Turbo编码256QAM软比特解调接收机研究与仿真开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

通信是信息的传输，在如今信息化交流越发频繁的时代,通信和信息已成为当代社会最重要的交流脉搏。简单来说，通信是信源从一个地方向另一个或多个地方进行信息交换和传递。通信系统可以理解为硬件设备和中介相互作用传输信号的一种系统方式。从传输消息的原理可以看出，该系统涵盖两个方面的交替。有消息与数字基带信号之间的交替,数字基带信号与信道信号之间的交替。其中，前者的交替是在系统开始和结束过程中完成的，而后者需要数字调制和解调。脉冲编码调制的技术理念是美国的一名研究人员于20世纪初提出的。伴随着通信调制解调技术的不断发展，我们不再满足于听到声音，还要看到图像。在通信设备中接收的一端不再是电话，而且还有如计算机等数据终端。在现代传输的一些介质中，采用数字传输将会愈加频繁。数字调制与解调未来必将成为通信领域中核心的研究方向，这是因为目前通信的发展趋势和人们的生活需要所决定的，同时新的技术突破是问题的关键所在，能否保证技术的发展跟上时代的需求至关重要。在不久的将来，一种新型的通信调制方法的出现一定要基于实现高效能的功率和频带利用率，技术设备趋于简单可行，在环境卫生方面更加环保可靠。在目前已经提出的研究方案中，航天通信方面的调制等都是未来重要的课题研究。本课题以理论为基础，进行基于matlab的turbo编码256qam软比特解调接收机研究与仿真。

2020年正值5g通信元年，5g具有大规模mimo、新型多址接入、新型信道编码、新型调制等方面的特性，相对于4g通信而言，具有更大的传输速率、更低的传输延迟以及更多的接入用户等优点。从研究的角度，我们可以开始考虑研究5g之后，未来通信技术的发展趋势：

（1） 毫米波大规模mimo系统

2. 研究的基本内容与方案

Turbo编码256QAM软比特解调接收机研究与仿真是基于MATLAB设计的。MATLAB的名称源自Matrix Laboratory，它的首创者是在数值线性代数领域颇有影响的Cleve Moler博士，他也是生产经营MATLAB产品的美国Mathworks公司的创始人之一。

MATLAB是一种科学计算软件，专门以矩阵的形式处理数据。MATLAB将高性能的数值计算和可视化集成在一起，并提供了大量的内置函数，从而使其被广泛地应用于科学计算、控制系统、信息处理等领域的分析、仿真和设计工作中。它强大的矩阵运算和图形可视化的功能以及丰富的工具箱，为通信系统的调制和解调过程的分析提供了极大的方便。

现代社会发展要求通信系统功能越来越强，性能越来越高，构成越来越复杂；另一方面，要求通信系统技术研究和产品开发缩短周期，降低成本，提高水平。这样尖锐对立的两个方面的要求，只有通过使用强大的计算机辅助分析设计技术和工具才能实现。通信系统仿真贯穿通信系统工程设计的全过程，对通信系统的发展起着举足轻重的作用。MATLAB与其它计算机高级语言如C，C 等相比，MATLAB语言编程要简洁得多，编程语句更加接近数学描述，可读性好，其强大的图形功能和可视化数据处理能力也是其它高级语言望尘莫及的。对于具有任何一门高级语言基础的学生来说，学习MATLAB十分容易。当在实际电子通信系统中进行试验研究比较困难或者根本无法实现时，仿真技术就成为必然的选择。

此次设计是通信系统中的一部分模块，即信道编译码和数字调制解调部分，数字通信系统的完整框图如下图所示：

首先是跳过信源编码部分，利用函数产生由0,1组成的初始数据，再查阅资料文献学习Turbo编码、256QAM调制技术以及软比特解调原理。Turbo码有一重要特点是其译码较为复杂，比常规的卷积码要复杂的多，这种复杂不仅在于其译码要采用迭代的过程，而且采用的算法本身也比较复杂。这些算法的关键是不但要能够对每比特进行译码，而且还要伴随着译码给出每比特译出的可靠性信息，有了这些信息，迭代才能进行下去。用于Turbo码译码的具体算法有：MAP(Maximum A Posterior)、Max-Log-MAP、Log-MAP和SOVA(Soft Output Viterbi Algorithm）算法。QAM是一种矢量调制，将输入比特先映射（一般采用格雷码）到一个复平面（星座）上，形成复数调制符号，然后将符号的I、Q分量（对应复平面的实部和虚部，也就是水平和垂直方向）采用幅度调制，分别对应两个在时域上正交的载波。这样与幅度调制（AM)相比，其频谱利用率将提高一倍。QAM是幅度、相位联合调制的技术，它同时利用了载波的幅度和相位来传递信息比特，因此在最小距离相同的条件下可实现更高的频带利用率，QAM最高已达到1024-QAM（1024个样点)。样点数目越多，其传输效率越高，例如具有256个样点的256-QAM信号，每个样点表示一种矢量状态，256-QAM有256态，每8位二进制数规定了256态中的一态，256-QAM中规定了256种载波和相位的组合。根据原理并参考类似程序编写出仿真程序。仿真程序中还需加入噪声以及软比特解调和硬比特解调的误码率以及性能对比，最后通过图形的形式表现出来。

3. 研究计划与安排

第1周—第3周搜集资料，撰写开题报告；

第4周—第5周论文开题；

第6周—第11周撰写论文初稿；

4. 参考文献（12篇以上）

[1]樊昌信，曹丽娜.通信原理[m].北京，国防工业出版社，2013.

[2] 郑建宏等，“基于信噪比排序的mimio-ofdm信号检测方法，” 重庆大学学报（自然科学版）， vol. 29, no. 4,2017.

[3] li ping'an, liu quan,《wideband wireless communications——principles applications》, higher education press, march 2016.