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如何使用Turbo编码器提升蜂窝DSP的效率
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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