Способ приема в целом сигналов с турбокодированием на основе сверточных кодов с поэлементным принятием решения по алгоритму максимума апостериорной вероятности

Способ приема в целом сигналов с турбокодированием на основе сверточных кодов с поэлементным принятием решения по алгоритму максимума апостериорной вероятности

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение относится к системам связи, использующим сигналы с турбокодированием (ТК) на основе сверточных кодов, а именно к способам итеративного приема сигналов с ТК.

Известен итеративный способ приема сигналов с ТК на основе алгоритма Витерби с мягкими решениями [1]. Способ предполагает обновление метрик выжившего пути по решетке за счет прохода решетки в противоположном направлении. Недостатком данного способа является большая вероятность ошибки на бит по сравнению с алгоритмом максимума апостериорной вероятности (MAP) вследствие рассмотрения только выживших путей.

Известен итеративный способ приема сигналов с турбокодированием на основе оконного алгоритма MAP [2]. Способ обладает большим быстродействием, но в результате деления целого блока на ряд независимых участков уступает полному алгоритму MAP по вероятности ошибки на бит.

В качестве прототипа авторами принят способ приема сигналов с турбокодированием (ТК) с итеративным декодированием по максимуму апостериорной вероятности [3]. На каждой итерации декодеры обмениваются мягкими решениями, полученными на предыдущих итерациях.

Недостатком способа, выбранного в качестве прототипа, является относительно высокая вероятность ошибки на блок по окончании итеративного процесса декодирования, обусловленная влиянием остаточных ошибок.

Целью заявленного изобретения является снижение вероятности ошибки на блок при приеме сигналов с турбокодированием.

Поставленная цель достигается за счет применения алгоритма приема в целом с поэлементным принятием решения по максимуму апостериорной вероятности. Для этого используется блок формирования разрешенных кодовых слов, причем не отдельного компонентного кода, а турбокода в целом. Блок вычислений на основе оценок, полученных по MAP алгоритму, находит скалярное произведение принятого кодового вектора турбокода и каждого разрешенного кодового слова. Блок выделения определяет по максимуму скалярного произведения наиболее вероятное кодовое слово турбокода, и блок принятия решения осуществляет жесткое декодирование систематических бит выделенного слова.

Благодаря этому получен технический результат, а именно снижена вероятность ошибки на блок турбокода, что в целом повышает достоверность приема сигналов с ТКС.

Заявляемый способ приема сигналов с ТКС поясняется чертежами, где

на фиг.1 схематически изображены основные блоки итеративного процесса декодирования турбокодов;

на фиг.2 приведена схема блока принятия решения в целом с учетом поэлементной оценки.

На фиг.1 показан итеративный декодер турбокода на основе двух компонентных декодеров. Согласно фиг.1 первый компонентный декодер 2 принимает сигналы Xk систематического сверточного кода, проверочные биты Y1k первого компонентного кода с выхода демультиплексора 1 и априорную информацию Lu с выхода второго компонентного декодера 4 на предыдущей итерации через деперемежитель 5. На первой итерации априорная информация отсутствует и Lu=0. Далее первый компонентный декодер 2 осуществляет декодирование принятой последовательности по алгоритму максимума апостериорной информации (MAP) и априорная информация Lu поступает на вход второго декодера 4 через перемежитель 3. Второй компонентный декодер 4 также декодирует принятую последовательность, состоящую из информационных бит Xk, проверочных бит Y2k и априорной информации Lu, завершая таким образом одну полную итерацию. Итеративный процесс декодирования продолжается либо до заданного числа итераций, либо до срабатывания критерия остановки итеративного процесса по коррелированности выходов компонентных декодеров.

Выход MAP алгоритма записывается как

где L(x_k|у) - выходное логарифмическое отношение правдоподобия,

x_k - k-й информационный бит,

у - принятая последовательность,

- прямая метрика состояния,

β_k(s) - обратная метрика состояния,

- метрика ветви,

- предыдущее состояние кодера,

s - следующее состояние кодера.

Используя алгебру логарифма правдоподобия [4], выражение (1) записывается в виде

где L(х_k|у) - выходное логарифмическое отношение правдоподобия,

L_cy_k - канальные измерения принятой последовательности,

Lu - априорная информация.

После окончания итеративного процесса декодирования мягкие решения как информационных бит, так и обновленных проверочных, с выхода декодера последней итерации подаются на блок нормирования значений 7. Нормирование значений мягких решений декодера осуществляется согласно выражению 3:

где с - масштабный коэффициент,

d - коэффициент сдвига,

[min] - минимальное значение,

[max] - максимальное значение.

В блоке 8 формируются разрешенные кодовые слова на заданной длине принятия решения К. Блок 9 вычисляет скалярное произведение принятой нормированной последовательности и кодовыми словами. Блок 10 по максимуму скалярного произведения выбирает наиболее вероятное кодовое слово и в блоке 11 происходит сравнение скалярного произведения с границей существования единственного кодового слова [5]:

где

- нормированная последовательность мягких решений декодера,

- разрешенное кодовое слово,

n - длина блока принятия решения,

d - минимальное расстояние турбокода,

α - коэффициент, учитывающий мягкие решения декодера.

В [5] представлено выражение для блоковых кодов. Для компонентных сверточных кодов вместо минимального расстояния кода d необходимо использовать сегментное расстояние , поскольку декодирование турбокодов происходит поблочно.

Минимальное сегментное расстояние [6] турбокода рассчитывается согласно выражению 5:

где - минимальное сегментное расстояние,

j - количество шагов по решетке кода,

σ₁, σ'₁, σ₂, σ'₂ - состояния компонентных кодеров,

- расстояние Хэмминга.

Если неравенство (4) выполняется, то принятое слово маркируется как правильное. Маркировка правильных кодовых слов осуществляется для сокращения вариантов перебора при дополнительных процедурах анализа принятой последовательности. Например, при наличии внешнего кода CRC целесообразно перебирать наименее достоверные позиции в принятой последовательности, тогда как маркированные кодовые слова предполагаются принятыми с высокой достоверностью.

В блоке 12 происходит выделение информационных бит и принятие жесткого решения.

Таким образом, применение приема в целом с поэлементным принятием решения по MAP позволяет исправлять остаточные одиночные ошибки, что снижает вероятность ошибки на блок.

Список литературы

1. Патент США №6487694, МПК Н03М 13/29, 2002.

2. Патент США №6980605, МПК H03D 1/00, 2005.

3. Патент США №5446747, МПК G06F 11/10, 1992.

4. Б.Скляр. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение, 2-е издание - М.: Издательский дом «Вильямс», 2003 г.

5. Р.Блейхут. Теория и практика кодов, контролирующих ошибки, - М.: Мир, 1986 г.

6. М.Хендлери, Р.Йоханнессон, В.В.Зяблов. Декодирование в окне с точки зрения расстояний // Проблемы передачи информации 2002. Т.38, №3.

1. Способ приема в целом сигналов с турбокодированием на основе сверточных кодов, включающий этапы декодирования принятой последовательности по алгоритму максимума апостериорной вероятности, нормировки мягких решений информационных и проверочных бит, формирования разрешенных кодовых слов на заданной длине принятия решения, вычисления скалярного произведения нормированной последовательности и сформированных кодовых слов, выбора наиболее вероятного кодового слова по максимуму скалярного произведения, сравнения скалярного произведения с границей существования единственного кодового слова, выделения информационных бит и принятия жесткого решения.

2. Способ приема по п.1, отличающийся тем, что выбор наиболее вероятного кодового слова турбокодера осуществляется на основе поэлементных оценок декодера по максимуму апостериорной вероятности.

3. Способ приема по п.1, отличающийся тем, что формирование разрешенных кодовых слов осуществляется для всего турбокода, не только компонентных кодов.

4. Способ приема по п.1, отличающийся тем, что выбор наиболее вероятного кодового слова осуществляется по максимуму скалярного произведения нормированной принятой последовательности и сформированных кодовых слов.

5. Способ приема по п.1, отличающийся тем, что осуществляется сравнение скалярного произведения с границей существования единственного кодового слова для определения правильных кодовых слов.