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Turbo码具有接近Shannon限的性能,成为编码理论的一重要里程碑,突破了最小码距的设计思想,挖掘了级联码的潜力。由于其优异的译码性能,受到人们的重视,它已成为第三代移动通信信道差错控制编码方案。因此,需要对Turbo码的编译码方法及性能作进一步研究。本文主要对Turbo码的构成设计及调制特性、译码算法及其串并行集成电路实现进行了研究,主要内容包括: 1.总结了Turbo码的研究现状及存在的问题,阐述了Turbo码编码原理,迭代译码机理,主要译码算法及改进算法,以及各种算法之间的性能比较。 2.从Turbo码距离特性解释了Turbo码的性能,由于分量码采用递归系统卷积码,具有码距拖尾性,使得交织器长度为N的Turbo码能使误码率降低到卷积码的1/N。通过Turbo码编译码对分量码输入序列相关的要求,提出了以序列交织前后相关性作为交织器设计性能是否优异的判据,并得到一种斜对角交织方案。研究了高码率Turbo码的两种构成方案,给出删除法交织器的设计方法,通过对两种构成方案的性能和译码复杂度比较,得到了删除法构成高码率Turbo码能在译码复杂度和性能上取一较好折衷的结论。 3.由于Turbo码MAP译码算法需要大量中间量递归计算,使译码算法集成电路化困难,本文提出了MAP算法的矩阵实现方法,矩阵算法简化了中间计算过程,由并行运算提高了运算速度。由于其运算矩阵为稀疏矩阵,可用稀疏矩阵算法对译码进一步简化,使译码算法的集成电路实现容易。 4.MAP算法需要在接收完一帧数据才能开始译码,译码延迟大,本文依据维特比译码的路径概念提出了固定延迟的MAP译码算法,它只有前向递归,延迟大小为编码寄存器长度的5至10倍,可实现实时译码,而译码增益与MAP算法比较损失较小,是一种优化算法。 5.根据改进MAX-LOG-MAP算法,提出了Turbo码译码的串行电路实现结构,给出了输入量化及状态、路径度量方法。由于这种度量方法解决了译码过程的中间计算,在有限长计算中提高了运算精度,这种实现方案获得了较好的译码增益。 6.根据MA-LOG-MAP算法,提出了Turbo码译码的并行实现结构,用运算处理单元构成处理阵列,使译码算法的中间量计算并行进行,提高了运算速度,将中间量的存贮分散到各处理器中,减小了数据存贮规模。这种方法在有限长运算中,由于中间量计算次数较多,带来误差较大,译码性能比串行方案稍差。