Turbo码的编译码原理及仿真

四川师范大学成都学院本科毕业设计ITurbo码的编译码原理及仿真内容摘要：Turbo码是巧妙地将两个简单分量码通过伪随机交织器并行级联来构造具有伪随机特性的长码，并通过在两个输入/输出(SISO)译码器之间进行多次迭代实现了伪随机译码。目前Turbo码的大部分研究致力于在获得次优性能的情况下减小译码复杂度和时延，从而得到可实现的Turbo码系统。Turbo码具有极其广阔的应用前景，是信道编码界的一个重大突破，被称为二十一世纪的纠错编码。本文介绍了Turbo码的产生背景，研究意义，研究现状（编译码技术、Turbo码的设计和分析、Turbo码在CDMA系统中的研究及应用、面向分组的Turbo码、Turbo码与其它通信技术的结合），编码原理、译码原理及Turbo码的性能仿真及设计。通过对Turbo编译码原理的介绍及性能仿真的波形、频谱图的结果，本文对系统进行性能分析，并作了进一步的改进和调试。仿真结果证明了整个设计系统的正确性。由频谱特性可以看出：Turbo码不仅能够有效地抵御加性高斯噪声，而且具有很强的抗衰落和抗干扰特性。可以看出，Turbo码在现代通信中具有较大的优越性和重要作用。关键词：turbo码编码译码仿真四川师范大学成都学院本科毕业设计IITurboCodeprincipleAndSimulationAbstract:TheTurbocodeisingeniouslytwosimplecomponentcodebypseudorandominterleaverparallelcascadeconstructshasrandomcharacteristicoflongcode,andthroughthetwoinput/output(SISO)decoderbetweeniterationrealizedpseudorandomdecoding.Atpresent,mostofresearchdevotedtotheTurbocodeinobtainingsuboptimalperformanceintheabsenceofreducingdecodingcomplexityanddelay,thuscanrealizeTurbocodesystem.Turbocodehasextremelybroadapplicationprospect,isthechannelcodingcommunityamajorbreakthrough,knownasthetwenty-firstCenturyerrorcorrectioncoding.ThispaperintroducestheTurbocodegenerationbackground,researchsignificance,researchstatus(compiledcodetechnology,designofTurbocodeandTurbocodeanalysis,intheCDMAsystemresearchandapplication,apacket-orientedTurbocode,Turbocodeandothercommunicationstechnologies),encoding,decodingprincipleofprincipleandperformancesimulationofTurbocodesanddesign.BasedontheTurbocompilercodeprincipleintroductionandperformancesimulationwaveform,theresultofspectrum,thesystemperformanceanalysis,andmadeafurtherimprovementanddebugging.Thesimulationresultsprovethatthedesignschemeiscorrect.Thespectralcharactercansee:TurbocodecannotonlyeffectivelyagainsttheGaussnoise,butalsohasstrongresistancetofadingandinterferenceproperties.Ascanbeseen,theTurbocodeinmoderncommunicationhasmoreadvantagesandimportantrole.Keywords:theturbocodeencodingdecodingsimulation四川师范大学成都学院本科毕业设计III目录前言.....................................................................11绪论..................................................................21.1TURBO码的研究背景及发展............................................21.2本文的论文结构安排.................................................42TURBO码的编码原理.....................................................52.1TURBO码的编码器的组成..............................................52.2TURBO码的删余矩阵..................................................62.3TURBO码的交织器.................................................72.4本章小结........................................................93TURBO码的译码原理.....................................................93.1TURBO码的译码结构..............................................93.2TURBO码的LOG-MAP算法.............................................113.3SOVA译码算法.....................................................133.4各种译码算法的比较................................................143.5本章小结..........................................................154TURBO码的性能仿真及设计..............................................154.1TURBO码仿真系统的实现.............................................154.2TURBO码的仿真结果及分析...........................................194.2.1不同码率对Turbo码的性能影响................................194.2.2不同译码算法对Turbo码的性能影响............................194.2.3迭代次数....................................................204.2.4交织长度....................................................214.3本章小结..........................................................225结束语...............................................................22参考文献................................................................24四川师范大学成都学院本科毕业设计1Turbo码的编译码原理及仿真前言随着社会、经济的快速发展，Turbo码的应用越来越广泛。Turbo码是一类全新的纠错码，是一种新颖的信道编码方法，具有目前任何其它信道编码技术无法比拟的误比特性能。因Turbo码编码思想的新颖及其码性能的优越，自提出之日起就成为通信界关注的焦点。Turbo码在编码时使用并行级联卷积码的递归编码器结构，引入交织器对进入分量编码器的信息序列进行随机交织，从而获得了近似长码的编码输出；译码时使用软输入软输出译码器进行递归迭代译码【2】。在编码器设计方面，决定Turbo码性能的关键因素是分量码和交织器设计的好坏，分量码的不同级联方式也对Turbo码性能有一定影响，在实际应用中为提高通信效率，可通过删除部分校验比特来提高编码效率，而不同的删除方式对码性能会产生不同的影响，因此许多文献对分量器、交织器、删除和级联方式的设计进行了讨论。在理论研究之初，由于发明者在首篇论文中仅给出了Turbo码的基本组成和迭代编译码原理，没有给出严格的理论解释和证明，因此在Turbo码提出之初，对其基本理论的研究就被放在了首位。大量文献对其编译码的基本原理、册肚能都做了理论得研究和分析。在编码器的设计方面，确定了Turbo码性能的关键因素是分量码和交织器设计的好坏，分量码的不同级联方式对码性能有很大影响，另外在实际应用中为提高通信效率，可通过删除部分校验比特来提高编码效率，而不同的删除方式对码性能也会产生不同的影响，因此许多文献对分量器、交织器、删除和级联方式的设计进行了讨论。随着社会节奏的不断加快，产品的更新速度也必须越来越快，对仿真软件的引入对系统进行仿真已经是必不可少。仿真既可通过仿真软件，也可利用高级语言编程来实现。利用软件包，建模十分方便，可大大节省编程时间，甚至有些地方还可省去编程过程。其中，MATLAB是最有影响力、最有活力的软件之一，在科学运算、自动控制、通信仿真等领域有着广泛的应用。目前已有一些研究可作为定性的参考，但大多数都只针对系统中的某一模块进行仿真。本文利用MATLAB对Turbo系统进行性能的仿真，建立的系统仿真模型，能够方便、快捷、形象的描绘Turbo码的工作原理及过程；通过结果分析出各模块的特点，并能方便的指出了在仿真建模中要注重的问题。结果用于说明通信理论与整个系统设计的正确性，对大家进一步研究相关理论起着积极的作用和意义，同时能够在模拟系统过程中找出其缺点与不足，进而加以研究纠正，以便让其更好的应用到实际中。四川师范大学成都学院本科毕业设计21绪论1.1Turbo码的研究背景及发展目前，由于技术的发展、客户的需求、市场的竞争等多方面因素,对Turbo码要求越来越高，Turbo码是一种极为复杂的信道编码技术，译码算法往往由于硬件实现的复杂度太高或者译码时延太长而难以实现。本文使用软件构造Turbo码系统，使使用不同的译码算法对Turbo码性能产生影响的各个参数及相关问题进行了较全面和细致的仿真实验，验证了Turbo码理论中各种因素对译码性能的影响，同时为Turbo码的设计提供了参考依据。现目前Turbo码领域面临的主要问题是：在复杂度和时延都可以接受的前提下如何获得最佳的系统性能。本文所做的就是仿真Turbo码的研究和实际应用之间的过渡性工作，一方面对Turbo码理论问题进行相关的验证，一方面对具有可能实现的Turbo码设计具有一定的指导作用。从对Shannon信道编码定理的分析中可以得出，Shann