《 Turbo 码原理与应用》课件.ppt

Turbo码原理与应用本课件将深入探讨Turbo码的原理与应用，从编码原理到性能分析，并结合实际应用场景进行讲解。

Turbo码简介Turbo码简介Turbo码是一种强大的前向纠错码，以其接近香农极限的性能而闻名。它们在无线通信、卫星通信和存储系统等各种应用中被广泛使用。Turbo码的优势1.高性能：接近香农极限的误码率性能2.灵活性：可以根据不同的应用需求调整码长和码率3.可扩展性：易于实现，并且能够扩展到更高的码率和码长。

Turbo码编码原理11.并行联接编码Turbo码采用并行联接编码器，将信息比特分别送入两个递归系统卷积码编码器进行编码。22.交织对一个编码器输出的码字进行交织，以打破码字之间的相关性，提高编码性能。33.串联编码将两个编码器输出的码字进行串联，形成最终的Turbo码字。

并行联接编码机并行联接编码器结构并行联接编码器由两个递归系统卷积码编码器组成，它们并行地对信息比特进行编码。编码器工作原理每个编码器都具有自己的状态和反馈路径，它们共同产生两个相互关联的码字。

迭代译码算法11.初始化初始化译码器状态和软信息。22.前向译码使用第一个编码器进行译码，生成软信息输出。33.反向译码使用第二个编码器进行译码，并考虑第一个编码器的输出信息，生成更新的软信息输出。44.迭代重复步骤2和3，直到满足收敛条件。55.输出输出最终的译码结果。

译码收敛性分析11.误码率随着迭代次数增加，误码率逐渐下降。22.收敛速度迭代译码的收敛速度取决于信噪比和编码参数。33.收敛条件常用的收敛条件包括误码率下降到阈值或迭代次数达到上限。

Turbo码性能分析10^-5误码率Turbo码能够实现极低的误码率性能。10^-6信噪比在较低的信噪比下，Turbo码依然能够取得良好的性能。10^-7性能提升随着迭代次数的增加，Turbo码的性能得到显著提升。

应用领域无线通信3G/4G/5G移动通信系统，用于增强信号传输可靠性。卫星通信深空探测、卫星导航系统，用于提高抗干扰能力。存储系统硬盘驱动器、固态硬盘，用于提高数据存储可靠性。

信道编码技术发展历程11948香农提出信息论，为信道编码技术奠定理论基础。21950汉明码和戈莱码等线性分组码被发明，成为早期信道编码的主要技术。31960卷积码被引入，提高了信道编码的性能。41990Turbo码被提出，突破了传统编码的性能瓶颈，成为现代信道编码技术的主流。52000LDPC码被广泛研究，并应用于各种通信系统中。

差错纠正码分类线性码满足线性组合性质的编码，包括分组码和卷积码。非线性码不满足线性组合性质的编码，如里德-穆勒码和BCH码。分组码将信息比特分成固定长度的块进行编码，如汉明码和戈莱码。卷积码对信息比特进行连续编码，如维特比码和Turbo码。

卷积码和块码卷积码1.连续编码，输出码字与输入信息比特以及之前的状态有关。2.具有记忆特性，编码器需要存储历史信息。3.译码复杂度较高，但性能更好。块码1.分组编码，输出码字只与当前输入信息比特有关。2.无记忆特性，编码器不需要存储历史信息。3.译码复杂度较低，但性能相对较差。

LDPC码与Turbo码LDPC码1.稀疏校验矩阵，具有较低的编码和译码复杂度。2.性能接近香农极限，但需要较长的码长。Turbo码1.采用并行联接编码器和迭代译码算法，性能优异。2.编码和译码复杂度较高，但性能优异。

Turbo码与LDPC码的比较指标Turbo码LDPC码性能接近香农极限，性能优异接近香农极限，性能优异复杂度编码和译码复杂度较高编码和译码复杂度较低码长适用于各种码长需要较长的码长才能获得最佳性能应用广泛应用于各种通信系统应用于无线通信、存储系统等

Turbo码编码结构

交织器的作用1.打破相关性对一个编码器输出的码字进行交织，以打破码字之间的相关性，提高编码性能。2.提高纠错能力交织器可以将连续出现的错误比特分散到不同的位置，降低错误爆发率，提高纠错能力。3.增强性能交织器通过打乱码字的顺序，使译码器能够获得更多信息，提高译码性能。

交织器设计方法随机交织根据随机数生成函数，随机打乱码字顺序，实现简单，但性能不够稳定。伪随机交织采用伪随机序列生成函数，生成具有可重复性的交织序列，性能稳定，但设计复杂度较高。S-随机交织在随机交织的基础上，引入一些约束条件，提高交织性能。

并行联接编码器编码器结构由两个递归系统卷积码编码器组成，并行地对信息比特进行编码。编码器工作原理每个编码器都具有自己的状态和反馈路径，它们共同产生两个相互关联的码字。

终止状态编码11.终止状态通过添加特定的终止比特，使编码器回到初始状态，避免状