一种基于Simulink的Turbo码仿真实现

介绍了Turbo码的编解码原理，并且提出了一种完全基于Simulink模块的Turbo码仿真模型。编码器采用两个相同的分量编码器通过交织器并行级联而成。译码器采用迭代译码方式，由Simulink模型库中的最大后验概率译码模块(A Posteriori Probability Decoder)构成，极大的简化了译码器的复杂性。通过仿真，分析了迭代次数、交织长度、译码算法对译码性能的影响。对实际的系统设计有一定的参考价值。

在1993 年的ICC（国际通信会议）上，C. Berrou 等人最先提出了Turbo 码的概念[1]。在Turbo 码的设计思想中，将传统的卷积码与随机交织器十分巧妙的结合在了一起，既实现了随机编码，又完成了由短码构造长码的设计思想。

同时， Turbo 码还釆用了软输入软输出(SISO)的迭代译码方式来最大程度地逼近最大似然译码。由此，Turbo 码得以获得了接近Shannon 极限[2]的良好性能。虽然至今Turbo 码在数学上的机理还没有定论，但是它的优越的性能及迭代译码算法的思想已经被人们所理解。

Turbo 码是一种非常复杂的信道编码方案， 对Turbo 码的具体实现还没有一个清楚的度量， 因此需要使用计算机对系统进行仿真。目前的仿真大多基于编程的形式，是一种复杂和重复的方式，虽然有人采用Simulink 进行仿真，但是对于交织、子译码等比较复杂的模块，仍需要重新编程，非常复杂。如何实现一种简单的仿真模型，以满足各种研究的需要，具有重要的现实意义，因此本文提出了一种基于Simulink 的Turbo 码仿真模型，该仿真模型完全基于Simulink 的自有模块，无需自己编写模块程序，简化了编译器的复杂性。通过仿真，分析了迭代次数、交织长度、不同译码算法对Turbo 码性能的影响。

2. Turbo 码编译码原理 2.1. Turbo 码编码 Turbo 码的并行级联卷积码(PCCC)结构[3]如图1 所示， 该结构主要由两个分量编码器RSC、交织器、复用与删余器组成。

Turbo 码编码过程：输入信息序列复用为相同的三路， 第一路直接送入复用与删余器， 第二路送入分量编码器1，第三路送入交织器交织后再送入分量编码器2 编码。两路编码器的输出以及第一路信号输入复用与删余器进行处理，构成码字序列输出。

分量编码器的最佳选择是递归系统卷积码(RSC)，输入信息经RSC 输出码字具有较高的汉明距离， 交织器的功能是置乱原数据的排列数据，降低码字之间的相关性。两者的结合是实现Turbo 码近似随机编码的关键。复用与删余器作用是删除编码器输出校验序列中的部分校验位，以此提高编码速率，然后再与未编码的信息序列复用重组，由并转串最后输出。

2.2. Turbo 码译码 Turbo 码的基本译码结构[4]如图2 所示。

Turbo 码编码译码器由两个软输入/软输出(SISO)译码器DEC1 和DEC2 串行级联而成，交织器与编码器中的所使用的交织器相同。译码器DEC1 对分量码RSC1 进行最佳译码。产生关于信息序列中每一