Turbo碼輔助同步技術(shù)研究.pdf

1、Turbo迭代譯碼方式能夠獲得比傳統(tǒng)信道編碼更大的編碼增益，使得通信系統(tǒng)能夠在更低的信噪比條件下可靠地工作。但是，這種高增益的編碼方式以及極低的信噪比環(huán)境對接收機(jī)的同步提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的同步技術(shù)已經(jīng)達(dá)不到Turbo編碼系統(tǒng)對于同步性能的要求。針對低信噪比條件下接收機(jī)同步困難的問題，研究了Turbo碼輔助同步技術(shù)，主要包括Turbo碼輔助幀同步、Turbo碼輔助符號定時同步和Turbo碼輔助載波相位同步三個方面。
　　研究了T

2、urbo碼的基礎(chǔ)知識，重點研究了Turbo碼的外信息。為了更好地展開對Turbo碼輔助同步技術(shù)的研究，對Turbo編譯碼機(jī)制進(jìn)行了詳細(xì)的歸納和深入的研究。詳細(xì)闡述了Turbo碼外信息的概念和意義，仿真分析了外信息的分布特性及其隨各種參數(shù)的變化規(guī)律。在外信息等效信噪比概念基礎(chǔ)上，創(chuàng)新性地定義了等效信噪比絕對變化幅度和相對變化幅度兩個特征變量，用以分別度量每步迭代對譯碼收斂的貢獻(xiàn)和迭代譯碼的收斂程度，并指出外信息等效信噪比相對變化幅度可以做

3、為一種新的Turbo迭代終止準(zhǔn)則。為了進(jìn)一步研究 Turbo迭代譯碼的具體過程，采用等效信噪比演變圖對Turbo譯碼流程進(jìn)行跟蹤和分析。以CCSDS標(biāo)準(zhǔn) Turbo碼為例，仿真分析了深空通信中Turbo碼誤碼性能。
　　首先提出了一種基于Turbo碼外信息度量幀同步算法。定義外信息平均絕對值為外信息度量，數(shù)值仿真并且詳細(xì)分析了幀同步和幀失步兩種狀態(tài)下Turbo碼1步迭代外信息度量的分布特性的差異。利用這種差異，提出了基于外信息度量

4、的ML幀同步檢測算法。從理論上推導(dǎo)出該幀同步算法的幀同步檢測差錯率與外信息分布的關(guān)系式，為研究各種參數(shù)對幀同步檢測差錯率影響提供了理論依據(jù)，并對之進(jìn)行仿真驗證。
　　其次提出一種基于兩種信息融合的幀同步方案。為了進(jìn)一步降低幀同步檢測差錯率，并減少幀同步捕獲時間，提出一種基于相關(guān)信息與外信息度量加權(quán)合并判決的幀同步算法，稱為基于信息融合幀同步方案。對該同步方案的幀同步差錯率進(jìn)行了仿真分析，證明該方案具有比基于附加同步碼字相關(guān)方法及基

5、于列表方法更好的同步性能。
　　然后提出一種基于外信息度量的符號定時同步算法及其迭代終止準(zhǔn)則。仿真分析了符號定時誤差與Turbo碼外信息度量的關(guān)系，得出外信息度量與定時誤差呈近似分段的變化關(guān)系的結(jié)論，即定時誤差分為單調(diào)下降和近似平緩兩部分。利用外信息度量同定時誤差近似分段的變化關(guān)系，提出一種基于外信息度量加權(quán)迭代的定時同步算法。該算法包括粗同步和細(xì)同步兩個基本步驟：粗同步是指對定時誤差進(jìn)行特性分類并大致確定定時誤差范圍的過程，細(xì)同

6、步是在粗同步基礎(chǔ)上使用基于隨機(jī)梯度算法進(jìn)行誤差估計和插值更新的過程。因為本文的算法對各種范圍的定時誤差進(jìn)行了分類處理，所以是一種魯棒性很強(qiáng)的定時恢復(fù)算法，定時誤差在整個符號周期范圍內(nèi)都具有很好收斂性能，在很大程度上克服了一般算法的定時相位模糊的現(xiàn)象。為了減少系統(tǒng)運算負(fù)載，提出了一種適合于定時估計算法的迭代停止準(zhǔn)則，并給出其終止門限的估計方法。仿真證明，只要選擇適當(dāng)?shù)牡介L因子，基于外信息加權(quán)迭代的符號定時恢復(fù)算法在低信噪比條件下能夠準(zhǔn)

7、確地進(jìn)行符號同步，具有良好的收斂特性和誤碼特性。
　　最后提出一種基于改進(jìn)Costas環(huán)Turbo碼輔助載波相位估計算法。仿真分析了載波相位誤差對Turbo編碼系統(tǒng)誤碼性能的影響。為了對時變相位參數(shù)進(jìn)行估計，提出一種基于改進(jìn)Costas環(huán)Turbo碼輔助載波相位估計算法。該算法將Turbo碼輸出軟信息引入Costas環(huán)誤差信號之中，其主要思想是將Turbo碼迭代譯碼器輸出的軟信息用于科斯塔斯環(huán)的誤差信號更新迭代，而不是直接用于相位