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将Turbo码应用于CableModem的一种设计 A forCableModemBasedOD Code Design Turbo 徐慧岗 北京广播学院 指导老师 刘剑波 摘要：由于在有线电视网络中噪声干扰会累积上传，所以需要采用抗干扰能力强的编码 调制方法来解决cableModem的上行噪声问题。Turbo码很好地应用了香农信道编码定 理中的随机性编译码条件，从而获得了接近香农理论极限的译码性能。由于其很强的抗 衰落、抗干扰能力，Turbo码在深海通信和移动通信系统中得到了广泛的应用。本文给 出了Turbo码编码器和码译器的基本组成结构及其相应的理论，分析了将Turbo码应用 到DVB—C系统的可行性，有效性，并给出了一种将Turbo码应用在CableModem中的设 计，实验结果表明Turbo码比ReedSolomon码更有助于改善有线电视网络中的上行噪 声问题。 Modem 关键词：Turbo码，MAP算法，恒包络数字调制，Cable 一、引言 目前常见的CableModem上行采用QPSK或16QAM，下行采用64QAM或256QAM，同 时由于HFC反向通道中影响数据通信的主要是突发错误，为防止信道由于遇到干扰脉冲 产生突发性错码，加入了ReedSolomon码进行前向纠错，从而提高了上行传输的抗噪 声和抗干扰能力。 Turbo码是在1993年的国际通信会议(ICC’93)上由法国学者C．Berrou等人率先 提出的一种新型信道编码方案。它是在综合过去几十年人们在构造乘积码、级联码及改 进最大后验概率译码(MAP)算法、迭代译码思想等基础上的一种推广和创新，是近年 来纠错编码领域研究的重要突破。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。这使得Turbo码在信道条件较 差的通信系统中有很大的应用潜力。 二、Turbo码的编码原理 在Turbo码系统中，其编码器由两个或多个二元带反馈的递归系统卷积(RSC)码 经由交织器并行级联而成。其中成员码采用RSC码的形式可以保证成员码编码器在所有 信噪比(SNR)条件下都具有良好的性能。Turbo码是一种系统码的形式，其输入信息序 列在经过交织器送入RSC编码器的同时送到编码器输出端，每个RSC编码器的编码输出 作为校验比特经截短矩阵压缩后(也可不经过压缩，不同的压缩比得到不同的编码速率) 与系统码一起经并／串变换后可以组成任意码率的Turbo码。Turbo码的译码采用了迭代 软判决译码的思想，它通过在译码模块之间外部信息的传递来提高译码性能。图1给出 了由两个RSC码级联而成的Turbo码的编码器的结构。 X 图1 三、Turbo码的译码原理 A Viterbi Turbo码常用的有MAP(MaximumPosteriori)和SOVA(Soft Output Algorithm)两种算法。 1974年，Bahl，Cocke，Jelinek和Raviv提出了一种估计马尔可夫信源状态和状 态转移概率的最佳算法，该算法被称作BCJR算法。因为卷积码的信源可看作马尔可夫信 源，所以适用于卷积码的译码。Berrou等在提出Turbo码的时候，修改该算法为适应先 A 验信息的计算，修改后的算法称为MAP(MaximumPosteriori)算法。 MAP比进行卷积码译码的维特比算法要复杂，但是维特比译码却不能产生后验概率。 Viterbi 后人在次基础上做了很多的改进，提出了SOVA(SoftOutput Algorithm)。 SOVA的性能比MAP要稍差，但其实现却要简单一些。 四、