基于Matlab的Turbo碼仿真研究

摘 要：為了使Turbo碼仿真更容易,研究并建立了基于Matlab中Simulink通信模塊的Turbo碼仿真模型。Turbo碼編碼器采用兩個(gè)相同的分量編碼器通過交織器并行級(jí)聯(lián)而成。Turbo碼譯碼器采用不同的譯碼算法,這些算法由s函數(shù)調(diào)用m文件實(shí)現(xiàn)。使用所建立的模型進(jìn)行仿真,結(jié)果表明,在信噪比相同的情況下,交織長(zhǎng)度越大、迭代次數(shù)越多、譯碼算法越優(yōu),Turbo碼性能越好。設(shè)計(jì)實(shí)際系統(tǒng)時(shí),應(yīng)綜合考慮各因素。
關(guān)鍵詞：Turbo碼；Simulink仿真；交織長(zhǎng)度；迭代次數(shù)；譯碼算法


0 引 言
Shannon編碼定理指出：如果采用足夠長(zhǎng)的隨機(jī)編碼,就能逼近Shannon信道容量。而Turbo碼以其接近Shannon理論極限的譯碼性能,已被采納為3G移動(dòng)通信系統(tǒng)的信道編碼標(biāo)準(zhǔn)之一。Turbo碼巧妙地將兩個(gè)簡(jiǎn)單分量碼通過偽隨機(jī)交織器并行級(jí)聯(lián)來(lái)構(gòu)造具有偽隨機(jī)特性的長(zhǎng)碼,并通過在兩個(gè)軟輸入/軟輸出(SISO)譯碼器之間進(jìn)行多次迭代實(shí)現(xiàn)了偽隨機(jī)譯碼。采用迭代譯碼的方法來(lái)提高通信系統(tǒng)的譯碼性能是Turbo碼的最大特點(diǎn)。
Turbo碼的編碼器、譯碼器結(jié)構(gòu)繁瑣,是一種非常復(fù)雜的信道編碼方案,這使得對(duì)Turho碼的理論分析十分困難,且只能對(duì)運(yùn)算復(fù)雜度作宏觀分析,對(duì)Turbo碼的具體實(shí)現(xiàn)并沒有一個(gè)清楚的度量。因此,使用計(jì)算機(jī)對(duì)Turbo碼進(jìn)行仿真分析是十分必要的。
本文分析了Turbo碼編碼譯碼的原理,考慮到Turbo碼系統(tǒng)編譯碼的數(shù)據(jù)處理量很大,利用生成矩陣對(duì)信息序列進(jìn)行編碼、譯碼時(shí)的迭代計(jì)算等等,都涉及了矩陣運(yùn)算,故采用Matlab/Sireulink來(lái)進(jìn)行建模仿真,同時(shí)分析了迭代次數(shù)、交織長(zhǎng)度及不同譯碼算法對(duì)Turbo碼性能的影響。


l Turbo碼的編碼器和譯碼器原理
1．1 Turbo碼編碼器組成
Turbo碼的編碼器的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。





Turbo碼編碼器主要由兩個(gè)遞歸系統(tǒng)卷積編碼器(RSC)、一個(gè)交織器與一個(gè)刪余和復(fù)用單元組成。遞歸系統(tǒng)卷積編碼器是指帶有反饋的系統(tǒng)卷積編碼器,其碼率可設(shè)為R=k/n；交織器用來(lái)改變信息序列的排列順序,獲得與原始信息序列內(nèi)容相同,但排列不同的信息序列；刪余和復(fù)用單元的作用是從總體上改善Turbo碼碼率,因此通過刪余和復(fù)用單元,Turbo碼可以獲得不同碼率的碼字。編碼器的碼字通過信道輸出到譯碼器內(nèi)。
1．2 Turbo碼譯碼器原理
Turbo碼譯碼器基本結(jié)構(gòu)如圖2所示。