如何使用Turbo編碼器提升蜂窩DSP的效率

　　最近，小型毫微微蜂窩基站概念在移動(dòng)應(yīng)用中越來(lái)越受歡迎。與傳統(tǒng)宏蜂窩相比，毫微微蜂窩在覆蓋范圍、兼容性和成本方面都具有優(yōu)勢(shì)。由于成本和性能的制約，毫微微蜂窩設(shè)計(jì)必須具有與宏蜂窩大致相同的模塊化水平和復(fù)雜度，并且與個(gè)人而非社群的經(jīng)濟(jì)承受能力相適應(yīng)。但是，為了實(shí)現(xiàn)至少與傳統(tǒng)宏蜂窩系統(tǒng)相同的信號(hào)強(qiáng)度，毫微微蜂窩必須采用支持高達(dá)14.4 Mbps比特率的多通道設(shè)計(jì)。因此，設(shè)計(jì)人員面臨著嚴(yán)峻挑戰(zhàn)：利用系統(tǒng)的數(shù)字信號(hào)處理（DSP）引擎編碼多通道比特流，同時(shí)為系統(tǒng)的其它關(guān)鍵操作提供足夠的計(jì)算裕量。本文介紹如何實(shí)現(xiàn)基于Turbo編碼的高效算法以支持基于Blackfin的14.4 Mbps 3G毫微微蜂窩設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)僅消耗Blackfin可提供的600 MIPS計(jì)算能力中的100 MIPS，從而為系統(tǒng)的其它必要操作留下了充沛的資源。 Turbo碼性能卓越，因此自1993年推出以來(lái)，便在業(yè)界和學(xué)術(shù)界引起了極大的關(guān)注。Turbo碼的工作效率幾乎達(dá)到了香農(nóng)所確定的信道容量極限，信噪比（SNR）間隔小于或等于0.7dB。 Turbo碼最初由Berrou、Glavieux和Thitimajshima提出1，它是利用兩個(gè)并行級(jí)聯(lián)的卷積編碼器構(gòu)建而成。在Turbo編碼方案中，同一信息序列的不同交織版本上產(chǎn)生兩個(gè)分量碼。在解碼器端，使用兩個(gè)最大后驗(yàn)概率（MAP）解碼器以迭代方式解碼判決結(jié)果。MAP解碼算法使用接收到的數(shù)據(jù)和奇偶校驗(yàn)符號(hào)（對(duì)應(yīng)于根據(jù)真實(shí)和交織形式的數(shù)據(jù)位計(jì)算而來(lái)的奇偶校驗(yàn)位）及其它解碼器軟輸出（外部）的信息，產(chǎn)生更可靠的判決結(jié)果。關(guān)于Turbo碼的高效解碼，學(xué)術(shù)界已提出了許多算法和實(shí)現(xiàn)技術(shù)，但有關(guān)如何高效實(shí)現(xiàn)Turbo編碼器以支持高比特率應(yīng)用的技術(shù)則不多見。在基站等應(yīng)用中，一次須傳輸多個(gè)數(shù)據(jù)流。因此，必須高效實(shí)現(xiàn)Turbo編碼器，使之能以較少的處理能力編碼多個(gè)比特流。毫微微蜂窩的服務(wù)對(duì)象是個(gè)體而非群體，因此用戶將擁有專屬的無(wú)線基礎(chǔ)設(shè)施，能夠?yàn)槠渌幸苿?dòng)設(shè)備提供良好的信號(hào)強(qiáng)度。就數(shù)據(jù)處理而言，宏蜂窩與毫微微蜂窩的模塊和復(fù)雜度大致相同。但是，毫微微蜂窩設(shè)計(jì)的目標(biāo)用戶是個(gè)人而非群體，所以應(yīng)做到價(jià)格低廉。因此，在毫微微蜂窩設(shè)計(jì)中使用多個(gè)昂貴的處理器件并不現(xiàn)實(shí)。本文并未闡述毫微微蜂窩完整架構(gòu)的細(xì)節(jié)，但在討論用于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)糾錯(cuò)功能的3G標(biāo)準(zhǔn)2 Turbo編碼時(shí)，已特別注意了毫微微蜂窩設(shè)計(jì)的預(yù)算要求。

　　Turbo編碼器主要包括兩個(gè)成分編碼器，一個(gè)交織器將二者隔開。3G Turbo遞歸系統(tǒng)碼（RSC）編碼器的原理框圖如圖1所示。每個(gè)RSC編碼器均包括一個(gè)傳遞函數(shù)為（1+D+D3）的正向通道和一個(gè)傳遞函數(shù)為（1+D2+D3）的反饋通道。每個(gè)輸入的交織地址產(chǎn)生過(guò)程參見3GPP的論文2。利用雙MAC（乘法累加器）DSP（如Blackfin等）無(wú)法即時(shí)計(jì)算交織地址，除非我們有許多計(jì)算單元。