基于Turbo码的交织器设计与实现

　　在对几种交织器原理进行分析的基础上，通过对其在Turbo码编解码中的应用，结合具体信道进行了性能仿真，最后比较了它的性能，提出了一种优化的设计方案，采用FPGA技术实现并验证了设计的正确性。

　　1 引言

　　C.Berrou等学者于1993年首先提出了Turbo码这一信道纠错编译码新概念，它是在综合过去几十年来的级联码、乘积码、最大后验概率译码与迭代译码等理论的基础上的一种创新。Turbo码的基本原理是，通过编码器的巧妙构造，即多个子码通过交织器进行并行或串行级联(PCC/SCC)，然后，以类似内燃机引擎废气反复利用的机理进行迭代译码，从而获得卓越的纠错性能，Turbo码也因此得名。

　　在Turbo码的编解码中，无论是编码还是解码，交织单元都是其中很重要的一个环节，图1所示为Turbo译码的原理框图，在成员译码器1与成员译码器2之间的前向通路和反馈通道分别存在有交织和解交织单元，他们的交织方式和规模影响着整个译码的性能。本文将就Turbo码中交织器参数的选择及其性能和实现进行探讨。

　　2 Turbo码交织器原理及结构

　　根据交织器的来源和交织方式不同，我们可以把交织器概括为三类：一类是Turbo码论著中的标准交织器(Standard Interleavers);一类是已经设计出来的经过测试发现一些问题的;另外一类就是结合具体应用，选用一些优化的交织器设计方法来设计的。本文将通过对前两类的总结，结合Turbo码在通信传输系统中的具体应用，提出一种优化的交织器设计方案。

　　交织的目的就是将信道中突发错误的位置随机化，对于级联纠错码中使用的交织器来讲，衡量其性能的很重要的参数就是它对突发错误的扩散能力。通信系统中常用的标准交织方式一般有这样几种：一种为分组交织(矩形交织)方式。这种交织器采用R×C矩阵形式，图2(a)为码字重量为4的矩形交织示意图，按行顺序地写入数据，然后按列读出，序列的重量不会改变。作为矩阵的特殊形式T×T，正方形交织的行和列各有一个1和(T1)个0，如果1出现在第I行第j列，则交织器将输入的第I个符号移到输出的第j号位置。我们可以通过增大块交织的规模来提高系统的性能。另外一种标准交织方式是对上述矩阵形式的改进，其中，序列按照i行和j列写入，按照iT行和jT列读出，iT和jT表达式如式(1)和式(3)所示。其中，ξ的值见式(2)，从图2(b)可以得到P(ξ)的值。式(1)中，

　　是交织器的维数。

　　标准交织器的第三种形式为螺旋交织器，它是矩形交织器的另外一种改进形式，由R行和C列组成，数据按行顺序写入，沿对角线读出，从左下角开始依次读出。还有一种标准交织方式叫做卷积交织，它将输入序列通过递增的I个移位寄存器分路成I个子序列，这样，对每个序列来讲，就会引入不同的时延。如图3所示，输出采用相反的方法还原成原来的顺序。