RU2038695C1 - Convolution coder - Google Patents

Convolution coder Download PDF

Info

Publication number
RU2038695C1
RU2038695C1 SU5019396A RU2038695C1 RU 2038695 C1 RU2038695 C1 RU 2038695C1 SU 5019396 A SU5019396 A SU 5019396A RU 2038695 C1 RU2038695 C1 RU 2038695C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
adder
input
output
read
delay element
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Петр Павлович Наталенко
Николай Иванович Науменко
Анатолий Анатольевич Ерко
Original Assignee
Петр Павлович Наталенко
Николай Иванович Науменко
Анатолий Анатольевич Ерко
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Петр Павлович Наталенко, Николай Иванович Науменко, Анатолий Анатольевич Ерко filed Critical Петр Павлович Наталенко
Priority to SU5019396 priority Critical patent/RU2038695C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2038695C1 publication Critical patent/RU2038695C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Digital Transmission Methods That Use Modulated Carrier Waves (AREA)
  • Error Detection And Correction (AREA)

Abstract

FIELD: electrical communications. SUBSTANCE: convolution coder having first read-only storage unit, first delay element, first adder, second adder, second read-only storage unit, second delay element, first multiplier, third adder, fourth adder, third delay element, second multiplier, fourth delay element, fifth adder, and fifth delay element is provided, in addition, with inverters, sixth adder, and sixth delay element. EFFECT: improved noise immunity of signal train shaped by coder in channels with carrier wave phase jump multiple of 90 degrees due to increasing free space between convolutionally coded signal trains. 4 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к электросвязи и может быть использовано в высокоскоростных модемах для кодирования информационных сигналов сверточным кодом. The invention relates to telecommunications and can be used in high-speed modems for encoding information signals with a convolutional code.

Известно устройство для сверточного кодирования, содержащее регистр сдвига, первый сумматор, второй сумматор и переключатель [1]
Известно устройство для формирования сверточно-кодированных сигналов, содержащее три линии задержки, два сумматора и блок выбора сигнальной точки [2]
Недостатками известных устройств являются низкая помехоустойчивость генерируемых сверточно-кодированных последовательностей при невысоких отношениях сигнал/шум ( ≅ 20 дБ), а также их чувствительность к скачкам фазы несущего колебания, равным n π/2, где n 1,2,3, при наличии которых в канале связи становится невозможным правильное декодирование принимаемой последовательности.
A device for convolutional coding containing a shift register, a first adder, a second adder and a switch [1]
A device for generating convolutional-encoded signals containing three delay lines, two adders and a block for selecting a signal point [2]
The disadvantages of the known devices are the low noise immunity of the generated convolutional-coded sequences at low signal-to-noise ratios (≅ 20 dB), as well as their sensitivity to phase jumps of the carrier wave equal to n π / 2, where n 1,2,3, in the presence of which in the communication channel, it becomes impossible to correctly decode the received sequence.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для кодирования сверточным кодом, выходные сигналы которого нечувствительны к скачкам фазы несущего колебания в канале связи, кратным 90о [3] содержащее первый блок постоянной памяти, первый и второй выход которого через первую и вторую линии задержки подсоединены соответственно к третьему и четвертому входам первого блока постоянной памяти, последовательно соединенные третью линию задержки, первый сумматор, второй сумматор, четвертую линию задержки, третий сумматор, четвертый сумматор, пятую линию задержки, второй блок постоянной памяти, а также пятый сумматор, первый умножитель и второй умножитель, при этом выход пятого сумматора соединен с вторым входом первого сумматора, входами пятого сумматора являются первый и второй выходы первого блока постоянной памяти, а выход пятой линии задержки является объединенным первым входом третьей линии задержки, первого умножителя и второго умножителя, вторыми входами первого умножителя и второго умножителя являются соответственно выход третьего сумматора и второй выход первого блока постоянной памяти, выходы первого умножителя и второго умножителя подсоединены соответственно к вторым входам второго и четвертого сумматоров, первый выход первого блока постоянной памяти является вторым входом третьего сумматора и третьим входом второго блока постоянной памяти, четвертый вход которого соединен с вторым выходом первого блока постоянной памяти, причем первые и вторые входы первого и второго блоков постоянной памяти являются информационными входами, а выходы второго блока постоянной памяти являются выходами устройства.Closest to the invention in technical essence is a device for encoding a convolutional code, the output signals of which are insensitive to phase jumps of the carrier wave in the communication channel, a multiple of 90 about [3] containing the first block of read-only memory, the first and second output of which through the first and second delay lines connected respectively to the third and fourth inputs of the first block of read-only memory, connected in series to a third delay line, a first adder, a second adder, a fourth delay line, a third sum Mathor, fourth adder, fifth delay line, second read-only memory block, and also fifth adder, first multiplier and second multiplier, the output of the fifth adder being connected to the second input of the first adder, the inputs of the fifth adder are the first and second outputs of the first read-only memory, and the output of the fifth delay line is the combined first input of the third delay line, the first multiplier and the second multiplier, the second inputs of the first multiplier and the second multiplier are respectively the output of the third sum ora and the second output of the first block of read-only memory, the outputs of the first multiplier and second multiplier are connected respectively to the second inputs of the second and fourth adders, the first output of the first block of read-only memory is the second input of the third adder and the third input of the second read-only memory, the fourth input of which is connected to the second the output of the first block of read-only memory, the first and second inputs of the first and second blocks of read-only memory being information inputs, and the outputs of the second block of read-only memory Mints are device outputs.

Устройство формирует сигналы, закодированные сверточным кодом, которые позволяют передавать 4 информационных бита (m 4), за один интервал модуляции. Применяемый для сверточного кодирования код со скоростью R

Figure 00000001
/
Figure 00000002
+1 2/3 обеспечивает асимптотический энергетический выигрыш от кодирования (АЭВК) 4 дБ по сравнению с некодированной передачей методом квадратурно-амплитудной модуляции КАМ-16. АЭВК обусловлен величиной свободного расстояния (минимальное евклидово расстояние) между двумя любыми передаваемыми сверточно-кодированными последовательностями сигналов, равной
Figure 00000003
. Сигналы, закодированные сверточным кодом, являются нечувствительными к скачкам фазы несущего колебания в канале связи, кратным 90о. Это достигается за счет выполненного определенным образом [3] назначения подмножеств сигнальных точек, полученных в результате разбиения [1,4] исходного ансамбля сигналов, переходам графа состояний, соответствующего назначения бит сигнальным точкам ансамбля сигналов и применения операции дифференциального кодирования.The device generates signals encoded by a convolutional code, which allow transmitting 4 information bits (m 4), for one modulation interval. Code used for convolutional coding at a rate of R
Figure 00000001
/
Figure 00000002
+1 2/3 provides an asymptotic energy gain from coding (AEC) of 4 dB compared with unencrypted transmission using the KAM-16 method of quadrature amplitude modulation. AEVK is determined by the amount of free distance (the minimum Euclidean distance) between any two transmitted convolutionally encoded signal sequences equal to
Figure 00000003
. The signals encoded by the convolutional code are insensitive to phase jumps of the carrier wave in the communication channel, a multiple of 90 about . This is achieved through the assignment of subsets of signal points obtained in a certain way [3] as a result of splitting [1,4] the original signal ensemble, state transitions, the corresponding assignment of bits to the signal points of the signal ensemble, and the application of the differential encoding operation.

Для декодирования последовательности сигналов, закодированных сверточным кодом, на приеме используется декодер максимального правдоподобия с мягким решением [5,6] Решающее правило такого декодера можно сформулировать следующим образом. В качестве решения принимается такая информационная последовательность

Figure 00000004
} которая дала бы на выходе второго блока постоянной памяти последовательность сигналов
Figure 00000005
} наиболее близкую к принимаемой
Figure 00000006
} по евклидовому расстоянию
Figure 00000007
-
Figure 00000008
min
Figure 00000009
,
при этом
Figure 00000010
}∈c
Figure 00000011
где С совокупность всех возможных последовательностей на выходе второго блока постоянной памяти. Характеристики "мягкого" декодирования зависят от свободного расстояния
dсвоб= min
Figure 00000012
,
при этомSn} ≠Pn} Sn}Pn} ∈c.To decode a sequence of signals encoded by a convolutional code, the reception uses a maximum likelihood decoder with a soft solution [5,6]. The decisive rule for such a decoder can be formulated as follows. As a decision, such an information sequence is taken.
Figure 00000004
} which would give a sequence of signals at the output of the second block of read-only memory
Figure 00000005
} closest to accepted
Figure 00000006
} by Euclidean distance
Figure 00000007
-
Figure 00000008
min
Figure 00000009
,
wherein
Figure 00000010
} ∈c
Figure 00000011
where C is the set of all possible sequences at the output of the second block of read-only memory. Soft decoding performance dependent on free distance
d freedom = min
Figure 00000012
,
moreover, S n } ≠ P n } S n } P n } ∈c.

Предположим, что сигнальные последовательностиSn} иPn} с минимальным евклидовым расстоянием между ними dсвоб порождаются соответственно двоичными последовательностямиan} иan'} Тогда вероятность того, что вместо переданной последовательностиan} будет декодирована последовательностьan'} определяется как
Pr({

Figure 00000013
}Pn}
Figure 00000014
{Sn}) Pr({
Figure 00000015
}a
Figure 00000016
}
Figure 00000017
{an}) Q(d
Figure 00000018
2σ), где Q интеграл вероятностей;
σ среднеквадратическое отклонение шума.Assume that the signal posledovatelnostiS iP n} n} with the minimum Euclidean distance d between them svob respectively generated binary posledovatelnostyamia ia n} n '} Then the probability that the transmitted instead posledovatelnostia n} will be decoded posledovatelnosta n'} is defined as
P r ({
Figure 00000013
} P n }
Figure 00000014
{S n }) P r ({
Figure 00000015
} a
Figure 00000016
}
Figure 00000017
{a n }) Q (d
Figure 00000018
2σ), where Q is the probability integral;
σ standard deviation of noise.

При отношении сигнал/шум, стремящемуся к бесконечности, вероятностью того, что в качестве решения будет принята последовательностьSn'} расположенная на расстоянии большем, чем dсвобот действительно переданной последовательностиSn} можно пренебречь по сравнению с вероятностью того, что в качестве решения будет принята последовательность на расстоянии dсвоб отSn} Поэтому
P

Figure 00000019
N(dсвоб)·Q(dсвоб/2σ), (1) где N(dсвоб) число ошибочных последовательностей, находящихся на расстоянии dсвоб от действительно переданной последовательностиSn} которое зависит от структуры графа переходов [4]
Как видно из (1), определяющее влияние на помехозащищенность сверточно-кодированной последовательности сигналов оказывает свободное расстояние dсвоб. АЭВК, обусловленный величиной свободного расстояния, составляет 4 дБ. Однако в каналах с аддитивным белым гауссовым шумом (АБГШ) при скачках фазы несущего колебания, кратных 90о, выигрыш от кодирования значительно снижается при малых и средних отношениях сигнал/шум (15-18 дБ). Так, например, при вероятности ошибки Рош 10-4выигрыш от кодирования составляет около 2,5 дБ.When the signal-to-noise ratio tends to infinity, the probability that a sequence S n '} located at a distance greater than d freedom from the actually transmitted sequence S n } can be taken as a solution can be neglected in comparison with the probability that the solution will be sequence taken at a distance d n} svob Therefore otS
P
Figure 00000019
N (d freedom ) · Q (d freedom / 2σ), (1) where N (d freedom ) is the number of erroneous sequences located at a distance d freedom from the actually transmitted sequence S n } which depends on the structure of the transition graph [4]
As can be seen from (1), the free distance d freedom has a decisive influence on the noise immunity of a convolutionally encoded sequence of signals . AEVK, due to the magnitude of the free distance, is 4 dB. However, in channels with additive white Gaussian noise (AWGN) for the phase jumps of the carrier wave are multiples of 90, the coding gain is significantly reduced at low and medium signal / noise (15-18 dB). So, for example, with an error probability of Psh 10 -4, the gain from coding is about 2.5 dB.

Таким образом, кодированная сверточным кодом последовательность сигналов, формируемая устройством-прототипом, обладает невысокой помехозащищенностью, обусловленной величиной свободного расстояния. Thus, the sequence of signals encoded by the convolutional code generated by the prototype device has a low noise immunity due to the amount of free distance.

Целью изобретения является повышение помехозащищенности формируемой устройством последовательности сигналов, а следовательно, и энергетического выигрыша от кодирования в каналах со скачками фазы несущего колебания, кратными 90о, при малых и средних отношениях сигнал/шум (с/ш).The aim of the invention is to increase the noise immunity generated by the device a sequence of signals, and consequently, the energy gain from coding in channels with phase jumps of the carrier wave, multiples of 90 about , at small and medium signal-to-noise ratios (s / w).

Цель достигается тем, что устройство для кодирования сверточным кодом, содержащее первый блок постоянной памяти, первый и второй входы которого являются одноименными информационными входами устройства, первый выход первого блока постоянной памяти соединен через первый элемент задержки с третьим входом первого блока постоянной памяти и непосредственно с первыми входами первого и второго сумматоров и второго блока постоянной памяти, второй выход первого блока постоянной памяти соединен через второй элемент задержки с четвертым входом первого блока постоянной памяти и непосредственно с вторыми входами первого сумматора и второго блока постоянной памяти, третий и четвертый входы и выходы которого являются соответственно одноименными информационными входами и выходами устройства, выход второго сумматора соединен с первым входом первого умножителя, выход которого соединен с первым входом третьего сумматора, четвертый сумматор, выход которого через третий элемент задержки соединен с вторым входом первого умножителя и первым входом второго умножителя, четвертый элемент задержки, выход которого соединен с первым входом пятого сумматора, и пятый элемент задержки, снабжено дополнительными инверторами, шестым сумматором и шестым элементом задержки, выход первого сумматора соединен с вторым входом третьего сумматора, выход которого соединен с вторым входом пятого сумматора, выход которого через последовательно соединенные пятый элемент задержки и первый инвертор соединен с вторым входом второго сумматора и первым входом четвертого сумматора, входы второго инвертора и шестого элемента задержки подключены к выходу третьего элемента задержки, выход шестого элемента задержки соединен с входом четвертого элемента задержки, выход второго инвертора соединен с пятым входом второго блока постоянной памяти, вход третьего инвертора подключен к второму выходу первого блока постоянной памяти, выход соединен с вторым входом второго умножителя, выход которого соединен с первым входом шестого сумматора, второй вход которого подключен к первому выходу первого блока постоянной памяти, выход соединен с вторым входом четвертого сумматора. The goal is achieved by the fact that the device for encoding with a convolutional code containing the first block of read-only memory, the first and second inputs of which are the same information inputs of the device, the first output of the first block of read-only memory is connected through the first delay element to the third input of the first read-only memory and directly to the first the inputs of the first and second adders and the second block of read-only memory, the second output of the first block of read-only memory is connected through the second delay element to the fourth input the first block of read-only memory and directly with the second inputs of the first adder and the second block of read-only memory, the third and fourth inputs and outputs of which are respectively the same information inputs and outputs of the device, the output of the second adder is connected to the first input of the first multiplier, the output of which is connected to the first input of the third the adder, the fourth adder, the output of which through the third delay element is connected to the second input of the first multiplier and the first input of the second multiplier, the fourth element nt delay, the output of which is connected to the first input of the fifth adder, and the fifth delay element, is equipped with additional inverters, a sixth adder and a sixth delay element, the output of the first adder is connected to the second input of the third adder, the output of which is connected to the second input of the fifth adder, the output of which the fifth delay element and the first inverter are connected in series with the second input of the second adder and the first input of the fourth adder, the inputs of the second inverter and the sixth delay element are connected the output of the third delay element, the output of the sixth delay element is connected to the input of the fourth delay element, the output of the second inverter is connected to the fifth input of the second read-only memory block, the input of the third inverter is connected to the second output of the first read-only memory, the output is connected to the second input of the second multiplier, the output of which is connected to the first input of the sixth adder, the second input of which is connected to the first output of the first block of read-only memory, the output is connected to the second input of the fourth adder.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемое устройство отличается наличием новых блоков: инверторов, шестой линии задержки, шестого сумматора и их связями с остальными элементами схемы. Comparative analysis with the prototype shows that the proposed device is characterized by the presence of new units: inverters, the sixth delay line, the sixth adder and their connections with the rest of the circuit elements.

Таким образом, предлагаемое устройство соответствует критерию "новизна". Thus, the proposed device meets the criterion of "novelty."

Сравнение предлагаемого решения с другими техническими решениями показывает, что инверторы, линия задержки и сумматор широко известны [7]
Однако при их введении в указанной связи с остальными элементами схемы в предлагаемое устройство для кодирования сверточным кодом достигается повышение помехозащищенности сигналов, формируемых устройством, в каналах со скачками фазы несущего колебания, кратными 90о, путем реализации большего свободного расстояния между любыми двумя кодированными последовательностями сигналов по сравнению с прототипом. Это позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию "существенные отличия".
Comparison of the proposed solution with other technical solutions shows that inverters, delay line and adder are widely known [7]
However, when administered in said communication with other circuit elements in the proposed device for encoding convolutional code achieved increase noise immunity signals generated by a device, with the phase jumps channels of the carrier wave multiples of 90 °, by implementing greater free distance between any two encoded sequences of signals Compared to the prototype. This allows us to conclude that the technical solution meets the criterion of "significant differences".

На фиг.1 представлена структурная электрическая схема устройства для кодирования сверточным кодом; на фиг.2 и 3 тридцатидвух- и шестнадцатиточечные ансамбли сигналов; на фиг.4 граф переходов сверточного кодера. Figure 1 presents a structural electrical diagram of a device for encoding a convolutional code; in figure 2 and 3 thirty-two and sixteen-point ensembles of signals; figure 4 transition graph convolutional encoder.

Устройство для кодирования сверточным кодом содержит первый блок 1 постоянной памяти, первую линию 2 задержки, вторую линию 3 задержки, представляющие собой дифференциальный кодер, последовательно соединенные шестую линию 4 задержки, четвертую линию 5 задержки, пятый сумматор 6, пятую линию 7 задержки, первый инвертор 8, четвертый сумматор 9, третью линию 10 задержки, второй инвертор 11, второй блок 12 постоянной памяти и последовательно соединенные второй сумматор 13, первый умножитель 14, третий сумматор 15, а также первый сумматор 16 и последовательно соединенные третий инвертор 17, второй умножитель 18 и шестой сумматор 19. The device for encoding with a convolutional code comprises a first read-only memory unit 1, a first delay line 2, a second delay line 3, which are a differential encoder, connected in series a sixth delay line 4, a fourth delay line 5, a fifth adder 6, a fifth delay line 7, a first inverter 8, the fourth adder 9, the third delay line 10, the second inverter 11, the second read-only memory block 12 and the second adder 13, the first multiplier 14, the third adder 15, and the first adder 16 and the series Newly connected third inverter 17, second multiplier 18 and sixth adder 19.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

На информационные входы устройства в момент времени n поступают информационные биты I1n, I2n, I3n, I4n (m 4). Два бита I4n, I3nпоступают прямо на четвертый и третий входы второго блока постоянной памяти и обозначаются как Y4n и Y3n, а биты I2n и I1n подаются на первый и второй входы дифференциального кодера.The information bits of the device at time n receive the information bits I1 n , I2 n , I3 n, I4 n (m 4). Two bits I4 n , I3 n go directly to the fourth and third inputs of the second block of read-only memory and are denoted as Y4 n and Y3 n, and bits I2 n and I1 n are supplied to the first and second inputs of the differential encoder.

В таблице представлены данные, описывающие работу дифференциального кодера. The table presents data describing the operation of a differential encoder.

Применение операции дифференциального кодирования позволяет сделать формируемую устройством последовательность сигналов, кодированную сверточным кодом, нечувствительной к скачкам фазы несущего колебания, кратным 90о. Возможность применения дифференциального кодирования обеспечивается специфическим назначением бит Y4n, Y3n, Y2n, Y1n, Y0nсигнальным точкам ансамбля сигналов. С выхода дифференциального кодера биты Q2n'Q1n' поступают на сверточный кодер, содержащий последовательно соединенные шестую линию 4 задержки, четвертую линию 5 задержки, пятый сумматор 6, пятую линию 7 задержки, первый инвертор 8, четвертый сумматор 9, третью линию 10 задержки, второй инвертор 11 и последовательно соединенные второй сумматор 13, первый умножитель 14, третий сумматор 15, а также первый сумматор 16 и последовательно соединенные третий инвертор 17, второй умножитель 18 и шестой сумматор 19. Работу сверточного кодера описывают следующие логические функциональные зависимости

Figure 00000020
Figure 00000021

⊕ сумма по mod 2.The application of the differential encoding operation makes it possible to make the signal sequence generated by the device encoded by a convolutional code insensitive to phase jumps of the carrier wave, multiple of 90 about . The possibility of applying differential encoding is provided by the specific assignment of bits Y4 n , Y3 n , Y2 n , Y1 n , Y0 n to the signal points of the ensemble of signals. From the output of the differential encoder, bits Q2 n 'Q1 n ' are sent to a convolutional encoder containing the sixth delay line 4, the fourth delay line 5, the fifth adder 6, the fifth delay line 7, the first inverter 8, the fourth adder 9, and the third delay line 10 , the second inverter 11 and the second adder 13 connected in series, the first multiplier 14, the third adder 15, and the first adder 16 and the third inverter 17 connected in series, the second multiplier 18 and the sixth adder 19. The following steps describe the operation of the convolutional encoder nological functional dependencies
Figure 00000020
Figure 00000021

mod 2 sum.

Они связывают последующее состояние W1n+1, W2n+1, W3n+1, W4n+1 и выходной бит Y0n кодера с текущим состоянием W1nW2nW3nW4n и входными битами кодера Q2n'Q1n'. Данные выражения получены путем минимизации с помощью диаграмм Вейча полных функциональных зависимостей, обусловленных графом переходов и назначением бит YIn, I 0,1.4 сигнальным точкам ансамбля сигналов. Граф переходов (фиг. 4) отображает работу сверточного кодера как конечного автомата с памятью.They associate the subsequent state W1 n + 1 , W2 n + 1 , W3 n + 1, W4 n + 1 and the output bit Y0 n of the encoder with the current state W1 n W2 n W3 n W4 n and the input bits of the encoder Q2 n 'Q1 n ' . These expressions are obtained by minimizing the full functional dependences due to the transition graph and the assignment of bits YI n , I 0.1.4 to the signal points of the ensemble of signals using Veitch diagrams. The transition graph (Fig. 4) displays the operation of the convolutional encoder as a state machine with memory.

Каждому переходу, выходящему из одного состояния и ведущему в последующее, назначается определенная совокупность сигнальных точек из ансамбля сигналов, называемая подмножеством. Получение этих подмножеств основано на идее отображения путем разбиения множества [1,2,4] При этом проводится последовательное разбиение исходного расширенного сигнального множества (алфавита сигналов) на вложенные подмножества, причем расстояние между элементами подмножества (сигнальными точками) на каждом шаге разбиения возрастает, а число элементов в нем убывает. В качестве исходного расширенного сигнального множества применяется тридцатидвухточечное крестообразное созвездие (32-CR) (фиг.2). Оно является расширенным, поскольку для передачи m 4 некодированных информационных бит по каналу за интервал модуляции методом квадратурно-амплитудной модуляции (КАМ) было бы достаточно иметь ансамбль сигналов, состоящий из 16 точек (16-QA) (фиг.3). Применение сверточного кодирования к входным информационным битам Q2n'Q1n'(m=2) ведет к появлению дополнительного избыточного пятого бита Y0n. Поэтому ансамбль сигналов должен иметь M 2m+1 32 точки. В данном случае применяется ансамбль сигналов 32-CR, обладающий 90-градусной симметричностью, что является необходимым условием для обеспечения нечувствительности формируемой устройством последовательности сигналов, кодированных сверточным кодом, к скачкам фазы, кратным 90о.Each transition that leaves one state and leads to the next is assigned a specific set of signal points from the ensemble of signals, called a subset. The receipt of these subsets is based on the idea of mapping by splitting the set [1,2,4] In this case, the initial extended signal set (alphabet of signals) is sequentially divided into nested subsets, and the distance between the elements of the subset (signal points) at each step of the partition increases, and the number of elements in it decreases. As the initial extended signal set applied thirty-two-point cross-shaped constellation (32-CR) (figure 2). It is extended, because for transmitting m 4 non-encoded information bits over a channel for a modulation interval using the quadrature amplitude modulation (QAM) method, it would be sufficient to have an ensemble of signals consisting of 16 points (16-QA) (Fig. 3). The application of convolutional coding to the input information bits Q2 n 'Q1 n ' (m = 2) leads to the appearance of an additional redundant fifth bit Y0 n . Therefore, the ensemble of signals must have M 2 m + 1 32 points. In this case, an ensemble of 32-CR signals with 90-degree symmetry is used, which is a necessary condition for ensuring the insensitivity of the generated signal sequence of the signals encoded by a convolutional code to phase jumps that are multiples of 90 about .

Использование подхода, основанного на разбиении исходного сигнального множества на вложенные подмножества, ведет к разбиению исходного тридцатидвухточечного сигнального множества на 2

Figure 00000022
= 8(
Figure 00000023
2 число входных бит сверточного кодера) вложенных подмножеств А, В, С, D, E, F, G, H (фиг.2).Using an approach based on dividing the original signal set into nested subsets leads to dividing the original thirty-two-point signal set into 2
Figure 00000022
= 8 (
Figure 00000023
2 is the number of input bits of a convolutional encoder) of nested subsets A, B, C, D, E, F, G, H (Fig. 2).

Разбиение проводится в (

Figure 00000024
+1) 3 шага. На первом шаге разбиения получается два подмножества (фиг.2) A∪B∪C∪D и E∪F∪G∪ H (U знак объединения) с минимальным евклидовым расстоянием Δ1=
Figure 00000025
=2 где Δo- минимальное евклидово расстояние для исходного сигнального множества Δo=
Figure 00000026
.The partition is carried out in (
Figure 00000024
+1) 3 steps. At the first step of the partition, two subsets are obtained (Fig. 2) A∪B∪C∪D and E∪F∪G∪ H (U is the sign of the union) with a minimum Euclidean distance Δ 1 =
Figure 00000025
= 2 where Δ o is the minimum Euclidean distance for the original signal set Δ o =
Figure 00000026
.

На втором шаге разбиения получаются подмножества A U B, C U D, E U F, G U H Δ2=

Figure 00000027
Δ1= 2
Figure 00000028
. На последнем шаге разбиения имеем восемь подмножеств A, B, C, D, E, F, G, H с Δ3=
Figure 00000029
Δ2= 4. При вращении сигнального множества по часовой стрелке на 90о подмножества A, B, C, D, E, F, G, H переходят соответственно в подмножества E, F, G, H, C, D, A, B. При вращении на 180о подмножества A, B, C, D, E, F, G, H переходят соответственно в C, D, A, B, G, H, E, F, а при 270о в G, H, E, F, A, B, C, D. Построение графа переходов базировалось на следующих правилах [3, 4]
а) граф переходов должен быть симметричен и все переходы в нем должны выполняться с одинаковой частотой;
б) переходам, начинающимся в одном состоянии и ведущим в различные состояния, необходимо ставить в соответствие сигналы одного из подмножеств, полученных на первом шаге разбиения;
в) сигналы из этих же подмножеств назначаются переходам, выходящим из различных состояний и ведущих в одно и то же состояние;
г) если обозначить q состояний кодера через i 0,1,q-1, то для того, чтобы кодер, и как результат, последовательность сигналов, были прозрачны к фазовой неопределенности в канале вязи, кратной 90о, должны существовать функции однозначного соответствия fl:0,1,q-1} _→0,1,q-1} l 1, 2, 3 такие, что выполняется следующее утверждение. Для каждого перехода из состояния i в состояние j, i, j ∈0,1,q-1} обозначим через ХО группу сигнальных элементов одного из полученных в результате разбиения подмножества, а через Х1, Х2 и Х3 группы сигнальных элементов, полученные из ХО посредством вращения по часовой стрелке соответственно на 90, 180 и 270о. Тогда каждому переходу из состояния fl(i) в состояние fl(j), l 1, 2, 3 назначается группа сигнальных элементов Xl, l 1, 2, 3 соответственно.At the second step of the partition, we obtain the subsets AUB, CUD, EUF, GUH Δ 2 =
Figure 00000027
Δ 1 = 2
Figure 00000028
. At the last step of the partition, we have eight subsets A, B, C, D, E, F, G, H with Δ 3 =
Figure 00000029
Δ 2 = 4. When the rotation signal set clockwise by 90 about the subsets A, B, C, D, E, F, G, H respectively into subsets E, F, G, H, C, D, A, B . Upon rotation 180 of the subsets a, B, C, D, E, F, G, H respectively into C, D, a, B, G, H, E, F, and at 270 a in G, H, E, F, A, B, C, D. The construction of the transition graph was based on the following rules [3, 4]
a) the transition graph must be symmetrical and all transitions in it must be performed with the same frequency;
b) transitions starting in one state and leading to different states, it is necessary to match the signals of one of the subsets obtained in the first step of the partition;
c) signals from the same subsets are assigned to transitions emerging from different states and leading to the same state;
g) If we denote q i through encoder states 0.1, q-1, then to an encoder, and as a result, a signal sequence, are transparent to the phase uncertainty in the channel the tie multiple of 90, there should be unambiguous correspondence function f l : 0,1, q-1} _ → 0,1, q-1} l 1, 2, 3 such that the following statement holds. For each transition from state i to state j, i, j ∈0,1, q-1} we denote by XO the group of signal elements of one of the subsets obtained as a result of partitioning, and by X1, X2 and X3 the groups of signal elements obtained from XO by rotating clockwise respectively 90, 180 and 270 about . Then, each transition from the state f l (i) to the state f l (j), l 1, 2, 3 is assigned a group of signal elements Xl, l 1, 2, 3, respectively.

Граф переходов представлен на фиг.4. Функции однозначного соответствия имеют вид
f1:

Figure 00000030
Figure 00000031
Figure 00000032
f2:
Figure 00000033
Figure 00000034
Figure 00000035
f3:
Figure 00000036
Figure 00000037
Figure 00000038

Для графа переходов (фиг. 4) квадрат свободного расстояния равен 12. Действительно, если по каналу передается последовательность сигнальных точек, принадлежащих, например, подмножеству А (нулевое состояние), то ближайшей к ней будет последовательность из сигнальных точек, принадлежащих подмножествам B-D (рассматривается решетчатая диаграмма, получающаяся при развертке графа переходов во времени). С учетом минимального расстояния между точками подмножеств А и В, А и D ( ΔAB= 2
Figure 00000039
, ΔAB=2 фиг.2) квадрат свободного расстояния между рассматриваемыми последовательностями будет равен dсвоб 2 ΔAB 2AD 2 12. Если за правильную последовательность выбрать любую другую, то также найдется последовательность, отстоящая от нее на расстоянии
Figure 00000040
.The transition graph is presented in figure 4. The unambiguous correspondence functions have the form
f 1 :
Figure 00000030
Figure 00000031
Figure 00000032
f 2 :
Figure 00000033
Figure 00000034
Figure 00000035
f 3 :
Figure 00000036
Figure 00000037
Figure 00000038

For the transition graph (Fig. 4), the square of the free distance is 12. Indeed, if a sequence of signal points belonging to, for example, a subset A (zero state) is transmitted along the channel, then the sequence of signal points belonging to the subsets BD will be closest to it (considered trellis diagram obtained by scanning the transition graph in time). Given the minimum distance between the points of the subsets A and B, A and D (Δ AB = 2
Figure 00000039
, Δ AB = 2 of Fig. 2) the square of the free distance between the sequences in question will be equal to d freedom 2 Δ AB 2 + Δ AD 2 12. If you choose any other for the correct sequence, then there is also a sequence spaced apart from it
Figure 00000040
.

Свободное расстояние позволяет оценить АЭВК по сравнению с некодированной передачей методом КАМ-16. Тогда, с учетом нормировки по средней мощности, для АЭВК имеем [2, 4]
Gc= 10lg

Figure 00000041
10lg
Figure 00000042
4,7712∂Б.The free distance allows you to evaluate AEVK in comparison with the non-encoded transmission method KAM-16. Then, taking into account normalization by average power, for AEVK we have [2, 4]
G c = 10lg
Figure 00000041
10lg
Figure 00000042
4.7712∂B.

С выхода сверточного кодера выходные биты, обозначенные как Y0n, Y1n, Y2n, поступают соответственно на 5, 2 и 1 входы второго блока постоянной памяти, на 3 и 4 входы которого подаются некодированные информационные биты, обозначенные через Y3n и Y4n. В соответствии с входной последовательностью бит YIn, I 0,1. 4 в блоке осуществляется выбор для передачи по каналу одной из точек алфавита сигналов (фиг.2).From the output of the convolutional encoder, the output bits, denoted as Y0 n , Y1 n , Y2 n , respectively arrive at the 5, 2, and 1 inputs of the second block of read-only memory, the 3 and 4 inputs of which are supplied with uncoded information bits, denoted by Y3 n and Y4 n . In accordance with the input sequence of bits YI n , I 0,1. 4 in the block, a choice is made for transmitting on the channel one of the points of the alphabet of signals (FIG. 2).

Для обеспечения нечувствительности сигнальных элементов ансамбля сигналов к скачкам фазы несущего колебания, кратным 90о, назначение бит YIn, I 0,1.4 сигнальным элементам выполнено с соблюдением следующих правил (фиг.2):
1. Сигнальным элементам в каждом из 2m+1 23 8 подмножеств A, B, C, D, E, F, G, H назначаются одни и те же значения бит Y2n, Y1n, Y0n.
To ensure the insensitivity of the signal elements of the ensemble of signals to phase jumps of the carrier wave, a multiple of 90 about , the assignment of bits YI n , I 0,1.4 signal elements made in compliance with the following rules (figure 2):
1. The signal elements in each of 2 m + 1 2 3 8 subsets A, B, C, D, E, F, G, H are assigned the same bit values Y2 n , Y1 n , Y0 n .

2. Группа, состоящая из бит Y2n, Y1n, соответствующих множествам сигнальных элементов, назначенных переходам, выходящим из одного и того же состояния графа переходов, содержит все возможные комбинации бит Y2nY1n.2. The group consisting of bits Y2 n , Y1 n corresponding to the sets of signal elements assigned to the transitions emerging from the same state of the transition graph contains all possible combinations of bits Y2 n Y1 n .

3. Kаждому из четырех cигнальных элементов группы, у которой каждый поcледующий элемент может быть получен из предыдущего путем вращения по чаcовой cтрелке на 90о, назначаютcя различные значения битовой пары Y2nY1n;
4. Назначение некодированных информационных бит Y4nY3n сигнальным элементам ансамбля сигналов может производиться произвольно. В данном случае сигнальным элементам группы, состоящей из четырех элементов, получаемых из первого путем вращения на 90, 180 и 270о по часовой стрелке соответственно назначаются одинаковые биты Y4n, Y3n. Применяется следующее назначение бит Y2n, Y1n, Y0n, удовлетворяющее первым трем пунктам вышеизложенных правил:
Подмножеств

Figure 00000043
:
Figure 00000044
2n
Figure 00000045
1n
Figure 00000046
On
Для работы дифференциального кодера используется последовательность 11, 10, 01, 00, состоящая из различных битовых пар Y2nY1n и назначаемая согласно третьего пункта вышеизложенных правил последовательности сигнальных элементов группы, у которой каждый последующий элемент может быть получен из предыдущего путем вращения по часовой стрелке на 90о.3. Control and communication protection Each of the four groups of elements in which each element pocleduyuschy can be obtained from the previous by the clockwise rotation of about 90 Hands, naznachayutcya different values of bit pairs Y2 n Y1 n;
4. Assignment of uncoded information bits Y4 n Y3 n to the signal elements of the ensemble of signals can be performed arbitrarily. In this case, the signal elements of the group consisting of the four elements received from the first rotation by 90, 180 and 270 on clockwise respectively assigned the same bits Y4 n, Y3 n. The following assignment of bits Y2 n , Y1 n , Y0 n is applied, satisfying the first three points of the above rules:
Subsets
Figure 00000043
:
Figure 00000044
2 n
Figure 00000045
1 n
Figure 00000046
O n
For the operation of the differential encoder, the sequence 11, 10, 01, 00 is used, consisting of various bit pairs Y2 n Y1 n and assigned according to the third paragraph of the above rules to the sequence of signal elements of the group, in which each subsequent element can be obtained from the previous one by rotating clockwise at 90 about .

В соответствии с входными битами YIn, I 0,1.4 во втором блоке 12 постоянной памяти однозначно определяется сигнальная точка и на выходы блока 12 поступают сигналы Qn и Pn, соответствующие координатам синфазной и квадратурной составляющих сигнальной точки.In accordance with the input bits YI n , I 0,1.4 in the second block 12 of read-only memory, a signal point is uniquely determined and the outputs of block 12 receive signals Q n and P n corresponding to the coordinates of the in-phase and quadrature components of the signal point.

Втоpой блок 12 постоянной памяти представляет собой постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), хранящее значения сигнальных элементов. Входные биты YIn, I= 0,1.4 для блока 12 образуют код адреса сигнального элемента в ПЗУ. Примеры реализации блока 12 представлены на рис. 5.17, 18, с.182, 183 [7]
Результаты моделирования предлагаемого устройства для кодирования сверточным кодом показали, что по сравнению с прототипом в каналах с аддитивным белым гауссовым шумом при скачках фазы несущего колебания, кратных 90о, при малых и средних отношениях с/ш (15-18 дБ) оно обеспечивает значительное повышение помехозащищенности формируемой последовательности сигналов за счет увеличения свободного расстояния между сигнальными последовательностями. Так, например, кодовый выигрыш по сравнению с некодированной передачей (КАМ-16) в канале с АБГШ, фазовой неоднозначностью, кратной 90о, и скоростью передачи информации 9600 бит/с составляет порядка 3,6 дБ при Рош 10-4, что примерно на 1,1 дБ больше кодового выигрыша, обеспечиваемого устройством-прототипом в тех же условиях.
The second block 12 of read-only memory is a read-only memory (ROM) that stores the values of the signal elements. The input bits YI n , I = 0.1.4 for block 12 form the address code of the signal element in the ROM. Examples of implementation of block 12 are presented in Fig. 5.17, 18, p. 182, 183 [7]
Simulation results of the proposed device for encoding convolutional code have shown that in comparison with the prototype in channels with additive white Gaussian noise at the phase jumps of the carrier wave are multiples of 90, for small and medium-sized S / N ratio (15-18 dB), it provides a significant improvement noise immunity of the generated signal sequence by increasing the free distance between the signal sequences. So, for example, the code gain in comparison with the non-encoded transmission (KAM-16) in the channel with ABGS, phase ambiguity, multiple of 90 о , and information transfer rate of 9600 bit / s is about 3.6 dB at Рш 10 -4 , which approximately 1.1 dB more than the code gain provided by the prototype device under the same conditions.

Claims (1)

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОДИРОВАНИЯ СВЕРТОЧНЫМ КОДОМ, содержащее первый блок постоянной памяти, первый и второй входы которого являются одноименными информационными входами устройства, первый выход первого блока постоянной памяти соединен через первый элемент задержки с третьим входом первого блока постоянной памяти и непосредственно с первыми входами первого и второго сумматоров и второго блока постоянной памяти, второй выход первого блока постоянной памяти соединен через второй элемент задержки с четвертым входом первого блока постоянной памяти и непосредственно с вторыми входами первого сумматора и второго блока постоянной памяти, третий и четвертый входы и выходы которого являются соответственно одноименными информационными входами и выходами устройства, выход второго сумматора соединен с первым входом первого умножителя, выход которого соединен с первым входом третьего сумматора, четвертый сумматор, выход которого через третий элемент задержки соединен с вторым входом первого умножителя и первым входом второго умножителя, четвертый элемент задержки, выход которого соединен с первым входом пятого сумматора, пятый элемент задержки, отличающееся тем, что, с целью повышения помехозащищенности формируемой устройством последовательности сигналов, в него введены инверторы, шестой сумматор и шестой элемент задержки, выход первого сумматора соединен с вторым входом третьего сумматора, выход которого соединен с вторым входом пятого сумматора, выход которого через последовательно соединенные пятый элемент задержки и первый инвертор соединен с вторым входом второго сумматора и первым входом четвертого сумматора, входы второго инвертора и шестого элемента задержки подключены к выходу третьего элемента задержки, выход шестого элемента задержки соединен с входом четвертого элемента задержки, выход второго инвертора соединен с пятым входом второго блока постоянной памяти, вход третьего инвертора подключен к второму выходу первого блока постоянной памяти, выход соединен с вторым входом второго умножителя, выход которого соединен с первым входом шестого сумматора, второй вход которого подключен к первому выходу первого блока постоянной памяти, выход соединен с вторым входом четвертого сумматора. A convolutional device containing a first block of read-only memory, the first and second inputs of which are the same information inputs of the device, the first output of the first block of read-only memory is connected through the first delay element to the third input of the first read-only memory and directly to the first inputs of the first and second adders and the second block of read-only memory, the second output of the first block of read-only memory is connected through the second delay element to the fourth input of the first block of read-only memory memory and directly with the second inputs of the first adder and the second read-only memory block, the third and fourth inputs and outputs of which are respectively the same information inputs and outputs of the device, the output of the second adder is connected to the first input of the first multiplier, the output of which is connected to the first input of the third adder, the fourth an adder, the output of which through the third delay element is connected to the second input of the first multiplier and the first input of the second multiplier, the fourth delay element, the output of which connected to the first input of the fifth adder, the fifth delay element, characterized in that, in order to increase the noise immunity of the signal sequence generated by the device, inverters, the sixth adder and the sixth delay element are introduced into it, the output of the first adder is connected to the second input of the third adder, the output of which connected to the second input of the fifth adder, the output of which through the fifth delay element and the first inverter is connected in series with the second input of the second adder and the first input of the fourth the adder, the inputs of the second inverter and the sixth delay element are connected to the output of the third delay element, the output of the sixth delay element is connected to the input of the fourth delay element, the output of the second inverter is connected to the fifth input of the second read-only memory, the input of the third inverter is connected to the second output of the first read-only memory , the output is connected to the second input of the second multiplier, the output of which is connected to the first input of the sixth adder, the second input of which is connected to the first output of the first constant block memory, the output is connected to the second input of the fourth adder.
SU5019396 1991-08-15 1991-08-15 Convolution coder RU2038695C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5019396 RU2038695C1 (en) 1991-08-15 1991-08-15 Convolution coder

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5019396 RU2038695C1 (en) 1991-08-15 1991-08-15 Convolution coder

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2038695C1 true RU2038695C1 (en) 1995-06-27

Family

ID=21592971

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU5019396 RU2038695C1 (en) 1991-08-15 1991-08-15 Convolution coder

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2038695C1 (en)

Non-Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Кларк Дж., Кейн Дж. Кодирование с исправлением ошибок в системах цифровой связи: перев. с англ. М.: Радио и связь, 1987, с.392, рис.6.1, с.213. *
2. Underhoeck G, Checnel cocling with multilwel/pliase singnals 4 JEEE Frans. jnborm Fheory - 1982, vol II-28 N 1, p.55-66/ill.9(2)60. *
3. Wei h-F Kotationally invaviant convolutional chemel coding with expa u ted signal space - Part II: Nonlinear codes // JEEE Tourn Sellct. Areas Commun - 1984, vol-Sac-2, N 5, p-672-686/ill.7, p.6861. *
4. Ungerboeck G, Trellis-codecd modulation with redendant singal scts.Part I, Part II //JEEE Com may 1987, v.25 N 2, p-5-21. *
5. Банкет В.Л. и Дорофеев В.М. Цифровые методы в спутниковой связи. М.: Радио и связь, 1988, с.240. *
6. Блейхут Р. Теория и практика кодов, контролирующих ошибки: перев. с англ. М.: Мир, 1986, с.576. *
7. Микросхемы и их применение. Справ. пособие /Под ред.В.А.Батушева, В.Н.Вениаминова, В.Г.Ковалева и др. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Радио и связь, 1983, с.272. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wei Rotationally invariant convolutional channel coding with expanded signal space-Part I: 180
Massey Capacity, cutoff rate, and coding for a direct-detection optical channel
US6954492B1 (en) Method of differential encoding a precoded multiple modulus encoder
US4823346A (en) Maximum likelihood decoder
Lin et al. Error Control
US7190737B2 (en) Multi-mode block-coded modulation/demodulation method
US5408499A (en) Multilevel code for transmission device
US5633881A (en) Trellis encoder and decoder based upon punctured rate 1/2 convolutional codes
JP4836962B2 (en) Multilevel low density parity check coded modulation
CA2203899A1 (en) Cyclic trellis coded modulation
JP2799719B2 (en) Digital signal coding device
GB2300092A (en) A multilevel trellis coding method
JPH07288554A (en) Method and equipment of trellis coding
RU2038695C1 (en) Convolution coder
US6745365B2 (en) Coder with error correction, decoder with error correction and data transmission apparatus using the coder and decoder
RU2038696C1 (en) Convolution coder
Swart et al. Decoding distance-preserving permutation codes for power-line communications
WO1999017509A1 (en) Symbol mappings for coded modulations
Williams Low complexity block coded modulation
Swart Distance-preserving mappings and trellis codes with permutation sequences
US3577186A (en) Inversion-tolerant random error correcting digital data transmission system
Vinck et al. On coded M-ary frequency shift keying
CA1287404C (en) Digital signal coding
Peng et al. Rate gains in block-coded modulation systems with interblock memory
Lassing et al. Unequal bit-error protection in coherent M-ary PSK