【正文】 S C 編碼器復用R S C編碼器 1隨機交織長度＝ NSX R S C編碼器 2X P2D2c2c1?第 4章 信道編碼 2. Turbo碼的迭代譯碼 Turbo碼優(yōu)異的性能在很大程度上是在充分利用軟判決信息和迭代譯碼的條件下得到的 。 Turbo碼譯碼器的基本結構如圖 416所示 ， 它由兩個串行級聯(lián)的軟輸入軟輸出 (SISO)譯碼器(DECl， DEC2)、 兩個隨機交織器和一個隨機解交織器組成 ， 其中交織器和編碼器中所用的交織器相同 。 接收端的解調器產(chǎn)生軟判決序列 Y＝ (YS， YP1， YP2)； 第 4章 信道編碼 圖 416 Turbo碼迭代解碼器的基本結構 L ( xk)接收信號Y P1L e2硬判決解交織S I S OD E C 2交織交織S I S OD E C 1L e1Y P2解調器X SY S第 4章 信道編碼 影響 Turbo碼性能的一個重要因素是交織長度 ， 有時也稱為交織增益 。 使用足夠大的交織器 ， 采用 MAP迭代譯碼 ， Turbo碼的性能可以非常接近香農(nóng)限 。 例如 ， 碼率 1／ 塊長N=21 每比特譯碼迭代 18次的 Turbo碼 ， 在差錯概率 105時所需的 SNR可達 dB。 帶有大交織器的 Turbo譯碼的主要缺點是迭代譯碼算法固有的譯碼時延和復雜計算 。 構成帶交織的級聯(lián)卷積碼的第二種方法是串行級聯(lián)卷積碼SCCC(Serially Concatenated Convolutional Codes)。 在誤碼率低于 102時 ， SCCC顯示了比 PCCC更好的性能 。 第 4章 信道編碼 3. TorboTCM碼 圖 417所示是一種 TurboTCM碼編碼器 ， 信息序列經(jīng)兩個帶交織的并行級聯(lián)卷積編碼器產(chǎn)生一個系統(tǒng) Turbo碼 。 Turbo編碼的二進序列被適當復合 ， 其中校驗比特序列被刪余以取得所需編碼率 ， 再將數(shù)據(jù)和校驗序列進行交織 ， 這樣產(chǎn)生的輸出被連接到符號映射器 。 將編碼比特映射到調制信號點的典型方法是使用格雷 (Gray)映射法 ， 即將編碼分解為同相分量 I和正交分量 Q。 第 4章 信道編碼 圖 417 TurboTCM碼編碼器 輸 入 數(shù) 據(jù) 比 特Q數(shù)據(jù)比特校驗比特X S輸出并行級聯(lián)卷積編碼器X P 1X P 2串 / 并復用器刪余矩陣交織器符號映射器I調制器…… ……第 4章 信道編碼 圖 418是與上述 TurboTCM編碼方案對應的解碼器方框圖 。 以接收到的每個 I與 Q符號為基礎 ， 接收器計算出各系統(tǒng)比特和各校驗比特的對數(shù)似然比 LLR(Logarithm Likelihood Ratio)或MAP。 經(jīng)解交織 、 解刪余 、 解復用后 ， 這些系統(tǒng)和校驗比特的對數(shù)量度信息被送入標準的二進 Turbo解碼器中 。 第 4章 信道編碼 圖 418 TurboTCM碼解碼器方框圖 接收信號IQ xkL ( xk)解調器對數(shù)似然計算解交織解刪余解復用L ( pk 1)L ( pk 2)T u r b o解碼器第 4章 信道編碼 Turbo碼交織器 1. 行列式分組交織器 傳統(tǒng)的行列式分組交織是將信息序列視為 N M矩陣 ， 然后采取逐行輸入 、 逐列輸出的方式實現(xiàn)碼元交織 ， 或用變換公式表示為 x=j、 y=i。 交織后碼元的距離特性呈均勻分布 。 這種交織器實現(xiàn)簡單 ， 交織后對碼元的去相關不徹底 ， 由于本身的周期特性 ， 對周期性差錯的抗御能力也較低 。 圖 419（ a） 、 （ b）分別是交織前 、 后元素位置的示意圖 。 第 4章 信道編碼 圖 419 (a) 元素原來位置； (b) 行列式分組交織后元素映射位置； (c) 先入后出行列式分 A11A12A13A14A21A22A23A24A31A32A33A34A41A42A43A44( a )A11A21A31A41A12A22A32A42A13A23A33A43A14A24A34A44( b )A44A34A24A14A43A33A23A13A42A32A22A12A41A31A21A11( c )第 4章 信道編碼 螺旋式分組交織器也將信息比特序列視為 N M矩陣 ， 但采取從左至右依對角方向讀入再按行寫出的方式進行交織 。 這樣雖比行列式分組交織略為復雜 ， 但交織后相鄰碼元距離很大 ， 當信息序列為 N （ N＋ 1） 矩陣時 ， 相鄰碼元距離 ≥N， 比行列式分組交織去相關徹底 。 圖 420（ a） 、 （ b） 分別是螺旋式分組交織前 、 后元素位置的示意圖 。 第 4章 信道編碼 圖 420 (a) 元素原來位置； (b) 螺旋式分組交織后元素映射位置 A1A2A3A4A6A7A8A9A11A12A13A14A16A17A18A19( a )A5A10A15A20A16A1 2A8A4A11A7A3A1 9A6A2A18A14A1A17A13A9( b )A20A15A10A5第 4章 信道編碼 2. 對角線隨機交織器 隨機交織器按地址產(chǎn)生方式的不同 ， 可分為對角線式和讀表式隨機交織 。 對角線式隨機交織是 Berrou提出的 。 設交織塊是 M M正方塊 ， 其中 M是 2的冪 ， 即 M=2m(m2)。 交織規(guī)律為 x=(M／ 2+1)(i+j)mod M k=(i+j) mod 8 y=［ P（ k） (i+j)］ 1 mod M 第 4章 信道編碼 3. 讀表式隨機交織器 讀表式隨機交織是給序列中的每一比特位都賦予隨機產(chǎn)生的映射地址 ， 然后用查表的方式實現(xiàn)碼元交織 。 圖 421為讀表式隨機交織的元素映射示意圖 。 使用這種交織器 ， 會使編碼所需存儲量增加 ， 但交織后碼元間的相關性將大大降低 。 第 4章 信道編碼 圖 421 讀表式隨機交織的元素映射 原 始 信 息 序 列隨 機 地 址 表交 織 后 信 息 序 列A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10A11A122 5 8 1 12 7 11 4 9 3 10 6A4A1A10A8A2A12A6A3A9A11A7A5第 4章 信道編碼 4. 用于刪余 Turbo碼的奇偶交織器 刪余可以提高 Turbo碼的編碼率 。 但是 ， 當采用不恰當?shù)慕豢椃绞綍r ， 刪余有可能使信息序列中的某些比特位在水平和垂直方向都有對應的校驗位送往信道 ， 而另外一些比特在兩個方向均無對應的校驗位送往信道 ， 造成對信息位保護不均的現(xiàn)象 ， 這將影響碼元的糾錯性能 。 采用奇偶交織器可以解決這一問題 。 奇偶交織器是在保持信息比特位置奇偶性不變的前提下進行碼元交織的 。 收縮 Turbo碼采用這種交織方式 ， 可以在水平和垂直方向分別將輸入奇數(shù)和偶數(shù)位信息比特時編碼器產(chǎn)生的校驗位交替送往信道 ， 從而保證碼字在各個方向上的糾錯能力均勻分布 。 奇偶交織器可以是 N M塊交織器 (N、 M均為奇數(shù) )， 也可以是在保持信息比特位置奇偶性不變的前提下隨機地產(chǎn)生位置地址表的讀表式隨機交織器等 。圖 422是采用 3 5行列式分組交織器進行奇偶交織得到的收縮Turbo碼 。 第 4章 信道編碼 圖 422 采用 3 5行列式分組交織器進行奇偶交織的示意圖 水 平 方 向 信 息 序 列 及 監(jiān) 督 位垂 直 方 向 信 息 序 列 及 監(jiān) 督 位送 往 信 道 傳 送 的信 息 序 列 及 監(jiān) 督 位3 5 行 列 式 分 組 交 織 器元 素 映 射 位 置 示 意 圖A1A6A11A2A7A12A3A8A13A4A9A14A5A10A15A1A12A9A6A3A14A11A8A6A2A13A10A7A4A15A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10A11A12A14A15Y1Y3Y5Y7Y9Y11Y13Y15A13A1A6A11A2A7A12A3A8A13A4A9A14A10A15A5Z6Z2Z12Z8Z4Z14Z10A1A6A11A2A7A12A3A8A13A4A9A14A10A15A5Z6Z2Z12Z8Z4Z14Z10Y1Y3Y5Y7Y9Y11Y13Y15第 4章 信道編碼 當需要較高的編碼率時 ， 應選用奇偶交織方案來提高糾錯性能 ， 還要根據(jù)通信業(yè)務對實時性的要求來選擇交織方案：對于實時性要求較高的通信業(yè)務 ， 可選擇長度較短的分組交織； 對實時性要求不高的通信業(yè)務 ， 可適當選擇較長的隨機交織 。 分組交織器要等到 M行 N列的符號全部到齊后才能進行交織 ， 去交織亦是如此 ， 這樣就會帶來 2MN個符號的延時 ， 對實時視 、 音頻傳送將會產(chǎn)生不利的影響 。 隨機交織器也同樣存在延時大的缺陷 ， 因為隨機交織器只有當交織深度 N較大時 ， 才能得到較高的譯碼效率 ， 否則 ， 采用 Turbo碼時的誤碼率比采用相同復雜程度的卷積碼時的誤碼率還要高 ， Turbo碼的最優(yōu)性能便不能很好地體現(xiàn)出來 ， 但是 N太大 ， 延時就會相應地增大 。 選擇交織器是 Turbo碼編碼方案中的重要環(huán)節(jié) ， 要根據(jù)對誤碼率 、 復雜度 、 實時性的要求來折中選擇合適的交織器 。