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1、本科毕业论文Turbo码编译码研究与应用 姓 名包丽红 学 院光电信息与计算机工程学院 专 业通信工程 指导教师秦川 讲师 完成日期2013年5月上海理工大学全日制本科生毕业设计（论文）承诺书本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文）Turbo码编译码研究与应用是在导师的指导下，严格按照学校和学院的有关规定由本人独立完成。文中所引用的观点和参考资料均已标注并加以注释。论文研究过程中不存在抄袭他人研究成果和伪造相关数据等行为。如若出现任何侵犯他人知识产权等问题，本人愿意承担相关法律责任。 承诺人（签名）： 日 期：Turbo码编译码研究摘要C.E.Shannon在其著名的信道编码理论中给出了有噪信道
2、中当信息速率达到信道容量时实现无差错传输的三个基本条件：随机编码、长码和最大似然译码。Turbo码在信噪比比较低的高噪声环境下性能优越，具有良好的抗干扰、抗衰落能力，而且具有接近Shannon极限的良好性能性能，这是分组码、卷积码等其他码型所达不到的。现在，Turbo码已经被广泛应用于WCDMA、CDMA2000、3GPP等当代通信协议中。Turbo码是在卷积码和级联码的理论上发展起来的，它巧妙地将卷积码与交织器结合起来，实现了由短码构造长码和随机编码的性能。交织器是Turbo码的重要组成部分，它的作用是实现Turbo码的随机编码并提高其码重。Turbo码用迭代译码算法逼近最大似然译码，这样不
3、仅降低了译码复杂度，且使其译码性能接近最大似然译码。本文首先介绍了信道编码理论与技术的发展，并对Turbo码编译码算法的基本理论进行了深入研究，在简述了Turbo码的编码原理、交织器原理、译码原理以及发展状况的基础上，将Turbo码与其他信道码做了比较。Turbo码的译码算法较复杂，占用的存储空间比较大，不利于工程实现。本文涉及到的译码算法主要有Log-MAP算法和SOVA算法。SOVA算法是一种软输入软输出的译码算法，Log-MAP算法由于软信息的损失较多而有部分的性能缺失。其次，在MATLAB平台上，针对语音信号和图像，对Turbo码的编译码性能进行了仿真及验证，并得出了其基本评价指数曲线
4、图。最后，将运行结果显示在GUI界面上。图形用户界面（GUI）是由窗口、光标、按键、菜单、文字说明等对象（Objects）构成的一个用户界面。关键词：Turbo码 交织器 迭代译码 图形用户界面THE STUDY OF ENCODING AND DECODING OF TURBO CODEABSTRACTC.E.Shannon gave the three basis conditions of noisy channel coding when the information rate equals the channel capacity to achieve error-free tra
5、nsmission in his famous theory of channel coding: random coding, long code and maximum likelihood decoding. Turbo code has superior performance in a high-noise environments when the signal to noise ratio is relatively low .Turbo code has a good anti-jamming, anti-fading ability, and has good perform
6、ance close to Shannon limit which other channel codes like block code and convolution code cant achieve. Now, Turbo code has been widely used in WCDMA, CDMA2000, 3GPP and other contemporary communication protocols.Turbo code based on the convolution code and concatenated code, it combines convolutio
7、n code with interleaver, realizing the performance of long code constructed by short codes and random coding. Turbo code uses iterative decoding algorithm to approach maximum likelihood decoding, which not only decreases the decoding complexity, but also makes the decoding performance approach the m
8、aximum likelihood decoding.This paper firstly describes the development of channel coding theory and technology, and make a deep study of the encode and decode algorithm of Turbo code, comparing the Turbo code with other channel code after shortly described the theory of encoding, decoding, interlea
9、ver and the development of Turbo code. Turbo code is not conducive to the project realization because of its complex decoding algorithm. The decoding algorithms in this paper involve the Log-MAP algorithm and SOVA algorithm. SOVA algorithm is a soft-input soft-output decoding algorithm, but Log-MAP
10、algorithm has partly performance lose because it may lose some effective information. Secondly, this paper simulates and certificates the performances of Turbo code for voice signals and images in MATLAB, achieving its basic evaluation index graph. Lastly, run results will be show in GUI interface.
11、Graphical user interface(GUI) is a user interface made up of a window, cursor buttons, menus, text and other objects.Keywords: Turbo code interleaver iterative decoding graphical user interface目 录中文摘要ABSTRACT第1章 绪论11.1 信道编码理论11.2 Turbo码的提出与研究现状31.3 本文的主要工作及章节结构5第2章 Turbo码基本原理62.1 Turbo码的编译码基本原理62.1.
12、1 Turbo码的编码原理62.1.2 Turbo码的译码原理82.2 Turbo码交织器102.3 Turbo码删余处理122.4 Turbo码与其他差错控制编码的比较122.4.1 分组码132.4.2 卷积码13第3章 Turbo码的编解码仿真实现及其在图像和语音中的应用163.1 图像的Turbo码编译码163.2 语音的Turbo码编译码22第4章 Turbo码编译码算法的GUI界面设计与实现274.1 Matlab GUI的组成及层次结构274.2 Turbo码编译码的Matlab GUI界面设计28第5章 总结与展望32第6章 参考文献33上海理工大学本科生毕业设计（论文）第1章
13、 绪论本章首先介绍差错控制编码在数字通信系统中的位置作用以及信道编码理论的发展，然后在分析信道编码理论的基础上归纳Turbo码的提出必要与研究现状，最后系统介绍文章的整体结构安排。1.1 信道编码理论随着对高效、高可靠性数字通信系统需求的迅速增长，大规模高速宽带网络的发展使语音、图像和其他多媒体信息的传输成为可能。如何在系统功率和传输带宽有限、系统复杂性和设备造价尽可能小的条件下实现尽可能准确的信息传输，使信息传输的错误最小化，这成为一个比较迫切的问题。信道编码是消除或降低信息传输速率的有效手段之一。下面浅显介绍数字通信系统的基本结构以便更好地理解信道编码在数字通信系统中的位置及作用，如图1.
14、1所示。图1.1 数字通信系统基本组成结构传输信道存在一定的噪声和衰落，这必然会在传输信号中引入失真，导致接收端信号判决错误，因此需要采用差错控制码来检测和纠正这些错误。信道编码器的作用是在信息序列中加入冗余码元，使其具有一定的检纠错能力。经过信道编码插入的冗余码元的作用是减小传输中发生的信号和码元错误，从而提高系统的可靠性。与未编码系统相比，信道编码会导致数据传输率的降低或者对信道带宽要求的增加。如图1.1所示，信息的传输是有方向性的，即数据从发送端经过信道到达接收端。发送端不知道接收端是否实现数据的正确接受与判断，接收端也不知道经过解调译码之后的数据是否与发送端发送的数据一致，这种单向的差错控制称为前向差错控制2。与之相比，在通信系统中还可以采用自动重发请求方式（ARQ）进行错误检测和纠正的差错控制方式。前者不需要反馈信道，译码实时性较好，控制电路也较为简单，但设备比较复杂，通常编码效率较低；后者的检错能力远高于其纠错能力，并要求有反馈信道，控制电路较复杂，且译码实时性差。以分组纠错码为例，信道编码的基本思想是将每k个连续的信息比特分为一组，经过适当的数学运算后得到n个比特的输出，这n个比特组成的序列称为一个码字。信道编码时，应使不同码字之间的区别尽可能大，从而减少通信系统中不能检测或纠正的错误。定义 (1-1)
