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而成。Turbo碼譯碼器采用不同的譯碼算法,這些算法由s函數調用m文件實現。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、迭代次數越多、譯碼算法越優,Turbo碼性能越好。設計實際系統時,應綜合考慮各因素。
關鍵詞：Turbo碼；Simulink仿真；交織長度；迭代次數；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了偽隨機譯碼。采用迭代譯碼的方法來提高通信系統的譯碼性能是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碼系統編譯碼的數據處理量很大,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、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。遞歸系統卷積編碼器是指帶有反饋的系統卷積編碼器,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。