Сверточное декодирование двоичных данных при помощи алгоритма Viterbi
decodedout = vitdec(codedin,trellis,tbdepth,opmode,dectype)codedin введите при помощи алгоритма Viterbi. Все другие входные параметры задают сверточную решетку кодирования, traceback глубина, рабочий режим и тип решения, соответственно и коллективно конфигурируют алгоритм Viterbi во времени выполнения.
decodedout = vitdec(codedin,trellis,tbdepth,'cont',dectype,___,imetric,istate,iinput)opmode для любого из предыдущих синтаксисов. Декодер запускается со своих метрик начального состояния, traceback состояния и входные параметры traceback, заданные imetric, istate, и iinput, соответственно.
Непрерывный режим работы позволяет вам сохранить информацию внутреннего состояния декодера для использования в последующих вызовах этой функции. Повторные вызовы этой функции могут быть полезными, если ваши данные разделены в серию векторов, которые вы обрабатываете в цикле. Для рабочих процессов, которые требуют повторных вызовов Viterbi, декодирующего алгоритм, смотрите Советы.
[ также возвращает метрики конечного состояния, traceback состояния и входные параметры traceback в конце процесса декодирования при использовании непрерывного режима работы для любого из предыдущих синтаксисов. Используйте decodedout,fmetric,fstate,finput] = vitdec(codedin,trellis,tbdepth,'cont',___)fmetric, fstate, и finput как начальные установки imetric, istate, и iinput, соответственно, в последующих вызовах этой функции. Для рабочих процессов, которые требуют повторных вызовов Viterbi, декодирующего алгоритм, смотрите Советы.
Convolutionally кодируют вектор 1 с при помощи convenc функция, и декодирует его при помощи vitdec функция.
Задайте структуру решетки, при помощи poly2trellis функция. Используйте структуру решетки, чтобы сконфигурировать convenc функционируйте при кодировании вектора из единиц.
trellis = poly2trellis([4 3],[4 5 17;7 4 2]); x = ones(100,1); code = convenc(x,trellis);
При декодировании закодированного сообщения сконфигурируйте Декодер Витерби, чтобы использовать структуру решетки, заданную ранее, traceback глубина 2, усеченный рабочий режим и трудные решения.
tb = 2; decoded = vitdec(code,trellis,tb,'trunc','hard');
Проверьте, что декодируемое сообщение является вектором из 100 1 с.
isequal(decoded,ones(100,1))
ans = logical
1
Примените Viterbi, декодирующий к проколотому сигналу. Прокалывание изменяет скорость кода от 1/2 до 3/4.
Инициализируйте параметры для кодирования и декодирования операций.
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 непроколотые 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
Convolutionally кодируют все 1 сообщение бита с с прокалыванием, применился к закодированному выходу.
msg = ones(100*length(puncpat),1); puncturedcode = convenc(msg,trellis,puncpat);
Покажите длины сообщения, проколотого кода и шаблона прокола.
length(msg)
ans = 600
length(puncturedcode)
ans = 800
length(puncpat)
ans = 6
Примените Viterbi, декодирующий к проколотому закодированному сообщению. Сравните декодируемый выход с исходным сообщением. Даже с прокалыванием применился 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 частоты ошибок по битам (BER) для ссылки, которая использует уровень 2/3 сверточный код, применяет 16-QAM модуляцию и передает данные через канал AWGN. Эта схема показывает уровень 2/3 энкодер с двумя входными потоками, тремя потоками вывода и семью сдвиговыми регистрами.
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 битов на символ модуляции. Сгенерируйте случайные двоичные данные. Входной поток битов должен быть кратным количеству входных потоков битов (K) для операции кодирования и должен быть кратным количеству битов 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);
Convolutionally кодируют входные данные.
codedout = convenc(dataIn,trellis);
Примените 16-QAM модуляцию к закодированным символам.
txSig = qammod(codedout,M,'InputType','bit');
Используя количество битов на символ (бит/с) и скорость кода (coderate), преобразуйте отношение энергии на бит к спектральной плотности мощности шума (EbNo) к сигналу к шуму (snr) значение для использования awgn функция. Преобразуйте Eb/No на 10 дБ в эквивалентное отношение ОСШ. Передайте сигнал через канал AWGN.
EbNo = 9;
snr = EbNo + 10*log10(bps*coderate);
rxSig = awgn(txSig,snr,'measured');Демодулируйте полученный сигнал.
demodSig = qamdemod(rxSig,M,'OutputType','bit');
Задайте traceback глубину Декодера Витерби.
tbdepth = 16;
Декодируйте двоичный файл демодулируемый сигнал при помощи Декодера Витерби, действующего в непрерывном режиме завершения.
dataOut = vitdec(demodSig,trellis,tbdepth,'cont','hard');
Вычислите задержку через декодер и объясните задержку декодирования при вычислении BER. Сравните закодированный BER с теоретическим незакодированным BER, чтобы видеть 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 Система object™, когда последовательные вызовы алгоритма Viterbi необходимы. Системный объект упрощает необходимую операцию задержания состояния путем свойственного сохранения метрик состояния, traceback состояния, и вводит между вызовами.
[1] Кларк, Джордж К. и J. Затвор Каин. Кодирование с коррекцией ошибок для цифровой связи. Приложения коммуникационной теории. Нью-Йорк: нажатие пленума, 1981.
[2] Gitlin, Ричард Д., Иеремия Ф. Хейз и Стивен Б. Вайнштейн. Принципы передачи данных. Приложения коммуникационной теории. Нью-Йорк: нажатие пленума, 1992.
[3] Хеллер, J. и я. Джейкобс. “Viterbi, Декодирующий для Спутника и Космической связи”. Транзакции IEEE на Коммуникационной технологии 19, № 5 (октябрь 1971): 835–48. https://doi.org/10.1109/TCOM.1971.1090711.
[4] Yasuda, Y., К. Кэшики и И. Хирэта. “Высокий показатель Проколотые Сверточные коды для Мягкого Решения Декодирование Viterbi”. Транзакции IEEE на Коммуникациях 32, № 3 (март 1984): 315–19. https://doi.org/10.1109/TCOM.1984.1096047.
[5] Haccoun, D. и G. Начало. “Высокий показатель Проколотые Сверточные коды для Viterbi и Sequential Decoding”. Транзакции IEEE на Коммуникациях 37, № 11 (ноябрь 1989): 1113–25. https://doi.org/10.1109/26.46505.
[6] Начните, G., Д. Хэккун и К. Пакуин. “Дальнейшие Результаты на Высоком показателе Проколотые Сверточные коды для Viterbi и Sequential Decoding”. Транзакции IEEE на Коммуникациях 38, № 11 (ноябрь 1990): 1922–28. https://doi.org/10.1109/26.61470.
[7] Moision, B. "Эмпирическое правило глубины усечения для сверточных кодов". В теории информации и семинаре приложений (27 января 2008 - 1 февраля 2008, Сан-Диего, Калифорния), 555-557. Нью-Йорк: IEEE, 2008.