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Turbo码编解码算法仿真及性能测试

摘要

信道编码方案随着通信技术的飞速发展，不断有着性能优异的编码方案提出和研究、投入使用，在1993年提出的Turbo码，充分的利用了香农有噪声编码的随机性编译码的条件，译码的性能有着接近香农理论极限的性能，以至于在提出后不久就广泛应用在了通信领域，Turbo码曾经作为3G和4G的信道编码方案，虽然没有在5G中得到继续沿用，但是它已经成功的应用于通信行业二十多年，有着成熟的编码条件，有着不可替代的历史意义，而且Turbo码虽然没有继续作为信道编码的方案，但是它在其他方面、其他领域都有广泛的应用。编译码过程中存在着许多因素会对编译码性能造成影响，本文对Turbo码的编码和译码原理进行了研究，然后利用MATLAB仿真软件对作为Turbo码分量码的卷积码进行了误码性能测试，得出各个因素对误码性能影响的结果。

关键词：Turbo码；编译码；性能测试

第1章绪论

1.1本课题的研究意义

随着现代科学技术和我国国民经济的飞速发展，人们对使用无线通信的传播的以及信息传播的技术质量水平要求越来越高。现代我国的通信正朝着宽带化、智能化、集成化以及个人化四大方向快速发展，通信手段也在不断更新。然而，它们都同样面临着一个无法完全避免的关键问题，那就是如何不断创新降低误码率，从而有效提高通信系统质量。因为对通信信号质量一直有着不断变化提高的技术要求，人们非常希望能够找到一些解决方法来帮助提高通信信号质量，而纠错编码是一种用来改善和提高数字信号可靠性的一种数字信号处理技术，是一种提高通信信号质量同时也是改善无线通信质量的好方法之一。如何提高信息传输的安全可靠性和传输有效性，这一直是通信工作的目标。Turbo码的出现不仅带来了新的研究方向，同时Turbo码所使用迭代的技术提供了新的技术思路来解决通信技术的编译码问题。由此可见，对带来编码领域重大突破的Turbo码进行研究的意义的十分重大的。

1.2信道编码的发展历史

为了可以有效的解决通信信息在传输过程中可能存在的噪声、干扰和由于信号衰落从而信号出现错误的问题，从而提高数字信号在通信系统传输时的抗干扰能力，增强通信信息系统的安全可靠性和传输有效性，于是有了最开始的检错码技术和纠错码技术。所谓信道编码就是数学信号在传输的时候进行的检错编码或者纠错编码的过程。

最开始的信道编码是检错码，在检测出错误的信息以后，用信令重新发送的方法来确保信息的准确。纠错码比检错码优秀的地方在于不但可以检测错误信息，还能够纠正信息里面的一部分错误。信道编码检错和纠错的方法就是通过在编码的过程里加上部分多余的比特成为校验的信息，这些多余比特有着一定的规则，和信息比特有关联，这样在校验信息中就可以知道传输的信息是否出错。不过，因为要进行检错、纠错，这样就会导致传输的信息量会变大。

纠错码的发展经历了以下几个历史节点：

1948年，《通信的数学理论》第一次对进行了深入、详细的说明信息的定义、信息量化的方法、信息编码的优化原则等问题，同时作者香农又发表奠定现代通信基础的信息熵的基本概念。在同一年，香农又提出了在通信行业来说最为重要的公式之一，为了纪念香农的伟大贡献，所以这个在后来称为香农公式：C=Blog2（1+S/N）。公式中，B是信道带宽（单位Hz），S是信号功率（单位w），N是噪声功率（单位w）。

以理论为基础，1949年的时候，R.Hamming明确提出了基于香农基本理论的汉明编码，汉明码是第一个明确提出的可以进行差错控制编码的具体方案，汉明码也就成为分组码的先驱。在这同一年，一位科学家以汉明码为基，进一步修改存在着的缺点，并且这个编码方案是第一次可交付使用的编码方案，这就是由M.Golay所发表的Golay码。

1955年，Elias发现了一种可以对编解码的基本模块存在的关联性进行利用的编码，不同于已经被提出多年的分组码，而且性能与之相比性能方面也更胜一筹，这种编码方案被称之为卷积码。在这十一年后1966年，以卷积码为基，为进一步提升性能的目的Foney提出级联，以级联的方式对卷积码进行编码。1967年时，卷积码编码的最大拟然

算法即标准维特比算法由在后来有着CDMA之父称号的安德鲁·维特比提出。

1993年，法国工程师C·Berrou等人提出了Turbo码，Turbo码充分进行随机性编译码，几乎能够达到香农提出的理论极限，这是人们首次通过编码方案接近理论极限，在此之前，大家都以为是香农为了计算引入的极限，无法通过实验达到。

Turbo码采用的迭代译码思路带来了译码方法的新突破，在1995前后，被译码问题自提出之日起就一直困扰着的

LDPC码，MacKay等人在实验中解决了这个困扰，验证了LDPC码的确实如1963年G