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RESEARCH AND IMPLEMENTATION OF TURBO ENCODING AND ITS PARALLEL DECODING IN LTE-A SYSTEM
Master Thesis Submitted to
University of Electronic Science and Technology of China
Major: Communication and Information System Author: Changqiang Wu Advisor: Chun He
School: Communication and Information Engineering
独创性声明
本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。
作者签名: 日期: 年 月 日
论文使用授权
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(保密的学位论文在解密后应遵守此规定)
作者签名: 导师签名:
日期: 年 月 日
摘要
摘 要
现今,3G 已经在全球范围内得到了广泛应用,但是随着技术的革新,它并不能满足人们对通信系统性能的需求。为此,3GPP 在多年技术储备及研究的基础上, 提出了 LTE 系统,并且进一步演进为 LTE-A,其性能远超过了 ITU 定义的 4G 系统的性能要求。因此,LTE-A 已经被确定为下一代移动通信系统的标准,并且得到了世界各大电信设备商的广泛支持。
根据 LTE-A 的标准协议,其物理层链路的数据信道中,采用了性能优越的 Turbo 码作为其信道编码方案,从而保证了数据的可靠传输。但是,由于 Turbo 译码过程较为复杂,硬件实现时将带来巨大的系统延时,因此为了满足 LTE-A 系统高数据速率传输的要求,必须对 Turbo 译码进行改良并且在必要时采用并行译码的方式。
本文首先对 Turbo 编码进行了研究,特别是它在 LTE-A 中的编码方式。在此基础上,设计了一种易于在 FPGA 中实现的编码架构。最终实现的结果表明,本文的设计能够进行正确编码,并且完全支持 LTE-A 中 Turbo 码要求的所有编码长度。与此同时,本文的设计占用了较少的硬件资源,并且具有很高的时钟频率。
针对 Turbo 译码,本文研究了现有的几种译码算法,主要包括 MAP 类算法和 SOVA 类算法,并且仿真比较了 MAP 算法中的 LOG-MAP 算法和 Max-LOG-MAP 算法。相比于 LOG-MAP 算法,Max-LOG-MAP 算法的性能略微有所下降,但是它具有计算复杂度低的优点,所以本文在 Turbo 译码器的设计与实现中采用了 Max-LOG-MAP 算法。
对于 Turbo 译码的并行化处理,本文研究了现有的并行方法,着重对算法级的分块并行方式进行了阐述。通过 MATLAB 仿真, 验证了不同并行度下 Max-LOG-MAP 算法的译码性能。并且在 Turbo 译码器总体架构以及主要模块的设计中,采用了 8 并行度的译码结构。最终在 Xilinx Kintex-7 xc7k325t 中实现的结果表明,本文的设计能够获得较好的译码性能,同时将占用的硬件资源控制在合理的范围内。
关键词:LTE-A,Turbo 码,并行译码,FPGA 实现
I
ABSTRACT
ABSTRACT
Nowadays, the 3rd generation munication system has been widely applied all around the world. But with the innovation of science and technology, people put forward higher requirements. Therefore, based on years of technical reserves and research, 3GPP drew up Long Term Evolution (LTE) and further made it to LTE-Advanced (LTE-A). The performance o