基于Turbo码的信道编译码性能仿真系统

资 源 简 介

本项目通过MATLAB构建了一个完整的Turbo码仿真平台，旨在分析不同译码算法及参数对信道传输质量的影响。

详 情 说 明

基于Turbo码的信道编译码性能仿真系统

项目介绍

本项目是一个基于MATLAB开发的通信系统仿真平台，专注于分析Turbo码在加性高斯白噪声（AWGN）信道下的误码率（BER）性能。系统完整实现了从信源产生、递归系统卷积码（RSC）编码、交织、BPSK调制到信道传输，以及接收端的Log-MAP迭代译码全过程。该仿真系统能够量化信噪比（Eb/No）和迭代次数对译码质量的影响，是研究纠错编码理论及其算法实现的典型工具。

功能特性

1. 标准Turbo编码结构：采用1/3码率结构，包含一个系统位和两个由递归系统卷积码生成的校验位。
2. Log-MAP译码算法：在对数域实现BCJR算法，通过雅可比对数（Jacobian Logarithm）修正，在保证译码性能的同时避免了传统MAP算法中的浮点溢出问题。
3. 多迭代统计：支持在同一仿真过程中提取不同迭代次数下的误码率数据（如1、2、4、6次迭代），以便直观对比迭代增益。
4. 动态仿真终止机制：设置了目标错误数和最大仿真帧数双重控制，在保证统计精度的同时也兼顾了低信噪比下的仿真速度。
5. 结果可视化：自动生成半对数坐标下的信噪比-误码率曲线图，清晰展现Turbo码的“瀑布区”性能。

系统要求

1. 软件环境：MATLAB R2016a 或更高版本。
2. 基础组件：无需外部工具箱，核心算法均采用原生MATLAB函数实现。

系统实现逻辑

1. 参数配置：系统预设帧长为400比特，信噪比范围设定在0至2.5dB之间。仿真采用8状态RSC编码器，生成多项式使用标准配置。
2. 状态表初始化：在仿真开始前，系统通过生成多项式逻辑自动计算所有可能的状态转移，生成状态转移矩阵、输出位图及输入位查找表，为后续编解码提供基础。
3. 编码流程：

* 第一路RSC直接对原始信息序列进行编码，产生系统位和第一位校验。 * 通过随机交织器打乱信息序列顺序。 * 第二路RSC对交织后的序列进行编码，提取其校验位。

1. 信道模拟：将编码后的0/1序列映射为BPSK符号，并在指定的信噪比下叠加高斯白噪声。
2. 迭代译码：

* 两个Log-MAP译码器串联工作，并通过交织/解交织器交换外信息（Extrinsic Information）。 * 每个译码器计算分支度量（Gamma）、前向度量（Alpha）以及后向度量（Beta）。 * 在每一轮迭代结束后，计算对数似然比（LLR）并进行硬判决，统计当前迭代次数下的错误比特数。

1. 数据处理：当所有信噪比点计算完成后，系统计算平均误码率并绘制多特征曲线。

关键环节分析

• 状态转移生成：通过移位寄存器反馈与向前多项式的异或逻辑，精准刻画8状态编码器的运行轨迹，这是实现RSC编码的核心。
• Log-MAP核心实现：全代码在对数域进行计算，利用 Jacobian 修正公式（max_star函数）处理 alpha 和 beta 的递归融合，既保留了最大后验概率算法的精确性，又优化了计算稳定性。
• 归一化处理：在 alpha 和 beta 的递推过程中实施动态归一化，有效防止了深度迭代过程中的数值溢出风险。
• 外信息传递机制：译码器之间仅交换外信息而非全信息，确保了迭代过程的收敛性和译码增益，体现了Turbo码的核心思想。

使用方法

1. 启动MATLAB并进入程序所在目录。
2. 运行主仿真脚本。
3. 命令行窗口会实时显示当前信噪比、迭代次数以及对应的误码统计信息。
4. 仿真完成后，系统将自动弹出误码率性能曲线图，用户可根据图形分析不同参数配置下的性能差异。