3G信道解码芯片TV3G的设计
摘 要：信道解码是现代移动通信系统中的核心技术之一,本文根据3G标准之一WCDMA的要求,开发了一种能够根据不同业务,提供包括Viterbi解码、Turbo解码以及无编码方式的多功能信道解码芯片TV3G,重点讨论了Turbo编/解码的原理和TV3G的总体构架,并给出了TV3G的接口定义。
关键词：信道解码;Turbo解码;Viterbi解码;WCDMA
引言
3G业务的主要特点是要求支持高速多媒体信息的传输,这就对信道编码提出了更高的要求。WCDMA方案中采用了对不同QoS要求的业务进行不同的信道编码策略。标准业务仅采用卷积编码,高质量业务在卷积编码的基础上增加RS编码或采用Turbo编码方法。相应地,需要采用不同的解码方法, 这对解码模块的设计提出了很高的要求,因此设计一种能够完全适应WCDMA系统的信道解码芯片,是具有很高应用价值的。基于此,本文设计了一种能够完全满足以上应用的信道解码芯片TV3G,其中,针对卷积编码采用Viterbi解码方式,针对Turbo编码采用Turbo解码方式。
TV3G同时提供Viterbi解码、Turbo解码以及无编码方式的数据透明传输3种模式,其中Turbo解码是该芯片的难点。由于Viterbi解码已经较为成熟,本文主要针对Turbo编/解码算法进行讨论。Turbo码由于很好地应用了香农信道编码定理中的随机性编/解码条件而获得了接近香农理论极限的解码性能。它不仅在信噪比(SNR)较低的高噪声环境下性能优越,而且具有很强的抗衰减、抗干扰能力。
Turbo编码原理
Turbo码是一种系统码的形式,其输入信息序列在经过交织器送入RSC(递归系统卷积)编码器的同时送到编码器输出端。其中成员码采用RSC码的形式,可以保证成员码编码器在所有信噪比条件下都具有良好的性能。在Turbo码系统中,其编码器由两个或多个二元带反馈的RSC子编码器C1和C2经由交织器并行级联而成。输入编码器的信息序列为U=(u1,u2,...,un),它一方面直接输入到C1进行编码,生成系统序列Xs和校验序列X1P,另一方面, U经过交织后,输入C2进行编码,产生一个经过交织的系统序列Xis和另一个校验序列 X2P。
Turbo解码原理
Turbo码的编码部分由C1、C2两个子编码器组成,在相应的解码部分也应该有两个子解码器DEC1、DEC2.。假设编码序列Xs、X1P、X2P经过一个离散无记忆高斯信道,其接收序列为 Ys、Y1P、Y2P,如图1所示。
对于Turbo码这样的并行级联码,每个子解码器的作用不仅仅是解码判决,它还应该能够提供对每一位码元判决值的可靠性估计。或者说,子解码器要能够进行软输出。这种判决的可靠性估计,可以作为边信息(EI),提供给另一个子解码器,协助其解码。在具体实现中,可通过多级选代的方法来达到反馈效果。迭代解码是Turbo解码的一个显著特色。解码器由结构相同的模块串联而成,每一级模块由DEC1、DEC2.组成,分别用于对C1、C2的解码。每一级模块除了产生判决值,还输出判决的可靠性值,作为输入下一级解码模块的先验信息,协助下一级解码。由于边信息的作用,一定信噪比下的误比特率将随着循环次数的增加而下降。但同时外部信息与接收序列间的相关性也随着解码次数的增加而逐渐增大,外部信息所提供的纠错能力也随之减弱,在一定的循环次数之后,解码性能将不再提高。
TV3G芯片设计
TV3G共分为六个功能模块,分别是Turbo解码、Viterbi解码、无编码方式、交织器、前端处理以及后端处理模块。前端接口接收从片外送来的数据,并根据相应的接口规范进行地址解码。然后根据地址解码结果选择三种处理内核之一对数据进行处理。与此同时选择相应的后端接口,以便送出对应的数据。而后端接口主要完成解码内核中产生的解码后数据到接口上数据格式转换以及解码数据的输出工作。Turbo解码器完成Turbo解码,并采用Max-Log-MAP算
