3GPP UMTS和LTE系統(tǒng)中的信道譯碼算法研究.pdf

1、3GPP(The 3rd Generation Partnership Project)組織的UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)和LTE(Long Term Evolution)系統(tǒng)中采用的信道編碼主要包括Turbo碼、卷積碼和線性分組短碼。其中，Turbo碼用作數(shù)據(jù)信道的編碼，卷積碼用作控制信道和電路域語音業(yè)務(wù)的編碼，線性分組短碼用作物理層短信令編碼。另外，UMTS的語音傳

2、輸則隱含了信源信道聯(lián)合編碼的思想，如信道編碼和復(fù)用過程對(duì)信源編碼的不同比特流所采用的不等保護(hù)。
　　 本論文是以UMTS和LTE實(shí)際系統(tǒng)的信道編碼的譯碼算法為研究對(duì)象，主線有兩條:一是提高譯碼性能，如采用CRC(Cyclic Redundancy Check)輔助譯碼;二是降低譯碼的復(fù)雜度，如提前終止迭代。整個(gè)論文的研究都是圍繞譯碼的性能和復(fù)雜度開展的。
　　 隨著帶寬的不斷增加和多天線傳輸?shù)燃夹g(shù)的發(fā)展，無線通信系統(tǒng)對(duì)T

3、urbo碼譯碼速率的要求越來越高，并行譯碼是實(shí)現(xiàn)高速譯碼的必要技術(shù)。基于傳統(tǒng)的Turbo迭代譯碼原理，本文對(duì)高速并行譯碼算法進(jìn)行了研究。在討論并行譯碼架構(gòu)的過程中，提出“傳遞”、“訓(xùn)練”、“傳遞+訓(xùn)練”三種不同的滑窗算法并對(duì)其性能進(jìn)行了比較;對(duì)于UMTS的Turbo碼，研究了基于環(huán)形交織網(wǎng)絡(luò)的并行交織解交織器，并對(duì)該交織網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行擴(kuò)展，以滿足基四譯碼吞吐率翻番的要求;在提前中止迭代算法研究中，重點(diǎn)對(duì)CRC的漏檢概率進(jìn)行了分析，提出降低漏檢

4、概率的算法方案;基于實(shí)際系統(tǒng)中Turbo碼迭代資源存在冗余的事實(shí)，提出一種共享迭代資源的方案，通過碼塊間的迭代資源共享，在不增加硬件資源條件下提升譯碼的總體性能。
　　 UMTS和LTE中送入到Turbo編碼器的信息序列均附有24比特CRC。當(dāng)信息序列很長(zhǎng)的時(shí)候，CRC帶來的冗余幾乎可以忽略不計(jì)，而當(dāng)信息序列較短的時(shí)候，CRC的冗余就比較可觀。本文提出一種基于CRC輔助的增強(qiáng)Turbo譯碼算法，將傳統(tǒng)的Turbo迭代譯碼和OSD

5、(Ordered Statistics Decoding)算法結(jié)合起來，利用迭代譯碼輸出的似然比軟值作為可靠度信息進(jìn)行OSD譯碼。在OSD算法中，利用似然比累加消除迭代過程中軟信息震蕩的不利影響，并把Turbo碼和CRC碼的編碼矩陣結(jié)合起來作為一個(gè)整體，同時(shí)采用歸一化歐式距離準(zhǔn)則代替CRC來判斷譯碼結(jié)果的可靠性。該算法方案能提升短碼性能0.5～2dB左右，檢錯(cuò)算法的漏檢概率也相當(dāng)?shù)停m合用作LTE VoIP等短包業(yè)務(wù)的譯碼性能提升。

6、r>　　 對(duì)于卷積碼，本文重點(diǎn)研究的是一種基于CRC輔助的增強(qiáng)譯碼算法，即PLVA(Parallel List Viterbi Algorithm)譯碼方法。本文分析了PLVA的算法原理，并詳細(xì)介紹了PLVA譯碼算法的具體實(shí)現(xiàn)過程。為了提高編碼效率，LTE系統(tǒng)采用了不添加尾比特的咬尾卷積碼。WAVA（Wrap Around Viterbi Algorithm）算法是專門針對(duì)咬尾卷積碼的一種高效譯碼算法。本文將WAVA和PLVA結(jié)合起來

7、，提出WAVA-PLVA譯碼算法并對(duì)其計(jì)算復(fù)雜度進(jìn)行了分析。同前后加固定訓(xùn)練長(zhǎng)度的PLVA算法相比，WAVA-PLVA算法能有效降低計(jì)算量，而保持譯碼性能不下降，尤其適合碼長(zhǎng)較短的咬尾卷積碼。
　　 UMTS語音信源編碼輸出的比特分為3個(gè)子流，其中A子流攜帶的參數(shù)信息對(duì)語音質(zhì)量影響最大，在信道編碼過程添加了CRC校驗(yàn)并采用較低碼率，以提高傳輸?shù)目煽啃?而B、C子流對(duì)語音質(zhì)量影響較小則沒有附加CRC以節(jié)省開銷。這種不等保護(hù)的方式可

8、以看成一種廣義的信源信道聯(lián)合編碼。針對(duì)UMTS中語音信源和信道編碼的特點(diǎn)，本文提出一種基于PLVA譯碼的語音質(zhì)量提升方案，稱為“雙CRC”方案。在不影響系統(tǒng)架構(gòu)的前提下，該方案充分利用PLVA譯碼增益提升語音質(zhì)量。在PLVA基礎(chǔ)上本文對(duì)信源信道聯(lián)合譯碼（Joint Source-Channel Decoding，JSCD）算法進(jìn)行了研究，提出PLVA-JSCD聯(lián)合的譯碼算法，以進(jìn)一步提升語音質(zhì)量。仿真結(jié)果表明，通過PLVA以及PLVA-