RU2321170C2 - Method for receiving signals with turbo-encoding on basis of convolution codes with element-wise decision-making according to algorithm of maximum a posteriori probability - Google Patents

Method for receiving signals with turbo-encoding on basis of convolution codes with element-wise decision-making according to algorithm of maximum a posteriori probability Download PDF

Info

Publication number
RU2321170C2
RU2321170C2 RU2006116245/09A RU2006116245A RU2321170C2 RU 2321170 C2 RU2321170 C2 RU 2321170C2 RU 2006116245/09 A RU2006116245/09 A RU 2006116245/09A RU 2006116245 A RU2006116245 A RU 2006116245A RU 2321170 C2 RU2321170 C2 RU 2321170C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
turbo
maximum
code
scalar product
algorithm
Prior art date
Application number
RU2006116245/09A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Эдуард Петрович Стельмах (RU)
Эдуард Петрович Стельмах
нкин Сергей Владимирович Овс (RU)
Сергей Владимирович Овсянкин
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Академия Федеральной службы охраны Российской Федерации (Академия ФСО России)
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 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Академия Федеральной службы охраны Российской Федерации (Академия ФСО России) filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Академия Федеральной службы охраны Российской Федерации (Академия ФСО России)
Priority to RU2006116245/09A priority Critical patent/RU2321170C2/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2321170C2 publication Critical patent/RU2321170C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Error Detection And Correction (AREA)

Abstract

FIELD: communication systems which use signals with turbo-encoding on basis of convolution codes, namely, methods for iterative receipt of signals with turbo-encoding.
SUBSTANCE: in accordance to the method, received series is decoded according to algorithm of maximum a posteriori probability, soft solutions of informational and check bits are normalized, solved code words are generated at given length of decision-making, scalar result of multiplication of normalized series and generated code words is computed, most probable code word is selected on basis of maximum scalar result of multiplication, scalar result of multiplication is compared to boundary of existence of single code word, informational bits are extracted and rigid decision is made.
EFFECT: reduced probability of errors per block of turbo-code, resulting in increased trustworthiness of receipt of turbo-encoded signals.
5 cl, 2 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к системам связи, использующим сигналы с турбокодированием (ТК) на основе сверточных кодов, а именно к способам итеративного приема сигналов с ТК.The present invention relates to communication systems using signals with turbo coding (TC) based on convolutional codes, and in particular to methods for iteratively receiving signals from TC.

Известен итеративный способ приема сигналов с ТК на основе алгоритма Витерби с мягкими решениями [1]. Способ предполагает обновление метрик выжившего пути по решетке за счет прохода решетки в противоположном направлении. Недостатком данного способа является большая вероятность ошибки на бит по сравнению с алгоритмом максимума апостериорной вероятности (MAP) вследствие рассмотрения только выживших путей.There is an iterative method of receiving signals from the TC based on the Viterbi algorithm with soft solutions [1]. The method involves updating the metrics of the surviving path along the grate due to the passage of the grating in the opposite direction. The disadvantage of this method is the greater probability of error per bit compared with the algorithm for maximum posterior probability (MAP) due to the consideration of only surviving paths.

Известен итеративный способ приема сигналов с турбокодированием на основе оконного алгоритма MAP [2]. Способ обладает большим быстродействием, но в результате деления целого блока на ряд независимых участков уступает полному алгоритму MAP по вероятности ошибки на бит.A known iterative method for receiving signals with turbo coding based on the MAP window algorithm [2]. The method has high speed, but as a result of dividing the whole block into a number of independent sections, it is inferior to the complete MAP algorithm in probability of error per bit.

В качестве прототипа авторами принят способ приема сигналов с турбокодированием (ТК) с итеративным декодированием по максимуму апостериорной вероятности [3]. На каждой итерации декодеры обмениваются мягкими решениями, полученными на предыдущих итерациях.As a prototype, the authors adopted a method of receiving signals with turbo coding (TC) with iterative decoding to the maximum a posteriori probability [3]. At each iteration, the decoders exchange soft decisions obtained at previous iterations.

Недостатком способа, выбранного в качестве прототипа, является относительно высокая вероятность ошибки на блок по окончании итеративного процесса декодирования, обусловленная влиянием остаточных ошибок.The disadvantage of the method selected as a prototype is the relatively high probability of errors per block at the end of the iterative decoding process due to the influence of residual errors.

Целью заявленного изобретения является снижение вероятности ошибки на блок при приеме сигналов с турбокодированием.The aim of the claimed invention is to reduce the likelihood of errors per block when receiving signals with turbo coding.

Поставленная цель достигается за счет применения алгоритма приема в целом с поэлементным принятием решения по максимуму апостериорной вероятности. Для этого используется блок формирования разрешенных кодовых слов, причем не отдельного компонентного кода, а турбокода в целом. Блок вычислений на основе оценок, полученных по MAP алгоритму, находит скалярное произведение принятого кодового вектора турбокода и каждого разрешенного кодового слова. Блок выделения определяет по максимуму скалярного произведения наиболее вероятное кодовое слово турбокода, и блок принятия решения осуществляет жесткое декодирование систематических бит выделенного слова.This goal is achieved through the use of the reception algorithm as a whole with element-wise decision making on the maximum of posterior probability. For this, a block for generating permitted code words is used, not a separate component code, but the turbo code as a whole. The block of calculations based on the estimates obtained by the MAP algorithm finds the scalar product of the received turbocode code vector and each allowed code word. The allocation unit determines the most probable turbocode codeword from the maximum of the scalar product, and the decision unit performs hard decoding of the systematic bits of the selected word.

Благодаря этому получен технический результат, а именно снижена вероятность ошибки на блок турбокода, что в целом повышает достоверность приема сигналов с ТКС.Thanks to this, a technical result is obtained, namely, the probability of error per turbocode block is reduced, which generally increases the reliability of receiving signals from the TCS.

Заявляемый способ приема сигналов с ТКС поясняется чертежами, гдеThe inventive method of receiving signals from TCS is illustrated by drawings, where

на фиг.1 схематически изображены основные блоки итеративного процесса декодирования турбокодов;figure 1 schematically shows the main blocks of an iterative process for decoding turbo codes;

на фиг.2 приведена схема блока принятия решения в целом с учетом поэлементной оценки.figure 2 shows the block diagram of the decision-making as a whole, taking into account the element-wise assessment.

На фиг.1 показан итеративный декодер турбокода на основе двух компонентных декодеров. Согласно фиг.1 первый компонентный декодер 2 принимает сигналы Xk систематического сверточного кода, проверочные биты Y1k первого компонентного кода с выхода демультиплексора 1 и априорную информацию Lu с выхода второго компонентного декодера 4 на предыдущей итерации через деперемежитель 5. На первой итерации априорная информация отсутствует и Lu=0. Далее первый компонентный декодер 2 осуществляет декодирование принятой последовательности по алгоритму максимума апостериорной информации (MAP) и априорная информация Lu поступает на вход второго декодера 4 через перемежитель 3. Второй компонентный декодер 4 также декодирует принятую последовательность, состоящую из информационных бит Xk, проверочных бит Y2k и априорной информации Lu, завершая таким образом одну полную итерацию. Итеративный процесс декодирования продолжается либо до заданного числа итераций, либо до срабатывания критерия остановки итеративного процесса по коррелированности выходов компонентных декодеров.Figure 1 shows an iterative decoder turbo code based on two component decoders. According to FIG. 1, the first component decoder 2 receives systematic convolutional code signals Xk, the check bits Y1k of the first component code from the output of demultiplexer 1, and a priori information Lu from the output of the second component decoder 4 at the previous iteration through deinterleaver 5. At the first iteration, there is no a priori information and Lu = 0. Next, the first component decoder 2 decodes the received sequence according to the maximum posterior information algorithm (MAP) and the a priori information Lu is input to the second decoder 4 through the interleaver 3. The second component decoder 4 also decodes the received sequence consisting of information bits Xk, check bits Y2k and Lu a priori information, thus completing one complete iteration. The iterative decoding process continues either to a given number of iterations, or until the criterion for stopping the iterative process by the correlation of the outputs of the component decoders is triggered.

Выход MAP алгоритма записывается какThe output of the MAP algorithm is written as

Figure 00000002
Figure 00000002

где L(xk|у) - выходное логарифмическое отношение правдоподобия,where L (x k | y) is the output logarithmic likelihood ratio,

xk - k-й информационный бит,x k is the kth information bit,

у - принятая последовательность,y is the accepted sequence,

Figure 00000003
- прямая метрика состояния,
Figure 00000003
- direct metric of state,

βk(s) - обратная метрика состояния,β k (s) is the inverse metric of the state,

Figure 00000004
- метрика ветви,
Figure 00000004
- branch metric,

Figure 00000005
- предыдущее состояние кодера,
Figure 00000005
- previous state of the encoder,

s - следующее состояние кодера.s is the next state of the encoder.

Используя алгебру логарифма правдоподобия [4], выражение (1) записывается в видеUsing the likelihood logarithm algebra [4], expression (1) is written as

Figure 00000006
Figure 00000006

где L(хk|у) - выходное логарифмическое отношение правдоподобия,where L (x k | y) is the output logarithmic likelihood ratio,

Lcyk - канальные измерения принятой последовательности,L c y k - channel measurements of the received sequence,

Lu - априорная информация.Lu - a priori information.

После окончания итеративного процесса декодирования мягкие решения как информационных бит, так и обновленных проверочных, с выхода декодера последней итерации подаются на блок нормирования значений 7. Нормирование значений мягких решений декодера осуществляется согласно выражению 3:After the end of the iterative decoding process, soft decisions of both information bits and updated test ones are fed from the output of the last iteration decoder to the value normalization unit 7. Normalization of the values of the soft decisions of the decoder is carried out according to expression 3:

Figure 00000007
Figure 00000007

где с - масштабный коэффициент,where c is the scale factor

d - коэффициент сдвига,d is the shear coefficient,

[min] - минимальное значение,[min] is the minimum value

[max] - максимальное значение.[max] - the maximum value.

В блоке 8 формируются разрешенные кодовые слова на заданной длине принятия решения К. Блок 9 вычисляет скалярное произведение принятой нормированной последовательности и кодовыми словами. Блок 10 по максимуму скалярного произведения выбирает наиболее вероятное кодовое слово и в блоке 11 происходит сравнение скалярного произведения с границей существования единственного кодового слова [5]:In block 8, allowed codewords are generated at a given decision length K. Block 9 calculates the scalar product of the accepted normalized sequence and codewords. Block 10, by the maximum of the scalar product, selects the most probable codeword, and in block 11 the scalar product is compared with the boundary of the existence of a single codeword [5]:

Figure 00000008
Figure 00000008

гдеWhere

Figure 00000009
- нормированная последовательность мягких решений декодера,
Figure 00000009
- normalized sequence of soft decisions of the decoder,

Figure 00000010
- разрешенное кодовое слово,
Figure 00000010
- allowed codeword,

n - длина блока принятия решения,n is the length of the decision block,

d - минимальное расстояние турбокода,d is the minimum distance of the turbo code,

α - коэффициент, учитывающий мягкие решения декодера.α - coefficient taking into account the soft decisions of the decoder.

В [5] представлено выражение для блоковых кодов. Для компонентных сверточных кодов вместо минимального расстояния кода d необходимо использовать сегментное расстояние

Figure 00000011
, поскольку декодирование турбокодов происходит поблочно.In [5], an expression for block codes is presented. For component convolutional codes, instead of the minimum code distance d, it is necessary to use a segment distance
Figure 00000011
, since the decoding of turbo codes occurs block by block.

Минимальное сегментное расстояние [6] турбокода рассчитывается согласно выражению 5:The minimum segment distance [6] of the turbo code is calculated according to expression 5:

Figure 00000012
Figure 00000012

где

Figure 00000011
- минимальное сегментное расстояние,Where
Figure 00000011
- minimum segment distance

j - количество шагов по решетке кода,j is the number of steps on the code lattice,

σ1, σ'1, σ2, σ'2 - состояния компонентных кодеров,σ 1 , σ ' 1 , σ 2 , σ' 2 are the states of component encoders,

Figure 00000013
- расстояние Хэмминга.
Figure 00000013
- Hamming distance.

Если неравенство (4) выполняется, то принятое слово маркируется как правильное. Маркировка правильных кодовых слов осуществляется для сокращения вариантов перебора при дополнительных процедурах анализа принятой последовательности. Например, при наличии внешнего кода CRC целесообразно перебирать наименее достоверные позиции в принятой последовательности, тогда как маркированные кодовые слова предполагаются принятыми с высокой достоверностью.If inequality (4) holds, then the accepted word is marked as correct. The marking of the correct code words is carried out to reduce search options with additional procedures for analyzing the accepted sequence. For example, if there is an external CRC code, it is advisable to sort out the least reliable positions in the accepted sequence, while marked code words are assumed to be received with high reliability.

В блоке 12 происходит выделение информационных бит и принятие жесткого решения.In block 12, the allocation of information bits and the adoption of a tough decision.

Таким образом, применение приема в целом с поэлементным принятием решения по MAP позволяет исправлять остаточные одиночные ошибки, что снижает вероятность ошибки на блок.Thus, the application of the technique as a whole with the element-wise MAP decision-making allows correcting residual single errors, which reduces the probability of an error per block.

Список литературыBibliography

1. Патент США №6487694, МПК Н03М 13/29, 2002.1. US patent No. 6487694, IPC H03M 13/29, 2002.

2. Патент США №6980605, МПК H03D 1/00, 2005.2. US patent No. 6980605, IPC H03D 1/00, 2005.

3. Патент США №5446747, МПК G06F 11/10, 1992.3. US patent No. 5446747, IPC G06F 11/10, 1992.

4. Б.Скляр. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение, 2-е издание - М.: Издательский дом «Вильямс», 2003 г.4. B. Sklyar. Digital communication. Theoretical Foundations and Practical Applications, 2nd Edition - M.: Williams Publishing House, 2003

5. Р.Блейхут. Теория и практика кодов, контролирующих ошибки, - М.: Мир, 1986 г.5. R. Bleikhut. Theory and practice of error control codes - M .: Mir, 1986

6. М.Хендлери, Р.Йоханнессон, В.В.Зяблов. Декодирование в окне с точки зрения расстояний // Проблемы передачи информации 2002. Т.38, №3.6. M. Handler, R. Johannesson, V.V. Zyablov. Decoding in a window from the point of view of distances // Problems of information transfer 2002. V.38, No.3.

Claims (5)

1. Способ приема в целом сигналов с турбокодированием на основе сверточных кодов, включающий этапы декодирования принятой последовательности по алгоритму максимума апостериорной вероятности, нормировки мягких решений информационных и проверочных бит, формирования разрешенных кодовых слов на заданной длине принятия решения, вычисления скалярного произведения нормированной последовательности и сформированных кодовых слов, выбора наиболее вероятного кодового слова по максимуму скалярного произведения, сравнения скалярного произведения с границей существования единственного кодового слова, выделения информационных бит и принятия жесткого решения.1. A method of receiving signals in general with turbo coding based on convolutional codes, which includes the steps of decoding the received sequence using the algorithm of maximum posterior probability, normalizing soft decisions of information and test bits, generating allowed code words for a given decision length, calculating the scalar product of the normalized sequence and generated code words, choosing the most likely code word for the maximum of the scalar product, comparing the scalar product with the boundary of the existence of a single codeword, the allocation of information bits and making a tough decision. 2. Способ приема по п.1, отличающийся тем, что выбор наиболее вероятного кодового слова турбокодера осуществляется на основе поэлементных оценок декодера по максимуму апостериорной вероятности.2. The reception method according to claim 1, characterized in that the most probable codeword of the turbo encoder is selected based on the element-wise estimates of the decoder to the maximum posterior probability. 3. Способ приема по п.1, отличающийся тем, что формирование разрешенных кодовых слов осуществляется для всего турбокода, не только компонентных кодов.3. The reception method according to claim 1, characterized in that the formation of the permitted code words is carried out for the entire turbo code, not only component codes. 4. Способ приема по п.1, отличающийся тем, что выбор наиболее вероятного кодового слова осуществляется по максимуму скалярного произведения нормированной принятой последовательности и сформированных кодовых слов.4. The reception method according to claim 1, characterized in that the most probable codeword is selected according to the maximum scalar product of the normalized received sequence and generated codewords. 5. Способ приема по п.1, отличающийся тем, что осуществляется сравнение скалярного произведения с границей существования единственного кодового слова для определения правильных кодовых слов.5. The method of reception according to claim 1, characterized in that the scalar product is compared with the boundary of the existence of a single code word to determine the correct code words.
RU2006116245/09A 2006-05-11 2006-05-11 Method for receiving signals with turbo-encoding on basis of convolution codes with element-wise decision-making according to algorithm of maximum a posteriori probability RU2321170C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006116245/09A RU2321170C2 (en) 2006-05-11 2006-05-11 Method for receiving signals with turbo-encoding on basis of convolution codes with element-wise decision-making according to algorithm of maximum a posteriori probability

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006116245/09A RU2321170C2 (en) 2006-05-11 2006-05-11 Method for receiving signals with turbo-encoding on basis of convolution codes with element-wise decision-making according to algorithm of maximum a posteriori probability

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2321170C2 true RU2321170C2 (en) 2008-03-27

Family

ID=39366529

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006116245/09A RU2321170C2 (en) 2006-05-11 2006-05-11 Method for receiving signals with turbo-encoding on basis of convolution codes with element-wise decision-making according to algorithm of maximum a posteriori probability

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2321170C2 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4227481B2 (en) Decoding device and decoding method
US20070011586A1 (en) Multi-threshold reliability decoding of low-density parity check codes
KR100512668B1 (en) Iteration terminating using quality index criteria of turbo codes
Yu et al. A least square method for parameter estimation of RSC sub-codes of turbo codes
US7657819B2 (en) Method and apparatus for termination of iterative turbo decoding
US8949697B1 (en) Low power Reed-Solomon decoder
EP2595321A1 (en) Tail-biting convolutional decoding apparatus and decoding method
US20010021233A1 (en) Soft-decision decoding of convolutionally encoded codeword
US6950975B2 (en) Acceleration of convergence rate with verified bits in turbo decoding
JP5374156B2 (en) Apparatus and method for decoding and encoding data
US7716554B2 (en) System and method for blind transport format detection with cyclic redundancy check
EP2599253B1 (en) Initializing decoding metrics
US20050031053A1 (en) Decoding method and apparatus
CN101147327A (en) Metric calculations for map decoding using the butterfly structure of the trellis
JP2005065271A5 (en)
RU2321170C2 (en) Method for receiving signals with turbo-encoding on basis of convolution codes with element-wise decision-making according to algorithm of maximum a posteriori probability
US10084486B1 (en) High speed turbo decoder
Kim et al. A new list decoding algorithm for short-length TBCCs with CRC
CN113556135B (en) Polarization code belief propagation bit overturn decoding method based on frozen overturn list
CN113765622B (en) Branch metric initializing method, device, equipment and storage medium
US10116337B2 (en) Decoding method for convolutionally coded signal
CN113258937B (en) Component decoder, extrinsic information storage unit, and Turbo code decoder
Rumanek et al. New channel coding methods for satellite communication
CN114567411B (en) Decoding method, decoding device, electronic equipment and storage medium
RU2522299C1 (en) Method and apparatus for noise-immune decoding of signals obtained using low-density parity check code

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20080512