Список функций CommunicationsToolbox: Помехоустойчивое кодирование и декодирование

  В оглавление \ К следующему разделу \ К предыдущему разделу

Синтаксис:

decoded = vitdec(code,trellis,tblen,opmode,dectype);
decoded = vitdec(code,trellis,tblen,opmode,'soft',nsdec);
decoded = vitdec(...,'cont',...,initmetric,initstates,initinputs);
[decoded, finalmetric, finalstates, finalinputs] = vitdec(...,'cont',...);

Описание:

• decoded = vitdec(code,trellis,tblen,opmode,dectype)

Производит декодирование вектора code с помощью алгоритма Витерби. MATLAB-структура trellis описывает таблицу переходов используемого сверточного кода. Подробная информация о назначении полей этой структуры приведена на странице с описанием функции istrellis. Входной вектор code может содержать один или несколько символов, каждый из которых состоит из log2(trellis.numOutputSymbols) бит. Результат декодирования — выходной двоичный вектор decoded — содержит столько же символов, сколько и входной вектор code, при этом каждый декодированный символ состоит из log2(trellis.numInputSymbols) бит. Скалярный входной параметр tblen — положительное целое число, задающее глубину просмотра решетки при декодировании.

Строковый параметр opmode задает режим работы декодера и используемые предположения относительно работы кодера, сгенерировавшего входной вектор code. Возможные значения данного параметра приведены в табл. 1.

Таблица 1. Возможные значения входного параметра opmode

Строковый параметр dectype задает тип декодирования, используемый декодером. От значения этого параметра зависит и вид требуемых входных данных в векторе code. Возможные значения данного параметра приведены в табл. 2.

Таблица 2. Возможные значения входного параметра dectype

Синтаксис для реализации мягкого декодирования

• decoded = vitdec(code,trellis,tblen,opmode,'soft',nsdec)

Производит мягкое декодирование вектора code. Входной вектор code должен содержать целые числа в диапазоне от 0 до 2^nsdec – 1, при этом значение 0 представляет бит, с наибольшей достоверностью равный нулю, а значение 2^nsdec – 1 означает бит, с наибольшей достоверностью равный единице. Промежуточные значения соответствуют промежуточным степеням достоверности принятой двоичной информации.

Дополнительные варианты синтаксиса для реализации блочного декодирования

• decoded = vitdec(...,'cont',...,initmetric,initstates,initinputs)

То же, что предыдущие варианты синтаксиса, но начальное состояние декодера (текущие метрики, трассы выживших путей и последовательности соответствующих им символов) задаются входными параметрами initmetric, initstates и initinputs соответственно. Вещественные числа в векторе initmetric, длина которого равна числу состояний кодера, задают начальные метрики для всех внутренних состояний. Каждая из матриц initstates и initinputs, совместно задающих начальное состояние памяти кодера, должна иметь trellis.numStates строк и tblen столбцов. Матрица initstates должна содержать целые числа в диапазоне от 0 до trellis.numStates-1. Если схема кодера предполагает наличие нескольких входных битовых потоков, то состояние сдвигового регистра, принимающего первый входной битовый поток, соответствует младшим битам элементов матрицы initstates, а состояние сдвигового регистра, принимающего последний поток, — старшим битам этих величин. Матрица initinputs должна содержать целые числа в диапазоне от 0 до trellis.numInputSymbols-1. Чтобы использовать значения по умолчанию для всех этих входных параметров, можно задать их в виде пустых матриц: [],[],[].

• [decoded,finalmetric,finalstates,finalinputs] = vitdec(...,'cont',...)

То же, что предыдущие варианты синтаксиса, но три дополнительных выходных параметра содержат конечные значения метрик (finalmetric), трассы выживших путей (finalstates) и последовательности соответствующих им символов (finalinputs). Выходной параметр finalmetric является вектором длиной trellis.numStates, содержащим конечные значения метрик для всех внутренних состояний. Выходные параметры finalstates и finalinputs являются матрицами, содержащими trellis.numStates строк и tblen столбцов. Их формат аналогичен формату матриц initstates и initinputs.

Примеры

Пример 1.

В данном примере производится сверточное кодирование случайных данных с последующим добавлением шума. Далее выполняется декодирование зашумленного сигнала, при этом иллюстрируются все три типа декодирования, поддерживаемых функцией vitdec. Обратите внимание на то, что при использовании неквантованных входных данных (dectype = 'unquant'), а также в случае мягкого декодирования (dectype = 'soft') результат работы кодирующей функции convenc имеет не тот вид, который требуется для декодирования с помощью функции vitdec. В этих случаях кодированный вектор ncode перед подачей на вход функции vitdec необходимо подвергнуть дополнительным преобразованиям.

trel = poly2trellis(3,[6 7]); % Описание кода
msg = randint(100,1,2,123); % Случайные данные
code = convenc(msg,trel); % Кодирование
ncode = rem(code + randerr(200,1,[0 1;.95 .05]),2); % Добавляем шум
tblen = 3; % Глубина просмотра при декодировании
% Вариант 1 – жесткое декодирование
decoded1 = vitdec(ncode,trel,tblen,'cont','hard');
% Вариант 2 - жесткое декодирование с неквантованным входом
ucode = 1-2*ncode; % преобразуем 0 в +1, а 1 в -1
decoded2 = vitdec(ucode,trel,tblen,'cont','unquant');
% Вариант 3 – мягкое декодирование
% Производим восьмиуровневое квантование зашумленного сигнала
[x,qcode] = quantiz(1-2*ncode,[-.75 -.5 -.25 0 .25 .5 .75],...
[7 6 5 4 3 2 1 0]); % Значения в векторе qcode лежат в диапазоне от 0 до 2^3-1.
decoded3 = vitdec(qcode',trel,tblen,'cont','soft',3);
% Вычисляем вероятности ошибок с учетом того, что выходной сигнал
% декодера задержан на tblen символов
[n1,r1] = biterr(decoded1(tblen+1:end),msg(1:end-tblen));
[n2,r2] = biterr(decoded2(tblen+1:end),msg(1:end-tblen));
[n3,r3] = biterr(decoded3(tblen+1:end),msg(1:end-tblen));
disp(['The bit error rates are: ',num2str([r1 r2 r3])])

The bit error rates are: 0.020619 0.020619 0.020619

Пример 2.

Данный пример демонстрирует использование дополнительных параметров функции vitdec для того, чтобы декодировать сообщение по частям, вызывая функцию vitdec несколько раз. Объединенный декодированный вектор [decoded4;decoded5] совпадает с результатами декодирования, полученными при обработке всего сообщения целиком (вектор decoded6).

trel = poly2trellis(3,[6 7]);
code = convenc(randint(100,1,2,123),trel);
% Декодируем первую половину сигнала и сохраняем текущее состояние декодера
[decoded4,f1,f2,f3] = vitdec(code(1:100),trel,3,'cont','hard');
% Декодируем вторую половину сигнала, используя сохраненное состояние кодера
decoded5 = vitdec(code(101:200),trel,3,'cont','hard',f1,f2,f3);
% Декодируем весь сигнал целиком
decoded6 = vitdec(code,trel,3,'cont','hard');
isequal(decoded6,[decoded4; decoded5])
ans =

1

Сопутствующие функции: convenc, poly2trellis, istrellis.

Литература

Gitlin, Richard D., Jeremiah F. Hayes, and Stephen B. Weinstein. Data Communications Principles. New York: Plenum, 1992.

  В оглавление \ К следующему разделу \ К предыдущему разделу