發(fā)布時間：2020-04-25 12:15

【摘要】：自從香農(nóng)定理被提出以來,信道編碼經(jīng)過了多年的發(fā)展,誕生出了許多經(jīng)典的編譯碼算法,比如LDPC碼與Turbo碼,但一直沒有一種編碼方法能達到香農(nóng)理論極限。直到土耳其教授Ardal Arikan發(fā)現(xiàn)信道極化現(xiàn)象并以此提出了極化編碼方法,該方法通過數(shù)學推導能達到香農(nóng)極限。這無疑對極化碼的研究起到了巨大的推動作用。極化碼具有線性的編碼復雜度以及優(yōu)秀的譯碼性能,在5G大幅推進的今天,極化碼具有很高的應用價值。本文主要研究以及創(chuàng)新點為:第一,研究了LDPC與Turbo碼的基本編譯碼方法,并與極化碼進行對比,介紹各自優(yōu)缺點。并通過對BEC與BSC信道的組合拆分,引出了信道極化現(xiàn)象及其性質(zhì),作為極化碼的理論基礎,重點研究了兩種信道下的巴氏參數(shù),更具有一般性的研究了AWGN信道下的轉(zhuǎn)換計算方法。第二,從極化現(xiàn)象引導推出了極化碼思想,在此基礎上介紹了極化碼的生成矩陣,并探討了矩陣的迭代推導方法。在此基礎上進行了三種譯碼算法的討論:SC譯碼算法、SCL譯碼算法和CA-SCL譯碼算法。信道挑選作為極化碼理論的重要組成成分,本文在對經(jīng)典挑選方法進行討論的同時提出了一種新的AWGN信道下的挑選方法。首先將AWGN信道轉(zhuǎn)換為BSC信道,再根據(jù)BSC信道的巴氏參數(shù)進行信道挑選。第三,考慮硬件實現(xiàn)的復雜度問題,本文在對數(shù)域利用最小和算法對計算單元進行了簡化,提出了便于硬件實現(xiàn)的計算單元。在對不同量化寬度譯碼性能進行仿真之后,考慮到硬件復雜度與譯碼性能的平衡,最終選擇將LLR數(shù)據(jù)進行8bit量化,為了防止溢出,路徑度量值采用了12bit量化。第四,在比較了幾種經(jīng)典的SC類譯碼硬件結(jié)構(gòu)的各自優(yōu)缺點之后,考慮到硬件實現(xiàn)復雜度與譯碼性能的均衡之后,本文提出利用先進的半平行結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)譯碼算法的硬件實現(xiàn),在可接受范圍內(nèi),極大的降低了譯碼的復雜度,并獲得了較低的時延以及較高的系統(tǒng)吞吐率。根據(jù)各個系統(tǒng)子模塊的功能與特點,采用模塊化設計,并進行了功能仿真,最終利用Modelsim得到正確仿真結(jié)果。在系統(tǒng)時鐘頻率為150MHz的情況下,本文設計的譯碼器吞吐率可達到25.6Mbps,資源占用率僅為7%。
【圖文】：

第一章 緒 論1.1 數(shù)字通信系統(tǒng)整體框架隨著數(shù)字通信系統(tǒng)的快速發(fā)展以及移動互聯(lián)網(wǎng)的日益增長的需求，，通信業(yè)務覆蓋的范圍來越廣闊，而 5G 技術(shù)的出現(xiàn)進一步催化了消費者的需求�，F(xiàn)階段復雜應用場景，大數(shù)據(jù)應用，低延時需求的出現(xiàn)都要求一個可靠高速低差錯率的數(shù)字通信系統(tǒng)[1]。圖 1.1 所示為數(shù)字信系統(tǒng)簡易的整體框架，其中，信源作為信號發(fā)送端，信宿作為信號接收端，之間再經(jīng)過眾系統(tǒng)協(xié)同配合下一起組成了整個系統(tǒng)。模擬信源經(jīng)過信息采集后轉(zhuǎn)化為二進制電信號，并經(jīng)信源編碼去冗余，然后進入信道編碼器，在信息序列中添加已知冗余位來增強信息抗干擾性在進入信道之前經(jīng)過數(shù)字調(diào)制轉(zhuǎn)化為模擬信號以便在信道中傳輸，由于信道中的噪聲干擾會致信號失真，所以在接收端會進行糾錯。首先數(shù)字解調(diào)器將信號轉(zhuǎn)化為二進制信號，即為模轉(zhuǎn)換，然后在信道譯碼器中根據(jù)添加的冗余位進行譯碼。最后經(jīng)過信源譯碼器還原為初始信并轉(zhuǎn)換為模擬信號得到想要的結(jié)果。至此粗略的信號傳輸流程就算完成了。

饋的思想將復雜度大大降低，并將短碼組合成為長碼，實現(xiàn)了編碼的隨機性，其性能接近香農(nóng)極限。而 LDPC 碼譯碼采用并行迭代的算法，在復雜度上低于 Turbo 碼，并且性能也接近香農(nóng)極限。兩者作為傳統(tǒng)信道編碼技術(shù)如今應用依舊相當廣泛。2.1 Turbo 碼編碼結(jié)構(gòu)Turbo 碼編碼器具有流水線的處理結(jié)構(gòu)，如圖 2.1 所示。由于插入了交織器，兩個遞歸系統(tǒng)卷積碼（Recursive Systematic Convolution code，簡稱 RSC）編碼器的輸出p1x和p2x具有非相關性，N 位交織器將分量編碼器 RSC1 和 RSC2 并行級聯(lián)在一起，然后再將輸出通過刪余矩陣進行刪余，得到設定的碼率。首先，信息序列表示為1 2{ , }Nu u u u ，分兩路進行并行編碼，一路通過一個N 比特交織器輸出得到新序列2 1 2= { , }p Nu u u u ，p2u相較u進行了位置置換，信息內(nèi)容沒有改變。接著，p1u u和p2u進入各自的分量編碼器，然后將u不做任何變化輸入系統(tǒng)復用器。兩個完全相同的分量編碼器輸出序列p1x和p2x后直接進行刪余操作，即在兩組校驗序列中規(guī)律地刪除一些碼字以控制產(chǎn)生想要的碼率，然后將得到的校驗序列px與編碼序列0x 進行復用拼接輸出最終碼字 X 。編碼系統(tǒng)最關鍵的點在于交織器和分量編碼器的設計。輸入數(shù)據(jù)u0x
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN911.22;TN791

【參考文獻】

相關期刊論文 前2條

1 李桂萍;支侃買;劉小航;;高斯信道下極化碼構(gòu)造方法研究[J];信息技術(shù);2015年09期

2 邢超;許順頻;趙生妹;;一種基于整數(shù)操作的極化碼最小和譯碼算法[J];南京郵電大學學報(自然科學版);2015年01期

相關博士學位論文 前1條

1 張順外;LDPC編碼協(xié)作系統(tǒng)性能與碼的設計研究[D];南京航空航天大學;2013年

相關碩士學位論文 前4條

1 宋劉一漢;竊聽信道下基于極化碼的安全編碼技術(shù)研究[D];浙江大學;2015年

2 師爭明;信道極化碼理論及其量化譯碼研究[D];北京郵電大學;2015年

3 王繼偉;極化碼編碼與譯碼算法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2013年

4 陸婷婷;極化碼的編解碼研究及仿真[D];南京理工大學;2013年

本文編號：2640234