卷積交織如何去除信息損失

❶ Turbo碼的在3G中的應用

信道編碼技術可改善數字信息在傳輸過程中雜訊和干擾造成的誤差，提高系統可靠性。因而挺供高效的信道編解碼技術成為3G移動通信系統中的關鍵技術之一。3G移動通信系統所提供的業務種類的多樣性、靈活性，對差錯控制編解碼提出了更高的要求。WCDMA 和cdma2000方案都建議採用除與IS-95 CDMA系統類似的卷積編碼技術和交織技術之外，採用Turbo編碼技術。
⒈ RSC 編碼器的設計
cdma2000 方案中，Turbo 碼被用在CDMA系統前向、反向鏈路信道中。反向鏈路信道中，子編碼器（3，1，3)RSC 的生成矩陣為：
Turbo碼
RSC編碼器基於8狀態的並行級聯卷積碼（8PCCC）。交織採用了比特翻轉技術。通過刪余處理，碼率為1/4，1/2，1/3的Turbo碼被採用。分別對兩個子編碼器的輸出奇偶位V2和V2『交替刪余，可得到碼率為1/4的Turbo碼；對V1，V1' 刪余，可得碼率為1/3；對V2、V2』間隔幾V1，V1『刪余，可得碼率1/2。
WCDMA中，對於收務服務質量需求BER介於10-3e和10-6e之間。並且允許時延較長的數據業務，RSC子編碼器使用8態並行級聯卷積碼8-PCCι。生成矩陣為：
WCDMA中的turbo編碼器
⒉ 交織長度的選擇
在3G移動通信中，業務速率由32kbit/s到2Mbit/s。10ms一幀，幀長由20 到20000。為了提高解碼器性能，在一些低速業務中，可採用多幀組成一個數據塊，加大交織深度。
在WCDMA中，Turbo 碼交織器是可截短型塊交織器。交織行數為5、10或20行，在行數確定的基礎上選擇列數。數據按行讀入交織器，按固定模式進行行間轉換，不同輸入序列長度對應不同的行數和行間轉換模式。行轉換完成後，近行列轉換。不同行對應不同列間轉換參數，採取的是接近隨機化的素數取模演算法。數據在完成行列轉換後，按列讀出。
cdma2000 也是基於塊交織。交織行數為25=32行，列數N=2n，n為滿足使32N大於或等於幀長度的最小值。數據按行讀人。行間轉換的依據是比特翻轉原則。列問轉換的置換公式是：x(i+1) = [x(i) + c] mod N，即為同模取余法，為了更接近隨機化，使每列的偏置取不同值。數據經過行列轉換後，按列輸出。
⒊ 解碼器的設計
由於Turbo碼解碼演算法復雜，解碼延時長，所以對於時延要求高的數據業務應用受限。因而低復雜度解碼器的設計成為Turbo碼解碼演算法設計的焦點。為了換取復雜度的簡化，允許次優性能解碼的存在。例如3GPP中允許Turbo碼的譯間比標准MAP演算法有1dB的增益損失。結合CRC校驗來減少迭代次數，在SNR 較大時可以減少解碼復雜度和解碼延時。

❷ Turbo碼編碼原理

Turbo碼，最初由C. Beηou等人提出，是一種並行級聯卷積碼結構。編碼過程涉及兩個反饋的系統卷積編碼器通過交織器連接，信息序列u={u1,u2,……，uN}經過交織形成u'={u1',u2',……，uN'}，分別輸入兩個分量編碼器RSC1和RSC2，通常這兩個編碼器結構相同。為了提高碼率，通過刪余（puncturing）技術從校驗序列中周期性地刪除部分位，生成不同的碼率碼字。

Turbo碼的關鍵特性之一是其採用遞歸系統卷積碼(RSC)作為分量碼。RSC作為子碼的優勢在於，它具有系統碼的簡潔解碼特性，對高信噪比性能有利。RSC的結構包含向前和向後反饋，利用生成多項式表示，其碼率由構成Turbo碼的兩個子碼R1和R2決定。

性能分析顯示，Turbo碼的高信噪比性能主要由自由距離決定，採用本原多項式作為反饋連接多項式可提升自由距離，降低錯誤平層。交織器設計至關重要，它能細化距離譜，優化碼重分布。一個好的交織器應盡可能置亂數據，提高重碼字的重量，避免特定模式的出現，同時考慮數據大小和時延需求。

刪余技術在Turbo碼中用於提升碼率，通過周期性地從兩個分量編碼器的校驗序列中刪除部分位，確保帶寬效率。刪余應遵循不刪除信息位、均勻時間分布和均勻對各分量碼進行的原則，以避免信息損失不均衡導致性能下降。

Turbo 碼。它巧妙地將兩個簡單分量碼通過偽隨機交織器並行級聯來構造具有偽隨機特性的長碼，並通過在兩個軟入/軟出(SISO)解碼器之間進行多次迭代實現了偽隨機解碼。他的性能遠遠超過了其他的編碼方式，得到了廣泛的關注和發展，並對當今的編碼理論和研究方法產生了深遠的影響，信道編碼學也隨之進入了一個新的階段。