Turbo码的编译码原理及仿真
Turbo码原理及仿真
Turbo码原理及仿真1993 年C.Berrou、A.GIavieux 和P.Thitimajshiwa 首先提出了称之为Turbo 码的并行级联编译码方案。
Turbo码性能取决于码的距离特性。
线性码的距离分布同于重量分布，如果低重量的输入序列经编码得到的还是低重量的输出序列，则距离特性变坏。
该特性对于块码来说不存在问题；然而对于卷积码，则是个非常严重的问题。
因为卷积码的距离特性是影响误码率的一个非常重要的因素。
在Turbo码中，利用递归系统卷积码（RSC）编码器作为成员码时，低重量的输入序列经过编码后可以得到高重量的输出序列。
同时交织器的使用，也能加大码字重量。
实际上，Turbo码的目标不是追求高的最小距离，而是设计具有尽可能少的低重量码字的码。
Turbo 码由两个递归系统卷积码（RSC）并行级联而成。
译码采用特有的迭代译码算法。
1 Turbo码编码原理編码M 2 Turbo典型的Turbo码编码器结构框图如图2所示：由两个反馈的编码器（称为成员编码器）通过一个交织器I并行连接而成。
如果必要，由成员编码器输出的序列经过删余阵，从而可以产生一系列不同码率的码。
例如，对于生成矩阵为g=[g1,g2]的（2，1, 2）卷积码通过编码后，如果进行删余，则得到码率为1/2的编码输出序列；如果不进行删余，得到的码率为1/3。
一般情况下，Turbo码成员编码器是RSC编码器。
原因在于递归编码器可以改善码的比特误码率性能。
32编码图了 Tbrtw 码怕码曙方案中使用的Turbo 码为1/3码率的并行级联码，它的编码器由两个相同的码率为 1/2的RSC 编码器及交织器组成，如图4所示。
由于与非递归卷积码相比，递归卷积码产生的码字重量更大，所以这里采用了两个相同的系统递归卷积码(RSC)。
信息序列分成相同的两路，第一路经过 RSC 编码器1,输出系统码A及校验码C 2。
另一路先通过交织器进行交织，使信息序列在1帧内重新排列顺序，然后经过 RSC 编码器2得到系统码和对应的校验码，由于该系统码和A 实际上都是原信息序列，只是排列顺序不同，在接收端完全可以通过对进行交织得到，因此在传输过程中可以省去，而只保留对应的校验位q。
Turbo码的编译码原理及仿真
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 component 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 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 generation 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 and 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 is 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 encoding decoding simulation目录前言 (1)1 绪论 (2)1.1T URBO码的研究背景及发展 (2)1.2本文的论文结构安排 (4)2 TURBO码的编码原理 (5)2.1T URBO码的编码器的组成 (5)2.2T URBO码的删余矩阵 (6)2.3T URBO码的交织器 (7)2.4本章小结 (9)3 TURBO码的译码原理 (9)3.1T URBO码的译码结构 (9)3.2T URBO码的LOG-MAP算法 (11)3.3SOVA译码算法 (13)3.4各种译码算法的比较 (14)3.5本章小结 (15)4 TURBO码的性能仿真及设计 (15)4.1T URBO码仿真系统的实现 (15)4.2T URBO码的仿真结果及分析 (19)4.2.1 不同码率对Turbo码的性能影响 (19)4.2.2 不同译码算法对Turbo 码的性能影响 (19)4.2.3 迭代次数 (20)4.2.4 交织长度 (21)4.3本章小结 (22)5 结束语 (22)参考文献 (24)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。
LTE系统中Turbo编译码仿真与性能分析
LTE系统中Turbo编译码仿真与性能分析陈发堂;谢磷珂【期刊名称】《电视技术》【年(卷),期】2011(035)007【摘要】介绍了LTE Turbo编译码方法,基于硬件实现对编码和交织器的计算进行了简化,提高了编码效率,利用Matlab仿真分析性能,分别采用Log-MAP算法和Max-Log-MAP算法进行译码,实现时结合项目需求综合考虑采用了误码率性能较好的Log-MAP算法.%In this paper, the method of LTE Turbo coding and decoding is introduced, the methods for reducing the computational complexity of coding and interleaver are proposed based on hardware implementations, and the coding efficiency is increased. The performance by simulation of Matlab is analyzed, the Log-MAP algorithm and Max-Log-MAP algorithm are used by the LTE Turbo decoder, considering the requirement of the project adopt the Log-MAP algorithm with better bit error rate performance.【总页数】4页(P81-84)【作者】陈发堂;谢磷珂【作者单位】重庆邮电大学通信与信息工程学院,重庆,400065;重庆邮电大学通信与信息工程学院,重庆,400065【正文语种】中文【中图分类】TN929.5【相关文献】1.Turbo码编译码原理及其性能分析 [J], 喻文芳;周辉2.Turbo码的编译码器及性能分析 [J], 金慧琴;周新力;王好同;鞠建波3.LTE系统中咬尾卷积码的编译码算法仿真及性能分析 [J], 陈发堂;陶根林4.Turbo码的编译码器及性能分析 [J], 何玉军5.Turbo码的编译码及其性能仿真 [J], MA Yuan-yuan;Peng Na因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
卷积码(或者Turbo码)的交织与解交织的仿真编程和仿真实验
卷积码（或者Turbo码）的交织与解交织的仿真编程和仿真实验一、实验目的实现卷积码（或者Turbo码）的交织与解交织的仿真编程和仿真实验，观察交织编码分别在白噪声信道和衰落信道下系统误码率的影响，分析原因。
二、实验原理信道编码中采用交织技术，可打乱码字比特之间的相关性，将信道中传输过程中的成群突发错误转换为随机错误，从而提高整个通信系统的可靠性。
交织编码根据交织方式的不同，可分为线性交织、卷积交织和伪随机交织。
其中线性交织编码是一种比较常见的形式。
所谓线性交织编码器，是指把纠错编码器输出信号均匀分成m个码组，每个码组由n段数据构成，这样就构成一个n×m的矩阵。
这里把这个矩阵称为交织矩阵。
如图1所示，数据以a11，a12，…，a1n，a21，a22，…，a2n，…，aij，…，am1，am2，…，amn(i=1，2，…，m;j=1，2，…，n)的顺序进入交织矩阵，交织处理后以a11，n21，…，am1，a12，a22，…，am2，…，a1n，a2n，…，amn的顺序从交织矩阵中送出，这样就完成对数据的交织编码，如图1所示。
还可以按照其他顺序从交织矩阵中读出数据，不管采用哪种方式，其最终目的都是把输入数据的次序打乱。
如果aij只包含1个数据比特，称为按比特交织;如果aij包含多个数据比特，则称为按字交织。
接收端的交织译码同交织编码过程相类似。
图 1 交织编码矩阵一般来说，如果有n个(m，k)码，排成，n×m矩阵，按列交织后存储或传送，读出或接收时恢复原来的排列，若(m，k)码能纠t个错误，那么交织后就可纠m个错误。
对纠正信道传输过程中出现的突发错误效果明显，如图2所示。
图2 交织编码示例GSM中使用这种比特交织器。
其交织方式为将信道编码后的每20ms的数据块m=456b拆分到8组中，每组57b，然后这每组57 b分配到不同的Burst中三、实验流程卷积交织解卷积交织四、源程序1、交织程序1）卷积交织function [aa]=jiaozhi(bb,n)%jiaozhi.m 卷积交织函数n=28; %分组长度%bb 卷积交织前原分组序列%aa 卷积交织后分组序列%序号重排方式：cc=[ 1 23 17 11 5 17 21; 8 2 24 18 12 6 28; 15 9 3 25 19 13 7; 22 16 10 4 26 20 14 ];%交织矩阵bb=[ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28];for i=1:naa(i)=bb(cc(i));end（2）循环等差交织function [aa]=jiaozhi_nocnv(bb,n)%jiaozhi_nocnv.m 循环等差交织函数n=28; %分组长度%bb 循环等差交织前原分组序列%aa 循环等差交织后还原分组序列%序号重排方式：bb=[ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 ]; j=1;for i=1:nj=rem(j+5-1,n)+1; %序号重排方式迭代算法aa(n+1-i)=bb(j);end2、解交织程序（1）解卷积交织function [bb]=jiejiaozhi(aa,n)%jiejiaozhi.m 解卷积交织函数n=28;% 分组长度%aa 解卷积交织前原分组序列%bb 解卷积交织后分组序列%序号重排方式：cc=[ 1 23 17 11 5 27 21; 8 2 24 18 12 6 28; 15 9 3 25 19 13 7 ;22 16 10 4 26 20 14 ]; aa=[ 1 8 15 22 23 2 9 16 17 24 3 10 11 18 25 4 5 12 19 26 27 6 13 20 21 28 7 14 ]; for i=1:nbb(cc(i))=aa(i);end（2）解循环等差交织function [bb]=jiejiaozhi_nocnv(aa,n)%jiaozhi_nocnv.m 解循环等差交织函数n=28;% 分组长度%aa 解循环等差交织前原分组序列%bb 解循环等差交织后还原分组序列%序号重排方式：aa=[ 1 24 19 14 9 4 27 22 17 12 7 2 25 20 15 10 5 28 23 18 13 8 3 26 21 16 11 6];j=1;for i=1:nj=rem(j+5-1,n)+1; %序号重排方式迭代算法bb(j)=aa(n+1-i);End交织码通常表示为（M，N），分组长度L=MN，交织方式用M行N列的交织矩阵表示。
PCCC码(Turbo码)的编码和译码算法
PCCC码（Turbo码）的编码和译码算法目录一、概述 .................................................................... 1 二、PCCC码的编码算法 ........................................................................... ......................................... 3 三、 PCCC码的译码算法 ........................................................................... (13)一、概述虽然软判决译码、级联码和编码调制技术都对信道码的设计和发展产生了重大影响，但是其增益与Shannon 理论极限始终都存在2～3dB 的差距。
因此，在Turbo 码提出以前，信道截止速率R0 一直被认为是差错控制码性能的实际极限，shannon 极限仅仅是理论上的极限，是不可能达到的。
根据shannon 有噪信道编码定理，在信道传输速率R 不超过信道容量C 的前提下，只有在码组长度无限的码集合中随机地选择编码码字并且在接收端采用最大似然译码算法时，才能使误码率接近为零。
但是最大似然译码的复杂性随编码长度的增加而加大，当编码长度趋于无穷大时，最大似然译码是不可能实现的。
所以人们认为随机性编译码仅仅是为证明定理存在性而引入的一种数学方法和手段，在实际的编码构造中是不可能实现的。
在1993 年于瑞士日内瓦召开的国际通信会议(1CC，93)上，两位任教于法国不列颠通信大学的教授C.Berrou、A.Glavieux 和他们的缅甸籍博士生P.thitimajshima 首次提出了一种新型信道编码方案――Turbo 码，由于它很好地应用了shannon 信道编码定理中的随机性编、译码条件，从而获得了几乎接近shannon 理论极限的译码性能。
turbo码的原理
turbo码的原理Turbo码的原理引言：Turbo码是一种在无线通信和数字通信领域广泛应用的编码技术。
它被广泛应用于4G和5G移动通信标准中，以提高系统的可靠性和传输速率。
本文将介绍Turbo码的原理及其在通信系统中的应用。
一、Turbo码的基本原理Turbo码是一种迭代卷积码编码技术，由Claude Berrou于1993年提出。
它采用了并行级联的结构，在编码和解码过程中引入了迭代操作，从而大大提高了系统的纠错性能。
Turbo码的编码器由两个相同的卷积码编码器构成，这两个编码器之间通过一个交织器相连，形成了并行级联结构。
在编码过程中，Turbo码将待发送的数据分为多个数据块，并对每个数据块进行并行编码。
首先，数据块通过编码器1进行编码，然后通过交织器进行交织操作，再经过编码器2进行第二次编码。
最后，两个编码器的输出通过一个交织器再次交织，形成最终的编码输出。
二、Turbo码的解码原理Turbo码的解码过程是通过迭代解码算法实现的。
解码器采用迭代信道估计和软判决的方法，通过多次迭代来逐步提高解码的准确性。
在每一次迭代中，解码器利用已解码的信息反馈给信道估计器，用于估计信道的状态信息，并根据此信息对接收到的信号进行修正。
然后，解码器利用修正后的信号进行下一次迭代解码，直到达到设定的迭代次数或满足一定的停止准则为止。
三、Turbo码的应用Turbo码在无线通信和数字通信领域有着广泛的应用。
在4G和5G 移动通信标准中，Turbo码被用于物理层的信道编码，以提高系统在高速移动环境下的可靠性和传输速率。
此外，Turbo码还被应用于卫星通信、光纤通信和深空通信等领域。
Turbo码的优点是能够在相同的误码率下，显著提高系统的传输速率。
它具有较好的纠错性能，在相同的码率下，其误码率性能要优于其他传统的编码技术。
此外，Turbo码还具有较低的复杂度和较低的延迟，适用于实时通信系统。
结论：Turbo码作为一种高效可靠的编码技术，被广泛应用于无线通信和数字通信领域。
Turbo码的编译码原理及仿真研究
暑期实习报告——Turbo码的编译码原理及仿真研究一、研究背景 (2)二、研究内容 (2)三、研究过程及结果 (2)1.卷积码及交织器 (2)（一）研究AWGN信道 (2)<实例1> (2)（二）卷积码 (3)<实例2> (4)（三）交织器 (5)<实例3> (5)2.Turbo码编码 (7)3. Turbo码译码 (8)<实例4> (9)<1>不同迭代次数对Turbo码性能的影响： (11)<2>不同交织长度对Turbo码性能的影响： (13)<3>不同码率对Turbo码性能的影响： (15)四、Turbo码的应用 (17)1.Turbo 码在直扩（CDMA) 系统中的研究及应用 (17)2.Turbo码在3G中的应用 (17)（一）RSC 编码器的设计 (18)（二）交织长度的选择 (18)（三）译码器的设计 (18)3.Turbo 码与其它通信技术的结合 (18)五、收获与感悟 (19)一、研究背景Turbo码通过对子码的伪随机交织实现大约束长度的编码，具有接近随机编码的特性，采用迭代译码取得了中等的译码复杂度，它的误码性能逼近了Shannon极限。
Turbo码相对以前的编码方式大大提高了功率的利用率，因此特别适用于信噪比受限的信道，同时Turbo 码在衰落信道中也具有很好的编译码性能。
二、研究内容1.学习卷积码原理及交织器设计，进行相关仿真分析。
2.阅读Turbo码相关文献资料，进行Turbo码编码仿真。
3.学习Turbo译码算法，进行Turbo码译码仿真，并分析不同码率、不同交织长度、不同迭代次数下的性能。
三、研究过程及结果1.卷积码及交织器（一）研究AWGN信道<实例1>clear allt=0:0.001:10;x=sin(2*pi*t);snr=20;y=awgn(x,snr);subplot(2,1,1);plot(t,x);title('正弦信号x')subplot(2,1,2);plot(t,y);title('叠加了高斯白噪声的正弦信号')z=y-x;var(z)ans =0.0098。
turbo码编码原理
turbo码编码原理Turbo码编码原理是将输入的数据序列进行两次独立编码，然后将两次编码之间的差异作为输出序列。
具体流程如下：第一次编码：将输入的数据序列分为若干个子序列，对每个子序列进行编码，生成一个对应的码字序列。
第二次编码：将第一次编码结果的码字序列输入到第二个编码器中进行编码，编码器会根据输入序列中的冗余信息来增加一些冗余位，生成一个更长的码字序列。
输出序列：将第二次编码的结果与第一次编码的原始码字序列比较，将它们之间的差异作为输出数据序列。
通过这种方式，利用两次编码及输出序列与第一次编码结果之间的效应相互协同，大大提高了编码效率和纠错能力。
而且，由于两个编码器独立工作，可以采用不同的编码方式，以提高编码性能。
Turbo码的编码原理可以使用迭代加中断（Iterative Decoding）算法进行解码。
该算法将接收到的码字序列作为输入数据，然后利用软迭代（Soft Iteration）和硬决策（Hard Decision）两种方式交替进行反馈，以逐步逼近原始数据序列，从而减少解码错误率。
软迭代：在软迭代中，解码器将码字序列进行反馈，利用码字序列与输入数据序列之间的概率关系来计算输入数据序列的概率分布，然后将其作为下一轮解码的先验概率分布。
通过多次软迭代，可以逐步逼近原始数据序列，提高解码性能。
硬决策：在硬决策中，解码器将码字序列进行解码，生成一个解码序列。
然后将解码序列与输入数据序列进行比对，得出它们之间的汉明距离（Hamming Distance），并将汉明距离作为下一轮迭代的反馈信息。
通过多次硬决策迭代，可以逐步逼近原始数据序列，提高解码性能。
综合软迭代和硬决策两种方式，通过多次迭代逼近原始数据序列，可以大大提高Turbo码的解码性能和纠错能力。
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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。
1.1 TURBO 码的研究背景及发展..........................................................................................2 1.2 本文的论文结构安排................................................................................................... 4 2 TURBO 码的编码原理............................................................................................................5 2.1 TURBO 码的编码器的组成..............................................................................................5 2.2 TURBO 码的删余矩阵.................................................................................................... 6 2.3 TURBO 码 的 交 织 器 .................................................................................................. 7 2.4 本 章 小 结 .................................................................................................................. 9 3 TURBO 码的译码原理............................................................................................................9 3.1 TURBO 码 的 译 码 结 构 ..............................................................................................9 3.2 TURBO 码的 LOG-MAP 算法............................................................................................11 3.3 SOVA 译码算法........................................................................................................... 13 3.4 各种译码算法的比较................................................................................................. 14 3.5 本章小结..................................................................................................................... 15 4 TURBO 码的性能仿真及设计..............................................................................................15 4.1 TURBO 码仿真系统的实现............................................................................................15 4.2 TURBO 码的仿真结果及分析........................................................................................19
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。
This paper introduces the Turbo code generation 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 and performance simulation of Turbo codes and design.
关键词： turbo 码 编码 译码 仿真
I
四川师范大学成都学院本科毕业设计
Turbo Code principle And Simulation
Abstract: The Turbo code is ingeniously two simple component 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 devotedmal performance in 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.
4.2.1 不同码率对 Turbo 码的性能影响.................................................................. 19 4.2.2 不同译码算法对 Turbo 码的性能影响......................................................... 19 4.2.3 迭代次数.......................................................................................................... 20 4.2.4 交织长度.......................................................................................................... 21 4.3 本章小结..................................................................................................................... 22 5 结束语.................................................................................................................................22 参考文献...................................................................................................................................24
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 is 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.