基于虚拟无线电实现的宽带无线通信信道译码器

摘要

随着无线通信技术的不断发展，新的无线通信系统不断涌现，功能多样的无线通信设备层出不穷。基于GPP的虚拟无线电系统是一种通用可扩展的硬件平台，通过加载不同的软件可以灵活的实现不同的通信功能。而物理层信号的实时处理是实现基于GPP的虚拟无线电系统的研究重点和难点。本文以CMMB和LTE这两种通信系统为基础，对它们的物理层信道编码（LDPC码和Turbo码）的译码器进行优化，取得了较好的性能。
　　文章分别实现了CMMB标准的LDPC译码算法和LTE标准的Turbo译码算法。前者以1/2码率为例，通过仿真选择了Normalized BP_based算法；后者以1984bit的码长为例，选择了Max-Log-MAP算法。分别实现二者的译码器后，为了能更方便地使用SIMD指令集进行优化，需要对译码器进行了定点化处理。定点化处理分为输入数据的和中间变量的定点化两部分，均包括精度确定、饱和截位位宽的确定等过程。定点化后性能与浮点性能相差低于0.2dB，保持了较好的性能。
　　随后使用SIMD指令集分别对两个译码器进行了并行优化。对LDPC译码器的优化包括：（1）变量节点和校验节点更新操作的并行处理；（2）内存访问操作的优化。对Turbo译码器的优化则主要集中在SISO译码单元的参数α、β、γ的计算过程中。为验证SIMD指令集优化的效果，在Intel Core i7-3960X处理器平台上使用多线程技术对LDPC译码器进行并行处理，译码器吞吐量达到92Mbps-722Mbps。对于Turbo译码器，在Intel Pentium Dual-Core T4400处理器平台上单个SISO译码器速率相对于SIMD优化前提升了2.71倍左右。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

专用术语注释表

第一章 绪论

1.1 软件无线电简介与发展状况

1.2 虚拟无线电简介及发展

1.3 信道编码

1.4 本文研究的内容及安排

第二章 LDPC码和Turbo码的信道编码原理

2.1 线性分组码

2.2 卷积码

2.3 LDPC码的概念及发展状况

2.4 Turbo码的概念及发展状况

2.5 本章小结

第三章 基于CMMB标准的LDPC译码器实现

3.1 CMMB标准中的LDPC码

3.2 LDPC译码算法

3.3 LDPC译码算法的实现

3.4 LDPC译码定点化

3.5 本章小结

第四章 基于LTE的Turbo码译码器的实现

4.1 LTE中的Turbo码

4.2 Turbo码的译码算法

4.3 Turbo译码算法的实现

4.4 Turbo译码器的定点化

4.5 本章小结

第五章 SIMD指令集优化译码器

5.1 SIMD指令集简介

5.2 LDPC译码器的SIMD优化

5.3 Turbo译码器的SIMD优化

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 论文总结

6.2 下一步研究展望

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文

附录2 攻读硕士学位期间申请的专利

附录3 攻读硕士学位期间参加的科研项目

致谢