通信-一种新的高效turbo码交织器设计

直升机卫星通信系统中Turbo码外交织器设计与仿真肖创创;郭荣海;李际平;吴团锋;黄尧;李洪胜【摘要】In Helicopter Satellite Communication System( HSCS) , the rotor shield will result in the deterio-rative performance of the system. The codes can be partly punctured by the rotor shield and it is an impera-tive problem. Through the analysis of the punctured Turbo codes, a new interleaver which can be well ap-plied in this system is proposed. The characters that the interleaver satisfies include ( 1 ) dispersing the punctured code chips among all the chips and turning burst errors into random errors,(2) both systematic and parity outputs of the same information bit should be deleted only one bit,(3) reserving the neighbor-hoods of the punctured bit field,(4)the punctured bits should folow the cycle model of systematic bit-the first parity bit-the second parity bit. Finally,comparison between the new pattern interleaver and the con-ventional ones shows that the former one makes the code’s bit error rate( BER) performance obtain more a-melioration and improves the HSCS’communication reliability.%在直升机卫星通信系统( HSCS)中，如何克服由于旋翼遮挡导致的系统性能恶化是一个亟需解决的关键问题。

turbo 码原理Turbo码原理Turbo码是一种优秀的纠错编码技术，它被广泛应用于无线通信、卫星通信、光纤通信等领域。

Turbo码采用了迭代解码的方法，通过在编码和解码过程中引入反馈，从而极大地提高了通信系统的可靠性和性能。

Turbo码的核心原理是使用两个并行的卷积码编码器和迭代解码器。

在编码过程中，数据会经过两个编码器进行编码，生成两个码字序列。

这两个码字序列交替地经过交织器，并通过信道发送。

在接收端，接收到的数据经过迭代解码器进行解码，解码器通过相互交互的方式，不断迭代处理，最终得到正确的原始数据。

Turbo码的迭代解码过程是通过软判决实现的。

软判决是指通过计算接收到的数据与码字之间的距离，得到一个概率值，表示接收到的数据属于哪个码字的概率。

在迭代解码过程中，解码器会根据软判决的结果，调整自身的状态，从而提高解码的准确性。

Turbo码的优势在于其较低的误码率和较高的编码效率。

由于采用了迭代解码的方法，Turbo码能够充分利用信道的统计特性，通过多次迭代，逐渐减小误码率。

同时，Turbo码的编码效率也较高，可以在相同的误码率下传输更多的信息。

Turbo码还具有较好的抗干扰性能。

由于采用了迭代解码的方法，Turbo码能够在一定程度上抵抗信道的噪声和干扰。

在传输过程中，由于噪声和干扰的存在，接收到的数据可能会发生错误。

但是通过多次迭代解码，Turbo码能够逐渐修正这些错误，提高解码的准确性。

然而，Turbo码也有一些局限性。

首先，Turbo码的编码和解码过程相对复杂，需要较高的计算能力和存储资源。

其次，Turbo码的延迟较大，由于需要多次迭代解码，导致信号传输的延迟增加。

此外，Turbo码的设计和调试也较为困难，需要经验丰富的工程师进行系统设计和参数调优。

总体而言，Turbo码作为一种高效可靠的纠错编码技术，已经被广泛应用于通信领域。

它通过迭代解码的方法，充分利用信道的统计特性，提高了通信系统的可靠性和性能。

turbo code 计算方法摘要：1.引言2.Turbo码的原理3.Turbo码的计算方法4.计算实例5.结论正文：【引言】在数字通信和数据存储领域，纠错码的应用至关重要。

Turbo码作为一种可靠的信道编码技术，凭借其优异的性能在诸多领域得到了广泛应用。

本文将详细介绍Turbo码的计算方法，以期帮助读者更好地理解和应用这一技术。

【Turbo码的原理】Turbo码，又称为递归卷积码，是由Berrou等人于1993年提出的一种信道编码技术。

其基本原理是通过两个或多个简单的卷积码相互交织，构成一个复杂的编码器，从而在信道中实现高效的数据传输。

Turbo码的性能接近香农极限，且具有较好的误码率特性。

【Turbo码的计算方法】Turbo码的计算方法主要包括以下几个步骤：1.初始化：根据输入数据比特，初始化编码器的状态。

2.编码：将输入数据比特序列依次输入到编码器的各个级联卷积码中，计算出编码器的输出比特序列。

3.交织：将编码器的输出比特序列进行交织，得到交织后的比特序列。

4.校验：对交织后的比特序列进行校验，判断是否满足特定的校验条件。

若满足，则继续下一步；否则，进行反馈调整。

5.解交织：将校验后的比特序列进行解交织，得到原始输入数据比特序列。

6.反馈调整：根据解交织后的比特序列，调整编码器的状态，以实现更好的编码效果。

【计算实例】以一个简单的3级Turbo码为例，设编码器的初始状态为0，输入数据比特序列为1011。

根据Turbo码的计算方法，我们可以得到以下结果：1.初始化：状态为02.编码：输入比特1，编码器输出比特为10103.交织：交织后的比特序列为01014.校验：满足校验条件，继续下一步5.解交织：解交织后的比特序列为10106.反馈调整：状态调整为1017.重复步骤2-6，直至输入比特序列结束【结论】Turbo码作为一种高效、可靠的信道编码技术，在数字通信和数据存储等领域具有重要应用价值。

卷积码（或者Turbo码）的交织与解交织的仿真编程和仿真实验一、实验目的实现卷积码（或者Turbo码）的交织与解交织的仿真编程和仿真实验，观察交织编码分别在白噪声信道和衰落信道下系统误码率的影响，分析原因。

二、实验原理信道编码中采用交织技术，可打乱码字比特之间的相关性，将信道中传输过程中的成群突发错误转换为随机错误，从而提高整个通信系统的可靠性。

交织编码根据交织方式的不同，可分为线性交织、卷积交织和伪随机交织。

其中线性交织编码是一种比较常见的形式。

所谓线性交织编码器，是指把纠错编码器输出信号均匀分成m个码组，每个码组由n段数据构成，这样就构成一个n×m的矩阵。

这里把这个矩阵称为交织矩阵。

如图1所示，数据以a11，a12，…，a1n，a21，a22，…，a2n，…，aij，…，am1，am2，…，amn(i=1，2，…，m;j=1，2，…，n)的顺序进入交织矩阵，交织处理后以a11，n21，…，am1，a12，a22，…，am2，…，a1n，a2n，…，amn的顺序从交织矩阵中送出，这样就完成对数据的交织编码，如图1所示。

还可以按照其他顺序从交织矩阵中读出数据，不管采用哪种方式，其最终目的都是把输入数据的次序打乱。

如果aij只包含1个数据比特，称为按比特交织;如果aij包含多个数据比特，则称为按字交织。

接收端的交织译码同交织编码过程相类似。

图 1 交织编码矩阵一般来说，如果有n个(m，k)码，排成，n×m矩阵，按列交织后存储或传送，读出或接收时恢复原来的排列，若(m，k)码能纠t个错误，那么交织后就可纠m个错误。

对纠正信道传输过程中出现的突发错误效果明显，如图2所示。

图2 交织编码示例GSM中使用这种比特交织器。

其交织方式为将信道编码后的每20ms的数据块m=456b拆分到8组中，每组57b，然后这每组57 b分配到不同的Burst中三、实验流程卷积交织解卷积交织四、源程序1、交织程序1）卷积交织function [aa]=jiaozhi(bb,n)%jiaozhi.m 卷积交织函数n=28; %分组长度%bb 卷积交织前原分组序列%aa 卷积交织后分组序列%序号重排方式：cc=[ 1 23 17 11 5 17 21; 8 2 24 18 12 6 28; 15 9 3 25 19 13 7; 22 16 10 4 26 20 14 ];%交织矩阵bb=[ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28];for i=1:naa(i)=bb(cc(i));end（2）循环等差交织function [aa]=jiaozhi_nocnv(bb,n)%jiaozhi_nocnv.m 循环等差交织函数n=28; %分组长度%bb 循环等差交织前原分组序列%aa 循环等差交织后还原分组序列%序号重排方式：bb=[ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 ]; j=1;for i=1:nj=rem(j+5-1,n)+1; %序号重排方式迭代算法aa(n+1-i)=bb(j);end2、解交织程序（1）解卷积交织function [bb]=jiejiaozhi(aa,n)%jiejiaozhi.m 解卷积交织函数n=28;% 分组长度%aa 解卷积交织前原分组序列%bb 解卷积交织后分组序列%序号重排方式：cc=[ 1 23 17 11 5 27 21; 8 2 24 18 12 6 28; 15 9 3 25 19 13 7 ;22 16 10 4 26 20 14 ]; aa=[ 1 8 15 22 23 2 9 16 17 24 3 10 11 18 25 4 5 12 19 26 27 6 13 20 21 28 7 14 ]; for i=1:nbb(cc(i))=aa(i);end（2）解循环等差交织function [bb]=jiejiaozhi_nocnv(aa,n)%jiaozhi_nocnv.m 解循环等差交织函数n=28;% 分组长度%aa 解循环等差交织前原分组序列%bb 解循环等差交织后还原分组序列%序号重排方式：aa=[ 1 24 19 14 9 4 27 22 17 12 7 2 25 20 15 10 5 28 23 18 13 8 3 26 21 16 11 6];j=1;for i=1:nj=rem(j+5-1,n)+1; %序号重排方式迭代算法bb(j)=aa(n+1-i);End交织码通常表示为（M，N），分组长度L=MN，交织方式用M行N列的交织矩阵表示。

turbo码的原理Turbo码的原理引言：Turbo码是一种在无线通信和数字通信领域广泛应用的编码技术。

它被广泛应用于4G和5G移动通信标准中，以提高系统的可靠性和传输速率。

本文将介绍Turbo码的原理及其在通信系统中的应用。

一、Turbo码的基本原理Turbo码是一种迭代卷积码编码技术，由Claude Berrou于1993年提出。

它采用了并行级联的结构，在编码和解码过程中引入了迭代操作，从而大大提高了系统的纠错性能。

Turbo码的编码器由两个相同的卷积码编码器构成，这两个编码器之间通过一个交织器相连，形成了并行级联结构。

在编码过程中，Turbo码将待发送的数据分为多个数据块，并对每个数据块进行并行编码。

首先，数据块通过编码器1进行编码，然后通过交织器进行交织操作，再经过编码器2进行第二次编码。

最后，两个编码器的输出通过一个交织器再次交织，形成最终的编码输出。

二、Turbo码的解码原理Turbo码的解码过程是通过迭代解码算法实现的。

解码器采用迭代信道估计和软判决的方法，通过多次迭代来逐步提高解码的准确性。

在每一次迭代中，解码器利用已解码的信息反馈给信道估计器，用于估计信道的状态信息，并根据此信息对接收到的信号进行修正。

然后，解码器利用修正后的信号进行下一次迭代解码，直到达到设定的迭代次数或满足一定的停止准则为止。

三、Turbo码的应用Turbo码在无线通信和数字通信领域有着广泛的应用。

在4G和5G 移动通信标准中，Turbo码被用于物理层的信道编码，以提高系统在高速移动环境下的可靠性和传输速率。

此外，Turbo码还被应用于卫星通信、光纤通信和深空通信等领域。

Turbo码的优点是能够在相同的误码率下，显著提高系统的传输速率。

它具有较好的纠错性能，在相同的码率下，其误码率性能要优于其他传统的编码技术。

此外，Turbo码还具有较低的复杂度和较低的延迟，适用于实时通信系统。

结论：Turbo码作为一种高效可靠的编码技术，被广泛应用于无线通信和数字通信领域。

turbo码的名词解释在现代通信领域中，Turbo码是一种强大的编码技术，被广泛应用于无线通信、卫星通信、移动通信等各种通信系统。

Turbo码采用了一种特殊的编码结构，能够极大地提高数据传输的可靠性和效率。

1. Turbo码的起源和发展Turbo码最早由法国电信研究中心（Centre national d'études desTélécommunications，简称France Telecom－CNET）的Claude Berrou等人于1993年提出。

这项技术通过添加纠错码，可以在传输数据时对其进行重建和修复，提高了信道的容错能力。

Turbo码的创新性和高性能引起了全球通信界的高度关注，迅速被应用于各种通信系统中。

2. Turbo码的基本原理Turbo码的编码原理可以简单概括为“迭代编码+迭代译码”。

它通过将输入数据分成几个数据块，每个数据块经过不同的编码器编码后，并按照一定规则交叉混合，形成最终的编码序列。

在接收端，采用迭代解码算法对接收到的编码序列进行译码和解码，利用编码过程中得到的相互参考信息，反复迭代译码直至最终输出恢复的数据。

3. Turbo码的特点和优势3.1 容错性能卓越：Turbo码具有出色的误码性能，可以在信道质量差的环境下实现高可靠的数据传输。

通过反复迭代译码的方式，Turbo码可以充分利用相互参考的信息，提高了纠错能力，有效降低了传输错误率。

3.2 较低的时延：Turbo码在传输过程中的冗余码率相对较低，所以可以较好地满足实时传输的需求，减小了信号传输的时延。

3.3 适应性强：Turbo码可以根据不同的通信系统需求进行灵活配置和设计，可以应用于不同信道性质、不同码率和不同调制方式的通信系统中。

4. Turbo码的应用领域4.1 无线通信：Turbo码广泛应用于各种无线通信标准中，包括3G、4G、5G等移动通信系统。

在高速移动环境下，Turbo码通过改善信道传输质量，提高了数据的传输速率和可靠性。

Turbo码编码增益1. 引言Turbo码是一种强大的错误纠正编码技术，广泛应用于无线通信、卫星通信和数字广播等领域。

它具有良好的纠错性能和较低的译码复杂度，被认为是一种接近香农极限的编码方案。

在Turbo码中，编码增益是一个重要的性能指标，表示通过编码后与未编码信号之间的信噪比（SNR）差异。

本文将从以下几个方面详细介绍Turbo码编码增益：•Turbo码基本原理•编码增益定义•影响编码增益的因素•编码增益优化方法2. Turbo码基本原理Turbo码是一种迭代卷积编码技术，由两个卷积编码器和一个交织器组成。

它利用了迭代解调和译码算法来提高纠错性能。

2.1 卷积编码器Turbo码使用两个相同的卷积编码器，并行地对输入数据进行编码。

每个卷积编码器都有一个生成多项式和一个移位寄存器。

输入数据经过移位寄存器后与生成多项式进行异或操作，生成编码输出。

2.2 交织器Turbo码的交织器用于打乱编码输出，以减小连续错误的概率。

交织器可以是一个简单的块交织器或者是更复杂的分组交织器。

2.3 迭代译码Turbo码的迭代译码是Turbo码性能优于其他编码方案的关键所在。

迭代译码使用了迭代解调和译码算法，其中包括软输出Viterbi算法（SOVA）和逐比特MAP算法。

在迭代译码过程中，解调器首先对接收到的信号进行初步解调，并生成一个软信息序列。

然后，这个软信息序列经过反交织器后输入到另一个卷积编码器，并与之前迭代得到的硬判决值进行异或操作。

最后，经过一系列迭代后得到最终的硬判决值。

3. 编码增益定义编码增益是指通过Turbo码编码后与未编码信号之间的信噪比（SNR）差异。

它可以用来衡量Turbo码对信号质量的改善程度。

通常情况下，信道传输中会受到噪声干扰，导致接收端收到畸变的信号。

编码增益就是通过编码技术提高信号质量，减小噪声对信号的影响。

编码增益越大，说明Turbo码在纠错方面的性能越好。

4. 影响编码增益的因素编码增益受到多个因素的影响，包括信道条件、编码方式和译码算法等。

turbo码编码增益-回复标题：深入理解Turbo 码编码增益一、引言在通信系统中，信息的可靠传输是至关重要的。

然而，由于信道噪声和干扰的存在，原始信息在传输过程中可能会发生错误。

为此，我们需要使用纠错编码技术来提高通信系统的抗干扰能力。

Turbo码是一种高性能的前向纠错码，其编码增益是衡量其纠错性能的重要指标。

本文将详细探讨Turbo 码的编码增益及其影响因素。

二、Turbo码的基本原理Turbo码是由两个或多个卷积码通过交织器连接而成的并行级联结构。

其基本工作原理如下：1. 信息比特序列首先被分为两部分，分别输入到两个卷积编码器进行编码。

2. 编码后的序列经过交织器打乱顺序，然后发送出去。

3. 接收端接收到信号后，先进行解交织，再通过两个解码器进行迭代解码。

Turbo码的纠错性能主要来自于其独特的级联结构和迭代解码过程。

通过多次迭代，解码器能够逐步纠正传输过程中的错误，从而实现高效率的纠错。

三、Turbo码的编码增益编码增益是指在相同的信噪比下，使用纠错编码后的误码率与未编码时的误码率之比。

它是衡量编码性能的重要指标。

对于Turbo码来说，其编码增益主要来源于以下两个方面：1. 级联结构：Turbo码的级联结构使得其在接收端可以进行多次迭代解码，每次迭代都能够进一步降低误码率，从而提高编码增益。

2. 交织器：Turbo码中的交织器可以将连续的错误分散开来，使得解码器在迭代过程中更容易纠正错误，从而提高编码增益。

四、影响Turbo码编码增益的因素Turbo码的编码增益受到多种因素的影响，主要包括以下几个方面：1. 卷积码的参数选择：卷积码的生成多项式、约束长度等参数对Turbo码的编码增益有直接影响。

通常情况下，选择适当的生成多项式和较大的约束长度可以提高编码增益。

2. 交织器的设计：交织器的打乱程度和长度对Turbo码的编码增益也有重要影响。

适当的交织深度和打乱程度可以更好地分散错误，提高解码成功率。

Turbo码的编码原理及实现摘要纠错码技术作为改善数字通信可靠性的一种有效手段，在数字通信的各个领域中获得极为广泛的应用。

Turbo码是并行级联递归系统卷积码，在接近Shannon 限的低信噪比下能获得较低的误码率，现已被很多系统所采用。

本文分析了Turbo码编码译码的原理，为了使Turbo码仿真更容易，研究并建立了基于Matlab 中Simulink通信模块的Turbo码仿真模型。

使用所建立的模型进行仿真，结果表明，在信噪比相同的情况下，交织长度越大、迭代次数越多、译码算法越优，Turbo码性能越好，设计实际系统时，应综合考虑各因素。

关键词：Turbo码；Simulink仿真；交织长度；迭代次数AbstractAs an effective means to improve the reliability of digital communication, error correcting code technology is widely used in the field of digital communication.Turbo code is a parallel concatenated recursive systematic convolutional code, which can obtain lower bit error rate in the low SNR near Shannon limit,which is now used by many systems.In this paper,the principle of Turbo coding and decoding is analyzed,in order to make the Turbo Code simulation easier,a Turbo code simulation model based on Simulink module of Matlab is studied. Simulation result using the established model shows that the longer interleaving length,the more iteration times and the better decoding algorithm bring the better Turbo code performance with the same SNR value.Keywords:Turbo code;Simulink simulation;Interleaving length;Iteration times;引言根据Shanno噪信道编码定理，在信道传输速率R不超过信道容量C的前提下，只有在码组长度无限的码集合中随机地选择编码码字并且在接收端采用最大似然译码算法时，才能使误码率接近为零。

Turbo码在3G移动通信中的应用------------Turbo码-接近完美的编码概述Turbo码，信道编码的一种。

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。

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, Turbo码使工程师可以在一个信道里传输多得多的无误码数据，从而将成为多媒体移动通信的关键，其正以其优越的性能逐渐在通信系统受到人们的重视，在概述了Turbo码的编译码算法原理以后，针对其在第三代移动通信系统（3G）中的应用，对其迭代译码进行了DSP定点仿真实现，并与Matlab浮点仿真进行了比较，在SNR为0．2 dB时，误码率已近似为0，已成为3G中的首选方案。

一、历史发展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。

二、编码原理Turbo 码最先是由C. Beηou等提出的。

它实际上是一种并行级联卷积码(Parallel Concatenated Convolutional Codes）。

Turbo 码编码器是由两个反馈的系统卷积编码器通过一个交织器并行连接而成，编码后的校验位经过删余阵，从而产生不同的码率的码字。

如图所示：信息序列u={u1,u2,……，uN}经过交织器形成一个新序列u'={u1',u2'，……，uN'}（长度与内容没变，但比特位经过重新排列），u 和u'分别传送到两个分量编码器（RSC1与RSC2) ，一般情况下，这两个分量编码器结构相同，生成序列X和X，为了提高码率，序列X和X需要经过删余器，采用删余（puncturing）技术从这两个校验序列中周期的删除一些校验位，形成校验序列X,X，与未编码序列X'经过复用调制后，生成了Turbo码序列X.1. 分量码的选择Turbo 码的一个重要特点是它的分量码采用递归系统卷积码（RSC，Recursive Systematic Convolutional code) ，这也是它性能优越的一个重要原因。

Turbo码在通信领域被广泛应用，其在减小误码率、提高通信系统性能方面取得了显著成效。

而通过Matlab仿真设计，可以更好地理解和掌握Turbo码的原理和实现方法。

本文将从Turbo码的基本原理、编码与译码过程、Matlab仿真设计步骤等方面进行详细介绍，希望能对读者有所帮助。

一、Turbo码的基本原理Turbo码是一种基于串行联合译码的误差校正码，由法国学者Claude Berrou等人于1993年提出。

其基本原理是通过引入两个独立的编码器和一个交织器，将信息分别编码成两个互补的部分，然后进行交织处理，最终经过调制发送。

接收端收到信号后，进行译码、反交织处理，经过迭代译码和反馈得到最终的译码结果。

Turbo码的这种结构可以大大提高通信系统的可靠性和性能。

二、Turbo码的编码与译码过程1. 编码过程Turbo码的编码过程包括两个编码器和一个交织器。

信息经过第一个编码器进行编码，得到一个部分编码序列；将该序列经过交织器进行交织处理，得到交织后的序列；将交织后的序列经过第二个编码器进行编码，得到另一个部分编码序列。

最终将两个部分编码序列进行交替排列，形成最终的Turbo码序列。

2. 译码过程Turbo码的译码过程是一种迭代的译码算法，一般采用最大后验概率（MAP）译码算法。

接收到信号后，首先进行硬决策，将接收到的信号转换为硬判决值；将硬判决值输入到第一个译码器中进行译码，得到一组译码输出；接着反交织处理，再将得到的结果输入到第二个译码器中进行译码，得到另一组译码输出；将两组译码输出进行交替排列，再次得到硬判决值，一直迭代至满足停止条件为止。

三、Matlab仿真设计步骤1. 生成Turbo码在Matlab中，可以使用Turbo码编码器进行Turbo码的生成，编码器通常可以设置为不同的参数，如迭代次数、交织器类型、编码器类型等。

通过调用Matlab中的相关函数，可以很方便地生成所需的Turbo码序列。