TW200423550A - Turbo decoder using parallel processing - Google Patents

Description

200423550 玖、發明說明： [發明所屬之技術領域] 本發明係概括關於解碼器，且尤指一種高速解碼器， 其減少對於事後機率（APP，A P〇steriori ProbabiHty)之計算 的處理時間且為適用於平行處理架構之實施。 [先前技術] 傳送於一電訊通道的資料係受到通道雜訊、通道衰減 、與來自其他的通道之干擾 '结果，於目的地所接收：資 料係通常被通道“改變，，，而與來源所傳送該等者不同。、 欲確保無誤之傳輸，資料係在傳輸前而由一通道編碼器所 、·扁碼’允許資料接收器以谓測或修正誤差。舉例而言，若 位元〇係編碼為_且位元！係編碼為iu，則當二個位 元錯誤發生時，_可能變為100，而⑴可能變:n 接收器係可藉著“多數規則，，或漢明(ha_ing)距離而修正 〇為000 (位元0)且修正101為⑴（位元ι)β負責好 正錯誤之接收器部分係稱為一種通道解碼器。 / =編碼器與解碼器係運用於新興的高速的電訊傳輸 糸、.先，諸如：陸地上的數& τν通訊系統與 如：WCDMA)通訊系統。-種高速編碼器係已經實;為接 近於A WGN及瑞立（Rayleigh)衰減通道之錯誤修正極限。 然而’儘管錯誤修正效率種高速解碼器 :的。欲符合即時的性能(例如：數毫秒)，其通 二施之。若一種高速解碼器係欲以執行於⑽5戈咖之 卓人體貫施之，如為於軟體無線 月豕宁，其即時的性能 200423550 係將改善。 一種3GPP高速編碼器（第—圖）係由平行連結之二個相 同的遞迴系統迴旋（RSC， Recursive SystemaUc C〇nV〇lutional)編碼器所組成’該二個咖編碼器係由一 個交錯器所分開。長度κ之資訊字組u係由第一個獄 ，碼器所編碼’且交錯後的資訊字組係由第二個RSC編碼 器所編碼。交錯器係藉著重新排列對於第二個跳之輸入 位元以使得該二個RSC者的輸入為無關聯的，俾使來自二 個RSC者的編碼位元係不太可能同時具有低加權碼字組。 ^外，其有助於編碼的位S以應付突發的雜訊。於3GPP 门速、，扁碼器中’-虛擬隨機育料段（blGek)交錯器係被運用 。二個RSC編碼的字組係均為由一格子㈣Hs)終止方式 所終止。高速編碼的字㈣由纟統性的位 元（U，XP1，XP2)所組成。 如於第二圖所示，標準的高速解碼器係由二個連纟士的 軟輸入軟輸出⑻so, SGft Input SGft Gutput)方塊所組成， 其一方塊係分別針對一組的系統與同位位元，（u，，办1，）與 (U’，XP2，），其中’ Xpl，與 Xp2，係分別表示 χρΐ#χρ2^ 含有雜訊版本，且U，（U係指資訊字組）的表示法亦同。 SISO方塊係事後機率（APP)解碼器，亦習稱$最大事後 (河^，隐^111八？0价-屮解碼器。該二個8180方塊係 由相同的交錯器（如同編碼器）與其反逆的方塊（即：解交錯 器）所分開。於接收來自通道的位元與事前（㈣d)資料 ’各個SISO方塊係以眾所週知的前向（f〇r請㈣後向 200423550 (backward)演算法而計算各個位元之對數事後比值。一旦 SISO計算所有位元之對數事後比值後，則其係區別出一機 率實體’此為根據其輸入而從整體事後計算出的，接著將 其傳送至另一個SIS〇方塊。此機率實體係經常稱為對於 另一個siso方塊之外在的資訊（於第二圖之L12與L21)， 以運用作為事前的資訊。該二個SISO方塊係以疊代的模 式執行，相互父換外在的資訊。在所需要的次數之疊代完 成後，硬式（hard)決策係基於到該疊代為止所累積的軟式 (soft)資訊而作成。 對數的事後機率比率係 ^(uk) ^ log P(uk = +11 3；)λ P(uh^-\\y) loj 可寫成·· Σ p(^k-\ ^k^y) I P{y)> yΣ户(u』/户〇〇 \ S- , (1) 八中，與S與s·係分別表示由資料輸入Uk=+1與 1所引起的所有可能的狀態轉換之集合，JL y係表示觀棒 :之集合，，，··‘，其中，yk，^ 思 ’ w(u，5 χρι，5 Xp2，）。 ι吊事後機率係可藉由計算加#的可能性而得到， 其中，加權值係由事件Uk之事前機率而提供。加權的可能 5 Γ直接求值係f要總計極大數目的狀態樣式㈣叫， :係正比於序列長纟κ。因為組合複雜度的緣故，甚 。疋對於具有合理長度的序列而言，其也非計算上可行的 為了減少計算， 率的程序係經常運用 習稱為前向與後向演算法之一種有效 。於此演算法中，事後機帛p(ukjy)係 因數分解為以下的三項： -前向變數ak(.)， -後向變數βk㈠， •狀態轉換機率Yk(.，.）。 〜（·）係觀察值y V盥少士 y〜"，yK與在時間k的狀態之聯合機率 ，即，ak(S)=p(s v 、 灿处丄 k’ yi，〜’yK)。Pk(·)係代表給定在時間k的 狀恶之未來觀察值的條件 … 条件機率’即’ Sk) :…、Uk所引起之自k·1至k的狀態轉換之機率， 且表示為：n(S，，S)，s，_ki = s，)e ak(S)之遞迴計瞀& ak(S)=SYk(S，l)的私序係根據下式而實施：

對於Pk(s)，計算係遞迴進行為：Pk(s)=^ ‘（8，） Yk + l(S5 S，）。 S 於同速編碼器係預期為起始且結束於狀態1，對於 =(.)與β“.)之初始的條件係已知且分別給定為、 與 βκ〇 δίδ "，豆中，s J么士一 {，} ’ 、 {·，.}係表示克羅内克爾（Kronecker) δ 〇 、函數f(ak(.)’pk(·))來對事後實體的計算於是等 效於： x (2) 其中，S*係對應於由 +w ] 丨古 啤uk +ιλι所引起的所有狀態轉換 之狀態對的集合’ 1 P(y)係一正規化常數。 則向與後向演算法之程序係摘要為： -計算 γ〆·，.），k=i，2，...，K; 200423550 -前向遞迴計算 ak(·，.），k=0，l，2，...，jc ; -後向遞迴計算 Pk(·，·），k=K，K-l，··.，〇 ; -計算（2)以形成（1)。 [發明内容] …你一種解碼方法’其係運用一個對數事後機碎 t率L(uk)，其為前向變數〇6㈠與後向變數 ^ % I . 、· J 之—飞 0 “方法包έ ••分割前向變數a (·)與後 二個分段…，其中’。加上。等於編碼數字?= 。前向分段平行地被計算，且後向分段p()#: 地被計算。比率L(uk)係運用α (·)之平行 丁 段而加以計算。第一個前向 ^出的分 /、 τ开自起始於απΜ之 a〆·），·"，〇cp(.) ’而第二個前向分段 · 古十的a rv /、 1才目起始於一個估 I二 .，Μ·)。第-個後向分段係計算自起 始於β“·)之βκ(.)，...，‘(.)，且第二個後向分 起始於—個估計的‘（.）之βς〇，_..，βι(.)。 為了得到估計的初始點 遞迴計算之，其中，d係一任意的時間量數=ρ- + 之狀態係視為一個均^^un.f 、 於時間p-d+1 f+B W均勾(Umf〇rm)的隨機變數。類似地，針 射⑻’後向變數係從q+d遞迴計算，且於時間㈣之十 狀悲係視為一個均勻的隨 …之狀態視為均勻的隨機J猎者將㈣P_d+1與 資…審^ 變數，於該時間的狀態之任何 貝讯11的事别知識係並未要求。 至：任:外的時間量d範圍為1 i 2°，或可能範圍為15 至^此外’對於㈣機率的料點係亦可為—預定狀態 200423550 。此預定狀態係可以是可能的狀態數目除以一者。 該方法可包括：分割該前向變數α (.)與後向變數β (·) 而成為超過二個分段，且前向與後向的分段之各者將被平 行計算。 峨处埋係執行於一訊號接收器内，該訊號接收器係色 括一解碼器。 藉由關連於隨附圖式而作考量時之本發明的以下詳細 說明，本發明之此等與其他層面係將成為顯明。 [實施方式] 入關於標準的高速解碼演算法之一項問題係在於，若輸 列Κ之尺寸是大的，則對於上述的前向與後向變數之 叶算所需要的時間係增加，隨著前向與後向演算法之進行 =成，長的延遲時間。Κ可能達到51M個位元。為了減少 /从）與从）之時間，輸人資料❹ 且針對該Μ個分段而问蛀## / 刀奴並 分段的方t㈣ .）與Pk(·) °藉著此種基於 式，截斷（truncation)損失係可能發生；鈇而伊 果』不的疋，該損失在Μ=2時可忽略。 理論而言，此種平行模式係減少計 Pk(.)之原始計算 、力為ock(.)與 平行計算係針對αο*β;:(例如：針對M=2而為释 為計算密集的部分k。异’其為高速解蝎器之最 平行演算法係將針對M= 之。針對M>2，噴v 肜作為—個實例而論述 羯所組成： 、^去係由以下的步 200423550 1 ·分割該前向與後向變數而分別成為尺寸p與q之 個平行的分段，其中，p + q=K。 2.藉著以下的四個過程同時計算四個分段： .過程1 :計算起始自^㈠之^·)，…，αρ(.); -過程2 :計算起始自——估計的αρ( )(例如 αρ+1 (·)，…，ακ(·) ’ 過程3:(後向）計算起始自^ +心 估計的iVi(·)(例如 -過程4 :(後向）計算起始自一 口时1，（.))之0〆·)，···，β】(·）。 過程1與3 被執行如同為通用 初始點。 係藉著已知的初始點（具有減小的尺寸）而 的讀β計算，過程2與4係需要估計的 1 w次异忒係可運用以針對過程2而得到α，Μ日 對過程4而得到βς+ι，(·）。第—個疊代係起始自以ρ · I/係一個任意的時間步進的數量。於時間二之 叫之—特m 變數°此意味的是’發生於 Μ 8 ^ 率係1/8,0為3GPP高速編碼ϋ /、有8個系統狀態。姓罢 1/Q 為 起始自此均句的事4 αρ 且^(·)亦然 的V。係產生、，且:機率，當該過程係到達於Ρ時， 由 於q+1時，估計的0^，（.）係產生。 較長的d係之觀察值所取出的資訊量係正比於 期間的計算传代i共較佳的初始估計。然而，由於d個 負荷―ad)” ’d係應為增大 12 200423550 模擬結果係顯示 二個疊代開始， 疊代之相同方式 與過程3所產生 過某一極限。儘管d係可為範圍於K2〇 , 的是，d=15〜20係提供適當的結果.由第 aP-d+i(.)與β—(.)係可以用如同針對第—個 而作選取，或是於先前的疊代之由過程夏 的諸值係可被運用。 模擬的狀況係由訊號雜訊比值 個狀況，尺寸5114個位_々 R)所疋義。針對各 、古、#維$ / 2嶋個封包係隨機地被產生 同速編碼、且受到AWgn 饭座生 而執行。針對本發明之平 1之平仃南速解碼器 十仃回速解碼器，於平行演算法夕 为』的數目Μ=2與對於初始估 、 曰今ΛΛ田、、、 Τ幻長度d = 2〇、以及作為 刖的豐代之初始估計的起 運用。 7匙始點之先則疊代的適當值係被 第三與四圖係比較一 版^ + 叙的同速解碼器與平行的高速解 馬為在各種的SNR之下的Bp以 一 的BER(位几錯誤率）與BLER(資料 丰又錯誤率或封包錯誤率 ^ ^ ^ 、 手）。其結果為相當接近而於圖形中 無法辨別。 雖然“又之數目M==2係已經運用作為一個實例，但是 數目之M係可破運用的。於此種情形中，該些等式係 將具有如後之公式. ^ M · L(Uk) = f(alc(OJk(·))。估計的起始點之 疋義係將為αρ(.)，···，α ( ., w(·)與 k(·)，.··，pq+1(·)。前向變數分殺 係被計算如後： 起始自α〇(·)之 起始自αρ(.)之 13 200423550 起始自 aw(·)之 aw+1(·)，···，ακ(·) 且後向變數分段係計算如後： 起始自 βκ(·)<βκ(_)，···，pw+1(·) 起始自 pw+1(·)之 |3w(·)，···，βν+1(·) 起始自 Pq+1(.kpq(·)，···，β〆.）。 對於前向變數之起始點係估計自： °Vd+1(·)，···，αρ(·)與 φ aw_d+1(·)，···，aw( );且 對於後向分段者係估計自：

Pw + d(.)，···，β“·)與

Pq + d(·)，···，β〆·） 其中，d係一個任意的時間步進的數量。 亦應注意的是，即使高速解碼器係已被論述，但是運_ 用事後機率解碼之任何系統均可運用本發明。 雖然本發明係已經詳細敘述及說明，但欲明轉瞭解的 係僅藉由說明與舉例而非視為限制。本發明之精神 舁乾彆係僅為由隨附的申請專利範圍之術語所限定。 【圖式簡單說明j C 一）圖式部分 第圖係先前技藝之一種3 GPP古、击m 裡 阿速解碼器的方塊圖 14 200423550 第二圖係先前技藝之一種 GPP高速解碼器的方塊圖 第三圖係針對先前技藝的—種高速解碼器以及針對本 X明之-種高速解碼器，在各種的訊號雜訊比（SNR)之下 的位元錯誤率（BER)之圖表。 第：圖係針對先前技藝的高速解竭器以及根據本發明 種冋速解碼益’在各種的SNR之下的資料段錯誤率或 封包錯誤率（BLER)之圖表。 15

Claims (1)

1. 拾、申請專利範圍： i一種用於一 用對數的事後機率 法係包含： 南速解碼器之方法，該高速解碼器係運 L(uk) ’ 其中 L(Uk)=f(ak(s)，pk(s))，該方 分割一前向變數以（·）與一 尺寸為P，q，〜w之平行分段， 字組的長度； 後向變數β (·)成為複數Μ個 其中p + q…+w等於一個編碼 平仃汁#則向變數以（·）與後向變數β㈡之分段；並且 運用a (·)與β (·)之平行計算的分段以計算。 2·如申明專利範圍帛1項之方法，其中該些前向變數 分段係被計异如後： 起始自〜（.）之\(·)，···，ap( ) 起始自 apGkapj·)，··.，％(.) 起始自 aw(.)taw+1(·)，·.·，ακ(.);並且 該些後向變數分段係被計算如後： 起始自 βκ(·)<βκ(·)，···，（3w+i(·) 起始自 Pw+1(.kpw(·)，·..，βν+ιω 起始自 Pq + 1(.)2Pq(·)，···，β1(·)。 3·如申請專利範圍帛2項之方法，其中該些起始點 %(·)，···，aw(·)係被估計，並且該些起始點k(·)，. ·， 被估計。 其中對於該些前向 4·如申請專利範圍第3項之方法 16 200423550 變數之起始點係估計自： ^p-d+1 (·)?··· ? ^ρ(·) aw-d+i(·)’···’ aw(·);並且 對於該些後向分段者係估計自： βw-fd(·)?··· 5 Pw(·) ”中，d係一個任意的時間步進數量。 5. 如申請專利範圍第4 & 之範圍内。 、方法’其中d係於i至20 6. 如申請專利範圍第4項之方法，1中 20之範圍内。 ，、中d係於15至 其中對於該些估計 其中對於該些估計 其中對於該些估計 7·如申請專利範圍第4項之方法 的狀L之起始點係均句的隨機變數。 &如申請專利範圍第4項之方法 的狀態之起始點係-預定的狀態。’ 9·如申請專利範圍帛4項之方法，； 的狀態之起始點# & ’’ 起始點係為可能的狀態數目除以一。 申4專利範圍第1項之 係設定為相等的。 、法，其中該些分段尺寸 •如申凊專利範圍第〗項之 分割為僅有二個分段p與q。、《，其中該些變數係被 運用對數的事後機率比率L(u。的解碼之方法 17 200423550 其 t L(Uk)==f(ak(s)，Pk(s))，該方法係包含： 蛊 j則向蜒數a (·)與一後向變數β (·)成為二個分段 ρ 〇q ’其中p+q等於一個編碼字組u的長度； 平行計算該些前向分段： 起始自-已知的〜(·）、（·），···，αρ(·)與 起始自一估計的 αρ(.)之 ap+1(.)，·"，ak(·); 平行計算該些後向分段： 巧始自一 起始自-估計的‘(.)π(.)，.·.，β1(.);及 運用a (.)與β (·)之平行計算的分段而計算。 之估1十3.1申請專利範圍第12項之方法，其中對於^(· >起始點αρ(.)係估計自事前機率 並且對於干Ρ小1(·)，···，αρ(·)， uo”二:^ 14·如申請專利範圍第 20之範圍内。 13項之方法，其中 d係於1至 其中d係於15至 其中對於該些估 其中對於該些估 15·如申請專利範圍第13項之方法 20之範圍内。 16·如申請專利範圍第13項之方法 計的狀態之起始點係均勻的隨機變數。 17·如申請專利範圍第13項之方法 计的狀恶之起始點係一預定的狀態。 法，其中對於該些估 目除以一。 18·如申請專利範圍第13項之方 計的狀態之起始點係為可能的狀態數 18 200423550 19. 一種包括一個解碼器之訊號接收器，該解碼器係執 行如申請專利範圍第1項之方法。 20. —種包括一個解碼器之訊號接收器，該解碼器係執 行如申請專利範圍第Π項之方法。 拾壹、圖式： 如次頁

   19