Turbo碼輔助同步技術(shù)研究.pdf

1、Turbo迭代譯碼方式能夠獲得比傳統(tǒng)信道編碼更大的編碼增益，使得通信系統(tǒng)能夠在更低的信噪比條件下可靠地工作。但是，這種高增益的編碼方式以及極低的信噪比環(huán)境對(duì)接收機(jī)的同步提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的同步技術(shù)已經(jīng)達(dá)不到Turbo編碼系統(tǒng)對(duì)于同步性能的要求。針對(duì)低信噪比條件下接收機(jī)同步困難的問(wèn)題，研究了Turbo碼輔助同步技術(shù)，主要包括Turbo碼輔助幀同步、Turbo碼輔助符號(hào)定時(shí)同步和Turbo碼輔助載波相位同步三個(gè)方面。
　　研究了T

2、urbo碼的基礎(chǔ)知識(shí)，重點(diǎn)研究了Turbo碼的外信息。為了更好地展開對(duì)Turbo碼輔助同步技術(shù)的研究，對(duì)Turbo編譯碼機(jī)制進(jìn)行了詳細(xì)的歸納和深入的研究。詳細(xì)闡述了Turbo碼外信息的概念和意義，仿真分析了外信息的分布特性及其隨各種參數(shù)的變化規(guī)律。在外信息等效信噪比概念基礎(chǔ)上，創(chuàng)新性地定義了等效信噪比絕對(duì)變化幅度和相對(duì)變化幅度兩個(gè)特征變量，用以分別度量每步迭代對(duì)譯碼收斂的貢獻(xiàn)和迭代譯碼的收斂程度，并指出外信息等效信噪比相對(duì)變化幅度可以做

3、為一種新的Turbo迭代終止準(zhǔn)則。為了進(jìn)一步研究 Turbo迭代譯碼的具體過(guò)程，采用等效信噪比演變圖對(duì)Turbo譯碼流程進(jìn)行跟蹤和分析。以CCSDS標(biāo)準(zhǔn) Turbo碼為例，仿真分析了深空通信中Turbo碼誤碼性能。
　　首先提出了一種基于Turbo碼外信息度量幀同步算法。定義外信息平均絕對(duì)值為外信息度量，數(shù)值仿真并且詳細(xì)分析了幀同步和幀失步兩種狀態(tài)下Turbo碼1步迭代外信息度量的分布特性的差異。利用這種差異，提出了基于外信息度量

4、的ML幀同步檢測(cè)算法。從理論上推導(dǎo)出該幀同步算法的幀同步檢測(cè)差錯(cuò)率與外信息分布的關(guān)系式，為研究各種參數(shù)對(duì)幀同步檢測(cè)差錯(cuò)率影響提供了理論依據(jù)，并對(duì)之進(jìn)行仿真驗(yàn)證。
　　其次提出一種基于兩種信息融合的幀同步方案。為了進(jìn)一步降低幀同步檢測(cè)差錯(cuò)率，并減少幀同步捕獲時(shí)間，提出一種基于相關(guān)信息與外信息度量加權(quán)合并判決的幀同步算法，稱為基于信息融合幀同步方案。對(duì)該同步方案的幀同步差錯(cuò)率進(jìn)行了仿真分析，證明該方案具有比基于附加同步碼字相關(guān)方法及基

5、于列表方法更好的同步性能。
　　然后提出一種基于外信息度量的符號(hào)定時(shí)同步算法及其迭代終止準(zhǔn)則。仿真分析了符號(hào)定時(shí)誤差與Turbo碼外信息度量的關(guān)系，得出外信息度量與定時(shí)誤差呈近似分段的變化關(guān)系的結(jié)論，即定時(shí)誤差分為單調(diào)下降和近似平緩兩部分。利用外信息度量同定時(shí)誤差近似分段的變化關(guān)系，提出一種基于外信息度量加權(quán)迭代的定時(shí)同步算法。該算法包括粗同步和細(xì)同步兩個(gè)基本步驟：粗同步是指對(duì)定時(shí)誤差進(jìn)行特性分類并大致確定定時(shí)誤差范圍的過(guò)程，細(xì)同

6、步是在粗同步基礎(chǔ)上使用基于隨機(jī)梯度算法進(jìn)行誤差估計(jì)和插值更新的過(guò)程。因?yàn)楸疚牡乃惴▽?duì)各種范圍的定時(shí)誤差進(jìn)行了分類處理，所以是一種魯棒性很強(qiáng)的定時(shí)恢復(fù)算法，定時(shí)誤差在整個(gè)符號(hào)周期范圍內(nèi)都具有很好收斂性能，在很大程度上克服了一般算法的定時(shí)相位模糊的現(xiàn)象。為了減少系統(tǒng)運(yùn)算負(fù)載，提出了一種適合于定時(shí)估計(jì)算法的迭代停止準(zhǔn)則，并給出其終止門限的估計(jì)方法。仿真證明，只要選擇適當(dāng)?shù)牡介L(zhǎng)因子，基于外信息加權(quán)迭代的符號(hào)定時(shí)恢復(fù)算法在低信噪比條件下能夠準(zhǔn)

7、確地進(jìn)行符號(hào)同步，具有良好的收斂特性和誤碼特性。
　　最后提出一種基于改進(jìn)Costas環(huán)Turbo碼輔助載波相位估計(jì)算法。仿真分析了載波相位誤差對(duì)Turbo編碼系統(tǒng)誤碼性能的影響。為了對(duì)時(shí)變相位參數(shù)進(jìn)行估計(jì)，提出一種基于改進(jìn)Costas環(huán)Turbo碼輔助載波相位估計(jì)算法。該算法將Turbo碼輸出軟信息引入Costas環(huán)誤差信號(hào)之中，其主要思想是將Turbo碼迭代譯碼器輸出的軟信息用于科斯塔斯環(huán)的誤差信號(hào)更新迭代，而不是直接用于相位