毕业设计（论文）-turbo码和仿真研究

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1、目录摘要IAbstractII第1章绪论11.1课题背景11.2对Turbo码进行仿真研究的意义41.3Turbo码的研究现状51.4论文内容安排6第2章Turbo码编码原理82.1Turbo码的编码结构82.2递归系统卷积码（RSC）92.3交织器112.4删余矩阵122.5本章小结13第3章Turbo码译码143.1Turbo码的译码结构143.2译码中软信息的确定163.3Turbo码的译码算法183.3.1Log-MAP算法193.3.2软输出Viterbi算法SOVA213.4本章小结22第4章Turb

2、o码的性能仿真及设计234.1仿真系统的实现234.2仿真结果及分析264.2.1迭代次数对Turbo码性能的影响264.2.2交织长度对Turbo码性能的影响264.2.3不同译码算法对Turbo码性能的影响284.3Turbo码的设计294.4本章小结30结论31参考文献32致谢34附录135附录240附录346附录450燕山大学本科生毕业设计（论文）第1章绪论1.1课题背景提高信息传输的可靠性和有效性，始终是通信领域研究和追求的目标。1948年，现代信息理论的奠基人C.E.Shannon在他的开创性论文“A

3、mathematicaltheoryofcommunication”中首次阐明了在有噪信道中实现可靠通信的方法，提出了著名的有噪信道编码定理，奠定了差错控制码(也称作纠错码)的基石。定理中指出：每个信道都有确定的信道容量C，只要信道信息传输速率R不超过C，就一定存在一种编码方法，在采用最大似然译码(MLD，MaximumLikelihoodDecoding)算法时，其误码率可以达到任意小；反之，若R>C，则不可能实现无差错传输。该定理从理论上给出了纠错码的理论极限，同时也指明了纠错码研究的方向和目标。从对Shan

4、non信道编码定理的分析中可以看出，Shannon在对定理的证明中引用了三个基本条件：(1)采用随机编码、译码方式；(2)编译码长度L无穷，即码长无限；(3)译码采用最大似然译码算法。也就是说，在信道传输速率R不超过信道容量C的前提下，只有在码组长度无限长的码集合中随机的选择编码码字并且在接收端采用最大似然译码算法时，才能使误码率接近零。但是，最大似然译码的复杂性随编码长度指数增加，当编码长度趋于无穷大时，最大似然译码是不可能实现的。因此，构造物理可实现的编码方案及寻找有效译码算法一直是信道编码理论与技术研究的中

5、心任务[1]。上世纪九十年代以前，在信道编码定理的指引下，人们为了构造好的长码和复杂度可接收的译码算法而提出了许多编码方案。根据信息码元和校验码元之间的关系，信道编码可以分为分组码和卷积码两类[2]。分组码编码码字中的监督码元只与本组的信息元有关，而与其它码字中的信息元无关。在通信系统中应用最广泛的分组码是汉明码和循环码，1950年R．Hamming提出了第一个差错控制编码方案——汉明码，它是可以纠正单个错误的完备码。1959年霍昆格姆(Hocgenghem)和1960年博斯(Bose)及雷-查德胡里（Ray-C

6、handhuri)分别提出了纠正多个随机错误的循环码BCH码；1960年Peterson找到了二元BCH码的第一个有效算法，从而将它由理论推向实用。34燕山大学本科生毕业设计（论文）1960年Reed和Solomon发现了BCH码在基于素数的有限域中的一个子类RS码的构造方法，从而将分组码的理论推到了一个高峰[3]。虽然分组码在理论分析和数学描述方面已经非常成熟，并且在实际的通信系统中也己经得到了广泛应用，但分组码的固有缺陷限制了它的进一步发展。首先，由于分组码是面向数据块的，因此，在译码过程中必须等待整个码字全

7、部接收之后才能开始进行译码。另外，大多数基于代数的分组码译码算法都是硬判决算法，而不是对解调器输出未量化的信息的软译码，从而造成一定的增益损失。1955年爱里斯(Elias)提出的卷积码克服了分组码的固有缺点，由于它的编码过程是连续进行的，并且在编码过程中充分利用了前后比特的相关性，因此性能优于同等编码效率的分组码，并且在同等码率和相似的纠错能力下，卷积码的实现要比分组码简单[4]。1967年Viterbi提出了卷积码的一种最大似然译码算法，无论从理论还是实际应用上都大力推动了卷积码的发展。卷积码在各种通信系统中

8、都得到了广泛的应用。近年来，在信道编码定理的指引下，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，提出了乘积码、代数几何码、低密度校验码(LDPC，LowDensityParitycode)、分组卷积级联码等编码方法。其中对纠错编码发展贡献比较大的是级联码[5]。它是在1966年由Forney首先提出的，利用两个确定