Turbo码译码器FPGA设计：减小延时，提升性能

"该文介绍了一种针对Turbo码的FPGA实现的改进译码器设计，采用MAX-Log-MAP算法，通过并行计算前向和后向状态度量来减半半次迭代的译码延时，同时保持了原有的译码性能，降低了时序控制复杂度。Turbo码因其接近Shannon理论极限的性能，在多个通信系统中被广泛应用，但其译码时延长和硬件实现复杂性是主要挑战。文章提出的改进方法将正向和反向计算结合，每个半次迭代分为两个步骤进行，有效解决了延时问题，并减少了存储需求。" 在深入讨论之前，我们首先理解Turbo码的基本概念。Turbo码是一种并行级联卷积码，由两个相互交织的卷积编码器组成，通过迭代译码过程达到接近香农限的性能。这种编码方式在低信噪比环境下表现卓越，广泛应用于3G、4G等移动通信系统中。 然而，Turbo码的译码器存在两个主要问题：译码时延长和硬件实现复杂度高。传统的解决方案如分块并行或滑窗法虽能降低延时，但往往牺牲了译码性能，并且增加了时序控制的难度。为此，本文提出了一种新的改进方法。 该方法的核心在于并行处理前向状态度量和后向状态度量。在每次半次迭代中，译码器（DEC1, DEC2）同时进行正向和反向的分支度量值计算。当正向和反向递归计算到达帧长的一半时，进行正向和反向的对数似然比计算，并生成新的外信息作为另一个成员译码器的输入。这种方法将迭代过程分为两个步骤，优化了计算流程，显著减少了延时，同时保持了理想的译码性能。 具体来说，第1步是进行正向分支转移度量和前向递归计算，同时进行反向分支转移度量和后向递归计算。这涉及到计算状态之间的转移概率，以及利用信道可信度（Lc）更新信息。第2步则涉及到对数似然比的计算，这是迭代译码的关键步骤，用于更新解码决策。 通过这种方式，改进的译码器简化了时序控制，减少了存储需求，同时避免了性能损失。这种设计对于FPGA实现特别有利，因为FPGA能够灵活地并行处理多个任务，从而实现高效、快速的译码操作。 该文提供的是一种优化Turbo码译码器设计的新思路，它在满足高性能要求的同时，显著减少了延时和硬件实现的复杂性，为Turbo码在实际通信系统中的应用提供了新的可能。这一创新设计不仅有助于提高通信系统的效率，还有助于推动未来高速通信技术的发展。