一种Turbo码高速并行译码算法
一种并行Turbo译码交织设计方案
文献 标识码：Ａ
中图分类号： Ｎ１． Ｔ ９１２ ２
种 并行 Ｔ ｒ ｏ译码 交 织设 计 方 案 ｕｂ
李林艳 ，谭 晓衡
（ 重庆大 学通信 工程 学院，重庆 ４ ０ ３ ） ０ ００
摘
要 ：并行 Ｔ ｒｏ ｕｂ 译码提高了数据吞 吐量 ，但 同时也 降低 了译码性 能。为此 ，分析并行 Ｔｒｏ ｕｂ 译码 中的无冲 突交织条件 ，介 绍一种行列
ｒ ｎ ｏ ｉ ｔ ｒｅ ｖ ｒ ｓ ｏ ｈ ｔｔ ｅ ｉ ｒ ｖ ｄ ｄ ｓｇ ｃ ｅ ａ ａ ｓ ｈ ａ ａ ｄ ｓ ｅ ｓｏ ， ｎ ａ ｇ ｈ ｅ ｇ ｂｏ ｉ ａ ａ ｄ ｓ ａ ｃ ｎ ｅ ｅ ｙ ｐ ｏ ｅ ｓ ｒ ａ ｄ ｍ ｎ ｅ ｌａ ｅ ｈ ｗｓｔ ａ ｍｐ ｏ ｅ ｅ ｉ ｎ ｓ ｈ ｍｅ Ｃ ｒ ｉｅ ｔ ｅ ｄ ｔ ｉｐ ｒ ｉ ｎ ｅ ｌ ｒ ｅ ｔ ｅ ｎ ｉ ｈ ｒｎｇ ｄ ｔ ｉｔ ｎ ｅ ｉ ｖ ｒ ｒ ｃ ｓ ｏ ， ｈ ｎ ｍａ ｅ ｔ ｅ ｌ ｗｅ ｏ ｅｗｅ ｇ ｔ ｔ ｒ ａ ｄ ｉ ｃ ｅ ｓ ｈ ｉ ｅ ｒ ｒ ａ ｅｐ ｒ ｏ ａ ｃ ． ｋ ｈ ｏ ｒｃ ｄ ｉ ｈ ｔ ， ｎ ｒ ａ ｅｔ ｅｂ ｔ ｒ ｏ ｔ ｅ ｒ ｎ ｅ ｂｅ ｅ ｎ ｒ ｆ ｍ
而并 行 译码 的 Ｔ ｒｏ码 解 决 了此 问 题 ，其 方法 就 是采 用 ｕｂ ｗ≥２个译码器 同时进行译码 。 ） 虽然采用并行译码速率大约提高了 ｗ倍， 是由于每 个 但 并行 译码器的前 向递推变量和后 向递推变量 的初值是实现设 定的 ，因此并行比非并行译码 Ｔ ｒｏ码的性能有所降低。文 ｕｂ 献［］ 出了无冲突交织器 的概念 ，并给 出了交织器交织模 式 ３提
第３ ７卷 第 ｌ 期 ０
turbo码的原理
turbo码的原理Turbo码的原理引言：Turbo码是一种在无线通信和数字通信领域广泛应用的编码技术。
它被广泛应用于4G和5G移动通信标准中，以提高系统的可靠性和传输速率。
本文将介绍Turbo码的原理及其在通信系统中的应用。
一、Turbo码的基本原理Turbo码是一种迭代卷积码编码技术，由Claude Berrou于1993年提出。
它采用了并行级联的结构，在编码和解码过程中引入了迭代操作，从而大大提高了系统的纠错性能。
Turbo码的编码器由两个相同的卷积码编码器构成，这两个编码器之间通过一个交织器相连，形成了并行级联结构。
在编码过程中，Turbo码将待发送的数据分为多个数据块，并对每个数据块进行并行编码。
首先，数据块通过编码器1进行编码，然后通过交织器进行交织操作，再经过编码器2进行第二次编码。
最后，两个编码器的输出通过一个交织器再次交织，形成最终的编码输出。
二、Turbo码的解码原理Turbo码的解码过程是通过迭代解码算法实现的。
解码器采用迭代信道估计和软判决的方法，通过多次迭代来逐步提高解码的准确性。
在每一次迭代中，解码器利用已解码的信息反馈给信道估计器，用于估计信道的状态信息，并根据此信息对接收到的信号进行修正。
然后，解码器利用修正后的信号进行下一次迭代解码，直到达到设定的迭代次数或满足一定的停止准则为止。
三、Turbo码的应用Turbo码在无线通信和数字通信领域有着广泛的应用。
在4G和5G 移动通信标准中，Turbo码被用于物理层的信道编码，以提高系统在高速移动环境下的可靠性和传输速率。
此外，Turbo码还被应用于卫星通信、光纤通信和深空通信等领域。
Turbo码的优点是能够在相同的误码率下，显著提高系统的传输速率。
它具有较好的纠错性能，在相同的码率下，其误码率性能要优于其他传统的编码技术。
此外，Turbo码还具有较低的复杂度和较低的延迟，适用于实时通信系统。
结论：Turbo码作为一种高效可靠的编码技术，被广泛应用于无线通信和数字通信领域。
高速Turbo并行迭代译码原理及仿真
Ｔ ｒｏ码 又称 并 行 级 联 卷 积 码 （ ａａｅ Ｃ ｎ ｕｂ Ｐ ｒｌ ｌ ｏ — ｌ ｃｔｎ ｔ ｏ ｖｎｉｎ ｌＣ ｄ ）由 Ｃ Ｂ ｒｏ ａｅａｅ Ｃ ｎ ｅ ｔ ａ ｏ ｅ ｄ ｏ ｅｒｕ等 人 在
码器输 出的校验比特经过删余 后进行传输 。Ｔ ｒ ｕｂ ｏ
码编码 器 的结构框 图如图 １ａ所示 ： （）
］，和 形式一样。 Ａ 算法的目的就是计算接 ， ｚ Ｍ Ｐ 收符号的似然比率 ：
时译码 ， 当然这里需要 ｗ 个子译码器。 常规分量译 码器（ｏ ｏｅｔ ｅ ｄｒ 变为并行 ＳＳ ｃ ｍｐｎｎ ｄｃ ｅ ｏ ） ＩＯ分量译码
器 （ａａｅＳＳ ｍｐｎｎ ｅｏｅ）它 由两个数据 ｐｒｌｌ ＩＯｃ ｏｅｔ ｃｄｒ ， ｌ ｏ ｄ
２ ＯＧ—ＭＡ Ｌ Ｐ算法简介
设编码 器输 出码 字 为 ｃ＝ ［ｌｃ，３… ， ］＝ ｃ，２Ｃ， 银
有关 Ｐ（ ）＝ ｅｐ ｘ［ ３ 并行译码原理
（ ）２ ・ ／］
［ ， ｌＵ ， ｚ…，Ｋ Ｐ ］ 从信道 （ ＷＧ 接收 ｌ ， ２Ｐ ， ，Ｋ ， Ｐ Ａ Ｎ）
第２ 卷第 １ ８ 期
２０１０年 １ 月
西安航空技术高等专科学校学报
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆＸｉａ ｏ ｒ ａ ｏ ’ｎＡｅｏ ｅｈ ｉ ｌ ｏｌｇ ｒｔｃ ｎｃ ｌ ｅ ａＣ ｅ
Ｖｌ ． ｏ ２８Ｎｏ．１ １
Ｊ ｎ ．２ ０ １ ０ ａ
高速 Ｔｕｂ ｒｏ并 行迭 代译 码 原 理及 仿 真
１９ 年提出， ９３ 它巧妙的实 现了随机编码思想 ， 并采 用软输 出迭代 译码来 逼近 最大 似然 译码 。仿真 表 明
当用大小 为 ６ ５５的 随机 交 织 器 ，８次 迭 代 ， 率 ５３ １ 码 为 １２， 性 高斯 白噪声 （ ＷＧ 信道上 ， 比特 ／ 在加 Ａ Ｎ） 误
turbo 码原理
turbo 码原理Turbo码原理引言：Turbo码是一种编码技术，广泛应用于通信系统中，具有较高的纠错能力。
本文将介绍Turbo码的原理及其在通信系统中的应用。
一、Turbo码的起源和发展Turbo码最早由法国学者C. Berrou等人在1993年提出，是一种迭代编码技术。
与传统的纠错编码相比，Turbo码能够在同等的误码率下，节省更多的功率和频谱资源，提高系统的可靠性和容量。
随着Turbo码的问世，它被广泛应用于移动通信、卫星通信、数字电视等领域。
二、Turbo码的原理1. 并行级联结构Turbo码由两个相同的卷积码级联而成，形成了一个并行级联结构。
每个卷积码由多个状态组成，通过输入比特序列进行编码，输出比特序列为编码后的码字。
2. 迭代译码Turbo码的特点在于采用了迭代译码的方法。
在译码过程中，通过多次迭代，不断传递软信息，不断优化译码结果，从而提高纠错能力。
迭代译码的核心是使用了交织器和反交织器，使得译码器之间可以互相传递信息，达到更好的纠错效果。
3.软判决Turbo码采用软判决的方式进行译码。
在传统的硬判决方式中，译码器只能输出0或1的比特值，而在软判决方式中，译码器输出的是比特值的概率分布。
软判决能够提供更多的信息，从而提高译码的准确性。
三、Turbo码的应用1. 移动通信Turbo码在移动通信中得到了广泛应用，如3G、4G、5G等移动通信标准中都采用了Turbo码作为纠错编码。
由于Turbo码具有较高的纠错能力，能够有效地提高信道的可靠性，减少误码率，使得移动通信系统具备更好的抗干扰能力。
2. 卫星通信卫星通信中由于信号传输距离较长，信道质量较差，容易受到各种干扰，因此需要一种具备较高纠错能力的编码技术。
Turbo码正是满足这一需求的编码方案，能够有效地提高卫星通信系统的可靠性和容量。
3. 数字电视随着数字电视的普及，对信号的质量要求也越来越高。
Turbo码作为一种高效的纠错编码技术，被广泛应用于数字电视系统中，能够提高信号的抗干扰能力，减少信号丢失和失真。
一种基于Intel CPU的并行Turbo译码方法[发明专利]
![一种基于Intel CPU的并行Turbo译码方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/e5f747dd87c24028905fc35f.png)
专利名称：一种基于Intel CPU的并行Turbo译码方法专利类型：发明专利
发明人：王捷,毕明勇,范鹏博,李磊,粟勇,王东明
申请号：CN201610641254.0
申请日：20160805
公开号：CN106301394A
公开日：
20170104
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种基于Intel CPU的并行Turbo译码方法，当CPU支持的单指令多数据流指令集为AVX2、AVX512或更新的指令集时，本发明的译码方法相应增加并行码块个数并在译码过程中使用对应的指令以充分利用指令集支持的位宽本发明使用的并行计算α、β的方法是用8位表示定点数，在128位中排列8个状态的α和8个状态的β，可以并行计算α、β。
本发明的基于Intel CPU的并行Turbo译码方法具有吞吐量高、而误码率性能损失有限等优点。
申请人：东南大学
地址：211189 江苏省南京市江宁区东南大学路2号
国籍：CN
代理机构：南京瑞弘专利商标事务所(普通合伙)
代理人：杨晓玲
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基于CUDA的一种卷积Turbo码并行译码系统
基于CUDA 的一种卷积Turbo 码并行译码系统邱俊璞（四川大学 计算机学院（软件学院），四川 成都 610065）摘 要：移动宽带已经成为人类生产生活中不可或缺的一部分。
在移动通讯技术中，物理层支持多种编码方式，其中卷积Turbo 码（CTC）的编码效率高，纠错能力强，译码延时小，是各种通信协议标准中非常重要的信道编码方式之一。
笔者旨在通过分析CTC 编译码原理，提供一种基于CUDA 平台的并行软译码系统，相较于传统FPGA 实现更加灵活、高效、低廉，在数字通信领域局域具有重要的应用价值。
关键词：CUDA；卷积Turbo 码；移动通信；数字信号处理中图分类号：TP183；TP277 文献标识码：A 文章编号：1003-9767（2020）05-191-04A Parallel Decoder System of Convolutional Turbo Codes Based on CUDAQiu Junpu(College of Computer Science, Sichuan University, Chengdu Sichuan 610065, China)Abstract: Mobile broadband has become an indispensable part of human production and life. In mobile communicationtechnology, physical layer supports many kinds of coding methods, among which convolutional turbo code (CTC) has high coding efficiency, strong error correction ability and small decoding delay, which is one of the most important channel coding methods in various communication protocol standards. The purpose of this paper is to provide a kind of parallel soft decoding system based on CUDA platform by analyzing the principle of CTC encoding and decoding. Compared with the traditional FPGA, it is more flexible, efficient and cheap, and has important application value in the field of digital communication.Key words: CUDA; convolutional turbo code; mobile communication; digital signal processing作者简介：邱俊璞(1993—)，男，湖北襄阳人，硕士研究生在读。
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种Ｔ ｒｏ ｕ ｂ 码高速并行译码算法
丹
ｌ 徐
ｌ 京邮电 南 大学 南 京 ２０１ １ ２ ０
摘 要 针对Ｔｕ ｂ 码ＭＡＰ ｒｏ 译码算 法运算量 、存储量大和译码延 时长的问题 ，基于双滑动窗 的基本思 想，提出一种高速并行的译码算法 。计算机仿真表明 ，该算法是存储量 与译码性能的良好折衷 。
热点 。Ｔｕ ｂ 码 的优 良性能 ，受到 移动通 信领 域广泛 ｒｏ 的重 视 ，特 别 是在 第三 代 移动 通 信 体制 中 ，非 实时
的 数 据 通 信 广 泛 采 Ｔｕ ｂ 码 。随 着 Ｔｕ ｂ 码 理 论 研 ｒｏ ｒｏ
的 ，将一个译码单元的软输 出信息（ 称外 赋信 息） 作为下
１ 早 由 Ｃ． ｅ ｒ ｕ ｌ ａ ｉｕ …于 １ ９ ８ 共 同提 出 。它巧 妙 Ｂ ｒｏ ｇ Ｇｌｖ ｅ ｘ ９３
地 将 卷 积 码 和 随 机 交 织 器 结 合 在 一 起 ， 实 现 了 随 机 编 码 的 思 想 ； 同 时 采 用 软 输 出 迭 代 译 码 来 逼 近 最 大
概率 。假设滑动窗窗长Ｌ （ 亦为每次译码的有效长度） ，
且每个 子窗 Ｆ译码 引入一个前 向单 元 （） １ 、后 向单元 （） 分支 单元 ｙ （ ’） 和 ， 。 Ｓ （） 求值 可通过 前 向 的
递推 得到 ，但 （） Ｓ 相应于窗长Ｌ的起始值并 不确知 ，
根据 网格 收敛原 理 ，从假定 的初 始条件 出发 ，预先 经
乎 寻 常 的 优 异 性 能 ， 立 即 引 起 信 息 与 编 码 理 论 界 的 轰 动 。 围 绕 Ｔ ｒ ｏｓ的研 究 也 成 了 通 信 系 统 中 的 一 个 ｕｂ ｔ
图１ Ｔ ｒｏ ｕｂ 码编码 器结构框 图
Ｔ ｒ ｏ 译码 器 ，其结构框 图如图２ ｕｂ 码 所示 。采用软 输 入软输 出的迭代译码算法 。Ｔ ｒ ｏ 的译码 器是 由两 ｕｂ 码 个与分 量码对 应的译 码单元 和交织 器与解 交织器组 成
其中： ） 是前 向递推 因子 ， 因子 ， ７ （ ，） ｘｓ 是状态 转移 概率 。 一 和 。’ （）
／ 低为Ｌ＋Ｄ，这是 建立在 增加 了Ｄ的运算 量的 基础上 ， ｆ 但仍存在较大的译码延时。
（） 后 向递推 是 ）
ｌ ａ ｆｆ ｌ
ｂ ｔ ｅａ
编码 器是 由两个 反馈 的系统 卷积码 编码 器（ Ｃ） 过 ＲＳ 通
一
个 随机交 织器并 行连接而 成 ，编 码后的 校验位 经过
删 余 阵 ， 从 而 产 生 不 同 码 率 的 码 字 。 Ｔ ｒ ｏ 编 码 器 ｕｂ 码
结构 框图如 图１ 所示 。
似 然译码 。模拟结 果表 明 ，码率 为 ｌ ２ ／ 的Ｔｕ ｂ 码 如 ｒｏ 果 采 用大 小 为６ ３ 的随 机 交 织 器 ，并迭 代 １ 次 ， ５５ ５ ８ 在ＡＷ ＧＮ信 道 上 当Ｅ ／ ≥０． Ｂ时 的 误 比特 率 Ｎ。 ７ｄ （ Ｅ ≤１ ～，达到 了近Ｓ ａ ｎ ｎ 的性能 。这 一超 Ｂ Ｒ） ０ ｈｎｏ限
（ Ｌ译码 ，同时另一个相 同结 构的译码 器从 帧尾 同样以有 ４ ）
效 段 长 Ｌ 码 ，如 图４ 译 。
帻 长Ｎ
过一个滑动 窗 口长度Ｄ的递 归计算 ，得到递 归值作为可
ｆ （ ＳＳ＝ ） ｆ ａｓ （ （］ ∑Ｐ ＝， ］ ∑ａ （ ） Ｓ Ａ ． ’． ） ｑ ，
靠值 。不难看 出 ，引入滑动窗后 ，存储量 由原来 的Ｎ降
上｛ ！ ； ／ｆ ： （ ）ｆ ；ｌ ： ： ｉ 丽 ： “ ”
ｇ ｍｍ ａ ａ
的计算贝是基于 ７ ’ ） ０ Ｋ ， 和网格 图不断递归求解，递
ａ ｒｏ ｉ １ ｒ ｐ ｉｒ ｌ
一
１ ａ ｏｓ ｅ ｉ ｒ １ ｐ ｔ ｒｏ ｉ ｒ
一
（： ∑ （，．一ｓ ） ｓ ） （）
一
（ ２ ）
图３ 引入 滑动 窗的ＭＡ 算 法 中分量 计算 Ｐ
一
个译码单元的输入（ 称先验信 息） ；为了更好的获得译
究的 日趋成 熟 ，Ｔｕ ｂ 码 在不 同通信 系统 中的高效 实 ｒｏ
现 成 了关 键 问 题 。 本 文 基 于 Ｍ ＡＰ 码 算 法 ，在 双 滑 译
码性能 ，将此过程迭代数次 ，这就是Ｔ ｒ ｏ ｕ ｂ 码译码器的
基 本 工 作 原理 。
６ 信息通信技术 ０｝
图２ Ｔｒ 码译 码器 结构 框 图 ｕｏ ｂ
用 滑动窗 叫Ｓｉｉｇ 川 （ｌ ｎ Ｗｉｄ ｗ） ｄ ｎ ｏ 技术来解决这一 问题 。
滑动窗 的基 本思想 ：所 有状 态度量 的初 始值设 为某 一 任 意值 ，根 据 网格 收敛 原理 ，可认 为递 归运算一 定步 数得到 的状态度量值是 可靠的 。 图３ 出引入滑动窗的ＭＡＰ 给 算法的分量计算示意 ， 其 中ａ ｒ ｒ—ｌ； ａ ｏｔｒ ｒ ｌ 分别是先验信息和后验 ｐｉ ｉｌ ￣ ｐ ｓｅｉ ｉ ｌ ｏ ｒｌ ｌ ｏ＿ｒ
动窗思 想的基础 上进一 步改进 ，提 出一种高 速并行 的 Ｔ ｒｏ ｕ ｂ 译码算 法 ，并给 出ＡＷＧＮ信道 下的性能 仿真 。
２ ｕｏ Ｔ ｒ 码编译码原理 ｂ
２ １ Ｔ ｒ 码编译码原理结构 。 ｕｏ ｂ
为 了避 免重 复输 出原 比特序 列 ，标 准的Ｔｕ ｂ 码 ｒｏ
。
（） ∑Ｐ（．（， ＝ Ｋ ） ） Ｉ ｓ ’
ｊ ｝．（ ｛ Ｓ ） Ｕ） Ｐ
（ ３ ）
为此双 滑 动窗技 术被提 出，用来 解决存 储量 和译
７ （’） （ ｘ Ｓ ＝Ｐ ，
．
码 延时 的 问题 。双 滑动 窗是 由两个 对称 的单 滑动 窗构
ｅ 喜Ｘ ｘ ｙ ｐ （ 等