LTE物理层之信道编码--数据信息编码:turbo编码

本文详细介绍了LTE物理层中的Turbo编码,它通过两个RSC编码器和交织器实现高性能编码。在3GPP LTE协议中,Turbo码率为1/3,由两个1/2码率的RSC编码器组成。通过迭代译码,Turbo码能够显著提升数据传输的可靠性。文中还举例说明了Turbo编码的工作过程及其在译码算法上的优化,如MAP、Log-MAP和Max-Log-MAP算法。

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Turbo编码巧妙地将两个简单分量码通过伪随机交织器并行级联来构造具有伪随机特性的长码,并通过在两个软入/软出(SISO)译码器之间进行多次迭代实现了伪随机译码。他的性能远远超过了其他的编码方式,得到了广泛的关注和发展。

Turbo编码原理

编码方面主要包括对并行级联编码与串行级联编码的分析,以及对混合级联方式的研究。

Turbo编码器的结构

典型的Turbo码编码器结构框图如图1所示:由两个反馈的编码器(称为成员编码器)通过一个交织器I并行连接而成。如果必要,由成员编码器输出的序列经过删余阵,从而可以产生一系列不同码率的码。例如,对于生成矩阵为g=[g1,g2](212)卷积码通过编码后,如果进行删余,则得到码率为1/2的编码输出序列;如果不进行删余,得到的码率为1/3。一般情况下,Turbo码成员编码器是RSC编码器。原因在于递归编码器可以改善码的比特误码率性能。

 

turbo编码

3GPP LTE协议中使用的T

信息传输的可靠性和有效性一直是通信系统中研究的热点问题,而信道编码技术则是很好解决这一矛盾的有效技术之一。由C.Berrou 等人于1993 年首次提出的Turbo 码,以其接近香农极限的良好性能,不仅在低信噪比下高噪声中表现出优越的性能,而且具有强大的抗干扰、抗衰落能力等优点,使其在通信领域得到了广泛的应用。因而,对Turbo 码的研究具有十分重要的实用价值。本文主要对LTE 标准下的Turbo 码进行了研究及FPGA 实现。   本文介绍了LTE 标准下Turbo 码的理论研究和性能分析,并FPGA 实现。首先,介绍了编码器的结构和译码算法:MAP,LOG_MAP 和MAX_LOG_MAP,接着在考虑译码速度、硬件实现复杂度及资源消耗的前提下,对复杂度较低,性能优异,基于Radix-4 的MAX_LOG_MAP 算法进行了详细推导,并得到了MATLAB下不同影响因素的译码性能曲线。其次,对接收数据量化,定点数据表示,内交织器,MAX_LOG_MAP 中的关键运算单元等模块进行了深入研究和设计。最后,在ISE 13.3 环境下,对FPGA 实现的Turbo 码进行了功能测试,并使用Xilinx公司的Kintex-7(XC7K325T)芯片进行了性能仿真,得到了FPGA 设计的译码性能,并对硬件实现做了进一步的优化。   测试的结果表明,本论文实现的Turbo 码具有良好的性能,工作稳定,是可以满足LTE 系统项目的性能要求的。   近年来由于信息网络化和经济全球化的迅猛发展,人们对移动通信的要求也随之提高,及时可靠,不受任何限制的进行信息传输交流,想要达到高的工作效率和经济效益,这就要求手机不仅仅用来打电话,收发电子邮件,而且还要能上网、文件传输,以及提供各种各样的多媒体服务。现有的移动网络已经很难满足用户的需要,一方面要求移动业务的增长要跟上用户对业务需要的增长速度,另一方面要求我们对技术进行革新,增加系统容量来满足日益增多的移动用户。在这两种要求的驱动下,移动通信技术得以不断的发展。   移动通信由马可尼于1897年率先采用无线电传输消息所开启[1]。时至今日,移动通信在这100多年的历史中已经取得了很大的进步和发展,从诞生于1978年的第一代的模拟蜂窝网电网系统,到第二代全数字蜂窝网电话系统的出现,再到现在第三代个人通信系统和新一代通信系统的普及,移动通信在社会中已不可缺少。
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