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Turbo码自1993年发明以来,由于可以通过最大后验概率译码达到接近香农极限的译码性能,已经被广泛的应用于现代移动通信系统中。LTE系统具有频谱利用效率高、数据传输速率高和系统传输时延短等特点,已经成为最具影响力的宽带移动通信技术标准之一,受到业界越来越广泛的关注。近两年,通用处理器因其高度灵活性和通用性开始成为实时信号处理领域的新平台。
LTE系统具有上行50 Mbps、下行100 Mbps的高速数据速率,对Turbo译码吞吐率提出了更高的要求。Turbo码采用了分块编码结构和迭代译码方法,同时由于交织器的存在,大大限制了其译码数据吞吐率。所以,如何在计算资源受限的通用信号处理平台上实现满足LTE系统要求的Turbo译码器,是基于通用处理器实现LTE实时信号处理的难点,也是研究的重点。
本文首先论述了Turbo码相关的基本原理和编码器结构,推导了经典的MAP译码算法及其对数域实现算法;接着阐述了LTE系统中使用的Turbo码以及相关技术,基于仿真结果详细分析了LTE系统中Turbo码的性能;然后对比研究了LTE系统中Turbo译码算法的改进算法,在综合考虑译码性能和算法复杂度的情况下选择了Scale-Max-Log-MAP算法作为研究对象进行了详细的性能对比分析;最后基于通用处理器结构特性和单指令多数据并行技术提出了一种Turbo并行译码器结构设计方法,并基于Seale-Max-Log-MAP译码算法完成了该并行译码器在通用信号处理平台上的实现、优化和性能测试。在6144码块长度、3次迭代条件下,本文实现的Turbo译码器在Intel X5675处理器上吞吐量可以达到81.8Mbps。