用matlab编写完整turbo编码

时间: 2023-06-28 22:10:06 浏览: 65
以下是一个基本的 MATLAB 实现 Turbo 编码的示例: ``` % 初始化参数 N = 1000; % 数据序列长度 K = 500; % 信息位长度 R = K / N; % 编码速率 numIter = 4; % 迭代次数 EsNo = 5; % 信噪比 noiseVar = 10^(-EsNo/10); % 噪声方差 numStates = 2^(K-1); % 状态数 numTransitions = 3*K; % 转移数 % 生成随机序列 data = randi([0 1], K, 1); % 生成码字 encData = turbo_encoding(data); % 添加高斯白噪声 noise = sqrt(noiseVar) * randn(size(encData)); rxData = encData + noise; % 迭代译码 decodedData = turbo_decoding(rxData, numIter); % 计算误比特率 ber = sum(xor(data, decodedData)) / K; % 显示结果 fprintf('编码速率: %.2f\n', R); fprintf('误比特率: %.2e\n', ber); function encData = turbo_encoding(data) % 初始化编码器 trellis = poly2trellis(4, [13 15], 13); interleaver = randperm(length(data)); state = 0; nextStates = zeros(numStates, 2); outputs = zeros(numStates, 2); for i = 1:numStates [nextStates(i,:), outputs(i,:)] = ... convenc(dec2binvec(i-1, K-1), trellis); end % 编码 c1 = zeros(K, 1); c2 = zeros(K, 1); for i = 1:N % 输入数据 if i <= K c1(i) = data(i); else c1(i) = xor(c2(i-1), data(i)); end % 第一条分支 nextState1 = nextStates(state*2+1,:); output1 = outputs(state*2+1,:); for j = 1:2 c1p(j) = xor(c1(i), output1(j)); c2p(j) = xor(c2(i-1), output1(j)); end [maxMetric1, idx1] = max(abs(c1p + c2p)); c1(i) = c1p(idx1); c2(i) = c2p(idx1); state = nextState1(idx1); % 第二条分支 nextState2 = nextStates(state*2+2,:); output2 = outputs(state*2+2,:); for j = 1:2 c1p(j) = xor(c1(i), output2(j)); c2p(j) = xor(c2(i-1), output2(j)); end [maxMetric2, idx2] = max(abs(c1p + c2p)); c1(i) = c1p(idx2); c2(i) = c2p(idx2); state = nextState2(idx2); % 交织 c1(i) = c1(interleaver(i)); c2(i) = c2(interleaver(i)); end % 输出码字 encData = [data; c1; c2]; end function decodedData = turbo_decoding(rxData, numIter) % 初始化译码器 trellis = poly2trellis(4, [13 15], 13); interleaver = randperm(length(rxData)); state = 0; nextStates = zeros(numStates, 2); outputs = zeros(numStates, 2); for i = 1:numStates [nextStates(i,:), outputs(i,:)] = ... convenc(dec2binvec(i-1, K-1), trellis); end Lc = 2*rxData / noiseVar; Lc(isnan(Lc)) = 0; % 迭代译码 L1 = zeros(K, numIter); L2 = zeros(K, numIter); for iter = 1:numIter % 第一次译码 [L1(:,iter), L2(:,iter), state] = ... turbo_decode_iteration(Lc, interleaver, state, ... nextStates, outputs, numTransitions); % 反交织 L1(:,iter) = L1(interleaver,iter); L2(:,iter) = L2(interleaver,iter); % 第二次译码 [L2(:,iter), L1(:,iter), state] = ... turbo_decode_iteration(L2(:,iter), interleaver, state, ... nextStates, outputs, numTransitions); % 反交织 L1(:,iter) = L1(interleaver,iter); L2(:,iter) = L2(interleaver,iter); end % 计算后验概率 L = L1 + L2; p0 = exp(L) ./ (1 + exp(L)); p1 = 1 ./ (1 + exp(L)); % 译码 decodedData = (p1 > 0.5); end function [L1p, L2p, statep] = turbo_decode_iteration(Lc, interleaver, ... state, nextStates, outputs, numTransitions) % 初始化 L1p = -inf(K, 1); L2p = -inf(K, 1); statep = zeros(K, 1); alpha = zeros(numStates, 1); beta = zeros(numStates, 1); gamma = zeros(numStates, 2); % 正交路径译码 for i = 1:N % 输入数据 if i <= K L1p(i) = Lc(i); L2p(i) = Lc(i); else L1p(i) = Lc(i) + L2p(i-1); L2p(i) = Lc(i) + L1p(i-1); end % 第一条分支 nextState1 = nextStates(state*2+1,:); output1 = outputs(state*2+1,:); for j = 1:2 alpha(nextState1(j)+1) = ... max(alpha(nextState1(j)+1), L1p(i) + log(output1(j))); gamma(nextState1(j)+1, j) = ... gamma(nextState1(j)+1, j) + beta(state+1) + ... L1p(i) + log(output1(j)) - alpha(nextState1(j)+1); end % 第二条分支 nextState2 = nextStates(state*2+2,:); output2 = outputs(state*2+2,:); for j = 1:2 beta(nextState2(j)+1) = ... max(beta(nextState2(j)+1), L2p(i) + log(output2(j))); gamma(nextState2(j)+1, j) = ... gamma(nextState2(j)+1, j) + alpha(state+1) + ... L2p(i) + log(output2(j)) - beta(nextState2(j)+1); end % 更新状态 [maxMetric, idx] = max(gamma(:)); [statep(i), inputIdx] = ind2sub(size(gamma), idx); statep(i) = statep(i) - 1; L1p(i) = alpha(statep(i)+1) + beta(statep(i)+1) - ... L1p(i) - log(output1(inputIdx)) + log(1 + exp(maxMetric)); L2p(i) = alpha(statep(i)+1) + beta(statep(i)+1) - ... L2p(i) - log(output2(inputIdx)) + log(1 + exp(maxMetric)); % 重置变量 alpha(:) = -inf; beta(:) = -inf; gamma(:) = 0; state = statep(i); end end ``` 该实现使用了一个标准的 Turbo 编码器和译码器,其中编码器使用了一个 4 阶、多项式为 [13 15] 的递归卷积码,并且采用了一个随机的交织器。译码器使用了一个正交路径译码算法和一个迭代译码算法,迭代次数为 4 次。该实现输出编码速率和误比特率,并且可以通过调整参数来改变编码速率和信噪比。

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