论文总字数：41580字

摘 要

自上世纪信息论的提出后，现代通信技术在几十年来有了突飞猛进的变革，而其中，最为关键的就是信道编译码技术。信息在传输过程中时常收到来自各方面因素的干扰，包括设备器件自身的缺陷和来自内部噪声与信道中的干扰，直接送入信道而不经处理的信息会因毫无检错、纠错能力而根本无可靠性可言，有时严重者可能直接造成通信的失败。为了保证信息传输系统中输出端能尽量准确地再现系统输入端发送的信息，我们采用信道编译码技术，在信息序列中有目的的加入冗余，从而上使之变长，使通信信号间产生关联，形成内部约束，从而减小传送出错的可能。在保证抗干扰性的基础上，尽量地优化编码参数是影响纠错、检错性能的重要因素。为了通信系统的通信质量，对信道编码的参数研究是十分必要的。

本文介绍了线性分组码中的汉明码和循环码、卷积码、Turbo码这几种常见信道编译码技术，简单介绍了新的LDPC码技术，并对前面常见的信道编译码的基本原理、编码算法进行了一定的分析与计算。其中重点对卷积码和Turbo码进行了研究，通过MATLAB工具对信道编译码算法的性能进行仿真模拟。针对其编码思路算法，对其在通信系统中的应用进行了探讨，对二者在复杂度、性能等各方面指标与常见编码进行了对比，分析各自的优缺点，为这两种码型在通信系统中的应用提供了理论依据，从而提出改进它们通信质量的方法。

关键词：信道编译码、卷积码、Turbo码、仿真模拟、通信质量

Abstract

Since the information theory was put forward in the last century, the modern communication technology has made rapid changes in the past decades, and the most important one is the channel coding and decoding technology.In the process of transmission, information often receives interference from various factors, including the defects of equipment and devices and the interference from internal noise and channel. The information directly sent to the channel without processing will have no reliability due to no error detection and error correction ability. in the most severe cases, bad information may directly cause communication failure.In order to ensure that the output end of the information transmission system can reproduce the information sent by the input end of the system as accurately as possible, we use channel coding and decoding technology to purposefully add redundancy in the information sequence, so as to make it longer, make the communication signals associated, and form internal constraints, so as to reduce the possibility of transmission errors. On the basis of anti-jamming, optimizing coding parameters is an important factor that affects the performance of error correction and detection. In order to improve the quality of communication system, it is necessary to study the parameters of channel coding.

This paper introduces several common channel coding techniques in linear block codes, such as Hamming code, cyclic code, convolution code and Turbo code. LDPC code technology is briefly introduced, and the basic principles and coding algorithms of channel coding commonly used before are analyzed and calculated.The convolution code and Turbo code are mainly studied. The performance of channel coding algorithm is simulated by MATLAB. In view of their encoding ideas and algorithms, their applications in communication systems are discussed, their complexity, performance and other indicators are compared with common encoding, their advantages and disadvantages are analyzed, which provides theoretical basis for the application of these two types in communication systems, and then puts forward methods to improve their communication quality.

Key Words：Channel Coding, Convolution Code, Turbo Code, Simulation, Communication Quality

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 课题研究的目的和意义 1

1.2 国内外发展现状 1

1.3 课题研究的主要内容 2

第二章 信道编码基本理论 3

2.1 通信信道 3

2.1.1 信道容量 3

2.1.2 AWGN（加性高斯白噪声）信道简介 4

2.2信道编码简介 4

2.2.1 有噪信道编码定理 5

2.2.2 信道编码系统模型与性能指标 5

2.3几种常见的信道编码 6

2.3.1 汉明码 6

2.3.2 循环码 8

2.3.3 LDPC码 10

2.4 本章小结 11

第三章 卷积码介绍与性能分析 12

3.1 卷积码编码 12

3.2 卷积码译码 13

3.2.1 卷积码的代数译码 13

3.2.2 卷积码的序列译码 14

3.2.3 卷积码的维特比译码 14

3.3 卷积码与常见信道编码的性能比较 15

3.4 卷积码的性能分析 15

3.4.1 卷积码的约束长度对性能的影响 16

3.4.2 卷积码的回溯长度对性能的影响 17

3.4.3 卷积码的不同码率对性能的影响 18

3.5 本章小结 18

第四章 Turbo码介绍与性能分析 19

4.1 Turbo码编码 19

4.1.1 分量编码器 20

4.1.2 交织器 20

4.1.3 删除器 21

4.2 Turbo译码原理 21

4.3 Turbo码译码算法 22

4.3.1 MAP算法 22

4.3.2 Log-MAP算法 23

4.3.3 Max-Log-MAP算法 23

4.4 Turbo码的性能分析 23

4.4.1 Turbo码的仿真流程 23

4.4.2 Turbo码的迭代次数对性能的影响 25

4.4.3 Turbo码的算法对性能的影响 27

4.4.4 Turbo码的交织长度对性能的影响 28

4.5 本章小结 29

第五章 总结与展望 30

参考文献 31

附录A 32

附录A1 32

附录A2 36

附录A3 38

附录A4 41

附录B 43

附录B1 43

附录B2 47

致谢 50

第一章 绪论

1.1 课题研究的目的和意义

信道编码，在传输码元序列的过程对码元序列按照一定的规律进行一系列加码、排列、重复的操作，以此减小信道噪声影响从而提高信息传输的可靠性的理论方法。

1948年，随着一篇论文《通信的数学理论》的发表，信息与编码理论学科逐渐成型。作为现代通信系统的基石，在这几十年来，信道编码技术取得了突飞猛进的发展，不断地逼近香农极限。信道编码技术的发展带动了数字通信领域尤其是相关的移动、计算机等通信领域也有了巨大的发展。人们为了能让信息传送的更准确、更快，对于通信编码的研究从未停歇，几十年来，各式各样的编译码方案和设备被研发出来，作用于不同的通信领域上。

由于现实中的信道并非理想状态，有着因为各种原因如硬件问题或者来源于外部环境而产生各种各样的噪声干扰，导致在信道中传输的信息难免会出错, 所以信道编码要进行重复，在信息序列中根据一定的规律增加关联重复部分, 根据这种相关性来对错误信息进行检查纠正, 尽量减少码流传输中错误码字的带来的干扰，让接收到的信息序列更加可靠。不仅如此，一个优秀的信道编码还可以改善通信系统的整体结构，为系统节省出更多的通信资源。

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