基于Matlab的Turbo码仿真研究

西华大学毕业设计说明书基于Matlab的Turbo码仿真研究摘要：Turbo码，它巧妙地将两个简单分量码通过交织器并行级联来构造具有随机特性的长码，并通过在译码器端采用进行多次迭代提高了其译码性能。目前，Turbo码已经成为以大容量、高数据率和承载多媒体业务为目的的第三代移动通信的信道编码方案之一，其中，具有代表性的WCDMA，CDMA2000，和我国的TD-SCDMA3个标准中的信道编码方案都使用了Turbo码。此外，Turbo码在高清晰度数字电视传输系统的应用也很看好，它能使大量的数字信号准确无误的传输，真正做到高清晰度的图像质量。本次设计主要内容：使用Matlab仿真软件将信息序列经过编码器编码后，经过调制器调制，加入噪声，解调后送入到译码端进行译码。通过对各个过程对信息的性能仿真证明Turbo码的优越性。关键字：Turbo码，编码，译码，交织器Abstract:Turbocode,itwillsubtlytwosimplecomponentcodebyintertwinedparallelcascadestructurewithstochasticcharacteristicsoflongcyclecode,andthroughmanytimesatthedecoderendUSESiterationimprovesthedecodingperformance.Atpresent,theTurbocodehasbecometolargecapacity,highdatarateandbearingmultimediaservicesforthepurposeofthethirdgenerationmobilecommunicationchannelcodingscheme,oneofwhich,therepresentativeofWCDMAandCDMA2000,andChina'sTD-SCDMA3usedinchannelcodingschemeofthestandardTurbocode.Inaddition,theTurbocodeintheapplicationofhighdefinitiondigitaltelevisiontransmissionsystemalsolookgood,itcanmakealotofdigitalsignaltransmission,accuratetrulyhigh-definitionimagequality.Thisdesignmaincontent:usingMatlabsimulationsoftwareafterencodercodingsequenceoftheinformation,throughmodulationmodulator,addingnoise,afterdemodulationintothedecodertodecode.ThroughtheperformanceofeachprocessinformationsimulationprovethesuperiorityofTurbocodes.Keywords:Turbocode,coding,decoding,intertwined西华大学毕业设计说明书目录1绪论....................................................................11.1数字通信系统的结构...............................................11.2Turbo码的研究现状................................................21.3Turbo码系统仿真模型设计..........................................32Turbo码的编码..........................................................52.1Turbo码编码结构..................................................52.2本章小结.........................................................83译码...................................................................93.1Turbo码的译码结构................................................93.2基于后验概率的译码算法(MAP算法)..................................93.3MAP算法的简化算法...............................................133.4迭代译码........................................................143.4.1算法推导..................................................153.4.2不同迭代次数仿真..........................................163.5本章小结........................................................184交织器的设计..........................................................194.1交织器的概述....................................................194.2交织器的设计....................................................194.2.1交织器的分析及设计........................................194.2.2设计过程..................................................204.2.3S-随机交织后输出..........................................224.3本章小结........................................................235程序设计..............................................................245.1软件介绍........................................................245.2Turbo码程序设计流程图：.........................................255.3程序仿真及结果分析..............................................276总结与体会............................................................307致谢..................................................................318参考文献..............................................................329附录：仿真程序........................................................33第1页西华大学毕业设计说明书1绪论随着通信技术和计算机技术的迅猛发展，每时每刻都在不断涌现出新的通信和信息业务，同时各个用户对通信质量和数据传输速率的要求也不尽相同。由于传输信道本身特有的噪声和衰落的原因，信号到达接收端时难免的会受到干扰而使信号失真。现在一般采用差错控制码来检查并纠正由信道失真引起的信息传输错误。由于差错控制码主要用于实现信道纠错，所以又称为纠错码。编译码技术的日益成熟使其应用领域不断扩大，比如在众多信息交换和存储设备中的广泛应用。现代信息和编码理论的奠基人C.E.Shannon在1948年提出了著名的信道编码定理，在定理中Shannon给出了在数字通信系统中实现可靠通信以及在特定信道上实现可靠通信的信息传输速率上限的方法。1.1数字通信系统的结构信道中传输数字信号的系统，称为数字通信系统。数字通信的基本特征是，它的消息或信号具有离散或数字的特性。其一般结构由调制器/解调器、信道、编码器/译码器等环节构成。在通信系统中是否全部采用，要取决于具体的设计条件和要求。任何通信系统中，如果发送端有调制/加密/编码，接收端应有其相对应的设备。为更好地理解信道编码在数字通信系统中的地位和作用，首先介绍通用数字通信系统的基本组成结构，如图1.1所示。图1.1数字通信系统基本组成结构信源信源编码器信道编码器数字调制器信宿信源译码器信源译码器数字解调器信道干扰调制信道第2页西华大学毕业设计说明书1.2Turbo码的研究现状对于Turbo码的研究最初集中于对于其译码算法、性能界和独特编码结构的研究上，经过十多年来的发展历程，已经取得了很大的成果，在各方面也都走向使用阶段。Turbo码由于很好地应用了香农信道编码定理中的随机性编译码条件而获得了接近香农理论极限的译码性能。Turbo码的优越性在于：在较低的信噪比环境下也能有很好的性能。目前Turbo码主要以下研究方向。（1）编译码技术编码技术主要是对PCCC（并行级联卷积码）与SCCC（串行级联卷积码）的以及HCCC（混合级联卷积码）的分析和研究；译码技术主要包括迭代译码、译码算法（最大后验概率算法MAP、简化的MAP算法Log-MAP、软输出Viterbi算法SOVA等）的研究。（2）Turbo码的设计和分析主要包括交织器的设计、码的级联方式、译码算法、Turbo码的性能分析等。在性能分析中，主要对码重分布及距离谱进行分析，且相关理论还在研究中。在第三代移动通信系统(IMT-2000）中己经将Turbo码作为其传输高速数据的信道编码标准。第三代移动通信系统（IMT-2000）的特点是多媒体和智能化，要能提供多元传输速率、高性能、高质量的服务，为支持大数据量的多媒体业务，必须在布限带宽信道上传输数据。由于无线信道传输媒质的不稳定性及噪声的不确定性，一般的纠错码很难达到较高要求的译码性能（一般要求比特误码率小于10-6e），而Turbo码引起超乎寻常的优异译码性能，可以纠正高速率数据传输时发生的误码。（3）面向分组的Turbo码主要面向分组的Turbo码的构造、译码及译码器的分析。Turbo码与其它通信技术的结合包括Turbo码与调制技术（如网格编码调制TCM）的结合、Turbo码与均衡技术的结合（Turbo码均衡）、Turbo码编码与信源编码的结合、Turbo码译码与接收检测的结合等等。Turbo码与OFDM（正交频分复用）调制、差分检测技术相结合，具有较高的频率利用率，可有效地抑制短波信道中多径时延、频率选择性衰落、人为干扰与噪声带来的不利影响。（4）在3G中的应用编辑信道编码技术可改善数字信息在传输过程中噪声和干扰造成的误差，提高系统可靠性。因而挺供高效的信道编译码技术成为3G移动通信系统中的关键技术之一。3G移动通信系统所提供的业务种类的多样性、灵活性，对差错控制编译码提出了更高的要求。WCDMA和CDMA2000方案都建议采用除与IS-95CDMA系统类似的卷积编码技术和交织技术之外，采用Turbo编码技术。第3页西华大学毕业设计说明书a.RSC编码器的设计RSC编码器基于4状态的并行级联卷积码（8PCCC）。交织