Turbo码编译码方案的提出

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1、Turbo码编译码方案的提出随着用户对通信质量和数据传输速率要求的不断提高，通信技术和计算机技术在不断的迅速发展，作为消除或降低信息传输错误有效手段之一的信道编码也在不断发展。在过去的50多年里，有关纠错码技术的研究已经取得了许多骄人的成果。随着信息时代的到来以及微电子技术的飞速发展，今天的纠错码己不再单纯是一个理论上探讨的问题。它已成为现代通信领域中不可或缺的一项标准技术。现代通信系统的复杂化以及通信业务的多样化，要求通信系统能够对话音、数据、图像等大数据量信息实现高速实时传输，而且用户对通信

2、质量的要求也在不断提高。另外，移动通信的快速发展以及个人通信的全球化，使得对高数据率数字移动通信等领域所采用纠错编码技术的要求也越来越高。近年来，依据信道编码定理，人们一直致力于寻找能满足现代通信业务要求，结构简单、性能优越的好码，并在分组码、卷积码等基本编码方法和最大似然译码算法的基础上提出了许多构造好码及简化译码复杂性的方法，提出了乘积码、代数几何码、低密度校验码、分组-卷积级联码等编码方法和序列译码、逐组最佳译码、软判决译码等译码方法以及编码与调制技术相结合的网格编码调制技术。虽然软判决译

3、码、级联码和编码调制技术都对信道码的设计和发展产生了重大影响，但是其增益与Shannon理论极限始终都存在2~3dB的差距。直到1993年日内瓦国际通信会议上，C.Berrou、A.Glavieux和他们的学生P.Thitimajshima首次提出一种新型的信道编码方案---Turbo码[4]。由于它很好地应用了Shannon信道编码定理中的随机性编、译码条件，从而获得了几乎接近Shannon理论极限的译码性能。Turbo码一出现，就在编码理论界引起了轰动，成为自信息论提出以来最重大的研究进展。

4、但由于几位发明者仅给出了一定参数下的计算机仿真结果，而没有严格的理论分析和解释，所以近些年来在编码界掀起了Turbo码的研究热潮。Turbo码的研究现状Turbo码在提出伊始，就受到各国学者和科学家的重视。从1997年开始国际上每隔三年便举办一次Turbo码及其相关主题的会议，提出了当时最新的理论与技术研究成果。国内外很多大学、研究所、大型通信公司都对Turbo码进行了大量的研究。国防科技大学、西安电子科技大学很多专家的成果都在此领域走在前列。在Turbo码的原理方面。C.Berrou等人给出了

5、Turbo码的基本组成，即由递归循环卷积码与随机交织器组成；由于缺乏详细的理论阐述与证明，很多科学家对其原理做了研究与推导。Hagenauer、Ryan等人相继对迭代译码的原理做了阐述;很多人偏向于从低密度校验码(LDPC)的角度分析Turbo码，将其看作一种特殊的低密度校验码，这也导致了人们重新重视低密度校验码的热潮。但是迄今为止，对于Turbo码机理的研究人们还没有形成一个满意的结论。在Turbo码的性能分析方面。低信噪比时，通常采用计算机仿真的手段来对Turbo码性能进行评估；而在高信噪比

6、时，一般使用联合界技术计算Turbo码的性能上界。有人提出从距离谱的角度对Turbo码进行分析，认为Turbo码的码字距离应该越大越好。人们也尝试从应用数学的角度对Turbo码的性能进行分析，也取得了一定的效果。在Turbo码的编码译码方面。利用强约束短码构造伪随机长码是Turbo码编码的核心思想，这样可以最大限度地接近香农极限。由于在Turbo码中使用最大似然译码难度较大，目前技术还不能达到，主要采用软判决迭代译码方法。多年前Bahl、Cocke、Jelinek、Raviv就共同提出了前向后向

7、最大后验概率译码算法(MAP)，随着Turbo码的出现，这种译码算法才得到重视；传统的维特比算法(Viterbi)经过修正，形成了维特比算法的软输出算法((SOVA)。后来Turbo码的译码主要形成了以MAP算法、SOVA算法为代表的两大类译码方法。通过对MAP算法的改进，形成了对数域上的Log-MAP算法，Max-Log-MAP算法等方法。为了减小译码延时，有人提出了利用滑动窗的SW-MAP译码算法。很多人对低复杂性、低延时的译码算法进行了探求，有关译码算法改进的论文时有发表。在Turbo码的

8、交织器设计方面。Turbo码之所以取得如此优异的性能，交织器的应用是一个重要因素。但是由于交织器的使用，使Turbo码的性能分析更加困难，因此设计高性能、低复杂性的交织器也是一个重要课题。目前广泛应用的交织器有分组交织器与随机交织器两大类。一般来讲，随机交织器具有更好的性能;通过交织器的设计规则对随机交织器进行改进是交织器设计的一个重要思路。分组交织器的优点则是易于分析，很多人都偏向于寻求分组交织器的变体。在规则交织器中，常用的有螺旋交织器、卷积交织器、黄金分割交织器等;在随机类交织器中S-随机