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碼編碼器采用兩個相同的分量編碼器通過交織器并行級聯(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)調用m文件實現(xiàn)。使用所建立的模型進行仿真,結果表明,在信噪比相同的情況下,交織長度越大、迭代次數(shù)越多、譯碼算法越優(yōu),Turbo碼性能越好。設計實際系統(tǒng)時,應綜合考慮各因素。
關鍵詞：Turbo碼；Simulink仿真；交織長度；迭代次數(shù)；譯碼算法


0 引 言
Shannon編碼定理指出：如果采用足夠長的隨機編碼,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移動通信系統(tǒng)的信道編碼標準之一。Turbo碼巧妙地將兩個簡單分量碼通過偽隨機交織器并行級聯(lián)來構造具有偽隨機特性的長碼,并通過在兩個軟輸入/軟輸出(SISO)譯碼器之間進行多次迭代實現(xiàn)了偽隨機譯碼。采用迭代譯碼的方法來提高通信系統(tǒng)的譯碼性能是Turbo碼的最大特點。
Turbo碼的編碼器、譯碼器結構繁瑣,是一種非常復雜的信道編碼方案,這使得對Turho碼的理論分析十分困難,且只能對運算復雜度作宏觀分析,對Turbo碼的具體實現(xiàn)并沒有一個清楚的度量。因此,使用計算機對Turbo碼進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,利用生成矩陣對信息序列進行編碼、譯碼時的迭代計算等等,都涉及了矩陣運算,故采用Matlab/Sireulink來進行建模仿真,同時分析了迭代次數(shù)、交織長度及不同譯碼算法對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構如圖1所示。





Turbo碼編碼器主要由兩個遞歸系統(tǒng)卷積編碼器(RSC)、一個交織器與一個刪余和復用單元組成。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,其碼率可設為R=k/n；交織器用來改變信息序列的排列順序,獲得與原始信息序列內容相同,但排列不同的信息序列；刪余和復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。
1．2 Turbo碼譯碼器原理
Turbo碼譯碼器基本結構如圖2所示。