雙二元卷積Turbo碼譯碼算法與譯碼器結(jié)構(gòu)設(shè)計研究.pdf

1、多元卷積Turbo碼仍由二元Turbo碼發(fā)明人C. Berrou等于1999年在二元碼的基礎(chǔ)上提出，具有編碼效率更高，相對譯碼延遲更小等特點。目前，雙二元卷積Turbo碼（DB-CTC：Double Binary Convolutional Turbo Code）已被如2010年頒布的IEEE802.16m等多個現(xiàn)代國際通信標準采納為信道編碼碼型。盡管已有成熟的二元Turbo碼研究成果，但是DB-CTC譯碼算法研究和工程需求尚有一定的研

2、究空間，因此，展開 DB-CTC的簡化譯碼算法和低存儲容量譯碼器研究具有重要的現(xiàn)實意義。
　　DB-CTC具有時間和空間上的雙重對稱性。時間上，前向度量和后向度量的計算具有迭代過程上的對稱性，在迭代計算末點需要少量的數(shù)據(jù)交換，從而提供了減小迭代處理時序長度的可能性?？臻g上，DB-CTC在網(wǎng)格圖上可以分解為兩個經(jīng)典二元Turbo碼網(wǎng)格圖的復(fù)合，從而DB-CTC的網(wǎng)格圖有并行處理特征，提供減小譯碼器整體復(fù)雜度的可能。
　　本學(xué)位

3、論文首先分析DB-CTC的編碼結(jié)構(gòu)，改進了最大后驗概率（MAP）算法，通過優(yōu)化多變量*max操作，降低了譯碼復(fù)雜度。其次，為加快譯碼速度，提出了一種雙向并行的 DB-CTC譯碼器結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。最后，在低存儲容量的DB-CTC碼譯碼器結(jié)構(gòu)研究中，提出了一種“比較-選擇-重算”的設(shè)計思路，給出了三種具體的譯碼器結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，并將該思路推廣到對數(shù)域，給出了相應(yīng)的譯碼器結(jié)構(gòu)設(shè)計。
　　進一步地，本學(xué)位論文的主要工作和成果歸納如下四個方面。

4、
　　1．研究了DB-CTC碼的一種改進MAP算法
　　在經(jīng)典MAP算法基礎(chǔ)上定義了一種新的分支度量計算方法，可將MAP算法中的指數(shù)和對數(shù)計算分離到譯碼之前的預(yù)處理單元，并研究了預(yù)處理單元內(nèi)指數(shù)計算的線性近似以降低譯碼復(fù)雜度，由此獲得了一種改進的 DB-CTC譯碼算法，新算法譯碼性能較經(jīng)典MAP算法僅有約0.01 dB的損失。
　　2．研究了DB-CTC譯碼中多變量*max操作的簡化方案
　　分析了 DB-CTC

5、譯碼過程中兩種雅可比對數(shù)式近似計算的遞歸實現(xiàn)復(fù)雜度，提出了將遞歸計算分解為簡單的比較操作和一次雅可比對數(shù)式近似的方法，顯著降低了計算復(fù)雜度，且譯碼性能較*max操作遞歸實現(xiàn)的方法提高了0.03~0.06 dB。
　　3．研究了DB-CTC譯碼的雙向并行譯碼方案
　　分析了 DB-CTC碼分支度量的計算冗余特性，通過分支度量矩陣分析，簡化其計算復(fù)雜度。將拆分因子用于前向和后向度量的計算，利用前向因子矩陣和后向因子矩陣可以相互構(gòu)

6、造的關(guān)系，提出了基于 DB-CTC碼對稱性的高速譯碼器設(shè)計方案，在增加少許硬件開銷的條件下，使得譯碼速度較傳統(tǒng)譯碼結(jié)構(gòu)提高了一倍。
　　4．研究了DB-CTC譯碼的低存儲容量譯碼器結(jié)構(gòu)設(shè)計，獲得了如下三個方面的改進。
　　（1）不必要將所有的狀態(tài)度量值都存放在狀態(tài)度量緩存（SMC：State Metrics Cache）中，從而提出了一種“比較-選擇-重算（CSRP：Compare-Select-Recalculate Pr

7、ocessing）”的新思路，即：只存儲部分狀態(tài)度量值，而未存儲的狀態(tài)度量值在CSRP單元內(nèi)重新計算。
　?。?）利用經(jīng)典DB-CTC的“蝴蝶”形譯碼框架，給出了一種雙向并行的CSRP低存儲容量譯碼器結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，有效降低了譯碼器總的存儲器容量。
　?。?）將“比較-選擇-重算”的設(shè)計思路推廣到對數(shù)域，定義了一種新的*min操作，采用三折線近似，以較小的誤差實現(xiàn)了該操作的近似計算。分析和仿真表明，該設(shè)計方案的SMC容量較傳統(tǒng)