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	3GPP-LTE移动通信系统信道编解码技术研究
	曹蕾
	2007
关键词	信道编码 3GPP长期演进 Turbo码 千兆以太网接口
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卷号	信道编码是用来提高数字通信可靠性的重要手段之一。C.Berrou等人在ICC’93会议上提出了Turbo码，巧妙地将卷积码和随机交织器结合在一起，实现了随机编码的思想[4]。仿真结果表明，记忆长度为4、码率为1/2的Turbo码如果采用大小为65536的随机交织器，并迭代18次，在AWGN信道上当Eb/N0=0.7db时的误比特率（BER）≤10-5，达到了接近Shannon限的性能[4]。Turbo码自提出以来便以其接近Shannon限的优异性能成为纠错码领域的研究热点。Turbo码是一类并行级联的系统卷积码。它的基本原理是通过对编码器结构的巧妙设计，多个子码经过交织器隔离进行并行级联编码输出，增大了码距；而对译码器则引入了软输入软输出译码和迭代译码等方法，从而获得卓越的纠错能力。 本论文着重研究3GPP（The 3rd Genaration Partnership Project）最近提出的LTE（Long Term Evolution）系统中的Turbo编解码技术。首先介绍了Turbo编码的基本概念，包括MAP、LOG-MAP、SOVA等几种译码算法的理论基础与推导过程，对AWGN信道下采用BPSK调制时的Turbo码MAP、LOG-MAP、SOVA等几种译码算法性能进行仿真，考察了Rayleigh衰落信道下的Turbo码误码率性能；接下来研究适用于LTE系统的Turbo编解码技术，对LTE 系统中的Turbo码编码器中的交织算法、译码迭代停止判据、打孔方案等进行了研究和仿真；随着分量码编码多项式约束长度的增加，Turbo码误码率性能并不像AWGN信道下一样有所提高。所以，在LTE系统中，要选择合适约束长度的编码多项式，仅仅依靠增加约束长度并不一定可以提高Turbo码性能。在LTE系统中，质数交织器性能优于分组交织器或随机交织器。此外，采用质数交织器能与3GPP R6保持良好的后向兼容。随着迭代次数的增加，Turbo译码的性能显著提高。但同时也可以看到随着迭代次数的增加，译码性能的提高开始缓慢，特别是8次迭代后性能的改善变得微小。这是因为在一定次数的循环迭代之后2个译码单元的外信息具有了很强的相关性而不再提供新的纠错信息使循环迭代次数达到了饱和。由于我们需要在系统延时和性能之间做折衷，所以一般取迭代次数小于8。在误码率性能相同的情况下，CRC准则所需要的平均迭代次数比其他准则大约少一次。但是在CRC准则下需要在信息序列中添加CRC比特，从而降低了带宽效率，在每次迭代后还需要进行CRC译码，因此CRC准则的复杂性也比较大。平均迭代次数次少的是HDA准则，但是HDA准则需要根据第二个分量译码器输出的软信息计算并存储硬判结果。SCR准则和SDR准则需要的平均迭代次数接近，在高信噪比情况下，SDR准则需要的平均迭代次数更少，而且SDR停止判决却不需要寄存器来存贮前一次迭代的符号值，在硬件实现方面有优势。 针对3GPP R6规范中建议的Turbo码解码器延时和占用硬件资源过多的缺点，研究了Turbo的改进结构IBPTC。IBPTC具有很好的后向兼容性，改进了Turbo码解码延时和硬件实现方面的一些缺陷，同时其优越的纠错性能没有受到影响。本文还对Turbo码打孔方案进行了适当改进，在Turbo编解码过程中，好的打孔方式可以带来多达0.2-1.3dB的性能增益。常规的打孔方法是保留原始信息位，打孔删除部分校验位，以此来实现码率匹配。这个传统观念牺牲了自由码距，影响了误码率性能。最近出现的一种新型打孔方法的思想是同时移除包含在校验位和原始信息位的码位，这样可以保证码的自由距离较大，从而提高误码率性能。本文设计了一组新型的打孔方式，并通过大量的计算机仿真，给出了具有一定参考价值的结论及仿真曲线，对LTE确定信道编码方案有较好的参考意义。 最后，本论文还讨论了为支持由东南大学移动通信国家重点实验室所承担的“FuTURE-FDD”试验系统而设计的硬件平台中基站侧高速数据传输接口的设计与实现工作。实现了千兆以太网（GE）接口协议。实际测试结果验证了接口的性能和系统设计的可行性。在已设计完成的硬件平台上，采用FPGA内嵌的RocketIOTM技术，实现了高速串行接口的设计与FPGA实现。GE接口设计采用的是Xilinx公司的GE IP核。用户只做一些简单的配置就可以实现MAC的收发。在本设计中，关键是上层控制各个单板相互之间收发的时序设计。为了避免碰撞而产生的不可预知延时，系统时序设计尽量避免了多块单板同时发送GE MAC数据包情况。同时算法处理模块对接收数据进行处理时，也需注意要保证数据接收完成后才开始进行处理，以免出错。这个需求主要是通过时隙控制来实现的，对于部分数据也通过GE模块与算法模块进行握手的方式实现。<< 收起
内容类型	其他
URI标识	http://www.corc.org.cn/handle/1471x/6766050
专题	上海电子信息职业技术学院
推荐引用方式 GB/T 7714	曹蕾. 3GPP-LTE移动通信系统信道编解码技术研究. 2007-01-01.

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