无线信道可配置Turbo译码组件技术研究.pdf

摘 要
目前，Turbo 码已经走向了实用化的道路，如何用硬件实现有效的 Turbo 码编
译码器成为了人们研究的重点。本文以译码时延短、资源消耗少、工作时钟频率
高为目标，设计了既适用于 LTE 基带系统又适用于 WiMAX 基带系统的可配置
Turbo 译码器。
本文在分析 MAP、Log_MAP 和 Max_Log_MAP 译码算法的基础上，推导出
了分别适用于 LTE 和 WiMAX 系统的基 4 的 Log_MAP、Max_Log_MAP 译码算法
的计算公式。从计算复杂度和性能两个方面进行比较，本文选择基 4 的增强型
Max_Log_MAP 译码算法作为本次译码器设计的译码算法方案。采用分块并行译码
和滑动窗译码的方案，分别设计了基于 C 语言的 LTE 的 Turbo 译码和 WiMAX 的
CTC 译码的仿真平台。在 AWGN 信道下对影响译码器性能的关键参数如分块数、
滑动窗长度、数据位宽等进行仿真，通过仿真确定可配置 Turbo 译码器的最佳方
案。
在 FPGA 硬件实现中，通过采用分块并行译码、滑动窗译码以及“乒乓操作
结构”，有效地减少了译码器的时延；通过采用“流水线操作结构”，提高了工作
时钟的频率；通过采用滑动窗译码，有效地减少了硬件资源的消耗。可配置 Turbo
译码器最终在 Altera 公司的 Stratix II GX EP2SGX90FF1508C3 芯片上实现，并分
别在 LTE 和 WiMAX 基带系统中完成了性能测试。本文所作的研究工作对于未来
在无线基带系统中进一步设计更高性能的 Turbo 译码器奠定了良好的基础。

关键词：Max_Log_MAP Turbo 译码器 分块并行 滑动窗 流水线
Abstract
Now, Turbo code has been applied to the real commucation systems, and how to
implement the Turbo encoder and decoder with hardware effectively has become a
research hot spot. This thesis aims at implementing a Turbo decoder with
short-decode-latency, little resource, high working clock frequency, and designs a
configurable Turbo decoder which can be applied both in LTE baseband system and
WiMAX baseband system.
On the base of analysing the decoding algorithms of MAP, Log_MAP and
Max_Log_MAP, the radix-4 Log_MAP and Max_Log_MAP algorithms are derived to
adapt LTE and WiMAX baseband system separately. The enhanced Max_Log_MAP
decoding algorithm of radix-4 is chosen as the decoding algorithm of this decoder’s
design, through comparing the computing complexity and performance. This thesis
adopts parallel sub-block decoding and sliding window decoding, and designs the
simulating platform of Turbo decoder of LTE and CTC decoder