简化Turbo码算法及其FPGA设计的研究

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第三代移动通信系统为了支持大数据量的多媒体业务,必须在有限带宽信道上高速传输数据,由于无线信道传输媒质的不稳定性和噪声的不确定性,一般的纠错码很难达到较高要求的业务质量(QoS)(一般要求误比特率BER≤10^-16),在以前的移动通信系统中通常采用RS码与卷积码串行级联的编码方案来实现高业务质量传输。随着Turbo码的提出和相关研究的进一步深入和完善,Turbo码被确定为IMT-2000中WCDMA,cdma2000以及TD-SCDMA等标准的信道编码方案的重要组成部分。 本文首先研究了Turbo码编译码算法,对几种典型的译码算法的性能进行了仿真分析,并比较了它们的复杂度。然后结合3GPP中Turbo编码方案的具体要求,研究了简化Max-Log-MAP算法,仿真结果表明,在相同迭代次数及交织长度时,简化Max-Log-MAP算法仅比Log-MAP算法性能差0.2dB左右,但是译码速度却要快60%以上,而且实现比较简单。在译码速度与Log-MAP算法相当的时,简化Max-Log-MAP算法的迭代次数更多,且性能优于Log-MAP算法。 以简化算法的软件仿真为基础,本文基于Xilinx公司的Spartan-3系列,以VerilogHDL为描述语言,对3GPP标准Turbo码译码方案的FPGA设计进行了研究。在FPGA设计中,综合运用了“自顶向下”的设计方法,通过功能模块分割,合理设置系统参数;并通过各模块之间的参数传递,采用了信息缓存和并行计算等优化措施,使整个的Turbo码的子译码模块具有一定的灵活性,最终完成了Turbo码子译码器的FPGA设计。
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