低复杂度turbo 乘积码译码算法概述与应用

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1、低复杂度Turbo乘积码译码算法概述与应用第一章绪论1.1课题研究背景近些年来，通信技术飞速发展，信息传输的可靠性和高效性成为了人们关注的焦点问题。因此，数字通信的研究人员也在不断探索，为实现更好的差错控制而努力，目标是在保证通信质量的前提下，提高数据传输速率。信道编码技术可以有效提高通信质量，降低数据传输的误码率。早在1948年，现代信息论的奠基人香农(ClaudeE.Shannon)，首次在AMathematicalTheoryofmunication论文中提出了有噪信道编码定理[1]，即后来人们熟悉的香农第二定理。该定

2、理特别指出，虽然在信息传播过程中，噪声会干扰通信信道，但是如果在信息传输速率R小于信道容量C的前提下，还是有可能以任意低的错误概率传送数据信息。在定理中，香农并没有明确指出构造错误监测模型的方法，只是告诉大家信息传输有可能达到的最佳效果。因此，香农定理是现代信息论的基础理论，为后面的研究人员寻找好的纠错编码指明了方向，它在通信领域中有着广泛的应用，如航空遥测系统、移动通信系统等。图1.1所示为航空遥测系统总体框图，从图中我们可以清楚地看到信道编码和信道译码两个模块在系统中的位置和发挥的重要作用。迄今为止，信道编码技术已经有六

3、十多年的发展历史。1950年，汉明在他的论文ErrorDetectingandErrorCorrectingCodes中提出了汉明码[2]，它是历史上第一个应用非常广泛、并且实用性很强的前向纠错码(FEC)，属于可以纠正一个错误的线性分组码。同时，汉明码的提出也为线性分组码的发展奠定了理论基础。分组码在编码过程中是将信息分组，并且单独进行编码[3]。在1995年，Elias等人提出了卷积码的概念[4]，不同于分组码，卷积码不采用对信息序列分组，而是按照时间先后，将连续输入的信息序列进行编码得到输出序列。卷积码的译码有两种译码

4、方式，一种是在1967年，Viterbi提出的最大似然算法[5]，另外一种是在1974年，Bahl提出的最大后验概率算法(Maximumaposteriori,MAP)[6]。后者被称为最小误码率算法，但是该算法译码复杂度很高，在实际应用中一般采用Viterbi算法，它是通过接收序列找出最有可能的发送序列。..1.2国内外发展现状和研究意义TPC的发展历史可以追溯到上个世纪五十年代，麻省理工学院的Elias.P在他的论文Error-freecoding中提出了乘积码的概念，但是当时硬件发展水平有限，几十年来限制了它的使用。直

5、到1994年，R.Pyndiah等人将Turbo码的译码思想应用到TPC中，在Chase译码算法的基础上进行修改，得到了基于Chase-II的软输入软输出(Soft-InputSoft-Output)迭代译码算法，它的纠错性能可以接近Turbo码，并以较低的译码复杂度，迅速得到了国内外众多研究者的青睐。于是关于TPC编译码技术方案的专利和文献不断出现，国外对TPC码的研究要领先于国内。1998年，美国tech的子公司AHA研制出了TPC码的专用集成芯片，被广泛应用在工业界中，开启了TPC码硬件开发使用的进程。另外还有两家著名

6、的公司，Altera和Xinlinx也相继研制出了可以灵活编程的TPC编译码技术芯片。近些年来，美国在ARTM（靶场先进遥测计划）中，开始研究将多符号(MSD)和TPC相结合的PCM/FM遥测系统的性能增强技术[16]-[18]。很多发达国家，如美国、日本等，已经将TPC编译码技术应用到卫星通信领域。TPC是当今信道编译码的关键技术，目前国内也已经有一些研究成果。为了与国际接轨，保证先进技术的自主知识产权，国内著名高校和研究所针对TPC编译码技术展开了深入的研究。2001年，清华大学在数字多媒体与广播系统中，成功将TPC技术

7、作为其编译码方案，取得了良好的应用效果[19]。2007年，上海交通大学在TPC的编码校验方案上有所突破和创新，并且申请了多项技术专利。同年，北京航天三院将TPC应用在星间光通信中，做了大量的研究分析工作[20]。这些研究成果成功地推动了国内TPC编译码技术的发展。第二章Turbo乘积码编译码原理及应用2.1Turbo乘积码编码原理乘积码的概念是由麻省理工学院的P.Elias教授在1954年的论文Error-freecoding中提出来的，它是一种高效的长分量码，可以由相同或者不同的短分量码构造而成。其编码主要思想是：首先将

8、待编码的信息序列以矩阵形式排列，然后分别对每一行进行线性编码，最后将得到的信息矩阵的每一列也进行列线性编码，这样就构成了编码矩阵，即新的长分量码矩阵。TPC码是在乘积码的基础上发展而来，其构造不同于Turbo码，它将Turbo码的构成码由卷积码替换成了线性分组码，因此该编码方式较为特殊，通