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并行级联卷积码（PCCC）编、译码器实现方法研究
丁金鹏，郑伟，温向明
北京邮电大学通信网络综合技术研究所，北京 (100876)
摘 要：本文简单介绍了并行级联卷积码（PCCC）编码原理和译码原理。给出了一种译码
妻的实现方式，并在 AWGN信道下对该方式编、译码器的性能做出性能仿真。
关键词：PCCC，编码器，译码器
中图分类号： TN919
1. 引言
香农信道编码定理告诉我门，在有噪声信道中，当信息传输率 R<C（C 为信道容量）
时，总可以找找到一种编码，译码方法，使译码的错误率任意小。因此，在信道编码定理出
现后的很长一段时间内，人们都在寻找一种能够简单，有效地编译码的好码，并由此形成了
一套纠错码理论。1993年 等人提出的称为 Turbo码的并行级联卷积码（PCCC）[1]，
性能非常接近香农限，同时复杂度比较低，可以实现，为信道编码领域带来了一场革命。
2. 并行级联卷积型 Turbo码（PCCC）的编、译码原理
并行级联卷积码（PCCC）的编码器原理
典型的 PCCC码编码器由M个相同的成员编码器，交织器，删截矩阵以及复接器组成，
起结构如图 1所示[ 2] 。
图 1 并行级联卷积码（PCCC）的编码器原理
交织器
交织器可以使总的码字的自由距离随交织器的长度的增加而增加，交织器的长度的适当
增加可以使译码的错误概率下降，即提供一定的交织增益。把低重量的输入序列中连续的“1”
的位置分散，并使编码后的码字具有高重量。从而保证在码集合中最小距离码字的数目最小。
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RSC编码器
经典递归系统卷积码编码器，把输入的序列转化为特定卷积码结构的递归系统卷积码
序列。
删除矩阵
用来提取分路序列的特定位并与其他分路序列的特定位组合为一个序列。
复用器MUX
把多路序列合成为一路序列。
图 2 并行级联卷积码（PCCC）实际应用中的编码器结构图
并行级联卷积码（PCCC）的译码器原理
PCCC码的译码器由两个相同的 SISO译码器，交织器和相应的解交织器组成，其基本
结构如图 3所示 [ 3]。
图 3 并行级联卷积码（PCCC）实际应用中的编码器结构图
交织器
对应前面的交织器，交织结构同编码器中的交织器
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解交织器
对应图 3的交织器，把前面经过交织器的序列恢复成交织前的序列。其交织结构是交织
器的反编码结构。
SISO译码器
其中 SISO译码器的作用是完成RSC编码器的译码，也是 PCCC码译码器中的核心模块，
其性能直接影响整个译码器的性能，其中软输入是指的是译码模块的输入信息为经过量化的
解调数据，而不是判决后的二进制序列 0和 1；而软输出则指的是译码模块的输出值也不是
判决后的二进制序列，而是对于接收序列进行译码后的一个似然概率值，因此最后在输出之
前还要经过硬判决。PCCC码译码器中的交织器与 PCCC码编码器中交织器的交织序列是一
致的，在编码器端，交织器和相应的解交织器则是连接两个 SISO译码器的桥梁 。
硬判决
通过一个判决阈值，把连续值序列硬性判决为 0、1序列。
3. 并行级联卷积型 Turbo 码（PCCC）的编译码器的实现以及在
AWGN信道下 SIMULINK下系统图
图 4 并行级联卷积码（PCCC）系统仿真系统图
数据源
采用了 Brnoulli Binary 模块的 1024*1的二进制随机数据源。
编码器
交织器
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采用 Random Interleaver随机交织器。
RSC编码器
采用迭代编码器 Convolutional Encoder 。其系统结构如图 5所示[ 4]。
图 5 并行级联卷积码（PCCC）仿真用到的 RSC分量编码器结构图
信道
单双极变换器
采用 Unipolar to Bipolar Converter，将 0、1电平转换为+1、-1电平。
AWGN信道以及信道增益
采用 AWGN信道，信道增益为 Gain=2/PCCC_Var
延时抽样器
对信道中的连续信号进行抽样。
译码器
首先对经过 AWGN 的符合信息序列进行抽样保持，然后把这个抽样保持序列送入
DEMUX中按照原来的数据大小分为三路信息序列，其中第一路表示信源的信息序列，而第
二路和第三路信息序列分别代表编码器端的两路校验序列。我们在编码端的设置是第二路序
列是经过 RSC 编码器后的校验序列，而第三路序列为信息序列先经过随机交织器再进行
RSC编码的校验序列，把 DEMUX解复用后的第二路序列作为 APP Decoder1的 ( )iL c ，这
样根据 APP Decoder的译码原理，要求 ( )iL u 输入的是信息序列或是全 0序列，这里我们用
外信息序列来作为 ( )iL u 的输入，而这个外信息序列则是整个 PCCC译码器译码后的信息对
数似然序列，这样 APP Decoder1的 ( )oL u 则是信息序列的对数似然序列，而 APP Decoder1
的 ( )oL c 则作为无用序列外接终端。形象的说就是利用了编码器中的第二路信号来确定信息
序列，那么如何来实现迭代呢？我们利用第三路序列来实现。我们把 APP Decoder1的 ( )oL u
看作是信息序列的对数似然序列，进行交织后在送入到 APP Decoder2 的 ( )iL u ，这与编码
器部分中第三路序列先经过再送入到 RSC编码器的过程是一致的。将 DEMUX解复用后的
第三路序列作为 APP Decoder2的 ( )iL c ，这样 APP Decoder2的 ( )oL u 则是信息序列经过随
机交织器后的对数似然序列，再经过相对应的随机解交织，送入硬判决后则可以作为信息似
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然序列，将未判决的序列再作为信息序列的对数似然序列代入 APP Decoder1的 ( )iL u ，这
样就实现了两路校验序列的反复迭代。而 DEMUX 解复用后的第一路序列具有信息序列的
性质，我们可以在 APP Decoder1的 ( )iL u 端进行应用，作为第一次迭代初试时刻的信息序
列，这样整个系统的迭代过程就完全与编码器端的过程想对应，利用 APP Decoder 的译码
性质，每次迭代都比上一次迭代产生增量，逐渐接近信源的信息序列，这样在多次迭代后使
误码率降到可以接受的要求。
4. 仿真结果分析
交织长度对 PCCC性能的影响
交织器采用 seed参数为190462的随机交织器，Outer decoder的RSC结构为poly2trellis(3,
5,7)。译码算法采用Max*-4的译码算法。迭代次数为 3。
每 frame中采用不同的抽样数目，分析每 frame中抽样数对 PCCC的性能的影响。
其误码率表见表 1。其中第一列表示每 frame中不同的抽样数，第一行表示 Eb/No（dB），
其他单元格中为误码率。
表 1 交织长度对 PCCC性能的影响
1 2
1024 -1 -3 -4 -5 -5 -5 -5 0
4096 -1 -3 -5 -5 -5 -5 -5 -5
16384 -1 -3 -5 -5 -6 -6 -6 -6
交织器对 PCCC性能的影响
每 frame中的抽样数为 1024。卷积码的 RSC结构为 poly2trellis(3, 5,7)。译码算法采用
Max*-4的译码算法。迭代次数为 3。
采用不同的交织器，分析交织器对 PCCC性能的影响。
其误码率表见表 2。其中第一列表示采用的交织器类型，第一行表示 Eb/No（dB），其
他单元格中为误码率。
表 2 交织器度对 PCCC性能的影响
Matrix 1 2
Matrix -1 -2 -5 -5 -5 0 0 0
Matrix
Helical
Scan
-1 -2 -4 -5 -5 -5 -5 0
Random -1 -3 -4 -4 -5 -5 -5 0
RSC编码器结构对 PCCC性能的影响
每 frame中的抽样数为 1024。交织器采用 seed参数为 190462的随机交织器。译码算法
采用Max*-4的译码算法。迭代次数为 3。
卷积码采用不同的的 RSC结构，分析其对 PCCC性能的影响。
其误码率表见表 3。其中第一列表示 Outer decoder采用不同的的 RSC结构，第一行表
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示 Eb/No（dB），其他单元格中为误码率。
表 3 RSC编码器结构对 PCCC性能的影响
1 2
3,3,7 -1 -2 -3 -4 -4 -4 -4 -4
3,5,7 -1 -3 -4 -5 -5 -5 -5 0
3,6,7 -1 -2 -4 -4 -5 -5 -5 -5
译码算法对 PCCC性能的影响
每 frame中的抽样数为 1024。交织器采用 seed参数为 190462的随机交织器。卷积码的
RSC结构为 poly2trellis(3, 5,7)。迭代次数为 3。
采用不同的译码算法，分析其对 PCCC性能的影响。
其误码率表见表 4。第一列表示采用不同的译码算法，第一行表示 Eb/No（dB），其他
单元格中为误码率。
表 4 译码算法对 PCCC性能的影响
1 2
APP -1 -3 -4 -5 -5 -5 -5 0
Max -1 -2 -4 -5 -5 -5 -5 0
Max*-2 -1 -3 -4 -4 -5 -5 -5 0
Max*-7 -1 -3 -4 -5 -5 -5 -5 0
迭代次数对 PCCC性能的影响
每 frame中的抽样数为 1024。交织器采用 seed参数为 190462的随机交织器。卷积码的
RSC结构为 poly2trellis(3, 5,7)。译码算法采用Max*-4的译码算法。
迭代次数不同，分析其对 PCCC性能的影响。
其误码率表见表 5。第一列表示采用不同迭代次数的译码算法，第一行表示 Eb/No（dB），
其他单元格中为误码率。
表 5 迭代次数对 PCCC性能的影响
1 2
1 -1 -2 -3 -4 -5 -5 -5 0
2 -1 -2 -4 -5 -5 -5 -5 0
3 -1 -3 -4 -5 -5 -5 -5 0
4 -1 -3 -4 -5 -5 -5 -5 0
5 -1 -3 -4 -5 -5 -5 -5 0
6 -1 -4 -4 -5 -5 -5 -5 0
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表 5 交织长度对 PCCC性能的影响
图 7 交织器对 PCCC性能的影响 图 8 不同 RSC卷积编码器对 PCCC性能的影响
图 9 译码算法对 PCCC性能的影响 图 10 迭代次数对 PCCC性能的影响
5. 结论
每 frame中的抽样数越大（也就是交织长度越大），PCCC的性能越好。
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不同的交织器对 PCCC的性能有不同的影响，在我这个系统中使用矩阵交织器的 PCCC
性能比使用其他两种交织器的 PCCC性能要好。
采用 3,5,7结构的 RSC编码器的 PCCC性能比采用其他结构的 PCCC的性能好。
在小信噪比时候，迭代次数越多 PCCC 的性能越好，而在大信噪比的时候迭代次数对
PCCC的性能影响不大，这正与前面所讲的“错误平层”理论相吻合。
参考文献
[1] ,and ,Near “ OptimumError-correcting Coding and Decoding:Turbo Codes ” [R],
IEEE , , , p1261-1271,
[2] 刘东华《TURBO码原理与应用技术》[M]，北京：电子工业出版社，2003.
[3] 周炯磐，庞沁华，续大我，吴伟陵 《通信原理》[M].北京：北京邮电大学出版，2002
[4] 杨大成 等《CDMA2001x移动通信系统》 北京：机械工业出版社，2003.
Study on the application methods of Parallel Cascade
Convolution Code
Ding JinPeng，Zheng Wei，Wen Xiangming
Institute of Communication Networks Integrated technique，Beijing University of Posts and
Telecommunications，Beijing (100876)
Abstract
This paper introduces the principle of PCCC encoder and decoder. Propose a decoding strategy and the
simulation results of the proposed coding and decoding method in AWGN channel case.
Keywords：PCCC，Encoder，Decoder
