码一个大的信息比特序列的情况下，已经证明，Turbo码相对于卷积码具有极大的编码增益，并且通过在接收端迭代地对简单分量码(Simple component code)进行解码可以获得极大的纠错能力。

近年来，已经将一些较新的技术，如MAP算法，滑动窗技术等，应用于Turbo码的译码中，Turbo码的译码复杂度得到了极大的降低，时延也得到大大的减少。Turbo码已经应用于实用系统中。

参见图1A。Turbo码的编码结构中，系统信息是直接输出的。输入的系统信息x_k分别传递到第一个递归系统卷积编码器RSC1和交织器，经交织器到第二个递归系统卷积编码器RSC2，由第一个递归系统卷积编码器RSC1和第二个递归系统卷积编码器RSC2，得到第一个递归系统卷积编码器输出的奇偶校验信息y_1k和第二个递归系统卷积编码器输出的奇偶校验信息y_2k。这种方法由于未充分满足采用随机编、译码方式使得Turbo码在低信噪比的条件下，误码率会急剧上升，这就是所谓的漂移效应。

(三)发明内容

本发明的目的，是提供一种随机系统Turbo码的编、译码方法。它使Turbo码在低信噪比的条件下，误码率下降，基本消除了漂移效应。

为达上述目的，本发明的编码方法包括卷积编码器RSC1、RSC2，交织器，其特征在于：发送随机系统Turbo码的系统信息，输入的系统信息x_k分别传递到第一个递归系统卷积编码器RSC1和交织器，经交织器到第二个递归系统卷积编码器RSC2，由第一个递归系统卷积编码器RSC1和第二个递归系统卷积编码器RSC2，得到第一个递归系统卷积编码器输出的奇偶校验信息y_1k和第二个递归系统卷积编码器输山的奇偶校验信息y_2k，向信道传送内交织之后的系统信息x_k′。

本发明的译码方法，包括译码器I，译码器II，交织器，解交织器以及硬

判决单元，其特征在于：接收随机系统Turbo码系统信息的译码器译码过程如下：

(1)将接收数据

分解成 和(0，y_1k ^p)，分别作为码字信息送到译码器I和译码器II中；

(2)当迭代次数j＝1，对于译码器I，输入译码器I的先验信息z_1k＝0，(k＝1，Λ，K)，译码器I计算输出软的外信息l_1k，加上交织后的系统信息

得到译码器I输出的外信息l_1k与y_k ^s之和 l_1k， l_1k经解交织器得到输入译码器II的先验信息z_2k；

(3)将z_2k和接收到的第一路奇偶校验信息y_1k ^p送入译码器II，计算得到外信息l_2k＝ l_2k，当迭代次数j小于最大迭代次数时，将l_2k＝ l_2k交织后送入译码器I执行迭代；

(4)当迭代次数j等于最大迭代次数时，迭代停止，将l_2k加上z_2k后得到LLR，直接硬判决输出译码信息

本发明提出了随机系统Turbo码，它充分利用内交织器的非一致性交织的特点，将系统信息很好地淹没在有干扰的高斯信道中，而且能够很好地满足Shannon信道编码定理对随机编、译码方式的要求，从而获得很好的编码性能。另外，由于随机系统Turbo码传送的是经过内交织器后的伪随机化了的系统信息，因此，可以免去其后的两次交织(3GPP要求的)，而且还在译码时减少了三次解交织的过程，大大降低了硬件的复杂度和延时。

随机系统Turbo码的译码将性能卓越、计算复杂的交织、解交织降到两次的极限程度，节省了硬件资源，减少了时延。

(四).附图说明

图1A：Turbo码的编码器；

图1B：Turbo码的译码器；

图2A：随机系统Turbo码的编码器；

图2B：随机系统Turbo码的译码器；

图3：随机系统Turbo码与Turbo码的性能比较。

(五).具体实施方式

随机系统Turbo码与通常的Turbo码的编译码方法相比，其特征在于随机系统Turbo码不是直接传送系统信息，而传送的是经过内交织器后、伪随机化了的系统信息。

参见图2A。本发明的编码方法是将输入的系统信息x_k分别传递到第一个递归系统卷积编码器RSC1和交织器，经交织器到第二个递归系统卷积编码器RSC2，由第一个递归系统卷积编码器RSC1和第二个递归系统卷积编码器RSC2，得到第一个递归系统卷积编码器输出的奇偶校验信息y_1k和第二个递归系统卷积编码器输出的奇偶校验信息y_2k；将编码器输出的系统信息x_k不传，而传送内交织之后的系统信息x_k′。由于内交织是一种非一致性的伪随机交织，交织后的系统信息具有较好伪随机性能，将其更好地淹没在有干扰的高斯信道中，从而获得更好的编码性能。这就是随机系统Turbo码的编码器。

参见图1B。对于Turbo码的译码器，译码过程如下：

(1)将接收数据(y_k ^s，y_1k ^p，y_2k ^p)分解成(y_k ^s，y_1k ^p)和(0，y_2k ^p)，分别作为码字信息送到译码器I和译码器II中，其中式中的

是接收到的系统信息，对应于发送编码器(图2A)输出的交织后系统信息x_k′；

(2)当迭代次数j＝1，对于译码器I，输入译码器I的先验信息z_1k＝0，(k＝1，Λ，K)，译码器I计算输出软的外信息l_1k，加上系统信息y_k ^s得到译码器I输出的外信息l_1k与系统信息y_k ^s之和 l_1k， l_1k经交织器得到输入译码器II的先验信息z_2k，如x_k表示编码器输出的某一数据块中的第信息比特；

(3)将z_2k和接收到的第二路奇偶校验信息y_2k ^p送入译码器II，计算得到外信息l_2k＝ l_2k，当迭代次数j小于最大迭代次数时，将l_2k＝ l_2k解交织后送入译码器I执行迭代；

(4)当迭代次数j等于最大迭代次数时，迭代停止，将l_2k加上z_2k得到迭代过程结束后的总信息Λ_k′，迭代过程结束后的总信息Λ_k送入解交织器解交织后得到系统信息的对数似然比LLR，然后将系统信息的对数似然比LLR硬判决输出译码信息

参见图2B。对于随机系统Turbo码的译码器译码过程如下：

(1)将接收数据 分解成

和(0，y_1k ^p)，分别作为码字信息送到译码器I和译码器II中。

(2)当迭代次数j＝1，对于译码器I，输入译码器I的先验信息z_1k＝0，(k＝1，Λ，K)，译码器I计算输出软的外信息l_1k，加上交织后的系统信息 得到译码器I输出的外信息l_1k与y_k ^s之和 l_1k， l_1k经解交织器得到输入译码器II的先验信息z_2k；

(3)将z_2k和接收到的第一路奇偶校验信息y_1k ^p送入译码器II，计算得到外信息l_2k＝ l_2k，当迭代次数j小于最大迭代次数时，将l_2k＝ l_2k交织后送入译码器I执行迭代；

(4)当迭代次数j等于最大迭代次数时，迭代停止，将l_2k加上z_2k后得到LLR，直接硬判决输出译码信息

参见图3。Eb/Nb表示信号噪声比，Bit Error Rate表示比特错误率。

下表是随机系统Turbo码与Turbo码的性能比较：

其中SNR表示信号噪声比，ber表示比特错误率。

仿真结果表明：在低信噪比及相同的信道环境下，随机系统Turbo码比Turbo码具有更低的误比特率，特别对于实际采集的语音编码数据得到了更好的结果。同时，随机系统Turbo码的译码将性能卓越、计算复杂的交织、解交织降到两次的极限程度，节省了硬件资源，减少了时延。

Claims (2)

1.一种随机系统Turbo码的编码方法，包括卷积编码器RSC1、RSC2，交织器，其特征在于：发送随机系统Turbo码的系统信息，输入的系统信息x_k分别传递到第一个递归系统卷积编码器RSC1和交织器，经交织器到第二个递归系统卷积编码器RSC2，由第一个递归系统卷积编码器RSC1和第二个递归系统卷积编码器RSC2，得到第一个递归系统卷积编码器输出的奇偶校验信息y_1k和第二个递归系统卷积编码器输出的奇偶校验信息y_2k，向信道传送内交织之后的系统信息x_k′。

2.一种随机系统Turbo码的译码方法，包括译码器I，译码器II，交织器，解交织器以及硬判决单元，其特征在于：接收随机系统Turbo码系统信息的译码器译码过程如下：

(1)将接收数据

分解成 和(0，y_1k ^p)，分别作为码字信息送到译码器I和译码器II中；

(2)当迭代次数j＝1，对于译码器I，输入译码器I的先验信息z_1k＝0，(k＝1，Λ，K)，译码器I计算输出软的外信息l_1k，加上交织后的系统信息 得到译码器I输出的外信息l_1k与y_k ^s之和 l_1k， l_1k经解交织器得到输入译码器II的先验信息z_2k；

(3)将z_2k和接收到的第一路奇偶校验信息y_1k ^p送入译码器II，计算得到外信息l_2k＝ l_2k，当迭代次数j小于最大迭代次数时，将l_2k＝ l_2k交织后送入译码器I执行迭代；

(4)当迭代次数j等于最大迭代次数时，迭代停止，将l2k加上z2k后得到LLR，直接硬判决输出译码信息

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