Сверточное декодирование двоичных данных с помощью алгоритма Viterbi
decodedout = vitdec(codedin,trellis,tbdepth,opmode,dectype)codedin входной параметр при помощи алгоритма Viterbi. Все другие входы определяют сверточную решетку кодирования, глубину отслеживания, режим работы и тип решения, соответственно и совместно конфигурируют алгоритм Viterbi во время выполнения.
decodedout = vitdec(codedin,trellis,tbdepth,'cont',dectype,___,imetric,istate,iinput)opmode для любого из предыдущих синтаксисов. Декодер начинает с его начальных метрик состояния, состояний трассировки и входов трассировки, заданных imetric, istate, и iinput, соответственно.
Непрерывный режим работы позволяет вам сохранить информацию о внутреннем состоянии декодера для использования в последующих вызовах этой функции. Повторные вызовы этой функции могут быть полезны, если ваши данные разделены на серию векторов, которые вы обрабатываете в цикле. Для рабочих процессов, которые требуют повторных вызовов алгоритма декодирования Viterbi, смотрите Советы.
[ также возвращает метрики конечного состояния, состояния трассировки и входы трассировки в конце процесса декодирования при использовании режима непрерывной операции для любого из предыдущих синтаксисов. Использование decodedout,fmetric,fstate,finput] = vitdec(codedin,trellis,tbdepth,'cont',___)fmetric, fstate, и finput как начальные настройки imetric, istate, и iinput, соответственно, при последующих вызовах этой функции. Для рабочих процессов, которые требуют повторных вызовов алгоритма декодирования Viterbi, смотрите Советы.
Сверточно закодируйте вектор на 1с с помощью convenc и декодируйте его при помощи vitdec функция.
Задайте решетчатую структуру, используя poly2trellis функция. Используйте структуру шпалеры, чтобы сконфигурировать convenc функция при кодировании вектора таковых.
trellis = poly2trellis([4 3],[4 5 17;7 4 2]); x = ones(100,1); code = convenc(x,trellis);
При декодировании закодированного сообщения сконфигурируйте декодер Viterbi, чтобы использовать решетчатую структуру, заданную ранее, глубину следа 2, усеченный режим работы и жесткие решения.
tb = 2; decoded = vitdec(code,trellis,tb,'trunc','hard');
Проверьте, что декодированное сообщение является вектором на 100 1с.
isequal(decoded,ones(100,1))
ans = logical
1
Примените декодирование Viterbi к проколу сигнала. Прокалывание изменяет скорость кода с 1/2 до 3/4.
Инициализируйте параметры для операций кодирования и декодирования.
trellis = poly2trellis(7,[171 133])
trellis = struct with fields:
numInputSymbols: 2
numOutputSymbols: 4
numStates: 64
nextStates: [64x2 double]
outputs: [64x2 double]
puncpat = [1;1;0;1;1;0]; tbdepth = 96; opmode = 'trunc'; dectype = 'hard';
Вычислите несекционированные и проколотые скорости кода.
K = log2(trellis.numInputSymbols); % Number of input streams N = log2(trellis.numOutputSymbols); % Number of output streams unpunc_coderate = K/N % Unpunctured code rate
unpunc_coderate = 0.5000
punc_coderate = (K/N)*(length(puncpat)/sum(puncpat)) % Punctured code ratepunc_coderate = 0.7500
Сверточно закодируйте все 1s битовое сообщение с проколом, приложенным к кодированному выходу.
msg = ones(100*length(puncpat),1); puncturedcode = convenc(msg,trellis,puncpat);
Отобразите длины сообщения, проколотый код и шаблон прокола.
length(msg)
ans = 600
length(puncturedcode)
ans = 800
length(puncpat)
ans = 6
Примените декодирование Viterbi к проколотому кодированному сообщению. Сравните декодированный выход с исходным сообщением. Даже при проколе, примененном к закодированному сообщению, декодирование Viterbi восстановило сообщение с нулевой ошибкой.
codedin = puncturedcode; decodedout = vitdec(codedin,trellis,tbdepth,opmode,dectype,puncpat);
isequal(msg,decodedout)
ans = logical
1
Оцените симуляцию вероятности битовой ошибки (BER) для ссылки, который использует сверточный код скорости 2/3, применяет 16-QAM модуляцию и передает данные через канал AWGN. Эта схема показывает энкодер скорости 2/3 с двумя входными потоками, тремя выходными потоками и семью регистрами сдвига.
Задайте сверточную решетку кодирования, представленную схемой.
trellis = poly2trellis([5 4],[23 35 0; 0 5 13])
trellis = struct with fields:
numInputSymbols: 4
numOutputSymbols: 8
numStates: 128
nextStates: [128x4 double]
outputs: [128x4 double]
K = log2(trellis.numInputSymbols); % Number of input bit streams N = log2(trellis.numOutputSymbols); % Number of output bit streams coderate = K/N; fprintf('K is %d and N is %d. The code rate is %3.2f.\n', ... K,N,coderate)
K is 2 and N is 3. The code rate is 0.67.
Установите порядок модуляции и вычислите количество бит на символ модуляции. Сгенерируйте случайные двоичные данные. Входной поток битов должен быть кратным количеству входных потоков битов (K) для операции кодирования и должна быть кратной количеству бит на символ модуляции (bps) для операции модуляции.
M = 16; % Modulation order bps = log2(M); % Bits per modulation symbol numSymPerFrame = 5000; dataIn = randi([0 1],K*bps*numSymPerFrame,1);
Сверточно закодируйте входные данные.
codedout = convenc(dataIn,trellis);
Примените 16-QAM модуляцию к закодированным символам.
txSig = qammod(codedout,M,'InputType','bit');
Использование количества бит на символ (bps) и скорости кода (coderate), преобразуйте отношение энергии на бит к спектральной плотности степени шума (EbNo) к сигналу шума (snr) значение для использования awgn функция. Преобразуйте 10 дБ Eb/No в эквивалентное отношение ОСШ. Передайте сигнал через канал AWGN.
EbNo = 9;
snr = EbNo + 10*log10(bps*coderate);
rxSig = awgn(txSig,snr,'measured');Демодулируйте принятый сигнал.
demodSig = qamdemod(rxSig,M,'OutputType','bit');
Задайте глубину трассировки декодера Viterbi.
tbdepth = 16;
Декодируйте двоичный демодулированный сигнал с помощью декодера Viterbi, работающего в режиме непрерывного завершения.
dataOut = vitdec(demodSig,trellis,tbdepth,'cont','hard');
Вычисляет задержку через декодер и учитывает задержку декодирования при вычислении BER. Сравните закодированный BER с теоретическим незакодированным BER, чтобы увидеть улучшенный BER для закодированных данных.
decDelay = K*tbdepth; berCoded = biterr(dataIn(1:end-decDelay),dataOut(decDelay+1:end))/length(dataOut(decDelay+1:end)); berUncoded = berawgn(EbNo,'qam',M); fprintf(' The coded BER is %6.5f.\nThe uncoded BER is %6.5f.\n', ... berCoded,berUncoded)
The coded BER is 0.00060. The uncoded BER is 0.00439.
Рассмотрите использование comm.ViterbiDecoder Системное object™, когда необходимы последующие вызовы алгоритма Viterbi. Системный объект упрощает необходимую операцию сохранения состояния путем сохранения метрик состояния, состояний отслеживания и входных параметров между вызовами.
[1] Clark, George C., and J. Bibb Cain. Кодирование с исправлением ошибок для цифровых коммуникаций. Приложения теории связи. Нью-Йорк: Пленум Пресс, 1981.
[2] Гитлин, Ричард Д., Иеремия Ф. Хейс и Стивен Б. Вайнштейн. Принципы передачи данных. Приложения теории связи. Нью-Йорк: Пленум Пресс, 1992.
[3] Хеллер, Дж., и И. Джейкобс. Viterbi Decoding for Satellite and Space Communication (неопр.) (недоступная ссылка). Транзакции IEEE по коммуникационным технологиям 19, № 5 (октябрь 1971 года): 835-48. https://doi.org/10.1109/TCOM.1971.1090711.
[4] Ясуда, Я., К. Касики, и Я. Хирата. «Высокоскоростные проколотые сверточные коды для мягкого декодирования Viterbi». Транзакции IEEE по коммуникациям 32, № 3 (март 1984 года): 315-19. https://doi.org/10.1109/TCOM.1984.1096047.
[5] Haccoun, D., and G. Begin. «Высокоскоростные прокалываемые сверточные коды для Viterbi и последовательного декодирования». Транзакции IEEE по сообщениям 37, № 11 (ноябрь 1989 года): 1113-25. https://doi.org/10.1109/26.46505.
[6] Begin, G., D. Haccoun, and C. Paquin. «Дальнейшие результаты высокоскоростных прокалываемых сверточных кодов для Viterbi и последовательного декодирования». Транзакции IEEE по коммуникациям 38, № 11 (ноябрь 1990 года): 1922-28. https://doi.org/10.1109/26.61470.
[7] Moision, B. «Правило глубины усечения большого пальца для сверточных кодов». В семинаре по теории информации и применениям (27 января 2008-February 1 2008, Сан-Диего, Калифорния), 555-557. Нью-Йорк: IEEE, 2008.