本文選題：Turbo碼　切入點(diǎn)：純整數(shù)Log-Map算法　出處：《西南交通大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：時(shí)至今日,距Turbo碼提出已近20多年的時(shí)間,Turbo碼在信道編碼領(lǐng)域取得了不可替代的地位。在5G即將到來的今時(shí)今日,Turbo碼具有繼往開來的重要作用,為實(shí)現(xiàn)4G到5G的平穩(wěn)轉(zhuǎn)變具有重大的意義。本文以FPGA為設(shè)計(jì)對象,研究一種新型的基于純整數(shù)運(yùn)算下的分塊并行Turbo譯碼器,在時(shí)代背景下謀求創(chuàng)新,迎合發(fā)展。首先,本文分別對Turbo碼編譯碼端結(jié)構(gòu)原理做了講解,然后分析了幾種經(jīng)典的對數(shù)域簡化MAP譯碼算法,對其性能進(jìn)行了軟件仿真對比,結(jié)果表明線性Log-Map算法在譯碼性能優(yōu)良的情況下更易硬件實(shí)現(xiàn);接著,本文研究了純整數(shù)運(yùn)算線性Log-Map譯碼算法,并與浮點(diǎn)數(shù)Log-Map算法與MAP算法進(jìn)行了對比分析,仿真結(jié)果表明其BER性能與浮點(diǎn)數(shù)MAP算法相當(dāng),是一種譯碼性能優(yōu)良且可直接用于硬件處理的實(shí)用算法;鑒于串行迭代譯碼延遲大的缺點(diǎn),本文分別分析了滑窗譯算以及兩種不同初值處理方式的分塊并行譯碼結(jié)構(gòu),并將其與純整數(shù)譯碼算法相融合,軟件仿真確定了基于純整數(shù)運(yùn)算下的分塊滑窗算法的參數(shù)設(shè)置,為后文FPGA端的設(shè)計(jì)做好了理論基礎(chǔ)。在前文研究的基礎(chǔ)上,以Altera公司的Quartus II為設(shè)計(jì)環(huán)境,采用Verilog HDL編程語言對Turbo編譯碼器進(jìn)行FPGA設(shè)計(jì),充分利用流水線結(jié)構(gòu)和并行化結(jié)構(gòu)來優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)序。首先根據(jù)編碼端的構(gòu)造分模塊設(shè)計(jì),對每一個模塊都進(jìn)行了功能驗(yàn)證,給出了設(shè)計(jì)結(jié)果;隨后針對純整數(shù)分塊并行譯碼算法在FPGA上進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì),給出了每一模塊的設(shè)計(jì)方案以及時(shí)序仿真圖。最后,對譯碼器整體進(jìn)行了功能測試和等效性能測試,結(jié)果表明本設(shè)計(jì)能夠正確的完成相應(yīng)的功能。本文共分為四章,第一章以信道編碼發(fā)展史引入Turbo碼,并對其研究現(xiàn)狀做了陳述;第二章在分析Turbo編譯碼原理的基礎(chǔ)上,重點(diǎn)引出了線性Log-Map算法;第三章實(shí)現(xiàn)了將純整數(shù)線性近似Log-Map算法融合于滑窗和分塊并行譯碼結(jié)構(gòu)中;第四章給出了 Turbo編譯碼器的詳細(xì)FPGA設(shè)計(jì)方案及結(jié)果分析。
[Abstract]:Turbo codes have gained an irreplaceable position in the field of channel coding for more than 20 years since Turbo codes were put forward, and Turbo codes will play an important role in carrying forward the future in the coming days of 5G. In order to realize the smooth transition from 4G to 5G, this paper takes FPGA as the design object, studies a new block parallel Turbo decoder based on pure integer operation, seeks innovation and caters to the development under the background of the times. In this paper, the structure principle of Turbo coding and decoding is explained, then several classical log-domain simplified MAP decoding algorithms are analyzed, and their performance is compared by software simulation. The results show that the linear Log-Map algorithm is easier to be implemented in hardware when the decoding performance is good. Secondly, the pure integer operation linear Log-Map decoding algorithm is studied and compared with the floating-point Log-Map algorithm and the MAP algorithm. The simulation results show that its BER performance is comparable to that of floating-point MAP algorithm, and it is a practical algorithm with excellent decoding performance and can be directly used in hardware processing. This paper analyzes the block parallel decoding structure of sliding window algorithm and two different initial value processing methods, and combines them with the pure integer decoding algorithm. The software simulation determines the parameter setting of the block sliding window algorithm based on the pure integer operation. On the basis of the previous research, taking the Quartus II of Altera Company as the design environment, using the Verilog HDL programming language to design the Turbo codec, the author designs the FPGA of the Turbo codec by using the Verilog HDL programming language. Make full use of pipeline structure and parallelization structure to optimize the design timing. Firstly, according to the construction of coding end sub-module design, each module is verified, and the design results are given. Then, the block parallel decoding algorithm of pure integer is designed in detail on FPGA, and the design scheme of each module and the timing simulation diagram are given. Finally, the function test and equivalent performance test are carried out on the whole decoder. The results show that the design can accomplish the corresponding functions correctly. This paper is divided into four chapters. The first chapter introduces Turbo codes in the history of channel coding, and describes the current research situation. Chapter 2 is based on the analysis of the principle of Turbo coding and decoding. The linear Log-Map algorithm is introduced in detail; in chapter 3, the pure integer linear approximate Log-Map algorithm is integrated into the sliding window and block parallel decoding structure; in chapter 4th, the detailed FPGA design scheme and the result analysis of the Turbo codec are given.
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TN911.22;TN791

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