Turbo纠错码的原理
Turbo纠错码的原理
Turbo纠错码的原理、性能和应用——第二讲 Turbo码编解码原理
门爱东
本讲座撰写人门爱东先生，北京邮电大学副教授。
一 Turbo码概述
第一讲介绍了纠错编码的基本概念，典型的Turbo码信道编码器框图如图1a所示。Turbo码采取巧妙、独特的措施，将普通的ECC组成元素重新排列，达到了非凡性能。
Turbo编码器包括两个或多个独立的并行“支路编码器”，一般采用循环系统卷积码(RSC)处理相同的输入数据，但送给第二个编码器的输入数据要经过交织器扰序。两个编码器输出的校验序列经过一个复接器后成为一个输出码流。
图中的编码器是一个两级编码/校验的简单配置，纠错性能大为提高。如果是多级配置，纠错性能还将进一步提高。Turbo码的独创性在图中不易体现，它依赖于合适地选择支路编码器、交织器和解码器。
从图1b可以看出，接收端的Turbo解码器比发端的Turbo编码器复杂得多。编码器并行处理原始数据码流，而解码器在两个阶段中是串行处理数据的。第一个解码器得到此阶段原始数据的最大似然估计，收端交织器按发端交织器的扰序方式对第一个解码器的估计进行扰序，扰序后的估计和附加的冗余信息(发端第二个编码器产生的校验比特)一起送给第二个解码器。如果第一个解码器纠错成功的话，送给第二个解码器的码流中所包含的误码数将少于送给第一个解码器的。
第二个解码器处理送来的数据，产生对原始数据进一步精细的估计，使结果应该包含更少的误码比特。接收端使用反交织器对数据去扰序，使之恢复原来的排列顺序。如果没有更进一步的精确要求，则去交织器把最后的输出数据传给硬判决器，产生最终的解码输出。
如果需要进一步减少误码数量，则接收机把反交织器的输出反馈回第一个解码器，并且重复上述过程，根据需要，可以进行多次迭代。当然，每次迭代都增加相当大的延时和计算复杂度，但是它也有效地减少了误码数量，特别是在前几次迭代中。
为了充分利用反馈和迭代特性，系统需要前面介绍的“软输入/软输出”支路解码器，体现Turbo码的特色。事实上，迭代解码的反馈机制非常有效，由此获得了Turbo这个命名——它类似于汽车的涡轮增压发动机原理。
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