Turbo码的碰撞自由及二次置换多项式交织器的优化设计与性能仿真

来源 :西南交通大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:oldfly2005
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1993年出现的Turbo码,由于其很好的运用了Shannon信道编码理论中的随机性编码条件,从而获得了接近Shannon理论极限的译码性能,首次证明了香农理论的正确性。实现Turbo码随机性编码的方法是交织器的使用。一个好的交织器能够使输入的信息序列经过交织后尽可能地随机化,从而避免产生低重量码字的信息序列在经过交织后编码仍然产生低重量的码字。对于一个交织块长Ⅳ而言,存在的交织器的个数有N!个。如何在交织器集合中筛选出优秀的交织就成为了研究关键。本文首先分析了Turbo码的编译码原理,介绍论文的研究内容,主要贡献和组织结构。接着对传统经典交织器进行分析和研究,总结出了各种交织器的优点和不足,为交织器的优化设计提供了参考标准。采用迭代译码方案也是Turbo码优异性能的其中一个关键因素,但迭代译码需要较大的时延。随着3G和4G通信系统的发展,实时通信系统对时延和传输速率有了更高的要求。Turbo码并行译码方案能够显著地降低译码延迟,适合高比特速率传输的通信系统,从而被广泛采纳。但是在Turbo码分块并行译码方案中,交织器的随机置换可能引起存储器地址争用问题。因此在分块并行译码方案中要解决的一个关键问题就是设计出能够避免存储器地址争用问题的碰撞自由交织器。这篇文章沿用了以往的设计碰撞自由交织器的一些较好的方法,并针对它们中存在的一些缺点,提出了两种新的无碰撞S随机交织器设计方案。和以往的行列S随机交织器相比较,计算机仿真结果表明它们具有较好的延展因子S值、平均码字自由距离和误比特率性能。和S随机交织器相比,2005年提出的二次置换多项式交织器也是一种性能优异的交织器。它在一些交织块长较短的情况下,能够获得比S随机交织器具有更好的性能,而在交织块长较长的情况下,也能够获得接近S随机交织器的性能。此外二次置换多项式交织器还有其它优点:它易于通过数学理论进行分析,本身具有碰撞自由特性,占用存储空间小,从而使它被选为3GPP LTE标准Turbo码交织器。因此本论文也对QPP交织器进行了研究。首先根据QPP交织器的提出者给出的筛选准则对QPP交织器进行筛选,得到对应的最大化D参数和最佳Ω’参数的QPP交织器集合,并分析这种搜索算法的缺点,通过结合对译码性能有重要影响的dfree参数,提出了一种新的优秀QPP交织器搜索方案,并通过计算机搜索结果和仿真结果证明使用本论文建议的方案能够搜索到误比特率性能优于3GPP LTE标准的QPP交织器表。
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