一种利用Turbo码纠删特性的并行信息传输方法＊

王云飞 郑晨熹 苏全超 刘绍华

（广州海格通信集团股份有限公司 广州 510663）

1 引言

信道编码是提高信息传输可靠性的有效手段，1993年Berrou C［1～2］等人提出的Turbo码方案以其接近Shannon限的良好性能引起了编码界的广泛关注，在各个方面得到广泛的应用。Turbo码不仅在第三代移动通信系统（3G）中被各种标准采用作为高速数据业务的信道编码方式，而且在“准4G”的LTE（长期演进计划）中也被列为备选的信道编码方案。

Turbo码不仅具备显著的纠错性能，同时也具备良好的纠删特性，本文首先对Turbo的纠删特性进行介绍，然后介绍了并行信息数据传输，并讨论了Turbo码纠删特性实现并行数据传输的方法。仿真显示，一定比例内的删除所导致Turbo性能下降有限，实现了传输性能和效率的统一。

2 Turbo纠删特性

一般通信系统中，前向纠错码所纠正的错误位置通常事先是未知的，但当系统中信道为删除信道时，错误的数据将被遗弃，由于丢失的数据在数据序列中的位置是已知的，那么译码性能将会得到一定的提高。

Turbo码是一类软输入软输出的编码方式，能够充分利用软信息和迭代译码提高性能，具备靠近Shannon理论限的良好性能［2～3］。高码率的Turbo码是通过将部分校验比特删除得到的，在译码时将被删除的比特软信息置0，即等价于经过了删除信道的处理，所以Turbo码天生具备良好的纠删特性。只要将被删除位置的软信息置0，结合正常接收的软信息一起进行Turbo译码操作，即可实现纠删功能。

3 并行信息传输

在某些特定的业务要求下，要求实现并行传输多路信息，每路信息长度不同，甚至编码，调制方式都会有所差异，如果采用频分或时分等多址方式，将占用宝贵的信道资源。同时，如果某一时刻是否采用并行传输方式，而且并行传输多少路信息等条件是动态变动的，采用固定资源分配方式将会导致信道资源的浪费。一种典型的应用方式是在大量数据传输中，某些时刻可能需要并行传送少量信息，例如在连续的视频流业务传输中，偶尔需要插入语音或短消息等短报文业务。

针对这种业务模型，可对主要数据传输流采用Turbo编码，当需要并行传输时，在Turbo码字序列的特定位置进行删除，Turbo码字序列中被删除的位置用于并行传输其它信息序列，从而实现并行信息传输。利用Turbo码的纠删特性，在接收端将被删除的码字恢复。虽然部分码字的删除将导致Turbo码性能有一定的下降，但幸运的是，第5部分的仿真将显示。一定比例内的删除所导致的Turbo码性能下降十分有限。

当不进行并行信息传输时，Turbo 码获得最佳的BER性能，当需要并行信息传输时，以略微下降的BER 性能实现系统容量的增加，实际体现了传输性能和效率的相互转化。

并行传输的信息流可以具备不同的编码和调制方式，以调制符号的形式进行并行传输，图1给出了对Turbo调制符号进行删除后并行传输的示意图。

图1 调制符号删除方式

如果待发送信息的调制方式都相同，则可进行编码比特的删除，然后对混合编码比特统一进行调制，从而提高传输性能，以下如果不进行特别的说明，都是指进行编码比特删除方式，如图2。

图2 编码比特删除方式

通过对Turbo码删除比例的调整，可以实现不同长度信息流的并行传输。由于各个并行信息流之间是相互不影响的，可根据实际业务要求，通过不同的编码，调制方式实现不同的传输可靠性，所以这里不再详细讨论。以下重点讨论不同的删除比例下，Turbo码性能损失的程度。

4 删除位置

为了尽可能降低删除导致的Turbo码的性能损失，对删除符号的位置需要进行特别的设计，由于Turbo码码字由系统比特和校验比特组成，而且不同码字之间存在关联，Turbo译码时分量译码器利用这种关联性进行最大似然软输入软输出（SISO）译码［8～9］，并进行迭代交换外信息，从而达到提升性能的目标。如果某个码字的系统和校验比特被全部删除，该码字将完全依赖相邻码字的纠正，这将导致较差的译码效果。其次，如果连续若干个码字的系统（校验）比特都被删除，则码字之间的关联性将被削弱，不利用SISO 译码。所以，删除位置需要满足以下几个要求：

1）编码后的系统比特和校验比特单独存储；

2）对系统，校验比特分别进行均匀删除；

3）系统，校验比特起始删除位置尽量错开，避免同一个码字的系统，校验比特被同时删除。

例如对分量码率为1／2的Turbo码，以表示系统比特流，分别表示第一，二个分量编码器的校验比特流，

进行1／4比例编码比特删除，利用以上规则得：系统比特流→X的删除位置为｛0，4，8，…｝；校验比特流→P的删除位置为｛2，6，10，…｝。

5 性能仿真

由于Turbo码性能难以进行理论分析，所以下面主要以仿真对其性能进行验证。仿真中采用CDMA2000系统的Turbo码，RSC分量码码率为1／3，传输函数为

通过不同的删于矩阵，得到1／2.1／3，1／4码率的输出。如不进行特别说明，以下仿真都假设Turbo译码迭代次数为十次，理想信道估计，无频偏的情况下进行。调制方式为QPSK 调制，信息比特均为长度为1024，交织器为经过搜索得到的S＝16的S 交织器，译码算法采用MAX-LOG＿MAP算法，分别用1／2和1／4的Turbo码率，对不同的编码比特删除比例下，仿真结果如图3～4：在1e-5的BER 性能上，以图表方式体现不同删除比例下，与无删除情况下相比的性能损失如表1所示：

图3 1／2码率下的删除性能

图4 1／4码率下的删除性能

表1 性能损失表（dB）

可以看到，当删除比例为1／16 时，性能损失仅为0.5dB。而且1／4码率的Turbo码具备更高的抗删除性能。

6 结语

本文介绍了利用Turbo码纠删特性实现并行信息传输的方法，并对不同删除比例下的Turbo码性能进行了仿真，仿真结果表明一定比例的删除对Turbo码性能影响不大，实现了传输性能和效率的统一。

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