【正文】 .......................................................................... 13 計(jì)算軟判決 值 ...................................................................................... 14 軟判決值的更新 .................................................................................. 14 外部信息值 的計(jì)算 .............................................................................. 14 改進(jìn)的 SOVA 譯碼算法 ..................................................................... 14 3 編碼器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) ................................................................................................ 17 偽隨機(jī)序列發(fā)生器 ......................................................................................... 17 交織器 ............................................................................................................. 17 分量編碼器模塊 ............................................................................................. 32 截余模塊 ......................................................................................................... 35 幀同步機(jī) ......................................................................................................... 35 信道模型 ......................................................................................................... 36 接收機(jī)的分接插入模塊 ................................................................................. 37 IV 4 譯碼器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) ................................................................................................ 38 定點(diǎn)量化 ......................................................................................................... 38 譯碼器的實(shí)現(xiàn) ................................................................................................. 38 單譯碼器的設(shè)計(jì) .................................................................................. 38 譯碼器總體框圖 .................................................................................. 39 SOVA 譯碼器的設(shè)計(jì) .......................................................................... 40 反相計(jì) 算模塊工作原理 ...................................................................... 45 交織與解交織 ...................................................................................... 46 5 Turbo 碼編譯碼器的系統(tǒng)仿真 .................................................................................. 48 仿真工具 ......................................................................................................... 48 仿真語言 ......................................................................................................... 49 集成開發(fā)環(huán)境的選擇 .......................................................................... 49 設(shè)計(jì)語言的選擇 .................................................................................. 49 仿真流程 ......................................................................................................... 50 結(jié)論 .................................................................................................................................. 56 致謝 .................................................................................................................................. 57 參考文獻(xiàn) .......................................................................................................................... 58 附錄 A 英文原文 ............................................................................................................ 60 附錄 B 漢語翻譯 ............................................................................................................. 66 1 1 緒論 Turbo 碼 編譯碼器的研究目的和意義 1948 年， Shannon 發(fā)表了題為 《 A Mathematical Theory of the Communication》的著名論文，在這一論文中， Shannon 提出的理論為信息編碼以及現(xiàn)代通信理論糾錯碼的奠定了基礎(chǔ)，它的發(fā)表標(biāo)志著信息與編碼這一學(xué)科的創(chuàng)立。 I 摘 要 Turbo 碼將卷積碼和隨機(jī)交織器結(jié)合在一起，巧妙地實(shí)現(xiàn)了隨機(jī)編碼的思想，同時采用軟輸出迭代譯碼來逼近最大似然譯碼。該論文從數(shù)學(xué)的角度出發(fā)，定義了信源的嫡和信道容量，并且給出這樣的證明，認(rèn)為只要信源的嫡和信道容量相比要小，則存在某種差錯控制編碼方法，能夠使信道輸出的錯誤概率減小為 任意小，從而在噪聲信道上實(shí)現(xiàn)質(zhì)量較好的可靠通信 [1]。格狀編碼調(diào)制在帶限信道下能夠比較接近Shannon 極限，因此 TCM 的提出成為信道編碼領(lǐng)域的一個重要里程碑 。在信道編碼中， Turbo 碼在低信噪比情況下優(yōu)勢十分明顯。不僅是這些， Perez 教授還對距離譜加深一步理解和研究，得出了 Turbo 碼譯碼過程中產(chǎn)生誤碼底限的原因。南澳大利亞大學(xué) Small World 通信研究組最先開始開發(fā) Turbo 編譯碼器并推出了 Turbo 碼產(chǎn)品，新加坡 Oki公司推出了用于 Turbo編解碼的專用芯片 EMIK07 ， Advanced Hardwar 推出了單芯片 Turbo 乘積碼 (TCP)編解碼器 Astro LE，世界上兩大著名的 FPGA 供應(yīng)商 Xilinx 和 Altera 公司都推出了基于自己FPGA 芯片的 Turbo 碼編譯碼器的 IP Core。但是采用此算法計(jì)算量大，譯碼復(fù)雜度高，在實(shí)際中應(yīng)用起來比較困難。實(shí)際上，為簡單起見，采用迭代譯碼的 Turbo 碼信息位幀長度一般與 5 交織器的交織深度一致，而交織深度的選取多半根據(jù)所需支持的通信業(yè)務(wù)的性質(zhì)及其要求達(dá)到的誤碼率等因素決定。目前正研究將 Turbo譯碼思想進(jìn)一步推廣到更為廣泛的檢測和譯碼結(jié)構(gòu)中，如串行級聯(lián)譯碼、均衡、編碼調(diào)制、多用戶檢測、聯(lián)合信源與信道譯碼等。 6 2 Turbo 碼編譯碼器的原理及算法 Turbo 碼編碼原理 Turbo 碼 編碼器 包含一個交織器分成的兩組卷積碼，由圖 所示，生成的碼是兩組同碼率的二進(jìn)制組合碼。兩個分量編 7 碼器采用的都是 RSC（ 遞歸系統(tǒng)卷積 ）碼。 規(guī)則交織器 分組交織器的一種結(jié)構(gòu)如表 所示。與分組交織器相比，由于其交織后相鄰碼元之間產(chǎn)生的距離較大，則在去相關(guān)性方面更優(yōu)于分組交織器。矩陣中每一行分別與兩個分量編碼器相對應(yīng)，其中 “ 0” 表示相應(yīng)位置上的校驗(yàn)比特被刪除，而“ 1”表示保留相應(yīng)位置上的校驗(yàn)比特。完成交織過程。為此 1993年提出 Turbo 碼的同時提出了一類新的遞歸型系統(tǒng)卷積碼 (RSC, Recursive Systematic Convolutional )，該碼在高碼率時比最好的 NSC 還要好。對于 Turbo 碼這樣的并行級聯(lián)碼，如果分量譯碼器的輸出為硬判決，則不可能實(shí)現(xiàn)分量譯碼器之間軟信息的交換，從而限制了系統(tǒng)性能的進(jìn)一步提高。 在這里首先給出遵循的變量名及下標(biāo)使用規(guī)則。經(jīng)過研究表明，當(dāng)解調(diào)器采用軟判決譯碼時，得到的編碼增益要比采用硬判決譯碼時高出 2dB 左右。 S O V A 1 S O V A 2解 交 織交織器解復(fù)用交織器解交織Y t 14 計(jì)算軟判決值 時刻 k 路徑 m 的概率由公式 () ( ) ， (2,4) 式中 C 為常數(shù)。 15 SOVA 算法較 MAP 算法性能下降的原因之一是 SOVA 的輸出軟判決值偏大，或者說對判決可信度的估計(jì)過高，限幅 SOVA 通過設(shè)置門限對軟判決值進(jìn)行限制來解決這一問題。目前，在各種 SOVA 改進(jìn)算法中，雙向 SOVA 的性能最好，但是由于引入了正反兩個方向的計(jì)算，所以譯碼復(fù)雜度增加較大。 修正函數(shù) H( )的選取直接影響譯碼性能。 Turbo 碼編碼器輸入的原始信息由偽隨機(jī)序列發(fā)生器產(chǎn)生，本文采用移位寄存器來實(shí)現(xiàn)偽隨機(jī)序列發(fā)生器，其結(jié)構(gòu)如圖 所示。在 Turbo 碼編碼與譯碼的過程中都會用到交織器，且數(shù)據(jù)交織一般是通過控制數(shù)據(jù) RAM 的讀寫地址來實(shí)現(xiàn)，即只要獲得數(shù)據(jù)的交織地址就可完成交織和解交織過程。由于采用了 8 級移位寄存器設(shè)計(jì)的 m序列發(fā)生器，則 交織深度為 256bit。 // 0 時刻選中狀態(tài) selTrans: in ARRAY8b。 begin process (clk, rst) variable free : std_logic_vector(7 downto 0)。 variable state_l1 : INT2BIT。 end loop。039。 and clk39。 22 for i in 0 to 7 loop current_state:= i。 else