详谈Turbo码特点及应用分析

在设计交织器时，应考虑具体应用系统的数据大小，使交织深度与数据大小一致，或者是数据帧长度的整数倍，同时满足时延要求。

交织器与分量码的结合可以保证Turbo码编码的输出码字具有较高的汉明权值。 Turbo编码器中交织器的作用是重置信息序列中的比特顺序。当信息序列经过第一分量编码器后输出的码字权重较低时，交织器可以使第二分量编码器编码后的交织后的信息序列大概率输出较高权重的码字，从而提高码字的汉明权重：同时，好的交织器还可以有效降低校验序列之间的相关性。因此，交织器设计的好坏在很大程度上影响着Turbo码的性能。

交织器的类型可分为两大类。一种是常规交织器，也称为确定性交织器。交织器的映射函数可以由一定的解析函数给出。第二种是随机交织器，其映射函数不能由一定的解析表达式给出。

Turbo码常用的交织器包括以下几种：块交织器、随机交织器、s随机交织器等。

3、删除技术

对于数字通信领域日益紧张的带宽资源来说，提高码率意味着节省带宽、降低通信成本。打孔（）是目前提高Turbo码率的主要方法。

在turbo码中，穿孔器通常比较简单，因为在一般应用中，码率是1/2或1/3，所以即使有穿孔器，通常也只从两个分量周期性地进行编码。只需选择处理器中的奇偶校验位输出即可。具体方法是：周期性地从两个RSC码产生的校验序列中删除一些校验位，然后与未编码的信息序列复用重组，形成最终的编码输出序列，经过调制后进入信道进行编码。传播。若信息序列为d1=(C11)，长度为N，则两个RSC分量编码器的输出为：

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Turbo 码图 3.6 所示为使用打孔技术的编码结构。如果取RSC1输出的奇数位和RSC2的偶数位，即采用打孔矩阵P=[10,01]，则编码输出长度为2N，码率增加为1/的序列2是Cp。

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对Turbo码的两个分量码编码器的输出进行打孔得到的序列称为奇偶校验序列，是校验序列。一个好的打孔算法应该满足以下要求：

1) 信息位不能被删除。删除信息比特会造成更大的信息损失，导致误码率损失更大；

2) 穿孔应在时域内均匀进行。同时对所有比特进行打孔，此时会造成大量信息丢失，影响误码率；

3) 应对每个分量码均匀地进行删截，使信息损失均匀分布在每个分量码上，避免因信息损失不均匀而导致分量码译码性能下降。

解码原理

香农信息论告诉我们，最优解码算法是一种概率解码算法，也就是最大后验概率算法（MAP）。但在Turbo码出现之前，信道编码中使用的概率译码算法是最大似然算法（ML）。 ML算法是MAP算法的简化，它假设源符号以相等的概率出现，因此它是一种次优解码算法。 Turbo码的译码算法采用MAP算法，在译码结构上进行了改进，并再次引入了反馈的概念，实现了性能和复杂度之间的折衷。同时，Turbo码解码采用的是码解码，与经典的代数解码完全不同。

Turbo码的译码算法首先是在BCJR算法的基础上改进的。我们称之为MAP算法。后来又形成了Log-MAP算法、Max-Log-MAP和软输入软输出（SOVA）算法。

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Turbo码 Turbo码解码结构图

1、Turbo码的译码结构如图所示。 Turbo解码器具有以下特点：

1）串行级联

2）迭代解码

3）迭代解码过程中交换外部信息

2. 概率解码原理及结构

解码时，首先对接收到的信息进行处理，外部信息在两个成员解码器之间的传递形成循环迭代结构。由于外部信息的影响，一定信噪比下的误码率会随着周期数的增加而降低。但同时，随着解码次数的增加，外部信息与接收序列之间的相关性逐渐增大，外部信息提供的纠错能力也减弱。经过一定次数的循环后，解码性能将不再提高。。

解码算法

如前所述，turbo码需要具有软输入和软输出的解码算法。软输出解码器的输出不仅应包含硬决策值，还应包含做出此决策的置信度。

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Turbo码译码算法要考虑三个方面，以及外部信息的引入；如何在迭代解码中充分利用各类信息，防止形成简单正反馈，保证算法收敛；并充分利用代码原文的相关信息。常见的算法包括以下几种：

1. 标准MAP算法

它是对Bahl软输出算法进行一定修改后，通过除以先验分布来消除正反馈的算法。对于约束长度为M 1 的卷积码，计算复杂度为每比特6x3^M次乘法和5x2^M次加法。由于乘法运算量大，解码的规模和速度受到限制。

2. Log-MAP算法

事实上，标准MAP算法中的所有似然都用对数似然来表示，从而使乘法运算变成了加法运算。总运算量变为 6x2^M 次加法、5x2^M 最大运算和 5x2^M 查表。