FPGA实现的Turbo码编译码系统设计与优化

"该文档是关于Turbo码编译码系统设计及其FPGA实现的硕士学位论文，探讨了Turbo码的编码与译码算法，并详细阐述了如何在FPGA上进行硬件实现。文中对多种译码算法进行了分析，最终选择了Log-MAP算法，并对其进行了优化以节省硬件资源和降低延迟。论文还涉及编码器中延时模块的改进和E函数的查找表实现方法，以降低系统的运算复杂度。最后，通过Quartus II软件进行了仿真验证，证明所实现的Turbo码译码器具有良好的误码性能和实用价值。关键词包括：Turbo码、Log-MAP算法、软判决和FPGA。" 在通信领域，Turbo码是一种强大的纠错编码技术，它的出现极大地提升了在低信噪比环境下的数据传输质量。Turbo码的优越性在于其接近Shannon限的解码性能，这使得它在卫星通信、无线通信、光通信等多个领域有着广泛的应用。 本论文首先回顾了Turbo码的研究背景及国内外的发展状况，然后深入讲解了Turbo码的基本编译码原理。Turbo码的核心是迭代解码，涉及到的主要算法包括最大后验概率（MAP）算法、最大逻辑-最大后验概率（Max-Log-MAP）算法、逻辑-最大后验概率（Log-MAP）算法以及状态合并和输出投票算法（SOVA）。在对比各种算法的性能后，论文选择了Log-MAP算法，因为它在性能和计算复杂度之间找到了较好的平衡。 在FPGA实现方面，设计者采用了“自上而下”和“自下而上”相结合的设计策略，将Turbo码译码器划分为Log-MAP译码单元、交织/解交织器和控制信号产生模块三个主要部分。为了提高效率并减少硬件资源的占用，Log-MAP算法的实现中对计算顺序进行了调整。同时，论文中提出了一种新的延时模块实现方式，类似于交织器，提高了编码精度。在译码器中，通过查找表实现了复杂的E函数，大大降低了运算复杂度。 最后，通过Quartus II软件进行的仿真验证表明，该设计的Turbo码编译码系统在误码性能上表现出色，具备实际应用的价值。这进一步证实了FPGA作为高速、灵活的硬件平台，是实现高效Turbo码编译码的理想选择。