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1、 T u r b o 码译码中量化问 题的 研究 孙葬王新梅 ( 西安电 子 科技大 学 蛛合业务网 国东 盆点 实 脸生跳百 西 安 7 1 0 0 7 1 ) 摘耍: 针对T u r b o码M A P译 码算法的 特点， 对 其f化 方式 进行了 分析、 讨 论与 仿 真; 若 重讨论了 f 化范围、 t化软、 均匀f化、 非 均匀 f化等f化因 教对 译码 .接收比 特、 前 后 递推状态 度f“ 附 加信息和 抢出 似然位的 影 响; 分析了 相应的 译码 性能 ;得出了 较 为合理 的f化方法. 关.询: T u r b o 码: M A P 算法;f化;非均匀f化 S t u d
2、 y 。 . S o m e Q u a n t i f i c a t i o n I s s u e s f o r D e c o d i n g o f T u r b o Co d e s S U N r u n g , 环 W N GX i n - m e i ( N a t i o n a l K e y L a b o f I n t e g r a t e d S e r v i c e N e t w o r k s , X i d i m U n i v ., X i a n 7 1 0 0 7 1 C h i n a ) A b s t r a c t : T h e
3、q u a n t i fi c a t i o n p a t te r n f o r t h e M A P d e c o d in g a l g o r i th m o f T u r b o c o d e s i s s t u d i e d , d i s c u s s e d a n d e m u l a t e d . T h e e ff e c t o f t h e b o u n d , le v e l a n d o t h e r p a ra m e t e r s 阮 q u a n t i fi c a t i o n s o f 比 .re
4、c e i v e d c o d e s , 也 .f o r w a r d a n d山 .b a c k w a r d r e c u r s i o n m e t r i c s , 止 . e x t r i n s i c in f o a n d比 e v a l u e o f L A P P a r e d i s c u s s e d . T h e g o o d p e r f o r m a n c e o f n o n u n i f o r m q u a n t i fi c a t i o n i s p o i n t e d a n d t h
5、e r e a s o n a b le q u a n t i fi c a t i o n a l m e t h o d i s o b t a in e d . K e y Wo r d s : T u r b o c o d e s , M A P a l g o ri t h m , q u a n t i fi c a t i o n , n o n u n i f o r m q u a n t i fi c a t i o n : 匆1，1序叮1于11斗诵名省j、J、.，.司，.习!J，.J飞J气.刁，.，.，.J，1三布.，.孟牛健1气生丫，刃、.圣叮月J，1，书月.，由.
6、之哭， 1引言 自 从1 9 9 3 年在I C C国际会议上C .B e r ro u 等提出T u r b o c o d e s 以 书n r 1有关 T u r b o码设计及其性能的研究已成为国际信息与编码理论界研究的一个热点。 同时。 有关 T u r b o 码在各种通信系统中的应用与实现方法也引起了 人们极大的 兴趣。 T u r b o 码在低信噪比 下所表现出的近S h a n n o n限的性肥0 使得它 在深空 通信、移动通信 ( 低信嗓比 要求相应增加 C D M A用户容量) 等系统中 有广阔的 应用前景。值得一提的是，T u r b o 码已成为C D MA 2
7、0 0 0 标准的信道编码方案。 作为并行级联卷积码 ( P C C C ) , T u r b o 码在编码中采用了递归系统码 ( R S C ) 作为分量码，采用了随机交织器来减小相临比特位之间的相关性。( 其编码器的 基本结构如图 1所示) 在译码过程中， T u r b o码则借鉴了电子线路中负迭代反 馈的思想3 采用了软输出迭代译码算法。( 译码器框图见图2 ) 甘 伯9序列. ，卜1万JJ。，1且民，.龟，.1 图 工T u g由 。 码编码器 随着 T u r b o码的广泛应用，在硬件实施上，与硬件译码的相关的问压还巫 待解决。其中，信号的量化 ( 包括接收比特量化和译码器内部
8、数值量化)涉及 国 家自 然科 学幕 金资 助项目( 批 准号: 6 9 9 7 2 0 3 5 ) : I一一，7 4 - 7 7 77 7M ,-，一 到译码器的性能， 是孺要特别关注的问题。 本文将主要对丁 U 吐 幻码译码采用MA P 译码算法的量化性能进行讨论与分析。 图ZT urbo 码译码器 ZM A P 译码算法简介 在这里，我们不对 M A F算法进行推导，仅仅给出其结果。( 详细内容见 12114) 令k 时 刻编 码 器处 于状态凡 ， 其 取值范围 为。 Z M 一 1 ， M为 编码器 寄 存 器 个 数。 译 码比 特吟 与k- 1 时 刻至k 时 刻的 转移 相关
9、。 M A p 算 法可以 为 每一 译码 比 特提供对数似然比粉出以“ 小 其定义为31 叽 L ( u 。 ) 兰 In里 纽 生 P( 叽 利用B C J R算澎习 ，上式可写为: 艺戈 一 ( 5 ) 九 5 飞 5 ) 声 。 ( 5 ) 粼 儿 卜h 备二，二=，二，二 二 乙 气一 ， 气 5 ) 入几 5 ， 浮 )几 叹 J ) 其 中 ， h ( 乙 5) 一 武 风= 5， 儿1 凡 _ ， 二 力为s 和， 之 间 的 分 支 转 移 概 率 ， 风 (s)为 归 一 化的 前向 递 推， 反 ( 对为 归 一 化 的 后向 递 推: 反( 5 ) ， 风( : ) /
10、 p 沙 f ) 艺风 一 :(s . ) 乙 (s ， ， ) = 寸获万而石 万 同 理 ， 夙 _ ( ， 见夙 ( 5 ) y 。 ( 5 1 ， ) ， = r彭石两不 石 面 . 七 其中，民( 5)的 递推初始条件为: 瓦( 0 ) = 1 ， 风( : 笋 0 ) = 0 几( 5 ) 的 递推 初 始条 件为( 假设 编码 器 进行状 态归 零结 尾处理 仓 台 功 加 川 i on): ，二.，.JlJlr辰欢;压澳荟革，呀工J刃J通，1祖1.，.J刁去，名刁.诩;J111.节.盛JJ诩，月旧J五诩通改逆，、.，了1洛，!绍，叮通，通上币咨，J，.1.，臼习月，月月.晋 下
11、 不 几 万 一 一下 了 孰 孤 涛 藏 一 !_ .一 凡( 仍 = 1 ， 瓦( : ， 0 ) = 0 风 (s 、 风 ( : ) 的 递 归 算 法 如 图3 所 示 。 在飞 劝 吐 沁码的迭代反馈译码算法中， L A p p 值可 根据 下式获 得: 工 ( u ; ) = L ， 夕 奋 + 鱿 ， ( u 。 ) + 瑞( u 。 ) 见图2 ，其译码鉴进行译码判决所需的 其 中 ， 嵘 : 帆) 为D Z 传 送 给D I 的 外 信 息 ， 几( 、 ) 为D l 传 送 给DZ的 外 信 息 。 k-1 图 3 约 m只 民(s ) 和几(s)的 递 推 示 愈 图
12、3M A 卫算法的 t化性能及其分析 在采用硬件实现Tu由 1 码迭代反馈M A 夕译码算法时， 有必要对以下数值进 行 量 化 (QU叨 丘 比 t ion)处 理 困 : 成 (s ) 、 反 (s ) 、 L 加 ， ) 、 公 (u ) 和 接 收 比 特 序 列Y 。 然后进行存储和计算。 根据以 上M A r译码算法， 我们对 1 /3码率的8 状态知比 。 码在A WG N信道传输的译码性能进行了量化仿真与分析。 仿真所用的交织器为 38 4 比 特的3 G PP交织 器，两 个分 量码 相同， 生成多 项式均为G = ( 1 3， 15 卜 工J.，多召1刃.组，己，.易全月全
13、，门三笔，十11!a声1决1皿不黔1、 1 1 接收比 特里化 对于接收比特，其量化特性主要由量化范围与量 化的数值决定。信号经过编码与B P S K调制后， 经过 八 WG N信道，到达译码器。信号纤过B P S K调制后 为毛 ， 其 分 布 为 取 值 为 一 1 、 +1。 我 们可以 看 作 信 号 呈 等 概， 项 分布， 即p o 舌 二 +l) = 夕 件 击 = 一 1) = 0. 乳 噪 声 、 的 分布为从。 ， 。 ) ， 译 码器 接收比 特为儿二 凡 十 n， 其 概率分 布如图4 所示。易 知， 儿的分布与噪声、的 方差有关 ( 可与g N R呈映射关系) 。因
14、此在量化中 我 们可以采用正态分布的 “ 3 。 原则” ， 根据信嗓比( S N R ) l仄 一 八 /万/ 八 一 _ / 、/ 一 l丫 I 梦 l l !一 F ) 飞 ! /卜 、: - 圈4按收仕 特序列 概半分布用 叮 印 姗比S N 叹= 2 ) 来确定接收比特的量化范围 G1 一 3 。 一1 +3 。) ，从而达到提高量化精度的目 的。 在具体的 量化过程中 我们采用 均匀 量化方式， 在 可 变量化范 围和固定 量化范围 的条件下对不同的量化级进行了仿真。 图5 、 图6 显示了对接收比特量化后T u 让 幻 码译码的结果。从仿真结果，我们可以看出: J 1，!1丁1，
15、刁.译f翻!了!月.刀刁，姿钻飞工J、1 勺通、.甲1了.云、J万，可翎.11为4矛翎砚又.1甲，1 侧、 一 飞 蔽 涵 砒 履 犷 丁 ， 一 一 了 下 一 一- 色 量化级的影响:当 量化级比 特数大于4( 16级) 时， 在量化范 围取值 较合 适( . 一 十 5 ) 的情况下， 量化级数的影响逐渐减小， 甚至可以忽略。 讼.目 目兴 城 函 杯 医亩盖璐或鬓筵续 二三二闷笋牛巴竺=二 二称 井= 二= =二 二 山匕.如晚目鱼里墨 阵 = = = = 二 书 二 ， 荟井 二井 = 下 .妇口幽 单丝典升粤 目二二翻孟韶即二=二=留.井=布井 = 二二二 一.、L 里 旦.坛口.
16、吩如州自膜亘 l、 . 恩.咖味.毋神.幽 一一一 - 干 一 一. -，一 一洲 巴明 一址令1-r一. 丫 一_J 巴竺 巴竺竺竺 竺三 巴巴 竺曰 巴 ，厄 竺竺 巴旦 竺竺 巴巴巴巴巴巴竺巴竺巴竺，竺 已 竺 下一， 翻，一， 一- ，一 .娜椒必山.亘幽.肠遥鱼 牛=牛=二月甲阵甲= 益国亘益签丛石盗舀舀 卜- - 叫一扣 户 ， 卜 ， ， 卜 ， 扣 ， 扣 户 户 护 种 和 州舀 一一呻 一 一 一 ， 一一十司沐十，十 ， 翌哭鉴鑫轰丢理兰暇竺裁暇即召旦绝 卜一， 一呻一 咔 分 乍 十 内 - 州一一一一 1、J 、 . 1 .口 .姆 1 网，接收比特序列旦化刘1 诊 加叫译码什 健的步响 ( 旦化范伸量化比 特 佗: 正 目旧 口 口 阁6接收比特序月最化时1
