于佳 徐健辉
【摘 要】在现代通信系统中，针对某些信道类型突发干扰多，目前有不少专门对抗突发错误的一些编码方法。主要是各种纠错码，包括BCH码、RS码、卷积码等。Turbo码是其中最为著名的信道编码之一。
【关键词】Turbo码；突发信道；抗干扰；交织
【Abstract】Currently，in the communication system， there are many special encoding methods against burst errors against certain type of channel burst interference， some of the encoding methods， mainly are several kinds of error correction codes， including BCH codes，RS codes，Convolutional Codes and so on.Turbo codes is one of the most famous encoding methods.
【Key words】Turbo code；Burst channel；Anti-jamming；Interlace
0 绪论
本文首先介绍了课题的研究背景，其次概述Turbo码的起源和发展现状，最后给出本文的框架安排。
1 信道编码概述
信道编码的起源
千百年来，努力创造更稳定，更快速的信息传输方式，一直是人们不懈追求的目标。在现代社会，通信技术飞速发展，通信技术的应用也越来越广泛。可以传输的对象远远不止最原始的电报那么单调。得益于现代数字通信系统，文本、语音、视频等媒体信号均可以快速高质量地进行传输，现代数字通信系统的基本框图如图1。
从图1中我们可以看到，最右侧的框图代表噪声源。在实际工程中，任何信道都会存在噪声，从而在传输过程中发生错误，这是无法避免的。如何在噪声的干扰下，尽量稳定、可靠地将信息由发送方传输到接收方，是贯穿通信理论的一个经典问题。信道编码理论就是由此应运而生，它承担着纠正信道传输中的各种错误的功能。
信道编码理论的基本思想是，在码元发送端添入一定数量的冗余码元[1]。也就是所谓的监督码元，形成“抗干扰码字”。其中监督码元的产生和加入要严格按照一定的规则，即它与信息码元之间必须满足某种联系规律。这种联系规律就叫做约束关系。如果某位信息码元在传输的过程中受到了噪声的影响而发生了差错，那么其和监督码元之间的约束关系肯定会受到破坏。当受到破坏的约束关系在接收端被检验时，错误就会显示出来，以便于我们对其进行纠正。
我们知道，任何一种理论都不是完美的，都有自己的局限性。信道编码理论也是如此。其始终致力于改善系统通信的可靠性和正确性，但是因为监督码元的加入会占用通信资源，因而必须付出降低信息传输速率的代价[2]。在实际的通信工程设计中，信道编码方案的设计者必须要综合考虑，包括频率的范围，信道衰落的信道条件、通话质量等因素，进行合理均衡的设计。
2 Turbo码的简介
2.1 Turbo码的研究现状
在译码算法方面，Turbo码目前所采用的译码算法主要是MAP算法、Log-MAP算法与SOVA算法。其中MAP算法译码性能最优，但也最复杂，不适合工程应用。SOVA算法对简单，但是性能不太理想[11]。而Log-MAP算法则进行了一定的折中，既对MAP算法进行了简化，降低了译码复杂度，同时还保持着优于SOVA算法的性能，是一种经常被采用的译码算法。
目前，由于其在高数据率下良好的误码性能，Turbo码方案已经被3G系统采用[12]。只是由于算法复杂度，硬件要求，时延等因素，一直未能真正应用到实际工程中。
在硬件设备方面，已经有国外公司开始批量生产为Turbo码量身定做的芯片。国内高校也在积极探索Turbo码的应用，总的来讲，Turbo码仍处于试验阶段。然而，随着各项科技成果的飞速进展，硬件性能会逐步提高，算法实现的难度会逐渐降低，Turbo码一定会受到业界越来越多的重视
3 一种改进的Turbo码编译码方案
3.1 改进编译码方案的原理框图
改进后的Turbo码编译码方案框图如下：
图3是交织器内部的示意简图，a1-a10，b1-b10，c1-c10分别是编码器对同一信息序编码输出的三行码字，按输出先后顺序以行的形式存储在交织器中，交织器输出时，如箭头所示，按列输出，顺序依次为a1，b1，c1，...，a10，b10，c10，加入突发干扰，然后在译码之前恢复原来顺序，按行输出进行译码，由于信道中的突发干扰往往是连续的，所以经过译码之前的顺序恢复之后，突发干扰会均匀分布在三个码字之中，其影响被间接削弱了。这里交织器所储存的码字行数是一个重要参数，称之为交织深度。可以推知，在编码码字长度相同，突发干扰长度相同的情况下，交织的深度越深，分摊到每个码字上的干扰就越少，抗突发干扰能力也就越强。
3.2 改进编译码方案的验证
仿真参数如下：AWGN信道，交织器类型采用随机交织器，交织器类型为随机交织器，码率取1/2，交织长度取400，Turbo码的生成多项式为（7，5），突发干扰序列在信息源序列中出现位置为随机，突发干扰序列的均值取0，方差取2，突发干扰序列长度N取100，译码算法为Log-MAP算法，交织深度分别取5和10。
从图4中可以看出，改进后编译码方案的性能较之前有明显的提升，在突发干扰长度为50的情况下，当交织深度达到10的时候，误码性能已经接近原译码方案不加突发干扰的性能，而且，其抗干扰性能随着交织深度的增加还在不断改善。但是这种改进的编译码方案也存在着一定的局限性，即其抗干扰性能的提升是以占用更多的资源和产生更大的延时为代价的。
【参考文献】
[1]王新梅，肖国镇.纠错码：原理与方法[M].西安：西安电子科技大学出版社，2003.
[2]王育民，梁传甲.信息与编码理论[M].西北电讯工程学院出版社，1986.
[3]C.Berrou，A.Glavieux and P.Thitimajshima. Near Shannon limit error-correcting coding and decoding： Turbo-codes（1）[J]. ICC，93.1993：1064—1074.
[4]袁东风，张海霞.编码调制技术原理与应用[M].北京：清华大学出版社，2006.
[5]周炯磐，庞沁华，续大我，吴伟陵.通信原理（下）[M].北京邮电大学出版社，2002.
[6]David J C Mackay Good Error-Correcting Codes Based on Very Sparse Matrices[J].1999（02）.
[7]谭明新.Turbo码的研究[D].哈尔滨工程大学，2002，7.
[8]Mackay D J C Good error-correcting codes based on very sparse matrices[J].1999（02）.
[9]樊昌信，等.通信原理[M].5版.北京：国防工业出版社，2005，5.
[10]刘东华.Turbo码原理与应用技术[M].北京：电子工业出版社，2004，1.
[责任编辑：张涛]
【摘 要】在现代通信系统中，针对某些信道类型突发干扰多，目前有不少专门对抗突发错误的一些编码方法。主要是各种纠错码，包括BCH码、RS码、卷积码等。Turbo码是其中最为著名的信道编码之一。
【关键词】Turbo码；突发信道；抗干扰；交织
【Abstract】Currently，in the communication system， there are many special encoding methods against burst errors against certain type of channel burst interference， some of the encoding methods， mainly are several kinds of error correction codes， including BCH codes，RS codes，Convolutional Codes and so on.Turbo codes is one of the most famous encoding methods.
【Key words】Turbo code；Burst channel；Anti-jamming；Interlace
0 绪论
本文首先介绍了课题的研究背景，其次概述Turbo码的起源和发展现状，最后给出本文的框架安排。
1 信道编码概述
信道编码的起源
千百年来，努力创造更稳定，更快速的信息传输方式，一直是人们不懈追求的目标。在现代社会，通信技术飞速发展，通信技术的应用也越来越广泛。可以传输的对象远远不止最原始的电报那么单调。得益于现代数字通信系统，文本、语音、视频等媒体信号均可以快速高质量地进行传输，现代数字通信系统的基本框图如图1。
从图1中我们可以看到，最右侧的框图代表噪声源。在实际工程中，任何信道都会存在噪声，从而在传输过程中发生错误，这是无法避免的。如何在噪声的干扰下，尽量稳定、可靠地将信息由发送方传输到接收方，是贯穿通信理论的一个经典问题。信道编码理论就是由此应运而生，它承担着纠正信道传输中的各种错误的功能。
信道编码理论的基本思想是，在码元发送端添入一定数量的冗余码元[1]。也就是所谓的监督码元，形成“抗干扰码字”。其中监督码元的产生和加入要严格按照一定的规则，即它与信息码元之间必须满足某种联系规律。这种联系规律就叫做约束关系。如果某位信息码元在传输的过程中受到了噪声的影响而发生了差错，那么其和监督码元之间的约束关系肯定会受到破坏。当受到破坏的约束关系在接收端被检验时，错误就会显示出来，以便于我们对其进行纠正。
我们知道，任何一种理论都不是完美的，都有自己的局限性。信道编码理论也是如此。其始终致力于改善系统通信的可靠性和正确性，但是因为监督码元的加入会占用通信资源，因而必须付出降低信息传输速率的代价[2]。在实际的通信工程设计中，信道编码方案的设计者必须要综合考虑，包括频率的范围，信道衰落的信道条件、通话质量等因素，进行合理均衡的设计。
2 Turbo码的简介
2.1 Turbo码的研究现状
在译码算法方面，Turbo码目前所采用的译码算法主要是MAP算法、Log-MAP算法与SOVA算法。其中MAP算法译码性能最优，但也最复杂，不适合工程应用。SOVA算法对简单，但是性能不太理想[11]。而Log-MAP算法则进行了一定的折中，既对MAP算法进行了简化，降低了译码复杂度，同时还保持着优于SOVA算法的性能，是一种经常被采用的译码算法。
目前，由于其在高数据率下良好的误码性能，Turbo码方案已经被3G系统采用[12]。只是由于算法复杂度，硬件要求，时延等因素，一直未能真正应用到实际工程中。
在硬件设备方面，已经有国外公司开始批量生产为Turbo码量身定做的芯片。国内高校也在积极探索Turbo码的应用，总的来讲，Turbo码仍处于试验阶段。然而，随着各项科技成果的飞速进展，硬件性能会逐步提高，算法实现的难度会逐渐降低，Turbo码一定会受到业界越来越多的重视
3 一种改进的Turbo码编译码方案
3.1 改进编译码方案的原理框图
改进后的Turbo码编译码方案框图如下：
图3是交织器内部的示意简图，a1-a10，b1-b10，c1-c10分别是编码器对同一信息序编码输出的三行码字，按输出先后顺序以行的形式存储在交织器中，交织器输出时，如箭头所示，按列输出，顺序依次为a1，b1，c1，...，a10，b10，c10，加入突发干扰，然后在译码之前恢复原来顺序，按行输出进行译码，由于信道中的突发干扰往往是连续的，所以经过译码之前的顺序恢复之后，突发干扰会均匀分布在三个码字之中，其影响被间接削弱了。这里交织器所储存的码字行数是一个重要参数，称之为交织深度。可以推知，在编码码字长度相同，突发干扰长度相同的情况下，交织的深度越深，分摊到每个码字上的干扰就越少，抗突发干扰能力也就越强。
3.2 改进编译码方案的验证
仿真参数如下：AWGN信道，交织器类型采用随机交织器，交织器类型为随机交织器，码率取1/2，交织长度取400，Turbo码的生成多项式为（7，5），突发干扰序列在信息源序列中出现位置为随机，突发干扰序列的均值取0，方差取2，突发干扰序列长度N取100，译码算法为Log-MAP算法，交织深度分别取5和10。
从图4中可以看出，改进后编译码方案的性能较之前有明显的提升，在突发干扰长度为50的情况下，当交织深度达到10的时候，误码性能已经接近原译码方案不加突发干扰的性能，而且，其抗干扰性能随着交织深度的增加还在不断改善。但是这种改进的编译码方案也存在着一定的局限性，即其抗干扰性能的提升是以占用更多的资源和产生更大的延时为代价的。
【参考文献】
[1]王新梅，肖国镇.纠错码：原理与方法[M].西安：西安电子科技大学出版社，2003.
[2]王育民，梁传甲.信息与编码理论[M].西北电讯工程学院出版社，1986.
[3]C.Berrou，A.Glavieux and P.Thitimajshima. Near Shannon limit error-correcting coding and decoding： Turbo-codes（1）[J]. ICC，93.1993：1064—1074.
[4]袁东风，张海霞.编码调制技术原理与应用[M].北京：清华大学出版社，2006.
[5]周炯磐，庞沁华，续大我，吴伟陵.通信原理（下）[M].北京邮电大学出版社，2002.
[6]David J C Mackay Good Error-Correcting Codes Based on Very Sparse Matrices[J].1999（02）.
[7]谭明新.Turbo码的研究[D].哈尔滨工程大学，2002，7.
[8]Mackay D J C Good error-correcting codes based on very sparse matrices[J].1999（02）.
[9]樊昌信，等.通信原理[M].5版.北京：国防工业出版社，2005，5.
[10]刘东华.Turbo码原理与应用技术[M].北京：电子工业出版社，2004，1.
[责任编辑：张涛]
【摘 要】在现代通信系统中，针对某些信道类型突发干扰多，目前有不少专门对抗突发错误的一些编码方法。主要是各种纠错码，包括BCH码、RS码、卷积码等。Turbo码是其中最为著名的信道编码之一。
【关键词】Turbo码；突发信道；抗干扰；交织
【Abstract】Currently，in the communication system， there are many special encoding methods against burst errors against certain type of channel burst interference， some of the encoding methods， mainly are several kinds of error correction codes， including BCH codes，RS codes，Convolutional Codes and so on.Turbo codes is one of the most famous encoding methods.
【Key words】Turbo code；Burst channel；Anti-jamming；Interlace
0 绪论
本文首先介绍了课题的研究背景，其次概述Turbo码的起源和发展现状，最后给出本文的框架安排。
1 信道编码概述
信道编码的起源
千百年来，努力创造更稳定，更快速的信息传输方式，一直是人们不懈追求的目标。在现代社会，通信技术飞速发展，通信技术的应用也越来越广泛。可以传输的对象远远不止最原始的电报那么单调。得益于现代数字通信系统，文本、语音、视频等媒体信号均可以快速高质量地进行传输，现代数字通信系统的基本框图如图1。
从图1中我们可以看到，最右侧的框图代表噪声源。在实际工程中，任何信道都会存在噪声，从而在传输过程中发生错误，这是无法避免的。如何在噪声的干扰下，尽量稳定、可靠地将信息由发送方传输到接收方，是贯穿通信理论的一个经典问题。信道编码理论就是由此应运而生，它承担着纠正信道传输中的各种错误的功能。
信道编码理论的基本思想是，在码元发送端添入一定数量的冗余码元[1]。也就是所谓的监督码元，形成“抗干扰码字”。其中监督码元的产生和加入要严格按照一定的规则，即它与信息码元之间必须满足某种联系规律。这种联系规律就叫做约束关系。如果某位信息码元在传输的过程中受到了噪声的影响而发生了差错，那么其和监督码元之间的约束关系肯定会受到破坏。当受到破坏的约束关系在接收端被检验时，错误就会显示出来，以便于我们对其进行纠正。
我们知道，任何一种理论都不是完美的，都有自己的局限性。信道编码理论也是如此。其始终致力于改善系统通信的可靠性和正确性，但是因为监督码元的加入会占用通信资源，因而必须付出降低信息传输速率的代价[2]。在实际的通信工程设计中，信道编码方案的设计者必须要综合考虑，包括频率的范围，信道衰落的信道条件、通话质量等因素，进行合理均衡的设计。
2 Turbo码的简介
2.1 Turbo码的研究现状
在译码算法方面，Turbo码目前所采用的译码算法主要是MAP算法、Log-MAP算法与SOVA算法。其中MAP算法译码性能最优，但也最复杂，不适合工程应用。SOVA算法对简单，但是性能不太理想[11]。而Log-MAP算法则进行了一定的折中，既对MAP算法进行了简化，降低了译码复杂度，同时还保持着优于SOVA算法的性能，是一种经常被采用的译码算法。
目前，由于其在高数据率下良好的误码性能，Turbo码方案已经被3G系统采用[12]。只是由于算法复杂度，硬件要求，时延等因素，一直未能真正应用到实际工程中。
在硬件设备方面，已经有国外公司开始批量生产为Turbo码量身定做的芯片。国内高校也在积极探索Turbo码的应用，总的来讲，Turbo码仍处于试验阶段。然而，随着各项科技成果的飞速进展，硬件性能会逐步提高，算法实现的难度会逐渐降低，Turbo码一定会受到业界越来越多的重视
3 一种改进的Turbo码编译码方案
3.1 改进编译码方案的原理框图
改进后的Turbo码编译码方案框图如下：
图3是交织器内部的示意简图，a1-a10，b1-b10，c1-c10分别是编码器对同一信息序编码输出的三行码字，按输出先后顺序以行的形式存储在交织器中，交织器输出时，如箭头所示，按列输出，顺序依次为a1，b1，c1，...，a10，b10，c10，加入突发干扰，然后在译码之前恢复原来顺序，按行输出进行译码，由于信道中的突发干扰往往是连续的，所以经过译码之前的顺序恢复之后，突发干扰会均匀分布在三个码字之中，其影响被间接削弱了。这里交织器所储存的码字行数是一个重要参数，称之为交织深度。可以推知，在编码码字长度相同，突发干扰长度相同的情况下，交织的深度越深，分摊到每个码字上的干扰就越少，抗突发干扰能力也就越强。
3.2 改进编译码方案的验证
仿真参数如下：AWGN信道，交织器类型采用随机交织器，交织器类型为随机交织器，码率取1/2，交织长度取400，Turbo码的生成多项式为（7，5），突发干扰序列在信息源序列中出现位置为随机，突发干扰序列的均值取0，方差取2，突发干扰序列长度N取100，译码算法为Log-MAP算法，交织深度分别取5和10。
从图4中可以看出，改进后编译码方案的性能较之前有明显的提升，在突发干扰长度为50的情况下，当交织深度达到10的时候，误码性能已经接近原译码方案不加突发干扰的性能，而且，其抗干扰性能随着交织深度的增加还在不断改善。但是这种改进的编译码方案也存在着一定的局限性，即其抗干扰性能的提升是以占用更多的资源和产生更大的延时为代价的。
【参考文献】
[1]王新梅，肖国镇.纠错码：原理与方法[M].西安：西安电子科技大学出版社，2003.
[2]王育民，梁传甲.信息与编码理论[M].西北电讯工程学院出版社，1986.
[3]C.Berrou，A.Glavieux and P.Thitimajshima. Near Shannon limit error-correcting coding and decoding： Turbo-codes（1）[J]. ICC，93.1993：1064—1074.
[4]袁东风，张海霞.编码调制技术原理与应用[M].北京：清华大学出版社，2006.
[5]周炯磐，庞沁华，续大我，吴伟陵.通信原理（下）[M].北京邮电大学出版社，2002.
[6]David J C Mackay Good Error-Correcting Codes Based on Very Sparse Matrices[J].1999（02）.
[7]谭明新.Turbo码的研究[D].哈尔滨工程大学，2002，7.
[8]Mackay D J C Good error-correcting codes based on very sparse matrices[J].1999（02）.
[9]樊昌信，等.通信原理[M].5版.北京：国防工业出版社，2005，5.
[10]刘东华.Turbo码原理与应用技术[M].北京：电子工业出版社，2004，1.
[责任编辑：张涛]
