3G即第三代移動(dòng)通信，主流制式分為三大類———WCDMA , CDMA2000 和中國的TD-SCDMA 。理想的3G要求必須能夠支持全I(xiàn)P高速分組數(shù)據(jù)傳輸(數(shù)據(jù)速率為數(shù)十甚至數(shù)百M(fèi)bit/ s) 、支持高的終端移動(dòng)性(移動(dòng)速度高達(dá)每小時(shí)幾百公里) 、支持高的傳輸質(zhì)量(數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的誤碼率低于10- 6) 、提供高的頻譜利用率和功率效率(發(fā)射功率降低10dB 以上) ,并能夠有效地支持在用戶數(shù)據(jù)速率、用戶容量、服務(wù)質(zhì)量和移動(dòng)速度等方面大動(dòng)態(tài)范圍的變化。而為了解決這些難題，就必須有好的編碼技術(shù)。具有強(qiáng)糾錯(cuò)能力的Turbo 碼受到各個(gè)移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)的青睞。下面是整理的關(guān)于Turbo碼的文字：

Turbo 碼使工程師可以在一個(gè)信道里傳輸多得多的無誤碼數(shù)據(jù)，從而將成為下一代多媒體移動(dòng)通信的關(guān)鍵 在超塵脫俗的技術(shù)研究領(lǐng)域，一篇深?yuàn)W的論文通常很少受到嘲笑。更為罕見的是這篇論文后來竟又被證明是革命性的。?


而這恰恰發(fā)生在十年以前，1993 年在瑞士日內(nèi)瓦舉行的IEEE 國際通信學(xué)會(huì)。會(huì)上兩位法國電機(jī)工程師克勞德.伯勞和阿雷恩.格萊維歐克斯聲稱他們發(fā)明了一種數(shù)字編解碼方案，可以實(shí)現(xiàn)事實(shí)上無誤碼而碼率與發(fā)射功率效率超出所有專家預(yù)期的傳輸。

Turbo 碼的發(fā)明人克勞德.伯勞和阿雷恩.格萊維歐克斯，這兩位法國人都是位于布萊斯特的布列塔尼國立高等電信學(xué)校的教授。他們解決了困擾通信界近40 年的一個(gè)難題。 文章作者宣稱，這一方案可以在給定功率下把傳輸碼率提高一倍，或者在給定傳輸速率下把信號(hào)能量減少一半 — 這一進(jìn)展足以使某些通信公司動(dòng)心來碰一下運(yùn)氣。

克勞德.伯勞（左）和阿雷恩.格萊維歐克斯

幾乎沒有專家相信他們的結(jié)果。這兩位法國人都是位于布萊斯特的布列塔尼國立高等電信學(xué)校的教授，當(dāng)時(shí)在信息理論領(lǐng)域都是名不見經(jīng)傳的。一些人想當(dāng)然地認(rèn)為他們的計(jì)算一定有什么錯(cuò)誤。結(jié)論看來如此不合常理以致一些專家懶得去閱讀這篇文章。

似乎不可思議的是，當(dāng)其他研究人員開始試驗(yàn)重復(fù)其結(jié)果時(shí)，很快證明這些結(jié)論是正確的。于是編解碼理論專家認(rèn)識(shí)到這篇文章的重要。伯勞和格萊維歐克斯提出的糾錯(cuò)編碼方案是對(duì)的，這一方案就被命名為Turbo 編碼，它對(duì)糾錯(cuò)編碼產(chǎn)生了革命性的影響。你買的下一代移動(dòng)電話很可能就是基于這一編碼方案。?

一開始，Turbo 碼只是應(yīng)用于一些特殊場合，主要是用于衛(wèi)星鏈路。至少還有一次用于深度空間通信，現(xiàn)在這個(gè)技術(shù)要走上主流舞臺(tái)了。當(dāng)這個(gè)技術(shù)與下一代移動(dòng)電話結(jié)合，成百萬人就會(huì)用上它。這一技術(shù)會(huì)使手機(jī)或其它移動(dòng)設(shè)備有能力進(jìn)行多媒體數(shù)據(jù)，如視頻信號(hào)及圖形圖像信號(hào)的通信。由于在這種環(huán)境下通常信道噪聲嚴(yán)重，其它技術(shù)很難滿足要求。不僅如此，研究人員還在研究把 Turbo 碼用于數(shù)字音頻和視頻廣播，以及用于增強(qiáng)型無線互聯(lián)網(wǎng)， 以提高數(shù)據(jù)傳輸速率。

由于 Turbo 碼的這種巨大前景， 它已經(jīng)成為通信研究的前沿。在全世界各大公司和大學(xué)的成百個(gè)小組都聚焦在這個(gè)領(lǐng)域。其中有電信鉅子如法國電信、NTT(日本電話電報(bào)公司)、DoCoMo；有高技術(shù)公司巨頭如索尼、NEC(日本電氣)、朗訊、三星、愛立信、諾基亞、摩托羅拉和高通(Qualcomm);有硬件和芯片制造商 如 Broadcom 、 Conexant 、Comtech AHA 和STMicroelectronics；還有新興高技術(shù)企業(yè)如Turboconcept和iCoding。

Turbo 碼其實(shí)只是實(shí)現(xiàn)了一件簡單但了不起的事情 — 使工程師能夠設(shè)計(jì)出非常接近信道容量（即在一定發(fā)射功率電平下信道可傳輸?shù)拿棵氡忍財(cái)?shù)值的絕對(duì)最大容量）的系統(tǒng)。 這一極限值是由當(dāng)時(shí)在貝爾實(shí)驗(yàn)室工作的著名的電機(jī)工程師和數(shù)學(xué)家，以信息論之父聞名于世的克勞德.香農(nóng)發(fā)現(xiàn)的。?

在 1948 年的一篇標(biāo)志性論文中，香農(nóng)（2001 年去世）證明在使用正確的糾錯(cuò)碼的條件下，數(shù)據(jù)可以以接近信道容量的速率幾乎無誤碼地傳輸，而所需的功率卻十分低。 在香農(nóng)這篇文章以前，工程師們認(rèn)為要減少誤碼，要么就得增加發(fā)射功率，要么就得反復(fù)發(fā)送同一段消息—就好像在人聲嘈雜的啤酒館里人們得大聲地反復(fù)呼叫要啤酒一樣。?

香農(nóng)從根本上證明了如果你有正確的編碼方案就沒有必要浪費(fèi)那么多能量和時(shí)間。在他的發(fā)現(xiàn)之后編碼理論就發(fā)展起來了，研究人員找到了相當(dāng)好的編碼方式。但是在 Turbo 碼以前，即使最好的編碼方案通常也需要香農(nóng)定理要求的功率的兩倍才能達(dá)到必要的可靠性—這是能量的巨大浪費(fèi)。在理論數(shù)值和實(shí)際要求數(shù)值之間的能量差距用對(duì)數(shù)坐標(biāo)表示大約為 3.5 分貝。要想縮小這一差距工程師需要更精細(xì)的編碼。?

這成了近四十年工程界不斷努力的目標(biāo)，一直到伯勞和格萊維歐克斯在九十年代初做出了他們的發(fā)現(xiàn)為止。1993 年他們提出Turbo 碼概念時(shí)展示了在誤碼率為十萬分之一的情形下把實(shí)際功率和香農(nóng)理論的差距驚人地縮小為 0.5 分貝的可能。今天 Turbo碼甚至還在繼續(xù)縮小這一已經(jīng)很小的差距。?

按照香農(nóng)奠基性的文章，克服困擾所有通信信道的噪聲的辦法是把要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)劃分成一段一段的比特串，在每一段加上額外的比特，稱之為奇偶比特，這些碼在接收端可以幫助識(shí)別和糾正誤碼。數(shù)據(jù)比特加奇偶比特所形成的一組比特群稱之為編碼詞，通常表示一段字符、若干像素、一段聲音取樣或其他數(shù)據(jù)塊。IEEE 的會(huì)士，麻省理工學(xué)院的電機(jī)系教授戴維.佛內(nèi)指出： 香農(nóng)證明了對(duì)于一個(gè)正確的編碼詞集合—也就是說正確的編碼，有可能達(dá)到信道容量。但是，什么編碼可以實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)？香農(nóng)沒有回答。香農(nóng)從數(shù)學(xué)上證明了編碼是達(dá)到信道容量的手段，但他沒有給出如何構(gòu)建這樣的編碼的準(zhǔn)確方法。但香農(nóng)的工作提供了寶貴的啟示。?

香農(nóng)把編碼詞當(dāng)作（編碼）空間中的一個(gè)點(diǎn)。例如編碼詞 011可以當(dāng)成三維空間中坐標(biāo)為x=0,y=1,z=1 的一個(gè)點(diǎn)。多于三個(gè)比特的編碼詞可以看成多維空間的點(diǎn)。噪聲會(huì)擾動(dòng)一個(gè)編碼詞的比特，從而擾動(dòng)其在空間的坐標(biāo)，使其位置發(fā)生變化。如果兩個(gè)點(diǎn)位置靠近，其中一點(diǎn)被噪聲影響，這點(diǎn)就有可能正好落到另一點(diǎn)上，形成解碼錯(cuò)誤。因此，編碼詞之間的空間距離分得越開，噪聲就越難以造成誤碼。?

為了達(dá)到信道容量的傳輸極限，香農(nóng)證明應(yīng)該隨機(jī)地選取無限長度的編碼詞。如果回到他提出的空間比擬，如果你能夠按照你的意愿使編碼詞盡可能隨機(jī)、盡可能長，你就能把這些編碼詞在空間分布得盡可能彼此遠(yuǎn)離，自然一點(diǎn)錯(cuò)誤地落到另一點(diǎn)上的情況就難以發(fā)生。 可惜這種隨機(jī)、冗長的編碼是不現(xiàn)實(shí)的。首先編碼詞的數(shù)量會(huì)是天文數(shù)字，其次這樣做就要發(fā)射許多許多比特來表示一個(gè)編碼詞，這種編碼使用起來會(huì)非常慢。然而編碼的隨機(jī)性對(duì) Turbo碼仍舊是關(guān)鍵。?

編碼專家在開發(fā)現(xiàn)實(shí)世界可以使用的編碼時(shí)只能把香農(nóng)的理想隨機(jī)碼放在一邊。他們很快就開始利用巧妙地選擇奇偶比特，把編碼詞限制在一定值域來開發(fā)有效編碼，使編碼詞彼此之間不易混淆。?

例如我們有一個(gè) 8 比特的編碼詞（7 位有效比特加一位奇偶比特） 。假設(shè)我們保持每個(gè)編碼詞“1”的個(gè)數(shù)是偶數(shù)，并通過改變外加的奇偶比特來滿足這個(gè)要求。現(xiàn)在如果任何一個(gè)比特，包括奇偶比特在內(nèi)被噪聲所干擾而發(fā)生改變，則接收端就會(huì)檢測出誤碼，因?yàn)槠媾紨?shù)不對(duì)， “1”的個(gè)數(shù)變成了奇數(shù)。?

這一方案可以檢測出誤碼卻不能糾錯(cuò)—我們無法知道是哪一個(gè)比特被改變了。為了糾錯(cuò)需要更多奇偶比特。編碼專家提出了許多越來越復(fù)雜的產(chǎn)生奇偶比特的方法。區(qū)塊碼(block codes)、海明碼(Hamming)、李德所羅門碼(Reed-Solomon) 和 卷 積 碼(convolutional)是幾種廣泛使用的編碼方案， 其誤碼率都很低。

然而，在這些編碼方案中計(jì)算復(fù)雜性問題困擾著編碼專家。當(dāng)人們估算對(duì)所收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼所需要的計(jì)算量及由此產(chǎn)生的成本時(shí)，計(jì)算復(fù)雜性問題就浮現(xiàn)出來。越接近香農(nóng)極限編解碼過程就越復(fù)雜，因?yàn)樾枰嗟钠媾夹ｒ?yàn)比特因而編碼詞變得越來越長。?

例如，對(duì)于長度為 3 個(gè)比特的編碼詞，所有不同詞匯總量僅為23，即 8 個(gè)。要逼近信道傳輸極限， 就可能需要長度為 1000 比特的編碼詞，解碼器就得遍尋一個(gè)大得無法想象的集合—21000大約10301個(gè)編碼詞匯。而人類所能探索到的宇宙的原子總數(shù)也才是1080而已。?

結(jié)論只能是如果要設(shè)法用已有編碼方案，即使是最好的，來達(dá)到香農(nóng)極限下的可靠通信注定是不可能的。按照伊利諾伊大學(xué)電機(jī)系教授塔納的說法，現(xiàn)有編碼不可能達(dá)到香農(nóng)極限，因?yàn)橛?jì)算復(fù)雜性達(dá)到天文數(shù)字程度。看不到克服這一壁壘的途徑。七十年代末，不少人認(rèn)為沒有希望解決這一問題。 通過把編碼分成若干易于處理的“組件”Turbo 碼解決了計(jì)算復(fù)雜性問題。和現(xiàn)有多數(shù)系統(tǒng)在發(fā)射端只有單個(gè)編碼器，接收端只有單個(gè)解碼器不同，Turbo 碼在一端用兩個(gè)編碼器另一端用兩個(gè)解碼器。?

研究人員在 60 年代末發(fā)現(xiàn)傳輸數(shù)據(jù)通過兩個(gè)串接的編碼器可以使傳輸數(shù)據(jù)具有更強(qiáng)的抗誤碼能力—在這種情形下整體大于各部分之和。Turbo 碼則利用兩個(gè)聯(lián)合工作的編碼器，不是串接而是并接。?

Turbo 編碼過程一開始就把要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)塊制成三份拷貝。第一份拷貝送到兩個(gè)編碼器之一然后通過卷積編碼器從數(shù)據(jù)比特計(jì)算出奇偶校驗(yàn)比特。第二份拷貝送到第二個(gè)編碼器，里面也有一份完全一樣的卷積編碼器。第二個(gè)編碼器得到的比特流次序和原來不同，是經(jīng)過一個(gè)交織器系統(tǒng)加擾的。然后由這個(gè)編碼器讀出經(jīng)過擾動(dòng)的比特流并從中計(jì)算出奇偶校驗(yàn)比特。最后發(fā)射器把原來數(shù)據(jù)的第三份拷貝和上面兩組奇偶校驗(yàn)碼一起沿著信道發(fā)送出去。?

整個(gè)過程的關(guān)鍵是交織器對(duì)比特順序的重組。這一重新排列增加了編碼詞的參差性；用空間概念理解相當(dāng)在比特空間把編碼詞之間的距離拉開了。按照伯勞的說法，重新排列的作用是在編碼中引入某種隨機(jī)行為。 換句話說，交織器在發(fā)射的信息中加入了隨機(jī)特征，作用類似香農(nóng)的隨機(jī)碼。

但像其他編碼詞匯量很大的編碼系統(tǒng)一樣，Turbo 碼也會(huì)碰到計(jì)算復(fù)雜性之墻。其實(shí) Turbo 碼通常是用大約 1000 比特編碼詞工作，非常不利的長度。沒有希望了嗎？如果在接受端只有一個(gè)編碼器 確實(shí)如此，可是Turbo碼用兩個(gè)分量解碼器繞過了復(fù)雜性問題。?

每個(gè)解碼器的作用都是獲取數(shù)據(jù)，在信道噪聲影響下，數(shù)據(jù)可能被破壞，所以兩個(gè)解碼器還要判斷所收到的每一比特?cái)?shù)據(jù)究竟更可能是“1”還是“0” 。這有點(diǎn)像在屋子里猜外面否在下雨，而你又無法從窗戶里看到外面，也聽不到外面的聲音。這種情況下你沒有任何“跡象”作依據(jù)，也許只能靠拋硬幣看那面沖上來進(jìn)行猜測。可是如果你能看到天氣預(yù)報(bào)，而且天氣預(yù)報(bào)說要下雨，情形又如何呢？還有，要是你突然聽到雷聲又如何呢？這些事件都會(huì)影響你的猜測。這時(shí)情形可以比拋硬幣有所改進(jìn)。你也許會(huì)說正在下雨的機(jī)會(huì)大一些，而且你可能帶把傘出門。?

每個(gè) turbo 解碼器也考慮“跡象”來幫助其猜測收到的比特是“0”還是“1” 。首先，檢驗(yàn)收到的比特的信號(hào)電平。許多解碼方案把收到的信號(hào)直接轉(zhuǎn)換成“0”或“1” ，因此把非常有價(jià)值的信息拋棄了。模擬信號(hào)會(huì)產(chǎn)生漲落起伏，這會(huì)給我們關(guān)于每一比特的更多信息。Turbo 解碼把信號(hào)轉(zhuǎn)換成整數(shù)，用其可以度量信號(hào)是“0”還是“1”的可信度。此外解碼器還觀察奇偶校驗(yàn)碼，從中可以得知所收到的比特是否有誤碼。

這些分析的結(jié)果對(duì)于“猜測”每一比特非常有用。 按照貝爾實(shí)驗(yàn)室的戴維.伽瑞特的話：Turbo碼從內(nèi)部看就是在比特判決過程中利用判據(jù)可靠性信息。這種比特可靠性用數(shù)字表示，稱之為對(duì)數(shù)似然性系數(shù)，其取值范圍例如可以在-7 到+7 之間。+7 意味解碼器幾乎可以肯定該比特是 “1” ；而-5 意味解碼器判斷該比特是“0”但不是完全有把握。 （實(shí)際系統(tǒng)常常采用更大的間距，例如從-127 到+127） 盡管信號(hào)電平和奇偶校驗(yàn)是非常有用的“跡象”但對(duì)做出判決仍嫌不夠。單一的解碼器還不能保證判決總是正確 常常產(chǎn)生錯(cuò)誤的碼流。解碼器會(huì)在編碼詞空間迷失，作為其數(shù)據(jù)解碼結(jié)果所選擇的編碼詞未必總是正確的。所以單一解碼器不能完成任務(wù)。

但一個(gè)解碼器的判決可靠性信息對(duì)另一解碼器也是有用的，因?yàn)閮蓚€(gè)碼流的奇偶校驗(yàn)比特實(shí)際上是對(duì)同一組數(shù)據(jù)得出的；只不過比特順序排列作了改變。因此兩個(gè)解碼器實(shí)際上是在解同一問題，但觀察的視圖不同。

這樣，兩個(gè)解碼器就可以用迭代的方式交換可靠性信息來改進(jìn)各自的解碼結(jié)果。要求就是把碼流內(nèi)容按照每個(gè)解碼器工作的需要重新排列順序，然后在兩個(gè)解碼器之間交換可靠性碼流。使得一個(gè)解碼器對(duì)某一特定比特做出的判決，例如強(qiáng)烈認(rèn)為該比特為“1” ，這一信息能夠?qū)α硪唤獯a器對(duì)相應(yīng)比特的判決產(chǎn)生影響。就像在猜測是否下雨的那個(gè)比喻一樣，假如你看到你的同事拿著傘出去了，這對(duì)于影響你的猜測應(yīng)該是非常有用的信息。在Turbo 解碼器的例子中，每個(gè)解碼器不僅有其自己的“觀點(diǎn)” ，還得到了外界觀點(diǎn)的幫助來對(duì)每一比特做出判決。貝爾實(shí)驗(yàn)室數(shù)學(xué)研究中心的杰哈德.卡拉米說， 就好像有一個(gè)精靈在給你信息，精靈在你耳邊悄悄告訴你每個(gè)比特為“1”或“0”的可信度有多大，這將幫助你做出判決。?

Turbo 編解碼的核心是這一迭代過程，其中每一解碼器利用了另一解碼器在上一步解碼過程得到的結(jié)果。在若干次迭代（通常為 4 到10 次）之后，兩個(gè)解碼器就在所有的比特的判定上一致了。這就意味解碼器不會(huì)在編碼詞空間迷失，從而克服了復(fù)雜性壁壘。?

加州理工大學(xué)的羅伯特.麥克艾立斯教授說“這是個(gè)分而治之的解決方案，把問題分解成兩個(gè)小一些的問題，然后再把結(jié)果拼起來” 。 伯勞斯指出：也可以從猜縱橫字謎的角度來理解 Turbo 解碼過程。 假想 A 解決了一個(gè)縱橫字謎，要傳送給 B。在一個(gè)無噪聲信道，只要傳送詞匯陣列就夠了。但在一個(gè)噪聲信道，陣列中的字母會(huì)被搞亂。當(dāng) B 收到字謎答案時(shí)，許多詞無法辨認(rèn)。為了幫助 B 糾錯(cuò)，A 可以把水平詞匯和豎直詞匯的“跡象”也傳給 B。這是多余的信息， 因?yàn)樽种i已經(jīng)解開了，但這確實(shí) 對(duì)B 有幫助。 因?yàn)楹推媾夹ｒ?yàn)比特一樣，這一信息對(duì)可以放進(jìn)陣列的詞匯加了約束。這是一個(gè)二維問題，行的解有助于得到列的解，反之亦然，就好像在 Turbo 解碼中兩個(gè)解碼器互相幫助一樣。?

回顧 11 年前，當(dāng) 42 歲的伯勞穿過日內(nèi)瓦會(huì)展中心的走廊時(shí)，從人們的肩膀上望過去看到許多出席者試圖弄懂他們的論文。在演講過程中年輕的博士生和老練的編解碼專家擠滿了演講廳，有些人擠在門邊。當(dāng)伯勞和格萊維歐克斯結(jié)束演講時(shí)許多人涌上來要求進(jìn)一步給出解釋，或者只是簡單地握握手。?

讓懷疑者信服花了不少時(shí)間，伯勞回憶說數(shù)字通信需要很堅(jiān)實(shí)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，一般都認(rèn)為糾錯(cuò)碼是數(shù)學(xué)家的領(lǐng)地。 使伯勞和格萊維歐克斯取得突破的不是什么深?yuàn)W的定理而是要解決現(xiàn)實(shí)世界電信問題的探求努力。 在 80 年代末當(dāng)他們開始在編碼方案方面工作時(shí)他們驚訝地發(fā)現(xiàn)在電子學(xué)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的反饋原理在數(shù)字接收機(jī)研究中從來沒在放大器中，輸出信號(hào)總有一小部分回饋到輸入端，以保持放大器的性能穩(wěn)定。伯勞和格萊維歐克斯想為什么這一方法在編解碼中就不能應(yīng)用？?

1991年他們第一次用計(jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)他們的新編解碼方案，當(dāng)結(jié)果出來以后他們大吃一驚。伯勞說“那時(shí)我每天都問自己是不是程序有什么毛病。 ”?

伯勞和格萊維歐克斯在確認(rèn)他們的結(jié)果無誤以后做的第一件事就是為他們的發(fā)明申請(qǐng)法國、歐洲和美國專利。當(dāng)時(shí)法國電信是他們研究工作的主要資助者。所以這家法國公司擁有 turbo 編解碼的有關(guān)專利。但是發(fā)明者和他們所在的學(xué)校分享部分許可收益。 （Turbo碼在亞洲沒有申請(qǐng)專利，因此在亞洲可以免費(fèi)使用。 ）法國電信要伯勞為這一編碼方案起一個(gè)商品名字。有一天他在電視里看汽車比賽時(shí)想出了現(xiàn)在的這個(gè)名字。他注意到新發(fā)明的編解碼利用解碼器的輸出來改進(jìn)解碼過程，和渦輪增壓(turbocharger)用排出的氣體把空氣壓入引擎提高內(nèi)燃機(jī)效率的原理很類似，于是就起了“Turbo碼”這個(gè)名字 。

在日本 Turbo 碼已經(jīng)得到應(yīng)用，成為第三代移動(dòng)通信，其正式名稱為“通用移動(dòng)電信系統(tǒng)”—UMTS，標(biāo)準(zhǔn)的一部分。Turbo碼被用于圖像、 視頻和郵件傳送。但語音仍用卷積碼。因?yàn)槠浣獯a時(shí)延小于 turbo 碼。 事實(shí)上解碼用的時(shí)間）是點(diǎn)。解碼所需在實(shí)時(shí)語音通數(shù)據(jù)處理的應(yīng)據(jù)存取和光傳受對(duì)于可以容忍解碼時(shí)延的應(yīng)用如深空通信，turbo 碼成為極有吸引力的選擇。事實(shí)上歐洲航天局去年九月發(fā)射的 SMART—1，第一個(gè)深空探測器，就使用了基于Turbo 碼的數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備。歐空局在其他航天任務(wù)中也會(huì)選擇這種編碼，像定于今年發(fā)射的與彗星會(huì)合的羅塞塔（Rosetta） 。美國國家宇航局也計(jì)劃在未來的任務(wù)中用 Turbo 碼提升通信的可靠性。第一個(gè)使用這種編碼的將是火星軌道勘測器。 除了糾錯(cuò)，Turbo 碼還可以提高移動(dòng)裝置的接收性能，提供 CD 質(zhì)量的數(shù)字音頻廣播和衛(wèi)星鏈路，像新成立的海事衛(wèi)星全球網(wǎng)公司， 都在計(jì)劃把Turbo碼用于他們的系統(tǒng)。?

除了糾錯(cuò)，turbo 碼，或 turbo原理也對(duì)工程師解決通信中的一系列問題有所裨益。英國南安普敦大學(xué)電子與計(jì)算機(jī)科學(xué)系教授拉杰斯.漢索認(rèn)為 turbo 碼激發(fā)了許多靈感。一個(gè)例子就是消除多徑效應(yīng)—一種由于信號(hào)在不同表面被反射到接收機(jī)引起的信號(hào)失真。Turbo 碼可能可以為結(jié)決移動(dòng)電話的這一主要困難提供幫助。

最后，Turbo 碼使研究人員認(rèn)識(shí)到還存在其他實(shí)現(xiàn)容量極限的編碼方式。實(shí)際上最近提出的低密度奇偶校驗(yàn)碼（LDPC）就是一個(gè)新的方向。 這個(gè)方法是 60 年代初由麻省理工的羅伯特.蓋拉格發(fā)明的，很長時(shí)間里被人們遺忘了。在 60、70 年代有很多理由使人們忽視這個(gè)發(fā)明。它對(duì)于當(dāng)時(shí)的技術(shù)來說是太復(fù)雜了。?

類似于Turbo 碼，LDPC也是通過迭代達(dá)到通信容量極限。但這種編碼和 Turbo 碼明顯不同。現(xiàn)在研究人員已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了 LDPC，其性能超過了 Turbo 碼，而且更接近香農(nóng)極限。其實(shí)研究人員現(xiàn)在可以提供一系列與 Turbo 碼競爭的編解碼方案，特別是用于下一代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，如IEEE802.11和IEEE802.16。 LDPC使用了和 Turbo 碼同樣的基本概念，但這種編碼更容易分析、更容易實(shí)現(xiàn)。還有一條也許是最最重要的，其專利已經(jīng)過期，所以公司可以使用而不必付費(fèi)。 Turbo 碼結(jié)束了一場持續(xù)了 40年的探求。這是劃時(shí)代的，因?yàn)檫@是革命性的進(jìn)展。今天如果你不能接近香農(nóng)極限就會(huì)問： “出了什么毛病？”任何人都能接近香農(nóng)極限，但今天我們談的是你的編碼比別的編碼快多少以及你離香農(nóng)極限差 0.1 分貝還是 0.001分貝。?

是直覺和質(zhì)樸幫助伯勞和格萊維歐克斯認(rèn)識(shí)到被編碼理論界忽視了的東西。幾年以前他們寫道“Turbo 碼是經(jīng)驗(yàn)、苦干的結(jié)果，是從全局考慮構(gòu)建的編解碼方案，所使用的各種技術(shù)元素都是已有的，只是以前從未以這種方式整合而已。 ”?

伯勞指出他們的工作證明并非總是需要知道理論的極限才能達(dá)到這些極限。這使人們想起一個(gè)法國著名的笑話：傻瓜不知道這件事是沒法做到的，因此他就做到了。?
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SHANNON: CRACKING THE CHANNEL??

1948 年克勞德.香農(nóng)發(fā)表了他著名的劃時(shí)代論文《通信的一個(gè)數(shù)學(xué)理論》 ，當(dāng)時(shí)他還只是貝爾實(shí)驗(yàn)室的一個(gè)年輕工程師。 在文章里香農(nóng)對(duì)當(dāng)時(shí)還很模糊的“信息”這個(gè)概念下了定義，使其得以量化。按照他的理論，信息的基本單位是比特。 香農(nóng)證明了對(duì)于每一個(gè)特定信道， 所能可靠傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量有一個(gè)最大值，稱之為信道容量，用比特每秒度量。他證明只要按照正確的方式編碼就可以幾乎無誤碼地達(dá)到信道容量。 這一結(jié)果使當(dāng)時(shí)的工程界大吃一驚。 信道容量成為衡量通信系統(tǒng)的“標(biāo)桿” 。在很多情形下信道容量可以用以下公式表達(dá)：C = W log2 (1 + P/N).???
其中 C 是信道容量，單位是比特/秒；W 是帶寬，以赫茲為單位；P是發(fā)射信號(hào)功率；N為噪聲功率，均以瓦為單位。從空間探測到手機(jī)和光盤播放器這些使我們的生活更加舒適和豐富多彩的產(chǎn)品和系統(tǒng)里都蘊(yùn)含著以香農(nóng)理論為基礎(chǔ)的數(shù)字技術(shù)。?
香農(nóng)于2001年2月24日逝世，享年84 歲。

#術(shù)業(yè)專攻

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Turbo码 - 接近完美的编码的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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