Turbo译码低复杂度算法与应用研究

发布时间：2020-04-06 10:49

【摘要】：Turbo码于1993年被法国学者C.Berrou等人提出,一经问世就因其接近香农限的优异性能而被广泛使用。对于深空通信而言,由于信道编码需要克服远距离传输的低信噪比和传输环境的衰落影响,所以空间数据系统咨询委员会(CCSDS)选择Turbo码作为卫星通信和深空通信的信道编码标准。本论文所研究的Turbo译码器的应用场景为基于超远距离传输的MIMO-SCFDE通信系统,具有传输距离远、传输时延长等特点,故本论文对Turbo译码器的研究采用了 CCSDS标准结构。Turbo码虽然性能优异但是译码结构较为复杂,所以本论文主要针对Turbo码的低复杂度译码方案展开研究,着重研究了一种基于SOVA算法的简化算法。首先,为降低计算复杂度,本论文的研究从快速寻找最大似然路径和降低分支路径数量两方面入手,得到了一种复杂度较低的SOVA译码方案。其次,将该低复杂度算法应用到基于CCSDS标准的Turbo码中,并在基于超远距离传输的MIMO-SCFDE通信系统中开创性地应用Turbo均衡方案,利用该低复杂度Turbo译码器与均衡器迭代传递互信息,提升系统对抗衰落和干扰的能力。最后,经过充分地性能仿真及复杂度分析,开发该简化算法的C语言定点程序,为后续在DSP或ARM上应用该算法提供便利。本论文研究的低复杂度Turbo译码算法,虽然在译码性能上与Log-MAP算法有约0.3dB的差异,但是在计算量和存储量上相比于传统的Log-MAP算法和SOVA算法有大幅度下降,在高信噪比条件下,存储量降低超过50%。在此基础上,将Turbo均衡方案应用于MIMO-SCFDE系统,通过链路级仿真进一步验证了本论文研究的低复杂度Turbo译码器在超远距离传输中的应用价值。
【图文】：

有噪信道,卷积码编码器,分支度量,幸存路径

总结为以下三步：逡逑１）以时刻／＝７Ｖ＠为起始，计算进入各状态的不同路径的分支路径度量储每个状态的幸存路径及其分支度量值ＢＭ。逡逑２）令／邋＝邋／＋１，将进入某一状态的分支度量值与其前一段路程的幸存度量，然后计算进入该状态的所有最小度量的路径，得到新的ＰＭ值，这样就某一个节点的幸存路径及其累计度量值，并删去所有其他路径。逡逑３）若／＜Ｌ＋ｉＶｒｅｇ，重复步骤２，若／邋＝邋Ｌ＋Ａ＾ｇ则停止上述步骤，译码结上述３个步骤中，第一步是第二步运算的初始化，第三步是第一步和第二续，上述过程的关键在于第二步。译码算法第二步的核心在于三点，，即累积、选择。所谓累积值，指的是将每个路径的分支度量值进行累加，度量方选择汉明距离或欧式距离等计算方法；比较指的是将到达节点的两条分支累积度量值相比较；选择指的是选出到达某节点的两条路径中度量值最小路径作为幸存路径。逡逑为了更加清晰、明确地展示维特比译码方法，以（２，１，２）卷积码为例说明译码过程。假设其输入数据为ｘ邋＝邋［１邋１邋０邋１邋１］，卷积编码器结构如下图所示

网格图,卷积码,网格图,译码

图中圆圈代表编码器内部两个寄存器的状态，共有四种情况即逡逑００，０１，１０，１１，实线箭头表示编码器输入为１的情况，虚线表示编码器输入为０的逡逑情况，图中红色数字表示编码器在当前寄存器状态下输入为０或１时，输出２比逡逑特码字的情况。逡逑ｙ逦１１邋ｏｉ邋ｏｉ邋１0逦ｏｉ逡逑—（））两两－两爽｜＾７０逡逑R[１１邋＼！逡逑Ｓ３Ｈ
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN911.22

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