Turbo码与TCM编码调制技术研究
Turbo码理论及其应用的研究
Turbo码理论及其应用的探究引言：随着通信技术的不息进步，人们对于信息传输质量和性能的要求越来越高。
而在这个过程中，编码是一个至关重要的环节。
编码是一种通过增加冗余信息来增强数据传输可靠性的技术，它可以在信息传输过程中对数据进行差错纠正。
而在编码中，Turbo码作为一种高效的纠错编码技术，引起了人们的广泛关注。
本文将对Turbo码的理论和应用进行探究。
第一部分：Turbo码的基本原理Turbo码是由Claude Berrou等人于1993年提出的一种编码技术。
Turbo码是通过串并联两个卷积码的编码器组成的。
它具有很好的纠错能力，并在传输过程中有效地对信道噪声进行抑止。
Turbo码的基本原理是将要传输的数据分成多个小块，然后通过两个相同结构的卷积码编码器分别对这些小块进行编码。
在编码的过程中，Turbo码引入了一个称为迭代译码的过程。
迭代译码的主要目标是通过在译码器之间交换信息来提高译码性能。
迭代译码可以使得Turbo码的纠错性能更好，并且有效地减小了译码误差。
第二部分：Turbo码的性能分析Turbo码的性能分析是对Turbo码的错误性能和译码性能进行分析和评估。
通常使用误码率（BER）和块错误率（BLER）来器量Turbo码的性能。
Turbo码的纠错性能主要取决于两个卷积码的性能以及迭代译码的次数。
经过试验和模拟的验证，可以发现Turbo码在相同的编码率下，相较于传统卷积码，能够取得更低的误码率和块错误率。
而Turbo码的译码性能则主要取决于译码算法的选择。
依据试验结果，平均迭代译码算法和准似然译码算法是目前应用最广泛的译码算法。
这些算法对于迭代译码过程中产生的软信息进行了充分利用，从而提高了Turbo码的译码性能。
第三部分：Turbo码的应用Turbo码在通信系统中有广泛的应用。
其中，最典型的应用是在挪动通信系统中的无线信道编码。
由于无线信道的复杂性和噪声干扰，数据的传输容易受到干扰和损坏。
Turbo码编译码方法研究与实现
Turbo码编译码方法研究与实现Turbo码，又称并行级联卷积码（PCCC），是由C.Berrou等在1993年ICC 会议上提出的。
当时的模拟结果表明，如果采用大小为65535的随机交织器，并且进行18次迭代，则在E<sub>b</sub>/N<sub>o</sub>≥0.7dB时，码率为1/2的Turbo码在AWGN信道上的误比特率（BER）≤10<sup>-5</sup>，达到了近Shannon限的性能。
尽管目前对Turbo码算法性能还缺乏有效的理论解释，但Turbo码已经被看作自1982年TCM技术问世以来信道编码理论上一项伟大的技术成就，而且它重要的编译码思想正引起众多学者的关注和兴趣。
本文对Turbo码的研究工作主要集中在以下几个方面：对Turbo码的编译码方法进行研究。
Turbo码是建立在一种特殊的系统卷积码的基础上的，它以两个RSC码作为它的分量码，因此分量码的选取对Turbo码的性能有重要的影响。
本文主要使用了16状态的（37，21）原始码型和8状态的（15，13）码型。
Turbo码的译码算法主要有MAP算法和SOVA算法两大类，本文重点研究了前者。
研究了几种在MAP算法基础上的改进算法。
由于MAP算法存在巨大的计算量和时延，为了克服MAP算法的缺点，研究了MAP算法的对数域内的简化算法Log-MAP算法以及滑动窗MAP算法。
为了避免短帧情况下trellis的结束带来的译码性能的降低，本文把一种新颖的MAP译码结构应用到Log-MAP中并进行了计算机模拟，模拟结果表明短帧情况下这种新结构的译码方法在性能方面略有改进。
交织器对于Turbo码的性能有重大的影响，文中给出了Turbo码交织器的设计原则，对几种常用的Turbo码交织器的原理和实现方法进行了研究，进行了计算机模拟并对其性能进行了分析比较。
其它诸如trellis结尾问题、删余矩阵的设计、TCM调制等方面，本文给出了初步介绍，详细可查阅文献。
一种新型低复杂度的Turbo TCM迭代均衡译码结构及算法
Ｃｏ ｂ ｎ ｔｏ ｆＴｕｒ ｏ ｅ ａ ｉａ ｉｎ ａ ｄ Ｔｕｒ ｏ ＴＣＭ ｍ ｉａ ｉｎ ｏ ｂ ｑｕ ｌｚ ｔｏ ｎ ｂ ｗｉｈ ｌ ｗ。 ｏ ｐｌｘ ｔ ｔ ｏ ｃ ｍ ｅ ｉｙ
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ｔ ｏ ｈ ｎ ｔ ｒ ｔｖ ｐ ｏｃ ｓ ｉ ｏ ｄｅ ｔ ｒ ａ ｉｅ ｔ ｒ ｔｖ ｅ ｕａ ｉａ ｉ ｎ ｎ ｄｅ ｏ ｉ ｇ ｕｇ ａ ｉｅ ａ ｉ ｅ ｒ ｅ ｓ ｎ ｒ ｒ ｏ ｅ ｌｚ ｉｅ ａ ｉ ｅ ｑ ｌ ｔｏ ａ ｄ ｈｒ ｚ ｃ ｄｎ
杨 鹏 ’ 建 华 葛
（ 西安 电子科技 大学 综合业务 网理论与关键技 术 国李重点 实验室， 陕西 西安 ７ ０７ ） １０ １
摘要 ：提 出了一种新型低 复杂度 的 Ｔｕｂ ＣＭ（ Ｔ Ｍ） ｒｏＴ Ｔ Ｃ 迭代均衡译码结构 ， 交织器 和解 交织器将 软 用
输 入 软 输 出（ Ｉ｛） 均衡 器 与 基于 符 号 的 Ｔ ＣＭ 译 码 器 级 联 起 来 进 行 迭代 均 衡译 码 ， 样 不 但 可 获得 ＳＳ ）的 Ｔ 这
ｐｏ ｅｓ ｒ ｃ ｓ ．Ｔｈ ｓｓ ｈ ｍ ｅｃ ｎｎ ｔ ｎｙ ｉ ｐ ｏ ｅｔ ｅｂ ｎ ｗｉ ｔ ｆｉｉｎ ｙ ｕ ｌｏｒ ｄ ｃ ｈ ｉ ｃ ｅ ａ ｏ ｌ ｏ ｍ ｒ ｖ ｈ ａ ｄ ｄ ｈ ｅｆｃｅ ｃ ，ｂ ｔａｓ ｅ ｕ ｅｔ ｅ ｉ ｔｒ ｙ ｏ ｎ ｅ ｆｒ ｎ ｅ （ Ｓ ） Ｔｈ ｑ ａｉｅ ｔ ｎ ｅ ｓ ｍｂ ｌｉｔ ｒｅ ｅ ｃ ＩＩ ． ｅ ｅ ｕ ｌ ｒ ｗｉｈ ｍａ ｉ ｍ ｏ ｔｒｏ ｉ Ｍ ＡＰ） ｉ ｚ ｘｍｕ ａ ｐ ｓｅ ｉｒ （ Ｓ ｒ ｐａ ｅ ｔ ｉｅ ｒ ｏ ｅ ｂ ｓ ｄ ｏ ｈ ｎｍ ｕ ｍ ｅ ｎ ｓ ｕ ｒ ｒｏ （ Ｍ Ｓ ｅ ｌｃ ｄ ｗｉｈ ａ ｌ ａ ｎ ａ ｅ ｎ ｔ ｅ ｍｉ ｉ ｍ ａ —ｑ ａ ｅ ｅ ｒ ｒ Ｍ ｎ Ｅ） ａ ｈ ｔｔｅ ｒ ｃ ｉｅ Ｏ ｈ ｔ ｈ ｃ ｍｐ ｅ ｉｙ ｏ ｔ ｅ ｙ ｔｍ ｃ ｎ ｅ ｅ ｕ ｅ ｇ ｅ ｔｙ Ｃｏ ｕ ｅ ｅ ｅｖ ｒ Ｓ ｔ ａ ｔ ｅ ｏ ｌｘｔ ｆ ｈ ｓ ｓｅ ａ ｂ ｒ ｄ ｃ ｄ ｒ ａ ｌ． ｍｐ ｔｒ ｓｍ ｕａ ｉｎ ｒ ｓ ｌｓｓ ｏ ｔ ａ ｈ ｏ ｅ Ｏ ｃ ｍ ｐｅ ｉｙｒ ｃ ｉｅ ｎ ｔ ｅｆｄｎ ｈ ｎ ｅ ａ ｉ ｌｔｏ ｅ ｕｔ ｈ ｗ ｈ ｔｔ ｅｎ ｖ ｌｌＷ—ｏ ｌｘｔ ｅ ｅｖ ｒｏ ｈ ａ ｉ ｇｃ ａ ｎ ｌ ｎ ｃ ａ ｈ ｅ ｅｃ ｍ ｐ ｒ ｂ ｅｐ ｒｏ ｍ ａ ｃ ｔ ｃ ｉｖ ｏ ａ ａ ｌ ｅｆ ｒ ｎ ｅ ｗｉ ＴＴＣＭ ｎ ｔ ｅＧａ ｓ ｉｎ ｃ ａ ｎ ｌ ｔ ｏ ｉｇ ｈ ｏ ｈ ｕ ｓａ ｈ ｎ ｅ ｈ ｃ ｄｎ ． ｗｉ
Turbo码和TCM码的仿真及性能分析
（2）交织器（interleaver） Turbo 码中交织器的主要作用是减少校验比特间的相关性，进而在 迭代译码过程中降低误比特。其基本原则是:交织器应该使输入序列尽能 地随机化，避免编码生成码字的信息序列交织后仍旧生成低重码字, 导 致 Turbo 码的自由距离减少。 交织器一般有这样几种：分块交织、伪随机交织以及两者结合的交 织方式。 分块交织分为两种：Ⅰ型，采用行顺序写入、列顺序读出方式；Ⅱ 型，采用行顺序写入，列倒序读出方式，即从最后一列向第一列读出， 而每一列则是从最后一行向第一行的顺序来读出。 伪随机交织器是一种映射关系。其工作过程是：对于长为 n 的信息 序列，首先标记每个比特的位臵，然后生成 n 个[0,1]之间的随机数，按 产生的顺序排列成 X 序列， 每个随机数都对应于信息序列中的信息比特。 然后把 X 中元素按一定的规则重新排列得到新的序列 Y， 并按 Y 中元素的 顺序读出相应的信息比特，这样就完成了交织。比如伪随机序列[0.7621 0.4565 0.0185 0.8214 0.4447],它对应信息序列 X 为[ d1 d 2 d 3 d 4
复 分量编码器 C1 交织器 分量编码器 C2 删 余 矩 阵 接
图 2-1 Turbo 码编码器基本原理
编码器是由两个分量编码器、交织器、删余矩阵和复接器组成。交 织器对输入的信息序列进行随机交织后通过分量编码器与另外一路直接 通过分量编码器的输出共同输入删余矩阵，两个编码器输出通过删余矩 阵与信息序列复接，输出 Turbo 码。在编码时，为使编码器终止状态臵 于全零，需要在信息序列之后加 m 个比特尾信息（tail bits） ，m 由分量 编码器的生成矩阵决定，而要使两个编码器同步归零，必须设计合适的 交织器。 2.3 编码器各部分介绍 （1）分量编码器（component encoder） 分量编码器（component encoder）也叫子编码器。一般 Turbo 码编 码器包含两个(或多个),其结构可以不同,但一般取相同结构，以简化译 码，分量编码器可以采用卷积码或分组码的编码方式。
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码编译码方法的研究与实现
Turbo码编译码方法的研究与实现1993年C.Berrou等人最先提出了Turbo码,它是并行级联递归系统卷积码的简称。
它的编码端是由两个或更多个卷积码并行级联构成,译码端则采用一种基于软判决信息输入/输出的反馈迭代结构。
由于Turbo 码在接近Shannon 极限的低信噪比下仍然能够获得较低的误码率,所以在近几年已成为编码理论界研究的热门领域,在第三代移动通信系统的开发中,Turbo 码被普遍认为是高速数据信道的纠错编码方式。
现在人们对Turbo 码的主要研究包括编码器、交织器的设计及软输入、软输出迭代译码的算法。
本文主要研究了Turbo 码编译码算法中的关键问题,完成了Turbo 码编码器的硬件实现。
首先介绍了Turbo 码产生的背景、研究现状及发展趋势。
其次,介绍了一些必须的基础理论知识,在此基础上对Turbo 码原理和结构进行介绍,并对不同参数对Turbo码性能的影响进行仿真,得到了一些结论。
仿真过程中,采用了一些方法来改善Turbo码的误比特率性能:编码器部分利用交织与删余的综合设计,使每个信息位都有对应的校验位输入信道,起到了等保护的作用;译码部分采用线性近似与门限近似相结合的方法对Log-MAP 算法进行改善,在对性能影响不大的情况下,显著降低复杂性;SOVA算法中采用帧尾加长处理的方法充分利用了每帧最后δ位信息。
为了加速Turbo 码译码的实现,对MAP 类算法采用了分段译码的方法减小了译码等待延时,同时采用了一种基于外信息统计值的停止准则,以降低迭代次数为条件减小了译码迭代延时。
最后,利用VHDL 语言在可编程逻辑器件上完成了Turbo 码编码器的设计。
然而,到目前为止,对Turbo 码的研究还不算很完善,尤其是在实际应用中还有很多问题有待解决。
但是Turbo 码的优异性能是不能否定的,它有非常广阔的应用前景。
数字电视系统中TCM码研究及其FPGA实现的开题报告
数字电视系统中TCM码研究及其FPGA实现的开题报告一、选题背景随着数字电视技术的不断发展，传统的模拟电视系统已经逐渐被数字电视系统所取代。
数字电视系统通过数字信号的传输，提供更加清晰和稳定的图像和声音效果，同时还可以提供更多的交互和增值服务。
数字电视系统中，信号的压缩和解压缩是十分重要的环节，其中的一种压缩方式是通过采用信道编码技术对信号进行编码，以提高信号的可靠性。
Turbo码是一种近些年来广泛应用的信道编码技术，它不仅具有优异的误码性能，而且对于高速传输情况下的大容量数据也有良好的处理效果。
在数字电视系统中，Turbo码已经被广泛应用，其中的一个重要环节就是通过Turbo码来进行信号的调制，从而实现信号的压缩。
二、选题目的本选题旨在研究数字电视系统中采用的一种Turbo码调制方式——TCM码。
TCM码采用了串联连接的Turbo码，具有较低的误码率和良好的频谱利用效率，在数字电视系统中具有广泛的应用前景。
同时，本选题还将进行FPGA实现，以验证所研究的TCM码的正确性和有效性。
三、选题内容和研究方法本选题的主要内容包括以下两个方面：1. TCM码原理及其调制方式研究·对TCM码进行深入分析，探究其原理和调制方式；·利用MATLAB进行模拟仿真，分析TCM码在不同信噪比下的误码率等性能指标；·系统比较TCM码与其他常用的调制方式的性能差异，探讨其优势和不足之处。
2. TCM码的FPGA实现·设计TCM码的硬件电路，并进行FPGA实现；·搭建实验平台，验证TCM码的正确性和有效性；·分析实验数据，对TCM码的性能进行评估和优化。
本选题的研究方法主要包括以下几方面：·阅读Turbo码和TCM码相关文献，学习Turbo码与TCM码的原理和调制方式；·使用MATLAB软件进行模拟仿真，探究TCM码在不同信噪比下的性能指标；·设计TCM码的硬件电路，并进行FPGA实现，验证TCM码的正确性和有效性。
UB码ECchapt09要点
9. Turbo codes and TCM Technology[Turbo码、调制与卷积码的结合（TCM技术）.ref, 吴伟陵, p306~316；王新梅，p487~501;505~518]9.1 Turbo codes1993年法国人Berrou等在ICC国际会议上提出了一种采用重复迭代(Turbo)译码方式的并行级联码，并采用软输入／输出译码器，可以获得接近Shannon极限的性能，至少在大的交织器和BER≈10-5条件下，可以达到这种性能。
Turbo码的优良性能，受到移动通信领域的广泛重视，特别是在第三代移动通信体制中，非实时的数据通信广泛采用Turbo码。
1．产生背景由于Turbo码的性能已逼近理论上最优的Shannon信道编码的极限，因此需首先简介Shannon信道编码定理。
(1)Shannon信道编码定理1948年信息创始人C．E．Shannon从理论上证明了信道编码定理，又称为Shannon第二编码定理。
它指出只要在信道中实际传输速率R小于信道容量值C，就可以在该信道中实现几乎无差错的传输。
Shannon等人的证明中引用了三个基本条件：①采用随机编译码方式；②编译码的码长L→∞；③译码采用最佳的最大后验译码。
20世纪60年代后牛期，Gallager和Forney分别给出下列误码率的指数界:·对于分组码，Gallager在采用随机码及最佳最大后验译码前提下，给出下列指数界：P e≤e-L l E l(R)(9.1)其中L1为分组码长，E1(R)>0为可靠性函数；·稍后，对于串接级联码Forney在采用准最佳的广义最小距离译码前提下，给出了类似的下列指数界P e≤e-L2E2(R)(9.2)其中，L2为串接级联码码长，E2(R)为非随机级联码的可靠性函数；·可见，只要当L1, L2→∞，则P e→0，这说明构造足够长的编码，才是信道编码的发展方向；·两者相比，E2 (R)< E1(R)，所以L2>L1。
[练习]Turbo码研究背景意义及现状
![[练习]Turbo码研究背景意义及现状](https://img.taocdn.com/s3/m/b06782197dd184254b35eefdc8d376eeaeaa17d9.png)
Turbo码研究背景意义及现状1 数字通信与信道编码2 Turbo码编译码方案的提出3 Turbo码的研究现状4 研究目的及意义随着社会的发展，信息的传播起着越来越重要的作用。
现代通信朝着宽带化、智能化、综合化以及个人化的方向发展，传播手段不断更新，但它们都面临着一个不可避免的问题，即如何不断降低误码率，提高通信质量。
纠错编码是用来改善数字信号可靠性的一种信号处理技术，随着数字通信的发展，纠错编码技术得到迅速发展，更重要的是电子技术，特别是半导体和集成电路的发展为纠错码的研究和应用提供的物质基础。
Turbo码作为一种高性能的信道编码，为纠错码的研究带来的新的突破。
1 数字通信与信道编码通信的目的是要把对方不知道的消息及时可靠地传送给对方，因此，要求一个通信系统传输消息必须有效与可靠，在数字通信中有效与可靠往往是一对矛盾。
一个典型的数字通信系统模型如图1所示。
图1种上方发送端的任务是将信源产生的信息转变成适合于信道传输的信息发送出去，而下方接收端的任务则是尽可能无差错的恢复发送端信源的信息。
图1 数字通信系统模型信源生成的信号是模拟信号或数字信号。
如果是模拟信号，则在送入数字系统传输之前需要进行采样和量化等数字化处理。
经过信源编码后得到的数字序列即为信息序列。
信道编码也就是纠错编码，它是为了降低信息码元的传输误码率，提高数字通信的可靠性而采取的编码。
由于信道中存在各种噪声和干扰，不可避免的引起信号在信道中的传输失真。
对于数字信号来说，失真的信号会导致码元被错误判决，进而产生差错。
对信源数据加以适当的保护措施可以避免或减少这种误判的发生，这种保护措施被称为差错控制技术，纠错编码是目前应用最广泛的差错控制技术。
采用纠错编码以后，对传输中可能或已经出现的差错进行控制，可以使误码率降低到用户允许的程度。
信道编码将无规律性或规律性较弱的数据变换为有规律性或规律性较强的数据，信道译码利用这种外加的规律来鉴别并纠正错误。
TCM网格编码调制技术的研究
Xm X1
卷积码 码率 m/(m+1) m+1
选择子集
图 2.1 通用的 TCM 编码结构 2.1.2 子集分割原理 最佳的编码调制系统应该按编码序列的欧氏距离为调制设计的量度。 但是， 由于汉明距离与 欧氏距离之间并不一定存在一一对应的单调映射关系， 所以当一个码字具有最大汉明距离时 并不一定具有最大的欧氏距离。 因此， 最重要的问题是使得编码器和调制器级联后产生的编 码信号具有最大的欧氏自由距离。 从信号空间的角度看， 这种最佳编码设计实际上是一种对 信号空间的最佳分割。Ungerboeck 提出了“子集划分”的方法[8]。为了保证发送信号序列之 间的欧式距离最大，Ungerboeck 将发送信号空间的 2n+1 个点划分为若干子集，子集中信号 点之间的最小欧式距离随着划分次数的增加而加大: Δ 0<Δ 1<Δ 2<...图 2.2 中给出了 8PSK 信号空间的划分情况。首先将 8 个信号点划分成 2 个子 集:B0 和 B 1.每个子集中各含 4 个信号点， 同一子集中信号点之间的欧式距离Δ 1= 2 =1.414 > Δ 0= 2 − 2 =0.765 再把 2 个子集中的每一个再划分为 2 个子集， 故共有 4 个子集:C0， C1， C2 和 C3 其中，(C0UC2)=B0，(C1UC3)=B1。4 个子集中的每一个各含有 2 个信号点，它们之间 的欧式距离是Δ 2=2>Δ1>Δ0。
仍然是一个难题。此外，冗余信息长度的增长伴随着相关信息时延的增加，如何在系统能够 承受的时延范围内达到 Shannon 限的性能，Shannon 并没有给出明确的计算，这也是近年来 许多研究者一直致力于研究的问题。 纠错码的发展过程[3]大概经历以下几个阶段。50 年代到 60 年代初，主要研究了各种有效的 编、译码方法，奠定了线性分组码的理论基础，提出了著名的 BCH 码的编译码方法以及卷 积码的序列译码，给出了卷积码的基本码限。60 年代到 70 年代初，是卷积码发展的重要阶 段，不仅提出了许多有效的编译方法，比如门限译码，迭代译码，软判决译码和卷积码的维 特比(Viterbi)译码等。 而且更加注意了纠错码的实用性问题， 讨论了关于实用化的许多问题， 如译码错误概率和不可检错误概率的计算，码的重量分布，信道的模型化等。70 年代后信 道编码技术在蜂窝移动无线系统中得到了广泛的应用， 但是在很长的一段时间信道编码和调 制被看成是两个互不相关的部分。1982 年 Ungerboeck 提出了网格编码调制[4](TCM：Trellis Coded Modulation)首次把信道编码和调制看作一个整体来考虑， 这一技术可以在功率和带宽 受限的系统中获得很高的编码增益，TCM 的提出是信道编码史上里程碑式的发现。另一个 历史性的突破是 1993 年提出的 Turbo 码[5]，这使得一个通信系统工作在逼近 Shannon 限成 为现实。在深入研究 Turbo 码原理的过程中，人们发现 Gallager 早在 1962 年提出的低密度 奇偶校验码[6](Low-density parity-checkcodes，简称 LDPC 码，也称 Gallager 码)也是好码，具 有更低的线性译码复杂度。进一步的研究表明：基于非正则二步图的 LDPC 码也可以非常逼 近 Shannon 限。 从信道编码技术的发展可以看出， 随着技术的发展和实际需要的不断推动， 纠错编码的性能与 Shannon 限之间的距离正一步一步的缩小。 自从 TCM 技术提出以来，对 TCM 技术进行研究的热潮便迅速的在全球范围内兴起，在 TCM 研究领域取得了众多令人瞩目的成就，使得 TCM 技术无论在实际应用还是在理论研究方面 都取得了很大的发展。例如，在实际应用中，1984 年 L.F.Wei 针对 TCM 设计中由于信号空间 扩展带来的相位模糊问题， 提出了利用差分编码技术来克服相位模糊的旋转不变码， 已被作 为国际电报电话咨询委员会(CCITT)建议；1989 年 Andrew.J.Viterbi 等提出的基于标准(2，1， 7)卷积编码器的 P.TCM 技术已经应用在 DVB-DSNG 系统、IEEE802.16 标准中；利用 TCM 的 9.6kbit/s 和 14.4kbit/s 的高速调制解调器也进入了市场。在理论研究上，为使编码增益获得 进一步提高提出了多维 TCM 编码，采用组合预编码的 4 维 TCM 方案，可使数据速率提高到 24kbit/s，更加逼近了 Shannon 限，极大的提高了信道的利用率；TCM 最初只是针对线性调 制信道，如 PSK、QAM 提出来的，近年来，将 TCM 与非线性调制，如与 CPM(连续相位调制) 相结合也取得了很大的进展。由于 CPM 信号的包络为常量，减小了带外辐射，因而特别适 用于卫星、移动等有特定要求的通信方式中，使衰落信道中 TCM 的应用及性能研究成为热 点；此外，将 TCM 与其它编码方式相结合组成级联码，如 Turbo-TCM 等，使其性能得到互 补， 可以进一步提高系统的性能； 还可以把 TCM 与其它技术结合起来使用， 比如自适应 TCM 等，可以更进一步提高系统的性能。目前，TCM 技术在无线通信、微波通信、卫星通信以 及移动通信等各个领域中的应用前景非常广阔。 1.3 本文的主要研究工作和内容安排 本文通过理论分析和计算机仿真相结合的方法，对 TCM 的纠错性能进行了 Matlab 仿真。本 文的主要内容可以分为以下几个部分： 第一章介绍了数字通信和信道编码技术的发展。 第二章介绍了 TCM 网格编码调制原理，子集分割原理和编码增益的计算方法，并对 TCM 的 Viterbi 软判决译码作出了简单介绍。
turbo编码原理
turbo编码原理
Turbo编码是一种前向纠错编码技术，广泛应用于数字通信中的误码控制。
其原理基于串级连接了多个递归系统的编码器，通过两个相互独立的编码器的并联工作来提高编码性能。
Turbo编码器由两个递归系统组成，每个系统称为一个分量编码器。
这两个分量编码器之间有一个交互交换的编码器，称为互补交换编码器。
编码器输入由信息比特和交织输出传入。
编码器的输出比特串是由两个分量编码器的输出比特交织得到。
编码过程如下：
1. 将输入的信息比特传入第一个分量编码器，生成第一个分量编码器的输出比特。
2. 将第一个分量编码器的输出比特按照某种规则进行交织得到交织输出。
3. 将交织输出传入互补交换编码器，生成互补交换编码器的输出比特。
4. 将互补交换编码器的输出比特与第一个分量编码器的输出比特进行异或操作，得到最终的编码输出比特串。
解码过程如下：
1. 将接收到的编码输出比特串传入互补交换解码器，生成互补交换解码器的输出比特。
2. 将互补交换解码器的输出比特与接收到的编码输出比特串进行异或操作，得到误差比特串。
3. 将误差比特串传入第二个分量解码器，生成第二个分量解码器的输出比特。
4. 将第二个分量解码器的输出比特与第一个分量解码器的输出比特进行异或操作，得到最终的解码输出比特串。
Turbo编码通过反馈交叉传递信息，提供了比普通编码技术更好的性能，能有效抵抗信道噪声对信号的影响。
因此，在许多数字通信系统中，Turbo编码被广泛应用于提高系统的可靠性和传输速率。
基于Turbo码的高阶调制系统研究与仿真
基于Turbo码的高阶调制系统研究与仿真本文提出了一种Turbo码与高阶调制技术相结合的方案，分析了高阶软解调和Turbo译码原理，对设计方案进行了MATLAB仿真分析。
标签：Turbo 高阶软解调log-MAP一、引言Turbo信道编码技术是根据香农著名的有噪信道编码理论的三大基础条件来构造，具备优秀的纠错能力。
但在实际通信信道传输系统中，为了提高系统的频谱利用率，我们必须考虑要将Turbo码同高阶调制相结合，这些方案统被称为Turbo网格编码调制，记为T-TCM。
由于采用简单级联系统的T-TCM1编译码设计速率灵活，能适应多种传输速率的要求，并且其性能与联合设计的性能相差不大。
所以本文采用T-TCM1结构设计了一种Turbo码与高阶调制相结合的通信系统，并对系统性能进行了仿真研究。
二、系统结构设计与工作原理1.系统结构设计待传输原始比特信息，经过标准Turbo编码后，进行高阶调制的符号映射，然后进入高斯信道，接收端对接收到的符号进行软解调，软解调得到每一比特的软信息输入到Turbo译码器进行迭代译码，通过硬判决得到输出的比特信息值。
2.高阶调制与软解调原理以16QAM为例，星座图把二进制输入比特信息，按照格雷映射方式映射成符号信息。
符号y在信道中进过I，Q两路进行传输，经过AWGN信道后得到r=y+n。
其中，n为复数值高斯白噪声，n的实部与虚部相互独立。
因为标准Turbo译码器是一种SISO（软输入软输出）译码器，故为了保证Turbo译码性能，译码器的输入端须是信道的软判决信息。
对于高阶调制方式，进行解调的过程即为计算每一比特信息软信息的过程，然后将计算得到的软比特信息送入到Turbo译码器中进行译码，这是一种软解调方式，且软判决信息表示为对数似然比率（LLR）。
16QAM星座图中每一个符号都是由4个bit组成，可以表示成比特向量（b1，b2，b3，b4）。
为了计算每比特的软判决信息，不需要对每一个符号进行判决，而是逐一比特计算其似然对数比。
turbo码编码增益
turbo码编码增益Turbo码是一种高效的编码技术，能够在无线通信系统中提供更好的误码性能。
Turbo码编码增益是指通过使用Turbo码进行信道编码后，信号的可靠性得以提升的程度。
在本文中，我们将探讨Turbo码编码增益的原理和应用。
一、Turbo码简介Turbo码是1993年由Claude Berrou等人提出的一种码型，其码率和纠错性能在通信领域中占据重要地位。
Turbo码是一种迭代码，利用两个或多个相同的卷积码组成并通过迭代的方式进行编码和译码。
这种迭代结构使得Turbo码在低信噪比条件下表现出色，能够有效抵抗多径衰落等信道干扰。
二、Turbo码编码增益原理Turbo码编码增益主要来源于其迭代结构。
当信号通过Turbo码编码后，译码器在解码时会反复迭代进行，通过互相交换和传递信息来提高解码的准确性。
由于迭代译码过程中加入了编码器输出的软信息，Turbo码能够充分利用信道的统计特性，进而提升译码的性能。
相比传统的卷积码或RS码，Turbo码的编码增益更为显著。
三、Turbo码编码增益的应用1. 无线通信系统Turbo码广泛应用于无线通信系统中。
在无线信道中，由于多径衰落和噪声等因素的干扰，传输信号往往存在较高的误码率。
使用Turbo码进行编码可以有效提升信号的可靠性，从而提高通信质量和容量。
2. 数字广播与电视Turbo码在数字广播与电视等领域也有重要应用。
在数字电视的传输中，为了保证高清晰度和多媒体内容的传输质量，需要一种能够在严苛信道条件下工作的编码技术。
Turbo码的编码增益能够提高信号的抗干扰性，确保传输的稳定性和可靠性。
3. 光纤通信系统光纤通信是一种常用的高速传输方式，对信号的传输质量要求较高。
Turbo码的编码增益可以改善光纤通信系统中所受到的色散和非线性等影响，降低误码率，提高系统的传输容量和可靠性。
4. 卫星通信系统在卫星通信系统中，信号传输过程中会经历大气等各种干扰。
通过Turbo码的编码增益，可以提高信号的抗干扰能力，减少信息传输过程中的误码，从而使得卫星通信系统的可靠性和传输速率得到显著提升。
高性能Turbo编译码技术研究的开题报告
高性能Turbo编译码技术研究的开题报告一、研究背景Turbo编码系统在通信领域的广泛应用和发展，使得Turbo编码编解码系统的性能得到了快速提升，成为无线通信系统中重要的信道编码技术。
现有的Turbo编码技术已经可以满足多种信道情况的要求，而高性能Turbo编译码技术则是指在保证Turbo编码性能的前提下，通过各种优化技术提高Turbo解码器的效率，实现高速、低功耗的Turbo解码，以满足在大规模通信系统中的需求。
二、研究内容本次研究的内容主要包括以下方面：1. 研究Turbo编码的基础知识，包括Turbo编码原理、迭代解码等。
2. 研究Turbo编码的性能分析及提高Turbo编码性能的方法和技术，如优化Turbo编码的迭代次数、提高Turbo码的解码性能等。
3. 研究Turbo解码器的结构优化，包括设计多级流水线解码器、采用高效的算法和实现技巧等。
4. 研究Turbo解码器的实现技术，包括使用FPGA、ASIC等高效实现Turbo解码的技术。
三、研究目的通过对Turbo编码的性能分析以及Turbo解码器的结构优化和实现技术的研究，实现高性能的Turbo编译码技术，具有以下优势：1. 在保证Turbo编码性能的同时，提高了Turbo解码器的效率，可以更快、更准确地对接收数据进行解码。
2. 实现了Turbo解码的高速、低功耗，具有很高的实用价值和推广前景。
3. 为无线通信系统中Turbo编码技术的发展提供更加完备、高效的解决方案。
四、研究方法本研究采用文献调研和算法分析相结合的方法，分析Turbo编码的原理、性能以及Turbo解码器的结构，并通过计算机模拟实验进行Turbo编译码技术的性能测试，并运用FPGA、ASIC等实现技术进行硬件实现。
五、研究预期成果本研究的预期成果主要包括以下方面：1. 了解Turbo编码的原理、性能以及Turbo解码器的结构优化。
2. 实现高效率的Turbo解码处理器，并验证其性能超越当前已有解码器。
Turbo码编码算法的研究概要
本科学生毕业论文 Turbo 码编码算法的研究系部名称:专业班级:学生姓名:指导教师:职称:黑龙江工程学院二〇一〇年六月The Graduation Thesis for Bachelor's DegreeThe Research of Turbo Encoding AlgorithmCandidate :Tian XinguangSpecialty :Electronic and Information Engineering Class :06-4Supervisor :Lecturer Wang YueyuanHeilongjiang Institute of Technology2010-06·Harbin摘要1993年,法国的 C.Berrou 等人提出了一种新的纠错编码— Turbo 码,当交织长度足够长时,其性能接近 Shannon 信道编码极限值,因此 Turbo 码的出现,被看作是信道编码理论发展史的一个里程碑,它使人们设计信道编码的方法从增加码的最小汉明距离转向减少低重量码字的个数 (错误系数。
本文首先介绍了信道编码理论与技术的发展及 Turbo 码的研究现状。
其次介绍了 Turbo 码编译码原理,重点研究了 Turbo 码的编码器结构,系统研究了交织器的原理。
最后基于 Matlab 仿真平台,对交织长度、码率、交织类型等影响 Turbo 码纠错性能的设计参数进行了计算机仿真,根据仿真结果分析可以得出如下结论:交织长度越长, 其纠错性能越好;码率越小,其纠错性能越好。
总之,对于 Turbo 码的选择,应该依据业务的要求,在兼顾传输效率和传输质量的前提下,恰当选择其交织类型、交织长度和码率等设计参数。
关键词:Turbo 码;交织器;算法;设计参数;误码率ABSTRACTIn 1993, a new class of error-correcting code named Turbo codes was proposed by C.Berrou in France, whose performances are close to the Shannon limit when the data block length is long enough. So turbo code is regarded as the milestone in channel encoding theory history, which makes us covert to decrease the numbers of light weight code (error coefficient from increasing the minimum Hanming weigh.This paper introduces the theory and technology of channel coding of development and research status of Turbo yards. Secondly introduces Turbo decoding compiled code, focus on the principle of Turbo code is studied, the system structure of encoder intertwined with the principle. Finally, based on Matlab simulation platform, the design parameters of Turbo decoding code performance simulation, including design parameters including intertwined type, interweave length, bitrate. According to the simulation result analysis concludes that interweaves length, the longer the better the performance of correction, The smaller the code rate, the better the performance of error. Anyhow, Turbo decoding, the code for business requirements, should be based on the transmission efficiency and transmission in both the quality, under the premise of appropriate choice its interweave, mixed type code-rate length and the design parameter.Key words:Turbo Code; Interleaver ; Algorithm ; Design Parameter; Bit Error Rate目录摘要 . (Ⅰ)Abstract ................................................................................................................................. .. Ⅱ第 1章绪论 ........................................................................................................................... 1 1.1 信道编码的发展 .......................................................................................................... 1 1.1.1信道编码的发展阶段 ........................................................................................ 1 1.1.2信道编码的分类 ................................................................................................ 2 1.2 Shannon理论与数字通信系统 (2)1.3 Turbo码的研究现状 ....................................................................................................4 1.3.1 Turbo码的提出 (4)1.3.2 Turbo码的研究背景 ....................................................................................... 5 1.4 本文的主要工作及内容安排 .................................................................................... 7 第 2章 Turbo 码的基础知识 ............................................................................................ 8 2.1编码器结构 . (8)2.1.1编码器的结构 (8)2.1.2交织器的应用 (10)2.1.3删余器作用及其选择 ...................................................................................... 11 2.2 Turbo码译码的原理 .. (12)2.2.1 Turbo码译码的基本原理 (12)2.2.2 Turbo码译码器结构 ....................................................................................... 12 2.3 Turbo码的译码算法 .. (14)2.4章节小结 .....................................................................................................................15 第 3章 Turbo 码交织器的设计 . ...................................................................................... 16 3.1交织器的设计准则 ..................................................................................................... 16 3.2交织类型 ..................................................................................................................... 18 3.2.1块交织器 (18)3.2.2均匀交织器 ...................................................................................................... 18 3.2.3随机交织器与 S 交织器 . (19)3.3本章小结 ..................................................................................................................... 20 第 4章仿真结果与分析 ..................................................................................................22 4.1交织长度对 Turbo 码性能的影响 .............................................................................22 4.2码率对 Turbo 码性能的影响 .....................................................................................24 4.3交织类型对 Turbo 码性能的影响 .............................................................................26 4.4章节小结 .....................................................................................................................27 结论 . .........................................................................................................................................28 参考文献 ................................................................................................................................ 29 致谢 . .........................................................................................................................................31 附录 . .........................................................................................................................................32第 1章绪论1.1信道编码的发展E. C. Shannon曾经指出:“ 通信的基本问题就是要在某一端准确地或近似地再现从另一端选择出来的消息” 。
turbo码编码原理
Turbo码编码原理前言在通信领域中，为了提高数据传输的可靠性和性能，编码技术发挥了重要的作用。
Turbo码作为一种前向纠错编码技术，凭借其出色的纠错能力和近香农极限的性能表现，被广泛应用于许多通信系统中，如移动通信、卫星通信等。
本文将详细介绍Turbo码编码原理，并通过示例来解释其基本原理，力求让读者快速理解和掌握Turbo码的编码过程。
1. Turbo码概述Turbo码是一种迭代前向纠错编码（iterative forward error correction，IFEC）方法，由克洛德·贝里说在1993年提出。
它利用了两个相互独立的卷积码相互迭代编码的优势，以实现非常高的纠错能力。
Turbo码的特点是能够非常接近信道容量，即Turbo码的编码速率非常接近香农容量。
相比于传统的纠错编码方法，Turbo码在性能上有较大的提升，是一种非常理想的纠错编码技术。
2. Turbo码编码过程2.1 基本结构Turbo码由三个主要组件组成：交织（Interleaver）、卷积编码器（Convolutional Encoder）和交织矫正（Interleaver Deinterleaver）。
如图所示，Turbo码的基本结构包含两个相同的卷积编码器和一个交织器。
在编码过程中，输入数据被送入两个卷积编码器生成两个编码序列，然后通过交织器将这两个序列交织在一起形成输出码字。
在后续的译码过程中，将接收到的码字通过交织矫正进行解交织，并送入两个迭代译码器进行反馈迭代，得到最终的解码结果。
2.2 卷积编码器卷积编码器是Turbo码的核心组件之一，它将输入数据序列转换为具有冗余的编码序列。
卷积编码器采用的是一种特殊的编码方式，使用有限状态机（FSM）来实现。
具体来说，卷积编码器是由两个相同的卷积编码器级联而成，每个编码器的输入都是相同的输入数据序列。
这两个编码器之间通过互联连接（interconnection）实现交织效果，以提高编码性能。
TurboTCM
阴影效应严重影 响数字信号传输 的可靠性 ， 并且可
用 的 频 率 带 宽 和 功 率 受 到 限 制 ． 此 ＴＣＭ （ ｅｌ 因 Ｔｒｌｓ ｉ Ｃｏ ｅ ｄ ｌｔ ｎ 技 术 成 为 解 决 带 宽 和 功 率 相 互 ｄ ｓＭｏ ｕａｉ ） ｏ
矛盾的有效方法。
Ｔｕｂ ｒ ｏ码 特 别 适 用 于 对 功 率 要 求 严 格 的 情形 ． 而且 有 很 强 的抗 衰 落 和抗 干 扰 能 力 ，但 它 的 编 码 效 率 比 较低 为 提 高 系 统 的 频 带 利 用 率 ，将 Ｔｕ ｂ ｒｏ码 和 ＴＣＭ 结 合 ，就构 成 了 Ｔｕ ｂ ｒｏ格 状 编 码 调 制 可 以 称 为 Ｔｕ ｂ ＣＭ ，它 能 在 不 降 低 带 宽 利 用 率 的 ｒｏ Ｔ 情 况 下 获 得 较 大 的 编 码 增 益 。文 献 Ｅ ］ 明 ， 过 设 １表 经 计 的 Ｔｕｂ ｒ ｏＴＣＭ 在 ＡＷ ＧＮ 信 道 中 得 到 ＢＥＲ一
Ｔｕ ｂ ｒ ｏ ＴＣＭ ｄ ｉ ｒｏ ｍａ ｃ ａｌｓ ｓ ｉ ｏ ｌ ｔ ｌ ｔ ａ ｎ ａｎ ｔ Ｐｅ ｆ ｒ ｎ ｅ Ａｎ ｙ ｉ ｎ Ｍ ｂｉ Ｓａ ｅ ｌ ｅ Ｃｈ ｎ ｅ ｓ ｅ ｉ
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文 章 编 号 ：１ ０ — ４ ３ ２ ０ ） ２ ０ ２ ５ ０ ９３ ４ （０ ２ ０ ０ ３０
Ｔ ｒ ｏＴ Ｍ 及 在 卫 星 移动 信 道 中 的 性 能 分析 ｕｂ Ｃ
吴 团锋 ， 叶 淦 华 ， 杨 喜 根
功率相互矛盾的有效方法。 导 了简洁的非二进制符号 ＭＡＰ算法， 推 井对 Ｔｕｂ Ｃ 在 卫星移动 信道 下的 ｒｏＴ Ｍ
编码调制技术的研究以及TCM的应用设计的开题报告
编码调制技术的研究以及TCM的应用设计的开题报告一、选题背景及意义随着信息技术的迅速发展，无线通信系统的应用日益广泛，而信号传输的质量是无线通信的重要参数之一。
针对原有的传输方式无法满足大量数据传输的需求，提高信号传输速率和可靠度的需求成为当前研究的热点之一。
编码调制技术是一种通信技术，其主要应用于数字通信和难以获取的高速通信系统中。
本论文将在编码调制技术的研究以及提高传输速率的设计中进行探究。
二、研究内容及思路编码调制技术的研究内容主要包括以下两个方面：1、编码技术编码技术主要是用于传输的数据的错误检测和纠正，从而进一步提高传输的可靠性。
其中包括码的设计和编码与减码等技术。
2、调制技术调制技术是指将数字信号转换成模拟信号的过程，这其中包括正交振幅调制（QAM）、相位偏移键控调制（PSK）、频移键控调制（FSK）等调制技术。
在以上两个方面的研究基础上，通过设计和实现一个针对TCM编码调制技术的应用，提高传输速率和可靠度。
三、论文结构与计划本论文总共分为五个部分：第一部分：引言，介绍此次研究的背景和意义。
第二部分：相关技术，介绍编码调制技术中的相关知识，包括编码技术、调制技术和TCM编码调制技术等。
第三部分：设计和实现，介绍TCM编码调制技术应用的设计和实现过程，包括编码器、调制器和解调器等模块的设计和实现。
第四部分：实验结果分析，介绍实验结果及分析。
第五部分：结论和展望，对实验结果进行总结和展望未来的相关研究。
时间安排：第一周：选题和背景调研第二周：对编码技术的研究第三周：对调制技术的研究第四周：对TCM编码调制技术的研究第五周~第七周：TCM编码调制技术的应用设计和实现第八周：实验结果分析第九周：对实验结果进行总结和展望未来的相关研究四、参考文献[1] 程蕴红，数字通信原理，电子工业出版社，2017[2] 杨建辉，信息论基础，北京大学出版社，2018[3] 张鑫峰，编码调制技术，电子工业出版社，2018[4] 马达，通信系统设计基础，北京邮电大学出版社，2019[5] 李京辉，现代通信原理与技术，清华大学出版社，2019五、预期目标通过对编码调制技术的研究和TCM编码调制技术的应用设计，可以进一步提高无线通信的传输速率和可靠度。
Turbo TCM技术的一种改进方法和实现
Turbo TCM技术的一种改进方法和实现
李蓉;张传庆;尹俊勋
【期刊名称】《中国电子科学研究院学报》
【年(卷),期】2007(2)4
【摘要】介绍了基于turbo码的联合编码调制技术,结合turbo码、网格编码调制(TCM)、连续相位调制技术(CPM),提出Turbo TCM-8CPFSK的硬件实现方案,并将其应用于军用移动通信系统中以提高频谱利用率和抗干扰性能.
【总页数】5页(P427-430,438)
【作者】李蓉;张传庆;尹俊勋
【作者单位】华南理工大学电子与信息学院,广州,510640;华南理工大学电子与信息学院,广州,510640;华南理工大学电子与信息学院,广州,510640
【正文语种】中文
【中图分类】TN929.5
【相关文献】
1.一种基于Matlab的Turbo码仿真技术的研究与实现 [J], 孙增友;赵云鹏;李春前
2.一种新型低复杂度的Turbo TCM迭代均衡译码结构及算法 [J], 杨鹏;葛建华
3.一种用于数字电视系统中的Turbo-TCM方法 [J], 任俊涛;邵定蓉;王睦重
4.一种实现高性能TCM的卷积编码器结构 [J], 金子建
5.Turbo-TCM编码调制技术一些问题的研究 [J], 王彦
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