信息论与编码课程设计.doc

信息论与编码课程设计

题目：关于Turbo码编码基本原理研究
专业：电子信息工程
班级：1班
姓名：李茂林
学号：4703110085
日期：2015.5.26

关于Turbo码编码基本原理研究
摘要：Turbo码是Claude.等人在1993年首次提出的一种级联码。基本原理是编码器通过交织器把两个分量编码器进行并行级联，两个分量编码器分别输出相应的校验位比特；译码器在两个分量译码器之间进行迭代译码，分量译码器之间传递去掉正反馈的外信息，这样整个译码过程类似涡轮（Turbo）工作。因此，这个编码方法又被形象地称为Turbo码。
关键词：Turbo码
The basic principles of research on Turbo coding
Abstract: Turbo code is a concatenated code Claude, who first proposed in 1993. The basic principle is that the encoder by interleaving the two components is parallel concatenated encoder, two component encoder outputs corresponding parity bits; decoder between the two components of the iterative decoder decodes remove extrinsic information transfer between the components of the positive feedback decoder, so that the entire process is similar to the turbo decoder (Turbo) work. Thus, this coding method has been aptly called Turbo codes.
Keywords: Turbo Code

1引言
编码理论研究长期沿袭信道截止速率（Cutoff Rate）的传统观念，尽管各种复杂的编码方法不断涌现，但是超出香农限若干分贝的性能差距总是被巨大的计算复杂度阻挡而难以逾越。而Turbo码的出现突破了这些传统观念的束缚和技术壁垒，在编码理论和迭代处理技术上巧妙地另辟蹊径，开创了信道编码以及相关领域研究的一个新纪元。
Turbo码是Claude.等人在1993年首次提出的一种级联码。基本原理是编码器通过交织器把两个分量编码器进行并行级联，两个分量编码器分别输出相应的校验位比特；译码器在两个分量译码器之间进行迭代译码，分量译码器之间传递去掉正反馈的外信息，这样整个译码过程类似涡轮（Turbo）工作。因此，这个编码方法又被形象地称为Turbo码。Turbo码具有卓越的纠错性能，性能接近香农限，而且编译码的复杂度不高。
Turbo 码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，并通过在两个软入/软出(SISO)译码器之间进行多次迭代实现了伪随机译码。他的性能远远超过了其他的编码方式，得到了广泛的关注和发展，并对当今的编码理论和研究方法产生了深远的影响，信道编码学也随之进入了一个新的阶段。
2 Turbo码编码原理剖析
Turbo码的码结构足由原信息码和两路校验码组成，两路校验码中的一路是由信息码直接送入卷积码产生器产生的卷积码，另一路足由信息码经交织器后再送人卷积码产生器产生的卷积码。
原理图如图1：

图1 原理图 1 图2 流程图

卷积码产生器模块与扩频码中的m序列产生的方法类似，都是用线性移位寄存器产生，产生方法的流程图2所示。
运用Matlab仿真工具仿真卷积码产生器的主要程序如下：
f0r i=1：N
men=de2bi(state一1，v， ‘left—msb’)；％initial the register；
Y=rood((data(i)+sum(mem))，2)；％ theinput of the shift register；
enout=[enout mod((Y+mem(v))，2)]；％code out；
state=bitshift(state一1， 一1)+Y 2 (v一1)+1：％ the shift of the register；
End
程序中首先设定每次送入卷积码产生器的信息码为192个，而移位寄存器的初始状态为00，每次进入一个信息码就依次改变移位寄存器的状态。移位寄存器状态和输入信息码经过模2和后输出，生成一位效验码，依次循环一直到输入的信息码数目达到程序中初始的数目，移位寄存器的状态回到初始状态00。
另一路效验码产生的方法是将原信息码首先送人交织器，这里首先使用了最简单的分组交织器，它的交织映射过程可以描述为：将信息码序列按行的顺序写入的矩阵，然后按列的顺序读出来，这样即可完成交织相应的解交织过程就是将交织后的数据序列按列的顺序写入，然后按行的顺序读出即可，交织过程示意图如图3所示：

图3 交织过程示意图 图4 流程图

在Matlab仿真工具中产生的主要程序如下：
for i=1： a
A(i，：)=data(( 一1) b+1：i b)；
end
B =A ：
f0r i=1：b
out((i一1) a+1：i a)=B(i，：)；
end
首先设定存储矩阵A，用f0r循环语句按行顺序存人数据，把存储矩阵转置，再按行的顺序读出。由于存储矩阵的转置，数据实质是按列顺序读出来的。信息码经过交织器后送人同样的卷积码产生器，以同样的方式生成效验位，这样3块数据组成一个Turbo码数据块。生成的Turbo码数据块，送入调制器，然后经过D／A变换放大器后送到天线部分发送信号，经过无线信道，接收端经天线接收信号，通过A／D变换、解调器、Turbo码解码器得到信息码，整个系统的框图，如图5所示。

图5 系统框图
上图使用的调制器为BPSK调制器。
对于通信信道的仿真，首先应进行信道特性分析。因为，无线信道电磁波的传输方式主要包括反射、绕射和散射。无线信道主要存在小尺度衰落或多径衰落同时，随着发射机与接收机(T—R)之间距离的不断增加而引起电磁波强度的衰减，称为阴影衰落或大尺度衰落 J。阴影衰落是平均信号功率的一种衰减，很容易由发射端和接收端之间突出的地表状态(山脉、建筑物等)而引发，可以认为是这些物体遮挡住了接收机。阴影衰落可以从两个方面描述：路径损耗和平均值的统计变化。由于阴影衰落很慢，因此可看作静态的 J，如在CDMA无线通信系统中，阴影衰落可由功率控制部分补偿。理论分析和实验测试结果表明，在移动环境中，接收信号的幅度在大多数情况下符合瑞利(Rayleigh)分布。
3 结束语
通过本次的课程设计，深入了解了Turbo码的基本编码原理，学习到了很多课本上学习不到的知识，感受到自己学习方面的不足之处，明白了之后需要加强练习自己的专业能力，努力补充自己的不足。
参考文献
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[3] 曹雪虹.张宗橙.信息论语编码第二版[M].北京：清华大学出版社，2009
[4] 袁东风．宽带移动通信中的先进信道编码技术[M]．北京：北京邮电大学出版社，2004．
[5] 罗宏．Turbo均衡技术的研究[D]． 南京：南京航空航天大学，2006．