MIMO多载波移动通信系统中的信道编码及硬件实现

摘要

信道编码是用来提高数字通信可靠性的重要手段之一。Turbo码自提出以来便以其接近Shannon限的优异性能成为纠错码领域的研究热点。Turbo码是一类并行级联的系统卷积码。它的基本原理是通过对编码器结构的巧妙设计，多个子码经过交织器隔离进行并行级联编码输出，增大了码距；而对译码器则引入了软输入软输出译码和迭代译码等方法，从而获得卓越的纠错能力。 Turbo码的优良性能受到移动通信领域的广泛重视，在MIMO多载波移动通信中普遍采用Turbo码作为信道编码方案。本论文以东南大学移动通信实验室B3G课题组提出的“支持多天线的广义多载波无线传输技术”(MIMO-GMC)为背景，介绍了Turbo编码器的基本概念，译码算法的理论基础与推导过程，对TurboN马译码迭代停止准则、信道SNR估计、Rayleigh衰落信道下的Turbo译码算法和Turbo迭代均衡中的译码算法等进行了研究。并对Turbo译码器的译码算法、关键参数、定点量化等作了大量的仿真研究，给出了对译码器硬件实现具有参考意义的仿真结果。最后针对MIMO-GMC系统的迭代接收机中所采用的外信息保留和联合检测译码迭代的特点，完成了采用滑动窗Log-MAP算法的软输入、软输出的Turbo译码器的硬件设计。整个译码器模块的硬件设计采用Verilog语言描述，并在VirtedI Pro系列FPGA芯片上实现。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1论文背景

1.2多天线技术简介

1.3多载波技术简介

1.4 MIMO-GMC系统简介

1.5信道编码的发展和Turbo编码技术简介

1.6论文的主要内容和安排

第二章Turbo码的基本原理

2.1香农限(Shannon Limit)

2.2 Turbo编码器

2.2.1 Turbo编码器的结构

2.2.2交织器

2.2.3打孔机

2.3 Turbo迭代译码原理

2.4 Turbo译码器结构

2.5 MIMO-GMC系统中的Turbo编译码器

第三章Turbo码的译码算法及其相关研究

3.1对数似然比

3.2 MAP算法

3.3 LOG-MAP算法及其简化

3.3.1 LOG-MAP算法

3.3.2 LOG-MAP算法修正因子的简化

3.4 MAX-LOG-MAP算法

3.5软输出Viterbi算法(SOVA)

3.6滑动窗口算法(SW-LOG-MAP)

3.6.1滑动算口算法产生的原因

3.6.2 SW-Log-MAP算法

3.7 Turbo码译码迭代停止判决研究

3.8 Turbo码信道SNR估计研究

3.9 Rayleigh衰落信道下的Turbo码译码

3.10 Turbo迭代均衡中的Turbo码译码

第四章Turbo码的性能仿真

4.1影响Turbo码性能的因素仿真研究

4.1.1迭代次数对Turbo码性能的影响

4.1.2码率对Turbo码性能的影响

4.1.3译码算法对Turbo码性能的影响

4.1.4交织长度对Turbo码性能的影响

4.1.5分量码对Turbo码性能的影响

4.1.6交织类型对Turbo码性能的影响

4.2译码算法对信道SNR敏感度的仿真

4.3滑动窗算法对Turbo性能的影响

4.4迭代停止判决仿真性能

4.5 Rayleigh衰落信道下的Turbo码译码

第五章Turbo码译码算法的定点仿真设计

5.1定点仿真的目的

5.2 Turbo译码算法的定点实现

5.2.1 Turbo码译码算法总体流程

5.2.2 RSC(7，5)码的Log-MAP算法

5.3定点仿真的量化

5.3.1译码器内部分量的动态范围

5.3.2内部分量量化位宽的确定

5.3.3似然比位宽设置及溢出保护

5.3.4 Log-MAP算法修正因子的量化运算

5.4定点与浮点的性能比较

第六章MIMO-GMC系统中Turbo译码器的FPGA实现

6.1 MIMO-GMC系统Turbo译码器的总体设计

6.1.1 Turbo译码器在MIMO-GMC系统接收机中的位置

6.1.2 Turbo译码器的结构

6.1.3译码器的对外接口

6.1.4译码器的时序

6.2译码器主题模块设计

6.2.1交织器的实现

6.2.2 RSC译码器的实现

6.3译码器模块的测试

6.3.1译码器模块的测试方案

6.3.2译码器模块的测试结果

6.4实现与总结

6.4.1资源使用情况

6.4.2结论

小结与展望

致谢

参考文献