UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)是一种第三代(3G)移动通信标准,其中Turbo码被广泛用于数据传输,因为它提供了接近香农限的错误纠正性能。Turbo码的高效实现对于提高通信系统的整体性能至关重要。
Turbo码的核心是MAP(Maximum A Posteriori)解码算法,该算法在解码过程中计算每个传输数据位的后验概率值(APPs),以确定最接近实际传输数据的信息位。MAP算法基于贝叶斯定理,通过比较两个可能的比特值(0或1)出现的概率,为每个数据位分配最可能的值,从而降低误码率(BER)。
在基于DSP(Digital Signal Processor)处理器的实现中,通常会利用其并行处理能力和高速运算能力来优化Turbo MAP解码器的性能。文中提到的ADI Blackfin是一款通用定点DSP处理器,适合处理这样的复杂计算任务。在Blackfin处理器上实现Turbo MAP解码器时,需要考虑到算法的效率和资源利用率,以确保实时解码和低功耗运行。
在具体实现过程中,涉及到的关键技术包括:
1. **状态度量计算**:在八状态RS(Reed-Solomon)编码网格中,状态度量是解码过程中的关键参数,它们在每个时间步长和状态下递归计算。前向状态度量(式4)和反向状态度量(式5)分别从初始时刻(n=0)和最后一级(n=N+1)开始递归,利用编码器的状态表示和网格结构进行计算。
2. **分支度量计算**:分支度量反映了从一个状态转移到另一个状态的信道信息,它可以通过解码输入和另一个解码器的中间软输出计算得出。在BPSK(Binary Phase Shift Keying)调制中,每个数据比特流只需要两个分支度量。
3. **Log-MAP运算**:为了提高计算效率,Log-MAP算子被用来近似求解涉及指数函数的方程,这可以避免直接计算指数函数导致的数值溢出问题。Log-MAP算子通过取最大值和对数加法来估算和的近似值。
4. **软输出信息处理**:除了接收数据和校验符号,MAP解码还需要外部的软输出信息。这些信息来自其他解码阶段,如前向纠错编码(FEC)的软输出,它们一起用于生成更精确的解码决策。
5. **迭代解码**:Turbo码的解码过程是迭代的,即两个MAP解码器互相提供信息,直到达到预设的迭代次数或达到某种收敛标准。迭代次数和解码性能之间存在平衡,过多的迭代会增加计算负担,而过少的迭代可能无法充分利用Turbo码的优势。
基于DSP处理器的UMTS Turbo MAP解码器高效实现涉及到多个层面的技术,包括算法优化、硬件平台的特性利用以及系统级的设计考虑。这样的实现方法能够保证在满足实时性和能效要求的同时,充分利用Turbo码的优秀性能,为3G通信系统提供高质量的数据传输服务。