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《国防科学技术大学》 2011年
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Turbo解码与Turbo均衡关键技术研究

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【摘要】:Turbo码很好的应用了香农信道编码定理中的随机性编解码条件,获得了接近香农理论极限的解码性能,是迄今为止最好的信道编码方案之一,已被第三代移动通信标准和深空通信标准采纳。有关Turbo码的原理已在各个方面得到了不同程度的应用,但较高的解码复杂度和过于理想的假设前提是制约其进一步推广应用的瓶颈问题。解码方案在兼顾优良的解码性能,低复杂度以及系统鲁棒性方面还存在许多急需解决的问题。 本文深入研究了加性高斯白噪声(AWGN,Additive White Gaussian Noise)信道和Rayleigh衰落信道上的Turbo解码方案以及两种典型ISI(Inter-symbol Interference)信道上的Turbo均衡方案,提出了若干实用化的Turbo解码和Turbo均衡新方案。 提出了利用纠正函数的特性来分析Turbo解码算法性能和信噪比敏感度的新方法。在此基础上综合考查算法运算量,解码性能和信噪比敏感度,提出了在AWGN信道上Turbo解码的实用方案。该方案不需要估计信噪比,对信噪比估计偏差不敏感,是AWGN信道的一种鲁棒的Turbo解码(RTD,Robust Turbo Decoding)方案。 证明了在Rayleigh衰落信道上,使用Frenger定义的信道置信度的Log-MAP算法相当于低估信噪比值,给出了信噪比低估值的数学表达式。根据信噪比趋向无穷大的时候低估值趋向于一个常数,提出了固定信噪比估计偏差来估计信道置信度的Turbo解码新方案。与Frenger提出的经典方案相比,提出的方案解码性能与之基本相当,且不用估计衰落因子方差和估计噪声方差,降低了参数估计偏差带来的解码性能下降的风险。 证明了Max-Log-MAP算法独立于Rayleigh衰落信道的所有信道参数,这个性质在Rayleigh衰落信道非完美估计的时候也成立。通过收缩Max-Log-MAP算法输出软信息的幅度,在没有增加运算量的前提下极大提高了解码性能。提出的解码方案不需要估计Rayleigh衰落信道的任何参数,是Rayeigh衰落信道上的一种RTD方案。 提出了线性Turbo均衡中的两种改进方法。MMSE均衡器对当前时刻码字的估计过程可以等效为一个非平稳AWGN信道。由于均衡器输出的软信息与估计值呈明显的线性关系,可将非平稳的AWGN信道近似为平稳信道。提出利用高阶矩法和经验法来估计该平稳AWGN信道的均值和方差,从估计值直接计算MMSE均衡器输出的软信息的新方法。该方法进一步降低了线性Turbo均衡的运算量,而解码性能与传统方法相差无几。 提出了基于统计性模型来分析Turbo均衡信噪比敏感度的方法,证明了经典分析方法是该模型在信噪比估计噪声方差为0时的特例。分析了应该把信噪比无偏估计作为考查系统信噪比敏感度问题的原因,给出了噪声估计方差和信噪比估计方差之间的关系,深入研究了信噪比为无偏估计或有偏估计,以及估计误差对MAP类算法性能的影响。在此基础上综合考查算法运算量,解码性能和信噪比敏感度,提出了Turbo均衡的实用化方案。
【学位授予单位】:国防科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TN911.22

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