Turbo码编解码

介绍TURBO码的编解码原理;TURBO码的Matlab软件仿真方法;TURBO码的QuartusII硬件仿真方法,TURBO码在FPGA硬件平台上的实现方法。

实验五 Turbo码编码实验指导

一、实验目的

1、掌握TURBO码的编解码原理。 2、掌握TURBO码的软件仿真方法。 3、掌握TURBO码的硬件仿真方法。 4、掌握TURBO码的硬件设计方法。

二、预习要求

1、掌握TURBO码的编解码原理和方法。 2、熟悉matlab的应用和仿真方法。 3、熟悉Quatus的应用和FPGA的开发方法。

三、实验原理

1、Turbo码编码原理

Turbo码是1993年法国人Berrou提出的一种新型编码方法。它巧妙的将卷积码和随机交织器结合在一起；同时，采用软输出迭代译码来逼近最大似然译码。 Turbo码编码原理框图如图所示：

a、编码器

图中编码器的结构图如图

输入为10010001时，输出为1110010

1、寄存器为00：输入为1，反馈位为1，状态为100，输出为1； 2、寄存器为10：输入为0，反馈位为1，状态为110，输出为1； 3、寄存器为11：输入为0，反馈位为0，状态为011，输出为1； 4、寄存器为01：输入为0，反馈位为1，状态为101，输出为0； 5、寄存器为10：输入为1，反馈位为0，状态为010，输出为0； 6、寄存器为01：输入为0，反馈位为1，状态为101，输出为0； 7、寄存器为10：输入为0，反馈位为1，状态为110，输出为1；

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8、寄存器为11：输入为1，反馈位为1，状态为111，输出为0； 图中，两个方框为移位寄存器，⊕为异或器。 b、交织器

交织可以将长的突发错误分散到每个行码中去。以最常用的交织器－行列交织器为例，它的交织方式是采用行顺序写入、列顺序读出的方式，而解交织列顺序写入，行顺序读出。 交织时，输入序列为： a11 a12 a13 a14 a21 a22 a23 a24 a31 a32 a33 a34 a41 a42 a43 a44 通过行列交织后变为： a11 a21 a31 a41 a12 a22 a32 a42 a13 a23 a33 a43 a14 a24 a34 a44

上述序列为四组长度为四的码组。假设每组码的纠错能力为1位，设码组1：a11,a12 ,a13,a14在传输信道中遇到突发错误,a12,a13,a14出错。那么，码组一将不能正确纠错。如果输入码组在输入突发信道前先交织，则遇到相同突发错误后，a21,a31,a41出错，在数据收到并解交织后，错误分散到了各码组中（二、三、四组），因此错误可以正常识别和纠正。因此，通过交织器将信道中产生的突发错误随机化，信道抗突发错误的能力得到了增强。通过交织，原有的只能纠随机错误的码，可以纠正较长的突发错误或突发错误与随机错误的组合。 c、开关单元

开关单元输入为两个编码器的编码输出，通过开关器件用于选择输出某一路或两路编码输出。当码率为1/3时，将两路编码输出一起输出；当码率为1/2时，轮流输出两路编码输出。 d、复接器

复接器将两路或三路信号，串接起来变为一路信号，码率为原来码率的1/2或1/3。设：编码器输入为：a1,a2,a3……;编码器1输出为b1,b2,b3……;编码器2输出为c1, c2, c3 ……。当码率为1/2时，开关电路的输出为：b1,c2,b3,c4…… 复接器的输出为：a1,b1,a2,c2,a3,b3,a4,c4……当码率为1/3时，开关电路的输出为：b1,c1,b2,c2……复接器的输出为：a1,b1,c1,a2,b2,c2,a3,b3,c3,a4,b4,c4……。 2、Turbo码的译码原理

由于Turbo码是由两个或多个分量码经过不同交织后对同一信息序列进行编码，Turbo码译码算法为