论文部分内容阅读
随着人们对业务层面需求的增加和提高,对移动通信系统的宽带化要求也越来越高,因此,选择一种具有良好译码性能的信道编码以提高传输信息的可靠性就显得非常重要。经过长期方案评估,3GPP选择Turbo码作为第四代移动通信系统——LTE-A系统的编码方案。2013年12月4日,国家工信部向三大运营商发放4G牌照,预示着对LTE-A系统中Turbo码的研究将随之备受关注。本文分析了适用于LTE-A系统的Turbo编码算法和Turbo译码算法。对于编码,可以直接根据LTE-A协议进行设计;对于Turbo译码,本文首先研究了适用于LTE-A系统的高阶软解调算法的基本原理,并分析和比较了四种不同译码算法(SOVA,MAP,LOG-MAP,MAX-LOG-MAP)的原理、性能和复杂性,在牺牲很小性能的前提下,选择MAX-LOG-MAP算法作为硬件实现算法。另外,本文还着重分析了编码算法和译码算法的并行化处理。传统的编码算法利用移位寄存器,任意时刻的寄存器状态都跟之前的输入比特有关,无法实现并行化以提高吞吐量,所以本文设计了一种基于查找表的实现方法解决了这个问题。同时,本文分析了QPP交织器的无地址争用,无访问冲突的特点,在此基础上,分析了译码算法的并行交织和并行解交织并仿真了不同并行度对MAX-LOG-MAP译码性能的影响,由于非常有效的子译码器的初始化策略,并行MAX-LOG-MAP译码算法相对于串行MAX-LOG-MAP译码算法并没有太大的性能损失(对于帧长为40比特的译码,8并行度的译码损失仅为0.7dB左右)。在算法分析的基础上,本文设计了LTE-A系统中的Turbo编码器和Turbo译码器的并行化结构(8并行度)。并详细分析了各个子模块的接口、核心电路、仿真结果以及总体硬件资源消耗情况,最后在Altera DE4(芯片型号:EP4S40G5H40I2)上对所设计的硬件电路进行板级测试。本文所设计的Turbo编码器的资源占有率不到1%(其中组合逻辑单元使用个数为477个,占有率小于1%;寄存器使用个数为762个,占有率小于1%),最高时钟频率可以达到315.06 MHz,最大吞吐量可以达到2.52 Gbit/s;Turbo译码器的资源占有率为15%(其中组合逻辑单元使用个数为47084个,占有率为11%;存储单元使用个数为4826个,占有率为2%;寄存器使用个数为54251个,占有率为13%),最高时钟频率可以达到175.87 MHz,最大吞吐量可以达到175.87Mbit/s。