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Turbo码

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  Shannon 编码定理指出:如果采用足够长的随机编码,就能逼近Shannon 信道容量。但是传统的编码都有规则的代数结构,远远谈不上“随机”;同时,出于译码复杂度的考虑,码长也不可能太长。所以传统的信道编码性能与信道容量之间都有较大的差距。事实上,长期以来信道容量仅作为一个理论极限存在,实际的编码方案设计和评估都没有以Shannon限为依据。
  1993 年两位法国教授Berrou、Glavieux 和他们的缅甸籍博士生Thitimajshima 在ICC 会议上发表的Near Shannon limit error-correcting coding and decoding: Turbo codes”,提出了一种全新的编码方式——Turbo 码。它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。
  仿真结果表明,在AWGN 信道下,码率为1 2 的Turbo 码在达到误比特率(BER) ≤ 10?5时, 0 E N b 仅为约0.7dB (这种情况下达到信道容量的理想0 E N b 值为0db),远远超过了其他的编码方式,一时在信息和编码理论界引起了轰动。
  从此以后,Turbo 码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。
  Turbo码由于其近Shannon界的突出纠错能力,成为近年信道编码理论研究的热点问题。其编码器由两个(或多个)带反馈的系统卷积码器经一交织器并行级联而成,接收端一般采用逐位最大后验概率译码器通过反复迭代循环来译码。
  本文首先对Turbo码的编码原理进行了阐述和举例,进而重点讲解了Turbo码译码的原理,对比了MAP译码算法和SOVA译码算法。由以上的分析得出了很多重要的结论:如Turbo码采用反馈卷积码是为了获得更大的交织增益;Turbo码的性能主要取决于它的有效自由距离;Turbo码在低信噪比下具有近Shannon界纠错能力的原因;自由距离较低引起Turbo码在中信噪比下出现纠错平台现象等等。
  Turbo码有一重要特点是其译码较为复杂,比常规的卷积码要复杂的多,这种复杂不仅在于其译码要采用迭代的过程,而且采用的算法本身也比较复杂。这些算法的关键是不但要能够对每比特进行译码,而且还要伴随着译码给出每比特译出的可靠性信息,有了这些信息,迭代才能进行下去。用于Turbo码译码的具体算法有:MAP(Maximum A Posterori)
  Max-Log-MAP、Log-MAP和SOVA(Soft Output Viterbi Algorithm)算法。MAP算法是1974年被用于卷积码的译码,但用作Turbo码的译码还是要做一些修改;Max-Log-MAP与Log-MAP是根据MAP算法在运算量上做了重大改进,虽然性能有些下降,但使得Turbo码的译码复杂度大大的降低了,更加适合于实际系统的运用;Viterbi算法并不适合Turbo码的译码,原因就是没有每比特译出的可靠性信息输出,修改后的具有软信息输出的SOVA算法,就正好适合了Turbo码的译码。这些算法在复杂度上和性能上具有一定的差异,系统地了解这些算法的原理是对Turbo码研究的基础,同时对这些算法的复杂度和性能的比较研究也将有助于Turbo的应用研究。
  此外,要想在移动无线系统中成功的使用Turbo码,首先要考虑在语音传输中最大延迟的限制。在短帧情况下的仿真结果表明短交织Turbo码在AWGN信道和Rayleigh衰落下仍然具有接近信道容量的纠错能力,从而显示出Turbo码在移动无线通信系统中非常广阔的应用前景。
  Turbo码 (Turbo Code)
  Turbo 码(Turbo Code)是一类应用在外层空间卫星通信和设计者寻找完成最大信息传输通过一个限制带宽通信链路在数据破坏的噪声面前的其它无线通信应用程序的高性能纠错码。有两类 Turbo 码在那里,块 Turbo 码和卷积 Turbo 码(CTCs),它们是相当不同的,因为它们使用不同的构件码,不同的串联方案和不同的 SISO 算法。
  目前Turbo码应用:
  全球3G标准:WCDMA、TD-SCDMA和CDMA2000均使用了Turbo码
  B3G(部分文献称为4G)的WiMAX也使用了


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开放分类
电子    通信    信号    编码    

参考资料
1.http://www.mobileclub.org/bbs/plus_Down_Detail.asp?id=7611 2.Turbo码matlab仿真_3GPP标准

贡献者
sylar    


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