comm.TurboDecoder

Декодируйте входной сигнал с помощью параллели, конкатенированной, декодируя схему

Описание

comm.TurboDecoder Система object™ использует параллель, конкатенированную, декодируя схему декодировать закодированный входной сигнал. Входной сигнал обычно является мягким решением выход от основополосной операции демодуляции. Для получения дополнительной информации см. Параллельную Конкатенированную Сверточную Схему Декодирования.

Декодировать входной сигнал с помощью параллели, конкатенированной, декодируя схему:

Создайте comm.TurboDecoder объект и набор его свойства.
Вызовите объект с аргументами, как будто это была функция.

Чтобы узнать больше, как Системные объекты работают, смотрите то, Что Системные объекты?.

Создание

Синтаксис

turbodec = comm.TurboDecoder

turbodec = comm.TurboDecoder(trellis,interlvrindices,numiter)

turbodec = comm.TurboDecoder(___,Name,Value)

Описание

turbodec = comm.TurboDecoder создает турбо Системный объект декодера. Этот объект использует декодер составляющей по опыту вероятности (APP), чтобы итеративно декодировать конкатенированные параллелью convolutionally закодированные входные данные.

пример

turbodec = comm.TurboDecoder(trellis,interlvrindices,numiter) создает турбо Системный объект декодера с TrellisStructure, InterleaverIndices, и numiter, соответственно. trellis введите должен быть задан аналогичный описанному TrellisStructure свойство. interlvrindices введите должен быть задан аналогичный описанному InterleaverIndices свойство. numiter введите должен быть задан аналогичный описанному NumIterations свойство.

пример

turbodec = comm.TurboDecoder(___,Name,Value) свойства наборов с помощью одной или нескольких пар "имя-значение" в дополнение к любой комбинации входных аргументов от предыдущих синтаксисов. Заключите каждое имя свойства в кавычки. Например, comm.TurboDecoder('InterleaverIndicesSource','Input port') конфигурирует турбо Системный объект декодера с interleaver индексами, которые будут предоставлены как входной параметр Системному объекту, когда он называется.

Свойства

развернуть все

Если в противном случае не обозначено, свойства являются ненастраиваемыми, что означает, что вы не можете изменить их значения после вызова объекта. Объекты блокируют, когда вы вызываете их, и release функция разблокировала их.

Если свойство является настраиваемым, можно изменить его значение в любое время.

Для получения дополнительной информации об изменении значений свойств смотрите Разработку системы в MATLAB Используя Системные объекты.

`TrellisStructure` — Описание решетки составляющего сверточного кода
`poly2trellis(4,[13 15],13)` (значение по умолчанию) | структура

Описание решетки составляющего сверточного кода в виде структуры, которая содержит описание решетки для уровня K/N код. K является количеством входных потоков битов, и N является количеством выходных потоков битов.

Примечание

K должен быть 1 для турбо кодера. Для получения дополнительной информации смотрите Уровень Кодирования.

Можно или использовать poly2trellis функция, чтобы создать структуру решетки или создать его вручную. Для больше об этой структуре, см. Описание Решетки Сверточного кода и istrellis функция.

Структура решетки содержит эти поля.

`numInputSymbols` — Количество входа символов к энкодеру
2^K

Количество входа символов к энкодеру в виде целого числа равняется 2^K, где K является количеством входных потоков битов.

Типы данных: double

`numOutputSymbols` — Количество символов выводится от энкодера
2^N

Количество символов, которым выход от энкодера в виде целого числа равняется 2^N, где N является количеством выходных потоков битов.

Типы данных: double

`numStates` — Количество состояний в энкодере
степень 2

Количество состояний в энкодере в виде степени 2.

Типы данных: double

`nextStates` — Следующие состояния
матрица целых чисел

Следующие состояния для всех комбинаций текущих состояний и текущих входных параметров в виде матрицы целых чисел. Матричным размером должен быть numStates- 2^K.

Типы данных: double

`outputs` Выходные параметры
матрица восьмеричных чисел

Выходные параметры для всех комбинаций текущих состояний и текущих входных параметров в виде матрицы восьмеричных чисел. Матричным размером должен быть numStates- 2^K.

Типы данных: double

Типы данных: struct

`InterleaverIndicesSource` — Источник interleaver индексов
`'Property'` (значение по умолчанию) | `'Input port'`

Источник interleaver индексов в виде 'Property' или 'Input port'.

Когда вы устанавливаете это свойство на 'Input port', объект выполняет использование входа interleaver индексы, interlvrindices, установите, когда вы вызовете объект. Длина вектора и значения для interleaver индексов и закодированного входного сигнала могут измениться с каждым вызовом объекта.
Когда вы устанавливаете это свойство на 'Property', объект использует interleaver индексы, которые вы задаете для InterleaverIndices свойство.

Типы данных: char | string

`InterleaverIndices` — Индексы Interleaver
(64:-1:1).' (значение по умолчанию) | вектор-столбец целых чисел

Индексы Interleaver в виде вектор-столбца целых чисел. Вектор должен иметь длину L, где L является длиной декодируемого выходного сигнала, decmsg. Каждый элемент вектора должен быть целым числом в области значений [1, L] и должен быть уникальным. interleaver индексы задают отображение, используемое, чтобы переставить входные биты в декодере.

Настраиваемый: да

Зависимости

Чтобы включить это свойство, установите InterleaverIndicesSource свойство к 'Property'.

Типы данных: double

`Algorithm` — Декодирование алгоритма
`'True APP'` (значение по умолчанию) | `'Max*'` | `'Max'`

Декодирование алгоритма в виде 'True APP'Max , или 'Max'. Когда вы устанавливаете это свойство на 'True APP', объект реализует истинное декодирование APP. Когда вы устанавливаете это свойство на 'Max*' или 'Max', объект использует приближения, чтобы увеличить скорость расчетов. Для получения дополнительной информации смотрите Декодер APP.

Типы данных: char | string

`NumScalingBits` — Количество масштабирующихся битов
3 (значение по умолчанию) | целое число в области значений [0, 8]

Количество масштабирующихся битов в виде целого числа в области значений [0, 8]. Это наборы свойств количество битов составляющее использование декодеров, чтобы масштабировать входные данные, чтобы не терять точность во время расчетов. Составляющие декодеры умножают вход на 2 ^{NumScalingBits} и разделите предварительный выход на тот же фактор. Для получения дополнительной информации смотрите Декодер APP.

Зависимости

Это включает это свойство, установило свойство Algorithm на 'Max*'.

Типы данных: double

`NumIterations` — Количество декодирования итераций
6 (значение по умолчанию) | положительное целое число

Количество декодирования итераций в виде положительного целого числа. Это наборы свойств количество декодирования итераций, используемых для каждого вызова объекта. Объект выполняет итерации и обеспечивает обновления отношений логарифмической правдоподобности (LLR) незакодированных выходных битов. Выход объекта является трудным решением выход итогового обновления LLR.

Типы данных: double

Использование

Синтаксис

decmsg = turbodec(codeword)

decmsg = turbodec(codeword,interlvrindices)

Описание

пример

decmsg = turbodec(codeword) декодирует входную кодовую комбинацию с помощью конкатенированной сверточной схемы декодирования параллели, которая задана структурой решетки и interleaver индексами. turbodec возвращается двоичный файл декодировал данные. Для получения дополнительной информации см. Параллельную Конкатенированную Сверточную Схему Декодирования.

пример

decmsg = turbodec(codeword,interlvrindices) дополнительно задает interleaver индексы. Чтобы включить этот синтаксис, установите свойство InterleaverIndicesSource на 'Input port'. interleaver индексы задают отображение, используемое, чтобы переставить вход в декодере.

Входные параметры

развернуть все

`codeword` — Параллель конкатенировала кодовую комбинацию
вектор-столбец

Параллель конкатенировала кодовую комбинацию в виде вектор-столбца длины M, где M является длиной конкатенированной кодовой комбинации параллели.

Типы данных: double | single

`interlvrindices` — Индексы Interleaver
вектор-столбец целых чисел

Зависимости

Чтобы включить это свойство, установите InterleaverIndicesSource свойство к 'Input port'.

Типы данных: double

Выходные аргументы

развернуть все

`decmsg` — Декодируемое сообщение
вектор столбца двоичных данных

Декодируемое сообщение, возвращенное как вектор столбца двоичных данных из длины L, где L является длиной декодируемого выходного сигнала. Этот выходной сигнал совпадает с типом данных codeword входной параметр.

Функции объекта

Чтобы использовать объектную функцию, задайте Системный объект как первый входной параметр. Например, чтобы выпустить системные ресурсы Системного объекта под названием obj, используйте этот синтаксис:

release(obj)

развернуть все

Характерный для всех системных объектов

`step`	Запустите алгоритм Системного объекта
`release`	Высвободите средства и позвольте изменения в значениях свойств Системного объекта и введите характеристики
`reset`	Сбросьте внутренние состояния Системного объекта

Примеры

свернуть все

Передайте и получите закодированные турбо данные по модулируемому BPSK каналу AWGN

Скрипт Open Live Script

Симулируйте передачу и прием данных о BPSK по каналу AWGN при помощи турбо кодирования и декодирования.

Задайте параметры симуляции, и затем вычислите эффективный уровень кодирования и шумовое отклонение. Для модуляции BPSK, $E_{S} / N_{0}$ равняется $E_{b} / N_{0}$ потому что количество битов на символ (бит/с) равняется 1. Чтобы упростить повторное использование этого кода для других схем модуляции, вычисления в этом примере включают условия бит/с. Задайте пакетную длину, структуру решетки и количество итераций. Вычислите шумовое использование отклонения $E_{S} / N_{0}$ и уровень кода. Установите генератор случайных чисел на его состояние по умолчанию гарантировать, что результаты повторяемы.

modOrd = 2; % Modulation order
bps = log2(modOrd); % Bits per symbol
EbNo = 1; % Energy per bit to noise power spectral density ratio in dB
EsNo = EbNo + 10*log10(bps); % Energy per symbol to noise power spectral density ratio in dB

L = 256; % Input packet length in bits
trellis = poly2trellis(4,[13 15 17],13);
numiter = 4;
n = log2(trellis.numOutputSymbols);
numTails = log2(trellis.numStates)*n;
M = L*(2*n - 1) + 2*numTails; % Output codeword packet length
rate = L/M; % Coding rate

snrdB = EsNo + 10*log10(rate); % Signal to noise ratio in dB
noiseVar = 1./(10.^(snrdB/10)); % Noise variance

rng default

Сгенерируйте случайные interleaver индексы.

intrlvrIndices = randperm(L);

Создайте турбо пару энкодера и декодера. Используйте заданную структуру решетки и случайные interleaver индексы. Сконфигурируйте декодер, чтобы запустить максимум четырех итераций.

turboenc = comm.TurboEncoder(trellis,intrlvrIndices);
turbodec = comm.TurboDecoder(trellis,intrlvrIndices,numiter);

Создайте модулятор BPSK и пару демодулятора, где демодулятор выходные параметры мягкие биты определил использование метода LLR.

bpskmod = comm.BPSKModulator;
bpskdemod = comm.BPSKDemodulator('DecisionMethod','Log-likelihood ratio', ...
    'Variance',noiseVar);

Создайте объект канала AWGN и объект коэффициента ошибок.

awgnchan = comm.AWGNChannel('NoiseMethod','Variance','Variance',noiseVar);
errrate = comm.ErrorRate;

Основной цикл обработки выполняет эти шаги.

Сгенерируйте двоичные данные.
Турбо кодирует данные.
Модулируйте закодированные данные.
Передайте модулируемый сигнал через канал AWGN.
Демодулируйте сигнал с шумом при помощи LLR, чтобы вывести мягкие биты.
Турбо декодирует демодулируемые данные. Поскольку побитовое отображение от демодулятора является противоположностью отображения, ожидаемого турбо декодером, вход декодера должен использовать инверсию демодулируемого сигнала.
Вычислите ошибочную статистику.

for frmIdx = 1:100
    data = randi([0 1],L,1);
    encodedData = turboenc(data);
    modSignal = bpskmod(encodedData);
    receivedSignal = awgnchan(modSignal);
    demodSignal = bpskdemod(receivedSignal);
    receivedBits = turbodec(-demodSignal);
    errorStats = errrate(data,receivedBits);
end

Отобразите ошибочные данные.

fprintf('Bit error rate = %5.2e\nNumber of errors = %d\nTotal bits = %d\n', errorStats)

Bit error rate = 2.34e-04
Number of errors = 6
Total bits = 25600

Выполните турбокодирование на 16-QAM сигнале в канале AWGN

Скрипт Open Live Script

Симулируйте сквозную линию связи при помощи 16-QAM и турбокоды сигнала в канале AWGN. В цикле обработки системы координат пакетные размеры случайным образом выбраны, чтобы быть 500, 1000, или 1 500 битов. Поскольку пакетный размер варьируется, interleaver индексы предоставляются турбо энкодеру и декодеру как входной параметр их связанного Системного объекта.

Установите порядок модуляции и $E_{b} / N_{0}$ . Вычислите количество битов на символ и энергии на символ к шумовому отношению ( $E_{S} / N_{0}$ ) на основе порядка модуляции и $E_{b} / N_{0}$ . Чтобы получить повторяемые результаты, установите генератор случайных чисел на его состояние по умолчанию.

modOrder = 16;
bps = log2(modOrder); % Bits per symbol
EbNo = 2.8; % Energy per bit to noise power spectral density ratio in dB
EsNo = EbNo + 10*log10(bps); % Energy per symbol to noise power spectral density ratio in dB
rng default

Создайте турбо пару энкодера и декодера. Поскольку пакетная длина варьируется для каждой системы координат, укажите, что interleaver индексы предоставляются входным параметром Системного объекта, когда выполняется. Укажите, что декодер выполняет четыре итерации.

turboEnc = comm.TurboEncoder('InterleaverIndicesSource','Input port');
turboDec = comm.TurboDecoder('InterleaverIndicesSource','Input port','NumIterations',4);
trellis = poly2trellis(4,[13 15 17],13);
n = log2(turboEnc.TrellisStructure.numOutputSymbols);
numTails = log2(turboEnc.TrellisStructure.numStates)*n;

Создайте объект коэффициента ошибок.

errRate = comm.ErrorRate;

Цикл обработки системы координат выполняет эти шаги.

Выберите случайную пакетную длину и сгенерируйте случайные двоичные данные.
Вычислите выходную длину кодовой комбинации и уровень кодирования.
Вычислите сигнал к шумовому отношению (ОСШ) и шумовому отклонению.
Сгенерируйте interleaver индексы.
Турбо кодирует данные.
Примените 16-QAM модуляцию и нормируйте среднюю степень сигнала.
Передайте модулируемый сигнал через канал AWGN.
Демодулируйте сигнал с шумом при помощи метода LLR, выведите мягкие биты и нормируйте среднюю степень сигнала.
Турбо декодирует данные. Поскольку порядок побитового отображения от демодулятора напротив порядка отображения, ожидаемого турбо декодером, вход декодера должен использовать инверсию демодулируемого сигнала.
Вычислите ошибочную статистику.

numFrames = 100;
for pktIdx = 1:numFrames
    L = 500*randi([1 3],1,1); % Packet length in bits
    data = randi([0 1],L,1);

    M = L*(2*n - 1) + 2*numTails; % Output codeword packet length
    rate = L/M; % Coding rate for current packet
    snrdB = EsNo + 10*log10(rate); % Signal to noise ratio in dB
    noiseVar = 1./(10.^(snrdB/10)); % Noise variance
    
    intrlvrIndices = randperm(L);
    encodedData = turboEnc(data,intrlvrIndices);
    modSignal = qammod(encodedData,modOrder,'InputType','bit','UnitAveragePower',true);
    receivedSignal = awgn(modSignal,snrdB);
    demodSignal = qamdemod(receivedSignal,modOrder,'OutputType','llr', ...
        'UnitAveragePower',true,'NoiseVariance',noiseVar);
    receivedBits = turboDec(-demodSignal,intrlvrIndices); % Demodulated signal is negated
    
    errorStats = errRate(data,receivedBits);
end

Отобразите ошибочные данные.

fprintf('Bit error rate = %5.2e\nNumber of errors = %d\nTotal bits = %d\n',errorStats)

Bit error rate = 8.51e-04
Number of errors = 80
Total bits = 94000

Больше о

развернуть все

Параллельная конкатенированная сверточная схема декодирования

Турбо декодер использует конкатенированную сверточную схему декодирования параллели декодировать закодированный входной сигнал. Параллель, конкатенированная, декодируя схему, использует итеративный Декодер APP с двумя составляющими декодерами, interleaver и deinterleaver. Этот рисунок показывает схему декодирования.

Два составляющих декодера используют ту же структуру решетки и алгоритм декодирования. Мягкий вход декодеры APP мягкого выхода (SISO 1 и SISO 2) вывел обновленную последовательность логарифмической правдоподобности входных битов энкодера, π (u; O) последовательность.The основана на полученной последовательности логарифмической правдоподобности (закодированных) битов канала, π (c; I), и параметры кода.

Декодер итеративно обновляет эти вероятности для постоянного числа декодирования итераций и затем выводит биты решения. interleaver, используемый в декодере, идентичен interleaver, используемому в энкодере. deinterleaver выполняет обратное сочетание относительно interleaver. Декодер не принимает знание битов хвоста и исключает эти биты из итераций.

Для получения дополнительной информации смотрите Уровень Кодирования.

Декодер APP

Этот Системный объект реализует мягкий вход мягкий алгоритм декодирования выхода APP согласно [1] и [2].

'True APP' опция Algorithm свойство реализует декодирование APP согласно уравнениям 20-23 в разделе V из [1]. Получать скорость, 'Max*' и 'Max' значения Algorithm свойство аппроксимированные выражения как $\log \sum_{i} \exp (a_{i})$ другими количествами. 'Max' опция использует макс. (_ai) в качестве приближения. 'Max*' опция использует макс. (_ai) плюс срок коррекции, данный выражением $\ln (1 + \exp (- | a_{i - 1} - a_{i} |))$ .

Установка Algorithm свойство к 'Max*' включает NumScalingBits свойство этого Системного объекта. Это свойство обозначает количество битов, которыми этот Системный объект масштабирует данные, которые это обрабатывает внутренне (умножает вход на 2^{NumScalingBits} и делит предварительный выход на тот же фактор). Используйте это свойство постараться не терять точность во время расчетов.

Кодирование уровня

У каждого составляющего сверточного кодера есть 1/N кодирование уровня. Уровень кодирования составляющего сверточного кода представлен как уровень K/N код. K является количеством входных потоков битов. N является количеством выходных потоков битов.

Примечание

K должен быть 1 для турбо кодера.

Декодер принимает M - входной сигнал вектор-столбца элемента и возвращает L - выходной сигнал вектор-столбца элемента. Эффективным уровнем кода турбо декодера является L/M. L является длиной сообщения двоичного выхода, и M является длиной конкатенированной кодовой комбинации параллели.

Для данной решетки M и L связаны L = (M – 2 × numTails) / (2 × N – 1), где:

numTails = _log2 (trellis.numStates) × N
N = _log2 (trellis.numOutputSymbols). Для уровня 1/2 решетка, N = 2.

Для получения дополнительной информации о структурах решетки, смотрите poly2trellis функция.

Ссылки

[1] Бенедетто, S., Г. Монторси, Д. Дивсэлэр и Ф. Поллара. "Модуль Мягкого Входа Мягкого Выхода Максимума следующего (MAP), чтобы декодировать параллельные и последовательные каскадные коды". Лаборатория реактивного движения отчет о выполнении работ TDA, 42–127, (ноябрь 1996).

[2] Viterbi, A.J. “Интуитивное Выравнивание и Упрощенное внедрение Декодера MAP для Сверточных кодов”. Журнал IEEE на Выбранных областях в Коммуникациях 16, № 2 (февраль 1998): 260–64. https://doi.org/10.1109/49.661114.

[3] Berrou, C., А. Глэвиукс и П. Титимэджшима. “Около Шенноновского Предельного Кодирования с коррекцией ошибок и Декодирования: турбокоды”. Продолжения ICC 93 - Международная конференция IEEE по вопросам Коммуникаций, Женевы, Швейцария, май 1993, 1064–70. https://doi.org/10.1109/icc.1993.397441.

[4] Шлегель, христианин, и Ланс Перес. Решетчатое кодирование и турбокодирование. IEEE нажимает Series on Digital & Mobile Communication. Пискатауэй, NJ  ; Хобокен, NJ: нажатие IEEE  ; Wiley-межнаука, 2004.

[5] 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). https://www.3gpp.org.

Расширенные возможности

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

Указания и ограничения по применению:

Смотрите системные объекты в Генерации кода MATLAB (MATLAB Coder).

Документация

comm.TurboDecoder

Описание

Создание

Синтаксис

Описание

Свойства

TrellisStructure — Описание решетки составляющего сверточного кода poly2trellis(4,[13 15],13) (значение по умолчанию) | структура

numInputSymbols — Количество входа символов к энкодеру 2K

numOutputSymbols — Количество символов выводится от энкодера 2N

numStates — Количество состояний в энкодере степень 2

nextStates — Следующие состояния матрица целых чисел

outputs Выходные параметры матрица восьмеричных чисел

InterleaverIndicesSource — Источник interleaver индексов 'Property' (значение по умолчанию) | 'Input port'

InterleaverIndices — Индексы Interleaver(64:-1:1).' (значение по умолчанию) | вектор-столбец целых чисел

Зависимости

Algorithm — Декодирование алгоритма 'True APP' (значение по умолчанию) | 'Max*' | 'Max'

NumScalingBits — Количество масштабирующихся битов3 (значение по умолчанию) | целое число в области значений [0, 8]

Зависимости

NumIterations — Количество декодирования итераций6 (значение по умолчанию) | положительное целое число

Использование

Синтаксис

Описание

Входные параметры

codeword — Параллель конкатенировала кодовую комбинацию вектор-столбец

interlvrindices — Индексы Interleaver вектор-столбец целых чисел

Зависимости

Выходные аргументы

decmsg — Декодируемое сообщение вектор столбца двоичных данных

Функции объекта

Характерный для всех системных объектов

Примеры

Передайте и получите закодированные турбо данные по модулируемому BPSK каналу AWGN

Выполните турбокодирование на 16-QAM сигнале в канале AWGN

Больше о

Параллельная конкатенированная сверточная схема декодирования

Декодер APP

Кодирование уровня

Ссылки

Расширенные возможности

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

Смотрите также

Объекты

Функции

Блоки

Документация Communications Toolbox

Поддержка

`TrellisStructure` — Описание решетки составляющего сверточного кода
`poly2trellis(4,[13 15],13)` (значение по умолчанию) | структура

`numInputSymbols` — Количество входа символов к энкодеру
2^K

`numOutputSymbols` — Количество символов выводится от энкодера
2^N

`numStates` — Количество состояний в энкодере
степень 2

`nextStates` — Следующие состояния
матрица целых чисел

`outputs` Выходные параметры
матрица восьмеричных чисел

`InterleaverIndicesSource` — Источник interleaver индексов
`'Property'` (значение по умолчанию) | `'Input port'`

`InterleaverIndices` — Индексы Interleaver
(64:-1:1).' (значение по умолчанию) | вектор-столбец целых чисел

`Algorithm` — Декодирование алгоритма
`'True APP'` (значение по умолчанию) | `'Max*'` | `'Max'`

`NumScalingBits` — Количество масштабирующихся битов
3 (значение по умолчанию) | целое число в области значений [0, 8]

`NumIterations` — Количество декодирования итераций
6 (значение по умолчанию) | положительное целое число

`codeword` — Параллель конкатенировала кодовую комбинацию
вектор-столбец

`interlvrindices` — Индексы Interleaver
вектор-столбец целых чисел

`decmsg` — Декодируемое сообщение
вектор столбца двоичных данных

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