Турбокодер

Кодирование двоичных данных с использованием схемы параллельного конкатенированного кодирования

Библиотека:
Коммуникационный инструментарий/Обнаружение и исправление ошибок/Сверточный

Описание

Блок турбокодера кодирует двоичный входной сигнал, используя схему параллельного конкатенированного кодирования. Эта схема кодирования использует два идентичных сверточных кодера и один внутренний перемежитель. Каждый составной кодер независимо оканчивается хвостовыми битами. Дополнительные сведения о компонентных кодерах см. в разделе Схема параллельного конкатенированного сверточного кодирования.

Этот значок показывает блок со всеми включенными портами.

Turbo Encoder block with optional ports (IntrInd and OutInd) enabled

Порты

Вход

развернуть все

`In` - Входное сообщение
двоичный вектор столбца

Входное сообщение, указанное как вектор двоичного столбца длиной L, где L - длина некодированного входного сообщения.

Типы данных: double | int8 | fi(data,0,1)

`IntrInd` - Индексы перемежителя
столбчатый вектор целых чисел

Индексы перемежителя, заданные как вектор столбца целых чисел. Вектор должен иметь длину L, где L - длина двоичного входного сообщения. Каждый элемент вектора должен быть целым числом в диапазоне [1, L] и быть уникальным. Индексы перемежителя определяют отображение, используемое для перестановки входных битов в кодере.

Зависимости

Чтобы включить этот порт, установите для свойства Source of interleaver indices значение Input port.

Типы данных: double

`OutInd` - Выходные индексы
столбчатый вектор целых чисел

Выходные индексы для упорядочивания и прокалывания битов, используемые в полностью кодированных данных, определяемые как вектор-столбец целых чисел. Значения элементов в векторе должны быть относительно полностью закодированных данных для схемы кодирования, включая конечные биты для всех потоков.

Настраиваемый: Да

Зависимости

Чтобы включить этот порт, установите для свойства Source of output indices значение Input port.

Типы данных: double

Продукция

развернуть все

`Out` - Параллельное сцепленное кодовое слово
двоичный вектор столбца

Параллельное конкатенированное кодовое слово, возвращаемое как вектор двоичного столбца длиной М, где М - количество битов в параллельном конкатенированном кодовом слове. Этот вывод наследует тип данных от In вход.

Типы данных: double | int8 | fi(data,0,1)

Параметры

развернуть все

`Trellis structure` - Решетчатое описание составного сверточного кода
`poly2trellis(4,[13 15],13)` (по умолчанию) | структура

Укажите решетку как структуру MATLAB ®, которая содержит описание решетки для составного сверточного кода скорости K ∕ N. K - количество входных битовых потоков, а N - количество выходных битовых потоков.

Примечание

K должен быть равен 1 для турбокодера. Дополнительные сведения см. в разделе Скорость кодирования.

Вы можете либо использовать poly2trellis создать решетчатую структуру или создать ее вручную. Дополнительные сведения об этой структуре см. в разделе Описание сверточного кода и istrellis функция.

Решетчатая структура содержит эти поля.

`numInputSymbols` - Количество символов, вводимых в кодер
^2K

Число символов, вводимых в кодер, указанное как целое число, равное ^2K, где K - количество входных битовых потоков.

Типы данных: double

`numOutputSymbols` - Количество символов, выводимых из кодера
^{2 Н}

Число символов, выводимых из кодера, указанное как целое число, равное ^2N, где N - количество выходных битовых потоков.

Типы данных: double

`numStates` - Количество состояний в кодере
мощность 2

Количество состояний в кодере, указанное как мощность 2.

Типы данных: double

`nextStates` - Следующие состояния
матрица целых чисел

Следующие состояния для всех комбинаций текущих состояний и текущих входов, заданных как матрица целых чисел. Размер матрицы должен быть numStates^-by-2K.

Типы данных: double

`outputs` - Выходы
матрица восьмеричных чисел

Выходы для всех комбинаций текущих состояний и токовых входов, заданных как матрица восьмеричных чисел. Размер матрицы должен быть numStates^-by-2K.

Типы данных: double

`Source of interleaver indices` - Источник индексов перемежителя
`Property` (по умолчанию) | `Input port`

Укажите источник индексов перемежителя как Property или Input port.

При установке для этого параметра значения Propertyблок использует параметр индексов перемежителя для указания индексов перемежителя.
При установке для этого параметра значения Input port, блок использует IntrInd входной порт для указания индексов перемежителя.

`Interleaver indices` - Индексы перемежителя
`(64:-1:1).'` (по умолчанию) | вектор столбца целых чисел

Укажите индексы перемежителя как вектор-столбец целых чисел. Вектор должен иметь длину L, где L - длина двоичного входного сообщения. Каждый элемент вектора должен быть целым числом в диапазоне [1, L] и быть уникальным. Индексы перемежителя определяют отображение, используемое для перестановки входных битов в кодере.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Source of interleaver indices значение Property.

`Source of output indices` - Источник выходных индексов
`Auto` | `Property` | `Input port`

Укажите источник выходных индексов как Auto, Property, или Input port.

При установке для этого параметра значения Autoблок вычисляет выходные индексы, которые прокалывают второй систематический поток и включают в себя все конечные биты.
При установке для этого параметра значения Propertyблок использует выходные индексы, указанные для параметра «Выходные индексы».
При установке для этого параметра значения Input portблок использует входной порт OutInd для указания выходных индексов. Длина вектора и значения выходных индексов и кодированного выходного сигнала могут изменяться при каждом выполнении блока.

`Output indices` - Выходные индексы
`getTurboIOIndices(64,2,3)` (по умолчанию) | вектор столбца целых чисел

Укажите выходные индексы для упорядочивания и прокалывания битов, используемых для полностью закодированных данных в виде вектора-столбца целых чисел. Количество битов на выходе кодера равно длине этого параметра. Максимальная длина не должна превышать полностью закодированную длину (L + mLen) × N × 2), где L - длина входного вектора, mLen - длина памяти, а N - количество составляющих кодированных кодеров потоков.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Source of output indices значение Property.

`Simulate using` - Тип выполняемого моделирования
`Interpreted execution` (по умолчанию) | `Code generation`

Тип выполняемого моделирования, указанный как Interpreted execution или Code generation.

Interpreted execution - Смоделировать модель с помощью интерпретатора MATLAB. Этот параметр требует меньше времени запуска, чем Code generation способ, но скорость последующего моделирования медленнее. В этом режиме можно отладить исходный код блока.
Code generation - Моделирование модели с использованием сгенерированного кода C. При первом запуске моделирования Simulink ® генерирует код C для блока. Код C используется повторно для последующего моделирования, если модель не изменится. Эта опция требует дополнительного времени запуска, но скорость последующего моделирования быстрее, чемInterpreted execution.

Примеры модели

Parallel Concatenated Convolutional Coding: Turbo Codes

Параллельное конкатенированное сверточное кодирование: турбокоды

Характеризует работу турбокодов по шумному каналу. На ней показана основная структура турбокодов в передатчике и приемнике. Мы выбрали спецификации долгосрочной эволюции (LTE) [4] для параметров составляющих компонентов.

Характеристики блока

Типы данных	`Boolean` \| `double` \| `fixed point^[a]` \| `integer` \| `single`
Многомерные сигналы	`no`
Сигналы переменного размера	`yes`
^[a] ufix (1).

Подробнее

развернуть все

Схема параллельного конкатенированного сверточного кодирования

Турбокодер использует схему параллельного конкатенированного сверточного кодирования для кодирования двоичного входного сигнала. Схема кодирования использует два составляющих кодера и один внутренний перемежитель, как показано на этой фигуре. Каждый составной кодер завершается независимо хвостовыми битами.

Параметр Source of output indices определяет источник выходных индексов, используемых для прокалывания и повторения символов.

При установке для параметра Source of output indices значения Autoблок вычисляет выходные индексы. В этом случае составные кодеры имеют код со скоростью 1 ∕ N, а число битов, выводимых из турбокодера, равно L × (2 × N - 1) + (2 × numTails). L - длина входного вектора, а numTails задается как log2 (TrellisStructure.numStates) × N. Концевые биты из-за окончания добавляются в конце после кодированных входных битов.
Схема кодирования использует два идентичных составляющих кодера и один внутренний перемежитель. Каждый составной кодер завершается независимо хвостовыми битами. Выход турбокодера состоит из систематических (X) и (Z) битовых потоков первого кодера и только битовых потоков (Z ") четности второго кодера. Хвостовые биты добавляются в конце для всех потоков.
При установке для параметра Source of output indices значения Input port или Propertyвыходные индексы задаются с помощью входного порта OutInd или параметра Output indices соответственно. В этом случае объект запускается с использованием указанных выходных индексов. Выходные индексы задаются относительно полностью закодированного выходного сигнала для всех потоков.
Выход турбокодера состоит из потоков битов систематических (X и X «) и четности (Z и ^Z») первого и второго составляющих кодеров. Количество выводимых битов равно длине вектора выходных индексов.

Дополнительные сведения см. в разделах Скорость кодирования и Конечные биты.

Скорость кодирования

В общем случае скорость кодирования составного сверточного кода представлена в виде скорости K ∕ N кода. K - количество входных битовых потоков. N - количество выходных битовых потоков.

Примечание

K должен быть равен 1 для использования блоков турбокодера и турбодекодера. Альтернативно, пример высокоскоростных сверточных кодов для турбокодирования выполняет турбокодирование для K больше 1 с использованием comm.ConvolutionalEncoder и comm.APPDecoder Системные объекты.

Кодер принимает входной сигнал вектора столбца L-элемента и возвращает выходной сигнал вектора столбца M-элемента. Эффективная кодовая скорость турбокодера равна L ∕ M.L - длина двоичного входного сообщения, а М - количество битов, выводимых в параллельном конкатенированном кодовом слове.

При установке для параметра Source of output indices значения Autoсистематические биты из второго кодера (X ", показанного на фигуре, найденной в схеме параллельного конкатенированного сверточного кодирования) не выводятся в параллельное конкатенированное кодовое слово. Для данной шпалеры M и L связаны по M = L × (2 × N - 1) + 2 × numTails, где numTails - количество хвостовых битов. Дополнительные сведения см. в разделе Биты хвоста.
При установке для параметра Source of output indices значения Input port или PropertyM равно длине вектора выходных индексов, заданного входным портом OutInd или параметром выходных индексов соответственно.

Хвостовые биты

Турбокодер обрабатывает каждый вход независимо. Для каждого входного сообщения дополнительные биты используются для установки состояний кодера в состояние всех нулей. Каждый составной кодер завершается независимо хвостовыми битами. Выход турбокодера состоит из чередующихся систематических потоков и потоков четности, причем конечные биты мультиплексируются к концу кодированных потоков данных.

Количество хвостовых битов, numTails, выводимых каждым составляющим кодером, зависит от значений в решетчатой структуре, используемых каждым кодером.

numTails = log2 (trellis.numStates) × N
N = log2 (trellis.numOutputSymbols). Для скорости 1 ∕ 2 решетка N = 2.

Дополнительные сведения о решетчатых структурах см. в разделе poly2trellis функция. Дополнительные сведения о компонентных кодерах см. в разделе Схема параллельного конкатенированного сверточного кодирования.

Схема кодировщика для примера турбокода скорости 1/3

На этом рисунке показана конфигурация кодера для решетки, заданная значением по умолчанию параметра структуры решетки. poly2trellis(4,[13 15],13).

Для длины входного вектора 64 бита выходной сигнал блока кодера составляет 204 бита. Первые 192 бита соответствуют трем 64 битовым потокам (систематическим (X) и битовым потокам четности (Z) от первого кодера и битовому потоку четности (Z ") второго кодера), чередующимся по X, Z и ^Z. Последние 12 битов соответствуют концевым битам двух кодеров, когда переключатели находятся в нижнем положении, соответствующем пунктирным линиям. Первая группа из шести битов (три систематических бита и три бита четности) являются выходными хвостовыми битами из первого составного кодера. Вторая группа из шести битов (три систематических бита и три бита четности) являются выходными хвостовыми битами второго составного кодера.

Из-за концевых битов выходная кодовая скорость кодера немного меньше 1/3.

Ссылки

[1] Берру, К., А. Главье и П. Титимаджсима. «Около предела Шеннона - исправление ошибок при кодировании и декодировании: турбокоды». Материалы Международной конференции МТП 93-IEEE по коммуникациям, Женева, Швейцария, май 1993 года, 1064-70. https://doi.org/10.1109/icc.1993.397441.

[2] Бенедетто, С., Г. Монторси, Д. Дивсалар и Ф. Поллара. «Модуль Soft-Input Soft-Output Maximum A Posterior (MAP) для декодирования параллельных и последовательных конкатенированных кодов». Доклад о ходе работы лаборатории реактивного движения TDA, 42-127 (ноябрь 1996 года).

[3] Шлегель, Кристиан и Лэнс Перес. Решетка и турбокодирование. Серия IEEE Press по цифровой и мобильной связи. Пискатауэй, Нью-Джерси; Хобокен, Нью-Джерси: IEEE Press; Wiley-Interscience, 2004.

[4] 3GPP TS 36.212. «Мультиплексирование и канальное кодирование». Проект партнерства 3-го поколения; техническая спецификация на сеть радиодоступа группы; Усовершенствованный универсальный наземный радиодоступа (E-UTRA). https://www.3gpp.org.

Расширенные возможности

Создание кода C/C + +
Создайте код C и C++ с помощью Simulink ® Coder™

См. также

Представлен в R2011b

Документация

Турбокодер

Описание

Порты

Вход

In - Входное сообщение двоичный вектор столбца

IntrInd - Индексы перемежителя столбчатый вектор целых чисел

Зависимости

OutInd - Выходные индексы столбчатый вектор целых чисел

Зависимости

Продукция

Out - Параллельное сцепленное кодовое слово двоичный вектор столбца

Параметры

Trellis structure - Решетчатое описание составного сверточного кода poly2trellis(4,[13 15],13) (по умолчанию) | структура

numInputSymbols - Количество символов, вводимых в кодер 2K

numOutputSymbols - Количество символов, выводимых из кодера 2 Н

numStates - Количество состояний в кодере мощность 2

nextStates - Следующие состояния матрица целых чисел

outputs - Выходы матрица восьмеричных чисел

Source of interleaver indices - Источник индексов перемежителя Property (по умолчанию) | Input port

Interleaver indices - Индексы перемежителя (64:-1:1).' (по умолчанию) | вектор столбца целых чисел

Зависимости

Source of output indices - Источник выходных индексов Auto | Property | Input port

Output indices - Выходные индексы getTurboIOIndices(64,2,3) (по умолчанию) | вектор столбца целых чисел

Зависимости

Simulate using - Тип выполняемого моделирования Interpreted execution (по умолчанию) | Code generation

Примеры модели

Параллельное конкатенированное сверточное кодирование: турбокоды

Характеристики блока

Подробнее

Схема параллельного конкатенированного сверточного кодирования

Скорость кодирования

Хвостовые биты

Схема кодировщика для примера турбокода скорости 1/3

Ссылки

Расширенные возможности

Создание кода C/C + + Создайте код C и C++ с помощью Simulink ® Coder™

См. также

Блоки

Функции

Объекты

Документация по инструментам связи

Поддержка

`In` - Входное сообщение
двоичный вектор столбца

`IntrInd` - Индексы перемежителя
столбчатый вектор целых чисел

`OutInd` - Выходные индексы
столбчатый вектор целых чисел

`Out` - Параллельное сцепленное кодовое слово
двоичный вектор столбца

`Trellis structure` - Решетчатое описание составного сверточного кода
`poly2trellis(4,[13 15],13)` (по умолчанию) | структура

`numInputSymbols` - Количество символов, вводимых в кодер
^2K

`numOutputSymbols` - Количество символов, выводимых из кодера
^{2 Н}

`numStates` - Количество состояний в кодере
мощность 2

`nextStates` - Следующие состояния
матрица целых чисел

`outputs` - Выходы
матрица восьмеричных чисел

`Source of interleaver indices` - Источник индексов перемежителя
`Property` (по умолчанию) | `Input port`

`Interleaver indices` - Индексы перемежителя
`(64:-1:1).'` (по умолчанию) | вектор столбца целых чисел

`Source of output indices` - Источник выходных индексов
`Auto` | `Property` | `Input port`

`Output indices` - Выходные индексы
`getTurboIOIndices(64,2,3)` (по умолчанию) | вектор столбца целых чисел

`Simulate using` - Тип выполняемого моделирования
`Interpreted execution` (по умолчанию) | `Code generation`

Создание кода C/C + +
Создайте код C и C++ с помощью Simulink ® Coder™