發(fā)布時(shí)間：2020-04-25 12:15

【摘要】：自從香農(nóng)定理被提出以來(lái),信道編碼經(jīng)過(guò)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(méi)有一種編碼方法能達(dá)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(guò)數(shù)學(xué)推導(dǎo)能達(dá)到香農(nóng)極限。這無(wú)疑對(duì)極化碼的研究起到了巨大的推動(dòng)作用。極化碼具有線性的編碼復(fù)雜度以及優(yōu)秀的譯碼性能,在5G大幅推進(jìn)的今天,極化碼具有很高的應(yīng)用價(jià)值。本文主要研究以及創(chuàng)新點(diǎn)為:第一,研究了LDPC與Turbo碼的基本編譯碼方法,并與極化碼進(jìn)行對(duì)比,介紹各自優(yōu)缺點(diǎn)。并通過(guò)對(duì)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(chǔ),重點(diǎn)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(jì)算方法。第二,從極化現(xiàn)象引導(dǎo)推出了極化碼思想,在此基礎(chǔ)上介紹了極化碼的生成矩陣,并探討了矩陣的迭代推導(dǎo)方法。在此基礎(chǔ)上進(jìn)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(duì)經(jīng)典挑選方法進(jìn)行討論的同時(shí)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(jìn)行信道挑選。第三,考慮硬件實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度問(wèn)題,本文在對(duì)數(shù)域利用最小和算法對(duì)計(jì)算單元進(jìn)行了簡(jiǎn)化,提出了便于硬件實(shí)現(xiàn)的計(jì)算單元。在對(duì)不同量化寬度譯碼性能進(jìn)行仿真之后,考慮到硬件復(fù)雜度與譯碼性能的平衡,最終選擇將LLR數(shù)據(jù)進(jìn)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(diǎn)之后,考慮到硬件實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度與譯碼性能的均衡之后,本文提出利用先進(jìn)的半平行結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)譯碼算法的硬件實(shí)現(xiàn),在可接受范圍內(nèi),極大的降低了譯碼的復(fù)雜度,并獲得了較低的時(shí)延以及較高的系統(tǒng)吞吐率。根據(jù)各個(gè)系統(tǒng)子模塊的功能與特點(diǎn),采用模塊化設(shè)計(jì),并進(jìn)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(shí)鐘頻率為150MHz的情況下,本文設(shè)計(jì)的譯碼器吞吐率可達(dá)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(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的日益增長(zhǎng)的需求，，通信業(yè)務(wù)覆蓋的范圍來(lái)越廣闊，而 5G 技術(shù)的出現(xiàn)進(jìn)一步催化了消費(fèi)者的需求�，F(xiàn)階段復(fù)雜應(yīng)用場(chǎng)景，大數(shù)據(jù)應(yīng)用，低延時(shí)需求的出現(xiàn)都要求一個(gè)可靠高速低差錯(cuò)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(jiǎn)易的整體框架，其中，信源作為信號(hào)發(fā)送端，信宿作為信號(hào)接收端，之間再經(jīng)過(guò)眾系統(tǒng)協(xié)同配合下一起組成了整個(gè)系統(tǒng)。模擬信源經(jīng)過(guò)信息采集后轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制電信號(hào)，并經(jīng)信源編碼去冗余，然后進(jìn)入信道編碼器，在信息序列中添加已知冗余位來(lái)增強(qiáng)信息抗干擾性在進(jìn)入信道之前經(jīng)過(guò)數(shù)字調(diào)制轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)以便在信道中傳輸，由于信道中的噪聲干擾會(huì)致信號(hào)失真，所以在接收端會(huì)進(jìn)行糾錯(cuò)。首先數(shù)字解調(diào)器將信號(hào)轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制信號(hào)，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(jìn)行譯碼。最后經(jīng)過(guò)信源譯碼器還原為初始信并轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)得到想要的結(jié)果。至此粗略的信號(hào)傳輸流程就算完成了。

饋的思想將復(fù)雜度大大降低，并將短碼組合成為長(zhǎng)碼，實(shí)現(xiàn)了編碼的隨機(jī)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(fù)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(yīng)用依舊相當(dāng)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(gè)遞歸系統(tǒng)卷積碼（Recursive Systematic Convolution code，簡(jiǎn)稱 RSC）編碼器的輸出p1x和p2x具有非相關(guān)性，N 位交織器將分量編碼器 RSC1 和 RSC2 并行級(jí)聯(lián)在一起，然后再將輸出通過(guò)刪余矩陣進(jìn)行刪余，得到設(shè)定的碼率。首先，信息序列表示為1 2{ , }Nu u u u ，分兩路進(jìn)行并行編碼，一路通過(guò)一個(gè)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(jìn)行了位置置換，信息內(nèi)容沒(méi)有改變。接著，p1u u和p2u進(jìn)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(fù)用器。兩個(gè)完全相同的分量編碼器輸出序列p1x和p2x后直接進(jìn)行刪余操作，即在兩組校驗(yàn)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(yàn)序列px與編碼序列0x 進(jìn)行復(fù)用拼接輸出最終碼字 X 。編碼系統(tǒng)最關(guān)鍵的點(diǎn)在于交織器和分量編碼器的設(shè)計(jì)。輸入數(shù)據(jù)u0x
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN911.22;TN791

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

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相關(guān)博士學(xué)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(shè)計(jì)研究[D];南京航空航天大學(xué);2013年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前4條

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本文編號(hào)：2640234