Turbo編譯碼系統(tǒng)高效MAP譯碼、無數據輔助SNR估計與多項式交織器設計.pdf

1、用于信道編碼傳輸的Turbo碼自1993年發(fā)明后，因為具有接近Shannon極限的優(yōu)異糾錯性能，很快就被應用于各類實際通信系統(tǒng)中。在過去的17年里，許多學者發(fā)表了有關Turbo碼理論和應用的大量研究成果，內容涵蓋簡化譯碼算法、譯碼算法收斂性分析、優(yōu)秀分量碼設計、最小碼距分析與估計、交織器設計以及譯碼算法的并行實現(xiàn)等。基于已有研究成果，本博士學位論文專注于Turbo碼的高效率非對數域最大后驗概率譯碼、對數域Log-MAP譯碼算法的數值規(guī)范

2、化方法、無數據輔助的SNR估計以及置換多項式交織器的研究。
　　 本文首先給出了Turbo碼的編碼與譯碼原理、相關研究工作現(xiàn)狀分析及文獻綜述、本文研究工作思路、論文主要貢獻以及論文組織結構。接著，由經典的標準MAP譯碼算法推導得到了一種改進型MAP譯碼算法。該算法不引入對數域就能避免迭代過程中的對數和指數函數運算，從而達到較高的譯碼效率，其效率與Max-Log-MAP譯碼算法的效率相似。該改進型MAP譯碼算法就糾錯性能而言是最優(yōu)

3、的，而次最優(yōu)的Max-Log-MAP算法則要付出糾錯性能的代價。隨后提出了一種使用了兩種數值規(guī)范化方法并且采用純整數運算的線性近似Log-MAP算法。這兩種數值規(guī)范化方法分別被稱為“加法”和“乘法”規(guī)范化。理論證明表明，這兩種數值規(guī)范化方法均不會對譯碼性能產生影響。其中，加法規(guī)范化能夠解決定點數的溢出問題，而乘法規(guī)范化可應用于實現(xiàn)基于純整數運算的Turbo譯碼或者證明Max-Log-MAP算法不需要任何SNR估計。為了確定適當的乘法規(guī)范

4、化系數，作者給出了概率分析法和等效查表長度兩種設計方法。最后還給出了純整數實現(xiàn)的3GPP標準Turbo碼譯碼的誤幀率(FER)仿真結果，顯示9-bit寬的整數就能保證與性能最優(yōu)的改進型MAP算法基本相當的糾錯性能。
　　 本文基于對接收到的Turbo碼碼塊BPSK信號進行矩估計進而實現(xiàn)SNR估計的思想，對非相關的Rayleigh衰落信道條件下的三種無數據輔助的SNR估計器進行了比較。這三種SNR估計器都采用矩估計法并運用曲線擬合

5、方法來計算SNR。研究發(fā)現(xiàn)，曲線擬合偏差能夠較好地補償較短Turbo碼碼塊的SNR估計誤差。Turbo譯碼仿真結果表明，兩種建議的SNR估計器能夠得到比文獻已有結果更小的SNR估計誤差并取得更好的誤比特率(BER)性能，尤其是對長度較短的碼塊。這三個SNR估計器的另一個優(yōu)點是都不需要已知SNR和Rayleigh衰落參數的任何信息。自2005年以來，整數環(huán)上的二次置換多項式(QPP)被建議用于設計Turbo碼交織器。QPP交織器不需要在T

6、urbo譯碼器中存儲交織表并且具有遠優(yōu)于均勻分布隨機型交織器的性能。此外，所有QPP交織器還具有最大爭用自由特性，能夠避免并行Turbo譯碼時的存儲器訪問沖突。本文給出了置換多項式(PP)交織器的一些新成果，包括：構造整數環(huán)上m次(m≥1)PP的一個簡單方法、二次零多項式(QNP)充要條件的證明、QPP交織器排除了等價性的計數等。本文還對搜索性能優(yōu)秀的高次置換多項式交織器進行了初步嘗試，對幀長N=2048、碼率Rc=1/3的8狀態(tài)Tur