Закодируйте входной сигнал при помощи уровня 1/3 турбо настройка энкодера со структурой решетки по умолчанию, poly2trellis(4,[13 15],13), как представлено в этом рисунке.

Для входного сигнала с 64 битами кодовая комбинация вывела от энкодера, 204 бита. Первый выход на 192 бита соответствует три 64 потока битов, чередованные как ${\mathit{X}}_{\mathit{k}}$, ${\mathit{Z}}_{\mathit{k}}$, и ${\mathit{Z}}_{\mathit{k}}^{\prime }$. Систематический поток битов, ${\mathit{X}}_{\mathit{k}}$, и поток бита четности, ${\mathit{Z}}_{\mathit{k}}$, от первого энкодера и потока бита четности, ${\mathit{Z}}_{\mathit{k}}^{\prime }$, от второго энкодера. Когда переключатели находятся в более низком положении, сигналы следуют за пунктирными линиями, и последние 12 битов соответствуют битам хвоста от этих двух энкодеров. Первая группа шести битов (три систематических бита и три бита четности) является выходными битами хвоста от первого составляющего энкодера. Вторая группа шести битов (три систематических бита и три бита четности) является выходными битами хвоста от второго составляющего энкодера.

Создайте турбо энкодер с помощью настроек по умолчанию. Сгенерируйте систему координат данных о двоичном сообщении, и затем закодируйте данные о сообщении.

rng default
turboenc = comm.TurboEncoder;
frameLen = 64; % Frame length
data = randi([0 1],frameLen,1);
encData = turboenc(data);
codewordLen = length(encData);

Вычислите уровень кодирования. Из-за битов хвоста, выходной уровень энкодера кода немного меньше 1/3.

codingrate = frameLen/codewordLen

codingrate = 0.3137

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, ${\mathit{E}}_{\mathrm{S}}/{\mathit{N}}_0$ равняется ${\mathit{E}}_{\mathrm{b}}/{\mathit{N}}_0$ 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 ${\mathit{E}}_{\mathrm{S}}/{\mathit{N}}_0$ 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.

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

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 ${\mathit{E}}_{\mathrm{b}}/{\mathit{N}}_0$. Вычислите количество битов на символ и энергии на символ к шумовому отношению (${\mathit{E}}_{\mathrm{S}}/{\mathit{N}}_0$) на основе порядка модуляции и ${\mathit{E}}_{\mathrm{b}}/{\mathit{N}}_0$. 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.

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