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定点TURBO译码算法与协作TURBO编译码技术研究

孙皓  
【摘要】: Turbo码于1993年由法国学者C.Berrou等人提出,其接近Shannon极限的优异性能引起国内外学者的关注,被看作是信道编码理论发展史上一个里程碑。随着理论基础的日益完善,Turbo码已在包括3G在内的各种通信系统中得到了成熟的应用,而下一代移动通信系统将对Turbo码的性能和速率提出更高的要求,因此分析和讨论不同Turbo编译码方案及其性能、研究Turbo码实现技术,分析适合于分布式协作通信环境要求的协作Turbo编译码技术无疑是非常重要的。本文的主要工作正是从Turbo码重量谱分布和性能仿真的角度分析不同Turbo编码构造对Turbo码性能的影响,基于输入输出统计特性分析Turbo码定点译码算法量化和归一化技术方案,此外,论文针对中继模型分析和讨论了全双工模式下的协作Turbo编译码技术方案。 首先,论文讨论了不同Turbo码编码结构及其对Turbo码性能的影响。论文在分析和介绍穿孔Turbo编码、非对称Turbo编码和非系统Turbo编码的基础上,结合基于约束子码的Turbo码重量谱搜索算法,计算穿孔Turbo编码和非对称Turbo编码的重量谱,并进一步分析重量谱分布和Turbo编码性能的关系。相关分析表明,采用本原多项式或非本原多项式的对称Turbo码只具有较好的错误平层区性能或较好的瀑布区性能,而采用本原多项式和非本原多项式的非对称Turbo码能在瀑布区和错误平层区性能间取得较好的折中。 其次,本文介绍了几种应用较广泛的Turbo码译码算法,并对其做性能仿真以便为Turbo码实现技术提供基础。在实际应用中,Turbo码译码只能采用定点译码算法,为此必须选择合理的定点量化方案、确定定点位宽,并对应确定状态度量递归计算过程中的归一化方案。论文在折中考虑译码性能和译码计算复杂度的基础上,选择增强型Max-Log-MAP算法作为Turbo码定点译码算法。论文结合Turbo码迭代译码输入输出变量的统计特性分析,分析和讨论了Turbo码定点译码算法中输入待译码数据基于均匀量化的定点方法,并重点研究了状态度量递归计算中的归一化方法。研究表明,根据输入输出变量的统计特性分析,可以预先确定Turbo码定点译码中的数据定点位宽和相关归一化参数。 最后,本文讨论了中继通信系统下基于Turbo码的协作编码技术方案。在介绍中继通信系统模型以及常用的协作编译码方案的基础上,给出了全双工中继模式下基于软信息合并的协作Turbo编译码方案,并重点讨论了不同中继节点位置对基于Turbo码的协作编码性能的影响。相关仿真结果表明,基于Turbo码的编码协作方案相比非协作Turbo码的性能有很大改善。


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