C/C++ 编程实现 LTE Turbo编码

最新推荐文章于 2024-12-13 16:47:04 发布

光光学长

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分类专栏： LTE 文章标签： Turbo lte srsLTE c语言算法

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/jxwxg/article/details/53644821

　　在LTE协议TS 136 212中详细介绍了LTE里面Turbo编码的算法。但协议看起来实在是太晦涩难懂，本文档通俗地介绍LTE中Turbo编码的原理，并用C语言编程实现了一个LTE Turbo编码器。

1. Turbo编码器

　　LTE系统采用的1/3码率的Turbo编码器，即1个输入比特会对应3个输出比特，即Xk，Zk，Z’k。其中，Xk叫做系统比特，Xk与输入的比特相等。Zk和Z’k叫做冗余比特，Zk对应编码器1的输出，Z’k对应编码器2的输出，冗余比特用来增强传输的可靠性。
　　图中每个编码器的输入端都有一个单刀双掷开关，当正常编码时，开关与输入连接。当没有输入，正在添加尾比特时，开关与输入断开。
　　下面以编码器1来介绍Turbo编码的原理。
　　首先，三个寄存器（D1，D2，D3）初始化为0。输入比特Ck=1，此时有Xk=1。输入第一个寄存器的值为D2 +D3 +Ck。第一个编码器输出的值为 D1的输入值+D1的输出值+D3的输出值，即Zk=D2 +D3 +Ck + D1+D3。
　　此次编码完成后，寄存器的值往后推。即D3的值更新为D2的输出，D2的值更新为D1的输出，D1的值更新为D1的输入值，即D2 +D3 +Ck。
　　编码器2的原理与编码器1类似，输入比特进入编码器2前需要先进行交织，即把位置打乱。交织具体的原理将在下一章介绍。
　　
Turbo编码器

　　最后，当所有的输入比特都编码完成时，需要把开关与输入断开连接以对编码后的比特添加尾比特。尾比特是为了让编码器回到初始状态，避免了两个码字之间的关联性。协议定义了一共添加12bit的尾比特，12比特具体的值如下图所示。下图应该按照从上到下，从左往右的顺序看，即先看d(k)，接着看d(k+1)，d(k+2), d(k+3)。Xk，Zk，Z’k与上述定义相同，而X’k对应图中最底下的虚线。
　　
Turbo尾比特　

　　如果系统输入c0，c1，则编码后会输出c0，z(0)，z’(0)，c1, z(1)，z’(1)，d(k)(0)，d(k)(1), d(k)(2), d(k+1)(0)，d(k+1)(1), d(k+1)(2), d(k+2)(0)，d(k+2)(1), d(k+2)(2)。

2. Turbo交织

　　如果输入的比特为c0，c1……ci……c(K-1)，输出的比特为c’0，c’1……c’j……c’(K-1)，则j=(f1*i + f2*i*i) mod K。
　　f1，f2和K的定义在LTE协议里面有一个对应的表格，一共188组。编码的时候根据表格找到大于编码输入长度的最小的K值。

Turbo交织

3. C编程实现Turbo编码器

　　如果看了上述介绍还是不理解LTE Turbo编码的原理，那么就直接show you the code。对照C语言实现的Turbo编码器更容易理解Turbo编码的原理。

#include <stdio.h>
#include <stdint.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

#define NOF_REGS 3
#define NOF_TAILINGS 12
#define MAX_CB_SIZE 188
#define MAX_BIT_LENGTH 6144

const uint32_t tc_cb_sizes[MAX_CB_SIZE] = {
40, 48, 56, 64, 72, 80, 88, 96, 104, 112, 120,       
128, 136, 144, 152, 160, 168, 176, 184, 192, 200, 208, 216, 224, 232,
240, 248, 256, 264, 272, 280, 288, 296, 304, 312, 320, 328, 336, 344,
352, 360, 368, 376, 384, 392, 400, 408, 416, 424, 432, 440, 448, 456,
464, 472, 480, 488, 496, 504, 512, 528, 544, 560, 576, 592, 608, 624,
640, 656, 672, 688, 704, 720, 736, 752, 768, 784, 800, 816, 832, 848,
864, 880, 896, 912, 928, 944, 960, 976, 992, 1008, 1024, 1056, 1088,
1120, 1152, 1184, 1216, 1248, 1280, 1312, 1344, 1376, 1408, 1440, 1472,
1504, 1536, 1568, 1600, 1632, 1664, 1696, 1728, 1760, 1792, 1824, 1856,
1888, 1920, 1952, 1984, 2016, 2048, 2112, 2176, 2240, 2304, 2368, 2432,
2496, 2560, 2624, 2688, 2752, 2816, 2880, 2944, 3008, 3072, 3136, 3200,
3264, 3328, 3392, 3456, 3520, 3584, 3648, 3712, 3776, 3840, 3904, 3968,
4032, 4096, 4160, 4224, 4288, 4352, 4416, 4480, 4544, 4608, 4672, 4736,
4800, 4864, 4928, 4992, 5056, 5120, 5184, 5248, 5312, 5376, 5440, 5504,
5568, 5632, 5696, 5760, 5824, 5888, 5952, 6016, 6080, 6144 };

const uint32_t f1_list[MAX_CB_SIZE] = { 
3, 7, 19, 7, 7, 11, 5, 11, 7, 41, 103,
15, 9, 17, 9, 21, 101, 21, 57, 23, 13, 27, 11, 27, 85, 29,