Turbo码编译码技术的研究及DSP实现

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在数字通信系统中,由于信道中不可避免地会引起噪声和干扰,所以要实现可靠通信就必须考虑到信道编码的问题。自Shannon在1948年发表了论文《通信的数学理论》以来,信道编码的发展取得了很大的成就。Turbo码于1993年被提出。由于其接近Shannon极限的译码性能,Turbo码很快成为信道编码领域的研究热点,许多研究人员围绕Turbo码做了大量的工作。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,存储量大,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码研究工作中的重点之一。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。在此基础上,本文简化了译码算法,减少了计算的复杂度与存储量,以适合DSP实现。主要内容包括:首先,研究了Turbo码编码器结构、译码器结构与译码迭代流程,分析了常用的交织器,尤其是第三代移动通信系统所采用的交织器。其次,讨论了MAP算法和MAX-Log-MAP算法原理、推导过程、计算步骤。在深入分析MAX-Log-MAP算法基础上,对该算法中转移度量、后向度量的计算进行了简化,并且对译码算法的迭代流程进行分析,给出了无需估计信噪比参数的详细推导过程。仿真分析了迭代次数对Turbo码性能的影响。最后,研究了用定点DSP芯片实现Turbo码译码器时的相关问题。讨论了译码过程中接收数据的量化问题、迭代累加中前后向度量溢出问题与变量存储问题。给了新的防溢出处理方法:在进行前后向度量的递推运算时只存储度量的相对值,使得度量值范围大大压缩,有效地防止运算过程中的溢出。提出在迭代过程中,采用并行运算,即先进行后向度量的计算,然后将对数似然比的和前向度量的计算同步进行,这样节约对前向度量的存储空间,同时还减小了译码延时。结合本文中给出的译码过程中相关问题的处理,在DSP上实现了Turbo码译码器,并在TMS320C6201EVM板上测试该译码器。与MATLAB浮点仿真相比较,DSP实现的Turbo码译码器性能与浮点译码的性能接近。
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