CN105763204A - 一种卷积编码实时译码装置及方法 - Google Patents

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杨丽莎
郑彬
向为
张华�
彭果
易文鑫
朱增贤
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    • H03M13/03—Error detection or forward error correction by redundancy in data representation, i.e. code words containing more digits than the source words
    • H03M13/23—Error detection or forward error correction by redundancy in data representation, i.e. code words containing more digits than the source words using convolutional codes, e.g. unit memory codes

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Abstract

本发明公开了一种卷积编码实时译码装置及方法，在译码器中增加一个帧头检测单元以及一个数据源切换单元。利用帧头检测单元实时检测译码结果是否含有正确的帧头，如果无正确帧头则控制数据源切换单元将输入的待译码数据错开一个数据位，再重新开始译码，直到译码正确为止，本发明不需要额外的辅助即可实现从任意起始位置开始译码，大幅降低了接收机的实现复杂度。

Description

一种卷积编码实时译码装置及方法
技术领域
本发明涉及一种卷积编码实时译码装置及方法。
背景技术
目前，一些卫星导航信号已经使用了卷积编码。有的信号帧同步头未参加编码，因此在接收机中可先进行帧同步，确定数据帧起始位置，然后从起始位置开始译码，这种方式实现起来比较简单。还有一种编码方式是将帧同步头也加入到编码中，例如日本的QZSS信号，这种方式下接收机无法在译码前确定数据帧起始位置，因此无法从编码起始位置开始译码，这给接收机的译码带来了一定的困难。
为了对上述第二种编码方式的信号进行准确译码，目前的做法是利用同一颗卫星的其他非卷积编码信号的数据帧起始位置，辅助进行帧同步判断，确定译码起始位置。但是这种做法需要额外接收一个信号，而且信号之间的辅助判断也较为复杂，大幅提高了接收机的实现复杂度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种卷积编码实时译码装置及方法。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种卷积编码实时译码装置，包括：
译码数据输入单元：用于根据接收机跟踪结果恢复待译码导航电文数据，并将导航电文数据按顺序输入给译码数据切换单元；
译码数据切换单元：用于响应帧头检测单元的控制信号，当控制信号为0时，则直接将导航电文数据输出给卷积译码单元；当控制信号为1时，则将导航电文数据当前数据位丢弃，从下一个数据位开始继续将导航电文数据输出给卷积译码单元；
卷积译码单元：用于对输入的导航电文数据位按顺序进行viterbi译码；
帧头检测单元：用于实时检测卷积译码单元的卷积译码结果，判断是否出现了正确的帧头，如果连续2个数据帧都有正确的帧头，则输出控制信号0；否则输出控制信号1；
译码数据输出单元：用于响应帧头检测单元的控制信号，如果控制信号为0，则不输出译码后电文；如果控制信号为1，则对外输出译码后的导航电文。
所述帧头检测单元包括比特帧头比较器；所述比特帧头比较器包括：
两个h比特移位寄存器：用于接收卷积译码单元的译码结果；
一个n-h比特的移位寄存器：接入两个h比特移位寄存器之间；
一个h比特帧头比较器：用于实时判断两个h比特移位寄存器中的内容是否一致且为正确的帧头；其中h为数据帧的同步头比特数，n为一个数据帧的总比特数。
本发明还提供了一种利用上述译码装置进行实时卷积译码的方法，该方法主要实现过程为：译码数据输入单元根据接收机跟踪结果恢复出待译码导航电文数据，并将导航电文数据按顺序输入给译码数据切换单元；译码数据切换单元根据帧头检测单元的控制信号判断是否进行数据源切换；若不切换，则直接将导航电文数据输出给卷积译码单元；若切换，则将导航电文数据当前数据位丢弃，从下一个数据位开始继续将导航电文数据输出给卷积译码单元；卷积译码单元根据输入的电文数据按顺序进行标准的viterbi译码；帧头检测单元实时检测卷积译码单元译码状态，当帧头检测单元从卷积译码结果中检测到连续两帧正确的帧头时，输出控制信号0，控制译码数据切换单元保持当前输出状态；当连续2个数据帧无法检测到正确的帧头时，帧头检测单元输出控制信号1，控制译码数据切换单元丢弃1个数据位，从下一个数据位开始继续输出。当帧头检测单元检测到正确的帧头时，输出控制信号1给译码数据输出单元，此时译码数据输出单元开始对外输出译码后的导航电文。
帧头检测单元检测连续两帧正确的帧头的过程为：帧头比较器实时判断两个h比特移位寄存器中的内容是否一致且为正确的帧头；当两个h比特移位寄存器中的内容相同且为帧头时，判断连续两个数据帧的帧头正确，则判定译码结果是正确的，否则译码结果就是错误的。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明在译码器中增加一个帧头检测单元以及一个数据源切换单元。利用帧头检测单元实时检测译码结果是否含有正确的帧头，如果无正确帧头则控制数据源切换单元将输入的待译码数据错开一个数据位，再重新开始译码，直到译码正确为止，本发明不需要额外的辅助即可实现从任意起始位置开始译码，大幅降低了接收机的实现复杂度。
附图说明
图1为本发明一实施例译码装置结构框图；
图2为本发明帧头检测单元结构框图。
具体实施方式
本发明的整个装置均可在可编程逻辑器件FPGA中实现。整个装置包括：译码数据输入单元、译码数据切换单元、卷积译码单元、帧头检测单元以及译码数据输出单元。译码数据输入单元与译码数据切换单元连接，译码数据切换单元与卷积译码单元连接，卷积译码单元与帧头检测单元和译码数据输出单元连接，帧头检测单元与译码数据切换单元和译码数据输出单元连接。
本发明装置的工作原理为：
译码数据输入单元根据接收机跟踪结果恢复出待译码导航电文数据，并将导航电文数据按顺序输入给译码数据切换单元。译码数据切换单元根据帧头检测单元的控制信号判断是否进行数据源切换。若不切换，则直接将导航电文数据输出给卷积译码单元；若切换，则将导航电文数据当前数据位丢弃，从下一个数据位开始继续将导航电文数据输出给卷积译码单元。卷积译码单元根据输入的电文数据按顺序进行标准的viterbi译码。帧头检测单元实时检测卷积译码单元译码状态，当帧头检测单元可从卷积译码结果中检测到连续两帧正确的帧头时，输出控制信号0，控制译码数据切换单元保持当前输出状态；当连续2个数据帧无法检测到正确的帧头时，帧头检测单元输出控制信号1，控制译码数据切换单元丢弃1个数据位，从下一个数据位开始继续输出。当帧头检测单元检测到正确的帧头时，输出控制信号1给译码数据输出单元，此时译码数据输出单元开始对外输出译码后的导航电文。
各模块的功能为：
译码数据输入单元：根据接收机跟踪结果恢复待译码导航电文数据，并将导航电文数据按顺序输入给译码数据切换单元；
译码数据切换单元：响应帧头检测单元的控制信号。当控制信号为0时，继续按顺序输出；当控制信号为1时，丢弃一个数据位，从下一个数据位开始继续输出；
卷积译码单元：对输入的导航电文数据位按顺序进行viterbi译码；帧头检测单元：实时检测卷积译码结果，判断是否出现了正确的帧。
如果连续2个数据帧都有正确的帧头，则输出控制信号0；否则输出控制信号1；
译码数据输出单元：响应帧头检测单元的控制信号。如果控制信号为0，则不输出译码后电文；如果控制信号为1，则对外输出译码后的导航电文。
本发明提出的实时卷积译码原理为：
卫星导航系统中通常采用的卷积编码方式为1个原始导航电文数据位编码为2个数据位。译码时必须要确定每个数据位的编码起始位置，否则无法正确译码。而接收机接收信号的时刻是随机的，在帧同步前无法确定数据位的准确位置。但是由编码原理可知，如果从当前数据位起始连续2个数据帧无法找到帧头，则可以断定进行译码的2个数据位不是原始的1个数据位编码产生的，那么错开一个输入数据位后一定可以进行正确译码。这也就是本发明增加了一个译码数据切换单元的原因。
本发明的另一个关键环节是在帧头检测单元中实时检测译码结果是否含有正确帧头。检测结构如图2所示：
包含了2个h比特的移位寄存器、1个n-h比特的移位寄存器以及一个h比特帧头比较器。其中h为数据帧的同步头比特数，n为一个数据帧的总比特数。卷积译码单元的译码结果逐比特输入到移位寄存器中，帧头比较器实时判断两个h比特移位寄存器中的内容是否一致且为正确的帧头。因为两个h比特移位寄存器中间包含一个n-h比特移位寄存器，两个h比特移位寄存器的间隔就是一个完整的数据帧，所以当两个h比特移位寄存器中的内容相同且为帧头时，就可以判断连续两个数据帧的帧头正确，此时可判定译码结果是正确的，否则译码结果就是错误的。
本发明提供了一种简单有效的卷积编码实时译码装置及方法，不需要额外的辅助即可实现从任意起始位置开始译码，大幅降低了接收机的实现复杂度。

Claims (4)

1.一种卷积编码实时译码装置，其特征在于，包括：
译码数据输入单元：用于根据接收机跟踪结果恢复待译码导航电文数据，并将导航电文数据按顺序输入给译码数据切换单元；
译码数据切换单元：用于响应帧头检测单元的控制信号，当控制信号为0时，则直接将导航电文数据输出给卷积译码单元；当控制信号为1时，则将导航电文数据当前数据位丢弃，从下一个数据位开始继续将导航电文数据输出给卷积译码单元；
卷积译码单元：用于对输入的导航电文数据位按顺序进行viterbi译码；
帧头检测单元：用于实时检测卷积译码单元的卷积译码结果，判断是否出现了正确的帧头，如果连续2个数据帧都有正确的帧头，则输出控制信号0；否则输出控制信号1；
译码数据输出单元：用于响应帧头检测单元的控制信号，如果控制信号为0，则不输出译码后电文；如果控制信号为1，则对外输出译码后的导航电文。
2.根据权利要求1所述的译码装置，其特征在于，所述帧头检测单元包括比特帧头比较器；所述比特帧头比较器包括：
两个h比特移位寄存器：用于接收卷积译码单元的译码结果；
一个n-h比特的移位寄存器：接入两个h比特移位寄存器之间；
一个h比特帧头比较器：用于实时判断两个h比特移位寄存器中的内容是否一致且为正确的帧头；其中h为数据帧的同步头比特数，n为一个数据帧的总比特数。
3.一种利用权利要求2所述译码装置进行实时卷积译码的方法，其特征在于，该方法主要实现过程为：译码数据输入单元根据接收机跟踪结果恢复出待译码导航电文数据，并将导航电文数据按顺序输入给译码数据切换单元；译码数据切换单元根据帧头检测单元的控制信号判断是否进行数据源切换；若不切换，则直接将导航电文数据输出给卷积译码单元；若切换，则将导航电文数据当前数据位丢弃，从下一个数据位开始继续将导航电文数据输出给卷积译码单元；卷积译码单元根据输入的电文数据按顺序进行标准的viterbi译码；帧头检测单元实时检测卷积译码单元译码状态，当帧头检测单元从卷积译码结果中检测到连续两帧正确的帧头时，输出控制信号0，控制译码数据切换单元保持当前输出状态；当连续2个数据帧无法检测到正确的帧头时，帧头检测单元输出控制信号1，控制译码数据切换单元丢弃1个数据位，从下一个数据位开始继续输出。当帧头检测单元检测到正确的帧头时，输出控制信号1给译码数据输出单元，此时译码数据输出单元开始对外输出译码后的导航电文。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，帧头检测单元检测连续两帧正确的帧头的过程为：帧头比较器实时判断两个h比特移位寄存器中的内容是否一致且为正确的帧头；当两个h比特移位寄存器中的内容相同且为帧头时，判断连续两个数据帧的帧头正确，则判定译码结果是正确的，否则译码结果就是错误的。
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