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《低復(fù)雜度turbo 乘積碼譯碼算法概述與應(yīng)用》由會(huì)員上傳分享,免費(fèi)在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫(kù)。
1、低復(fù)雜度Turbo乘積碼譯碼算法概述與應(yīng)用第一章緒論1.1課題研究背景近些年來(lái),通信技術(shù)飛速發(fā)展,信息傳輸?shù)目煽啃院透咝猿蔀榱巳藗冴P(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題。因此,數(shù)字通信的研究人員也在不斷探索,為實(shí)現(xiàn)更好的差錯(cuò)控制而努力,目標(biāo)是在保證通信質(zhì)量的前提下,提高數(shù)據(jù)傳輸速率。信道編碼技術(shù)可以有效提高通信質(zhì)量,降低數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼`碼率。早在1948年,現(xiàn)代信息論的奠基人香農(nóng)(ClaudeE.Shannon),首次在AMathematicalTheoryofmunication論文中提出了有噪信道編碼定理[1],即后來(lái)人們熟悉的香農(nóng)第二定理。該定
2、理特別指出,雖然在信息傳播過(guò)程中,噪聲會(huì)干擾通信信道,但是如果在信息傳輸速率R小于信道容量C的前提下,還是有可能以任意低的錯(cuò)誤概率傳送數(shù)據(jù)信息。在定理中,香農(nóng)并沒(méi)有明確指出構(gòu)造錯(cuò)誤監(jiān)測(cè)模型的方法,只是告訴大家信息傳輸有可能達(dá)到的最佳效果。因此,香農(nóng)定理是現(xiàn)代信息論的基礎(chǔ)理論,為后面的研究人員尋找好的糾錯(cuò)編碼指明了方向,它在通信領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用,如航空遙測(cè)系統(tǒng)、移動(dòng)通信系統(tǒng)等。圖1.1所示為航空遙測(cè)系統(tǒng)總體框圖,從圖中我們可以清楚地看到信道編碼和信道譯碼兩個(gè)模塊在系統(tǒng)中的位置和發(fā)揮的重要作用。迄今為止,信道編碼技術(shù)已經(jīng)有六
3、十多年的發(fā)展歷史。1950年,漢明在他的論文ErrorDetectingandErrorCorrectingCodes中提出了漢明碼[2],它是歷史上第一個(gè)應(yīng)用非常廣泛、并且實(shí)用性很強(qiáng)的前向糾錯(cuò)碼(FEC),屬于可以糾正一個(gè)錯(cuò)誤的線性分組碼。同時(shí),漢明碼的提出也為線性分組碼的發(fā)展奠定了理論基礎(chǔ)。分組碼在編碼過(guò)程中是將信息分組,并且單獨(dú)進(jìn)行編碼[3]。在1995年,Elias等人提出了卷積碼的概念[4],不同于分組碼,卷積碼不采用對(duì)信息序列分組,而是按照時(shí)間先后,將連續(xù)輸入的信息序列進(jìn)行編碼得到輸出序列。卷積碼的譯碼有兩種譯碼
4、方式,一種是在1967年,Viterbi提出的最大似然算法[5],另外一種是在1974年,Bahl提出的最大后驗(yàn)概率算法(Maximumaposteriori,MAP)[6]。后者被稱為最小誤碼率算法,但是該算法譯碼復(fù)雜度很高,在實(shí)際應(yīng)用中一般采用Viterbi算法,它是通過(guò)接收序列找出最有可能的發(fā)送序列。..1.2國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀和研究意義TPC的發(fā)展歷史可以追溯到上個(gè)世紀(jì)五十年代,麻省理工學(xué)院的Elias.P在他的論文Error-freecoding中提出了乘積碼的概念,但是當(dāng)時(shí)硬件發(fā)展水平有限,幾十年來(lái)限制了它的使用。直
5、到1994年,R.Pyndiah等人將Turbo碼的譯碼思想應(yīng)用到TPC中,在Chase譯碼算法的基礎(chǔ)上進(jìn)行修改,得到了基于Chase-II的軟輸入軟輸出(Soft-InputSoft-Output)迭代譯碼算法,它的糾錯(cuò)性能可以接近Turbo碼,并以較低的譯碼復(fù)雜度,迅速得到了國(guó)內(nèi)外眾多研究者的青睞。于是關(guān)于TPC編譯碼技術(shù)方案的專利和文獻(xiàn)不斷出現(xiàn),國(guó)外對(duì)TPC碼的研究要領(lǐng)先于國(guó)內(nèi)。1998年,美國(guó)tech的子公司AHA研制出了TPC碼的專用集成芯片,被廣泛應(yīng)用在工業(yè)界中,開(kāi)啟了TPC碼硬件開(kāi)發(fā)使用的進(jìn)程。另外還有兩家著名
6、的公司,Altera和Xinlinx也相繼研制出了可以靈活編程的TPC編譯碼技術(shù)芯片。近些年來(lái),美國(guó)在ARTM(靶場(chǎng)先進(jìn)遙測(cè)計(jì)劃)中,開(kāi)始研究將多符號(hào)(MSD)和TPC相結(jié)合的PCM/FM遙測(cè)系統(tǒng)的性能增強(qiáng)技術(shù)[16]-[18]。很多發(fā)達(dá)國(guó)家,如美國(guó)、日本等,已經(jīng)將TPC編譯碼技術(shù)應(yīng)用到衛(wèi)星通信領(lǐng)域。TPC是當(dāng)今信道編譯碼的關(guān)鍵技術(shù),目前國(guó)內(nèi)也已經(jīng)有一些研究成果。為了與國(guó)際接軌,保證先進(jìn)技術(shù)的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán),國(guó)內(nèi)著名高校和研究所針對(duì)TPC編譯碼技術(shù)展開(kāi)了深入的研究。2001年,清華大學(xué)在數(shù)字多媒體與廣播系統(tǒng)中,成功將TPC技術(shù)
7、作為其編譯碼方案,取得了良好的應(yīng)用效果[19]。2007年,上海交通大學(xué)在TPC的編碼校驗(yàn)方案上有所突破和創(chuàng)新,并且申請(qǐng)了多項(xiàng)技術(shù)專利。同年,北京航天三院將TPC應(yīng)用在星間光通信中,做了大量的研究分析工作[20]。這些研究成果成功地推動(dòng)了國(guó)內(nèi)TPC編譯碼技術(shù)的發(fā)展。第二章Turbo乘積碼編譯碼原理及應(yīng)用2.1Turbo乘積碼編碼原理乘積碼的概念是由麻省理工學(xué)院的P.Elias教授在1954年的論文Error-freecoding中提出來(lái)的,它是一種高效的長(zhǎng)分量碼,可以由相同或者不同的短分量碼構(gòu)造而成。其編碼主要思想是:首先將
8、待編碼的信息序列以矩陣形式排列,然后分別對(duì)每一行進(jìn)行線性編碼,最后將得到的信息矩陣的每一列也進(jìn)行列線性編碼,這樣就構(gòu)成了編碼矩陣,即新的長(zhǎng)分量碼矩陣。TPC碼是在乘積碼的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái),其構(gòu)造不同于Turbo碼,它將Turbo碼的構(gòu)成碼由卷積碼替換成了線性分組碼,因此該編碼方式較為特殊,通