西工程 turbo码编码

1、 18/18Turbbo码编码器学院：电电子信息息学院学号：440800303301005班级：008通信信1班姓名：一、引言言Shannnonn 编码码定理指指出：如如果采用用足够长长的随机机编码，就能逼逼近Shhannnon 信道容容量。但是传传统的编编码都有有规则的的代数结结构，远远远谈不不上“随机”；同时时，出于于译码复复杂度的的考虑，码长也也不可能能太长。所以传传统的 HYPERLINK /view/561383.htm 信信道编码码性能与与信道容容量之间间都有较较大的差差距。事事实上，长期以以来信道道容量仅仅作为一一个理论论极限存存在，实实际的编编码方案案设计和和评估都都没有以以S

2、haannoon限为为依据。二、Tuurboo码简介19933 年两两位 HYPERLINK /view/64741.htm 法国国教授Beerroou、Glaavieeux 和他们们的 HYPERLINK /view/7227.htm 缅甸甸籍博士士生Thhitiimajjshiima 在ICCC 会议议上提出出了一种种全新的的编码方方式Turrbo 码。它它巧妙地地将两个个简单分分量码通通过伪随随机交织织器并行行级联来来构造具具有伪随随机特性性的长码码，并通通过在两两个软入入/软出(SSISOO)译码码器之间间进行多多次迭代代实现了了伪随机机译码。Turbbo码由由于其近近Shaannoo

3、n界的的突出纠纠错能力力，成为为近年信信道编码码理论研研究的热热点问题题。其编编码器由由两个（或多个个）带反反馈的系系统卷积积码器经经一交织织器并行行级联而而成，接接收端一一般采用用逐位最最大后验验概率译译码器通通过反复复迭代循循环来译译码。Turbbo码有有一重要要特点是是其译码码较为复复杂，比比常规的的卷积码码要复杂杂的多，这种复复杂不仅仅在于其其译码要要采用迭迭代的过过程，而而且采用用的算法法本身也也比较复复杂。这这些算法法的关键键是不但但要能够够对每比比特进行行译码，而且还还要伴随随着译码码给出每每比特译译出的可可靠性信信息，有有了这些些信息，迭代才才能进行行下去。用于TTurbbo码

4、译译码的具具体算法法有：MMAP(Maxximuum AA Poosteerorri) 、Maxx-Loog-MMAP、Logg-MAAP和SSOVAA(Sooft Outtputt Viiterrbi Alggoriithmm)算法法。编码方面面主要包包括对并并行级联联编码与与串行级级联编码码的分析析，以及及对混合合级联方方式的研研究；译译码方面面主要包包括迭代代译码、译码算算法（最最大后验验概率算算法 HYPERLINK /view/95826.htm MAAP、修修正的MMAP算算法Maax-LLog-MAPP、软输输出Viiterrbi 算法SSOVAA等）的的研究。三、Tuurboo

5、码编码原原理Turbbo码实际上上是一种种并行级级联卷积积码(PParaalleel CConccateenatted Connvollutiionaal CCodees)。Turrbo 码编码码器是由由两个反反馈的系系统卷积积编码器器通过一一个交织织器并行行连接而而成，编编码后的的校验位位经过删删余阵，从而产产生不同同的码率率的码字字。如图图所示：信息序序列u=u11,u22,uNN经过过交织器器形成一一个新序序列u=uu1,u2,uNN（长度与与内容没没变，但但比特位位经过重重新排列列)，u 和u分别别传送到到两个分分量编码码器(RRSC11与RSCC2) ，一般般情况下下，这两两个分量量

6、编码器器结构相相同，生生成序列列X和X,为了了提高 HYPERLINK /view/493860.htm 码码率，序序列X和X需要经经过删余余器，采采用删余余(puunctturiing)技术从从这两个个校验序序列中周周期的删删除一些些校验位位，形成成校验序序列X,X,与与未编码码序列XX经过过复用调调制后，生成了了Turrbo码码序列XX.1. 分分量码的的选择Turbbo 码码的一个个重要特特点是它它的分量量码采用用递归系系统卷积积码（RRSC，Reccurssivee Syysteemattic Connvollutiionaal ccodee) ，这也是是它性能能优越的的一个重重要原因

7、因。之所所以选择择RSCC编码器器作为TTurbbo码的的子码主主要有以以下原因因： 首先先，RSSC码具具有系统统码的优优点。这这一特性性使用户户在译码码时无需需变换码码字而直直接对接接收的码码字进行行译码，所以，递归系系统卷积积码( RSCC)对于于非系统统卷积码码( NNSC )而言言译码简简单、快快速。 其次，非非系统卷卷积码( NSSC )的BEER性能能在高信信噪比时时比约束束长度相相同的非非递归系系统码要要好，而而在低信信噪比时时情况却却正好相相反。递递归系统统卷积码码综合了了NSCC码和非非递归系系统卷积积码的特特性，且且然它与与NSCC码具有有相同的的treelliis结构构

8、和自由由距离，但是在在高码率率(R2/33)的情情况下，对任何何信噪比比，它的的性能均均比等效效的NSSC码要要好。由于系统统递归卷卷积码具具有以上上特点，并且能能改善误误码率，所以通通常选择择RSCC码作为为Turrbo码码的子编编码器。RSCC 编码码器一般般有2-5 级级移位寄寄存器，编码器器如下图图所示Inputoutput递归系统统卷权码码(RSSC)不不同于一一般的卷卷积码器器在于其其结构中中不仅有有向前结结构，还还有向后后反馈结结构。2. 交交织器的的设计交织器是是影响TTurbbo码性性能的一一个关键键因素，它可以以便Tuurboo码的距距离谱细细化，即即码重分分布更为为集中。

9、它的特特性的好好坏直接接关系着着Turrbo码码的性能能。 编码器中中交织器器的使用用是实现现Turrbo码码近似随随机编码码的关键键。交织织器实际际上是一一个一一一映射函函数，作作用是将将输入信信息序列列中的比比特位置置进行重重置，以以减小分分量编码码器输出出校验序序列的相相关性和和提高码码重。通通常在输输入信息息序列较较长时可可以采用用近似随随机的映映射方式式，相应应的交织织器称为为伪随机机交织器器。由于于在具体体的通信信系统中中采用TTurbbo码时时交织器器必须具具有固定定的结构构，同时时是基于于信息序序列的，因此在在一定条条件下可可以把TTurbbo码看看成一类类特殊的的分组码码来简

10、化化分析。交织是是对信息息序列加加以重新新排列的的一个过过程。在交织器器的设计计中，基基本上是是遵循下下列原则则： 1)最大程程度的置置乱原来来的数据据排列顺顺序，避避免置换换前相距距较近的的数据在在置换后后仍然相相距较近近，特别别是要避避免相邻邻的数据据在置换换后仍然然相邻。 2) 尽尽量提高高最小码码重码字字的重量量和减小小低码重重码字的的数量。3) 尽可可能避免免与同一一信息位位直接相相关的两两个分量量编码器器中的校校验位均均被删除除； 4) 对于于不归零零的编码码器，交交织器设设计时要要避兔出出现尾尾效应 图案案。 在设设计交织织器时，应考虑虑具体应应用系统统的数据据的大小小，使交交织

11、深度度在满足足时延要要求的前前提下，与数据据大小一一致，或或是数据据帧长度度的整数数倍。 交织织器和分分量码的的结合可可以确保保Turrbo码码编码输输出码字字都具有有较高的的汉明重重量。在在Turrbo编编码器中中交织器器的作用用是将信信息序列列中的比比特顺序序重置。当信息息序列经经过第一一个分量量编码器器后输出出的码字字重量较较低时，交织器器可以使使交织后后的信息息序列经经过第二二个分量量编码器器编码后后以很大大的概率率输出较较高重码码字，从从而提高高码字的的汉明重重量：同同时好的的交织器器还可以以奇效地地降低校校验序列列间的相相关性。因此，交织器器设计的的好坏在在很大程程度上影影响着TT

12、urbbo码的的性能。3. 删删余的设设计对于数字字通信领领域日益益紧张的的带宽资资源，提提高码率率就意味味着节省省带宽和和降低通通信费用用。删余余(Puunctturiing)是目前前提高TTurbbo码码码率的主主要方法法。 Turbbo 码码中，删删余器通通常比较较简单，因为在在一般的的应用中中，码率率都是在在1/22 或者者1/33 ，因因此即使使有删余余器，它它一般也也只是周周期性的的从两个个分量编编码器中中选择校校验比特特输出即即可。其其具体做做法是：从两个个RSCC编码生生成的校校验序列列中周期期地删除除一些校校验位，然后再再与未编编码的信信息序列列复用重重组成最最后的编编码输出

13、出序列，调制后后进入信信道传输输。若信信息序列列为d11 =(C111) ，长度为为N ，那么两两个RSSC分量量编码器器的输出出为：下图所示示示为采采用了删删余技术术的编码码结构，若取RRSC11输出的的奇比特特和RSSC2的的偶比特特，即采采用删余余 HYPERLINK /view/10337.htm 矩阵P= 10,01 ， 那么编编码输出出长度为为2N，码率提提高为11/2的的序列为为Cp. Turbbo码两个分量量码编码码器的输输出经过过删余得得到的序序列被称称为奇偶偶序列，是校验验序列。一个好好的删余余算法应应该符合合以下几几点要求求： 1) 不能能删除信信息位.删除信信息位会会造

14、成较较大的信信息损失失，从而而使 HYPERLINK /view/525429.htm 误码码率有较较大的损损失； 2) 删余余应该在在 HYPERLINK /view/738025.htm 时间域域上均匀匀进行，删余同同一时刻刻所有的的比特位位会造成成此时刻刻信息损损失较大大，影响响误码率率； 3) 删删余应该该对于各各分量码码均匀进进行，从从而使信信息的损损失均匀匀分布在在各分量量码上，避免由由于信息息损失不不均匀导导致分量量码译码码性能下下降。四、Tuurboo 码与与其它通通信技术术的结合合包括Tuurboo 码与与调制技技术(如如 HYPERLINK /view/3871251.ht

15、m 网格编编码调制制 HYPERLINK /view/196436.htm TCMM)的结结合、TTurbbo码与与 HYPERLINK /view/1915238.htm 均衡技技术的结结合(TTurbbo码均均衡)、Turrbo码码编码与与 HYPERLINK /view/1647143.htm 信源编编码的结结合、TTurbbo码译译码与接接收检测测的结合合等等。Turrbo码码与 HYPERLINK /view/319506.htm OFFDM调调制、差差分检测测技术相相结合，具有较较高的频频率利用用率，可可有效地地抑制短短波信道道中 HYPERLINK /view/935570.ht

16、m 多径径时延、 HYPERLINK /view/1990016.htm 频率选选择性衰衰落、人人为干扰扰与噪声声带来的的不利影影响。Matllab仿仿真程序序如下：主函数：in=iinpuut(pleeasee innputt coode unccodeed:)g=11 0 1 11; 11 1 0 11n,KK=ssizee(g)m=K-1nstaatess=2mpunccturre=11ratee=1/(2+punnctuure)pattternn_orrdinnal=1:llenggth(in)alphha=jjiaoozhii(paatteern_orddinaal)en_outtp

17、utt,innterr=eencooderrm(iin,gg,allphaa,puunctturee)alphhaouut=aalphhaout=en_outtputtinteer_ddataa=innterr交织编码码器：funcctioon ppattternn=innterrleaaverr_3GGPP(x)K=leengtth(xx);if KK=440 & K=1660 & K=4881 & K=22281 & KK=31661 & K=4481 & KK=5530 p=553; C=pp;elsee ii=1; whiile (p_tabble(ii)+1)*RK iii=iii+

18、1; endd p=pp_taablee(iii); %deeterrminne CC if K(p-1)*R & KR*pp C=p+11; enddendif KK=RR*C x(11,(KK+1):(RR*C)=00;endmatrrix_unppermmutaatioon=(resshappe(xx,C,R);v_taablee= 3 2 2 3 2 5 2 3 2 6 3 5 2 2 2 2 7 5 3 2 3 5 2 5 2 6 3 3 2 3 2 2 6 5 2 5 2 2 2 19 5 2 3 2 3 2 6 3 7 7 6 3 ; if K=4811 & K6) & (q(i

19、)q(ii-1)=0 q(i)=q(ii)+11; enddendr(T)=q;for i=11:R if C=p foor jj=1:p-11 UU(i,j)=s(mmod(j*rr(i),p-1)+1); ennd U(i,pp)=00; elsseiff C=p+1 foor jj=1:p-11 UU(i,j)=s(mmod(j*rr(i),p-1)+1); ennd U(i,pp)=00; U(i,pp+1)=p; iff K=R*C & i=R ttempp=U(R,pp+1); UU(R,p+11)=UU(R,1); UU(R,1)=temmp; ennd elsseiff C=p

20、-1 foor jj=1:p-11 UU(i,j)=s(mmod(j*rr(i),p-1)+1)-1; ennd enddendfor i=11:R mattrixx_inntraa_roow_ppermmutaatedd(i,:)=mattrixx_unnperrmuttatiion(i,UU(i,:)+1);endfor i=11:C mattrixx_innterrleaavedd(:,i)=mattrixx_inntraa_roow_ppermmutaatedd(T,i);endk=1;for i=11:C forr j=1:RR iif mmatrrix_intterlleavved

21、(j,ii)=0 pattterrn(kk)=mmatrrix_intterlleavved(j,ii); k=kk+1; eend enddend并行输出出以及删删余程序序funcctioon en_outtputt,innterr_daata = enccodeerm( x, g, allphaa, ppunccturre )n,KK = siize(g); m = K - 1;L_innfo = llenggth(x); L_tootall = L_iinfoo + m; inpuut = x;outpput11 = rscc_enncodde(gg,innputt,puunctture

22、e);y(1,:) = ooutpput11(1:2:22*L_tottal);y(2,:) = ooutpput11(2:2:22*L_tottal);for i = 1:L_iinfoo iinpuut1(1,ii) = y(1,aalphha(ii); endoutpput22 = rscc_enncodde(gg, iinpuut1(1,11:L_inffo),punnctuure);y(3,:) = ooutpput22(1:2:22*L_tottal); y(4,:) = ooutpput22(2:2:22*L_tottal); y2(11,:) = outtputt1(11:2:

23、2*LL_tootall);y2(22,:) = outtputt1(22:2:2*LL_tootall);y2(33,:) = outtputt2(22:2:2*LL_tootall);if ppunccturre 0 ffor i = 1:L_ttotaal forr j = 11:3 enn_ouutpuut(11,3*(i-1)+j) = yy2(jj,i); endd eend intter_datta=yy(3,:); en_outtputt(1,3*LL_tootall+1)=enn_ouutpuut(11,3*L_ttotaal-22); en_outtputt(1,3*LL_

24、tootall+2)=enn_ouutpuut(11,3*L_ttotaal-11); en_outtputt(1,3*LL_tootall+3)=enn_ouutpuut(11,3*L_ttotaal); en_outtputt(1,3*LL_tootall-2)=y(3,LL_tootall-2); en_outtputt(1,3*LL_tootall-1)=y(3,LL_tootall-1); en_outtputt(1,3*LL_tootall)=yy(3,L_ttotaal);elsee ffor i=11:L_tottal en_outtputt(1,n*(i-11)+11) = y(1,ii); if remm(i,2) een_ooutpput(1,nn*i) = y(22,i); elsse en_outtputt(1,n*ii) = y(3,ii); endd endd enden_ooutpput = 22 * en_outtputt - onees(ssizee(