西工程 turbo碼編碼

1、 18/18Turbbo碼編碼器學(xué)院：電電子信息息學(xué)院學(xué)號：440800303301005班級：008通信信1班姓名：一、引言言Shannnonn 編碼碼定理指指出：如如果采用用足夠長長的隨機機編碼，就能逼逼近Shhannnon 信道容容量。但是傳傳統(tǒng)的編編碼都有有規(guī)則的的代數(shù)結(jié)結(jié)構(gòu)，遠遠遠談不不上“隨機”；同時時，出于于譯碼復(fù)復(fù)雜度的的考慮，碼長也也不可能能太長。所以傳傳統(tǒng)的 HYPERLINK /view/561383.htm 信信道編碼碼性能與與信道容容量之間間都有較較大的差差距。事事實上，長期以以來信道道容量僅僅作為一一個理論論極限存存在，實實際的編編碼方案案設(shè)計和和評估都都沒有以以S

2、haannoon限為為依據(jù)。二、Tuurboo碼簡介19933 年兩兩位 HYPERLINK /view/64741.htm 法國國教授Beerroou、Glaavieeux 和他們們的 HYPERLINK /view/7227.htm 緬甸甸籍博士士生Thhitiimajjshiima 在ICCC 會議議上提出出了一種種全新的的編碼方方式Turrbo 碼。它它巧妙地地將兩個個簡單分分量碼通通過偽隨隨機交織織器并行行級聯(lián)來來構(gòu)造具具有偽隨隨機特性性的長碼碼，并通通過在兩兩個軟入入/軟出(SSISOO)譯碼碼器之間間進行多多次迭代代實現(xiàn)了了偽隨機機譯碼。Turbbo碼由由于其近近Shaannoo

3、n界的的突出糾糾錯能力力，成為為近年信信道編碼碼理論研研究的熱熱點問題題。其編編碼器由由兩個（或多個個）帶反反饋的系系統(tǒng)卷積積碼器經(jīng)經(jīng)一交織織器并行行級聯(lián)而而成，接接收端一一般采用用逐位最最大后驗驗概率譯譯碼器通通過反復(fù)復(fù)迭代循循環(huán)來譯譯碼。Turbbo碼有有一重要要特點是是其譯碼碼較為復(fù)復(fù)雜，比比常規(guī)的的卷積碼碼要復(fù)雜雜的多，這種復(fù)復(fù)雜不僅僅在于其其譯碼要要采用迭迭代的過過程，而而且采用用的算法法本身也也比較復(fù)復(fù)雜。這這些算法法的關(guān)鍵鍵是不但但要能夠夠?qū)γ勘缺忍剡M行行譯碼，而且還還要伴隨隨著譯碼碼給出每每比特譯譯出的可可靠性信信息，有有了這些些信息，迭代才才能進行行下去。用于TTurbbo碼

4、譯譯碼的具具體算法法有：MMAP(Maxximuum AA Poosteerorri) 、Maxx-Loog-MMAP、Logg-MAAP和SSOVAA(Sooft Outtputt Viiterrbi Alggoriithmm)算法法。編碼方面面主要包包括對并并行級聯(lián)聯(lián)編碼與與串行級級聯(lián)編碼碼的分析析，以及及對混合合級聯(lián)方方式的研研究；譯譯碼方面面主要包包括迭代代譯碼、譯碼算算法（最最大后驗驗概率算算法 HYPERLINK /view/95826.htm MAAP、修修正的MMAP算算法Maax-LLog-MAPP、軟輸輸出Viiterrbi 算法SSOVAA等）的的研究。三、Tuurboo

5、碼編碼原原理Turbbo碼實際上上是一種種并行級級聯(lián)卷積積碼(PParaalleel CConccateenatted Connvollutiionaal CCodees)。Turrbo 碼編碼碼器是由由兩個反反饋的系系統(tǒng)卷積積編碼器器通過一一個交織織器并行行連接而而成，編編碼后的的校驗位位經(jīng)過刪刪余陣，從而產(chǎn)產(chǎn)生不同同的碼率率的碼字字。如圖圖所示：信息序序列u=u11,u22,uNN經(jīng)過過交織器器形成一一個新序序列u=uu1,u2,uNN（長度與與內(nèi)容沒沒變，但但比特位位經(jīng)過重重新排列列)，u 和u分別別傳送到到兩個分分量編碼碼器(RRSC11與RSCC2) ，一般般情況下下，這兩兩個分量量

6、編碼器器結(jié)構(gòu)相相同，生生成序列列X和X,為了了提高 HYPERLINK /view/493860.htm 碼碼率，序序列X和X需要經(jīng)經(jīng)過刪余余器，采采用刪余余(puunctturiing)技術(shù)從從這兩個個校驗序序列中周周期的刪刪除一些些校驗位位，形成成校驗序序列X,X,與與未編碼碼序列XX經(jīng)過過復(fù)用調(diào)調(diào)制后，生成了了Turrbo碼碼序列XX.1. 分分量碼的的選擇Turbbo 碼碼的一個個重要特特點是它它的分量量碼采用用遞歸系系統(tǒng)卷積積碼（RRSC，Reccurssivee Syysteemattic Connvollutiionaal ccodee) ，這也是是它性能能優(yōu)越的的一個重重要原因

7、因。之所所以選擇擇RSCC編碼器器作為TTurbbo碼的的子碼主主要有以以下原因因： 首先先，RSSC碼具具有系統(tǒng)統(tǒng)碼的優(yōu)優(yōu)點。這這一特性性使用戶戶在譯碼碼時無需需變換碼碼字而直直接對接接收的碼碼字進行行譯碼，所以，遞歸系系統(tǒng)卷積積碼( RSCC)對于于非系統(tǒng)統(tǒng)卷積碼碼( NNSC )而言言譯碼簡簡單、快快速。 其次，非非系統(tǒng)卷卷積碼( NSSC )的BEER性能能在高信信噪比時時比約束束長度相相同的非非遞歸系系統(tǒng)碼要要好，而而在低信信噪比時時情況卻卻正好相相反。遞遞歸系統(tǒng)統(tǒng)卷積碼碼綜合了了NSCC碼和非非遞歸系系統(tǒng)卷積積碼的特特性，且且然它與與NSCC碼具有有相同的的treelliis結(jié)構(gòu)構(gòu)

8、和自由由距離，但是在在高碼率率(R2/33)的情情況下，對任何何信噪比比，它的的性能均均比等效效的NSSC碼要要好。由于系統(tǒng)統(tǒng)遞歸卷卷積碼具具有以上上特點，并且能能改善誤誤碼率，所以通通常選擇擇RSCC碼作為為Turrbo碼碼的子編編碼器。RSCC 編碼碼器一般般有2-5 級級移位寄寄存器，編碼器器如下圖圖所示Inputoutput遞歸系統(tǒng)統(tǒng)卷權(quán)碼碼(RSSC)不不同于一一般的卷卷積碼器器在于其其結(jié)構(gòu)中中不僅有有向前結(jié)結(jié)構(gòu)，還還有向后后反饋結(jié)結(jié)構(gòu)。2. 交交織器的的設(shè)計交織器是是影響TTurbbo碼性性能的一一個關(guān)鍵鍵因素，它可以以便Tuurboo碼的距距離譜細(xì)細(xì)化，即即碼重分分布更為為集中。

9、它的特特性的好好壞直接接關(guān)系著著Turrbo碼碼的性能能。 編碼器中中交織器器的使用用是實現(xiàn)現(xiàn)Turrbo碼碼近似隨隨機編碼碼的關(guān)鍵鍵。交織織器實際際上是一一個一一一映射函函數(shù)，作作用是將將輸入信信息序列列中的比比特位置置進行重重置，以以減小分分量編碼碼器輸出出校驗序序列的相相關(guān)性和和提高碼碼重。通通常在輸輸入信息息序列較較長時可可以采用用近似隨隨機的映映射方式式，相應(yīng)應(yīng)的交織織器稱為為偽隨機機交織器器。由于于在具體體的通信信系統(tǒng)中中采用TTurbbo碼時時交織器器必須具具有固定定的結(jié)構(gòu)構(gòu)，同時時是基于于信息序序列的，因此在在一定條條件下可可以把TTurbbo碼看看成一類類特殊的的分組碼碼來簡

10、化化分析。交織是是對信息息序列加加以重新新排列的的一個過過程。在交織器器的設(shè)計計中，基基本上是是遵循下下列原則則： 1)最大程程度的置置亂原來來的數(shù)據(jù)據(jù)排列順順序，避避免置換換前相距距較近的的數(shù)據(jù)在在置換后后仍然相相距較近近，特別別是要避避免相鄰鄰的數(shù)據(jù)據(jù)在置換換后仍然然相鄰。 2) 盡盡量提高高最小碼碼重碼字字的重量量和減小小低碼重重碼字的的數(shù)量。3) 盡可可能避免免與同一一信息位位直接相相關(guān)的兩兩個分量量編碼器器中的校校驗位均均被刪除除； 4) 對于于不歸零零的編碼碼器，交交織器設(shè)設(shè)計時要要避兔出出現(xiàn)尾尾效應(yīng) 圖案案。 在設(shè)設(shè)計交織織器時，應(yīng)考慮慮具體應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)統(tǒng)的數(shù)據(jù)據(jù)的大小小，使交交織

11、深度度在滿足足時延要要求的前前提下，與數(shù)據(jù)據(jù)大小一一致，或或是數(shù)據(jù)據(jù)幀長度度的整數(shù)數(shù)倍。 交織織器和分分量碼的的結(jié)合可可以確保保Turrbo碼碼編碼輸輸出碼字字都具有有較高的的漢明重重量。在在Turrbo編編碼器中中交織器器的作用用是將信信息序列列中的比比特順序序重置。當(dāng)信息息序列經(jīng)經(jīng)過第一一個分量量編碼器器后輸出出的碼字字重量較較低時，交織器器可以使使交織后后的信息息序列經(jīng)經(jīng)過第二二個分量量編碼器器編碼后后以很大大的概率率輸出較較高重碼碼字，從從而提高高碼字的的漢明重重量：同同時好的的交織器器還可以以奇效地地降低校校驗序列列間的相相關(guān)性。因此，交織器器設(shè)計的的好壞在在很大程程度上影影響著TT

12、urbbo碼的的性能。3. 刪刪余的設(shè)設(shè)計對于數(shù)字字通信領(lǐng)領(lǐng)域日益益緊張的的帶寬資資源，提提高碼率率就意味味著節(jié)省省帶寬和和降低通通信費用用。刪余余(Puunctturiing)是目前前提高TTurbbo碼碼碼率的主主要方法法。 Turbbo 碼碼中，刪刪余器通通常比較較簡單，因為在在一般的的應(yīng)用中中，碼率率都是在在1/22 或者者1/33 ，因因此即使使有刪余余器，它它一般也也只是周周期性的的從兩個個分量編編碼器中中選擇校校驗比特特輸出即即可。其其具體做做法是：從兩個個RSCC編碼生生成的校校驗序列列中周期期地刪除除一些校校驗位，然后再再與未編編碼的信信息序列列復(fù)用重重組成最最后的編編碼輸出

13、出序列，調(diào)制后后進入信信道傳輸輸。若信信息序列列為d11 =(C111) ，長度為為N ，那么兩兩個RSSC分量量編碼器器的輸出出為：下圖所示示示為采采用了刪刪余技術(shù)術(shù)的編碼碼結(jié)構(gòu)，若取RRSC11輸出的的奇比特特和RSSC2的的偶比特特，即采采用刪余余 HYPERLINK /view/10337.htm 矩陣P= 10,01 ， 那么編編碼輸出出長度為為2N，碼率提提高為11/2的的序列為為Cp. Turbbo碼兩個分量量碼編碼碼器的輸輸出經(jīng)過過刪余得得到的序序列被稱稱為奇偶偶序列，是校驗驗序列。一個好好的刪余余算法應(yīng)應(yīng)該符合合以下幾幾點要求求： 1) 不能能刪除信信息位.刪除信信息位會會造

14、成較較大的信信息損失失，從而而使 HYPERLINK /view/525429.htm 誤碼碼率有較較大的損損失； 2) 刪余余應(yīng)該在在 HYPERLINK /view/738025.htm 時間域域上均勻勻進行，刪余同同一時刻刻所有的的比特位位會造成成此時刻刻信息損損失較大大，影響響誤碼率率； 3) 刪刪余應(yīng)該該對于各各分量碼碼均勻進進行，從從而使信信息的損損失均勻勻分布在在各分量量碼上，避免由由于信息息損失不不均勻?qū)?dǎo)致分量量碼譯碼碼性能下下降。四、Tuurboo 碼與與其它通通信技術(shù)術(shù)的結(jié)合合包括Tuurboo 碼與與調(diào)制技技術(shù)(如如 HYPERLINK /view/3871251.ht

15、m 網(wǎng)格編編碼調(diào)制制 HYPERLINK /view/196436.htm TCMM)的結(jié)結(jié)合、TTurbbo碼與與 HYPERLINK /view/1915238.htm 均衡技技術(shù)的結(jié)結(jié)合(TTurbbo碼均均衡)、Turrbo碼碼編碼與與 HYPERLINK /view/1647143.htm 信源編編碼的結(jié)結(jié)合、TTurbbo碼譯譯碼與接接收檢測測的結(jié)合合等等。Turrbo碼碼與 HYPERLINK /view/319506.htm OFFDM調(diào)調(diào)制、差差分檢測測技術(shù)相相結(jié)合，具有較較高的頻頻率利用用率，可可有效地地抑制短短波信道道中 HYPERLINK /view/935570.ht

16、m 多徑徑時延、 HYPERLINK /view/1990016.htm 頻率選選擇性衰衰落、人人為干擾擾與噪聲聲帶來的的不利影影響。Matllab仿仿真程序序如下：主函數(shù)：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交織編碼碼器：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并行輸出出以及刪刪余程序序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(