一种提升DVB-RCS2中Turbo译码性能的方法及译码结构
阅读说明：本技术 一种提升DVB-RCS2中Turbo译码性能的方法及译码结构 (Method for improving Turbo decoding performance in DVB-RCS2 and decoding structure ) 是由 卜智勇 王炜 陈强 于 2021-08-11 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种提升DVB-RCS2中Turbo译码性能的方法及译码结构,所述方法为采用双二元Turbo译码结构对待译码序列进行译码；所述双二元Turbo译码结构包括基于Max-log-MAP算法的SISO译码核一和SISO译码核二、对应SISO译码核一和SISO译码核二的加权表一和加权表二、基于DVB-RCS2标准的加扰模块一、加扰模块二、解扰模块一和解扰模块二、以及硬判决模块。本发明采用双二元Turbo译码结构对待译码序列进行译码,相较于传统直接采用Max-log-MAP算法时,译码性能能够有0.2～0.4dB的提升,因此本发明能够更好地补偿Max-Log-MAP算法由于近似损失导致的译码性能恶化。(The invention provides a method for improving Turbo decoding performance in DVB-RCS2 and a decoding structure, wherein the method is to decode a sequence to be decoded by adopting a dual-binary Turbo decoding structure; the dual-binary Turbo decoding structure comprises a first SISO decoding core and a second SISO decoding core based on a Max-log-MAP algorithm, a first weighting table and a second weighting table corresponding to the first SISO decoding core and the second SISO decoding core, a first scrambling module, a second scrambling module, a first descrambling module, a second descrambling module and a second descrambling module based on a DVB-RCS2 standard and a hard decision module. According to the method, a dual-binary Turbo decoding structure is adopted to decode the sequence to be decoded, and compared with the traditional method that a Max-Log-MAP algorithm is directly adopted, the decoding performance can be improved by 0.2-0.4 dB, so that the decoding performance deterioration caused by the approximate loss of the Max-Log-MAP algorithm can be compensated better.)
技术领域
本发明涉及通信技术领域，具体而言，涉及一种提升DVB-RCS2中Turbo译码性能的方法及译码结构。
背景技术
DVB-RCS2是ETSI关于卫星通信的最新标准，相较于上一代的DVB-RCS，新标准采用了性能更加优秀的16状态双二元Turbo码，作为其物理层FEC码型。双二元Turbo码与传统二元Turbo码相比，具有以下优点：(1)一个时钟完成两个比特编码，编码效率更高；(2)交织深度减半，译码延迟更小；(3)误码平层更低。由于其优异的性能，双二元Turbo码已广泛应用于无线通信系统。
经典Turbo译码算法主要是软输出Viterbi(SOVA)算法和最大后验概率(MAP)算法，后者因译码性能更优，逐渐成为Turbo译码器通常采用的算法。但是该算法涉及大量指数运算和乘法运算，硬件实现时存在很高的复杂度，成为其明显的短板。为了降低运算复杂度，改进的log-MAP算法将运算转换到对数域，把乘法运算转化为加法运算。Max-Log-MAP算法对log-MAP做了进一步简化，将指数运算近似等效为比较选择运算。至此，运算简化到仅涉及基本的加比选(ACS)单元。但是由于近似损失，Max-Log-MAP算法译码性能上恶化了0.4～0.6dB。为了减少近似损失，J.Vogt和A.Finger在《Improving the Max-Log-MAP Turbodecoder》中提出对外信息进行固定修正，但其仅能够获得0.1～0.2dB左右的增益。
发明内容
本发明旨在提供一种提升DVB-RCS2中Turbo译码性能的方法及译码结构，以更好地补偿Max-Log-MAP算法由于近似损失导致的译码性能恶化。
本发明提供的一种提升DVB-RCS2中Turbo译码性能的方法为采用双二元Turbo译码结构对待译码序列进行译码；所述双二元Turbo译码结构包括基于Max-log-MAP算法的SISO译码核一和SISO译码核二、对应SISO译码核一和SISO译码核二的加权表一和加权表二、基于DVB-RCS2标准的加扰模块一、加扰模块二、解扰模块一和解扰模块二、以及硬判决模块；
所述方法包括如下步骤：
步骤S1，第i次迭代译码时，将待译码序列中的系统比特软信息和第一校验比特软信息和以及先验概率输入到SISO译码核一，计算得到外概率和后验概率所述待译码序列为uk＝z，z∈{00,01,10,11}表示待译码序列的比特；
步骤S2，将步骤S1得到的外概率经加扰模块一进行加扰，并将加扰模块一输出的加扰后的外概率与加权表二输出的权值相乘，得到SISO译码核二的先验概率其中，权值是通过RCS2波形ID号和当前迭代次数i查加权表二得到；
步骤S3，将待译码序列中的系统比特软信息和经加扰模块二进行加扰，并将加扰模块二的输出、第二校验比特软信息和以及步骤S2得到的先验概率输入SISO译码核二，计算得到外概率和后验概率
步骤S4，将步骤S3得到的外概率和后验概率L(z)(uk)分别经解扰模块一和解扰模块二进行解扰，并使用解扰模块一输出的解扰后的外概率与加权表一输出的权值相乘，得到SISO译码核一的先验概率其中，权值是通过RCS2波形ID号和当前迭代次数i查加权表一得到；
步骤S5，重复步骤S1～S4，当迭代译码次数达到设置的最大迭代次数时，执行步骤S6；
步骤S6，将步骤S4中经解扰模块二解扰后的后验概率L(z)(uk)输入到硬判决模块，经过硬判决算法计算后，输出译码结果的比特
进一步的，所述基于Max-log-MAP算法的SISO译码核一和SISO译码核二具有相同结构，均包括分支度量计算模块、前向度量计算模块、后向度量计算模块、后验概率计算模块和外概率计算模块。
进一步的，步骤S1中SISO译码核一计算得到外概率和后验概率L(z)(uk)的方法包括如下子步骤：
步骤S11，分支度量计算模块使用系统比特软信息和第一校验比特软信息和以及先验概率计算寄存器状态从s′转移到s的分支度量值计算公式如下：
式中：
是待译码序列的系统比特映射的符号，
是待译码序列的校验比特映射的符号，
k表示待译码序列uk的第k次编码时刻，N表示待译码序列uk的编码次数；
步骤S12，前向度量计算模块利用分支度量值计算前向度量αk，计算公式如下：
前向度量αk的初始值为：
步骤S13，后向度量计算模块利用分支度量值计算后向度量βk，计算公式如下：
后向度量βk的初始值为：
步骤S14，后验概率计算模块利用分支度量值前向度量αk和后向度量βk计算后验概率L(z)(uk)，计算公式如下：
步骤S15，外概率计算模块利用后验概率L(z)(uk)以及系统比特软信息和计算外概率计算公式如下：
进一步的，步骤S1中在第1次迭代译码时，先验概率初始值为0。
进一步的，步骤S6中硬判决算法的计算公式如下：
式中，表示待译码序列的译码结果的比特，z表示待译码序列的比特。
进一步的，加权表一和加权表二中，在相同RCS2波形ID和迭代次数时，具有不相同的权值。
本发明还提供一种提升DVB-RCS2中Turbo译码性能的译码结构，所述译码结构为双二元Turbo译码结构；所述双二元Turbo译码结构包括基于Max-log-MAP算法的SISO译码核一和SISO译码核二、对应SISO译码核一和SISO译码核二的加权表一和加权表二、基于DVB-RCS2标准的加扰模块一、加扰模块二、解扰模块一和解扰模块二、以及硬判决模块；
其中，SISO译码核一的输出端经加扰模块和乘法器一连接SISO译码核二的输入端；SISO译码核二的输出端一方面经解扰模块一和乘法器二连接SISO译码核一的输入端，另一方面经解扰模块二连接硬判决模块；SISO译码核二的输入端还连接加扰模块二；乘法器一还连接加权表二，乘法器二还连接加权表一。
进一步的，所述基于Max-log-MAP算法的SISO译码核一和SISO译码核二具有相同结构，均包括分支度量计算模块、前向度量计算模块、后向度量计算模块、后验概率计算模块和外概率计算模块；其中，分支度量计算模块分别连接前向度量计算模块和后验概率计算模块；前向度量计算模块分别连接后向度量计算模块和后验概率计算模块；后向度量计算模块连接后验概率计算模块；后验概率计算模块连接外概率计算模块。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明采用双二元Turbo译码结构对待译码序列进行译码，相较于传统直接采用Max-log-MAP算法时，译码性能能够有0.2～0.4dB的提升，因此本发明能够更好地补偿Max-Log-MAP算法由于近似损失导致的译码性能恶化。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明的提升DVB-RCS2中Turbo译码性能的方法的原理图。
图2为本发明的基于Max-log-MAP算法的SISO译码核一和SISO译码核二的原理图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例提出一种提升DVB-RCS2中Turbo译码性能的方法，所述方法为采用双二元Turbo译码结构对待译码序列进行译码；如图1所示，所述双二元Turbo译码结构包括基于Max-log-MAP算法的SISO译码核一和SISO译码核二、对应SISO译码核一和SISO译码核二的加权表一和加权表二、基于DVB-RCS2标准的加扰模块一、加扰模块二、解扰模块一和解扰模块二、以及硬判决模块；
所述方法包括如下步骤：
步骤S1，第i次迭代译码时，将待译码序列中的系统比特软信息和第一校验比特软信息和以及先验概率输入到SISO译码核一，计算得到外概率和后验概率L(z)(uk)；所述待译码序列为uk＝z时，z∈{00,01,10,11}表示待译码序列uk的比特，并且，在第1次迭代译码时，先验概率初始值为0。
如图2所示，所述基于Max-log-MAP算法的SISO译码核一包括分支度量计算模块、前向度量计算模块、后向度量计算模块、后验概率计算模块和外概率计算模块。由此，步骤S1中SISO译码核一计算得到外概率和后验概率L(z)(uk)的方法包括如下子步骤：
步骤S11，分支度量计算模块使用系统比特软信息和第一校验比特软信息和以及先验概率计算寄存器状态从s′转移到s的分支度量值计算公式如下：
式中：
是待译码序列的系统比特映射的符号，
是待译码序列的校验比特映射的符号，
k表示待译码序列uk的第k次编码时刻，N表示待译码序列uk的编码次数；
步骤S12，前向度量计算模块利用分支度量值计算前向度量αk，计算公式如下：
前向度量αk的初始值为：
步骤S13，后向度量计算模块利用分支度量值计算后向度量βk，计算公式如下：
后向度量βk的初始值为：
可以看出，本发明对于编码次数为N的待译码序列uk，将第N+1个前向度量和第1个后向度量相加合并，并将合并值传递到该译码器下一次迭代译码，作为下一次迭代译码时的前向度量和后向度量的初始值。
步骤S14，后验概率计算模块利用分支度量值前向度量αk和后向度量βk计算后验概率L(z)(uk)，计算公式如下：
步骤S15，外概率计算模块利用后验概率L(z)(uk)以及系统比特软信息和计算外概率计算公式如下：
步骤S2，将步骤S1得到的外概率经加扰模块一进行加扰，并将加扰模块一输出的加扰后的外概率与加权表二输出的权值相乘，得到SISO译码核二的先验概率其中，权值是通过RCS2波形ID号和当前迭代次数i查加权表二得到；换言之，加权表二是根据RCS2波形ID号和迭代次数i制定的，示例：RCS2波形ID＝3，最大迭代次数为6的加权表二如表1所示。
表1：
将加扰模块一输出的加扰后的外概率与加权表二输出的权值相乘的公式表示如下：
步骤S3，将待译码序列中的系统比特软信息和经加扰模块二进行加扰，并将加扰模块二的输出、第二校验比特软信息和以及步骤S2得到的先验概率输入SISO译码核二，计算得到外概率和后验概率L(z)(uk)；其中，基于Max-log-MAP算法的SISO译码核一和SISO译码核二具有相同结构，均包括分支度量计算模块、前向度量计算模块、后向度量计算模块、后验概率计算模块和外概率计算模块，因此该步骤S3的具体过程可以同理参照步骤S11～S15，在此不再赘述。
步骤S4，将步骤S3得到的外概率和后验概率L(z)(uk)分别经解扰模块一和解扰模块二进行解扰，并使用解扰模块一输出的解扰后的外概率与加权表一输出的权值相乘，得到SISO译码核一的先验概率其中，权值是通过RCS2波形ID号和当前迭代次数i查加权表一得到；与步骤S2同理，加权表一也是根据RCS2波形ID号和迭代次数i制定的，示例：RCS2波形ID＝3，最大迭代次数为6的加权表二如表2所示。
表2：
从表1和表2可以看出，加权表一和加权表二中，在相同RCS2波形ID和迭代次数时，具有不相同的权值。将解扰模块一输出的解扰后的外概率与加权表一输出的权值相乘的公式表示如下：
步骤S5，重复步骤S1～S4，当迭代译码次数达到设置的最大迭代次数时，执行步骤S6；
步骤S6，将步骤S4中经解扰模块二解扰后的后验概率L(z)(uk)输入到硬判决模块，经过硬判决算法计算后，输出译码结果的比特所述硬判决算法的计算公式如下：
式中，表示待译码序列的译码结果的比特，z表示待译码序列的比特。
至此，本发明采用双二元Turbo译码结构对待译码序列进行译码，相较于传统直接采用Max-log-MAP算法时，译码性能能够有0.2～0.4dB的提升，因此本发明能够更好地补偿Max-Log-MAP算法由于近似损失导致的译码性能恶化。
实施例2
基于实施例1，本实施例提出一种提升DVB-RCS2中Turbo译码性能的译码结构，如图1所示，所述译码结构为双二元Turbo译码结构；所述双二元Turbo译码结构包括基于Max-log-MAP算法的SISO译码核一和SISO译码核二、对应SISO译码核一和SISO译码核二的加权表一和加权表二、基于DVB-RCS2标准的加扰模块一、加扰模块二、解扰模块一和解扰模块二、以及硬判决模块；
其中，SISO译码核一的输出端经加扰模块和乘法器一连接SISO译码核二的输入端；SISO译码核二的输出端一方面经解扰模块一和乘法器二连接SISO译码核一的输入端，另一方面经解扰模块二连接硬判决模块；SISO译码核二的输入端还连接加扰模块二；乘法器一还连接加权表二，乘法器二还连接加权表一。
其中，乘法器一用于实现实施例1的步骤S2中加扰模块一输出的加扰后的外概率与加权表二输出的权值相乘，得到SISO译码核二的先验概率乘法器二用于实现实施例1的步骤S4中使用解扰模块一输出的解扰后的外概率与加权表一输出的权值相乘，得到SISO译码核一的先验概率其余功能模块的工作原理参照实施例1相应部分执行即可，在此不再赘述。
如图2所示，所述基于Max-log-MAP算法的SISO译码核一和SISO译码核二具有相同结构，均包括分支度量计算模块、前向度量计算模块、后向度量计算模块、后验概率计算模块和外概率计算模块；
其中，分支度量计算模块分别连接前向度量计算模块和后验概率计算模块；前向度量计算模块分别连接后向度量计算模块和后验概率计算模块；后向度量计算模块连接后验概率计算模块；后验概率计算模块连接外概率计算模块。同样地，SISO译码核一和SISO译码核二中的功能模块的工作原理参照实施例1相应部分执行即可，在此不再赘述。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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