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本文主要研究3GPP长期演进(LongTermEvolution,LTE)标准中的信道编解码技术,包括卷积码和Turbo码。同时还分析了另一种近香农限的低密度奇偶校验码(LDPC)码,LDPC码以高速并行译码和优异的译码性能在近年里引起了广泛关注。
LTE对较短的数据如小编码块和广播、控制信令的编码,采用咬尾卷积码。本文首先研究咬尾卷积码已有的循环维特比算法和环绕维特比算法,分析其译码复杂度和译码性能。在此基础上,提出一种旨在降低译码时延的改进循环维特比算法。仿真结果表明,相比已有算法,新的改进算法可以在损失很小性能的基础上,有效降低译码时延和译码复杂度。
其次,本文分析讨论了LTE中Turbo码的并行译码算法。LTE规定的下行100Mbps的峰值译码速率使得Turbo码必须采用并行译码算法。首先研究了LTE新采用的二次置换多项式交织器,随后简介Turbo码的MAP译码算法和常用的滑窗MAP算法。以此为基础,重点探讨了5种并行译码算法,包括有交叠、无交叠、混合、内部滑窗和基4等并行译码方案。对5种并行译码方案的计算复杂性、存储资源占用和译码性能做了详细的对比分析,最终确定一种适合硬件实现的并行译码方案。
在第四章,我们选择内部滑窗的并行译码方案作为Turbo码的并行译码方案,采用VerilogHDL语言描述实现,最后在Xilinx的Virtex5平台上验证通过。最终主时钟频率可工作在133MHz,在译码并行度为16、迭代次数为8、信息比特长为6144的情况下,译码速率达到104Mbps,能够满足LTE标准的要求。
最后,本文详细对比分析了目前译码性能最优异的两种信道编码:Turbo码和LDPC码。首先简要介绍一种实用的准循环LDPC码字,随后将其与LTE中的Turbo码做对比,包括译码速率、译码性能和编译码复杂度。对比的结果表明,虽然LDPC码在译码速率和译码性能上都占有优势,但Turbo码在码率自适应方面优势明显,能很方便地与无线通信系统中的HARQ相结合,因此更具实用价值。