Turbo码原理与应用技术

　　Turbo码是继1982年TCM技术提出以来信息和编码领域最重大的研究成果。本书主要介绍Turbo码的原理及其应用技术。在介绍Turbo码的基本编码和译码原理及译码算法的基础上，详细介绍了Turbo码的特点、分析方法、分量码和交织器等关键部件的设计，对Turbo迭代译码的原理和收敛性以及迭代停止准则等内容进行了深入剖析，并对Turbo迭代原理用于信道估计、迭代均衡以及信号同步等方面的内容进行了重点介绍。本书以介绍Turbo编码技术的基本思想和原理为基础，既有基本概念的分析和解释，又注重重要理论的推导和仿真实验的验证，在内容编排上力求使读者明确了解和学习这些技术的理论意义和应用价值。本书可作为大专院校信息技术各专业的高年级本科生、研究生、教师以及科研院所从事纠错码研究和希望了解及掌握Turbo码最新技术的科研技术人员的参考书。

　　刘东华，2002年毕业于国防科学技术大学，获信息与通信工程专业博士学位。主要研究方向为信息论与纠错编码、医学图像处理等。对Turbo码这一新型信道编码技术有较深入的研究，在国内核心期刊上发表多篇相关论文。目前主要针对Turbo码在第三代移动通信系统中的应用开展研究工作。

第1章  绪论（1）
1.1  数字通信系统的结构（1）
1.2  信道编码理论的发展（3）
1.3  TURBO码编译码方案的提出（9）
1.4  TURBO码的研究状况（11）
参考文献（18）
第2章  差错控制编码基础（20）
2.1  信道模型和信道容量（20）
2.1.1  信道容量（20）
2.1.2  信道模型及其信道容量（23）
2.2  分组码（32）
2.2.1  线性分组码（32）
2.2.2  循环码（38）
2.3  卷积码（40）
2.3.1  卷积码的基本概念和编码方法（40）
2.3.2  卷积码的距离特性和重量分布（50）
2.3.3  结尾卷积码（52）
2.3.4  删余卷积码（52）
2.3.5  恶性卷积码（53）
2.3.6  卷积码的Viterbi译码（53）
2.3.7  递归系统卷积码（59）
2.4  网格编码调制（TCM）技术（61）
2.4.1  TCM编码原理及基本结构（62）
2.4.2  克服载波相位模糊的旋转不变码（65）
2.4.3  多维网格编码调制（66）
参考文献（66）
第3章  TURBO码基础（68）
3.1  TURBO码的编码（68）
3.1.1  Turbo码的编码结构（68）
3.1.2  SCCC的编码结构（71）
3.1.3  HCCC的编码结构（71）
3.2  TURBO码的译码结构（72）
3.2.1  PCCC的译码结构（72）
3.2.2  SCCC的译码结构（78）
3.2.3  HCCC的译码结构（78）
3.3  基于后验概率的软输出译码算法（79）
3.3.1  MAP译码算法（79）
3.3.2  Log-MAP算法（82）
3.4  软输出VITERBI译码算法（86）
3.4.1  软输出Viterbi算法原理（86）
3.4.2  SOVA（89）
3.4.3  MAP类算法与SOVA算法的复杂性比较（93）
3.5  通用软输入软输出译码算法（94）
3.5.1  乘法SISO算法（97）
3.5.2  加法SISO算法（98）
3.6  TURBO码的性能分析（100）
3.6.1  Turbo码的性能特点（100）
3.6.2  设计参数对Turbo码性能的影响（103）
3.6.3  不同信道条件下Turbo码的性能（116）
3.6.4  小结（122）
参考文献（123）
第4章  TURBO码的设计（126）
4.1  TURBO码的性能限（126）
4.1.1  Turbo码的重量分布特性（126）
4.1.2  Turbo码的误比特率性能限（129）
4.2  TURBO码自由距离的计算（133）
4.2.1  Turbo码的自由距离渐近特性（133）
4.2.2  自由距离的计算（136）
4.3  TURBO码的距离谱（145）
4.3.1  交织器对Turbo码距离谱的影响（145）
4.3.2  均匀交织条件下Turbo码的距离谱（148）
4.3.3  交织长度对Turbo码距离谱的影响（152）
4.3.4  均匀交织条件下Turbo码的平均自由距离（155）
4.3.5  距离谱细化（157）
4.4  TURBO码的设计（161）
4.4.1  交织器增益（162）
4.4.2  有效自由距离（164）
4.4.3  Turbo码的设计（164）
4.5  非对称TURBO码的设计（172）
4.6  TURBO码的能量分配方案（176）
4.6.1  功率分配方案（176）
4.6.2  迭代译码算法的修正（178）
参考文献（180）
第5章  迭代译码（182）
5.1  外部信息的统计特性及应用（182）
5.1.1  外部信息的概念（182）
5.1.2  外部信息的统计特性（182）
5.1.3  外部信息统计量随迭代次数的变化（184）
5.1.4  基于外部信息统计值的迭代停止准则（189）
5.1.5  迭代译码收敛性（192）
5.2  迭代译码的收敛性（194）
5.2.1  外部信息转移度量（194）
5.2.2  迭代译码过程与外部信息转移曲线的关系（199）
5.2.3  外部信息转移图的应用（200）
5.3  迭代译码停止准则分析（202）
5.3.1  停止准则的定义（203）
5.3.2  采用停止准则时的译码性能（206）
5.4  常用的迭代停止准则（214）
5.4.1  交叉熵准则（214）
5.4.2  SCR准则（217）
5.4.3  HDA准则（218）
5.4.4  SDR准则（218）
5.4.5  CRC准则（220）
5.4.6  仿真验证（220）
5.4.7   准则（222）
5.5  迭代译码算法的简化（223）
5.5.1  根据迭代译码特点简化Log-MAP算法（224）
5.5.2  指数和对数运算的简化（226）
5.5.3  减小迭代译码算法延时（229）
参考文献（233）
第6章  交织器的设计（236）
6.1  交织器设计概述（236）
6.1.1  交织器的基本概念（236）
6.1.2  交织器结构对Turbo码性能的影响（237）
6.1.3  交织器的设计（237）
6.2  典型交织器设计（239）
6.2.1  规则交织器（239）
6.2.2  伪随机交织器（242）
6.2.3  交织器的属性（243）
6.3  编码匹配交织器（257）
6.3.1  设计分析（257）
6.3.2  设计步骤（260）
6.3.3  交织器的性能（261）
6.4  基于黄金分割的交织器设计（262）
6.4.1  黄金分割的基本思想（262）
6.4.2  基于黄金分割的交织器设计（263）
6.4.3  性能分析（264）
6.5  基于IDS和最小距离的交织器设计（266）
6.5.1  迭代译码的相关性（266）
6.5.2  与IDS相关的交织器设计算法（268）
6.5.3  基于IDS和最小距离的新的交织器（271）
参考文献（277）
第7章  TURBO网格编码调制（279）
7.1  T-TCM1（279）
7.1.1  二维Turbo编码调制（279）
7.1.2  多维Turbo编码调制（281）
7.1.3  I-Q T-TCM方案（283）
7.2  T-TCM2（284）
7.2.1  编码结构（284）
7.2.2  译码结构及Log-MAP译码算法（286）
7.2.3  T-TCM2的性能（288）
7.2.4  删余系统比特的T-TCM方案（290）
参考文献（293）
第8章  迭代原理的应用（294）
8.1  AWGN 信道上联合信道信噪比估计和译码（294）
8.1.1  信噪比估计对Turbo码性能的影响（294）
8.1.2  两种常用的信噪比估计器（296）
8.1.3  联合信道信噪比估计和译码（300）
8.2  衰落信道上联合信道估计和译码（304）
8.2.1  系统模型（304）
8.2.2  Turbo码的信道估计（306）
8.3  TURBO均衡（320）
8.3.1  经典均衡模型和算法（320）
8.3.2  Turbo均衡的概念和模型（322）
8.3.3  软输出Turbo均衡算法（323）
8.3.4  Turbo均衡的性能（328）
8.4  迭代多用户检测（331）
8.4.1  系统模型（331）
8.4.2  迭代多用户接收机（333）
8.4.3  系统分析（335）
8.4.4  性能仿真（337）
参考文献（339）
第9章  TURBO码系统的同步（342）
9.1  基于最大似然准则的信号估计算法（342）
9.1.1  经典估计方法和系统模型（342）
9.1.2  最大似然符号定时同步（346）
9.1.3  最大似然载波相位同步（349）
9.1.4  Turbo迭代译码与信号同步的关系（352）
9.2  TURBO码的符号定时同步（353）
9.2.1  符号定时偏移对Turbo码性能的影响（353）
9.2.2  利用迭代译码特性实现定时偏移估计（357）
9.3  载波相位偏移估计（367）
9.3.1  载波相位偏移对Turbo码性能的影响（367）
9.3.2  利用迭代译码特性实现载波相位偏移估计（370）
参考文献（375）