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LTE系统中的Turbo编码方案研究

作　者: 郑广宁
导　师: 杨维
学　校: 北京交通大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: LTE Turbo码交织器置乱多项式逼近多项式
分类号: TN929.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

Turbo码是一种性能优异的信道编码,在AWGN信道中可以取得接近Shannon极限的译码性能,适用于对功率要求较高的场合,因此被众多的通信标准采纳为信道编码方案,如3G系统和LTE系统中的信道编码方案就采用了Turbo码。本文主要对基于LTE标准的Turbo码进行研究,对于影响其性能的关键因素如交织器和译码算法等做了深入讨论,指出其中存在的问题并提出相应的改进方法,且通过仿真验证了改进方法的有效性。本文首先介绍了三种不同类型的Turbo码以及它们各自的编译码结构,在此基础上,通过仿真研究了不同参数如码长、码率、分量码和迭代次数等对于Turbo码性能的影响,得出在进行Turbo码设计时应综合考虑译码性能与实现复杂度,在二者之间做出折中；在相同编码参数下,比较了并行级联卷积码(PCCC)与串行级联卷积码(SCCC)的译码性能,得出在高信噪比时SCCC没有错误平台出现,其性能优于PCCC,而在低信噪比时结论则相反。其次研究了Turbo码中交织器的设计,给出交织器的设计准则并介绍了典型的交织器结构。针对LTE中QPP交织器的置乱多项式阶数只能取2的限制,提出基于高阶置乱多项式的新型交织器设计,给出了交织器系数的选取准则,并与QPP交织器的性能做了比较,结果表明新型交织器在高信噪比条件下的错误平台低于QPP交织器。在此基础上,讨论了基于新型交织器的并行译码问题,得出其满足最优无冲突准则,且通过合理选择并行译码初始条件,可以有效地降低译码时延而不会引起译码性能的下降。本文最后研究了Turbo码的译码算法,对MAP算法及其简化算法的原理做了推导。由于Log-MAP算法中校正函数项的存在使得算法复杂度较高,本文提出采用基于逼近多项式的方法对校正函数进行近似,将其中的对数与指数运算用加法和乘法运算代替。仿真结果表明,在AWGN信道和Rayleigh信道中,基于二阶逼近多项式的改进Log-MAP算法与Log-MAP算法的性能相当,但计算复杂度和译码时延得到明显降低。

全文目录

致谢  5-6
摘要  6-7
ABSTRACT  7-11
1 引言  11-15
  1.1 课题的研究背景及意义  11
  1.2 数字通信系统的组成  11-12
  1.3 信道编码理论的发展  12
  1.4 Turbo码的提出与研究现状  12-13
  1.5 Turbo码在LTE系统中的应用  13
  1.6 论文的主要内容与各章安排  13-15
2 Turbo码的编译码原理与性能研究  15-29
  2.1 并行级联卷积码(PCCC)的编译码原理  15-18
    2.1.1 并行级联卷积码(PCCC)的编码结构  15-16
    2.1.2 并行级联卷积码(PCCC)的译码结构  16-18
  2.2 串行级联卷积码(SCCC)的编译码原理  18-19
    2.2.1 串行级联卷积码(SCCC)的编码结构  18
    2.2.2 串行级联卷积码(SCCC)的译码结构  18-19
  2.3 混合级联卷积码(HCCC)的编译码原理  19-20
    2.3.1 混合级联卷积码(HCCC)的编码结构  19-20
    2.3.2 混合级联卷积码(HCCC)的译码结构  20
  2.4 Turbo码的性能研究  20-28
    2.4.1 PCCC的性能研究  21-25
    2.4.2 SCCC的性能研究  25-27
    2.4.3 PCCC与SCCC的性能比较  27-28
  2.5 本章小结  28-29
3 Turbo码交织器的研究  29-51
  3.1 交织器的基本原理与设计准则  29-32
    3.1.1 交织器的基本原理  29-30
    3.1.2 交织器的设计准则  30-32
  3.2 典型的交织器设计  32-39
    3.2.1 分组交织器  32-35
    3.2.2 随机交织器  35-36
    3.2.3 确定交织器  36-38
    3.2.4 不同交织器的性能比较  38-39
  3.3 新型交织器的设计  39-50
    3.3.1 基于高阶置乱多项式的交织器设计  39-45
    3.3.2 新型交织器的并行度讨论  45-48
    3.3.3 基于新型交织器的并行译码  48-50
  3.4 本章小结  50-51
4 Turbo码译码算法的研究  51-71
  4.1 MAP译码算法  51-58
  4.2 MAP算法的简化  58-61
    4.2.1 Log-MAP算法与Max-Log-MAP算法  58-59
    4.2.2 软输出Viterbi算法(SOVA)  59-60
    4.2.3 不同译码算法的性能比较  60-61
  4.3 对Log-MAP算法的改进  61-70
    4.3.1 校正函数的最佳逼近  62-64
    4.3.2 逼近多项式的逼近效果  64-67
    4.3.3 逼近多项式的性能仿真  67-70
  4.4 本章小结  70-71
5 全文总结与展望  71-73
  5.1 全文工作总结  71
  5.2 对后续工作的展望  71-73
参考文献  73-75
作者简历  75-77
学位论文数据集  77

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