（通信与信息系统专业论文）3gpplte移动通信系统信道编解码技术研究.pdf

摘要 信道编码是用来提高数字通信可靠性的重要手段之一。t u r b o 码自提出以来便以其接近s h a n n o n 限的优异性能成为纠错码领域的研究热点。t u r b o 码是一类并行级联的系统卷积码。它的基本原理 是通过对编码器结构的巧妙设计，多个子码经过交织器隔离进行并行级联编码输出，增大了码距： 丽对译码器则引入了软输入软输出译码和迭代译码等方法，从而获得卓越的纠错能力。 本论文着重研究3 g p p ( t h e3 “g e n a r a t i o np a r t n e r s h i pp r o j e c t ) 最近提出的l t e ( l o n gt e r m e v o l u t i o n ) 系统中的t u r b o 编解码技术。首先介绍t t u r b o 编码的基本概念，包括m a p 、l o g - m a p 、 s o v a 等几种译码算法的理论基础与推导过程，以及这些译码算法在r a y l e i g h 衰落信道下的仿真性 能。接下来论文研究了3 g p p - l t e 系统中t u r b o 编解码技术，包括使用常见分量码，交织方案的t u r b o 码在l t e 系统中的性能，以及l t e 系统中t u r b o 码译码迭代的停止准则问题，并对最近提出的i b p t c ( i n t e r - b l o c k p e r m u t a t i o n t u r b o c o d e ) 中的交织方案进行了分析，最后提出了一种新型的可以提高 误码率性能的打孔方案。 最后，本论文还讨论了为支持由东南大学移动通信国家重点实验室所承担的 f u t u r e - f d d ，试 验系统而设计的硬件平台中基站侧高速数据传输接口的设计与实现工作。采用f p g a 内嵌的 r o c k e t l o t m 技术，实现了千兆以太网( g e ) 接口协议。实际测试结果验证了接口的性能和系统设 计的可行性。 关键词：信道编码，3 g p p 长期演进，t u r b o 码，千兆以太网接口 a b s t r a c t a b s t r a c t c h a n n e lc o d i n gi so n eo f m e t b o d st oi m p r o v et h er e l i a b i l i t yo f d i g i t a lc o m m u n i c a t i o n s a sac l a s so f c h a n n e lc o d i n gt e c h n o l o g y ，t u r b oc o d eh a sb e e nt h em a i ns u b j e c to fm a n yr e s e a r c ha c t i v i t i e sf o rt h e i r i m p r e s s i v en e a rs h a n n o nl i m i te r r o rc o r r e c t i n gp e r f o r m a n c es i n c et h e i ra d p e a r a n c e t u r b oc o d ei sa p a r a l l e l c o n c a t e n a t e dc o n v o l u t i o n a lc o d e s ，a n dt h ek e yp r i n c i p l e so f t u r b oc o d ei se n c o d i n gu s i n gp a r a l l e l c o n c a t e n a t e dr e c u r s i v es y s t e m a t i cc o n v o l u t i o n a lc o d es e p a r a t e db ya ni n t e r l e a v e ra n dd e c o d i n gu s i n g i t e r a t i v em a x i m u map o s t e r i o r i ( m a p ) d e c o d e re m p l o y i n gs o f ti n f o r m a t i o n u n d e rt h eb a c k g r o u n do ft h el o n gt e r me v o l u a t i o np r o p o s e db y3 g p p ，t h i sd i s s e r t a t i o nf i r s t l y i n t r o d u c e st h ek e ye n c o d i n gp r i n c i p l e sa n di t e r a t i v es o f ti n p u ts o f to u t p u t ( s l s o ) d e c o d i n ga l g o r i t h mo f t u r b oc o d e ，a n dt h e nm a k e sas t u d yo f d e s i g n i n gp a r a m e t e r so f t u r b oc o d e s ，s t o p p i n gc r i t e r i af o rd e c o d i n g , t u r b od e c o d i n ga l g o r i t h mo nr a y l e i g hc h a n n e l l a t e r ，s i m u l a t i o nr e s u l t sf o rt u r b oc o d ea r eg i v e n t h i sd i s s e r t a t i o na l s od i s c u s s e st h ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fah i g h - s p e e di n t e r f a c eo ft h e h a r d w a r ep l a t f o r ms u p p o r t i n gt h em i m o g m cs c h e m ep r o p o s e db yn a t i o n a lm o b i l ec o m m u n i c a t i o n s r e s e a r c hl a b a r o t o r ya ts o u t h e a s tu n i v e r s i t y a tl a s lt h ef e a s i b i l i t yo ft h es c h e m ei sv e r i f i e di nt h e p r a c t i c a lt e s tb e d t h ed a t ar a t eu pt o2 5 g b p si so b t a i n e d s o m eo t h e ri m p o r t a n tf e a t u r e so fr o c k e t i o ， s u c ha sc h a n n e lb o n d i n ga n dc r c ，a r ea l s oi m p l e m e n t e da n di n v e s t i g a t e d t h r o u g hs i m p l ea n a l y s i so f t h e d e b u g g i n g t h et h e s i sg i v e ss o m ea d v i c et ot h ei n t e r f a c ed e s g i nt oi m p r o v et h ep e r f o r m e n c e k e y w o r d s ：c h a n n e lc o d i n g , 3 g p pl o n gt e r me v o l u a t i o n ( l r e ) ，t u r b oc o d i n g ，g i g a b i te t h e m e t ( g e ) i i 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用 过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明 并表示了谢意。 研究生签名： 日期： 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内 容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可 以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研 究生院办理。 研究生签名：导师签名：日期： 第一章绪论 第一章绪论 通信技术的进步对社会的文明与进步产生着非常深刻的影响。移动通信系统由于综合利用了有 线和无线的传输方式，解决了人们在活动中与固定终端和其他移动载体上的对象进行通信联系的要 求。近年来，随着无线通信技术的飞速发展，人们对无线网络性能和数据速率的要求也越来越高。 下一代移动无线通信系统的主要目标是提高链路吞吐量和网络容量，建立一个无处不在的无线通信 系统以及提供一个无缝连接的高质量无线服务。然而，在无线通信系统设计过程中，一个最不容忽 视的问题就是如何利用有限的频谱资源来实现高速、可靠的数据传输。本章首先介绍论文的背景， 然后简要介绍3 g p p - l t e i 无线通信系统、信道编码的发展以及t u r b o 编码技术。最后阐述论文的主 要内容和安排。 1 1 论文背景 移动通信由最初的第一代模拟移动通信系统、第二代数字移动通信系统旋展到了目前即将商用 的第三代宽带数字移动通信系统【2 】，它正向着大系统容量、高速率、高服务质量、多业务的方向发 展着。 第一代移动通信系统基于模拟通信技术，提供的服务仅为语音服务。它开始于二十世纪七十年 代末到八十年代初，主要代表为：北美先进移动电话业务( a i v l p s ) 、欧洲的全接入系统( t a c s ) 、 北欧的北欧移动电话( n m t ) 及日本的日本电话和电报( n t t ) 等等。 由于模拟系统的容量小，频谱利用率低，保密性能差以及不同系统不能兼容等不足，促使人们 研制出以欧洲的全球移动系统( g s m ) 、美国通信工商协会颁布的i s - 9 5 ( u s c d m a ) 及日本个人数 字蜂窝( p d c ) 等系统为代表的第二代数字移动通信系统第二代数字移动通信系统能提供数字话 音透信，提供了更高的频谱利用率、更好的数据业务及更先进的漫游能力，改善了第一代系统存在 的不足。 但是，第二代数字移动通信系统在很多方面仍然没有达到人们的要求，比如没有统一的全球标 准、传输速率低等等，这些需求是高速率移动通信系统发展的动力。在此情况下，具有9 6 - 1 5 0 k b p s 传输能力的通用分组无线电业务( g p r s ：g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e s ) 系统和3 8 4 k b p s 传输能力的 增强数据速率技术( e d g e ：e n h a n c e d d a m r a m f o r g s m e v a l u a t i o n ) 开始出现，并成为向第三代移动 通信系统过渡的中间技术。 随着社会发展和技术进步，国际间的交流合作日益频繁，人们希望移动通信系统能和固定网一 样提供将话音、图像、数据等综合在一起的交互式多媒体业务，这是目前正在运营的第二代系统所 不能满足的。因此，第三代移动通信系统研发工作正在积极展开。在提交给i t u ( i m e m a t i o n a l t e l e c o m m u n i c m i o n u n i o n ) 的关于第三代数字移动通信系统( 3 g ，i t u 称为i m t - 2 0 0 0 ，欧洲称为u m t s ( u n i v e r s a lm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o n ss y s t e m ) ) 的各种方案中，欧洲提出的基于g s m 的w c d m a ， 北美提出的基于i s - 9 5 的c d m a 2 0 0 0 和中国提出的t d s c d m a 成为主流体制，采用码分多址的空 中接口标准已基本达成共识。3 g 以全世界范围的个人通信和多媒体通信为目标，是一个支持多速率、 多业务、宽频带的系统，能够满足移动性、高比特率及可变业务等需求。 东南大学硕士学位论土 然而，第三代移动通信系统距离人类“不论何时，不论何地都能与任何人交流任何信息”的个 人通信愿望仍有较大距离。因此，近年来一些学者又提出了未来移动通信系统的新构想后三代 ( b 3 g ) 或称第四代( 4 g ) 移动通信系统的新概念。为适戍未来发展的需要，后三代移动通信系统 必须能够支持全i p 高速分组数据传输、高的终端移动性和高的传输质量，提供高的频谱利用率和功 率效率，有效地支持在用户数据速率、用户容量、服务质晕和移动速度等方面大动态范围的变化。 而为满足这些技术需求，后三代移动通信系统在网络结构、空中接口，传输体制、编码与调制、检 测与估计等各个方面必将具有全新的面貌，具体地：在网络结构方面，将采用全i p 、分布式、自组 织和多层的无线广带个人通信新体制和新模式；在空中接口方面，将采用分布式的接入方式，多天 线技术具有至关重要的作用：在传输调制方面，多载波并行传输是必须的；在编码与调制方面，t u r b o 码、l d p c 码、高阶调制、以及自适应编码调制等将得到发展和应用；在检测与估计方面，迭代式 检测与估计是获得最优性能的有效方法。 国际标准化组织3 g p p 在经过认真的讨论后提出了新的挑战，那就是在2 0 0 7 年实现峰值速率 1 0 0 m 的数据传输。这是一个巨大的挑战，也就是说必须在两年之内设计出7 5 0 倍于当前系统传 输速率的新技术，并且具有很好的向下兼容性，以保护现有的投资。这一新的系统被称作l t e ( l o n g t e r me v o l u t i o n ) 【1 1 。 1 2l t e 无线通信系统 1 1 1 2 0 0 4 年1 1 月启动l t e 项目以来，3 g p p 以频繁的会议全力推进l t e 的研究工作，仅半年就完成 了需求( r e q u i r e m e n t ) 的制定，计划在2 0 0 7 年中完成s t u d yi t e m 的研究工作，2 0 0 9 年中完成标准的制 定，预计2 0 1 2 年即可商用。 l t e 项目首先从定义需求开始，主要需求指标包括【3 ： 支持1 2 5 m h z 2 0 m h z 带宽 峰值数据率：上行5 0 m b s ，下行1 0 0 m b s 。频谱效率达到3 g p pr e l e a s e6 的2 4 倍 提高小区边缘的比特率 用户面延迟( 单向) 小于5 m s ，控制面延迟小于l o o m s 支持与现有3 g p p 和t 3 g p p 系统的互操作 支持增强型的广播多播业务 降低建网成本，实现从r e l e a s e6 的低成本演进 实现合理的终端复杂度、成本和耗电 支持增强的i m s ( 1 p 多媒体子系统) 和核心网 追求后向兼容，但应该仔细考虑性能改进和向后兼容之间的平衡 取消电路交换( c s ) 域，电路交换( c s ) 域业务在包交换( p s ) 域实现，如采用v o l p 对低速移动优化系统，同时支持高速移动 以尽可能相似的技术同时支持成对( p a i r e d ) 和非成对( u n p a i r e d ) 频段 尽可能支持简单的邻频共存 l t e 下行以0 f d m a 作为主要的基本传输和多址技术，在上行采用了单载波s c - f d m a ( s i n g l e c a r r i e r - f d m a ) 其主要实现方式为d f t - s - o f d m 技术。以降低信号峰均l e p a p r ( p e a k - t o - a v e r a g e p o w e rr a t i o ) 。并要求能够支持f d d 、t d d 全双工和f d d 半双工。 在参数设计方面，3 g p p l t e 系统帧长为1 0 m s ，分为2 0 个子帧，长0 5 m s ，出于对高移动性的考 虑，子载波间隔为1 5 k h z 。l t e 系统基本资源块大小为3 7 5 k h z ，支持集中和分散方式。子帧结构为 2 第一章绪论 下行6 或7 个o f d m 符号，上行6 个长块，两个短块。符号长度6 6 , 6 7 u s 。c p 长度下行4 6 9 w ，上行4 左右。 l t e 下行采用q p s k 、1 6 q a m 和6 4 q a m 调制，上行采用b p s k 、q p s k 、8 p s k 和1 6 q a m 调制。 在信道编码方面，l t e 以t u r b o 码为主，但l d p c 码也有可能成为备选方案。 l t e 对各种可能的多天线技术进行考察，从空间复用到发射分集，从开环m i m o ( m u l t i p l e - l n p u t m u l t i p l e - o u t p u t ) 到闭环m i m o ，从天线速率控制到秩自适应和预编码，从特征值赋形到空分多址 和智能天线。l t e 在上行采用了虚拟m i m o 以增大系统容量。准备考虑的基本m i m o 模型最多为4 x 4 配置。 在链路自适应技术方面，嘲考虑频域调度、自适应编码调制，以每个子帧为单位调度，采 用增量冗i - i a r q ，正在考虑异步h a g q 和自适应h a r q 。其功率控制方式是慢功控和部分功控。作 为兀i m a 系统，l t e 将采用小区内上行同步，小区间同步或不同步。虽然目前的w c d m a 系统是异 步的，l t e 系统很可能设计成一个同步系统。l t e 以干扰随机化、干扰协调为主，辅以干扰消除、 智能天线抑制小区间干扰。在切换方面，l t e 已经排除了采用软切换和宏分集的可能性，将采用快 速硬切换，支持和其他3 g p p 系统的切换。 1 3 信道编码技术的发展 信道编码是用来提高数字通信可靠性的重要手段。根据香农的信道编码理论，只要传输的信息 速率小于倍道容量，总存在使得错误概率任意小的编码方法。但信道编码理论只证实了具有优异性 能的编码方式的存在而未给出构造这些编码方式的具体方法。自从香农在1 9 4 8 年提出信息论以来， 研究人员就一直在试图寻找实用的，可提供尽可能小的误码率的编码。人们提出了许多差错编码方 法，它们大致分为两类：一是基于代数理论的线性分组码，如汉明码、循环码、b c h 码等；二是卷 积码，卷积码在编码过程中引入寄存器以增加码元间的相关性，在相同复杂度的条件下可以获得比 分组码更高的编码增益，但同时也增加了分析和设计的复杂度。随着各种卷积码译码方法尤其是寻 找最大似然路径v i t e r b i 译码算法的出现，使卷积码成为研究的重点。以上这些编码方法虽然相对于 未编码系统能提供定的编码增益，但还是与理论分析得到的信道容量相距甚远 高性能的通信系统离不开高性能的编码技术。1 9 9 3 年，一种全新的十分强大的信道编码方案 t u r b o 码【4 】由c l a u d eb e r r o u 提出。它是在综合过去几十年来级联码、乘积码、最大后验概率译码与 迭代译码等理论基础上的一种创新。t u r b o 码的基本原理是通过编码器的巧妙构造，即多个子码通 过交织器进行并行或串行级联，然后以类似内燃机引擎废气反复利用的机理进行迭代译码，从而获 得卓越的纠错性能，t u r b o 码也因此得名。计算机仿真表明，t u r b o 码不但在抵御加性高斯噪声方面 性能优越，而且具有很强的抗衰落、抗干扰能力，其纠错性能接近香农极限，这使得t u r b o 码在信 道条件较差的移动通信系统中有很大的应用潜力。 t u r b o 理论的出现是信道编码史上的一个里程碑，它可以相当接近信道容量极限，在高速率数 据传递中有着传统信道编码无可比拟的优势。而且t u r b o 码有很强的抗衰落和抗多径效应能力，因 此它用于无线通信系统可以很大程度地提高系统的性能。目前，t u r b o 码在实际应用方面的研究已 经有很多，其中第三代移动通信系统i m t - 2 0 0 0 已经将t u r b o 码作为其传输高速数据的信道编码标 准之一。此外，由于t u r b o 码的译码采用了迭代译码的思想，因此可以把它推广到c d m a 多用户 检测中，实现基于t u r b o 码译码原理的c d m a 多用户检测接收机。但t u r b o 码也存在着一些亟待解 决的问题，例如译码算法的改进、复杂性的降低、译码延时的减小等，这些问题都限制了它的应用。 3 东南大学硕士学位论文 1 4f i ) d 试验系统简介 m i m o - g m c f d d 试验系统【5 】主要包括多天线发送电路板( t d m s ) 、多天线接收电路板 ( r a m s ) 、交换板( e f s a ) 、主控板( r m p u ) 、基带信号处理板( 8 8 s p ) 等五类单板。 一一一_ l 五品一一一一m 辑 图1 1m i m o g m c 无线链路模块与子板电路映射关系图 将m 1 m o g m c 无线传输链路功能映射到各子板得到如图1 1 所示的对应关系。t d m s 板实现 1 2 个子信道基带发送处理，并进行多载波合成及数模转换，以产生4 路发送模拟基带信号，送到发 送射频系统。r a m s 电路板实现模数转换、多载波分析、时频同步以及部分信道估计。b b s p 板完 成剩余信道估计，然后进行迭代检测译码，最后将得到的信息比特流发送给r m p u 板。r m p u 完 成整个系统的控制和接口功能，它输出发送比特流至t d m s 板并接收来自b b s p 板的解码比特流。 板间大数据量的数据交互通过单板的g e 口和e f s a 板实现。 本文的一部分工作是在各单板的f p g a 千兆以太网g em a ci p 核的基础上实现系统的干兆以 太网交换逻辑。其中，关键是满足系统定时的要求，在相应的时隙内传送数据，以避免数据通过交 换板产生较大的延时。 1 5 论文内容概要 本文主要研究了3 g p p l t e 系统的信道编码技术。论文的结构安排如下： 第一章为绪论，主要介绍了论文的背景，简介了3 g p p - l t e 系统和信道编码的发展及t u r b o 码 技术。并对m i m o - g m c f d d 试验系统作了介绍。 第二章介绍了t u r b o 码的基本原理，包括t u r b o 编码器和译码器结构和原理，着重介绍了t u r b o 4 第章绪论 码子译码器的几种软输入软输出译码算法，并对这几种译码算法的复杂度和性能作了比较和分析。 同时还介绍了瑞利衰落信道的t u r b o 码译码。 第三章介绍了l t e 系统中的t u r b o 码，主要仿真了不同设计参数的选择对t u r b o 码纠错能力的 影响，同时深入分析了t u r b o 码译码迭代停止准则、i b p t c ，并提出了一种能提高误码率性能的新 型打孔方式，并给出了性能仿真结果。 第四章介绍了f u t u r e f d d 试验系统基站侧硬件平台千兆以太网( g e ) 接1 ：3 交换设计，并给 出实际硬件测试结果。 第五章对论文做了总结和展望。 5 第二章t u r b o 码基本原理 第二章t u r b o 码基本原理 c b e r r o u 等人在i c c 9 3 会议上提出了t u r b o 码，巧妙地将卷积码和随机交织器结合在一起，实 现了随机编码的思想 4 】。仿真结果表明，记忆长度为4 、码率为l ，2 的t u r b o 码如果采用大小为6 5 5 3 6 的随机交织器，并迭代1 8 次，在a w g n 信道上当e b n o = o ，7 d b 时的误比特率( b e r ) 分量编码器并 行级联而成，两级分量编码器间有一个交织器以保证输出的信息尽量不相关，通常在其编码输出前 加相应的打孔器以适配相应的编码码率。 圈以匹三 图2 ，1t u r b o 码编码器的结构 ， ，x ； 为了避免重复输出原比特序列，t u r b o 码的子编码器采用了系统卷积码( r s c ) 而不是非系统 码( n s c ) ，这样对于相同的限制长度，虽然两者具有相同的最小自由距离，但在较小的信噪比时， 前者的性能要略好一些。t u r b o 码的分量编码器还可以采用分组码，并且分量码也可以不仅局限为 两个( 如三个或更多) 。但在本论文中我们只讨论这一类标准的t u r b o 码。 图2 2 是r s c 子编码器结构。生成多项式为( 7 ，5 ) ，其约束长度k = 3 。r s c 编码器实质是一个带 有反馈抽头的移位寄存器。它与通信系统中传统的卷积码主要有两处不同：一是它有反馈抽头，因 此是递归码；二是编码输出由系统比特和校验比特j ? 组成，因此是系统码。 在编码器的实现中，我们使用分块编码的方式，在每个分块后必须使编码器的移位寄存器归零。 即在数据信息全部送入编码器后，必须根据特定的编码器结构和移位寄存器中的记忆值计算最后m 位的归零数据( 在本文中称之为归零比特) ，m 是t u r b o 码的记忆长度，m = k - i 。这样做既保证了 下一个编码块开始时寄存器状态为全零，又保证了每个编码块结束时的寄存器状态也为全零。在后 文关于t u r b o 译码原理的介绍部分，我们可以看到，译码过程中所需要计算的前向状态度量和后向 状态度量分别依赖于寄存器的开始状态和结束状态。 8 第二章t u r b o 码基本原理 2 2 1 交织 厂七 y 畋一据母一 l 一= 二一 图2 2r s c ( 7 ，5 ) 码的编码器 交织器是t u r b o 码编码器中的重要模块，被用于减小校验比特之间的相关性，进而在迭代译码 过程中降低误比特率。交织器长度与结构是决定t u r b o 码纠错性能的主要因素。 交织器的主要作用如下： l 、抗突发错码： 无线信道中会出现突发干扰信号，导致传输信号发生大量连续误码，超出了译码器的纠错能力， 从而导致通信质量的急剧恶化。交织器可以将连续符号打散，将突发错误尽量拆分为随机错误，理 想的交织结构甚至认为可以将突发误码转换为随机误码，从而可以大大提高译码器的纠错性能。 2 、保证两个并行编码器的输出相互独立： 这一性质是t u r b o 码编码器设计思想的初衷所在，也是t u r b o 译码器可以采用两级译码器进行 迭代反馈译码的原因。迭代反馈要求送入两级译码器的信息相互独立，相互补充。 3 、增大生成码字的码距： t u r b o 码的交织器还可以增大生成码字的码距，当输入码序列通过一子编码器后产生了低码距 的编码输出序列时( 这一情形常常发生于输入编码序列为一个低码距序列时) ，该序列通过交织器 重排后的序列通过同一子编码器后则可能获得较大的码距，从而降低整个编码器生成低码距码字的 概率。码距的增大增强了编码输出序列的抗干扰能力，从而使t u r b o 码具有更优异的纠错性能。 2 2 2 打孔 通常的t u r b o 码编码器在其编码输出前，会增加一个打孔器，按照一定规则删除特定的编码输 出符号，以适配相应的码率要求。 打孔器可用打孔图案矩阵名凡加以形象表示，其中彤表示打孔周期，n 表示编码器的分量码 数量。矩阵的1 代表输出选通，0 代表删除对应比特。以一个输出码率r = i 2 的编码器为例，打孔 矩阵为 k = ， 该删余矩阵r 表示分别删除 彬 中位于偶数位置的校验比特和 9 中位于奇数位置的校 9 东南大学硕士学位论文 验比特，输出后的校验比特序列为 ，i p ，写，王2 p ，。：s 。，搬，蔓。，2 。p ，x 。s 一：，一。t p 一：，h s + 一。2 p 一， ( 2 ，6 ) 其中假设信息序列长度为偶数。这样，通过该打孔机后的整个编码码率变为r = - i 2 。这样便 改变了编码输出的码率，因此同样的编码结构可以通过和不同的打孔结构级联以适配不同的编码传 输速率，而不用为不同的码率重新设计编码器。 2 3t u r b o 迭代译码原理 t u r b o 码编码结构上的创新突破了传统纠错编码方案的束缚，因而其译码性能也突破了原有纠 错方案的局限，逼近香农理论极限 4 】。传统的纠错编码方案中常用的有卷积编码器与级联编码器( 如 r s - - c o n v o l u t i o n a l ) ，卷积编码器在随机噪声下可以表现出较好的性能，但对于连续突发错误( b u r s t e r r o r ) ，其纠错能力却大大受限。从而引入了级联编码方案，由内码( 通常采用卷积码) 纠正随机 错误后，再由外码( 通常采用b c h 码，如r s 码 纠正突发连续错误，这一纠错方案已广泛应用于 各种高速数据、多媒体通信系统中，如h d t v 系统。但级联码在其结构上仍然存在着同有的局限性， 其信息量的传递方向是单向的，仅仅由内码传递给外码，外码的信息量却不能有效的反馈给内码以 提高信息的利用率，从而增加正确译码概率。t u r b o 编码器引入的并行级联方案突破了串行级联码 的局限性，其译码器引入了迭代译码的方法，使得两级译码器间的信息量可以循环传递不断提高信 息利用率，从而增强纠错能力。对于个由两个分量码构成t u r b o 码的译码器是由两个与分量码对 应的译码单元和交织器与解交织器组成，将一个译码单元的软输出信息作为下一个译码单元的输 入，为了获得更好的译码性能将此过程迭代数次，这就是t u r b o 码译码器的基本的工作原理。 t u r b o 码的解码结构与编码结构相似，如图2 3 所示，两个r s c 编码器分别对应两个r s c 解 码器，每个解码器包括三部分的输入：一为解调器送来的信息位的似然比( 非1 陬1 ) ，二为解调器送 来的校验位的似然比l 陲n ) ，三为另一个解码器送来的似然比 3 1 1 7 4 m a x 0 ，y ) 】6 6 4 9 3 1 1 7 4 m a x o ，y ) 十0 0 8 6 6 o ，8 8 1 4 1 6 6 4 9 m a x 0 ，力+ 0 2 5 9 9 0 3 8 3 0 0 8 引4 m a x 0 ，y ) + o 4 3 3 2 0 3 8 3 0 m a x 0 ，少) 4 - o 6 0 6 5 2 、线性近似( l i n e a r - l o g m a p ) 【7 】 在该方法中利用线性函数来近似相关函数。对于x b a ，令l n ( 1 + e - x ) z 一甜+ 6 。该算法通常 被记为l i n e a r - l o g - m a p 算法，要比l o o k u p l o g - m a p 算法复杂。在图2 8 中给出了该方法的一个例 子，其中实线为修正函数曲线，比较细的虚线为修正函数的线性逼近函数 口 l c ，x r 该算法被记为t h r e s h o l d - l o g - m a p 算法，要比l i n e a r - l o g - m a p 算法简单。在图2 8 中给出了该 方法的一个例子，其中实线为修正函数曲线，比较粗的虚线门限逼近函数( c = i n 2 ，r = 1 ) a 2 4 4m a x - l o g m a p 算法 修正函数的近似算法依然会对算法的实现带来相应的麻烦，如修正项加法运算所引入的查找表 2 0