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詞語解釋
Turbo碼（Turbo Code）是一種用于無線通信系統(tǒng)的編碼技術，它是一種多路復用編碼，由Claude Berrou于1993年提出，它是一種非常有效的編碼技術，能夠有效地改善無線信號的可靠性和信道容量。 Turbo碼的基本原理是將一個信息碼字通過多個不同的編碼矩陣進行編碼，然后將多個編碼碼字進行多路復用，從而產(chǎn)生一個新的信息碼字。 Turbo碼在通信中的應用主要有以下幾個方面： 1、Turbo碼可以有效地改善無線信號的可靠性：Turbo碼可以有效地改善信號的可靠性，因為它可以將原始信息碼字編碼成多個編碼碼字，這些編碼碼字可以有效地抵抗信號傳輸過程中的噪聲干擾。 2、Turbo碼可以提高信道容量：Turbo碼可以將原始信息碼字編碼成多個編碼碼字，然后將這些編碼碼字進行多路復用，從而提高信道容量。 3、Turbo碼可以提高數(shù)據(jù)傳輸速率：Turbo碼可以將原始信息碼字編碼成多個編碼碼字，然后將這些編碼碼字進行多路復用，從而提高數(shù)據(jù)傳輸速率。 4、Turbo碼可以改善信號的可靠性和信道容量：Turbo碼可以有效地改善信號的可靠性和信道容量，因為它可以將原始信息碼字編碼成多個編碼碼字，這些編碼碼字可以有效地抵抗信號傳輸過程中的噪聲干擾，并且可以提高信道容量。 Turbo碼在無線通信中的應用越來越廣泛，它可以有效地改善信號的可靠性和信道容量，提高數(shù)據(jù)傳輸速率，提高信號的可靠性和信道容量，因此，Turbo碼在無線通信中的應用是非常重要的。 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。但是傳統(tǒng)的編碼都有規(guī)則的代數(shù)結(jié)構，遠遠談不上“隨機”；同時，出于譯碼復雜度的考慮，碼長也不可能太長。所以傳統(tǒng)的信道編碼性能與信道容量之間都有較大的差距。事實上，長期以來信道容量僅作為一個理論極限存在，實際的編碼方案設計和評估都沒有以Shannon限為依據(jù)。 1993 年兩位法國教授Berrou、Glavieux 和他們的緬甸籍博士生Thitimajshima 在ICC 會議上發(fā)表的Near Shannon limit error-correcting coding and decoding: Turbo codes”，提出了一種全新的編碼方式——Turbo 碼。它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，并通過在兩個軟入/軟出(SISO)譯碼器之間進行多次迭代實現(xiàn)了偽隨機譯碼。 仿真結(jié)果表明，在AWGN 信道下，碼率為1 2 的Turbo 碼在達到誤比特率(BER) ≤ 10&＃8722;5時， 0 E N b 僅為約0.7dB (這種情況下達到信道容量的理想0 E N b 值為0db)，遠遠超過了其他的編碼方式，一時在信息和編碼理論界引起了轟動。 從此以后，Turbo 碼得到了廣泛的關注和發(fā)展，并對當今的編碼理論和研究方法產(chǎn)生了深遠的影響，信道編碼學也隨之進入了一個新的階段。 Turbo碼由于其近Shannon界的突出糾錯能力，成為近年信道編碼理論研究的熱點問題。其編碼器由兩個（或多個）帶反饋的系統(tǒng)卷積碼器經(jīng)一交織器并行級聯(lián)而成，接收端一般采用逐位最大后驗概率譯碼器通過反復迭代循環(huán)來譯碼。 本文首先對Turbo碼的編碼原理進行了闡述和舉例，進而重點講解了Turbo碼譯碼的原理，對比了MAP譯碼算法和SOVA譯碼算法。由以上的分析得出了很多重要的結(jié)論：如Turbo碼采用反饋卷積碼是為了獲得更大的交織增益；Turbo碼的性能主要取決于它的有效自由距離；Turbo碼在低信噪比下具有近Shannon界糾錯能力的原因；自由距離較低引起Turbo碼在中信噪比下出現(xiàn)糾錯平臺現(xiàn)象等等。 Turbo碼有一重要特點是其譯碼較為復雜，比常規(guī)的卷積碼要復雜的多，這種復雜不僅在于其譯碼要采用迭代的過程，而且采用的算法本身也比較復雜。這些算法的關鍵是不但要能夠?qū)γ勘忍剡M行譯碼，而且還要伴隨著譯碼給出每比特譯出的可靠性信息，有了這些信息，迭代才能進行下去。用于Turbo碼譯碼的具體算法有：MAP(Maximum A Posterori) Max-Log-MAP、Log-MAP和SOVA(Soft Output Viterbi Algorithm)算法。MAP算法是1974年被用于卷積碼的譯碼，但用作Turbo碼的譯碼還是要做一些修改；Max-Log-MAP與Log-MAP是根據(jù)MAP算法在運算量上做了重大改進，雖然性能有些下降，但使得Turbo碼的譯碼復雜度大大的降低了，更加適合于實際系統(tǒng)的運用；Viterbi算法并不適合Turbo碼的譯碼，原因就是沒有每比特譯出的可靠性信息輸出，修改后的具有軟信息輸出的SOVA算法，就正好適合了Turbo碼的譯碼。這些算法在復雜度上和性能上具有一定的差異，系統(tǒng)地了解這些算法的原理是對Turbo碼研究的基礎，同時對這些算法的復雜度和性能的比較研究也將有助于Turbo的應用研究。 此外，要想在移動無線系統(tǒng)中成功的使用Turbo碼，首先要考慮在語音傳輸中最大延遲的限制。在短幀情況下的仿真結(jié)果表明短交織Turbo碼在AWGN信道和Rayleigh衰落下仍然具有接近信道容量的糾錯能力，從而顯示出Turbo碼在移動無線通信系統(tǒng)中非常廣闊的應用前景。 目前Turbo碼應用： 全球3G標準：WCDMA、TD-SCDMA和CDMA2000均使用了Turbo碼 B3G（部分文獻稱為4G)的WiMAX也使用了
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。但是傳統(tǒng)的編碼都有規(guī)則的代數(shù)結(jié)構，遠遠談不上“隨機”；同時，出于譯碼復雜度的考慮，碼長也不可能太長。所以傳統(tǒng)的信道編碼性能與信道容量之間都有較大的差距。事實上，長期以來信道容量僅作為一個理論極限存在，實際的編碼方案設計和評估都沒有以Shannon限為依據(jù)。 1993 年兩位法國教授Berrou、Glavieux 和他們的緬甸籍博士生Thitimajshima 在ICC 會議上發(fā)表的Near Shannon limit error-correcting coding and decoding: Turbo codes”，提出了一種全新的編碼方式——Turbo 碼。它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，并通過在兩個軟入/軟出(SISO)譯碼器之間進行多次迭代實現(xiàn)了偽隨機譯碼。 仿真結(jié)果表明，在AWGN 信道下，碼率為1 2 的Turbo 碼在達到誤比特率(BER) ≤ 10&＃8722;5時， 0 E N b 僅為約0.7dB (這種情況下達到信道容量的理想0 E N b 值為0db)，遠遠超過了其他的編碼方式，一時在信息和編碼理論界引起了轟動。 從此以后，Turbo 碼得到了廣泛的關注和發(fā)展，并對當今的編碼理論和研究方法產(chǎn)生了深遠的影響，信道編碼學也隨之進入了一個新的階段。 Turbo碼由于其近Shannon界的突出糾錯能力，成為近年信道編碼理論研究的熱點問題。其編碼器由兩個（或多個）帶反饋的系統(tǒng)卷積碼器經(jīng)一交織器并行級聯(lián)而成，接收端一般采用逐位最大后驗概率譯碼器通過反復迭代循環(huán)來譯碼。 本文首先對Turbo碼的編碼原理進行了闡述和舉例，進而重點講解了Turbo碼譯碼的原理，對比了MAP譯碼算法和SOVA譯碼算法。由以上的分析得出了很多重要的結(jié)論：如Turbo碼采用反饋卷積碼是為了獲得更大的交織增益；Turbo碼的性能主要取決于它的有效自由距離；Turbo碼在低信噪比下具有近Shannon界糾錯能力的原因；自由距離較低引起Turbo碼在中信噪比下出現(xiàn)糾錯平臺現(xiàn)象等等。 Turbo碼有一重要特點是其譯碼較為復雜，比常規(guī)的卷積碼要復雜的多，這種復雜不僅在于其譯碼要采用迭代的過程，而且采用的算法本身也比較復雜。這些算法的關鍵是不但要能夠?qū)γ勘忍剡M行譯碼，而且還要伴隨著譯碼給出每比特譯出的可靠性信息，有了這些信息，迭代才能進行下去。用于Turbo碼譯碼的具體算法有：MAP(Maximum A Posterori) Max-Log-MAP、Log-MAP和SOVA(Soft Output Viterbi Algorithm)算法。MAP算法是1974年被用于卷積碼的譯碼，但用作Turbo碼的譯碼還是要做一些修改；Max-Log-MAP與Log-MAP是根據(jù)MAP算法在運算量上做了重大改進，雖然性能有些下降，但使得Turbo碼的譯碼復雜度大大的降低了，更加適合于實際系統(tǒng)的運用；Viterbi算法并不適合Turbo碼的譯碼，原因就是沒有每比特譯出的可靠性信息輸出，修改后的具有軟信息輸出的SOVA算法，就正好適合了Turbo碼的譯碼。這些算法在復雜度上和性能上具有一定的差異，系統(tǒng)地了解這些算法的原理是對Turbo碼研究的基礎，同時對這些算法的復雜度和性能的比較研究也將有助于Turbo的應用研究。 此外，要想在移動無線系統(tǒng)中成功的使用Turbo碼，首先要考慮在語音傳輸中最大延遲的限制。在短幀情況下的仿真結(jié)果表明短交織Turbo碼在AWGN信道和Rayleigh衰落下仍然具有接近信道容量的糾錯能力，從而顯示出Turbo碼在移動無線通信系統(tǒng)中非常廣闊的應用前景。 目前Turbo碼應用： 全球3G標準：WCDMA、TD-SCDMA和CDMA2000均使用了Turbo碼 B3G（部分文獻稱為4G)的WiMAX也使用了
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