Turbo码在TD-SCDMA系统信道编码方案中的应用与实现

论文摘要

在数字通信系统中,由于信道中不可避免地会引入噪声和干扰,所以要实现可靠通信就必须考虑到信道编码的问题。Turbo码自1993年问世以来,以其优异的纠错性能引起了通信技术界的广泛关注,它的出现被看作是信道编码理论发展史上的一个里程碑。由于其接近Shannon极限的译码性能,Turbo码迅速成为信道编码领域的研究热点。随着理论基础的日益完善,Turbo码开始进入实际应用领域,但由于其译码算法复杂度高,延时大,因此设计简单有效的译码算法使译码器性能优异,且易于工程实现,是Turbo码研究的重点之一。论文在研究Turbo码编码结构和译码思想的理论基础上,通过大量的仿真结果,分析了在进行Turbo码设计时,各个参数的选择对Turbo码性能的影响,总结了设计Turbo码时选择参数的原则和方法;通过推导Turbo码的两大类译码算法—MAP类译码算法和SOVA算法,分析了它们各自的优缺点,并对各类译码算法进行了仿真比较。本文针对上述问题,以Turbo码译码器的DSP实现为目标,对Turbo码的迭代译码算法及其实现中的技术问题进行了深入研究。主要内容包括:首先给出了Turbo码在TD-SCDMA系统中的编码结构,分析了常用的交织器,并介绍了3GPP标准交织器。其次,研究了MAP类算法和SOVA算法的原理、推导过程、计算步骤,以及在此基础上的两种改进类MAP算法,并建立了Matlab平台,对以上算法进行了仿真比较。然后对影响Turbo码的因素进行逐一分析,包括分量码结构、迭代次数、交织长度等,从中得到了一些有益的结论。最后,论文研究了用MSC8144定点DSP芯片实现Turbo译码的相关问题。讨论了数的定标、译码量化精度、溢出处理等问题。结合文中给出的译码过程中相关问题的处理方法,用定点DSP实现了Turbo译码器,经测试,其性能与浮点译码接近。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 信道编码理论和技术的发展
• 1.2.1 差错控制方式
• 1.2.2 纠错编码的发展
• 1.2.3 纠错码的分类
• 1.3 Turbo 码的研究现状与应用领域
• 1.3.1 Turbo 码的提出
• 1.3.2 Turbo 码的研究现状
• 1.3.3 Turbo 码的研究热点
• 1.3.4 Turbo 码的应用领域
• 1.4 论文的研究工作与内容安排
• 1.4.1 研究工作
• 1.4.2 内容安排
• 第二章 Turbo 码原理
• 2.1 Turbo 码的编码结构
• 2.2 Turbo 码中的卷积码
• 2.2.1 卷积码的基本理论
• 2.2.2 卷积码的生成多项式
• 2.2.3 Turbo 码分量编码器的选择
• 2.3 Turbo 码的交织器
• 2.3.1 分组交织器
• 2.3.2 伪随机交织器
• 2.3.3 S-交织器
• 2.3.4 3GPP 标准交织器
• 2.3.5 交织器的设计原则
• 2.4 Turbo 码的译码思想
• 2.4.1 软判决译码与硬判决译码
• 2.4.2 Turbo 码的译码器结构
• 2.5 本章小结
• 第三章 Turbo 码的译码算法
• 3.1 MAP 类译码算法
• 3.1.1 译码准则
• 3.1.2 MAP 算法
• 3.1.3 改进MAP 类算法
• 3.2 SOVA 类算法
• 3.3 译码算法的比较分析
• 3.3.1 算法复杂度比较
• 3.3.2 译码算法性能仿真比较
• 3.4 本章小结
• 第四章 Turbo 码在 TD-SCDMA 系统中的应用及性能分析
• 4.1 TD-SCDMA 系统中的 Turbo 码编码器
• 4.2 Turbo 码的性能仿真与分析
• 4.2.1 循环迭代次数对Turbo 码性能的影响
• 4.2.2 交织长度对Turbo 码性能的影响
• 4.2.3 分量码对Turbo 码性能的影响
• 4.3 本章小结
• 第五章 Turbo 译码器的 DSP 实现
• 5.1 开发工具简介
• 5.1.1 MSC8144DSP
• 5.1.2 StarCore SC3400 单核子系统简介
• 5.1.3 DSP 开发环境CodeWarrior 简介
• 5.2 数的定标
• 5.3 接收信号序列的量化
• 5.4 译码器的DSP 实现
• 5.4.1 DSP 算法流程
• 5.4.2 前后向度量的计算
• 5.4.3 外信息与似然值的计算
• 5.5 译码器性能仿真与验证
• 5.6 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历
• 攻读硕士学位期间的研究成果