RU2704722C2 - Перестановочный декодер с обратной связью - Google Patents

Перестановочный декодер с обратной связью Download PDF

Info

Publication number
RU2704722C2
RU2704722C2 RU2018101641A RU2018101641A RU2704722C2 RU 2704722 C2 RU2704722 C2 RU 2704722C2 RU 2018101641 A RU2018101641 A RU 2018101641A RU 2018101641 A RU2018101641 A RU 2018101641A RU 2704722 C2 RU2704722 C2 RU 2704722C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
block
input
output
unit
permutation
Prior art date
Application number
RU2018101641A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2018101641A (ru
RU2018101641A3 (ru
Inventor
Иван Александрович Сорокин
Алексей Анатольевич Шамин
Сергей Валентинович Шахтанов
Original Assignee
Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Нижегородский государственный инженерно-экономический университет (НГИЭУ)
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 бюджетное образовательное учреждение высшего образования Нижегородский государственный инженерно-экономический университет (НГИЭУ) filed Critical Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Нижегородский государственный инженерно-экономический университет (НГИЭУ)
Priority to RU2018101641A priority Critical patent/RU2704722C2/ru
Publication of RU2018101641A publication Critical patent/RU2018101641A/ru
Publication of RU2018101641A3 publication Critical patent/RU2018101641A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2704722C2 publication Critical patent/RU2704722C2/ru

Links

Images

Landscapes

  • Compression Or Coding Systems Of Tv Signals (AREA)
  • Error Detection And Correction (AREA)

Abstract

Изобретение относится к технике связи и может использоваться при проектировании новых и модернизации существующих систем обмена данными. Техническим результатом является сокращение объема памяти для хранения эталонных матриц. Перестановочный декодер с обратной связью содержит: блок приема, блок мягких решений символов, преобразователь мягких решений, блок упорядочения оценок, блок эквивалентного кода, блок сравнения и обратных преобразований, блок исправления стираний, при этом дополнительно введены блок ранжирования перестановок, блок отрицательных перестановок, блок ввода отрицательных перестановок, блок положительных перестановок, блок быстрых матричных преобразований, блок усреднения мягких решений и блок сигналов обратной связи. 3 ил., 2 табл.

Description

Изобретение относится к технике связи и может использоваться при проектировании новых и модернизации существующих систем обмена данными.
Заявленное устройство расширяет арсенал мягкого декодирования двоичных избыточных блоковых кодов за счет исправления доли стираний, кратность которых выходит за пределы минимального кодового расстояния. Для этого используются известные свойства эквивалентных кодов (см. У. Питерсон, Э. Уэлдон. Коды, исправляющие ошибки. Ред. Р.Л. Добрушин и С.И. Самойленко. М: Мир, 1976. - С. 76-78). Для двоичных кодов реализация подобных свойств может иметь как положительный, так и отрицательный исход, который зависит от конфигурации перестановок принятых символов на по длине кодового вектора в зависимость от текущих значений мягких решений. Положительный результат формируется в том случае, когда выполненная по результатам оценки мягких решений перестановка символов принятой кодовой комбинации не приводит к линейной зависимости столбцов, адекватно переставленной порождающий матрицы кода. В противном случае формирование эквивалентного кода положительного результата не дает. Как правило, количество положительных решений, из общего множества возможных решений, составляет большую часть.
Близким по технической сущности к заявленному устройству является способ мягкого декодирования систематических блоковых кодов, в основе которого лежит процедура ранжирования мягких решений символов (МРС) принятой кодовой комбинации, выделения из них наиболее надежных символов по показателям МРС, переход к эквивалентному коду с последующим вычислением вектора ошибок, действовавшего на принятый кодовый вектор в процессе передачи его по каналу связи (см. Р. Морелос-Сарагоса. Искусство помехоустойчивого кодирования. Методы, алгоритмы, применение. М., Техносфера, 2005, С. 213, …,216). Достоинством способа является возможность исправления стираний не только кратности (d-1), но и большей доли стираний кратности (n-k), где d - метрика Хемминга, n - число символов в кодовом векторе, k - число информационных разрядов в нем.
Недостатком указанного способа является необходимость вычисления для каждой принятой кодовой комбинации, обрабатываемой декодером, определителя переставленной порождающей матрицы кода в соответствии с показателями МРС для ее первых k столбцов. При невырожденности указанной матрицы для нее выполняется поиск обратной матрицы и вычисление на этой основе порождающей матрицы эквивалентного кода в систематической форме (см. Гладких А.А. Основы теории мягкого декодирования избыточных кодов в стирающем канале связи. Ульяновск: УлГТУ, 2010, С. 286-295).
Кроме того, известен способ мягкого декодирования систематических кодов (см. патент РФ 2444127), в котором с целью снижения вычислительных затрат в алгоритме поиска обратной матрицы, вычисление матрицы эквивалентного кода при приведении ее к систематическому виду используют прием кластеризации множества разрешенных кодовых векторов, что позволяет обрабатывать определители матриц размерности не (k×k), а размерности (k-ƒ)×(k-ƒ), где ƒ - число бит, отводимых на нумерацию (в двоичной системе) формируемых в коде кластеров. Указанная процедура обеспечивает незначительное снижение вычислительных затрат поскольку во многом зависит от выбранного параметра ƒ, где 1≤ƒ<k.
Все указанные способы обладают одним общим недостатком, который заключается в том, что ряд кодовых комбинаций в процессе обработки данных могут повторяться и не только в текущем сеансе, но и по итогам предыдущих сеансов связи. Однако ни один из указанных способов не учитывает этот факт и не хранит в своей памяти образец матрицы эквивалентного кода комбинации когда-либо переданной в системе обмена данными.
Более того, всевозможные образцы переставленных порождающих матриц с положительным и отрицательным исходом могут быть вычислены с помощью внешних устройств и заранее внесены в память декодера. Сравнивая текущие перестановки символов кодовых векторов с имеющимися образцами, возможно заявить будет ли исход текущих преобразований кодового вектора положительным или отрицательным без производства сложных матричных вычислений.
Известно устройство - декодер с упорядоченной статистикой символов (см. патент РФ 2490804), в котором частично решается задача запоминания комбинаций номеров переставленных столбцов порождающей матрицы основного кода, определитель которых указывает на вырожденность переставленных матриц и невозможность реализовать декодирование с использованием эквивалентного кода. Следовательно, для невырожденных матриц процедура поиска переставленных порождающих матриц и приведение их к систематической форме для получения эквивалентного кода выполняется в декодере даже в том случае, если образец переставленного вектора уже обрабатывался декодером.
Известно также устройство - декодер с повышенной корректирующей способностью (см. патент РФ 2438252), которое практически реализует способ, описанный в работе Р. Морелос-Сарагосы с незначительным уточнением процедуры получения МРС. В таком декодере по сути сохраняются все недостатки, характерные для решений по патентам 2444127, 2490804 и 2580797.
Близким по технической сущности к заявленному декодеру является устройство по патенту №2438252, когда в блоке приема первый выход которого подключен к первому входу преобразователя мягких решений, выход которого через блок упорядочения оценок подключен к первому входу блока эквивалентного кода, второй выход которого подключен к другому входу блока сравнения и обратных преобразований, выход которого подключен к второму входу блока исправления стираний, при этом второй выход блока приема подключен к первому входу блока исправления стираний.
Достоинством прототипа является возможность мягкого декодирования комбинаций двоичного кода за пределами метрики Хемминга, по параметру (m-k).
Недостатком прототипа является выполнение повторных действий по вычислению порождающей матрицы эквивалентного кода для комбинаций переставленных столбцов порождающей матрицы основного кода, даже если какая-либо комбинация подобных перестановок уже обрабатывалась декодером ранее. Кроме того, прототип не способен реализовать процедуру предварительного вычисления переставленных матриц для возможных перестановок символов комбинации кода, что по сути является процедурой обучения и подготовки базы данных для фиксации перестановок с отрицательным исходом в системе поиска невырожденной матрицы эквивалентного кода. Поскольку множество отрицательных в этом смысле перестановок значительно меньше, то целесообразно запомнить только отрицательные перестановки. В последующем, сравнивая текущую перестановку с множеством отрицательных решений, декодер, определив соответствие очередной переставленной комбинации элементу множества отрицательных перестановок, отказывается от обработки текущей перестановки и предпринимает дополнительное действие по восстановлению кодового блока. Если очередная перестановка не входит во множество отрицательных перестановок, то выполнение алгоритма перестановочного декодирования продолжается. Кроме того, к недостатку прототипа следует отнести отсутствие реакции декодера на изменения условий передачи данных по каналу связи. Например, на изменение соотношения сигнал-шум.
Технический результат достигается тем, что блок приема, первый выход которого подключен к входу блока мягких решений символов, один выход которого подключен к первому входу преобразователя мягких решений, выход которого через блок упорядочения оценок подключен к первому входу блока эквивалентного кода, второй выход которого подключен к другому входу блока сравнения и обратных преобразований, выход которого подключен к второму входу блока исправления стираний, при этом второй выход блока приема подключен к первому входу блока исправления стираний, отличающийся тем, что дополнительно введены блок ранжирования перестановок, блок отрицательных перестановок, блок ввода отрицательных перестановок, блок положительных перестановок, блок быстрых матричных преобразований, блок усреднения мягких решений и блок сигналов обратной связи, первый выход которого подключен к второму входу преобразователя мягких решений, а вход блока сигналов обратной связи через блок усреднения мягких решений подключен к другому выходу блока мягких решений символов, тогда как выход блока ввода отрицательных перестановок, подключен к первому входу блока отрицательных перестановок, а выход этого блока подключен к второму входу блока ранжирования перестановок, при этом один выход этого блока подключен к второму входу блока эквивалентного кода, первый выход, которого соединен с первым входом блока ранжирования перестановок, а другой выход этого блока подключен к второму входу блока отрицательных перестановок, при этом третий выход блока ранжирования перестановок через блок положительных перестановок и блок быстрых матричных преобразований подключен к одному входу блока сравнения и обратных преобразований, тогда как второй выход блока сигналов обратной связи подключен к каналу обратной связи.
Структурная схема декодера представлена на фигуре 1. Она содержит блок приема 1, первый выход которого подключен к входу блока мягких решений символов 2. Один выход блока 2 подключен к преобразователю мягких решений 5, выход которого через блок упорядочения оценок 6 подключен к первому входу эквивалентного кода 7. Второй выход блока 7 подключен к другому входу блока сравнения и обратных преобразований 8, выход которого подключен к второму входу блока исправления стираний 9. Второй выход блока приема 1 подключен к первому входу блока исправления стираний 9. Первый выход блока сигналов обратной связи 4 подключен к второму входу преобразователя мягких решений 5, а вход блока 4 подключен к выходу блока усреднения мягких решений 3, вход которого подключен к другому выходу блока мягких решений символов 2. Второй выход блока сигналов обратной связи 4 подключен к каналу обратной связи, который связывает перестановочный декодер с передатчиком систем обмена данными. Блок ввода отрицательных перестановок 12 своим выходом связан с блоком отрицательных перестановок 11. Выход блока отрицательных перестановок 11 подключен к второму входу блока ранжирования перестановок 10, а его один выход соединен со вторым входом блока эквивалентного кода 7. Первый выход блока 7 подключен к первому входу блока ранжирования перестановок 10, другой выход блока 10 соединен со вторым входом блока отрицательных перестановок 11. Третий выход блока ранжирования 10 через блок положительных перестановок 13 и блок быстрых матричных преобразований 14 подключен к одному входу блока исправления стираний 8. Информационным входом декодера является вход блока приема 1, а информационным выходом декодера является выход блока сравнения и обратных преобразований 9.
Работу предлагаемого устройства рассмотрим на примере кода Хэмминга (7, 4, 3) с порождающей матрицей G вида
Figure 00000001
Столбцы матрицы G нумеруются от 1 до 7 слева направо. Пусть передатчик передает информационный вектор Vинф=1010, тогда в канал связи будет отправлен вектор Vкан=Vинф×G=1010011. Пусть вектор ошибок Ve имеет вид Ve=1100100. В ходе фиксации вектора приема Vпр в блоке приема 1 и выработки для каждого бита этого вектора мягких решений в блоке мягких решений символов 2 в преобразователе мягких решений 5 фиксируется последовательность жестких решений символов и соответствующие им целочисленных МРС вида
Figure 00000002
Последовательность МРС в блоке 2 формируется по правилу
Figure 00000003
, где ρ - интервал стирания; Ев - энергия сигнала, приходящаяся на один информационный бит; Z - уровень принятого модулируемого параметра (сигнала); λmax - фиксированная оценка МРС с максимальным значением, как правило, определяемая конструктором декодера (см. А.А. Гладких. Основы теории мягкого декодирования избыточных кодов в стирающем канале связи, Ульяновск. - 2010 с. 211). В примере λmax=7. В блоке упорядочения оценок 6 вектор V5 после перестановок жестких решений по убыванию и соответствующих им МРС принимает вид
Figure 00000004
При этом в ходе упорядочения оценок формируется перестановочная матрица Р, которая в последующем через блок эквивалентного кода 7 поступает в блок сравнения и обратных перестановок для осуществления обратных перестановок с использованием транспонированной матрицы РT.
Figure 00000005
Одновременно с этим блок 7 получает переставленную последовательность номеров столбцов истиной матрицы G в порядке убывания значений МРС в виде V6→6743251.
Для последующей обработки данных важны первые четыре номера этой последовательности (6 7 4 3). Для быстрого поиска положительного или отрицательного решения по данной перестановке в блоке 10 указанная последовательность ранжируется к виду (3 4 6 7). Все упорядоченные последовательности отрицательных решений хранятся в блоке 11. Упорядоченные последовательности могут быть подсчитаны заранее и введены соответственно в блоке 8 и 10. Для используемого в примере кода все сочетания номеров отрицательных решений представлены в таблице 1, а положительных решений в таблице 2.
Figure 00000006
Для любого ранжированного сочетания решений из таблицы 1 справедливы будут всевозможные перестановки, общее число которых определяется как k!. Например, для первой позиции таблицы: 1253; 1325; 1352; …; 5123.
Общее число различных сочетаний номеров столбцов для блокового кода определяется выражением вида
Figure 00000007
. Тогда
Figure 00000008
. Следовательно, с учетом показателей таблицы 1 число положительных решений в таблице 2 должно быть равным 28.
Figure 00000009
Сравнивая значения номеров столбцов поступивших из блока 6 в виде (6 7 4 3) и приведенные в блоке 9 к виду (3 4 6 7) со значениями таблицы 1 декодер устанавливает отсутствие такой комбинации в отрицательных решениях. Декодер приступает к формированию порождающей матрицы эквивалентного кода. На оставшихся (n-k) позиция обрабатываемого вектора могут быть только номера символов не вошедшие в первые k номеров. Если их упорядочить по возрастанию, то получится эталонная переставленная матрица некоторого эквивалентного кода. Такими номерами в примере является последовательность (1 2 5). Образцы эталонных матриц в систематической форме для всех 28 элементов из таблицы 2 хранятся в блоке матричных преобразований. Для приведенного примера эталонная матрица G3467125 в систематическом виде имеет вид
Figure 00000010
С учетом номеров строк и столбцов проверочной части матрицы.
Figure 00000011
В блок быстрых матричных преобразований 14 через третий выход блока ранжирования 10 поступаю данные о текущей последовательности перестановок в виде (6 7 4 3 2 5 1). В блоке 14 по первым k элементам сортируются строки эталонной матрицы, по оставшимся (n-k) элементам сортируются столбцы проверочной части матрицы.
Figure 00000012
Умножая надежную часть вектора (1 1 0 1) из V6 на
Figure 00000013
в блоке сравнения и обратных перестановок 8 получают вектор эквивалентного кода вида Vэкв=1101101. Складывая
Figure 00000014
и умножая результат сравнения на PT в блоке 8 получают истинный вектор ошибок, действовавший в канале связи в момент передачи вектора Vкан или Ve=1100100. Значение этого вектора позволяет исправить стирания в блоке исправления стираний 9.
В ходе работы декодера возможно появление ошибочных решений для надежных значений МРС как показано в таблице на фигуре 2. Например, при отношении сигнал-шум 0,97 дБ нельзя доверять оценкам от λ1 до λ4. Для оценки указанного отношения значения МРС поступают из блока мягких решений символов 2 в блок усреднения мягких решений 3. Результатами работы блока 3, показаны на фигуре 3. Заметно, что среднее значение МРС M(h) практически не изменяется в зависимости от объема выборки. Это дает основание ориентировать декодер на оценку указанного параметра M(h) и в случае снижения его значений до установленного критического уровня направить передатчику через блок сигналов обратной связи 4 команду на повтор данных. Одновременно с этим в преобразователе мягких решений 5 по команде из блока 4 осуществляется сравнение данных, принятых в неблагоприятных условиях с данными принятыми при повторной передаче. При этом из двух последовательностей кодовых комбинаций формируется комбинация жестких решений с наилучшими МРС.
Предложенное устройство в полной мере использует свойство линейных преобразований матриц и сокращает объем памяти для хранения эталонных матриц в k!×(n-k)! раз. При этом максимально используется введенная в код избыточность и исключаются такие матричные операции как вычисление определителей и последующий поиск порождающих матриц эквивалентных кодов и последующего приведения их к систематической форме. Осуществляется сочетание кодовых и алгоритмических методов повышения достоверности.

Claims (1)

  1. Перестановочный декодер с обратной связью, содержащий блок приема, первый выход которого подключен к входу блока мягких решений символов, один выход которого подключен к первому входу преобразователя мягких решений, выход которого через блок упорядочения оценок подключен к первому входу блока эквивалентного кода, второй выход которого подключен к другому входу блока сравнения и обратных преобразований, выход которого подключен к второму входу блока исправления стираний, при этом второй выход блока приема подключен к первому входу блока исправления стираний, отличающийся тем, что дополнительно введены блок ранжирования перестановок, блок отрицательных перестановок, блок ввода отрицательных перестановок, блок положительных перестановок, блок быстрых матричных преобразований, блок усреднения мягких решений и блок сигналов обратной связи, первый выход которого подключен к второму входу преобразователя мягких решений, а вход блока сигналов обратной связи через блок усреднения мягких решений подключен к другому выходу блока мягких решений символов, тогда как выход блока ввода отрицательных перестановок подключен к первому входу блока отрицательных перестановок, а выход этого блока подключен к второму входу блока ранжирования перестановок, при этом один выход этого блока подключен к второму входу блока эквивалентного кода, первый выход которого соединен с первым входом блока ранжирования перестановок, а другой выход этого блока подключен к второму входу блока отрицательных перестановок, при этом третий выход блока ранжирования перестановок через блок положительных перестановок и блок быстрых матричных преобразований подключен к одному входу блока сравнения и обратных преобразований, тогда как второй выход блока сигналов обратной связи подключен к каналу обратной связи.
RU2018101641A 2018-01-16 2018-01-16 Перестановочный декодер с обратной связью RU2704722C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018101641A RU2704722C2 (ru) 2018-01-16 2018-01-16 Перестановочный декодер с обратной связью

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018101641A RU2704722C2 (ru) 2018-01-16 2018-01-16 Перестановочный декодер с обратной связью

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2018101641A RU2018101641A (ru) 2019-07-16
RU2018101641A3 RU2018101641A3 (ru) 2019-09-19
RU2704722C2 true RU2704722C2 (ru) 2019-10-30

Family

ID=67308220

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018101641A RU2704722C2 (ru) 2018-01-16 2018-01-16 Перестановочный декодер с обратной связью

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2704722C2 (ru)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2718224C1 (ru) * 2019-09-30 2020-03-31 Федеральный научно-производственный центр акционерное общество "Научно-производственное объединение "Марс" Перестановочный декодер с системой быстрых матричных преобразований

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1022860A1 (en) * 1999-01-22 2000-07-26 Sharp Kabushiki Kaisha Turbo decoding with variable number of iterations
RU2438252C1 (ru) * 2010-05-07 2011-12-27 Федеральный научно-производственный центр Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Марс" Декодер с повышенной корректирующей способностью
RU2490804C1 (ru) * 2012-07-03 2013-08-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" Декодер с упорядоченной статистикой символов
RU2538331C2 (ru) * 2013-05-20 2015-01-10 Федеральный научно-производственный центр Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Марс" Мягкий декодер последовательного турбокода
RU2580797C1 (ru) * 2015-03-13 2016-04-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" Способ мягкого декодирования блоковых кодов

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1022860A1 (en) * 1999-01-22 2000-07-26 Sharp Kabushiki Kaisha Turbo decoding with variable number of iterations
RU2438252C1 (ru) * 2010-05-07 2011-12-27 Федеральный научно-производственный центр Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Марс" Декодер с повышенной корректирующей способностью
RU2490804C1 (ru) * 2012-07-03 2013-08-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" Декодер с упорядоченной статистикой символов
RU2538331C2 (ru) * 2013-05-20 2015-01-10 Федеральный научно-производственный центр Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Марс" Мягкий декодер последовательного турбокода
RU2580797C1 (ru) * 2015-03-13 2016-04-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" Способ мягкого декодирования блоковых кодов

Also Published As

Publication number Publication date
RU2018101641A (ru) 2019-07-16
RU2018101641A3 (ru) 2019-09-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102519076B1 (ko) 극성 코드를 구성하는 장치 및 방법
CN1132320C (zh) 截尾格子码的软输出译码器
US10784992B2 (en) Device and method for executing encoding
CN107370560B (zh) 一种极化码的编码和速率匹配方法、装置及设备
US11159180B2 (en) Method and apparatus for constructing a polar code
CN107666370B (zh) 编码方法和设备
CN106712898B (zh) 基于高斯迭代列消元的信道编码盲识别方法
CN102694625A (zh) 一种循环冗余校验辅助的极化码译码方法
JP2002509680A (ja) 積符号の反復復号化
RU2344556C1 (ru) Декодер с исправлением стираний
CN109286468A (zh) 极化码比特位置选择方法、装置和计算机设备
CN108092742A (zh) 一种基于极化码的通信方法
CN109768846B (zh) 基于二核三核混合极化码的凿孔方法、系统、装置及介质
CN111480324B (zh) 用于检测相互干扰的信息流的装置和方法
CN110708079A (zh) 一种极化码构造方法及装置
KR20080074858A (ko) 데이터를 복호화 및 부호화하는 방법 및 장치
RU2438252C1 (ru) Декодер с повышенной корректирующей способностью
CN110661535B (zh) 一种提高Turbo译码性能的方法、装置及计算机设备
RU2704722C2 (ru) Перестановочный декодер с обратной связью
CN105406877B (zh) 一种短码长循环码的译码方法
CN110535560A (zh) 一种极化码结合编码和译码方法
RU2644507C1 (ru) Перестановочный декодер с режимом обучения
RU2672300C2 (ru) Перестановочный декодер с памятью
KR101848431B1 (ko) 신호의 인터리빙 주기를 추정하기 위한 장치 및 방법
RU2702724C2 (ru) Способ совместного арифметического и помехоустойчивого кодирования и декодирования

Legal Events

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

Effective date: 20210117