LTE Turbo Decoder

Декодируйте закодированные турбо выборки

Библиотека:
Wireless HDL Toolbox / Выявление ошибок и Коррекция

Описание

Блок LTE Turbo Decoder реализует турбо декодер, требуемый TS 36.212 [1] стандарта LTE, и обеспечивает интерфейс и архитектуру, оптимизированную для аппаратного развертывания и генерации HDL-кода. Блок выполняет итерации более чем двух декодеров MAX. Можно задать количество итераций. Уровень кодирования является 1/3. Блок принимает закодированные биты как вектор 3 на 1 мягко закодированных значений, [S P1 P2]. В этом векторе, S систематический бит и P1 и P2 биты четности от этих двух энкодеров.

Этот блок использует демонстрационный интерфейс потоковой передачи с шиной для связанных управляющих сигналов. Этот интерфейс позволяет блоку действовать независимо от формата кадра и соединиться легко с другими блоками Wireless HDL Toolbox™. Блок принимает и возвращает значение, представляющее одну выборку и шину, содержащую три управляющих сигнала. Эти сигналы указывают на валидность каждой выборки и контуры системы координат. Чтобы преобразовать матрицу в демонстрационный поток и эти управляющие сигналы, используйте блок Frame To Samples или whdlFramesToSamples функция. Для полного описания интерфейса смотрите Демонстрационный Интерфейс Потоковой передачи.

Блок может принять следующую систему координат только после того, как это завершило декодирование предыдущей системы координат. Необходимо оставить Iterations *2*HalfIterationLatency+BlockSize+4 неактивными циклами между входными кадрами. Задержка полуитерации описана в разделе Algorithms. В качестве альтернативы можно использовать выходной сигнал ctrl.end определить, когда блок готов к новому входу.

Эта форма волны показывает входной кадр 120 выборок (+ 4 бита хвоста) и 2 632 неактивных цикла между системами координат. Каждая входная выборка является вектором трех значений мягкого решения фиксированной точки. Ввод и вывод шины ctrl расширен, чтобы показать управляющие сигналы. start и end покажите контуры системы координат и valid квалифицирует выборки данных.

Порты

Входной параметр

развернуть все

`data` — Введите выборку
трехэлементный вектор

Введите выборку в виде трехэлементного целочисленного вектора. Значения представляют мягко закодированные вероятности. Если значение будет отрицательно, бит, более вероятно, будет 0. Если значение будет положительно, бит, более вероятно, будет 1. Первым элементом является последовательный бит, и другими двумя элементами являются биты четности. Блок ожидает входные кадры BlockSize + 12 выборок. Этот формат кадра включает биты хвоста в порядке, заданном TS 36.212 [1] стандарта LTE.

Для аппаратной реализации используйте фиксированную точку с двумя или тремя целочисленными битами и одним - четырьмя дробными битами. Внутренние типы данных выведены из этого типа данных, и более низкие типы точности могут привести к потере декодирования точности. Если тип входных данных имеет нулевые дробные биты или меньше чем два целочисленных бита, блок возвращает предупреждение. double и single поддерживаются для симуляции, но не для генерации HDL-кода.

Типы данных: fixdt(1,WL,FL) | single | double

`ctrl` — Управляющие сигналы сопроводительный демонстрационный поток
`samplecontrol` шина

Управляющие сигналы, сопровождающие демонстрационный поток в виде samplecontrol шина. Шина включает startконец, и valid управляющие сигналы, которые указывают на контуры системы координат и валидность выборок.

start — Указывает на запуск входного кадра
end — Указывает на конец входного кадра
valid — Указывает, что данные по порту входа data допустимы

Типы данных: bus

`blockSize` — Размер блока турбокода
целое число

Размер блока турбокода в виде целого числа. Это значение должно быть одним из этих 188 значений, заданных в стандарте LTE, от 40 до 6 144 в этих интервалах: [40:8:512 528:16:1024 1056:32:2048 2112:64:6144].

Зависимости

Этот порт появляется, когда вы устанавливаете Block size source на Input port.

Типы данных: single | double | uint16 | fixdt(0,13,0)

Вывод

развернуть все

`data` — Выведите выборку
бинарный скаляр

Выведите выборку, возвращенную как бинарный скаляр. double и single поддерживаются для симуляции, но не для генерации HDL-кода.

Типы данных: single | double | Boolean | ufix1

`ctrl` — Управляющие сигналы сопроводительный демонстрационный поток
`samplecontrol` шина

Управляющие сигналы, сопровождающие демонстрационный поток, возвращенный как samplecontrol шина. Шина включает startконец, и valid управляющие сигналы, которые указывают на контуры системы координат и валидность выборок.

start — Указывает на запуск выходной системы координат
end — Указывает на конец выходной системы координат
valid — Указывает, что данные по порту выхода data допустимы

Типы данных: bus

Параметры

развернуть все

`Block size source` — Как задать размер блока
`Input port` (значение по умолчанию) | `Property`

Выберите, задаете ли вы размер блока с входным портом или вводите фиксированное значение в качестве параметра. Если вы выбираете Property, параметр Block size появляется. Если вы выбираете Input port, порт blockSize появляется.

`Block size` — Размер блока турбокода
6144 (значение по умолчанию)

Зависимости

Этот параметр появляется, когда вы устанавливаете Block size source на Property.

`Number of decoding iterations` — Сколько итераций декодирования MAX, чтобы выполнить
6 (значение по умолчанию) | положительное целое число

Сколько итераций декодирования MAX, чтобы выполнить в виде положительного целого числа. Реализация декодера использует один декодер MAX с выходными данными каждой полуитерации, направленной назад к входу. Более высокое количество итерации увеличивает точность и добавляет задержку. Приблизительно после 15 итераций алгоритм не обеспечивает дальнейшую точность.

Примеры модели

Турбо декодирует выборки потоковой передачи

Используйте блок LTE Turbo Decoder, чтобы декодировать данные, и как сравнить благоприятный для оборудования проект с результатами LTE Toolbox™.

Открыть скрипт

Алгоритмы

развернуть все

Блок реализует итеративный алгоритм декодирования с помощью одного декодера и одного interleaver.

Эта схема показывает концептуальный алгоритм для одной итерации. Несмотря на то, что схема показывает два декодера и три interleavers, блок на самом деле реализует алгоритм с помощью только одного декодера и одного interleaver. Декодер выполняет одну полуитерацию и чередует результаты. Затем выход направляется назад к входу для следующей полуитерации. interleaver вычисляет индексы чередования из размера блока. Для получения дополнительной информации interleaver реализации, смотрите LTE Turbo Encoder.

Нечетные полуитерации вычисляют отношение правдоподобия из нечередованных битов (P1, S, и устраненные чередование результаты декодирования P2). Ровные полуитерации вычисляют отношение правдоподобия из чередованных битов (P2 и чередованные результаты P1 и S, декодирующего).

Блок декодера использует алгоритм BCJR, чтобы найти отношение правдоподобия конкретного бита [2].

$\begin{array}{l} L (u_{k}) ≜ \log (\frac{P (u_{k} = + 1 | y)}{P (u_{k} = + 1 | y)}) \\ = \log (\frac{\sum_{s^{+}} p (s_{k - 1} = s', s_{k} = s, y) / p (y)}{\sum_{s^{-}} p (s_{k - 1} = s', s_{k} = s, y) / p (y)}) \end{array}$

Вероятности могут также быть представлены в терминах текущих и будущих состояний:

$\begin{array}{l} p (s', s, y) = α_{k - 1} (s') \cdot γ_{k} (s', s) \cdot β_{k} (s) \\ α_{k - 1} (s') = P (s', y_{< k}) \\ γ_{k} (s', s) = P (y_{k}, s | s') \\ β_{k} (s) = P (y_{< k} | s) \end{array}$

α вероятность представляет предыдущее состояние, β представляет вероятность текущего состояния, и ɣ представляет следующее состояние. Алгоритм вычисляет ɣ от входных значений. α и β вероятности вычисляются с помощью прямой и обратной рекурсии по возможным состояниям решетки, и также зависят от ɣ. Все вычисления сделаны в log область.

$\begin{array}{l} α_{k} = α_{k - 1} (s') \cdot γ_{k} (s', s) \\ β_{k - 1} (s') = β_{k} (s) \cdot γ_{k} (s', s) \end{array}$

Начальные условия для α и β:

$\begin{array}{l} α_{0} (s) = {\begin{matrix} 1, s = 0 \\ 0, s \neq 0 \end{matrix} \\ β_{0} (s) = {\begin{matrix} 1, s = 0 \\ 0, s \neq 0 \end{matrix} \end{array}$

Эта схема показывает декодер полуитерации и interleaver архитектуру. Начальная вероятность обнуляется.

В нормальной архитектуре BCJR алгоритм не может вычислить β, пока целая система координат не находится в памяти. Это должно выполнить полную систему координат, вперед прослеживают, и затем полная система координат назад прослеживает, что означает, что задержка одной полуитерации является двумя длинами системы координат. Необходимой памятью является BlockSize*NumStates*DataWidth. В этом случае NumStates равняется восьми от TS 36.212 [1] стандарта LTE.

Однако эта реализация декодера использует раздвижное окно, чтобы уменьшать необходимую память и задержку алгоритма [3]. Размер окна является 32 выборками, который является пять раз продолжительностью ограничения решетки 7. Задержка одной полуитерации:

$(c e i l (\frac{B l o c k S i z e}{W i n S i z e}) + 2) \times W i n S i z e + P i p e D e l a y$

Необходимая память с раздвижным окном 2*32*NumStates*DataWidth. Этот рисунок показывает, как β вычисление прослеживает и декодирует одно окно за один раз, чередуя вход между A и блоками вычисления B.

Производительность

Эти данные ресурсов и данные о производительности являются синтезом, следует из сгенерированного HDL, предназначенного к плате Xilinx^® Zynq^®-7000 ZC706. Эта реализация для фиксированного размера блока 6 144, шесть декодируют итерации и sfix5_en2 выборки входных данных. Проект достигает частоты часов на 306,6 МГц.

Ресурс	Использование
LUT	4771
LUTRAM	212
FFS	4691
Блокируйте RAM (16K)	7

Размер RAM растет с размером блока. Когда вы включаете порт размера блока, RAM, достаточный для самого большого размера блока, используется.

Ссылки

[1] 3GPP TS 36.212. "Мультиплексирование и кодирование канала". Проект Партнерства третьего поколения; Сеть радиодоступа Technical Specification Group; Развитый Универсальный Наземный Радио-доступ (к E-UTRA). URL: https://www.3gpp.org.

[2] Bahl, L. R. Дж. Кок, Ф. Елинек и Дж. Рэвив. "Оптимальное Декодирование Линейных Кодов для Минимизации Коэффициента ошибок Символа". Транзакции IEEE на Теории информации. Vol 1T-20, март 1974, стр 284–287.

[3] Viterbi, Эндрю Дж. "Интуитивное выравнивание и упрощенное внедрение декодера MAP для сверточных кодов". Журнал IEEE на выбранных областях в коммуникациях. Издание 16, № 2, февраль 1998.

Расширенные возможности

Генерация кода C/C++
Генерация кода C и C++ с помощью Simulink® Coder™.

Этот блок поддерживает генерацию кода C/C++ для акселератора Simulink^® и быстрых режимов Accelerator и для генерации компонента DPI.

Генерация HDL-кода
Сгенерируйте Verilog и код VHDL для FPGA и проекты ASIC с помощью HDL Coder™.

HDL Coder™ обеспечивает дополнительные параметры конфигурации, которые влияют на реализацию HDL и синтезируемую логику.

Архитектура HDL

Этот блок имеет одну, архитектуру HDL по умолчанию.

Свойства блока HDL

ConstrainedOutputPipeline	Количество регистров, чтобы поместить при выходных параметрах путем перемещения существующих задержек в рамках проекта. Распределенная конвейеризация не перераспределяет эти регистры. `Значением по умолчанию является 0`. Для получения дополнительной информации смотрите ConstrainedOutputPipeline (HDL Coder).
InputPipeline	Количество входных настроек канала связи, чтобы вставить в сгенерированный код. Распределенная конвейеризация и ограниченная выходная конвейеризация могут переместить эти регистры. `Значением по умолчанию является 0`. Для получения дополнительной информации смотрите InputPipeline (HDL Coder).
OutputPipeline	Количество выходных настроек канала связи, чтобы вставить в сгенерированный код. Распределенная конвейеризация и ограниченная выходная конвейеризация могут переместить эти регистры. `Значением по умолчанию является 0`. Для получения дополнительной информации смотрите OutputPipeline (HDL Coder).

Ограничения

Вы не можете сгенерировать HDL для этого блока в Resettable Synchronous Subsystem или Enabled Synchronous Subsystem.

Документация

LTE Turbo Decoder

Описание