唐貴林等

針對LTE通信系統(tǒng)采用的卷積編碼，介紹了采用TI公司多核定點(diǎn)DSP芯片TMS320C6670中內(nèi)嵌的VCP2協(xié)處理器實(shí)現(xiàn)快速Viterbi譯碼的原理和方法，并在DSP硬件平臺上對VCP2的譯碼性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)與分析。

【關(guān)鍵詞】TMS320C6670 VCP2 Viterbi譯碼 誤碼率

1 引言

卷積編碼是3G和LTE等無線通信系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的信道編碼方式，可以增強(qiáng)數(shù)字信號的抗干擾能力，提高通信系統(tǒng)的可靠性。本文介紹了一種新的快速信道譯碼的方案，即基于TI公司高速多核定點(diǎn)DSP芯片TMS320C6670中嵌入的第二代維特比譯碼協(xié)處理器（VCP2）實(shí)現(xiàn)卷積信道譯碼。

卷積碼的Viterbi 譯碼算法通過使整個碼序列成為一個最大似然序列，同時利用網(wǎng)格圖的重復(fù)性結(jié)構(gòu)，減少譯碼所需的計(jì)算次數(shù)。TMS320C6670中的Viterbi譯碼協(xié)處理器VCP2在333MHz時鐘工作頻率時能夠處理76212.2Kbps的AMR語音信道，支持限制長度K為5、6、7、8、9，碼速率為1/2、1/3和1/4的Viterbi譯碼。它使用歐氏距離衡量接收信號同分支標(biāo)號之間的差異，即分支度量（Branch Metric）?？紤]到對稱性，對于限制長度K，輸入n比特，碼速率1/R的卷積碼，譯碼的每個時刻需要預(yù)先計(jì)算2（R?1）個分支度量作為輸入。每個時刻均有2（K?1）個狀態(tài)?？梢酝ㄟ^比較進(jìn)入某一狀態(tài)不同路徑的狀態(tài)度量來決定幸存路徑，并可以靈活地設(shè)置生成多項(xiàng)式及輸出軟判決或硬判決的譯碼結(jié)果。

VCP控制寄存器負(fù)責(zé)控制整個譯碼過程，VCP2通過直接存儲器訪問單元EDMA3與片內(nèi)L2存儲器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，從而和CPU協(xié)同完成譯碼任務(wù)。

2 VCP2譯碼的實(shí)現(xiàn)

VCP2的譯碼需要進(jìn)行分支度量、數(shù)據(jù)量化、寄存器設(shè)置和數(shù)據(jù)交互等工作，本文重點(diǎn)介紹分支度量和詳細(xì)的譯碼步驟。

2.1 分支度量

Viterbi譯碼算法必須計(jì)算前一個狀態(tài)到各個新狀態(tài)的分支度量值。當(dāng)采用硬判決輸入時，分支度量值可用漢明距離表示。對于限制長度為K，輸入為n比特，碼速率為1/R的卷積碼，譯碼的每個時刻需要預(yù)先計(jì)算（2R-1）個分支度量作為輸入。設(shè)r（t）為初始符號，則針對不同編碼速率R，BM算法迭代次數(shù)不同。當(dāng)R=1/2時，算法為：

BM0（t）=r0（t）+r1（t）

BM1（t）=r0（t）-r1（t）

2.2 譯碼實(shí)現(xiàn)步驟

（1）根據(jù)待譯碼數(shù)據(jù)預(yù)先計(jì)算其分支度量，寫入指定的DSP緩沖區(qū)。

（2）分配DSP輸出緩沖區(qū)，準(zhǔn)備存儲譯碼結(jié)果。

（3）準(zhǔn)備VCP2的寄存器配置參數(shù)，放在DSP的內(nèi)存或外存，當(dāng)VCP2啟動時由EDMA3寫入VCP2內(nèi)部寄存器。

（4）設(shè)置EDMA3通道29參數(shù)，由VCPXEVT觸發(fā)，搬移VCP2配置參數(shù)到VCP2內(nèi)部寄存器，搬移待譯碼數(shù)據(jù)的分支度量及量化值到VCP內(nèi)部輸入FIFO；設(shè)置EDMA3通道28參數(shù)，由VCPREVT觸發(fā)，從VCP2輸出FIFO搬移VCP譯碼結(jié)果到指定的輸出緩沖區(qū)。

（5）使能EDMA3通道28和29，使其可以響應(yīng)VCPREVT和VCPXEVT同步觸發(fā)事件。

（6）寫“開始”命令到VCP2內(nèi)部的命令寄存器VCPEXE，使VCP2生成VCPXEVT事件，觸發(fā)EDMA3通道29，搬移配置參數(shù)和待譯碼數(shù)據(jù)的分支度量到VCP2。

（7）VCP2譯碼完成后觸發(fā)EDMA3，由EDMA3通道28搬移譯碼結(jié)果到指定的輸出緩沖區(qū)，并產(chǎn)生到DSP內(nèi)核的中斷；DSP響應(yīng)中斷，對譯碼結(jié)果進(jìn)行處理。

3 VCP2譯碼性能分析

實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生了固定長度的LTE信道數(shù)據(jù)并進(jìn)行卷積編碼，然后進(jìn)行BPSK調(diào)制，將已調(diào)信號加入高斯白噪聲，對含噪信號進(jìn)行AGC、定標(biāo)和防溢出處理，計(jì)算分支度量后將待譯碼數(shù)據(jù)輸入到VCP2中進(jìn)行譯碼。最后，將譯碼結(jié)果與最初生成的隨機(jī)序列相比較，計(jì)算其誤碼率。結(jié)果如圖1所示。

由圖1可見，誤碼率隨著信噪比的提高而降低，隨著數(shù)據(jù)長度的增加而減小。在有限范圍內(nèi)誤碼率始終未超過50%，且當(dāng)信噪比高于0dB時誤碼率很低（< 20%），高于1.5dB時誤碼率達(dá)到 數(shù)量級。

通過對不同碼速率在同一高斯白噪聲分量的標(biāo)準(zhǔn)差（Sigma）的比較還可以發(fā)現(xiàn)碼速率越大則誤碼率越高。

4 結(jié)束語

VCP2作為TMS320C6670的協(xié)處理器，在卷積碼譯碼性能有較大的提高。用戶只需通過簡單的速率適配、數(shù)據(jù)量化和參數(shù)設(shè)置就可以方便地實(shí)現(xiàn)高效的Viterbi譯碼，同傳統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)方法及軟件譯碼算法相比具有巨大的優(yōu)勢。

作者單位

湖南信息學(xué)院電子信息系 湖南省長沙市 410151endprint