Turbo码的及仿真

迭代次数、码率及译码算法等，通过 Matlab 进行软件仿真，对仿真结果进行了详细的分析。仿真的结果表
明，在信噪比相同的情况下，交织的长度越大，迭代的次数越多，译码的算法越优，Turbo 码性能就越好，
但是实现需要的硬件资源也越多，整个系统就会变得很复杂。因此，实际应用中应根据不同的系统需要，
再设置相应的参数。
y 1pk
L1e (xk )
译码器 I
交织
L1e (xk' )
y2pk
译码器Ⅱ
交织
y
s k
yks '
解交织
图 2 Turbo 码译码器原理
无论采用以上提到的哪种算法，Turbo 码译码器 的总体结构都是大致相同的，如图表 2 中所示。译 码器由 2 个独立的分量译码器窜行级联组成，如果 编码时 2 个编码器是相同的，这里的译码器就必须 相同。交织器也与编码器中的相同，它与解交织器 必须配套使用。每个分量译码器都有 3 路输入信息： ①信息码 yks 或经过交织的 yks ' ；②校验码 y1pk 或 y2pk ； ③外信息 L1e (xk ) 或 L2e (xk ) 。译码器 1 对编码器 1 进 行最佳译码，产生关于信息序列中每一比特的外信 息 L1e (xk ) ，将其交织后产生的 L2e (xk' ) 送给译码器 2。译码器 2 接收三路输入，对编码器 2 进行最佳译 码，译码的结果经过解交织作为外信息再送给译码 器 1，这样就形成了反复迭代。每一次迭代都会减 少一定的误码，经过一定的迭代次数后，2 个译码 器的外信息趋于稳定，就可以得到最佳译码信息[5]。
【关键词】Turbo 码；交织器；迭代次数；译码算法
【中图分类号】TN914.31
【文献标识码】A
【文章编号】1002-0802(2012)03-0022-03
Study and Simulation of Turbo Code
WANG Ning， CHEN Ming-song， DU Xiao-ping
2012 年第 03 期，第 45 卷 总第 243 期
通信技术 Communications Technology
Turbo 码的研究及仿真
Vol.45，No.03,2012 No.243,Totally
王 宁， 陈名松， 杜晓萍
（桂林电子科技大学科技大学，广西 桂林 541004）
【摘 要】介绍了 Turbo 码的编码译码原理，并研究了影响其性能的各个重要参数，如分量码、帧长、
（Guilin University Of Electronic Technology, Guilin Guangxi 541004, China）
【Abstract】The code/decode principle of Turbo code is given, various parameters having significant influence on the performance on Turbo code, such as component code, code length, iteration times, code rate and decoding algorithm, etc, are studied, and the simulation on Turbo code with Matlab is analyzed in detail. Simulation results indicate that, with the same SNR value, the longer the code length, the more the iteration times and the better the decoding algorithm, the better the Turbo code performance would be, but the system would be more complex and require more hardware resources. Therefore, the system parameters should be properly established according to the different requirements, thus to achieve the best performance.
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校验序列后，通过删余器删除一些校验位，与未编 码的输入信息序列经过复接器复用，输出得到Turbo 码的编码输出序列。
输入数据 交织器
编码器 1 编码器 2
复
用
删
器
余
器
图1 Turbo码编码器原理
Turbo码选用RSC编码器的主要原因是循环编 码器能很好地降低误码率。交织器是影响Turbo码性 能的另一个关键因素。通常采用的交织器有分组交
织器和伪随机交织器。
2 Turbo码译码原理
香农定理指出，最优的译码算法是概率译码算 法，即最大后验概率算法(MAP)。MAP算法性能最 佳，但是复杂度也最高。为了降低复杂度，后来又
有了Log-MAP、MAX-Log-MAP及SOVA（软输入软
输出算法）等算法。
L2e Biblioteka Baiduxk )
解交织
L2e (xk' )
【Key words】Turbo code; interleaver; iteration times; decoding algorithm
0 引言
Turbo 码，又称并行级联卷积码，最早由法国不 列颠通信大学的教授 C.Berrou 等人在 1993 的国际通 信会议上提出。Turbo 是一种非常优秀的编码方案， 它几乎满足了无差错传输的三个基本条件，从而获 得了接近香农极限的性能[1]。它将卷积码并行级联， 用短码构造出长码，利用随机交织器实现了随机编 码，通过在两个软入软出(SISO)译码器之间进行多 次迭代实现了最大似然译码。它的性能远远超过了 其他的编码方式，对当今的编码理论和研究方法产 生了深远的影响[2]。
收稿日期：2011-11-17。 作者简介：王 宁（1985-），男，硕士研究生，主要研究方
向为 OFDM 通信系统；陈名松（1972-），男，教 授，硕士生导师，主要研究方向为水下通信系统 的研究；杜晓萍（1986-），硕士研究生，主要研 究方向为全光交换技术。
由于 Turbo 码性能受到多个参数的影响，且传 输时延较大[3]。在实际应用中，应该根据具体的系 统需求选择相应的参数，否则会浪费有限的系统资 源。因此，有必要对 Turbo 码的译码算法、迭代次 数等几种重要参数做深入研究，并基于 Matlab 对其 软件仿真，总结出设置参数的原则，为系统的实际 设计提供参考。
1 Turbo码编码原理
一般Turbo码编码器由两个循环系统卷积编码 器（RSC编码器）和交织器并行级联构成，原理如 图1所示[4]。编码器1、编码器2又称为分量码编码器， 通常2个分量编码器具有完全相同的结构。交织器实 际上是一个映射函数，其作用是将输入信息序列中 的比特位置进行重置，从而使两个分量编码器输出 的信息尽量不相关。编码器1、编码器2输出编码的