基于CUDA的一种卷积Turbo码并行译码系统

2020年第5期

信息与电脑

China Computer & Communication

小鼠步态分析实验网络与通信技术

基于CUDA 的一种卷积Turbo 码并行译码系统

邱俊璞

（四川大学计算机学院（软件学院），四川成都　610065）

摘　要：移动宽带已经成为人类生产生活中不可或缺的一部分。在移动通讯技术中，物理层支持多种编码方式，其中卷积Turbo 码（CTC）的编码效率高，纠错能力强，译码延时小，是各种通信协议标准中非常重要的信道编码方式之一。笔者旨在通过分析CTC 编译码原理，提供一种基于CUDA 平台的并行软译码系统，相较于传统FPGA 实现更加灵活、高效、低廉，在数字通信领域局域具有重要的应用价值。

关键词：CUDA；卷积Turbo 码；移动通信；数字信号处理

中图分类号：TP183；TP277 文献标识码：A 文章编号：1003-9767（2020）05-191-04

钱基博A Parallel Decoder System of Convolutional Turbo Codes Based on CUDA

Qiu Junpu

(College of Computer Science, Sichuan University, Chengdu Sichuan 610065, China)

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Abstract: Mobile broadband has become an indispensable part of human production and life. In mobile communication

technology, physical layer supports many kinds of coding methods, among which convolutional turbo code (CTC) has high coding efficiency, strong error correction ability and small decoding delay, which is one of the most important channel coding methods in various communication protocol standards. The purpose of this paper is to provide a kind of parallel soft decoding system based on CUDA platform by analyzing the principle of CTC encoding and decoding. Compared with the traditional FPGA, it is more flexible, efficient and cheap, and has important application value in the field of digital communication.

福清进修校Key words: CUDA; convolutional turbo code; mobile communication; digital signal processing

作者简介：邱俊璞(1993—)，男，湖北襄阳人，硕士研究生在读。研究方向：GPU 并行编程在数字信号处理及数字图像处理系统中的应用。

0　引言

神黄豆Turbo 码又称并行级联卷积码（PCCC ，Parrallel Concatenated Convolutional Codes ），它将随机交织器和卷积码组合在一起，通过交织器将短码构成长码，并使用软输出译码的方式来逼近最大似然译码。这种编码方式在1993年被提出，并且通过仿真实验表明，它的性能逼近Shannon 极限，远远超过了其他的编码方式，因此在通信领域中得到了广泛的应用。而卷积Turbo 码（CTC ）用卷积码作为Turbo 码的分量码，克服了Turbo 码译码需要消耗大量的资源，能够降低系统的延时和吞吐率的缺点，在一定程度上提高了系统的性能。

常用的CTC 译码算为Max-Log-MAP 算法，由于存在大量的分组迭代运算，CPU 在软译码过程中会产生大量的运算时延，无法满足通讯中的实时性和吞吐率要求，目前主流都是使用FPGA 逻辑实现，CPU 运算仅作仿真验证用[1-3]。而

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CTC 作为一种分组码，各个分组之间的译码算法均可以并行化，且单个分组之间的状态转换过程也存在可并行的部分。随着计算机硬件技术的发展，原先用于图形计算的计算机图形处理器（GPU ，Graphic Processing Unit ）开始被逐步运用于数字信号处理领域，相较于传统FPGA 逻辑实现更加灵

活、高效，且成本更加低廉。CUDA 作为NVIDIA 推出的一种GPU 通用并行计算平台，目前已经被广泛应用于各种并行计算领域。所以本文提出一种基于CUDA 平台的CTC 并行译码系统，具有高吞吐率、低时延、高稳定性和灵活性的特点，为进一步实时完成数字信号处理任务提供了良好基础，在数字通信领域具有重要的意义。

1　算法和系统原理

1.1　CTC 译码原理

CTC 译码器结构如图1所示。图1中所示的译码器包含

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