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如何使用Turbo编码器提升蜂窝DSP的效率

消耗积分:1 | 格式:pdf | 大小:0.47 MB | 2020-07-07

李鸿洋

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  最近,小型毫微微蜂窝基站概念在移动应用中越来越受欢迎。与传统宏蜂窝相比,毫微微蜂窝在覆盖范围、兼容性和成本方面都具有优势。由于成本和性能的制约,毫微微蜂窝设计必须具有与宏蜂窝大致相同的模块化水平和复杂度,并且与个人而非社群的经济承受能力相适应。但是,为了实现至少与传统宏蜂窝系统相同的信号强度,毫微微蜂窝必须采用支持高达14.4 Mbps比特率的多通道设计。因此,设计人员面临着严峻挑战:利用系统的数字信号处理(DSP)引擎编码多通道比特流,同时为系统的其它关键操作提供足够的计算裕量。本文介绍如何实现基于Turbo编码的高效算法以支持基于Blackfin的14.4 Mbps 3G毫微微蜂窝设计,该设计仅消耗Blackfin可提供的600 MIPS计算能力中的100 MIPS,从而为系统的其它必要操作留下了充沛的资源。 Turbo码性能卓越,因此自1993年推出以来,便在业界和学术界引起了极大的关注。Turbo码的工作效率几乎达到了香农所确定的信道容量极限,信噪比(SNR)间隔小于或等于0.7dB。 Turbo码最初由Berrou、Glavieux和Thitimajshima提出1,它是利用两个并行级联的卷积编码器构建而成。在Turbo编码方案中,同一信息序列的不同交织版本上产生两个分量码。在解码器端,使用两个最大后验概率(MAP)解码器以迭代方式解码判决结果。MAP解码算法使用接收到的数据和奇偶校验符号(对应于根据真实和交织形式的数据位计算而来的奇偶校验位)及其它解码器软输出(外部)的信息,产生更可靠的判决结果。关于Turbo码的高效解码,学术界已提出了许多算法和实现技术,但有关如何高效实现Turbo编码器以支持高比特率应用的技术则不多见。在基站等应用中,一次须传输多个数据流。因此,必须高效实现Turbo编码器,使之能以较少的处理能力编码多个比特流。毫微微蜂窝的服务对象是个体而非群体,因此用户将拥有专属的无线基础设施,能够为其所有移动设备提供良好的信号强度。就数据处理而言,宏蜂窝与毫微微蜂窝的模块和复杂度大致相同。但是,毫微微蜂窝设计的目标用户是个人而非群体,所以应做到价格低廉。因此,在毫微微蜂窝设计中使用多个昂贵的处理器件并不现实。本文并未阐述毫微微蜂窝完整架构的细节,但在讨论用于无线网络纠错功能的3G标准2 Turbo编码时,已特别注意了毫微微蜂窝设计的预算要求。

  Turbo编码器主要包括两个成分编码器,一个交织器将二者隔开。3G Turbo递归系统码(RSC)编码器的原理框图如图1所示。每个RSC编码器均包括一个传递函数为(1+D+D3)的正向通道和一个传递函数为(1+D2+D3)的反馈通道。每个输入的交织地址产生过程参见3GPP的论文2。利用双MAC(乘法累加器)DSP(如Blackfin等)无法即时计算交织地址,除非我们有许多计算单元。

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