卷積碼編譯碼原理知識(shí)交流.ppt

卷積碼編譯碼實(shí)現(xiàn) 1 在實(shí)際應(yīng)用中怎樣去建立網(wǎng)格圖 2 怎樣計(jì)算最小漢明距離 3 在找到最優(yōu)路徑后怎樣去譯出原始的信息碼 內(nèi)容簡(jiǎn)介 卷積碼簡(jiǎn)單介紹卷積碼編碼實(shí)現(xiàn)卷積碼譯碼實(shí)現(xiàn)總結(jié) 卷積碼簡(jiǎn)單介紹 卷積碼 convolutionalcode 是由伊利亞斯 p Elias 發(fā)明的一種非分組碼 在前向糾錯(cuò)系統(tǒng)中 卷積碼在實(shí)際應(yīng)用中的性能優(yōu)于分組碼 并且運(yùn)算較簡(jiǎn)單 卷積碼在編碼時(shí)將k比特的信息段編成n個(gè)比特的碼組 監(jiān)督碼元不僅和當(dāng)前的k比特信息段有關(guān) 而且還同前面m N 1 個(gè)信息段有關(guān) 通常將N稱為編碼約束長(zhǎng)度 將nN稱為編碼約束長(zhǎng)度 一般來說 卷積碼中k和n的值是比較小的整數(shù) 將卷積碼記作 n k N 卷積碼編碼實(shí)現(xiàn) 以 2 1 4 為例 如圖 1 所示 詳細(xì)介紹卷積碼的編碼流程 圖1 2 1 4 卷積碼編碼器方框圖 1 2 由 1 式和 2 式可以看出 輸出的數(shù)據(jù)位V1 V2和寄存器D0 D1 D2 D3之間的關(guān)系 根據(jù)模2加運(yùn)算特點(diǎn)可以得知奇數(shù)個(gè)1模2運(yùn)算后結(jié)果仍是1 偶數(shù)個(gè)1模2運(yùn)算后結(jié)果是0 在實(shí)際應(yīng)用中 根據(jù)模2加的特點(diǎn) 將所要處理的數(shù)據(jù)直接相加后除2求余 這樣得到的結(jié)果和模2運(yùn)算結(jié)果相同 這樣可以得到 3 4 編碼程序流程圖 圖2卷積碼編碼程序流程圖 卷積碼譯碼實(shí)現(xiàn) 1 譯碼原理卷積碼譯碼方法主要有兩類 代數(shù)譯碼和概率譯碼 代數(shù)譯碼主要根據(jù)碼本身的代數(shù)特性進(jìn)行譯碼 而信道的統(tǒng)計(jì)特性并沒有考慮在內(nèi) 目前 代數(shù)譯碼的主要代表是大數(shù)邏輯解碼 該譯碼方法對(duì)于約束長(zhǎng)度較短的卷積碼有較好的效果 并且設(shè)備較簡(jiǎn)單 概率譯碼 又稱最大似然譯碼 是基于信道的統(tǒng)計(jì)特性和卷積碼的特點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算 在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中 維特比譯碼是目前使用最廣泛的概率譯碼方法 維特比譯碼算法基本原理是 將接收到的信號(hào)序列和所有可能的發(fā)送信號(hào)序列比較 選擇其中漢明距離最小的序列認(rèn)為是當(dāng)前發(fā)送序列 具體步驟如下 從時(shí)間單元j m開始 計(jì)算進(jìn)入每個(gè)狀態(tài)的路徑的漢明距離 存儲(chǔ)每個(gè)狀態(tài)的路徑 即幸存路徑 以及最小漢明距離 這里存儲(chǔ)的路徑通常是該狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的幸存路徑上的前一狀態(tài)值 j增加1 計(jì)算進(jìn)入每一個(gè)狀態(tài)所有路徑的漢明距離 這個(gè)漢明距離是進(jìn)入該狀態(tài)的分支度量加上在與該分支相連的前一步的幸存路徑的度量值 對(duì)于每個(gè)狀態(tài) 共有個(gè)這樣的度量值 從中選出并存儲(chǔ)最優(yōu)路徑 漢明距離最小的路徑 并保存最小漢明距離 如果j L m 重復(fù)步驟2 知道結(jié)束 在整個(gè)過程中 這樣就可以得到一條漢明距離最小的最優(yōu)路徑 同樣以 2 1 4 為例 具體分析維特比譯碼過程 維特比譯碼的前提是建立合適的網(wǎng)格圖 以便尋找最優(yōu)路徑 或者可以認(rèn)為 維特比譯碼的關(guān)鍵是尋找最優(yōu)路徑 在實(shí)際的譯碼操作過程中 怎樣建立網(wǎng)格以及建立網(wǎng)格后的路徑的選擇是譯碼的關(guān)鍵問題 如所示 圖3為 2 1 4 碼的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖 圖5為 2 1 4 碼的網(wǎng)格圖 注意 由于D1D2D3表示的順序不同 所產(chǎn)生的網(wǎng)格圖和狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖也不同 并且譯碼過程是根據(jù)網(wǎng)格圖實(shí)現(xiàn) 所以本文所以涉及的維特比譯碼方法具有一定的特殊性 但是整體過程還是具有研究?jī)r(jià)值 圖3 2 1 4 碼狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖 維特比譯碼可分為網(wǎng)格圖建立 尋找最優(yōu)路徑 譯碼這三部分 譯碼程序流程如圖4所示 圖4譯碼流程圖 2 編程實(shí)現(xiàn) 網(wǎng)格圖建立 根據(jù)圖5所示的 2 1 4 碼的網(wǎng)格圖 可以發(fā)現(xiàn)D1D2D3決定了從000 111的8個(gè)狀態(tài) 并且進(jìn)一步觀察網(wǎng)格圖可以發(fā)現(xiàn)從狀態(tài)000 011是由輸入的信息位0產(chǎn)生 從狀態(tài)100 111是由輸入的信息位1產(chǎn)生 此外 以001狀態(tài)為例 可以看出狀態(tài)001是由狀態(tài)010和狀態(tài)011產(chǎn)生 由上面可知 假設(shè)當(dāng)前狀態(tài)為i 那么在前一時(shí)刻中 產(chǎn)生狀態(tài)i的兩個(gè)狀態(tài)是2 i和2 i 1 根據(jù)i是否小于4 來判斷狀態(tài)i是由信息位0還是信息位1生成 進(jìn)一步可以推知指向狀態(tài)i的前一時(shí)刻的兩個(gè)狀態(tài)生成的碼組 這樣便于以判斷漢明距離 圖5 2 1 4 碼網(wǎng)格圖 尋找最優(yōu)路徑 網(wǎng)格圖建立之后 根據(jù)接收碼組和網(wǎng)格圖中生成的碼組比較 判斷最優(yōu)路徑 假設(shè)某一時(shí)刻的狀態(tài)i 首先判斷前一時(shí)刻所有狀態(tài)中 是哪兩個(gè)狀態(tài)指向當(dāng)前狀態(tài)i 其次 根據(jù)這兩個(gè)指向當(dāng)前狀態(tài)i的狀態(tài)生成的碼組和前一時(shí)刻接收的碼組比較 保留漢明距離最小的那條路徑以及到達(dá)狀態(tài)i時(shí)的最小漢明距離 下一時(shí)刻 同樣操作 但是保留的最小漢明距離是前面最小漢明距離累加 在所有的接收碼組處理完之后 會(huì)得到一組漢明距離以及所對(duì)應(yīng)的最優(yōu)路徑 比較選擇出最小的漢明距離 那么該最小漢明距離所對(duì)應(yīng)的路徑即為最優(yōu)路徑 如圖5所示 其中紅線表示計(jì)算得到的最優(yōu)路徑 觀察其變化規(guī)律 可以發(fā)現(xiàn) 假設(shè)i時(shí)刻的狀態(tài)和第 i 1 時(shí)刻比較得知 若第 i 1 時(shí)刻小于第i時(shí)刻 那么對(duì)應(yīng)代表實(shí)際信息中0 若大于 則為1 然后逐次比較譯出信息值 譯碼 總結(jié) 維特比譯碼算法是卷積碼中的一種最大似然譯碼算法 在碼的約束度較小時(shí) 它的譯碼算法效率很高