卷积码的译码研究及DSP实现

论文摘要

自P.Elias首次提出卷积码编码以来,这一编码技术至今仍显示出强大的生命力。在与分组码同样的码率R和设备复杂性的条件下,无论从理论上还是从实际上均己证明卷积码的性能至少不比分组码差,且实现最佳和准最佳译码也较分组码容易。目前,卷积码已广泛应用在无线通信标准中,如GSM,CDMA2000和IS-95等无线通信标准中。随着对信道编码理论研究的深入,在基本卷积码的基础上,人们又发展出了新的码型,分组卷积码和Turbo码就是其中典型的两种。除此之外还有Woven卷积码、Punctured卷积码等等。未来的无线通信系统需要宽带、高速的系统性能来满足如数据、声音、图像及实时视频之类的高质量多媒体传输业务,高速宽带的通信方式已成为通信发展的必然趋势,这也必将会导致更多高性能信道编码技术的出现。本论文讲述了卷积码的编译码原理,并简要说明卷积码的特性、纠错能力、性能界限以及编码增益等参数,对不同码率、不同约束长度以及在译码判决时采用不同的方式下的卷积码译码算法进行了性能分析、仿真和比较并得出结论。为了解决使用高码率卷积码会提高系统复杂性的问题,可以采用删余（punctured）的办法借助较简单的编译码器（比如1/2卷积码）实现较高码率的编译码解决方案。经过仿真,可以看出删余卷积码的性能要优于相同码率的传统卷积码。最后结合数传电台实例,采用DSP芯片实现卷积码的译码算法。兼顾综合译码的复杂度和纠错能力,本系统的信道编码选用约束长度为7,码率为1/2的“NASA”（2,1,7）卷积码,DSP器件选用TI公司的TMS320C5402,并给出了实现的程序,在CCS开发板上运行,编译码结果正确,并验证了卷积码的纠错能力。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 基础理论
• 1.2 信道编码的发展阶段
• 1.3 信道编码的分类
• 1.4 两种常用的信道编码
• 1.5 Shannon 理论与数字通信系统
• 1.6 本课题研究的意义
• 1.7 本论文内容安排
• 第二章 卷积码的发展动态
• 2.1 分组卷积码
• 2.1.1 基本思想
• 2.1.2 生成矩阵
• 2.1.3 校验矩阵
• 2.1.4 编译码举例
• 2.1.5 性能分析
• 2.2 Turbo 码
• 2.2.1 Turbo 码的研究状况以及发展前景
• 2.2.2 Turbo 码的进一步发展
• 2.2.3 Turbo 码的编译码原理
• 2.2.4 Turbo 码小结
• 2.3 本章小结
• 第三章 卷积码的编解码原理描述
• 3.1 卷积编码器表示
• 3.1.1 连接表示
• 3.1.2 状态描述和状态图
• 3.1.3 树图
• 3.1.4 网格图
• 3.2 Viterbi 卷积译码算法
• 3.2.1 Viterbi 卷积译码算法举例
• 3.2.2 Viterbi 卷积译码器的实现
• 3.3 卷积码的特性
• 3.3.1 卷积码的距离特性
• 3.3.2 卷积码的纠错能力
• 3.4 系统卷积码和非系统卷积码
• 3.5 卷积码中的灾难性错误传播
• 3.6 卷积码的性能界限
• 3.7 卷积码的编码增益
• 3.8 本章小结
• 第四章 卷积码性能分析
• 4.1 码率对误码性能的影响
• 4.2 约束长度对误码性能的影响
• 4.3 译码时软判决与硬判决的性能比较
• 4.4 删余卷积码的性能研究
• 4.5 本章小结
• 第五章 数传电台中卷积码译码的DSP 实现
• 5.1 数传电台相关介绍
• 5.2 卷积编译码描述
• 5.2.1 卷积编码描述
• 5.2.2 卷积译码算法
• 5.3 TMS320C54 系列DSP 概述
• 5.4 Viterbi 译码器的DSP 实现
• 5.4.1 初始化
• 5.4.2 度量值更新
• 5.4.3 回溯
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 附录
• 附录1 蝶式运算
• 附录2 维特比译码过程
• 附录3 实现回溯的程序
• 致谢