Turbo译码算法综述.pdf

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1、Turbo译码算法综述1.Turbo码基本原理Turbo码又称并行级联卷积码（PCCC），它将卷积码与随机交织器结合在一起，巧妙地实现了随机编码的思想，同时采用软输出迭代译码来逼近最大似然译码。模拟结果表明，采用大小为65535的随机交织器，并进行18次迭代，码率为1/2的Turbo码在AWGN信EN/5道上当b0≥0.7db时的误比特率BER≤10，达到了近Shannon限的性能。常见的Turbo码编码器结构如图1-1所示，两个分量编码器之间通过交织器相连，分量编码器对相同的输入信息进行编码，交织器保证两个分量编码器输出信息尽量不相关图1

2、-1Turbo码编码器结构实际项目中编码器如图1-2所示。分量编码器1、2是相同结构的系统卷积码器，系统卷积码生成多项式g=(13,15)。xk第二分支编码器zkckDDD输出内交织第二分支编码器zkckDDDxk图1-2Turbo码编码结构卷积码器状态转移图如图1-3所示。实线表示输入为0时的状态转移，虚线是输入为1时的状态转移。线上标的0、1是当前分支上的输出。00011110022113301440051516060177图1-3（13,15）卷积码状态转移图2.译码算法介绍Turbo码获得优异性能的根本原因之一是采用了迭代译码，

3、通过分量译码器之间的软信息的交换来提高译码性能。对于Turbo码这样的并行级联码，如果分量译码器的输出为硬判决，则不可能实现分量译码器之间软信息的交换，从而限制了系统性能的进一步提高。从信息论的角度来看，任何硬判决都会损失部分信息，因此，如果分量译码器（内码译码器）能够提供一个反映其输出可靠性的软输出，则其他分量译码器（外码译码器）也可以采用软判决译码，从而系统的性能可以得到进一步提高。为此，人们提出了软输入软输出译码（SISO）的概念和方法。Turbo码的分量码SISO译码算法总体上可分为MAP(maximumposterioriproba

4、bility)和SOVA（soft-outputviterbialgorithm）两类主要算法。大多数算法都是在这两类算法的基础上改进、修正的。MAP类算法主要包括MAP算法、LOG_MAP算法、MAX_LOG_MAP算法，其中MAP算法是一种最佳后验概率算法，LOG_MAP算法是MAP算法在对数域上的计算方式，MAX_LOG_MAP算法是对LOG_MAP算法简化后的次优算法。SOVA类算法主要包括软输出的维特比算法（SOVA）和连续列表输出维特比算法（SLVA）。2.1Turbo译码器结构一个常见的Turbo码迭代译码结构如图2-1所示，其

5、中分量译码器1和分量译码器2分别与Turbo码编码器中的两个分量码编码器RSC1和RSC2对应，交织器、解交织器与编码器中的交织器相对应。图2-1Turbo码迭代译码结构基本译码过程为：系统信息、校验信息1和先验信息1进入分量译码器1，分量译码器1根据某个译码算法完成对分量编码器RSC1的译码，并生成信息比特的外信息1。外信息1经过交织后，生成作为分量译码器2的信息比特的先验信息2；接收的信息序列经过相同的交织，作为分量译码器2的接收信息。分量译码器2利用交织后得到的先验信息2、系统信息及校验信息2完成分量编码器RSC2的译码，得到外信息2。

6、外信息1经解交织后得到分量译码器1的先验信息进入下一迭代运算。算法的不同主要体现在分量译码器的实现上。1)假设编码后的比特采用BPSK方式调制，信道为高斯信道或者衰落信道。s变量命名规则：S表示k时刻分量编码器的状态，xu表示编kkkp码器k时刻的输出的信息位，x表示分量编码器k时刻输出的校验位，kspXx{}表示分量编码器输出的码序列，y和y分别表示k时刻译码kkk器接收到的信息位和校验位，Yy{}表示接收到的码序列。k当发送比特x为+1或者-1时，接收到y的条件似然比为：kkpykk

7、1xLykk

8、xln

9、（2-1）pykk

10、1x则接受端接收为y的概率：k1Eb2Py

11、x1expya（2-2）kk2k222上式中E表示每个传输比特的能量，为噪声方差，它和信噪bENb/01210比的关系为210R，R为编码码率，a为信道的衰落，对于无衰落的高斯白噪声信道a=1。所以条件似然比概率可以写为：E2bexp2yak2EbLy

12、xln4ayLy（2-3）kk2kckEb22exp2yak2E其中bL被定义为信

13、道可信度值，它的大小仅依赖于La4，c2c2SNR和信道衰落的幅度，因此，对于高斯信道下的BPSK系统，信道的软输出Ly

14、x（软信息度量）可以简单地由y和信