OFDM系統(tǒng)中Turbo編碼混合ARQ技術(shù)的研究和實(shí)現(xiàn)2023/5/27OFDM系統(tǒng)中Turbo編碼混合ARQ技術(shù)的研究和實(shí)現(xiàn)背景概述2OFDM系統(tǒng)中Turbo編碼混合ARQ技術(shù)的研究和實(shí)現(xiàn)課題背景高頻短波通信抗毀能力極強(qiáng)覆蓋范圍廣運(yùn)行成本低機(jī)動(dòng)靈活戰(zhàn)爭(zhēng)、自然災(zāi)害、邊遠(yuǎn)地區(qū)的主要通信方式3OFDM系統(tǒng)中Turbo編碼混合ARQ技術(shù)的研究和實(shí)現(xiàn)研究重點(diǎn)Turbo碼的原理、仿真和設(shè)計(jì)Matlab建模仿真矩陣推導(dǎo)MAP算法短幀Turbo碼的設(shè)計(jì)方法Turbo編碼混合自動(dòng)重復(fù)請(qǐng)求方案現(xiàn)有方案的分析比較提出新穎的“分而治之Turbo編碼HARQ”方案系統(tǒng)模塊的DSP實(shí)現(xiàn)與優(yōu)化循環(huán)冗余校驗(yàn)碼的快速實(shí)現(xiàn)Max-Log-MAP算法的實(shí)現(xiàn)與優(yōu)化4OFDM系統(tǒng)中Turbo編碼混合ARQ技術(shù)的研究和實(shí)現(xiàn)OFDM——抗多徑衰落的尖兵頻譜劃分成窄的平坦衰落子信道串并變換后，每個(gè)子信道上的符號(hào)速率下降，可以很好的對(duì)抗時(shí)延擴(kuò)展把頻率和時(shí)間選擇性衰落的影響隨機(jī)化，有利于糾錯(cuò)碼工作 一個(gè)頻率選擇性信道→多個(gè)非頻率選擇性信道5OFDM系統(tǒng)中Turbo編碼混合ARQ技術(shù)的研究和實(shí)現(xiàn)OFDM的Matlab實(shí)現(xiàn)6OFDM系統(tǒng)中Turbo編碼混合ARQ技術(shù)的研究和實(shí)現(xiàn)Turbo碼的原理、仿真和設(shè)計(jì)7OFDM系統(tǒng)中Turbo編碼混合ARQ技術(shù)的研究和實(shí)現(xiàn)Turbo碼——接近Shannon限的好碼編碼器由兩個(gè)遞歸系統(tǒng)卷積碼通過(guò)交織器級(jí)聯(lián)的方式結(jié)合而成，以較小的編譯碼復(fù)雜度，生成碼重分布優(yōu)良的長(zhǎng)碼譯碼器采用迭代的方式，兩個(gè)分量譯碼器互相幫助，充分利用碼子的約束信息在短約束長(zhǎng)度、長(zhǎng)分組以及10到20次迭代的情況下，Turbo碼在誤碼率（BER）10e-5處距離Shannon限0.5dB左右8OFDM系統(tǒng)中Turbo編碼混合ARQ技術(shù)的研究和實(shí)現(xiàn)Turbo編碼器并行級(jí)聯(lián)卷積編碼器串行級(jí)聯(lián)卷積編碼器9OFDM系統(tǒng)中Turbo編碼混合ARQ技術(shù)的研究和實(shí)現(xiàn)Turbo解碼器并行級(jí)聯(lián)卷積譯碼器10OFDM系統(tǒng)中Turbo編碼混合ARQ技術(shù)的研究和實(shí)現(xiàn)軟輸入軟輸出分量譯碼器對(duì)數(shù)似然比（LLR）Y是觀測(cè)，uk是估計(jì)值符號(hào)表示0，1比特，幅度表示可靠程度11OFDM系統(tǒng)中Turbo編碼混合ARQ技術(shù)的研究和實(shí)現(xiàn)MAP算法想法把比特的概率估計(jì)轉(zhuǎn)化為狀態(tài)轉(zhuǎn)移的概率估計(jì)把狀態(tài)轉(zhuǎn)移的概率估計(jì)以遞推形式計(jì)算計(jì)算三種度量，兩次遞推，一步到位特點(diǎn)（相比維特比算法）復(fù)雜度大（乘法，除法，指數(shù)，對(duì)數(shù)計(jì)算）卷積譯碼無(wú)優(yōu)勢(shì)可以輸出譯碼軟信息12OFDM系統(tǒng)中Turbo編碼混合ARQ技術(shù)的研究和實(shí)現(xiàn)MAP算法前向度量后向度量分支度量前向遞推后向遞推后驗(yàn)概率LLR13OFDM系統(tǒng)中Turbo編碼混合ARQ技術(shù)的研究和實(shí)現(xiàn)MAP算法的計(jì)算流程計(jì)算分支度量前向遞推計(jì)算前向度量后向遞推計(jì)算前向度量綜合計(jì)算后驗(yàn)概率LLR14OFDM系統(tǒng)中Turbo編碼混合ARQ技術(shù)的研究和實(shí)現(xiàn)MAP算法的矩陣表示前向度量后向度量分支度量矩陣前向遞推后向遞推15OFDM系統(tǒng)中Turbo編碼混合ARQ技術(shù)的研究和實(shí)現(xiàn)MAP算法的矩陣表示16OFDM系統(tǒng)中Turbo編碼混合ARQ技術(shù)的研究和實(shí)現(xiàn)MAP的簡(jiǎn)化算法——Max-Log-MAP指數(shù)運(yùn)算和乘法運(yùn)算的噩夢(mèng)變換到對(duì)數(shù)域中利用近似公式17OFDM系統(tǒng)中Turbo編碼混合ARQ技術(shù)的研究和實(shí)現(xiàn)Max-Log-MAP算法簡(jiǎn)化前向遞推簡(jiǎn)化后向遞推支路度量計(jì)算后驗(yàn)概率計(jì)算18OFDM系統(tǒng)中Turbo編碼混合ARQ技術(shù)的研究和實(shí)現(xiàn)Log-MAP算法近似導(dǎo)致性能損失引入糾正項(xiàng)19OFDM系統(tǒng)中Turbo編碼混合ARQ技術(shù)的研究和實(shí)現(xiàn)串行級(jí)聯(lián)卷積碼系統(tǒng)Matlab實(shí)現(xiàn)20OFDM系統(tǒng)中Turbo編碼混合ARQ技術(shù)的研究和實(shí)現(xiàn)并行級(jí)聯(lián)卷積碼系統(tǒng)Matlab實(shí)現(xiàn)121OFDM系統(tǒng)中Turbo編碼混合ARQ技術(shù)的研究和實(shí)現(xiàn)并行級(jí)聯(lián)卷積碼系統(tǒng)Matlab實(shí)現(xiàn)222OFDM系統(tǒng)中Turbo編碼混合ARQ技術(shù)的研究和實(shí)現(xiàn)Turbo碼仿真1之譯碼器結(jié)構(gòu)——迭代次數(shù)23OFDM系統(tǒng)中Turbo編碼混合ARQ技術(shù)的研究和實(shí)現(xiàn)Turbo碼仿真1之譯碼器結(jié)構(gòu)——誤碼率24OFDM系統(tǒng)中Turbo編碼混合ARQ技術(shù)的研究和實(shí)現(xiàn)短幀Turbo碼的設(shè)計(jì)要點(diǎn)1譯碼器結(jié)構(gòu)的選擇：PCCC結(jié)構(gòu)的誤碼平層大約為1e-5，而SCCC結(jié)構(gòu)能夠提供更低的誤碼平層（大約1e-7），SCCC需要更多的迭代次數(shù)達(dá)到誤碼平層，本身的譯碼復(fù)雜度也是遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于PCCC（內(nèi)編碼器是4進(jìn)制輸入，8進(jìn)制輸出，格形圖上有16個(gè)狀態(tài)，每個(gè)狀態(tài)出發(fā)有4條路徑，每個(gè)狀態(tài)有4條路徑交匯）。在本系統(tǒng)中，我們選擇PCCC結(jié)構(gòu)。25OFDM系統(tǒng)中Turbo編碼混合ARQ技術(shù)的研究和實(shí)現(xiàn)Turbo碼仿真2之分量碼——遞歸26OFDM系統(tǒng)中Turbo編碼混合ARQ技術(shù)的研究和實(shí)現(xiàn)Turbo碼仿真2之分量碼——生成多項(xiàng)式27OFDM系統(tǒng)中Turbo編碼混合ARQ技術(shù)的研究和實(shí)現(xiàn)Turbo碼仿真2之分量碼——約束長(zhǎng)度28OFDM系統(tǒng)中Turbo編碼混合ARQ技術(shù)的研究和實(shí)現(xiàn)短幀Turbo碼的設(shè)計(jì)要點(diǎn)2分量碼的選擇：分量碼必須是遞歸形式的，遞歸形式的分量碼對(duì)于Turbo碼減少低碼重碼子起著十分重要的作用，分量碼的生成多項(xiàng)式也起著十分重要的作用，必須優(yōu)化設(shè)計(jì)，分量碼的約束長(zhǎng)度對(duì)于Turbo碼的作用十分有限，增大分量碼的約束長(zhǎng)度導(dǎo)致譯碼器復(fù)雜度的增加。在本系統(tǒng)中，我們推薦使用poly2trellis(3,[75],7)分量碼。29OFDM系統(tǒng)中Turbo編碼混合ARQ技術(shù)的研究和實(shí)現(xiàn)Turbo碼仿真3之幀長(zhǎng)30OFDM系統(tǒng)中Turbo編碼混合ARQ技術(shù)的研究和實(shí)現(xiàn)短幀Turbo碼的設(shè)計(jì)要點(diǎn)3幀長(zhǎng)：對(duì)于Turbo碼的性能而言，希望幀長(zhǎng)越長(zhǎng)越好，雖然幀長(zhǎng)度的增加不會(huì)增加單位比特譯碼的復(fù)雜度，但是幀長(zhǎng)直接決定了系統(tǒng)傳輸?shù)臅r(shí)間延遲和譯碼存儲(chǔ)空間，所以幀長(zhǎng)度的選擇必須折中考慮。一般的對(duì)于語(yǔ)音系統(tǒng)，幀長(zhǎng)為200比特左右，對(duì)于視頻系統(tǒng)，幀長(zhǎng)為1000比特左右。本系統(tǒng)中，我們使用256比特作為幀的長(zhǎng)度。31OFDM系統(tǒng)中Turbo編碼混合ARQ技術(shù)的研究和實(shí)現(xiàn)Turbo碼仿真4之交織器——SCCC32OFDM系統(tǒng)中Turbo編碼混合ARQ技術(shù)的研究和實(shí)現(xiàn)Turbo碼仿真4之交織器——PCCC33OFDM系統(tǒng)中Turbo編碼混合ARQ技術(shù)的研究和實(shí)現(xiàn)Turbo碼仿真4之交織器——奇偶分離34OFDM系統(tǒng)中Turbo編碼混合ARQ技術(shù)的研究和實(shí)現(xiàn)短幀Turbo碼的設(shè)計(jì)要點(diǎn)4交織器：交織器在Turbo碼系統(tǒng)中也是一個(gè)十分重要的組件，相比較差的交織器，良好的交織器可以提供大約0.2dB到1dB左右的增益，大量的試驗(yàn)證明，一般的隨機(jī)交織可以取得良好的性能，代數(shù)交織和隨機(jī)交織的性能相當(dāng)，但是隨著幀長(zhǎng)的變小，隨機(jī)交織的優(yōu)越性會(huì)消失，直至我們必須“刻意”的設(shè)計(jì)交織器，才能使Turbo碼正常工作。隨機(jī)交織對(duì)于幀長(zhǎng)度沒(méi)有約束，代數(shù)交織器一般對(duì)于幀長(zhǎng)有著特殊的要求，矩陣交織器同樣要求幀長(zhǎng)能夠分解成兩個(gè)相近數(shù)的乘積。所有的交織器都可以通過(guò)查表的方式完成。本系統(tǒng)中，我們推薦使用隨機(jī)交織。35OFDM系統(tǒng)中Turbo編碼混合ARQ技術(shù)的研究和實(shí)現(xiàn)Turbo碼仿真5之譯碼算法——簡(jiǎn)化36OFDM系統(tǒng)中Turbo編碼混合ARQ技術(shù)的研究和實(shí)現(xiàn)Turbo碼仿真5之譯碼算法——量化比特?cái)?shù)37OFDM系統(tǒng)中Turbo編碼混合ARQ技術(shù)的研究和實(shí)現(xiàn)短幀Turbo碼的設(shè)計(jì)要點(diǎn)5譯碼算法：Log-MAP算法和MAP算法相當(dāng)，Max-Log-MAP有大約0.5dB的性能損失，MAP算法復(fù)雜度最大，Log-MAP和Max-Log-MAP計(jì)算量相近，但是Max-Log-MAP算法在結(jié)構(gòu)上最接近維特比算法，容易在DSP上快速實(shí)現(xiàn)。3比特的量化足夠，但是在高信噪比區(qū)，推薦6比特量化。在本系統(tǒng)中，我們使用Max-Log-MAP算法，6比特量化。38OFDM系統(tǒng)中Turbo編碼混合ARQ技術(shù)的研究和實(shí)現(xiàn)Turbo碼仿真6之打孔39OFDM系統(tǒng)中Turbo編碼混合ARQ技術(shù)的研究和實(shí)現(xiàn)短幀Turbo碼的設(shè)計(jì)要點(diǎn)6打孔：打孔可以提高碼率，但是會(huì)帶來(lái)誤碼率方面的性能損失，打孔的選擇應(yīng)該基于系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求的考慮，沒(méi)有孰優(yōu)孰劣的問(wèn)題。本系統(tǒng)中，我們使用1/2碼率的Turbo碼，打孔方式取經(jīng)典方案。40OFDM系統(tǒng)中Turbo編碼混合ARQ技術(shù)的研究和實(shí)現(xiàn)Turbo碼仿真7之結(jié)尾41OFDM系統(tǒng)中Turbo編碼混合ARQ技術(shù)的研究和實(shí)現(xiàn)短幀Turbo碼的設(shè)計(jì)要點(diǎn)7結(jié)尾策略：對(duì)于幀長(zhǎng)大約1000比特的系統(tǒng)，無(wú)需考慮迫零處理，當(dāng)幀長(zhǎng)小于50比特，我們采用方案4迫零處理。42OFDM系統(tǒng)中Turbo編碼混合ARQ技術(shù)的研究和實(shí)現(xiàn)Turbo碼混合ARQ系統(tǒng)43OFDM系統(tǒng)中Turbo編碼混合ARQ技術(shù)的研究和實(shí)現(xiàn)Turbo編碼混合ARQ系統(tǒng)44OFDM系統(tǒng)中Turbo編碼混合ARQ技術(shù)的研究和實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)HARQ分類(lèi)TypeIHARQ：數(shù)據(jù)被加以CRC并用FEC編碼，重傳時(shí)，錯(cuò)誤分組被丟棄，重傳分組與前一次相同。TypeIIHARQ：考慮無(wú)線信道的時(shí)變特性，在首次傳輸數(shù)據(jù)塊時(shí)沒(méi)有或帶有較少的冗余，如果傳輸失敗，重傳的數(shù)據(jù)塊不是首次所傳數(shù)據(jù)塊的復(fù)制，而是增加了其中的冗余部分。在接收端將兩次收到的數(shù)據(jù)塊進(jìn)行合并，編碼速率下降而提高編碼增益。TypeIIIHARQ：與第二類(lèi)HARQ不同的是重傳碼字具有自解碼能力，因此接收端可以直接從重傳碼字當(dāng)中解碼恢復(fù)數(shù)據(jù)，也可以將出錯(cuò)重傳碼字與已有緩存的碼字進(jìn)行合并后解碼。45OFDM系統(tǒng)中Turbo編碼混合ARQ技術(shù)的研究和實(shí)現(xiàn)Turbo碼HARQI型我們用ARQI型廣義的表示發(fā)送端在重發(fā)數(shù)據(jù)分組時(shí)，不生成新的碼子，與傳統(tǒng)定義不同的是，接收端不一定丟棄首發(fā)分組，完全可以利用首發(fā)的信息，增加系統(tǒng)的通過(guò)率。這種ARQ機(jī)制的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)充分利用了硬件資源，編譯碼器的結(jié)構(gòu)和控制都比較簡(jiǎn)單，有利于系統(tǒng)降低復(fù)雜性和減少功耗。46OFDM系統(tǒng)中Turbo編碼混合ARQ技術(shù)的研究和實(shí)現(xiàn)Turbo碼HARQI型

接力棒式Turbo碼HARQ在發(fā)方，首先將欲傳信息經(jīng)Turbo編碼器編碼后發(fā)送出去，接收端經(jīng)過(guò)Turbo譯碼，如果通過(guò)CRC檢錯(cuò)校驗(yàn)，反饋ACK信號(hào)回發(fā)送端，如果不能通過(guò)CRC檢錯(cuò)校驗(yàn)，則反饋NACK信號(hào)到發(fā)送端；發(fā)送端收到重發(fā)指令，則將該信息的原先的碼子重新發(fā)送；在收方，對(duì)于重發(fā)幀的譯碼，可將上一幀的譯碼結(jié)果用作先驗(yàn)信息，并用于Turbo譯碼器進(jìn)行譯碼。如果譯碼結(jié)果通過(guò)CRC檢錯(cuò)校驗(yàn)，反饋ACK，否則反饋NACK；重復(fù)第2、第3步，直到發(fā)送端收到ACK信號(hào)，或者達(dá)到最大的重發(fā)次數(shù)，放棄此次通信。47OFDM系統(tǒng)中Turbo編碼混合ARQ技術(shù)的研究和實(shí)現(xiàn)Turbo碼HARQII型我們用ARQII型表示發(fā)送端在重發(fā)數(shù)據(jù)分組時(shí)，生成新的校驗(yàn)信息，即所謂的增量冗余信息，但是新的分組沒(méi)有自解碼性質(zhì)。ARQI型：簡(jiǎn)單的“重復(fù)碼”，其最小碼距是原來(lái)的L倍；實(shí)際上，通過(guò)L次重發(fā)可以構(gòu)成糾錯(cuò)能力更強(qiáng)的糾錯(cuò)碼。這種ARQ機(jī)制的優(yōu)點(diǎn)是能夠充分利用重發(fā)的分組資源，糾錯(cuò)能力比I型更強(qiáng)，但是系統(tǒng)的編譯碼硬件設(shè)計(jì)必須以最低碼率的糾錯(cuò)碼設(shè)計(jì)，而系統(tǒng)一般運(yùn)行在較高的碼率水平上，所以不能充分利用硬件資源，編譯碼器的結(jié)構(gòu)和控制相對(duì)復(fù)雜。48OFDM系統(tǒng)中Turbo編碼混合ARQ技術(shù)的研究和實(shí)現(xiàn)Turbo碼HARQII型

速率兼容打孔Turbo碼HARQ發(fā)送端生成L*N比特長(zhǎng)度的Turbo碼，經(jīng)過(guò)打孔形成N比特長(zhǎng)度分組，發(fā)送到信道，并且保存被刪除的其他校驗(yàn)比特；接收端接收到分組，經(jīng)過(guò)Turbo譯碼，如果通過(guò)了CRC檢錯(cuò)，發(fā)送ACK信號(hào)，否則，發(fā)送NACK信號(hào)；發(fā)送端收到NACK信號(hào)，并累計(jì)重發(fā)次數(shù)，發(fā)送剩余的相應(yīng)的N比特校驗(yàn)比特；接收端接收到重發(fā)分組后，與首發(fā)分組組成新的碼子，經(jīng)過(guò)Turbo譯碼，如果通過(guò)了CRC檢錯(cuò)，發(fā)送ACK信號(hào)，否則，發(fā)送NACK信號(hào)；發(fā)送端收到NACK信號(hào)，并累加重發(fā)次數(shù)，發(fā)送剩余的相應(yīng)的N比特校驗(yàn)比特；接收端接收到重發(fā)分組后，與前兩次的分組組成新碼子，經(jīng)過(guò)Turbo譯碼，如果通過(guò)CRC檢錯(cuò)，發(fā)送ACK信號(hào)，否則，發(fā)送NACK信號(hào)；重復(fù)上述過(guò)程，直到發(fā)送端收到ACK信號(hào)，或者重發(fā)次數(shù)達(dá)到最大的L次，放棄本次通信。49OFDM系統(tǒng)中Turbo編碼混合ARQ技術(shù)的研究和實(shí)現(xiàn)Turbo碼HARQII型

Turbo碼分而治之HARQ基本思想是：假設(shè)系統(tǒng)是1/2碼率的Turbo碼，我們的編譯碼硬件設(shè)計(jì)也是按照基本的1/2碼率的Turbo碼來(lái)設(shè)計(jì)，當(dāng)發(fā)送端被要求重發(fā)時(shí)，我們可以把信息序列分成奇數(shù)位和偶數(shù)位兩類(lèi)，奇數(shù)位的信息比特保持不變，但是偶數(shù)位的信息比特用已知的“01”序列代替，然后經(jīng)過(guò)編碼器生成碼子，實(shí)際上，新生成的碼子的有效信息比特只有原來(lái)的一半，同時(shí)，碼率也下降了一半，這也就意味著碼子有著更強(qiáng)的糾錯(cuò)能力，在接收端，譯碼器首先對(duì)重發(fā)分組進(jìn)行譯碼，運(yùn)用相應(yīng)的先驗(yàn)信息，得到關(guān)于信息序列奇數(shù)位比特的可靠信息，然后把這些信息反饋到第一個(gè)分組的譯碼器，通過(guò)奇數(shù)位比特的可靠信息來(lái)獲得的正確譯碼。如果這時(shí)候，譯碼輸出仍然沒(méi)有通過(guò)CRC校驗(yàn)，那么在發(fā)送端可以把偶數(shù)位比特信息序列按奇偶分成2段，只傳輸其中1/4的信息比特，其他位置用已知序列填充，以此類(lèi)推，最終獲得正確譯碼。50OFDM系統(tǒng)中Turbo編碼混合ARQ技術(shù)的研究和實(shí)現(xiàn)分而治之方案的性能——誤幀率51OFDM系統(tǒng)中Turbo編碼混合ARQ技術(shù)的研究和實(shí)現(xiàn)分而治之方案的性能——通過(guò)率52OFDM系統(tǒng)中Turbo編碼混合ARQ技術(shù)的研究和實(shí)現(xiàn)Turbo碼HARQIII型ARQIII型表示發(fā)送端在重發(fā)數(shù)據(jù)分組時(shí)，生成新的校驗(yàn)信息，同時(shí)新的分組具有自解碼性質(zhì)。糾錯(cuò)能力和譯碼復(fù)雜度都介于I型和II型之間。與II型類(lèi)似的是系統(tǒng)不能充分利用硬件資源，編譯碼器的結(jié)構(gòu)和控制相對(duì)復(fù)雜。53OFDM系統(tǒng)中Turbo編碼混合ARQ技術(shù)的研究和實(shí)現(xiàn)Turbo碼HARQIII型

多維Turbo碼HARQTurbo碼本身就可以構(gòu)成一種很好的ARQ機(jī)制，首先，利用分量碼1生成碼子1，發(fā)送到信道，如果接收端能正確接收，那么繼續(xù)發(fā)送下一幀數(shù)據(jù)，如果不能，那么經(jīng)過(guò)交織的信息序列利用分量碼2，生成碼子2，發(fā)送到信道，譯碼器先對(duì)碼子2進(jìn)行譯碼（可以利用第一次譯碼的結(jié)果作為先驗(yàn)信息），如果譯碼成功，就反饋ACK信號(hào)，如果失敗，那么聯(lián)合碼子1和碼子2進(jìn)行Turbo迭代譯碼，如果譯碼成功那么就反饋ACK，如果到了預(yù)定的迭代次數(shù)，仍然沒(méi)有通過(guò)CRC校驗(yàn)，那么反饋NACK信號(hào)，發(fā)送端可以進(jìn)一步利用新的交織器和新的分量碼，生成碼子3，在接收端，譯碼器先利用前次譯碼結(jié)果作為先驗(yàn)信息，對(duì)碼子3進(jìn)行譯碼，如果成功就反饋ACK信號(hào)，如果失敗，那么就把3個(gè)碼子構(gòu)成一個(gè)3維的Turbo碼，進(jìn)行譯碼，以此類(lèi)推，直到譯碼成功。54OFDM系統(tǒng)中Turbo編碼混合ARQ技術(shù)的研究和實(shí)現(xiàn)Turbo/HARQ系統(tǒng)DSP實(shí)現(xiàn)55OFDM系統(tǒng)中Turbo編碼混合ARQ技術(shù)的研究和實(shí)現(xiàn)BLACKFINDSP介紹高度并行的計(jì)算單元數(shù)據(jù)總線和程序總線分離的哈佛結(jié)構(gòu)流水線技術(shù)獨(dú)立多個(gè)乘加器單元高性能地址產(chǎn)生器循環(huán)緩沖嵌套零開(kāi)銷(xiāo)循環(huán)傳輸過(guò)程中飽和和限幅分層結(jié)構(gòu)的內(nèi)存較少的延遲縮短的處理空載時(shí)間56OFDM系統(tǒng)中Turbo編碼混合ARQ技術(shù)的研究和實(shí)現(xiàn)BLACKFINDSP程序優(yōu)化特殊指令的使用并行指令的使用DSP硬件資源的合理使用數(shù)據(jù)在內(nèi)存中的優(yōu)化配置流水線沖突57OFDM系統(tǒng)中Turbo編碼混合ARQ技術(shù)的研究和實(shí)現(xiàn)CRC算法原理k位二進(jìn)制數(shù)據(jù)序列r位二進(jìn)制校驗(yàn)碼n位二進(jìn)制序列生成多項(xiàng)式滿足58OFDM系統(tǒng)中Turbo編碼混合ARQ技術(shù)的研究和實(shí)現(xiàn)字節(jié)序列求余的遞推算法M字節(jié)的序列59OFDM系統(tǒng)中Turbo編碼混合ARQ技術(shù)的研究和實(shí)現(xiàn)CRC算法在BLACKFINDSP上的實(shí)現(xiàn)三字節(jié)序列算法為形如[Da00]的三字節(jié)構(gòu)造一個(gè)余數(shù)表。對(duì)于M字節(jié)序列N，讀取前3個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)構(gòu)成最初的三字節(jié)序列[DaDbDi]，此時(shí)i=3，然后進(jìn)入如下的循環(huán)：根據(jù)Da查表求得[Da00]的余數(shù)[RhRl]；計(jì)算Db+Rh和Di+Rl，得到新的Da和Db；判斷i是否等于M，如果相等則循環(huán)結(jié)束，得到余數(shù)，否則，讀取序列N中的下個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)Di+1，得到新的三字節(jié)序列，跳到2。3次總線讀，2次異或，1次加法，1次移位和1次寄存器賦值60OFDM系統(tǒng)中Turbo編碼混合ARQ技術(shù)的研究和實(shí)現(xiàn)CRC算法在BLACKFINDSP上的優(yōu)化四字節(jié)序列算法為形如[Da000]的四字節(jié)和[Db00]的三字節(jié)構(gòu)造余數(shù)表。對(duì)于M字節(jié)序列N，讀取前4個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)構(gòu)成最初的四字節(jié)序列[DaDbD2i-1

D2i]，此時(shí)i=2，然后進(jìn)入如下的循環(huán)：根據(jù)Da查表求得[Da000]的余數(shù)[RahRal]；根據(jù)Db查表求得[Db00]的余數(shù)[RbhRbl]；計(jì)算[D2i-1

D2i]+[RahRal]+[RbhRbl]，得到新的Da和Db；判斷i是否等于[M/2]，如果相等則跳到6，否則，讀取序列N中的下一個(gè)16位數(shù)據(jù)[D2i+1D2i+2]，得到新的四字節(jié)序列[DaDbD2i+1

D2i+2]，跳到2。如果M是偶數(shù)，結(jié)束得到余數(shù)[DaDb]，否則對(duì)三字節(jié)序列[DaDbDM]求余得到結(jié)果。3次總線讀，2次異或，2次加法，2次移位和4次寄存器賦值。61OFDM系統(tǒng)中Turbo編碼混合ARQ技術(shù)的研究和實(shí)現(xiàn)CRC算法優(yōu)化結(jié)果四字節(jié)算法相比三字節(jié)算法，平均對(duì)每個(gè)字節(jié)的操作少了1.5次總線讀，1次異或，但是多了一次寄存器數(shù)據(jù)搬移測(cè)試表明：效率提高33%62OFDM系統(tǒng)中Turbo編碼混合ARQ技術(shù)的研究和實(shí)現(xiàn)Max-Log-MAP算法簡(jiǎn)化前向遞推簡(jiǎn)化后向遞推支路度量計(jì)算后驗(yàn)概率計(jì)算63OFDM系統(tǒng)中Turbo編碼混合ARQ技術(shù)的研究和實(shí)現(xiàn)Max-Log-MAP在BLACKFINDSP上實(shí)現(xiàn)支路度量的計(jì)算用AddonSign指令完成。遞推計(jì)算為“加比選”蝶形計(jì)算，用VIT_MAX指令完成，2次16位的比較和選擇64OFDM系統(tǒng)中Turbo編碼混合ARQ技術(shù)的研究和實(shí)現(xiàn)蝶形計(jì)算在BLACKFINDSP上實(shí)現(xiàn)運(yùn)算量占整個(gè)譯碼器的80%65OFDM系統(tǒng)中Turbo編碼混合ARQ技術(shù)的研究和實(shí)現(xiàn)蝶形計(jì)算在BLACKFINDSP上實(shí)現(xiàn)前向遞推：讀取BM值；讀取度量Ak-1(0)；讀取度量Ak-1(1)；計(jì)算Ak-1(0)+BM,Ak-1(1)-BM,Ak-1(0)-BM,Ak-1(1)+BM；VIT_MAX指令比較選擇得到Ak(0)和Ak(2)；保存度量Ak(0)和Ak(2)。66OFDM系統(tǒng)中Turbo編碼混合ARQ技術(shù)的研究和實(shí)現(xiàn)蝶形計(jì)算在BLACKFINDSP上實(shí)現(xiàn)后向遞推：讀取BM值；讀取度量Bk(0)；讀取度量Bk(2)；計(jì)算Bk(0)+BM,Bk(2)-BM,Bk(0)-BM,Bk(2)+BM；VIT_MAX指令比較選擇得到Bk-1(0)和Bk-1(1)