Rician信道下串行级联Turbo码性能仿真及改进研究

1、Rician信道下串行级联Turbo码性能仿真及改进研究摘要：在Rician信道条件下，构建了一个通信系统模型，研究了串行级联Turbo码的性能，并进行了仿真分析。在此基础上根据自适应滤波原理改进了原有系统模型。仿真结果表明，当主径衰落因子在一定范围内时，运用自适应滤波算法的改进模型可以提高系统性能，带来额外信噪比增益约0.5dB。关键词：串行级联Turbo码；Rician分布；NLMS算法；横向滤波器中图分类号：TN914-34文献标识码：A文章编号：1004-373X(2011)19-0015-03SimulationandImprovementofthePerformanceofSeri

2、ally-concatenatedTurboCodeunderRicianChannelLIHong-bo,GENGDao-tian(CollegeofScience,AirForceEngineeringUniversity,Xian710051,China)Abstract：AcommunicationsystemmodelisconstructedunderRicianchannel,theperformanceofserially-concatenatedTurbocodeisstudiedandsimulated.Accordingtotheprincipleofadaptivefi

3、ltering,amodifiedsystemmodelisproposedanditsperformanceisalsoanalyzed.SimulationresultsshowthatwithinacertainrangeoftheRicianfactor,thesystemperformancecanbeimprovedbythemodifiedmodelofadaptivefilteringalgorithmandanadditionalSNRgainabout0.5dBcanbeproduced.Keywords：serially-concatenatedTurbocode;Ric

4、iandistribution;NLMSalgorithm;transversalfilter收稿日期：2011-04-080引言在移动通信系统中存在的多径效应、多普勒频移等效应严重影响着信号传输的可靠性，因此采用纠错能力强的信道编码方式非常重要。Turbo码作为一种性能优异的编码方式，已广泛应用于现代通信系统特别是卫星通信、深空通信之中。本文通过仿真研究了串行级联Turbo码在Rician信道下的性能，并提出一种基于NormalizedLMS算法的改进模型，通过自适应滤波来提高系统性能。仿真结果证明，在一定条件下，新模型可以改善系统的误比特性能。1信道模型概述Rician信道是一种具有普遍意

5、义的信道模型，它描述了移动无线通信的一般信道状态，即当信号的收、发端存在一个主要的静态（非衰落）信号分量（如视距传播）时，小尺度衰落的包络分布服从Rician分布，因此1-3；Rician具有很强的应用背景。根据Lutz的两状态信道模型1在L/S波段不考虑大气对信道的影响时，陆地移动卫星（LMS信道可等效为两个状态的马尔可夫模型在信道处于良好状态时，接收信号的幅度服从分布。文献4指出，以无人机作为中继的卫星通信，-ZZ其各层次通信链路均可等效为Rician慢衰落信道模型。可见，以Rician衰落信道为条件，对系统进行性能分析，具有普遍的理论与应用价值。2串行级联Turbo码概述Turbo码最初

6、提出时采用并行级联卷积码（PCCC）的结构，随后出现了串行级联卷积码（SCC或混合级联卷积码（HCCC）J结构。Turbo码通过级联结构实现了以短码构造长码，通过引入随机交织器实现了近似随机编码，通过迭代译码算法逼近最大似然译码，从而具有较强的纠错能力。2.1 串行级联Turbo码编码器结构及编码原理串行级联Turbo码编码器主要由两个分量编码器通过一个随机交织器串行级联构成，其基本编码结构如图1所示。图1SCCC勺编码器结构图1中，信息序列uk在经过外码编码器编码后，将得到的输出码字序列cok经过比特交织后形成序列coI(k),进入内码编码器，得到的输出码字序列cIk烽过调制后送入信道传输。

7、显然，如果外码编码器和内码编码器的编码速率分别为Ro和RI,则SCCC勺码率为：R=RcKRI。交织器的作用将码元置乱，便于将可能发生的突发错误转化为随机错误，同时使得编码后的码字具有近似随机分布的特性。2.2 串行级联Turbo码译码器结构及译码原理与图1编码器相对应的SCCC举码器结构如图2所示，其译码过程如下：SISO内译码器利用匹配滤波器输出接收信息的码字符号概率对数似然比值A(c;I)作为输入，而信息符号概率对数似然比值A(u；I)的初始值为0;内码译码器根据SISO译码算法计算得到更新的码字符号概率对数似然比值A(c;o游口更新的信息符号概率对数似然比值A(u;。)。由于SCCC3

8、码编码器的信息比特就是外码编码器的编码输出，因此SCCC的内码译码器将信息符号概率对数似然比值A(u;。)经过解交织后作为外码译码器码字编码符号概率对数似然比值A(c;I)的输入。基于同样的原因，SISO#码译码器输出的信息码字符号概率对数似然比值A(c;o)经过交织器后作为SISO内码译码器的信息符号概率对数似然比值A(u;I)的输入，完成一次迭代译码。重复上述过程，即实现迭代译码。最后根据SISO#码译码器输出的A(u；o)经过硬判决得到译码输出。其中，SISO外码译码器的输入信息符号概率对数似然比值A(u;I)恒为05-6。图2SCCC勺迭代译码器结构至今为止，用于Turbo译码的软输入

9、软输出(SISO蚱码算法已经有数种，主要分为两类：一类源于Viterbi算法，以追求每个码字或码组错误概率最小为目标，属于逐组软判决译码算法，主要有SOVA算法、改进的SOVA算法；另外一类源于MAP算法，以追求每个码元译码错误概率最小为目标，属于逐位软判决译码算法，主要有逐符号软输出最大后验概率(MAP瘴法、LOG-MA喳法及MAX-LOG-MAP算法。后一类比前一类更复杂，但性能更好。限于篇幅，本文对于具体译码算法不做讨论。3系统模型与仿真结果根据上述分析，本文建立了一个通信系统模型，将串行级联Turbo码运用于该模型，分析研究了其性能随信道不同状态而变化的情况，在此基础上利用自适应滤波原理，对于模型进行了改进及仿真分析，验证了这种新模型对于提高系统性能的有效性。3.1 系统模型在移动无线信道中，当信号的收、发端存在一个主要的静态(