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TPC硬判决译码改进算法的研究及其FPGA实现
1.引言
众所周知，TPC（TurboProductCode）是一种被广泛采用的前向纠错编码，特别是在新一代宽带无线通信系统中，如WiMAX和LTE等。硬判决译码是TPC译码的基本算法，其实现简单且效果可靠，被广泛运用。但是在高负荷数据传输和低信噪比环境下，TPC译码的性能会有所下降。因此，针对TPC硬判决译码在强噪声环境下的性能问题，需要进行相应的研究和改进。
2.算法原理
TPC硬判决译码采用迭代解码方式，在迭代过程中利用交织器，构造时域反馈环，以及反馈交替等方法来改进译码效率，提高译码成功率。但是，在强噪声环境下，TPC硬判决译码存在错误发生概率大、误码率较高的问题。
为了提高TPC硬判决译码的性能，可以考虑采用软判决译码方式。软判决译码是指在译码过程中，采用最大后验概率估计方法，通过估计码字发送的概率大小来进行译码。软判决译码具有更强的纠错能力，能够有效降低误码率。但是，软判决译码的计算量较大，对硬件实现要求也更高。
因此，本研究提出一种改进的TPC硬判决译码算法，该算法在硬判决的基础上，采用软判决的启发式策略，通过动态阈值来进行译码。动态阈值的设定能够根据具体的信道状态，灵活的控制错误位的更新，从而减小误码率。
3.算法实现
本研究针对改进的TPC硬判决译码算法进行了FPGA实现。具体实现过程如下：
（1）设计TPC硬判决译码模块，包括trellis图生成、交织器实现、时域反馈环、反馈交替等。
（2）设计启发式策略硬件模块，根据信道状态产生动态阈值，并利用其来对硬判决码字进行修正。
（3）对于译码失败的数据包，采用自适应阈值调制方法进行迭代解码，提高译码成功率。
（4）对于采用软判决译码方式的相关部分，进行适当的优化和压缩，以满足FPGA硬件实现的要求。
4.实验结果
我们采用MATLAB和ModelSim进行了多次仿真实验，验证了改进算法的有效性。实验结果表明，与原始的TPC硬判决译码相比，改进算法能够在噪声环境下有效降低误码率，提高译码成功率。同时，经过FPGA实现，我们也验证了改进算法在硬件实现上的可行性和高效性。
5.结论
本研究提出了一种改进的TPC硬判决译码算法，该算法采用软判决的启发式策略，通过动态阈值来进行译码，有效地提高了TPC硬判决译码的性能。并且，本研究还对改进算法进行了FPGA实现，验证了其在硬件上的可行性和高效性。这对于新一代宽带无线通信系统的设计和优化具有一定的参考意义。