摘 要

本文首先介绍一种基于对数似然比的软比特解调方法，定义了软比特的概念及其表示方法。分别以QPSK和16QAM为例，探究出它们各自的软比特表示方法。

然后介绍Turbo码技术。包括Turbo码的提出、发展，Turbo码优越的性能。Turbo编码器是由两个递归系统卷积码（RSC码）并行级联而成。Turbo译码器是由两个完全相同的子译码器串行级联而成，两级子译码器互相交换译码信息，以迭代的方式经多次循环，直到最终达到迭代次数或达到某一预设的标准，才对最后一次迭代第二级译码器输出的代价函数进行硬判决，至此译码结束。译码采用BCJR算法，其核心是MAP算法。

最后探究软解调对Turbo译码的影响，运用软解调和Turbo译码的结论，容易得到软比特的定义能够影响译码输入信号的信噪比，从而影响了Turbo译码的性能。仍然以QPSK和16QAM为例，说明其软比特表示对Turbo译码的影响。

关键词：软比特解调；Turbo码；QPSK；16QAM；对数似然比

Abstract

In this paper, a kind of demodulation was first introduced, which is called soft-bit demodulation and based on log-likelihood ratio. And the concept of soft bit and its expression are also defined. Two kinds of demodulation, QPSK and 16QAM, are exemplified to explore their soft bit expressions.

Then, a class of Channel codes, Turbo codes, is introduced. This includes the proposal, the development, and the excellent performance. Turbo code encoder is built using a parallel concatenation of two Recursive Systematic Convolutional codes, connected by an interleaver. And the associated decoder, using a feedback decoding rules, is implemented as two pipelined identical elementary decoders. The two series of decoders exchange the decoding information with each other. This circulation will be executed for a fixed number of iterations or until a certain criterion is met. After the last iteration, a hard final decision will be made. The BCJR algorithm is used in the decoding, whose core is the MAP algorithm.

Finally, the influences from soft-bit demodulation to the Turbo decoding are explored. Accordingly, QPSK and 16QAM are exemplified again to show how soft bit expressions influence the Turbo decoding.

Key Words: soft-bit demodulation; Turbo codes; MAP; LLR

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 研究背景、目的和意义 1

1.2 研究现状 1

1.3 研究内容 2

1.3.1 通信系统简介 2

1.3.2 本文研究内容 3

1.4 本章小结 3

第2章 基于LLR的软比特解调 4

2.1 对数似然比（LLR） 4

2.2 软比特解调 4

2.3 QPSK信号的软比特表示 6

2.4 16QAM信号的软比特表示 7

2.5本章小结 9

第3章 Turbo编译码 10

3.1 Turbo编码 11

3.1.1 RSC码 11

3.1.2 RSC码的并行级联 12

3.2 Turbo译码 13

3.2.1 串行级联 13

3.2.2 MAP算法 14

3.2.3 Turbo码迭代译码算法的性能 19

3.3 本章小结 20

第4章 软解调对Turbo译码的影响 21

4.1 QPSK软比特对译码的影响 22

4.2 16QAM软比特对译码的影响 22

4.3 本章小结 23

第5章 归纳总结 24

参考文献 25

致 谢 26

第1章 绪论

1.1 研究背景、目的和意义

研究背景：近年来，移动通信技术发展迅速，第三代、第四代移动通信系统早已普及，第五代移动通信系统呼之欲出。通信系统更新换代，各种新的理论如雨后春笋般涌现，不断优化通信系统性能。

由于通信信道中存在干扰和衰落，信号在信道中传输时将不可避免地受到干扰导致误码，这就需要采用信道编码技术来检测和纠正误码，从而提高通信系统的可靠性。信息理论的奠基人C. E. Shannon在1948年提出了著名的信道编码定理，即当信源的信息速率小于信道容量时，存在一种信道编码方式可以保证通过该信道传送信息的差错率任意小^[1]。信道编码理论发展迅速，比较优秀的信道编码有，线性分组码，卷积码，Turbo码，LDPC码，等等。其中Turbo码技术极大改善了通信系统的性能，并在3G、4G中得到广泛应用。

调制解调技术是通信系统的核心技术，直接关系着通信系统的性能指标。自通信系统诞生以来，调制解调技术不断发展，各种技术更新换代，发展至今，主要使用的是MPSK和MQAM调制技术。

研究意义：为了开发出性能更好的通信系统，就必须对以前和现在的通信系统中应用的技术及其理论有足够深入的认识，以使自己有足够充足的知识储备，甚至在学习中发现新的理论切入点。

研究目的：本次设计，一方面要借助所学知识对较复杂理论进行推导演绎；另一方面要极大培养自己的文献检索与阅读理解的能力，其中大量为外文文献；第三，要培养自己的归纳总结及论文写作能力；最后，培养自己实践仿真及理论验证的能力。

1.2 研究现状

研究现状：Turbo码是由法国人于1993年提出的一种信道编码技术，它的性能与理想情况下的香农极限只相差0.7dB^[2]，而之前的信道编码技术都至少相差2dB。其性能优越，以至于提出伊始即获得极大关注并使人惊叹，后用于3G、4G移动通信系统之中。自提出之后，Turbo码的理论研究和实践应用成为大热门。即使时至今日，Turbo码仍然是信道编码中的好码，预期依然会应用于5G通信系统之中。Turbo码的重难点在于译码器的设计，MAP算法及其变体为比较主流的译码算法，因其理论研究透彻，实现方便。

由于Turbo码的提出者C. Berrou等人在文章中并未给出Turbo码严格的理论和证明，因此在Turbo码提出伊始，对其理论研究尤为重要。J. Hagenauer系统地描述了迭代译码的原理，S. Benedetto等人提出均匀交织的概念，D. Divsalar等人推导了Turbo码的误比特率上限。考虑到Turbo码译码延迟大，E. K. Hall等提出面向流的Turbo码^[3]。