交织的实际应用

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美瓜模统9878
2016-05-18 · TA获得超过147个赞
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Turbo 码
在前文中我们已经提到自从交织器应用到信道编码中尤其是在近几年刚刚兴起的Turbo 码中,它的对编码整体性能的影响已经越来越受到人们的重视。每种事物的产生必定有它的原因,也肯定有优劣不同的成分,对于交织器当然也不能违反这一客观规律。在Turbo码中其实是可以利用任何一种交织器的,只是由于针对误码率,通信延时或帧长等一系列性能要求,人们就必须选择一个能使编码整体性能有所保障的最佳交织器,下面我们就结合各种交织器的优缺点将其在Turbo 码不同场合下应用中的情况简要的分析一下:
Turbo 码的译码结构图在传输信息帧较短的通信系统中应用Turbo码,采用分组交织更有利一些。这是由于随机交织器在数据帧较短时计算产生的随机数之间存在着较大的相关性。从现有的分析及计算机仿真结果可以得知对于帧长较短的信息序列,当信噪比( SNR)较低肘,分组交织器的性能要优于随机交织器性能。就是在信噪比较大时,前者还是稍优于后者的。例如:在个人通信中最常用的话音标准率为9.6kbit/s,相应的每帧数据长度为192bit,在信噪比小于2.5dB时,采用分组交织器的效果明显比随机交织器好,就是在信噪比较大时,前者也是略优于后者的。所以,对于短帧通信,相比来说还是采用分组交织器比较好。
而当传输信息帧较大时,采用分组交织器的Turbo码要比采用随机交织器在译码性能的体现上逊色不少。这是由于随着交织长度的增大,分组交织前后信息序列的比特位不动点增多,相关性加大,而随机交织器随机数的产生却越来越均匀,交织前后序列相关性将逐渐减小。但是相对于分组交织器它的生成时间却会变得越来越长,从而导致整个系统时延的增大。所以,在信息帧长较长且对译码精确度要求较高但却不要求太高的实时性的通信系统中,最好是采用随机交织器。这样就可以使得Turbo码的整体性能达到最佳状态,例如,宇航器与地面之间的通信,要求宇航器的信息可以在全部接收后慢慢译,可以不考虑延时的影响,因此使用带有随机交织器的Turbo码不失为一种好的选择。不规则交织器虽然从形式土不同于两种交织器,但是大部分是对交织器的一种改进或限制。在本质上是没有什么变化的,其性能从总体上来说是介于两种交织器之间的,所以就不再详细说明。而在具体工程应用中,有时针对分组交织器和随机交织器各自的特点,将二者有机的结合起来组成新的交织器以满足一定通信系统的要求,这就是混合型交织器。其生成的基本原理就是在分组交织的思想下进行随机的读写。从广义上说其实亦是属于随机交织器的一种。
GSM系统
在GSM系统中,信道编码后进行交织,交织分为两次,第一次交织为内部交织,第二次交织为块间交织。
GSM 20ms话音编码交织话音编码器和信道编码器将每一20ms话音数字化并编码,提供456个比特。首先对它进行内部交织,即将456个比特分成8帧,每帧57比特,见图所示。
如果将同一20ms话音的2组57比特插入到同一普通突发脉冲序列中(见图),那么该突发脉冲串丢失则会导致该20ms的话音损失25%的比特,显然信道编码难以恢复这么多丢失的比特。因此必须在两个话音帧间再进行一次交织,即块间交织。普通突发脉冲串把每20ms话音456比特分成的8帧为一个块,假设有A、B、C、D四块,见图所示,在第一个普通突发脉冲串中,两个57比特组分别插入A块和D块的各1帧(插入方式如图、所示,这就是二次交织),这样一个20ms的话音8帧分别插入8个不同普通突发脉冲序列中,然后一个一个突发脉冲序列发送,发送的突发脉冲序列首尾相接处不是同一话音块,这样即使在传输中丢失一个脉冲串,只影响每一话音比特数的12.5%,而这能通过信道编码加以校正。
二次交织
二次交织经得住丧失一整个突发脉冲串的打击,但增加了系统时延。因此,在GSM系统中,移动台和中继电路上增加了回波抵消器,以改善由于时延而引起的通话回音。
问题方向
交织技术的出现和应用,使得好的长码构造置成了可能,使得迭代算法也得到了充分的利用。从而使人们在信道编码中向逼近Shannon极限值又迈进了一步。这确实是令人感到兴奋的技术创新。但是对于交织器的研究还不是很充分,还有很多问题需要解决,这主要表现在以下几个方面:
1. 至今仍没再非常严格的理论推导证明来找到最佳的随机交织器。所以许多设计方法最终只能通过计算机仿真结果来说明问题。2. 对于影响交织器的各项参数的最佳值选择仍没有定论。有时也只能靠计算机模拟搜索出最佳的参考值。3. 结合给定的交织器,从理论上对Turbo码进行完整严格的性能分析还没有。现只在一个平均性能分析。4. 交织器在其他通信系统中的应用也有待于研究和开发。

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