TD-SCDMA系统Turbo译码器研究与应用

论文摘要

随着科学技术的高速发展,人们的生活质量不断的提高。人们对移动通信系统的性能要求也从简单的信息传输发展到实时语音图像传输。在第三代移动通信标准中,TD-SCDMA标准做为中国下一代移动通信传输标准被世界广泛认可和接受。同步,时分复用、码分多址是TD-SCDMA标准采用的重要技术。与此同时,为了满足数据高效高速传输的要求,TD-SCDMA协议标准采用性能优异的Turbo信道编码技术增强纠错能力。自提出以来,Turbo码以其接近香农极限优异性能,被许多的学者所关注。在中国提交的TD-SCDMA协议中,Turbo编码正式成为高速高质量传输业务中的信道编译码方案。在具体实现过程中,由于Turbo码独特的迭代循环译码方式和复杂的MAP译码算法,Turbo译码器时间延迟与复杂度较大,很难满足移动通信中的实时性的要求。本论文以实现满足TD-SCDMA实时传输要求的Turbo译码器为目标,对Turbo译码相关的算法进行研究并最终实现译码延时短、复杂度低、码长可变的Turbo译码器。论文首先研究了Turbo码原理,通过理论分析确定可能满足要求的译码算法。在建立MATLAB仿真平台后,论文对算法进行了直观的性能研究比较并结合仿真结果选择了复杂度低、延时小的SW-LOG-MAP算法。结合MATLAB仿真平台,论文使用C语言对关键模块进行实现,获取硬件设计中位宽、量化值等相关参数以及EDA功能测试矢量,为进一步RTL代码实现提供了可靠的保证。结合MATLAB和C语言仿真获得的结论,论文详细的描述了硬件实现Turbo译码器具体的模块划分思路和模块实现细节。在第五章,通过使用EDA工具,论文对Turbo译码器进行功能验证并使用测试向量对RTL设计的误码率,译码延时进行了分析。最后,论文根据逻辑综合结果分析了RTL设计数据输出带宽性能,通过对TD-SCDMA系统的带宽需求分析,证明了RTL设计思路正确与方案的可行性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 图目录
• 表目录
• 缩略词表
• 第一章 绪论
• 1.1 TD-SCDMA 概述
• 1.2 信道编码理论简介
• 1.2.1 数字通信中的信道编码
• 1.2.2 信道编码理论的发展
• 1.3 Turbo 码简介
• 1.3.1 Turbo 的研究现状
• 1.3.2 TD-SCDMA 中的Turbo 码
• 1.4 论文研究方向以及章节安排
• 第二章 Turbo 码的编译码原理
• 2.1 Turbo 编码器基本结构
• 2.2 TD-SCDMA 标准的 Turbo 码编码器
• 2.2.1 TD-SCDMA 中Turbo 编码器结构
• 2.2.2 Turbo 编码器尾比特终止
• 2.2.3 TD-SCDMA 系统中Turbo 交织器
• 2.3 Turbo 码译码原理
• 2.3.1 Turbo 码译码流程
• 2.3.2 常见译码算法分类
• 2.4 最大后验概率译码算法
• 2.4.1 Turbo 译码中的MAP 算法
• 2.4.2 改进型BCJR 算法
• 2.4.3 Turbo 译码LOG-MAP 算法
• 2.5 滑窗LOG-MAP 算法
• 2.5.1 滑窗LOG-MAP 算法的提出
• 2.5.2 滑窗LOG-MAP 算法时序分析
• 2.5.3 滑窗LOG-MAP 算法与LOG-MAP 算法译码延时对比
• 2.6 滑窗LOG-MAP 算法计算公式展开分析
• 2.7 本章小结
• 第三章 Turbo 码仿真设计与分析
• 3.1 Turbo 码 MATLAB 仿真平台设计
• 3.1.1 MATLAB 仿真系统框图
• 3.1.2 Turbo 译码模块仿真设计
• 3.2 Turbo 码 MATLAB 仿真性能分析
• 3.2.1 SW-LOG-MAP 算法与LOG-MAP 算法对比
• 3.2.2 不同迭代次数对译码性能的影响
• 3.2.3 不同的交织长度对译码性能的影响
• 3.2.4 不同的窗长对译码性能的影响
• 3.2.5 尾比特译码性能的影响
• 3.3 Turbo 码 MATLAB 浮点仿真量化
• 3.3.1 量化的方法
• 3.3.2 译码器定点模型建立原因与方法
• 3.3.3 重要参数的确定
• 3.4 本章小结
• 第四章 Turbo 译码器的设计与实现
• 4.1 译码器系统功能模块划分
• 4.1.1 系统总体模块划分
• 4.1.2 SW-LOG-MAP 分量译码器设计思路
• 4.2 基本组合算法模块设计
• 4.2.1 求最大值MAX 模块设计
• 4.2.2 数学计算单元ACSO 设计
• 4.2.3 Gama 分支计算单元设计
• 4.2.4 前向递归Alpha 计算单元设计
• 4.2.5 对数似然比计算单元设计
• 4.3 SW-LOG-MAP 算法模块设计
• 4.3.1 后向建立模块设计
• 4.3.2 后向分支计算单元设计
• 4.3.3 前向建立单元设计
• 4.4 交织器与去交织器模块设计
• 4.5 硬判决模块设计
• 4.6 小结
• 第五章 Turbo 译码器 EDA 验证与结果分析
• 5.1 Turbo 译码器的 EDA 功能验证
• 5.1.1 EDA 功能验证平台搭建
• 5.1.2 基于EDA 功能验证的误码率测试
• 5.1.3 基于 EDA 功能验证的 SW-LOG-MAP 算法译码延时
• 5.2 Turbo 译码器逻辑综合结果分析
• 5.3 小结
• 第六章 总结和展望
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历及研究生期间研究成果