OFDM系统中Turbo编码混合ARQ技术的研究和实现-CNEL.ppt

Bell Joint Lab OFDM系统中Turbo编码混合ARQ技术的研究和实现 答辩人：刘伟峰 指导老师：朱杰 背景概述 课题背景 高频短波通信 抗毁能力极强 覆盖范围广 运行成本低 机动灵活 战争、自然灾害、边远地区的主要通信方式 研究重点 Turbo码的原理、仿真和设计 Matlab建模仿真 矩阵推导MAP算法 短帧Turbo码的设计方法 Turbo编码混合自动重复请求方案 现有方案的分析比较 提出新颖的“分而治之Turbo编码HARQ”方案 系统模块的DSP实现与优化 循环冗余校验码的快速实现 Max-Log-MAP算法的实现与优化 OFDM——抗多径衰落的尖兵 频谱划分成窄的平坦衰落子信道 串并变换后，每个子信道上的符号速率下降，可以很好的对抗时延扩展 把频率和时间选择性衰落的影响随机化，有利于纠错码工作 一个频率选择性信道→多个非频率选择性信道 Turbo码的原理、仿真和设计 Turbo码——接近Shannon限的好码 编码器由两个递归系统卷积码通过交织器级联的方式结合而成，以较小的编译码复杂度，生成码重分布优良的长码 译码器采用迭代的方式，两个分量译码器互相帮助，充分利用码子的约束信息 在短约束长度、长分组以及10到20次迭代的情况下，Turbo码在误码率（BER）10e-5处距离Shannon限0.5dB左右 Turbo编码器 Turbo解码器 软输入软输出分量译码器 对数似然比（LLR） Y是观测，uk 是估计值 符号表示0，1比特，幅度表示可靠程度 MAP算法 想法 把比特的概率估计转化为状态转移的概率估计 把状态转移的概率估计以递推形式计算 计算 三种度量，两次递推，一步到位 特点（相比维特比算法） 复杂度大（乘法，除法，指数，对数计算） 卷积译码无优势 可以输出译码软信息 MAP算法 前向度量 后向度量 分支度量 前向递推 后向递推 后验概率LLR MAP算法的计算流程 计算分支度量 前向递推计算前向度量 后向递推计算前向度量 综合计算后验概率LLR MAP的简化算法——Max-Log-MAP 指数运算和乘法运算的噩梦 变换到对数域中 利用近似公式 Log-MAP算法 近似导致性能损失 引入纠正项 Turbo码仿真1之译码器结构——迭代次数 Turbo码仿真1之译码器结构——误码率 短帧Turbo码的设计要点1 译码器结构的选择：PCCC结构的误码平层大约为1e-5，而SCCC结构能够提供更低的误码平层（大约1e-7），SCCC需要更多的迭代次数达到误码平层，本身的译码复杂度也是远远高于PCCC（内编码器是4进制输入，8进制输出，格形图上有16个状态，每个状态出发有4条路径，每个状态有4条路径交汇）。在本系统中，我们选择PCCC结构。 Turbo码仿真2之分量码——递归 Turbo码仿真2之分量码——生成多项式 Turbo码仿真2之分量码——约束长度 短帧Turbo码的设计要点2 分量码的选择：分量码必须是递归形式的，递归形式的分量码对于Turbo码减少低码重码子起着十分重要的作用，分量码的生成多项式也起着十分重要的作用，必须优化设计，分量码的约束长度对于Turbo码的作用十分有限，增大分量码的约束长度导致译码器复杂度的增加。在本系统中，我们推荐使用poly2trellis(3, [7 5],7)分量码。 Turbo码仿真3之帧长 短帧Turbo码的设计要点3 帧长：对于Turbo码的性能而言，希望帧长越长越好，虽然帧长度的增加不会增加单位比特译码的复杂度，但是帧长直接决定了系统传输的时间延迟和译码存储空间，所以帧长度的选择必须折中考虑。一般的对于语音系统，帧长为200比特左右，对于视频系统，帧长为1000比特左右。本系统中，我们使用256比特作为帧的长度。 Turbo码仿真4之交织器——SCCC Turbo码仿真4之交织器——PCCC Turbo码仿真4之交织器——奇偶分离 短帧Turbo码的设计要点4 交织器：交织器在Turbo码系统中也是一个十分重要的组件，相比较差的交织器，良好的交织器可以提供大约0.2dB到1dB左右的增益，大量的试验证明，一般的随机交织可以取得良好的性能，代数交织和随机交织的性能相当，但是随着帧长的变小，随机交织的优越性会消失，直至我们必须“刻意”的设计交织器，才能使Turbo码正常工作。随机交织对于帧长度没有约束，代数交织器一般对于帧长有着特殊的要求，矩阵交织器同样要求帧长能够分解成两个相近数的乘积。所有的交织器都可以通过查表的方式完成。本系统中，我们推荐使用随机交织。 Turbo码仿真5之译码算法——简化 Turbo码仿真5之译码算法——量化比特数 短帧Turbo码的设计要点5 译码算法：L