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1、 Turbo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
2、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 Turbo Code principle And SimulationAbstract: The Turbo code is ingeniously two simple componen
3、t code by pseudo random interleaver parallel cascade constructs has random characteristic of long code, and through the two input / output ( SISO ) decoder between iteration realized pseudorandom decoding. At present, most of research devoted to the Turbo code in obtaining suboptimal performance in
4、the absence of reducing decoding complexity and delay, thus can realize Turbo code system. Turbo code has extremely broad application prospect, is the channel coding community a major breakthrough, known as the twenty-first Century error correction coding.This paper introduces the Turbo code generat
5、ion background, research significance, research status ( compiled code technology, design of Turbo code and Turbo code analysis, in the CDMA system research and application, a packet-oriented Turbo code, Turbo code and other communications technologies ), encoding, decoding principle of principle an
6、d performance simulation of Turbo codes and design.Based on the Turbo compiler code principle introduction and performance simulation waveform, the result of spectrum, the system performance analysis, and made a further improvement and debugging. The simulation results prove that the design scheme i
7、s correct. The spectral character can see: Turbo code can not only effectively against the Gauss noise, but also has strong resistance to fading and interference properties. As can be seen, the Turbo code in modern communication has more advantages and important role.Keywords: the turbo code encodin
8、g decoding simulation目 录前言11绪论21.1 Turbo码的研究背景及发展21.2 本文的论文结构安排42 TURBO码的编码原理42.1 Turbo码的编码器的组成52.2 Turbo码的删余矩阵62.3 Turbo码的交织器72.4 本章小结93 TURBO码的译码原理93.1 Turbo码的译码结构93.2 Turbo码的LOG-MAP算法113.3 SOVA 译码算法133.4 各种译码算法的比较143.5 本章小结154 TURBO码的性能仿真及设计154.1 Turbo码仿真系统的实现154.2 Turbo码的仿真结果及分析194.2.1 不同码率对Turb
9、o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Turbo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
10、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
11、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、
12、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。1 绪论1.1 Turbo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
13、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。
14、从对Shannon信道编码定理的分析中可以得出，Shannon在对定理的证明中引用了三个基本条件【5】：(a)采用随机编码、译码方式；(b)译码采用最大似然译码算法；(c)编译码长度L无穷，即码长无限。也就是说在信道传输速率不超过信道容量的计算前提，只有当代码长度无限长的代码集的随机选择的编码码字和在接收端采用最大似然译码算法，可使误差接近零利率。然而，最大似然译码复杂度作为一个功能的编码长度指数增加，当代码长度趋于无穷大，最大似然译码是不可能的。因此，构造物理可实现的编码方案，并寻求有效的译码算法是信道编码理论与技术研究中心的任务。维特比提出了卷积码的一种最大似然译码算法没有控制，从理论和实
15、际应用的发展，促进了卷积码。爱瑞斯提出了一个卷积码克服的固有缺陷，块码，由于其编码过程不断进行，在编码过程中，充分利用前、后位相关，因此性能优于相同的编码效率的分组码，并以同样的速度和相似的卷积码的纠错能力，实现代码简单的分数。Turbo码自提出之日起就成为信息论与编码理论界热切关注的焦点，人们对Turbo码的研究相继取得了一系列成果。下面对Turbo码的发展和研究现状进行简单归纳。 (a)Turbo码的理论分析 在Turbo码提出之初，由于在Turbo码中交织器的出现，使其性能分析异常困难，因此SBenedeao等人提出了均匀交织(UI，Uniform Intefleaver)的概念，并利用
16、联合界技术给出了Turbo码的平均性能上界。Divsalar等人也根据卷积码的转移函数，给出了Turbo码采用MLD时的误比特率上科，其基本理论的研究显得尤为重要。JHagenauer首先系统地阐明了迭代译码的原理，并推导了二进制分组码和卷积码的软输入软输出译码算法。对于Turbo码来说，标准联合界在信噪比较小时比较宽松，只有在信噪比较大时才能实现对Turbo码性能的度量。因此，TMDu,mRtl、ISason等人在Gallager限等已有性能界技术的基础上进行改进，扩展了Turbo码性能界的范围。DDivsalar等人还根据递归系统卷积码的特点提出了有效自由距离的概念，并说明在设计Turb0码时应该使码字有
