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基于3GPP标准的Turbo码性能分析与仿真

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性， 以及在这种交织器下 Ｔ ｒｏ码在 Ａ Ｎ信 道环境 中的设计参 数对误码率性 能的影 响。在详 细分析 ３ Ｐ ｕｂ ＷＧ ＧＰ
标准交织器 的基础上 ， Ｔ ｒｏ 的性 能进行 了仿真 。结 果表 明 ， 用 ３ Ｐ 对 ｕｂ 码 采 Ｇ Ｐ标 准交织 器可 以改 进误 码率性
能 ， 且 译 码 性 能也 比较 稳 定 。 而
１ ３ＧＰ Ｐ标 准 交 织 器
在 Ｔ ｒｏ码译 码过 程 中 ， ｕｂ 由于译 码 算 法 复 杂 ，
交织 矩 阵的 生成过 程 主要分 为 ３个 阶段 ： （） １ 将输 入 比特 流填 充 到矩 阵 中 ， 由式 （ ） １ 决 定 矩 阵 的行 数 Ｒ。
且一 般要 进行 ３次 以上 迭代 ， 而对 于 时延 要 求 因 高 的数据业 务 而 言 应 用 十 分 受 限 Ｊ 。除 了 在 满 足服 务质量 的条件 下 对 译 码 算 法 进 行 简化 外 ， 还
文 章 编 号 ：０ ７—１４ ２０ ）６— ８ ３— ４ １０ ４ Ｘ（０ ８ ０ ０ ７ ０
基 于 ３ Ｐ标 准 的 Ｔ ｒ ｏ码 性 能 分 析 与 仿 真 ＧＰ ｕｂ
陈 康， 伟， 陈 谢 涛
（ 武汉理工大学 信息工程学 院， 湖北 武汉 ４ ０７ ３ ００）
摘
要： 介绍了一种符合 ３ Ｐ Ｇ Ｐ标 准的交织器 ， 通过仿真分析 ， 比较 了该交织器相 对于普通 随机交 织器 的优 异
其 中， Ｋ为输入交织器 的比特数 ， 矩阵的行序
号从 上 到下依 次 为 ０，， ， １… Ｒ一１如 图 １ 示 。 ， 所
收 稿 日期 ：０ ８—０ ２０ ６—１ ． ２
作者简介 ： 康（ ９４一） 男 ， 陈 １８ ， 湖北武汉人 ， 武汉理工大学 信息工程学院硕士研究 生 基金项 目： 国家高技术研究发展计划 ８ ３基金资助项 目（０ ７ １ Ｚ ７ ． ６ ２ ０ ＡＡ ２ １０）
出序列 中重 量很 轻 的码字 和重 量很 重 的码 字都尽 可能 的少 ， 而 控制 编码 序列 的距 离特性 ， Ｔ ｒ 从 使 ｕ— ｂ 码 的 整 体 纠 错 性 能 达 到 用 户 所 要 求 的误 ｏ
码 读 取 相 应 地址 数 据 ， 顺 序 写到 目的存储 器 ， 么 目的存 储 器 得 到 的 就 是 那
关键词 ： 信道编码 ； ｕｂ ； Ｔ ｒｏ码 交织器 ； Ｇ Ｐ ３ Ｐ
中图 法 分 类 号 ：Ｎ １ ．２ Ｔ ９ １２ 文献标志码 ： Ａ
Ｔ ｒｏ 是一 种 可 以逼 近香 农 限 的差 错 控 制 ｕｂ 码 编码 ， １９ 自 ９ ３年 由 Ｂ Ｒ Ｏ Ｅ Ｒ Ｕ等人 提 出至 今 ， 一 它
重要 的因素 之一 。
由于使 用交 织／ 交织 矩 阵非 常频 繁 ， 解 如果对 每组 数据 都进 行 交 织／ 交 织 计 算 ， 十分 耗 时 ， 解 将 因此 ， 以先 求 出交织 及解 交织 矩 阵 ， 后放 在存 可 然 储 区 内 ， 接 进 行 交 织／ 交 织 。笔 者 的 设 计 直 解
时， 只需要 顺序 读 取要进 行 解交 织 的数据 ， 到解 写 交织 矩 阵 表 对 应 的 目的地 址 ， 完 成 了解 交 织 。 就
而对 于交 织 ， 因为解 交织 和交 织是 互 逆 的过 程 ， 所
器， 使输出码字具有了近似随机的特性 ， 从而使信 道方 案针 对 的是 随机 错 误 ， 不 是 突发 错 误 （ 而 因 为 已经将 突发 差错 随机 化 ） 。交织 器 还 有 一 个 Ｊ 核心作用 ： 改变码的重量分布 ， Ｔ ｒ 码编码输 使 ｕｏ ｂ
原 数据 的交 织结 果 了 。 Ｔ ｒｏ内部 交 织 器 的 过 程 包 括 ： 特 流 按 行 ｕｂ 比
填充 到 内部 矩 阵 中 ； 据 重 排 参 数 进 行 矩 阵 的行 根 内重 排 和行 间重 排 得 到 新 的 矩 阵 ； 矩 阵 经剪 切 新
后按 列输 出得 到 输 出 比特 流 。３ Ｐ Ｇ Ｐ标 准 交 织 器 的交 织规 模为 ４ ５１ ４ｂ ０～ １ 。
是产 生一 个解 交 织 矩 阵表 ， 次 需 要进 行 解 交 织 每
直 是研 究热 点 ¨ 。Ｔ ｒｏ码 已经 成 为第 三代 移 动 ｕｂ
通信 系统 高质量 、 高速 率信道 中的首选 编码方
案 。Ｔ ｒｏ 的 一 个 关 键 组 成 部 分 是 交 织 器 。 ｕｂ 码
交织 器实际上 是 一 个 映 射 函数 ， 按照 一种 规 定 是 的但 是却 不规 则 的方式 对数 据 比特 的顺序 进行 重 新 排列 的一 种 简单 装 置 。正 是 由于 引 入 了 交 织
８４ ７
武汉理工大学学报 ・ 信息 与管理工程版
２０ ０ ８年 １ ２月
Ｐ ｔ：９， ， ， ， ， ， ， ， ， ｝ ａ３ ｛ ８ ７ ６ ５ ４ ３ ２ １ ０ Ｐ ｔ：４， ， ， ， ｝ ａ４ ｛ ３ ２ １０
第３ ０卷 第 ６ 期
２０ ０ ８年 １ ２月
武 汉 理 工 大 学 学 报 ・信 息 与 管 理 工 程 版
Ｊ Ｕ Ｎ ＬＯ Ｔ ＩＦ Ｒ ＴＯ Ｏ Ｒ Ａ ＦＷＵ （Ｎ Ｏ ＭＡ Ｉ Ｎ＆ ＭＡ Ａ Ｅ Ｅ Ｔ Ｅ Ｇ Ｎ Ｅ Ｉ Ｇ） Ｎ Ｇ Ｍ Ｎ Ｎ ＩＥ ＲＮ
Ｖｏ ． ０ Ｎｏ ６ １３ ． Ｄｅ ． ２ ｏ８ ｃ ０
可 以对 Ｔ ｒｏ 的交 织 器进 行 改进 。 因为 Ｔ ｒ ｕｂ 码 ｕ．
ｆ ５
２ ０
若（０≤Ｋ≤ １９ ４ ５）
其他
Ｒ＝ １ 若 ［ １０ ≤ ０ ）或 （８ ≤ ５０ ］ （ ） ｛０ （６ ≤ ２０ ４ １ ≤ ３ ） １
ｂ 编解 码器 中多处使 用 交 织 和解 交 织 ， 以交 织 ｏ 所 和解交 织性 能 的好坏 是影 响 Ｔ ｒｏ编解 码 效果 最 ｕｂ

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基于3GPP标准的Turbo码性能分析与仿真_陈康

基于3GPP标准的Turbo码性能分析与仿真_陈康


由式 ( 9) 得到矩阵 B , 并从新矩阵 B 中按列 读出 y ,y , …, y ′ 1′ 2′ C R , 然后剪切掉交织前被填充的 虚拟位 , 即位于 k> K 的位 y 。 经过交织后得到 k
第 30 卷 第 6 期
陈 康 , 等 : 基于 3G P P 标准的 T u r b o 码性能分析与仿真
决定用于行内交织 的质数 p 和矩阵的 列数 C 。 如果 481≤K ≤ 530, 则 p = 53 且 C= p ; 否则就 采用满足式 ( 2) 的 p 。 p -1 若 [ K≤ R≤ ( p -1) ] C= p 2) 若 [ R×( p -1)<K≤ R×p ] ( p +1 若 ( R×p<K ) 其中 , p 为( p +1)K /R ≥ 0 的最小质数 , 这 样可以保证无效 的比特 数目 ( R×C-K ) 最小。 矩阵的列序号从左至右为 0, 1, …, C1。 将输入比特流 x , x , … , x 从 y 开始按行写 1 2 k 1 入 R× C 矩阵 。 其中 , y x k =1, 2, … , K ) 。 如果 R×C> k= k( K , 则余下未填充的比特 y 0 或者 y 1( k =K k= k= + 1, K+ 2, …, R× C ) 。 在行内和行间交织后 , 这 些后来被填充的虚拟比特 将会从矩阵的 输出中 删除 。 ( 2) 进行行 内和行 间交织 , 得 到新 的矩 阵 。 使用如下算法对输入的 R× C 矩阵进行行内和行 间重排 。 首先确定 行间重排 模式 。 由 输入比特 数目 K , 根据式 ( 3) 确定 4 种重排模式 T ( j ) : P a t a t 1, P 2, P a t a t 为重排后的行号 , T ( j ) 为 j 行对应的 3, P 4。 j 重排前的行号 。 P a t 4 P a t 3 P a t 1 P a t 3 T ( j )= P a t 1 40 ≤ K≤ 159 160 ≤ K≤ 200 201 ≤ K≤ 480 481 ≤ K≤ 530 531 ≤ K≤ 2 280 ( 3)
B3G系统中高速Turbo编译码系统的研究与实现

B3G系统中高速Turbo编译码系统的研究与实现

B3G系统中高速Turbo编译码系统的研究与实现
随着个人通信技术发展和用户对移动通信系统高速率业务的不断增加,人们越来越关注于下一代无线通信系统(Beyond 3G,B3G)的研究,信道编译码技术成为B3G系统中研究的一个重点。在1993年的国际通信会议(ICC’93)上,C.Berrou教授等人提出了Turbo码方案。
该Turbo编译码模块已经成功应用于B3G-TDD上行链路系统,实际的无线链路测试表明,基于FPGA实现的Turbo编译码模块具有较好的误码性能和较小的译码时延,满足B3G系统的要求,具有一定的参考价值。
Turbo码巧妙地将卷积码和随机交织器结合在一起,实现了随机编码的思想,并且采用软输入软输出(SISO)迭代译码来逼近最大似然译码,仿真表明在一定的参数条件下,Turbo码可以达到距Shannon极限仅差0.7dB的优异性能,成为编码理论界的重大进展。在第三代移动通信系统中,Turbo码已经成为非实时数据的编译码方案。
对于B3G系统而言,传输速率远远高于第三代移动通信,达到杂度高、吞吐率低等缺点,这也是实现100Mbps编译码的难点。
为了保证B3G系统100Mbps吞吐率的要求,必须使用多个并行的译码单元。本文通过对Turbo编译码算法的研究,在经典的Log-MAP译码算法的基础上提出了适合于FPGA实现的简化算法;并在简化算法的基础上通过合理划分译码单元模块,大大节省了实现所需要的硬件资源;为了保证系统100Mbps的传输,在FPGA实现中采用了资源换取速率的思想,并行实现了100Mbps吞吐率的Turbo编译码。
Turbo码在3G通信中的应用

Turbo码在3G通信中的应用

Turbo 码在3G 通信中的应用1. Turbo 码的研究现状对于Turbo 码的研究最初集中于对其译码算法、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。

它不仅在信噪比较低的高噪声环境下性能优越，而且具有很强的抗衰落、抗干扰能力。

目前，Turbo 码的研究主要集中在以下几个方面：(1)编译码技术。

编码方面主要包括对并行级联编码与串行级联编码的分析，以及对混合级联方式的研究；译码方面主要包括迭代译码、译码算法（最大后验概率算法MAP 、修正的MAP 算法Max-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，但由于没有相应的理论支持，这种分析只能是近似的，且仅局限于短码长、小码重的情况。

(3) Turbo 码在直扩(CDMA) 系统中的研究及应用。

Turbo 码不仅在信道信噪比很低的高噪声环境下性能优越，而且还具有很强的抗衰落、抗干扰能力，因此它在信道条件差的移动通信系统中有很大的应用潜力，在3G 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。

3G 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，支持大数据量的多媒体业务。

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e)，而Turbo 码优异的译码性能，可以纠正高速率数据传输时发生的误码。

另外，由于在直扩(CDMA) 系统中采用Turbo 码技术可以进一步提高系统的容量，所以有关Turbo 码在直扩(CDMA) 系统中的应用，也就受到了各国学者的重视。

Turbo码的性能分析与仿真

Turbo码的性能分析与仿真

Ｔｕ ｂ ｒ ０码 的译 码结构 如 图 ２所 示 ，由两个 软
Ｔｕｒ ｂＯ码 编 码 器 是 由 两 个 递 归 系 统 卷 积 码 （ ＲＳＣ） 码器 、一 个交织 器 、一个 删余 单元 及复 用 编
输 入软 输 出 （ Ｉ Ｏ）译 码器 串行级 联组 成 ，交 织器 ＳＳ 与编码 器 中所使 用的 交织器 相 同 。
值 。 由于 当 时主 要是 运 用数 值模 拟 结果 ，缺 乏 相应
单 元组 成 。递 归 系统 卷 积编 码器 是 指带 有 反馈 的 系 统 卷积编 码 器 ，其码 率 可设 为 Ｒ＝ｋ／ｎ ；交织 器 用
来 改变 信息 序 列 的￣ ＃ Ｉ 序 ，获 得 与原 始 信 息序 列 ＩＵｉ Ｐ ＠ 内容相 同、但排 列 不 同的 信息 序 列 。在发 送端 ，其 编 码 的随机 性 是通过 编 码器 中的 交织器 以及并 行 级 联 方式 来 实现 的 ，其 中交 织器设 计 的 好坏 和 成 员编
码 器 的选择 是决定 码字性 能关 键 因素之 一 。
理 论分 析 。 以后的发 展证 明 ，Ｔｕ ｂ ｒ ｏ码 的确提 供 了
构 造好 码 的一 条新思 路 ，自提 出 Ｔ ｒ ｏ码 以来 ，通 ｕｂ
信 各领 域将 其作 为研 究 的热点 ，并 被逐 渐应 用 。
２ Ｔ ｒｏ码编译码结构 ｕｂ
１ 码 ，并 产 生 关 于 ｄ 译 ｒ 改进 的 外信 息 Ａ （） 由于 译 。 。 喀
ｌ（ ： ｍｘ１ｚ，使加法运算变成求最大值运算 ，如 ｏｅ ） ａＡｌ） ｇ“ ： （
此进一步简化 了算法 ，但付出的代价是性能的下降。
（ Ｏ ４ ）Ｓ ＶＡ 算法 ：对标 准 Ｖｉ ｒ ｉ ｔ ｂ 算法 进行 了修 ｅ