Последовательные составные сверточные коды
Последовательные каскадные сверточные коды ( SCCC ) представляют собой класс кодов с прямым исправлением ошибок (FEC), хорошо подходящих для турбо (итеративного) декодирования. [1] [2] Данные, подлежащие передаче по зашумленному каналу, сначала могут быть закодированы с использованием SCCC. После приема кодирование может использоваться для устранения любых ошибок, возникших во время передачи. Декодирование осуществляется путем повторного декодирования и [де]перемежения принятых символов.
SCCC обычно включают внутренний код , внешний код и связывающий перемежитель. Отличительной особенностью SCCC является использование рекурсивного сверточного кода в качестве внутреннего кода. Рекурсивный внутренний код обеспечивает «выигрыш перемежителя» для SCCC, что является источником превосходной производительности этих кодов.
Анализ SCCC частично был вызван более ранним открытием турбокодов в 1993 году. Этот анализ SCCC был проведен в 1990-х годах в серии публикаций Лаборатории реактивного движения НАСА (JPL). Исследование предложило SCCC как форму турбо-подобных последовательных каскадных кодов, которые 1) поддавались итеративному («турбо») декодированию с разумной сложностью и 2) давали производительность исправления ошибок, сравнимую с турбокодами.
Предыдущие формы последовательных составных кодов обычно не использовали рекурсивные внутренние коды. Кроме того, составляющие коды, используемые в предыдущих формах последовательных составных кодов, как правило, были слишком сложными для разумного декодирования по принципу «мягкий вход-мягкий выход» ( SISO ). Декодирование SISO считается необходимым для турбодекодирования.
Последовательные составные сверточные коды не нашли широкого коммерческого применения, хотя они были предложены для таких стандартов связи, как DVB-S2 . Тем не менее, анализ SCCC позволил получить представление о производительности и границах всех типов итеративных декодируемых кодов, включая турбокоды и коды LDPC . [ нужна ссылка ]
Патент США № 6023783 охватывает некоторые формы SCCC. Срок действия патента истек 15 мая 2016 года. [3]
История
[ редактировать ]Последовательные составные сверточные коды были впервые проанализированы с целью турбодекодирования в книге С. Бенедетто, Д. Дивсалара, Г. Монторси и Ф. Поллары «Последовательная конкатенация чередующихся кодов: анализ производительности, проектирование и итеративное декодирование». [4] Этот анализ позволил получить ряд наблюдений для разработки высокопроизводительных турбодекодируемых последовательных каскадных кодов, напоминающих турбокоды . Одно из этих наблюдений заключалось в том, что «использование рекурсивного сверточного внутреннего кодера всегда дает выигрыш от перемежителя». [ нужны разъяснения ] Это контрастирует с использованием блочных кодов или нерекурсивных сверточных кодов, которые не обеспечивают сопоставимого выигрыша перемежителя.
Дополнительный анализ SCCC был проведен в «Теоремах кодирования для «турбоподобных» кодов» Д. Дивсалара, Хуэй Цзинь и Роберта Дж. МакЭлиса. [5] В этой статье анализируются коды с повторением-накоплением (RA), которые представляют собой последовательную конкатенацию внутреннего рекурсивного сверточного кода с двумя состояниями (также называемого «аккумулятором» или кодом проверки четности) с простым повторяющимся кодом в качестве внешнего кода, причем оба кода связаны перемежителем. Производительность кодов RA довольно хорошая, учитывая простоту самих составляющих кодов.
Коды SCCC были дополнительно проанализированы в разделе «Последовательная турборешетчатая кодированная модуляция с внутренним кодом скорости 1». [6] В этой статье SCCC были разработаны для использования со схемами модуляции более высокого порядка. Были представлены превосходно работающие коды с внутренними и внешними составляющими сверточными кодами только из двух или четырех состояний.
Пример кодировщика
[ редактировать ]На рис. 1 показан пример SCCC.
Пример кодера состоит из внешнего сверточного кода с 16 состояниями и внутреннего сверточного кода с 2 состояниями, связанных перемежителем. Естественная скорость кода показанной конфигурации равна 1/4, однако внутренние и/или внешние коды могут быть проколоты для достижения более высоких скоростей кода, если это необходимо. Например, общая скорость кода 1/2 может быть достигнута за счет исключения внешнего сверточного кода до скорости 3/4 и внутреннего сверточного кода до скорости 2/3.
Рекурсивный внутренний сверточный код предпочтителен для турбодекодирования SCCC. Внутренний код может быть проколот со скоростью до 1/1 при разумной производительности.
Пример декодера
[ редактировать ]Пример итеративного декодера SCCC.
Декодер SCCC включает в себя два декодера с мягким входом и выходом (SISO) и перемежитель. Хотя два SISO-декодера показаны как отдельные блоки, они могут использовать всю или часть своих схем совместно. SISO-декодирование может выполняться последовательным или параллельным способом или некоторой их комбинацией. Декодирование SISO обычно выполняется с использованием максимальных апостериорных декодеров (MAP) с использованием алгоритма BCJR .
Производительность
[ редактировать ]SCCC обеспечивают производительность, сравнимую с другими итерационно декодируемыми кодами, включая турбокоды и LDPC коды . Они известны тем, что имеют немного худшую производительность в средах с более низким SNR (т. е. худшую каскадную область), но немного лучшую производительность в средах с более высоким SNR (т. е. более низкий уровень ошибок).
См. также
[ редактировать ]- Сверточный код
- Алгоритм Витерби
- Декодирование мягкого решения
- Перемежитель
- Алгоритм BCJR
- Код проверки четности низкой плотности
- Код повторения-накопления
- Турбо-эквалайзер
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Миноли, Дэниел (2008). «5 методов исправления ошибок §5.1.4 Турбокоды» . Проектирование спутниковых систем в среде IPv6 . ЦРК Пресс. стр. 152–. ISBN 9781420078695 . Проверено 4 июня 2014 г.
- ^ Райан, Уильям; Линь, Шу (2009). «7.3 Последовательно-сцепленные сверточные коды» . Коды каналов: классические и современные . Издательство Кембриджского университета. стр. 320–. ISBN 9781139483018 . Проверено 4 июня 2014 г.
- ^ Срок действия США истек 6023783 , Дариуш Дивсалар и Фабрицио Поллара, «Гибридные составные коды и итеративное декодирование», выпущено 8 февраля 2000 г.
- ^ Бенедетто, С.; Дивсалар, Д.; Монторси, Г.; Поллара, Ф. (15 августа 1996 г.). «Последовательная конкатенация чередующихся кодов: анализ производительности, проектирование и итеративное декодирование» (PDF) . Отчет о ходе работы ТДА 42-126. Архивировано из оригинала (PDF) 13 августа 2017 г. Проверено 2 апреля 2014 г.
- ^ Дивсалар, Дариуш; Цзинь, Хуэй; МакЭлис, Роберт Дж. (1998). «Теоремы кодирования для «турбоподобных» кодов» (PDF) . Лаборатория реактивного движения Калифорнийского технологического института . Проверено 4 июня 2014 г.
- ^ Дивсалар, Д.; Долинар, С.; Поллара, Э (2000). «Последовательная турбо-решетчатая кодированная модуляция с внутренним кодом скорости 1» (PDF) . Глобеком '00 — IEEE. Глобальная телекоммуникационная конференция . дои : 10.1109/GLOCOM.2000.891245 . ISBN 0-7803-6451-1 . Архивировано из оригинала (PDF) 29 мая 2010 г.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Форни, Дэйв (2009). «Комбинированные коды» . Схоларпедия . 4 (2): 8374. Бибкод : 2009SchpJ...4.8374F . doi : 10.4249/scholarpedia.8374 .
- Райан, Виллиан Э. (2001). «Конкатенированные сверточные коды и итеративное декодирование» (PDF) . Кафедра электротехники и вычислительной техники, Университет Аризоны.