Turbo码分布式编译与可变长交织的研究与应用

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自1993年Turbo码由C.Berrou等人提出以来,其优异的抗干扰性能受到了人们极大地关注。Turbo码将卷积码与随机交织器相结合,实现了随机编码的思想,并采用软输出迭代译码的方法来逼近最大似然译码,充分考虑了Shannon有噪信道编码定理的条件,从而取得了与Shannon极限仅差0.7dB的优异性能。Turbo码在具备优异性能的同时还存在译码时延、运算复杂度大和存储量大等不足,本文从Turbo码的关键技术与原理出发,分析了Turbo码的基本结构与工作原理,深入研究了迭代译码过程及译码算法,并进行了仿真及性能比较。此外,对基本的交织器进行设计研究,在S-随机交织器的基础上对交织算法进行了深入探讨,并对无线传感器网络中的Turbo码进行了研究。本文从Turbo码的交织算法和Turbo码在无线传感器网络中的应用方面进行了重点研究,具体内容如下:(1)通过分析可知,交织器是Turbo码能够取得优异性能的关键技术之一,交织器的引入减小了校验比特之间的相关性,使Turbo码实现随机编码的思想,进而在迭代译码过程中降低误比特率。本文对Turbo码中的基本交织器进行了设计分析,得知S-随机交织器是性能较好的交织器,但是当交织长度较长或参数S增大时,其计算复杂度较高,本文基于S-随机交织器,利用较短长度的S-交织器构造出一定长度的交织器,计算复杂度大大降低,性能却与S-随机交织器相当,且随着交织器长度的增加,误比特性能提高;同时,分块值较大的交织器对长度的删减有较强的鲁棒性。(2)信息传输的安全性和可靠性是无线传感器网络面临的一个重要挑战,因此,需要采用一种合适的信道编码方案来保护信息的传输,使其达到理想的误比特率,同时保证传感器节点功耗小、复杂度低。本文在传统的Turbo码的基础上进行了扩展,基于一个信源附近的多个传感器节点进行研究,利用其观测数据的相关性,探讨了一种分布式Turbo码编译码方案,给出分布式低复杂度的迭代译码算法,经仿真分析在硬件资源有限的微型传感器节点上,Turbo码利用分布式编译码获得了较好的性能。
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