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Turbo乘积码在SISO和MIMO系统中的性能研究

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摘要

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第一章 绪论

1.1 课题背景及研究意义

1.2 国内外研究进展及现状

1.3 本文主要内容和结构安排

第二章 Turbo乘积码编译码原理及性能仿真

2.1 Turbo乘积码编码原理

2.1.1 TPC码编码结构

2.1.2 常用的TPC子码类型

2.2 基于Chase-Ⅱ的TPC迭代译码原理

2.2.1 代数译码算法

2.2.2 Chase译码算法

2.2.3 判决码字D可靠性的计算

2.2.4 软输出信息的计算

2.2.5 TPC码的迭代译码

2.3 TPC码的性能仿真与分析

2.3.1 迭代次数对TPC译码性能的影响

2.3.2 子码码长对TPC译码性能的影响

2.3.3 不可靠位数对TPC译码性能的影响

2.4 本章小结

第三章 Turbo乘积码在SISO系统中的应用

3.1 TPC在无线通信中的混合纠错性能研究

3.1.1 TPC码突发纠错性能分析

3.1.2 TPC码抗混合错误性能分析

3.1.3 TPC码与RS码抗混合纠错性能比较

3.2 TPC在OQPSK/SOQPSK航空遥测系统中的应用

3.2.1 高效率的频谱调制技术OQPSK/SOQPSK

3.2.2 TPC在基于OQPSK/SOQPSK航空遥测系统中的性能研究与仿真分析

3.3 本章小结

第四章 基于MIMO系统的TPC原理及仿真

4.1 MIMO系统基本理论

4.1.1 信道模型

4.1.2 MIMO系统模型

4.1.3 MIMO系统容量

4.2 基于MIMO的译码算法原理

4.2.1 MIMO系统的主要技术

4.2.2 空时编码技术

4.3 基于MIMO系统的TPC原理及仿真分析

4.3.1 级联TPC的空时分组码系统

4.3.2 基于TPC码的空时系统

4.4 本章小结

第五章 基于FPGA的TPC编译码器硬件功能验证

5.1 硬件实现工具概述

5.2 TPC编码器的设计与仿真

5.2.1 串并转换模块

5.2.2 行/列编码子模块

5.2.2 行列交织地址计算模块

5.3 TPC译码器的设计与仿真

5.3.1 单元译码模块

5.3.2 硬判决模块

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文

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摘要

衡量通信系统最重要的两个指标是有效性和可靠性,如何能在一个系统中提高一个指标的同时又保证另一个指标不下降,是通信领域专家学者一直研究的热点问题。Turbo乘积码(TPC)因译码复杂度低,迭代收敛速度快,在高码率、接近信道容量时仍可以保持较强的纠错性能等优点,一直被作为提高通信可靠性的关键技术,具有广泛的应用背景与前景。另一方面,在系统的发射和接收端增加天线的数量可以增大信道容量,提高传输速率,使得多输入多输出(MIMO)系统亦成为近年来的研究热点。因此,本文将这两种技术相融合,重点研究单输入单输出(SISO)和MIMO系统下Turbo乘积码的性能。
  本文以基于Chase-Ⅱ算法的TPC迭代译码算法为出发点,重点研究TPC在单输入单输出系统中的两方面应用:一、针对无线通信系统中TPC的混合纠错性能进行研究,并将其与RS码对比分析,结果表明在误码率为10-4处,TPC比RS码有近3.5dB的信噪比增益;二、提出将TPC编码技术应用于高效率的频谱调制技术OQPSK/SOQPSK的航空遥测系统中,并对其性能进行仿真分析,结果表明在误码率为10-4处,OQPSK接收机获得了5dB的编码增益,SOQPSK接收机获得了6dB的编码增益,并且随着不可靠位数以及编码码率的增大,性能优势愈发显著。
  其次,本文在给出MIMO系统模型及容量的基础上,提出两种将TPC编码技术应用于MIMO系统的模型:级联TPC的空时分组码系统以及基于TPC的空时系统,并详细阐述了它们的原理,通过对其性能进行系统的仿真分析,得出在提高频谱利用率的同时可以获得较好的译码性能。
  最后,根据MATLAB仿真结果,完成了基于FPGA的TPC编译码模块功能验证设计方案,并对每个子模块进行详细阐述,包括串并转换模块、行/列编码子模块、行列交织/解交织模块、单元译码模块、硬判决模块等。用硬件描述语言Verilog进行编程,并给出各子模块的ModelSim仿真图,与MATLAB仿真结果一致。

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