comm.TurboEncoder
Закодируйте входной сигнал с помощью конкатенированной схемы кодирования параллели
Описание
comm.TurboEncoder Система object™ применяется, параллель конкатенировала схему кодирования к сообщению двоичного входа. Эта схема кодирования использует два сверточных энкодера и добавляет биты завершения в конце закодированного потока бита данных. Для получения дополнительной информации см. Параллельную Конкатенированную Сверточную Схему кодирования.
Закодировать сообщение двоичного входа с помощью параллели конкатенировало схему кодирования:
Создайте
comm.TurboEncoderобъект 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
Описание
turboenc = comm.TurboEncoder
turboenc = comm.TurboEncoder(Name,Value)comm.TurboEncoder('InterleaverIndicesSource','Input port') конфигурирует турбо Системный объект энкодера с interleaver индексами, которые будут предоставлены как входной параметр Системному объекту, когда он называется. Заключите каждое имя свойства в кавычки.
turboenc = comm.TurboEncoder(trellis,interlvrindices)TrellisStructure и InterleaverIndices набор свойств к trellis и interlvrindices, соответственно. trellis введите должен быть задан аналогичный описанному TrellisStructure свойство. interlvrindices введите должен быть задан аналогичный описанному InterleaverIndices свойство.
Свойства
Использование
Синтаксис
Описание
codeword = turboenc(message)turboenc возвращается двоичный файл закодировал кодовую комбинацию. message и codeword вектор-столбцы числовых, логических, или значений фиксированной точки без знака с размером слова 1 (fi Объект (Fixed-Point Designer)). Для получения дополнительной информации см. Параллельную Конкатенированную Сверточную Схему кодирования.
codeword = turboenc(message,interlvrindices)interlvrindices должен быть вектор-столбец, содержащий целые числа в области значений [1, L] без повторных значений. L является длиной сообщения двоичного входа, message. Этот синтаксис применяется, когда свойство InterleaverIndicesSource установлено в 'Input port'. interleaver индексы задают отображение, используемое, чтобы переставить входные биты в энкодере.
codeword = turboenc(message,interlvrindices,outindices)'Input port'. Выходные значения вектора индексов должны быть относительно полностью закодированных данных для схемы кодирования, включая биты хвоста для всех потоков.
Входные параметры
Выходные аргументы
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)
Примеры
Выполните Уровень 1/3 Кодирование Турбокода
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 , , и . Систематический поток битов, , и поток бита четности, , от первого энкодера и потока бита четности, , 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, выходная скорость кода энкодера немного меньше 1/3.
codingrate = frameLen/codewordLen
codingrate = 0.3137
Выходные Define индексы для и проколотого турбокодирования во всю длину
Выходные Define индексы при помощи OutputIndices свойство. Покажите закодированный выход во всю длину, и проколол закодированный выход для уровня 1/2 код и 10-битная длина блока.
Инициализируйте параметры
Задайте параметры, чтобы инициализировать энкодер.
blkLen = 10; trellis = poly2trellis(4,[13 15],13); n = log2(trellis.numOutputSymbols); mLen = log2(trellis.numStates);
Закодированный Выход во всю длину
Инициализируйте переменные и турбо Системный объект энкодера для кодирования во всю длину. Отобразите уровень турбокодирования. Проверяйте продолжительность закодированного выхода по сравнению с длиной выходного вектора индексов.
fullOut = (1:(mLen+blkLen)*2*n)'; outLen = length(fullOut); netRate = blkLen/outLen; data = randi([0 1],blkLen,1); intIndices = randperm(blkLen); turboEnc = comm.TurboEncoder('TrellisStructure',trellis); turboEnc.InterleaverIndices = intIndices; turboEnc.OutputIndicesSource = 'Property'; turboEnc.OutputIndices = fullOut; encMsg = turboEnc(data); % Encode disp(['Turbo coding rate: ' num2str(netRate)])
Turbo coding rate: 0.19231
encOutLen = length(encMsg) % Display encoded lengthencOutLen = 52
isequal(encOutLen,outLen) % Check lengthsans = logical
1
Проколотый закодированный Выход
Задайте выходные индексы для прокалывания второго систематического потока при помощи getTurboIOIndices функция. Инициализируйте переменные и турбо Системный объект энкодера для проколотого кодирования. Отобразите уровень турбокодирования. Проверяйте продолжительность закодированного выхода по сравнению с длиной выходного вектора индексов.
puncOut = getTurboIOIndices(blkLen,n,mLen); outLen = length(puncOut); netRate = blkLen/outLen; data = randi([0 1],blkLen,1); intIndices = randperm(blkLen); turboEnc = comm.TurboEncoder('TrellisStructure',trellis); turboEnc.InterleaverIndices = intIndices; turboEnc.OutputIndicesSource = 'Property'; turboEnc.OutputIndices = puncOut; encMsg = turboEnc(data); % Encode disp(['Turbo coding rate: ' num2str(netRate)])
Turbo coding rate: 0.25641
encOutLen = length(encMsg) % Display encoded lengthencOutLen = 39
isequal(encOutLen, outLen) % Check lengthsans = logical
1
Сравните полные и проколотые Выходные параметры
Выход энкодера чередует отдельные потоки битов. Третий бит каждого 4-битного кортежа удален из кода во всю длину, чтобы произвести проколотый код. Этот третий выходной поток битов соответствует второму систематическому потоку битов. Отобразите индексы кода во всю длину и индексы проколотого кода, чтобы показать, что третий бит каждого 4-битного кортежа проколот.
fullOut'
ans = 1×52
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50
puncOut'
ans = 1×39
1 2 4 5 6 8 9 10 12 13 14 16 17 18 20 21 22 24 25 26 28 29 30 32 33 34 36 37 38 40 41 42 44 45 46 48 49 50 52
Передайте и получите закодированные турбо данные по модулируемому BPSK каналу AWGN
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, равняется 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 термины бит/с. Задайте пакетную длину, структуру решетки и количество итераций. Вычислите шумовое использование отклонения и скорость 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 статистику ошибок.
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
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. Сравните турбо закодировало результаты частоты ошибок по битам к незакодированным результатам частоты ошибок по битам.
Инициализируйте симуляцию
Установите порядок модуляции и область значений значения. Вычислите количество битов на символ и энергии на символ к шумовому отношению () на основе порядка модуляции и . Чтобы получить повторяемые результаты, отберите случайное число.
modOrder = 16; % Modulation order bps = log2(modOrder); % Bits per symbol EbNo = (2:0.5:4); % 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(1963);
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;
Основной цикл обработки
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 статистику ошибок.
ber = zeros(1,length(EbNo)); for k = 1:length(EbNo) % numFrames = 100; errorStats = zeros(1,3); %for pktIdx = 1:numFrames L = 500*randi([1 3],1,1); % Packet length in bits M = L*(2*n - 1) + 2*numTails; % Output codeword packet length rate = L/M; % Coding rate for current packet snrdB = EsNo(k) + 10*log10(rate); % Signal to noise ratio in dB noiseVar = 1./(10.^(snrdB/10)); % Noise variance while errorStats(2) < 100 && errorStats(3) < 1e7 data = randi([0 1],L,1); intrlvrIndices = randperm(L); encodedData = turboEnc(data,intrlvrIndices); modSignal = qammod(encodedData,modOrder, ... 'InputType','bit','UnitAveragePower',true); rxSignal = awgn(modSignal,snrdB); demodSignal = qamdemod(rxSignal,modOrder,'OutputType','llr', ... 'UnitAveragePower',true,'NoiseVariance',noiseVar); rxBits = turboDec(-demodSignal,intrlvrIndices); % Demodulated signal is negated errorStats = errRate(data,rxBits); end % Save the BER data and reset the bit error rate object ber(k) = errorStats(1); reset(errRate) end
Постройте результаты
Постройте частоту ошибок по битам и сравните ее с незакодированной частотой ошибок по битам.
semilogy(EbNo,ber,'-o') grid xlabel('Eb/No (dB)') ylabel('Bit Error Rate') uncodedBER = berawgn(EbNo,'qam',modOrder); % Estimate of uncoded BER hold on semilogy(EbNo,uncodedBER) legend('Turbo','Uncoded','location','sw')
Больше о
Параллельная конкатенированная сверточная схема кодирования
Турбо энкодер использует конкатенированную сверточную схему кодирования параллели, чтобы кодировать сообщение двоичного входа. Схема кодирования использует два составляющих энкодера и один внутренний interleaver как показано в этом рисунке. Каждый составляющий энкодер отключен независимо битами хвоста.
OutputIndicesSource свойство задает источник для выходных индексов, используемых для прокалывания символа и повторения.
Когда вы устанавливаете
OutputIndicesSourceсвойство к'Auto', объект вычисляет выходные индексы. В этом случае составляющие энкодеры имеют уровень 1 ∕ код N и количество битов, выходом от турбо энкодера является L × (2 × N – 1) + (2 × numTails). L является длиной входного вектора, и numTails дан log2 (TrellisStructure.numStates) × N. Биты хвоста из-за завершения добавлены в конце после закодированных входных битов.Схема кодирования использует два идентичных составляющих энкодера и один внутренний interleaver. Каждый составляющий энкодер отключен независимо битами хвоста. Выход турбо энкодера состоит из систематического (X) и четность (Z) потоки битов первого энкодера и только четности (Z’) потоки битов второго энкодера. Биты хвоста добавлены в конце для всех потоков.
Когда вы устанавливаете
OutputIndicesSourceсвойство к'Input port'или'Property', вы задаете выходные индексы сoutindicesвходной параметр илиOutputIndicesсвойство, соответственно. В этом случае объектные запуски с помощью выходных индексов вы задаете. Выходные индексы заданы относительно полностью закодированного выхода для всех потоков.Выход турбо энкодера состоит из систематического (X и X’) и четность (Z и Z’) потоки битов первых и вторых составляющих энкодеров. Количество битов, выход равняется длине вектора выходных индексов, которые вы обеспечиваете.
Для получения дополнительной информации смотрите биты Уровня и Хвоста Кодирования.
Ссылки
[1] 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.
[2] 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).
[3] 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.
[4] 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.