《通信原理》课程教学资源（案例）Turbo码在3G通信中的应用

Turbo码在3G通信中的应用1.Turbo码的研究现状对于Turbo码的研究最初集中于对其译码算法、性能界和独特编码结构的研究上，经过十多年来的发展历程，已经取得了很大的成果，在各方面也都走向使用阶段。Turbo码由于很好地应用了香农信道编码定理中的随机性编译码条件而获得了接近香农理论极限的译码性能。它不仅在信噪比较低的高噪声环境下性能优越，而且具有很强的抗衰落、抗干扰能力。目前，Turbo码的研究主要集中在以下几个方面：（1)编译码技术。编码方面主要包括对并行级联编码与串行级联编码的分析，以及对混合级联方式的研究：译码方面主要包括选代译码、译码算法（最大后验概率算法MAP、修正的MAP算法Max-Log-MAP、软输出Viterbi算法SOVA等）的研究。(2)Turbo码的设计和分析。主要包括交织器的设计、码的级联方式、译码算法、Turbo码的性能分析等。在性能分析中，主要对码重分布及距离谱进行分析，但由于没有相应的理论支持，这种分析只能是近似的，且仅局限于短码长、小码重的情况。(3）Turbo码在直扩（CDMA）系统中的研究及应用。Turbo码不仅在信道信噪比很低的高噪声环境下性能优越，而且还具有很强的抗衰落、抗干扰能力，因此它在信道条件差的移动通信系统中有很大的应用潜力，在3G系统（IMT-2000）中已经将Turbo码作为其传输高速数据的信道编码标准。3G系统（IMT-2000)的特点是多媒体和智能化，要能提供多元传输速率、高性能、高质量的服务，支持大数据量的多媒体业务。由于无线信道传输媒质的不稳定性及噪声的不确定性，一般的纠错码很难达到较高要求的译码性能(一般要求比特误码率小于10°e)，而Turbo码优异的译码性能，可以纠正高速率数据传输时发生的误码。另外，由于在直扩（CDMA）系统中采用Turbo码技术可以进一步提高系统的容量，所以有关Turbo码在直扩（CDMA）系统中的应用，也就受到了各国学者的重视。（4）面向分组的Turbo码。主要包括面向分组的Turbo码的构造、译码及译码器的分析

Turbo 码在 3G 通信中的应用 1. Turbo 码的研究现状 对于 Turbo 码的研究最初集中于对其译码算法、性能界和独特编码结构的研 究上，经过十多年来的发展历程，已经取得了很大的成果，在各方面也都走向使 用阶段。Turbo 码由于很好地应用了香农信道编码定理中的随机性编译码条件而 获得了接近香农理论极限的译码性能。它不仅在信噪比较低的高噪声环境下性能 优越，而且具有很强的抗衰落、抗干扰能力。目前，Turbo 码的研究主要集中在 以下几个方面： (1)编译码技术。编码方面主要包括对并行级联编码与串行级联编码的分析， 以及对混合级联方式的研究；译码方面主要包括迭代译码、译码算法（最大后验 概率算法 MAP、修正的 MAP 算法 Max-Log-MAP、软输出 Viterbi 算法 SOVA 等） 的研究。 (2)Turbo 码的设计和分析。主要包括交织器的设计、码的级联方式、译码 算法、Turbo 码的性能分析等。在性能分析中，主要对码重分布及距离谱进行分 析，但由于没有相应的理论支持，这种分析只能是近似的，且仅局限于短码长、 小码重的情况。 (3) Turbo 码在直扩(CDMA) 系统中的研究及应用。Turbo 码不仅在信道信 噪比很低的高噪声环境下性能优越，而且还具有很强的抗衰落、抗干扰能力，因 此它在信道条件差的移动通信系统中有很大的应用潜力，在 3G 系统(IMT-2000) 中己经将 Turbo 码作为其传输高速数据的信道编码标准。3G 系统(IMT-2000)的 特点是多媒体和智能化，要能提供多元传输速率、高性能、高质量的服务，支持 大数据量的多媒体业务。由于无线信道传输媒质的不稳定性及噪声的不确定性， 一般的纠错码很难达到较高要求的译码性能(一般要求比特误码率小于 e)， 而 Turbo 码优异的译码性能，可以纠正高速率数据传输时发生的误码。另外，由 于在直扩(CDMA) 系统中采用 Turbo 码技术可以进一步提高系统的容量，所以有 关 Turbo 码在直扩(CDMA) 系统中的应用，也就受到了各国学者的重视。 (4) 面向分组的 Turbo 码。主要包括面向分组的 Turbo 码的构造、译码及 译码器的分析。 6 10

(5）Turbo码与其它通信技术的结合。包括Turbo码与调制技术（如网格编码调制TCM)的结合、Turbo码与均衡技术的结合（Turbo码均衡）、Turbo码编码与信源编码的结合、Turbo码译码与接收检测的结合等等。Turbo码与OFDM调制差分检测技术相结合，具有较高的频率利用率，可有效地抑制短波信道中的多径时延、频率选择性衰落、人为干扰与噪声带来的不利影响。2.3G中Turbo码作用2.13G中的语音编码由于Turbo码的译码算法非常复杂，译码延时长，所以对于时延要求高的业务应用受限，卷积码在无线通信系统中其性能很好的满足了语音通信的要求，它与Turbo码相比具有编码延时小，实现简单的特点，并且卷积码的编码技术相当成熟，是2G的主要编码技术，所以在3G系统中的语音编码采用卷积码。2.23G中信道编码交织深度的选择Turbo码有较大的时延，使得它在对时延要求较高的话音业务中应用受到了限制，但对于其它无编译码时延要求或对时延要求较低的业务，Turbo码的作用就可以得到充分的发挥了。所以，在3G系统中，32kb/s（含32kb/s）以上的业务由Turbo码完成。Turbo码的译码性能除了受交织器随机化作用影响外，它很大程度上取决于交织深度，交织深度越大，译码的误码率越小。在3G系统中，业务速率由32kb/s到2Mb/s，10ms一顿，其顿长由此而来，320bit到20000bit如果顿长等于交织深度，Turbo码的译码性能将有很大的差别。为提高译码器性能，在一些低速业务的场合，可以用多顿组成一个数据块，以加大交织深度。2.3Turbo码在TD-SCDMA系统中的应用在TD-SCDMA系统中，根据不同业务种类的质量要求，将业务质量要求分为两个等级：10-和10（10-和10-代表误码率BER）。其信道编码方案的选择原则是：对于质量要求在10量级的业务，采用卷积码编码方式，对于质量要求在10-量级的业务，采用级联码编码方式。如图3.1所示：

(5) Turbo 码与其它通信技术的结合。包括 Turbo 码与调制技术(如网格编 码调制 TCM)的结合、Turbo 码与均衡技术的结合(Turbo 码均衡)、Turbo 码编码 与信源编码的结合、Turbo码译码与接收检测的结合等等。Turbo码与OFDM调制、 差分检测技术相结合，具有较高的频率利用率，可有效地抑制短波信道中的多径 时延、频率选择性衰落、人为干扰与噪声带来的不利影响。 2. 3G 中 Turbo 码作用 2.1 3G 中的语音编码 由于 Turbo 码的译码算法非常复杂，译码延时长，所以对于时延要求高的业 务应用受限，卷积码在无线通信系统中其性能很好的满足了语音通信的要求，它 与 Turbo 码相比具有编码延时小，实现简单的特点，并且卷积码的编码技术相当 成熟，是 2G 的主要编码技术，所以在 3G 系统中的语音编码采用卷积码。 2.2 3G 中信道编码交织深度的选择 Turbo 码有较大的时延，使得它在对时延要求较高的话音业务中应用受到了 限制，但对于其它无编译码时延要求或对时延要求较低的业务，Turbo 码的作用 就可以得到充分的发挥了。所以，在 3G 系统中，32 kb/s（含 32 kb/s）以上的业 务由 Turbo 码完成。Turbo 码的译码性能除了受交织器随机化作用影响外，它很 大程度上取决于交织深度，交织深度越大，译码的误码率越小。在 3G 系统中， 业务速率由 32kb/s 到 2 Mb/s，10 ms 一帧，其帧长由此而来，320 bit 到 20 000 bit， 如果帧长等于交织深度，Turbo 码的译码性能将有很大的差别。为提高译码器性 能，在一些低速业务的场合，可以用多帧组成一个数据块，以加大交织深度。 2.3 Turbo 码在 TD - SCDMA 系统中的应用 在 TD-SCDMA 系统中，根据不同业务种类的质量要求，将业务质量要求分 为两个等级: 3 10 和 6 10 ( 3 10 和 6 10 代表误码率 BER) 。其信道编码方案的选择 原则是: 对于质量要求在 3 10 量级的业务，采用卷积码编码方式;对于质量要求在 6 10 量级的业务，采用级联码编码方式。如图 3.1 所示:

外部RS编内部卷积编外部交织码码BER *10-3内部Turbo编码交织BER *10-6内部卷积编外部交织图3.1TD-CDMA系统的信道编码其中级联码是RS码与卷积码的串行级联或是特殊卷积码的并行级联，即Turbo码。在TD-SCDMA系统中，Turbo码作为高质量，高速率业务的编码方案，主要是由Turbo码超乎寻常的译码性能所决定的。计算机仿真结果表明在加性高斯白噪声无记忆信道（AWGN）下，对于传输同样长信息位的数据块，Turbo码可以比RS码与卷积码组成的串行级联码多1dB的编码增益，Turbo码已成为移动通信系统信道编码方案的重要组成部分。2.3.1Turbo码的3G交织器达到通信系统性能要求TD-SCDMA系统中Turbo码采用3G交织器，经过仿真，结果证明是非常适合移动通信中Turbo码编码的交织器，由于移动通信的特殊性，传输信息速率一定时，接收端对每一帧都必须已知该顿在发送端的交织模式，否则将给移动信道带来附加传输要求，对每顿都要求传送该顿的交织模式，以便在接收端能正常进行译码。基于这样的条件，移动通信系统中不能使用每顿交织模式变化的随机交织器，而必须采用交织模式固定的分组交织器（但普通的分组交织器是无法达到移动通信系统所要求的性能），3G交织也正是同时考虑交织模式固定和交织位置随机而设计出来的。2.3.2Turbo码的删余技术提高了码率TD-SCDMA要求非常高的传输速率，在Turbo码的应用中为了提高码率，往往采用删余技术，其目的是在满足编译码性能的条件下尽量提高码率。其具体的技术就是按一定的删余矩阵将编码输出序列中的某些比特删除，在译码端将册删

其中级联码是 RS 码与卷积码的串行级联或是特殊卷积码的并行级联，即 Turbo 码。在 TD-SCDMA 系统中，Turbo 码作为高质量，高速率业务的编码方 案，主要是由 Turbo 码超乎寻常的译码性能所决定的。计算机仿真结果表明在 加性高斯白噪声无记忆信道(AWGN) 下，对于传输同样长信息位的数据块， Turbo 码可以比 RS 码与卷积码组成的串行级联码多 1 dB 的编码增益，Turbo 码已成为移动通信系统信道编码方案的重要组成部分。 2.3.1 Turbo 码的 3G 交织器达到通信系统性能要求 TD-SCDMA 系统中 Turbo 码采用 3G 交织器，经过仿真，结果证明是非常 适合移动通信中 Turbo 码编码的交织器，由于移动通信的特殊性，传输信息速率 一定时，接收端对每一帧都必须已知该帧在发送端的交织模式，否则将给移动信 道带来附加传输要求，对每帧都要求传送该帧的交织模式，以便在接收端能正常 进行译码。基于这样的条件，移动通信系统中不能使用每帧交织模式变化的随机 交织器，而必须采用交织模式固定的分组交织器(但普通的分组交织器是无法达 到移动通信系统所要求的性能)，3G 交织也正是同时考虑交织模式固定和交织位 置随机而设计出来的。 2.3.2 Turbo 码的删余技术提高了码率 TD-SCDMA 要求非常高的传输速率，在 Turbo 码的应用中为了提高码率， 往往采用删余技术，其目的是在满足编译码性能的条件下尽量提高码率。其具体 的技术就是按一定的删余矩阵将编码输出序列中的某些比特删除，在译码端将删 图 3.1 TD-CDMA 系统的信道编码 方案 外部 RS 编 码 内部卷积编 码 内 部 交织 内部卷积编 码 外部交织 Turbo 编码 6 BER *10 3 BER *10 外部交织 器

除位用0或1对应信息补上，然后进行译码。因为在信道中噪声的原因，补上比特发生错误的概率为1/2，由于Turbo码具有很强的纠错能力，所以在一定的删除比特范围内删余不会给编码性能造成很大的影响。Turbo码的编码器对每一分组的信息的处理，可以看做是一个分组编码器，由于分量码是递归的，这就是使得很难通过多输入m(m为编码器的寄存器的个数）个0比特让编码器1和编码器2的编码结束状态同时为0.，栅格终止是指在输入信息比特输入完毕后，为了使编码器的结束状态回到0状态而多输入的比特，在每一分组结束，经栅格终止输入后就可以确定知道下一个分组的编码起始状态为全零状态。2.3.3Turbo码和TD-SCDMA系统扩频编码相结合实现多用户检测由于Turbo码有较强的抗衰落和抗多径干扰性能，可以把Turbo码和TDSCDMA系统扩频编码相结合实现多用户检测[3]。如图3.2d.Turbo码编码交织扩频传给校验信道Turbo码编码扩频交织图3.2基于Turbo码的TD-SCDMA系统的多用户检测设有M个用户，针对每个用户，先对其信息数据进行Turbo码编码，编码后的序列经交织后再进行扩频，其中Turbo码编码作为外码，而扩频码作为内码，之间用交织器级联起来，类似于级联码的形式。在接收端，先把接收数据送入匹配滤波器组，分离出各个用户的接收信息，然后根据信道模型计算传递条件概率并进行解扩，得到M个用户接收信息的后验概率后分别送入M个Turbo码译码器，每个Turbo码译码器得到一个软判决输出和一个外部信息，其中外部

除位用 0 或 1 对应信息补上，然后进行译码。因为在信道中噪声的原因，补上比 特发生错误的概率为 1/2，由于 Turbo 码具有很强的纠错能力，所以在一定的删 除比特范围内删余不会给编码性能造成很大的影响。 Turbo 码的编码器对每一分组的信息的处理，可以看做是一个分组编码器， 由于分量码是递归的，这就是使得很难通过多输入 m(m为编码器的寄存器的个 数)个 0 比特让编码器 1 和编码器 2 的编码结束状态同时为 0.，栅格终止是指在 输入信息比特输入完毕后，为了使编码器的结束状态回到 0 状态而多输入的比特， 在每一分组结束，经栅格终止输入后就可以确定知道下一个分组的编码起始状态 为全零状态。 2.3.3 Turbo 码和 TD-SCDMA 系统扩频编码相结合实现多用户检测 由于 Turbo 码有较强的抗衰落和抗多径干扰性能，可以把 Turbo 码和 TD - SCDMA 系统扩频编码相结合实现多用户检测[3]。如图 3.2 设有 M 个用户，针对每个用户，先对其信息数据进行 Turbo 码编码，编码 后的序列经交织后再进行扩频，其中 Turbo 码编码作为外码，而扩频码作为内 码，之间用交织器级联起来，类似于级联码的形式。在接收端，先把接收数据送 入匹配滤波器组，分离出各个用户的接收信息，然后根据信道模型计算传递条件 概率并进行解扩，得到 M 个用户接收信息的后验概率后分别送入 M 个 Turbo 码 译码器，每个 Turbo 码译码器得到一个软判决输出和一个外部信息，其中外部 Turbo 码编码 Turbo 码编码 交织 交织 扩频 扩频 传给校验信道 图 3.2 基于 Turbo 码的 TD-SCDMA 系统的多用户检测 k d k d

信息送回到分支概率产生器，作为下一次译码的先验信息，从而实现Turbo码的迭代译码。2.3.4TD-SCDMA中Turbo码仿真实验在对TD-SCDMA的仿真中，我们的Turbo码译码算法选用了Log-MAP算法，选代次数为8次。其中的传输信道(TrCH)处理和物理信道(PhCH)处理均按照TD-SCDMA标准要求实现。卷积码的译码使用vtierbi算法。下面是仿真的实验结果与分析理想的高斯白噪声信道下的Turbo码和卷积码性能比较为了测试Turbo码和卷积码的基本性能，该次仿真测试没使用PhCH信道部分的调制解调而直接将TrCH信道的数据通过高斯白噪声信道[3]。仿真条件：Turbo码的内部交织器大小为20*66.如图3.3曲线上行下行用户数信道模型信道编码比特率（kbps）端到端112.21AWGN1/3卷积码2164端到端AWGN1/3Turbo码图3.3理想AWGN下Turbo码和卷积码的误码率比较10Turbo码卷积码102世1031010'50.51.522.53013.5Eb/No(dB)

信息送回到分支概率产生器，作为下一次译码的先验信息，从而实现 Turbo 码 的迭代译码。 2.3.4 TD-SCDMA 中 Turbo 码仿真实验 在对 TD-SCDMA 的仿真中，我们的 Turbo 码译码算法选用了 Log-MAP 算 法，迭代次数为 8 次。其中的传输信道(TrCH)处理和物理信道(PhCH)处理均按 照 TD-SCDMA 标准要求实现。卷积码的译码使用 vtierbi 算法。下面是仿真的实 验结果与分析 理想的高斯白噪声信道下的 Turbo 码和卷积码性能比较 为了测试 Turbo 码和卷积码的基本性能，该次仿真测试没使用 PhCH 信道部 分的调制解调而直接将 TrCH 信道的数据通过高斯白噪声信道[3]。 仿真条件：Turbo 码的内部交织器大小为 20*66.如图 3.3 曲线 1 2 上行/下行 端到端 端到端 用户数 1 1 信道模型 AWGN AWGN 信道编码 1/3 卷积码 1/3Turbo 码 比特率（kbps） 12.2 64

分析：Turbo码相比卷积码有明显的增益优势，在误码率为10-4下就已有了2dB的增益。在1dB的单位比特低信噪比下，Turbo码也能获得将近10-的误码率。上行语音业务和数据业务的性能比较如图3.4，仿真条件（SF扩频因子上曲用信道信道编物理资源JD速率比特户线行算法率(SF码匹配数模型( kbCNumTNum)ps)上行11ZF-B1/3卷-49.3%8Case3(16, 1,1)LE积码2上行1/3卷1Case3(8, 1, 1)-33%12.2积码ZF-B3下行641(2, 1, 1)LE-32%Case31/3TurbUPBERofTD-SCDMAbetweendifferentServices10°TCdata64kbs0-Rewdata64kbsCCvoice12.2kbsRawvoice12.2kbsCCvoice8kbs10Rawvoice8kbs10101010023564H1Eb/No(dB)图3.4多种业务误码率比较

分析：Turbo 码相比卷积码有明显的增益优势，在误码率为 4 10 下就已有了 2dB 的增益。在 1dB 的单位比特低信噪比下，Turbo 码也能获得将近 5 10 的误码 率。 上行语音业务和数据业务的性能比较如图 3.4，仿真条件:(SF 扩频因子 图 3.4 多种业务误码率比较 曲 线 1 2 3 上 行 下 行 上行 上行 下行 用 户 数 1 1 1 信道 模型 Case3 Case3 Case3 物理资源 （SF CNum TNum） （16，1，1） （8，1，1） （2，1，1） JD 算法 ZF-B LE ZF-B LE ZF-B LE 信道编 码 1/3 卷 积码 1/3 卷 积码 1/3Turb o 速率 匹 配 -49.3% -33% -32% 比 特 率 （ kb ps） 8 12.2 64

分析：8kbPs的话音业务由于速率匹配时删码率很大（为49.3%，而其它两个业务约为33%)，这对于码率1/3的卷积码是个高负载，故性能要比12.2kbPs的业务性能要差。衰落信道的Turbo码性能与前面的理想AWGN的相比下降了不少，这是由于在Case3的高速运动环境下，多普勒扩展导致信道估计不够精确，以致在扩频因子仅为2的情况下，相干解调未能很好地克服多径衰落，且有大的残留噪声。相比，同样在Case3的高速运动环境下的12.2kbPs的话音业务使用的扩频因子为8，这部分弥补了信道估计加相干解调处理对多径衰落克服的不足，故有较好的性能。上行64kbPs数据业务时不同交织深度（即不同TTI大小）的性能比较，该实验比较了64kbPs数据业务在不同交织深度情况下的性能。曲JD算速上行/用信信道内部交物理资源户率道(SF法织器大数线模编码匹小下行CNun型配TNum上行Case3(2,1,1)ZF-B1/3Turbo-33%20*36112上行LE-32%20*661Case3(2, 1, 1)1/3Turbo上行3-31.61Case3(2, 1, 1)ZF-B1/3Turbo20*130上行LEA1Case3(2,1, 1)1/3Turbo-31.320*130ZF-B

分析:8kbPs 的话音业务由于速率匹配时删码率很大(为 49.3%，而其它两个 业务约为 33%)，这对于码率 1/3 的卷积码是个高负载，故性能要比 12.2kbPs 的 业务性能要差。衰落信道的 Turbo 码性能与前面的理想 AWGN 的相比下降了不 少，这是由于在 Case3 的高速运动环境下，多普勒扩展导致信道估计不够精确， 以致在扩频因子仅为 2 的情况下，相干解调未能很好地克服多径衰落，且有大的 残留噪声。相比，同样在 Case3 的高速运动环境下的 12.2kbPs 的话音业务使用 的扩频因子为 8，这部分弥补了信道估计加相干解调处理对多径衰落克服的不足， 故有较好的性能。 上行 64kbPs 数据业务时不同交织深度(即不同 TTI 大小)的性能比较，该实 验比较了 64kbPs 数据业务在不同交织深度情况下的性能。 曲 线 1 2 3 4 上行/ 下行 上行 上 行 上 行 上行 用 户 数 1 1 1 1 信 道 模 型 Case3 Case3 Case3 Case3 物理资源 （SF CNun TNum （2，1，1） （2，1，1） （2，1，1） （2，1，1） JD 算 法 ZF-B LE ZF-B LE ZF-B LE ZF-B LE 信 道 编 码 1/3Turbo 1/3Turbo 1/3Turbo 1/3Turbo 速 率 匹 配 -33% -32% -31.6 -31.3 内部交 织器大 小 20*36 20*66 20*130 20*130

UP64kbs,1user,BERofTD-SCDMAfordifferentTTI(LowchiprateCase3)10c10msRaw10mTC220msRay￥20ms40ms40msTC80msRaw80ms10810310102345O-8EbNo(dB)图3.5不同交织深度的数据业务的误码率分析：从图可见，随着TTI的增大，数据业务的可靠性性能上升。这是因为随着TTI的增大，Turbo码的一次编码码块大小在增加，于是内部交织器交织深度也在增加。Turbo码的译码性能也将跟随着提升。另外一个原因是，随着TTI增大，TD-SCDMA中的第一次交织器的深度在增大，从而更有效降低衰落。速率匹配的删码率随TTI增大而下降也可作为性能变化的较次要原因。仿真实验结论：相对于同码率的卷积码，Turbo码有着明显的性能优势。其在很低的信噪比下也能获得10-，非常适合功率严格受限的通信应用，如深空通信。在TD-SCDMA中的数据业务中也有好表现。另外，我们从仿真图4.5可看出，Turbo的性能随着数据顿长度和内部交织器的深度的增加而变得更优秀。这些都与理论结果相符。2.4CDMA2000的编码方案CDMA2000同时采用了卷积码和Turbo码两种纠错编码。在高速率、对译码时延要求不高的辅助数据链路中使用Turbo码，以利用其优异的纠错性能，考虑到Turbo码的译码复杂度大、译码时延大的原因，在语音和低速率、对译码时

图 3.5 不同交织深度的数据业务的误码率 分析:从图可见，随着 TTI 的增大，数据业务的可靠性性能上升。这是因为 随着 TTI 的增大，Turbo 码的一次编码码块大小在增加，于是内部交织器交织深 度也在增加。Turbo 码的译码性能也将跟随着提升。另外一个原因是，随着 TTI 增大，TD-SCDMA 中的第一次交织器的深度在增大，从而更有效降低衰落。速 率匹配的删码率随 TTI 增大而下降也可作为性能变化的较次要原因。 仿真实验结论：相对于同码率的卷积码，Turbo 码有着明显的性能优势。其 在很低的信噪比下也能获得 5 10 ，非常适合功率严格受限的通信应用，如深空通 信。在 TD-SCDMA 中的数据业务中也有好表现。另外，我们从仿真图 4.5 可看出， Turbo 的性能随着数据帧长度和内部交织器的深度的增加而变得更优秀。这些都 与理论结果相符。 2.4 CDMA2000 的编码方案 CDMA2000 同时采用了卷积码和 Turbo 码两种纠错编码。在高速率、对译 码时延要求不高的辅助数据链路中使用 Turbo 码，以利用其优异的纠错性能，考 虑到 Turbo 码的译码复杂度大、译码时延大的原因，在语音和低速率、对译码时

延要求比较苛刻的数据链路中使用卷积码，在其他逻辑信道（接入、控制、基本数据、辅助码信道）中也都使用卷积码。在CDMA2000中有10种无线配置(RC1-RC10)，2种扩频速率。不同的扩频速率和无线配置采用了不同的信道编码技术。CDMA2000信道和无线配置很多，所以采用的卷积码有4种，约束长度都是9，码率为1/6、1/4，1/3和1/2。其中码率为1/6的编码器仅在前向信道中采用。协议中采用约束长度为4，码率为1/5，1/4，1/3和1/2的Turbo码。反向链路的补充信道和反向分组数据信道及前向链路的前向补充信道和前向分组数据信道采用了Turbo编码。2.4.1CDMA2000如何实现不同编码码率的要求要得到码率为1/4的Turbo码，需要对第1个分量码的校验比特n(D)和第2个分量码的校验比特n,(D)交替的进行增信删余，要得到速率为1/3的Turbo码，需要对2个分量码的校验比特n,(D)都进行增信删余，要得到码率为1/2的Turbo码，需要对2个分量码的校验比特n,(D)进行增信删余，同是要对2个分量码的校验比特n(D)间隔的进行增信删余。同样通过不同的增信删余方式可以得到系统中所要求的多种不同速率的编码，如3/8，4/9，9/16和9/3。2.4.2栅格终止在CDMA2000中的应用在每顿编码序列的末尾，要增加一些尾比特使编码器能够回到终止状态。由于Turbo码编码器的2个分量编码器之间存在1个内部交织器，而且每个分量编码器又是递归的卷积码编码器，所以很难在每个数据块尾将寄存器状态归零，虽然在仿真中发现带有尾比特的与没有尾比特的译码算法的性能差距不大，但是没有栅格终止会给硬件实现带来麻烦。目前还没有只用M位（寄存器为M个）同时结束2个RSC编码器的简单算法，解决的办法是：在完成所有输入信息编码工作后，让第2个RSC编码器不工作，只将第1个RSC编码器归零（注意：此时无外加信息位输入，编码器的信息位、余位输出由RSC编码器自已产生，这样的优点是栅格图上的状态是连续变化的）。同理，让第1个编码器不工作，只将第2个RSC编码器归零。这样在输入信息的数据之后加入2M个尾比特，就可以实现Turbo码的栅格终止

延要求比较苛刻的数据链路中使用卷积码，在其他逻辑信道（接入、控制、基本 数据、辅助码信道）中也都使用卷积码。 在 CDMA2000 中有 10 种无线配置(RC1-RC10)，2 种扩频速率。不同的扩频 速率和无线配置采用了不同的信道编码技术。CDMA2000 信道和无线配置很多， 所以采用的卷积码有 4 种，约束长度都是 9，码率为 1/6、1/4，1/3 和 1/2。其中 码率为1/6的编码器仅在前向信道中采用。协议中采用约束长度为4，码率为1/5， 1/4，1/3 和 1/2 的 Turbo 码。反向链路的补充信道和反向分组数据信道及前向链 路的前向补充信道和前向分组数据信道采用了 Turbo 编码。 2.4.1 CDMA2000 如何实现不同编码码率的要求 要得到码率为 1/4 的 Turbo 码，需要对第 1 个分量码的校验比特 ( ) n0 D 和第 2 个分量码的校验比特 ( ) n1 D 交替的进行增信删余，要得到速率为 1/3 的 Turbo 码，需要对 2 个分量码的校验比特 ( ) n1 D 都进行增信删余，要得到码率为 1/2 的 Turbo 码，需要对 2 个分量码的校验比特 ( ) n1 D 进行增信删余，同是要对 2 个分 量码的校验比特 ( ) n0 D 间隔的进行增信删余。同样通过不同的增信删余方式可以 得到系统中所要求的多种不同速率的编码，如 3/8，4/9，9/16 和 9/3。 2.4.2 栅格终止在 CDMA2000 中的应用 在每帧编码序列的末尾，要增加一些尾比特使编码器能够回到终止状态。由 于 Turbo 码编码器的 2 个分量编码器之间存在 1 个内部交织器，而且每个分量编 码器又是递归的卷积码编码器，所以很难在每个数据块尾将寄存器状态归零，虽 然在仿真中发现带有尾比特的与没有尾比特的译码算法的性能差距不大，但是没 有栅格终止会给硬件实现带来麻烦。目前还没有只用 M 位（寄存器为 M 个）同 时结束 2 个 RSC 编码器的简单算法，解决的办法是：在完成所有输入信息编码 工作后，让第 2 个 RSC 编码器不工作，只将第 1 个 RSC 编码器归零（注意：此 时无外加信息位输入，编码器的信息位、冗余位输出由 RSC 编码器自己产生， 这样的优点是栅格图上的状态是连续变化的）。同理，让第 1 个编码器不工作， 只将第 2 个 RSC 编码器归零。这样在输入信息的数据之后加入 2M 个尾比特， 就可以实现 Turbo 码的栅格终止

2.5Turbo码在WCDMA移动通信系统中的应用WCDMA系统采用独特的信道编码复用方案支持多媒体业务的传输，较好地实现对具有不同速率和OoS（语音服务质量）要求的各种业务承载。无线移动信道复杂多变，为了提高数据传输的可靠性，WCDMA系统中采用了卷积编码和性能更为优越的Turbo编码。对于速率较低的业务（如话音或信令）一般采用卷积编码，而Turbo编码则应用与高速率数据业务（如144Kbps或384Kbps分组数据业务）。Turbo码的编译码方式有三种，分别是PCCC（并行级联卷积码）、SCCC（串行级联卷积码）和HCC（C混合级联卷积码），在WCDMA系统中采用了并行级联Turbo编译码器PCCC。由两个8状态的分量编码器和一个Turbo内交织器组成。Turbo编码器的码率为1/3。2.5.2WCDMA系统中交织器的设计WCDMA系统信道编码复用方案中两次用到交织，第一次是顿间交织。第二次交织是在10ms的无线顿内进行的交织，也称为帧内交织，使用的是进行30列列间交织的块交织器，输入序列在内交织器内进行列间交换后，滤除填充比特后从交织器输出序列。在传统的信道编码中，使用的交织器的主要目的是抗信道突发错误，即将信道或级联码内译码器产生的突发错误随机化，把由于受到噪声干扰而导致具有相关性的数据恢复成相互独立的输入数据。但Turbo编码器中的交织器除具有上述功能外，还具有一个更为重要的作用一改变码的重量分布。交织器的引入改变了输入序列的距离特性。由于交织器的使用使得Turbo码的编码输出序列中，重量很轻的码字和重量很重的码字都尽可能少，从而控制编码序列的距离特性，使Turbo码的整体纠错性能达到用户所要求的误码率

2.5 Turbo 码在 WCDMA 移动通信系统中的应用 WCDMA 系统采用独特的信道编码复用方案支持多媒体业务的传输，较好 地实现对具有不同速率和 QoS(语音服务质量)要求的各种业务承载。 无线移动信道复杂多变，为了提高数据传输的可靠性，WCDMA 系统中采 用了卷积编码和性能更为优越的 Turbo 编码。对于速率较低的业务(如话音或信 令)一般采用卷积编码，而 Turbo 编码则应用与高速率数据业务(如 144Kbps 或 384Kbps 分组数据业务)。 Turbo 码的编译码方式有三种，分别是 PCCC（并行级联卷积码）、SCCC （串行级联卷积码）和 HCC（C 混合级联卷积码），在 WCDMA 系统中采用了 并行级联 Turbo 编译码器 PCCC。由两个 8 状态的分量编码器和一个 Turbo 内交 织器组成。Turbo 编码器的码率为 1/3。 2.5.2 WCDMA 系统中交织器的设计 WCDMA 系统信道编码复用方案中两次用到交织，第一次是帧间交织。第 二次交织是在 10ms 的无线帧内进行的交织，也称为帧内交织，使用的是进行 30 列列间交织的块交织器，输入序列在内交织器内进行列间交换后，滤除填充比特 后从交织器输出序列。 在传统的信道编码中，使用的交织器的主要目的是抗信道突发错误，即将信 道或级联码内译码器产生的突发错误随机化，把由于受到噪声干扰而导致具有相 关性的数据恢复成相互独立的输入数据。但 Turbo 编码器中的交织器除具有上述 功能外，还具有一个更为重要的作用一改变码的重量分布。 交织器的引入改变了输入序列的距离特性。由于交织器的使用使得 Turbo 码 的编码输出序列中，重量很轻的码字和重量很重的码字都尽可能少，从而控制编 码序列的距离特性，使 Turbo 码的整体纠错性能达到用户所要求的误码率