探索turbo码特性及译码实现研究

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1、西南交通大学博士学位论文Turbo码特性及译码实现研究姓名：张忠培申请学位级别：博士专业：交通信息工程及控制指导教师：靳蕃2000.7.1摘要Turbo码具有接近Shannon限的性能，成为编码理论的～重要里程碑，突破了最小码距的设计思想，挖掘了级联码的潜力。由于其优异的译码性能，受到人们的重视，它已成为第三代移动通信信道差错控制编码方案。因此，需要对Turbo码的编译码方法及性能作进一步研究。本文主要对Turbo码的构成设计及调制特性、译码算法及其串并行集成电路实现进行了研究o(主要内容包括：1．总结了Turbo码的研究现状及存在的问题，阐述了Turbo码编码原理，迭代译码机理，

2、主要译码算法及改进算法，以及各种算法之间的性能比较。2．从Turbo码距离特性解释了Turbo码的性能，由于分量码采用递归系统卷积码，具有码距拖尾性，使得交织器长度为N的Turbo码能使误码率降低到卷积码的1／N。通过Turbo码编译码对分量码输入序列相关的要求，提出了以序列交织前后相关性作为交织器设计性能是否优异的判据，并得到一种斜对角交织方案。研究了高码率Turbo码的两种构成方案，给出删除法交织器的设计方法，通过对两种构成方案的性能和译码复杂度比较，得到了删除法构成高码率Turbo码能在译码复杂度和性能上取得较好折衷的结论。3．由于Turbo码MAP译码算法需要大量中间量递归

3、计算，使译码算法集成电路化困难，本文提出了MAP算法的矩阵实现方法，矩阵算法简化了中间计算过程，由并行运算提高了运算速度。由于其运算矩阵为稀疏矩阵，可用稀疏矩阵算法对译码进一步简化，使译码算法的集成电路实现变得容易。4．MAP算法需要在接收完一帧数据才能开始译码，译码延迟大，本文依据维特比译码的路径概念提出了固定延迟的MAP译码算法，它只有前向递归，延迟大小为编码寄存器长度的5至lO倍，可实现实时译码，而译码增益与MAP算法比较损失较小，是一种优化算法。5．根据改进MAX-LOG-MAP算法，提出了Turbo码译码的串行电路实现结构，给出了输入量化及状态、路径度量方法。由于这种度量

4、方法解决了译码过程的中间计算，在有限长计算中提高了运算精度，这种实现方案获得了较好的译码增益。6．根据MAX—LOG—MAP算法，提出了Turbo码译码的并行实现结构，用运算处理单元构成处理阵列·使译码算法的中间量计算并行进行，提高了运算速度，将中间量的存贮分散到各处理器中，减小了数据存贮规模。这种方法在有限长运算中，中间计算量次数多，带来误差较大，译码性能比串行方案稍差。7．讨论了Turbo码网格调制方法及性能．给jJ；删格调制的‘般方案及译码算法。提出将欧氏距离作为网格调制码性能优异与否的判据，给出一种编码优化方案。提出多级调制的码设计及性能分析方法，推导了Turbo码多级调制

5、误码率限。一、——～8．最后是对本文的总结，提出了进一步研究的方向。1关键词：’rurbo码软输出译码交织器译码实现tAbstractTurbocodcsisanewclassoferror-correctingcodesthatcarlapproachtheShannonbound，itisconsideredasoneofthemostexcitingandpotentiallyimportantdevelopmentsincodetheoryinrecentyears，itsinventionhaschangedtheconventionaldesignprincipleso

6、fthecodingschemefromtheattempttoincreasetheminimumHammingdistanceofthecodetothegoalofreducingthenumberofcodewordswithlowHammingweights．Turbocodestapthepotentialitiesofconcmenatedcodes．Foritsexcellentdecodingperformance，ithasbecometheerror·correctingcodingschemein3rdmobilecommunicationchannel．S

7、oitisnecessarytoresearchTurbocodes’coding＆decodingmethodsanditsperformance．ThisthesisinvestigatessomeproblemsofTurbocodeswithemphasisonperformance；itscomponentscodestructures，modulationcharacteristics，decodingalgorithmandtheVLSIdecoding