UA44752C2 - Система супутникового зв'язку, яка використовує паралельно каскадне кодування - Google Patents

Abstract

Пропонується система супутникового зв'язку (VSAT), в якій використовується паралельне каскадне кодування у вхідних або вихідних, або як у вхідних, так і вихідних каналах передачі даних. Для кодування коротких блоків даних використовуються нерекурсивні систематичні згорткові коди з відкиданням хвостових частин. Для кодування довгих блоків даних використовуються рекурсивні систематичні згорткові коди. Таке паралельне каскадне кодування використовується в поєднанні з широкосмуговою модуляцією для того, щоб створити систему супутникового зв'язку, яка відповідає вимогам Федеральної комісії зв'язку США (FCC) щодо сумарної спектральної густини потужності сигналів, що передаються, а також забезпечує ослаблення сигналів перешкод від сусідніх супутників.

Description

Опис винаходу

Настояшее изобретение относится в общем к системам спутниковой связи и более конкретно, к 2 терминальньм системам оспутниковой связи с очень малой апертурой, использующей параллельно конкатенованное кодирование на внутрисвязной или внешнесвязной линии связи или обеих.

Существует значительньій рьнок с мультимедиа связи через спутники, с использованием дешевьх терминалов с очень малой апертурой (МЗАТ). Преимущества использования меньшей антенньії, чем в общем используют сейчас в промьішленности, включают пониженную стоимость рефлектора, пониженную стоимость 70 транспортньїх расходов, пониженную стоимость монтажа оборудования и трудозатрат, и удобство для потребителя, вследствие менее громоздкого внешнего вида. Однако использование зеркальной антеннь! с меньшей апертурой может вьїізвать нежелательноег снижение пропускной способности сети. Зто происходит вследствие ряда причин, связанньїх с уменьшенньм размером антеннь: (1) уменьшенная мощность принимаемого и посьілаемого сигнала, вьізванная связанньм снижением усиления антеннь; и (2) Правилами 19 Федеральной Комиссии по связи, ограничивающими мощность, передаваемую ЗАТ, использующими антенну, меньшую, чем определенньй размер, чтобьі! ограничить плотность потока мощности при смежньїх орбитальньх каналах связи. Использование усилителя мощности М5АТ с тем же или уменьшенньм вьіїходом мощности вьходом мощности, чтобьі уменьшить стоимость МЗАТ приводит к снижению пропускной способности сети вследствие ограничений мощности.

К несчастью, трудно получить желаемое большое усиление кодирование на коротких информационньмх блоках (которье типичньі для некоторьїх типов передач МЗАТ)для решения зтих проблем с требуемьм к.п.д. шириньї полосьі и сложностью декодера, используя стандартную технику кодирования.

Соответственно, желательно обеспечить систему спутниковой связи, которая увеличивает пропускную способность сети, когда МЗАТ с уменьшенной апертурой антенньі используют, понижая требуемое отношение с 29 знергия-на-бит-к-шуму мощность-спектральная плотность Ев/Мо спектрально зффективньми методиками. Го)

В соответствии с настоящим изобретением сеть спутниковой связи М5АТ использует параллельно конкатенованное кодирование на внутрисвязанньх или внешнесвязанньх связях или обеих. В одной реализации для коротких информационньіїх блоков, которье типичньі для пакетной связи, трансакций по кредитньм карточкам и сжатьх голосовьїх передач нерекурсивнье систематические сверточнье кодь! с с хвостовьіми байтами используют в качестве компонентньїх кодов в такой параллельно конкатенованной схеме ( кодирования. Для более длинньїх информационньїх блоков, которье типичньї для передачи файлов, М5АТ и терминала с бобиной используют рекурсивнье систематические сверточньсе кодь. -

В предпочтительной реализации вьішеуказаннье методики параллельно конкатенованного кодирования «І используют в сочетаний с модуляцией распределенного спектра и в результате получают систему, которая отвечаєт требованиям ЕСС относительно спектральной плотности общей мощности передаваємьх сигналов и М подавляет помехи от смежньх спутников.

Характеристики и преимущества настоящего изобретения станут очевидньіми из следующего подробного описания изобретения, при изучений вместе с приложенньіми чертежами, в которьх: « фиг.1 представляет упрощенную блок-схему, иллюстрирующую систему связи М5АТ, использующей З 740 параллельно конкатенованное кодирование в соответствий с настоящим изобретением; с фиг.2 представляет упрощенную блок-схему, иллюстрирующую бобинньій терминал системь! спутниковой з» связи МАТ, использующей параллельно конкатенованное кодирование в соответствий с настоящим изобретением; фиг.3 представляет упрощенную блок-схему, иллюстрирующую программируемьй кодер, полезньій в системе связи МЗАТ,в соответствий с настоящим изобретением; е фиг.А4 представляет упрощенную блок-схему, иллюстрирующую программируемьй декодер, полезньй в «» системе связи УЗАТ, в соответствии с настоящим изобретением.

Изобретение, описанное здесь, является системой спутниковой связи М5АТ, использующую методики 7 параллельно конкатенованного кодирования, включающую, например, параллельно конкатенованнье с 20 хвостовне сверточнье кодьі и параллельно конкатенованньюе рекурсивнье систематическиє сверточнье кодь (те. так назьваемье "турбокодь") и соответствующие декодерь. В частности, для параллельно о конкатенованньїх хвостовьїх сверточньїх кодов, используют декодер, содержащий циркулярное декодирование

МАР так, как в переданной параллельно рассматриваемой заявке на Патент США 08/636742, авторьї Стефен М.

Гладик и Джон Андерсон, подана 19 апреля 1996г. и рассматриваются путем ссьілок. 29 Параллельно конкатенованное кодирование используют при внутренней связи (МУЗАТ-на-терминал) или при

ГФ) внешней связи (терминал-на-МЗАТ) или оба типа связи в сети спутниковой связи М5АТ. В дополнение параллельно конкатенованное кодирование можно использовать для осуществления коррекций/определяющего о кодирования при прямьїх передачах обьект-на-обьеект (М5АТ-на--М5АТ). В одной реализации для коротких информационньїх блоков, которье типичньї для пакетньїх передач, трансакций по кредитньм карточкам и 60 сжатьх голосовьх передач нерекурсивнье систематические сверточнье кодьі с хвостовьми байтами используют в качестве компонентньїх кодов в параллельно конкатенованной схеме кодирования. Для более длинньїх информационньїх блоков, которье типичньі для передачи файлов, используют рекурсивнье систематические сверточнье кодьі МАТ и сетевой бобинньй терминал.

В соответствии с настоящим изобретением использование параллельно конкатенованньїх кодирования в бо сочетаний с модуляцией распределенного спектра обеспечиваєт очень зффективноє решениє, чтобь обеспечить согласование с вьішеуказанньми правилами ЕСС при помехах от смежньх спутников путем снижения требуемой зффективной излучаемой знергиий (ЕКР) спектральной плотности мощности передаваемого сигнала. Кроме того, зта комбинация подавляет помехи от смежньх спутников.

Фиг.1 представляєет блок-схему, иллюстрирующую систему спутниковой связи М5АТ, использующей параллельно конкатенованное кодирование в соответствии с настоящим изобретением. Зта система содержит в основе набор терминалов 10 М5ЗАТ, спутник 12 со связньмм приемопередатчиком и при необходимости, терминал 14. Связь внутри сети МЗАТ может бьіть одного или двух типов и может распространяться по ряду путей: (1) непосредственно МЗАТ-на-М5АТ (те. соединение треугольником) и (2) МЗАТ-на-преобразующий 7/0 терминал и/или преобразующий терминал на УЗАТ (т.е. соединение звездой).

Как показано на фиг.1, терминал 10 МЗАТ содержит обработчик 20 сигналов передатчика, обработчик 22 сигналов приемника и антенну 24. В соответствии с изобретением, описанньім здесь, обработчик 20 сигналов передатчика МЗАТ содержит следующее: входной порт 25 для приема данньїх от источника 26 информации; кодер 28, которьій присоединяет параллельно конкатенованнье кодьі, принимаемье от источника; пакетньй 7/5 форматтер 30 для генерации информационного пакета (содержашего одно или более кодовьїх слов от кодера 28), битовьій синхронизующий шаблон и битьії управляющего сигнала; модулятор 32; повьішающий преобразователь 34 для преобразования модулированного сигнала в частоту носителя; усилитель 36 мощности; и соединение с антенной 24 через соответствующий интерфейс (например, переключающий или фильтрующий дуплексер). Обработчик 22 сигналов приемника содержит: малошумящий усилитель 40, го понижающий преобразователь 42 для преобразования принимаємого сигнала из частотьі носителя в промежуточную частоту, демодулятор 44 для синхронизации и демодуляции, форматтер 46 пакета в кодовое слово, декодер 48, приемлемьй для параллельно конкатенованного кода, используемьй передатчиком, и вьходной порт 49 для переноса принятьхх сообщений (например, блоков информационньїх битов) к информационному стоку 50. Для краткости подробная блок-схема показана только для одного МЗАТ на фиг.1 сч

Функции синхронизации, вбіполняемье демодулятором 44, включают синхронизацию частоть! носителя, кадровую синхронизацию, синхронизацию символа, и, при необходимости, синхронизацию фазь! носителя. і)

Синхронизация символа является процессом оценки сверхкадра символа для первого символа в принятом информационном кадре (для непрерьівньїх передач) или пакете(для прерьівньїх передач).

Для случая, в котором сигнальь с расширенньм спектром передают через МБАТ, модулятор МУМ5АТ, с зо показанньій на фиг.1, содержит функцию расширения; и демодулятор МЗАТ, показанньій на фиг.1, содержит функцию сужения. Методики с расширенньім спектром увеличивают ширину полосьї информационного сигнала юю относительно полосьі модулированного информационного сигнала наложением расширенного сигнала, Кк содержащего злементьі сигнала (в случае расширенного спектра прямой последовательности) или скачкообразной перестройкой частотьі (в случаеє расширенного спектра со скачкообразной перестройкой « зв частоть), которне являются псевдослучайньми и независимьм от информационного сигнала. В расширенном «г спектре с прямой последовательностью, информационньй сигнал умножается на сигнал, которьій соответствует псевдослучайной последовательности сигнала, имеющего значения ї-1 или -1. Длительность импульсов злементов сигнала меньше, чем интервал символа модулированного информационного сигнала, следовательно, ширина полосьі результирующего сигнала; отсюда ширина полосьі! сигнала больше у исходного « Модулированного сигнала. В расширенном спектре со скачкообразной перестройкой, частота носителя в с модулированного сигнала изменяется периодически в соответствии с псевдослучайньм шаблоном. Снова ширина полосьї расширенного сигнала больше, чем у исходного модулированного сигнала. ;» Сужение в демодуляторе является процессом удаления расширения у принятого сигнала. Типично, демодулятор коррелирует принятьій сигнал с опорньім сигналом формь! волньі расширения для сужения сигнала с расширенньм спектром прямой последовательности, в то время как в системе с расширенньм ї5» спектром со скачкообразной перестройкой, фильтр, приложенньій к принятому сигналу после сужения для затухания шума широкой полосьї и компонентов помех, в восстановленном сигнале. Блок-схема бобинного о терминала представлена на фиг.1. В соответствии с изобретением, описанньім здесь, она содержит: входнье -І портьі 51 для приема данньїх от или более источников 52 информации; вьіходньіе портьі! 53 для передачи принятьх сообщений (т.е. блоки информационньх битов) в один или более информационньх стоков 54; блок 56 о канальньїх процессоров передатчика; блок 58 канальньїх процессоров приемника; переключатель 60 для

Із соединения каждого активного источника к канальному процессору передатчика и для соединения каждого активного канального процессора приемника к соответствующему информационному стоку или к канальному процессору передатчика; память 62; контроллер 64 для управления потоком данньїх через переключатель; Ссумматор 66 для суммирования сигналов, генерируемьх каждьм канальньм процессором передатчика в один сигнал; повьішающий преобразователь 68 для наложения обьединенньїх сигналов на частоту носителя; (Ф, усилитель 70 мощности, соединенньй с оантенной через соответствующий интерфейс (например, ка переключающий или фильтрующий дуплексер); антенна 72; низкошумящий усилитель 74, которьій соединен с антенной через соответствующий интерфейс; понижающий преобразователь 76 для переноса принятого бор бигнала от частоть! носителя на промежуточную частоту (ПЧ); и делитель 78 сигнала для передачи принятого сигнала ПЧ или возможно фильтрованного варианта принятого сигнала ПЧ к блоку канальньїх процессоров приемника.

Канальньй процессор передатчика, показанньій на фиг.2, содержит: кодер 80, которьій накладьвает параллельно конкатенованнье кодьі на блоки информационньїх битов, принятьїх от источника; пакетньй 65 Фформаттер 82 для генерации информационного пакета (содержащего одно или более кодовьїх слов от кодера 80), битовьій синхронизующий шаблон и битьі управляющего сигнала; и модулятор 84. Как и для М5АТ,

модулярьї терминала включают функцию расширения для случая, в котором сигналь! расширенного спектра передаются терминалом. Канальньій процессор приемника фиг.2 содержит демодулятор 86, преобразователь 88 пакет-в-кодовое слово для вьібора шаблонов от вніхода демодулятора для формирования принятьїх кодовьх слов, которне вводят в декодер для параллельно конкатенованньїх кодов, и декодер 90.приемлемьй для параллельно конкатенованного кода, используемого передатчиком. Демодуляторьї терминала включают несколько функций: синхронизацию, демодуляцию, и для случая, когда терминал принимает сигналь! с расширенньїм спектром, сужение.

Одна из функций памяти терминала состоит во временном хранений данньїх, полученньїх от источников 7/0 Мнформации или канальньїх процессоров приемника в случає, когда все канальньіе процессорь! передатчика или вьіходнье портьі занять, когда сообщение приходит на переключатель 60. Память также хранит необходимьсе параметрь!ї конфигурации сети и рабочие данньєе.

В одной альтернативной реализации данного изобретения, внешний код в последовательной конкатенации с (внутренним) параллельно конкатенованньм кодом (РОСС); связанньій внешний декодер также соединяют с 7/5 декодером для внутреннего РОС.

Дополнительно М5АТ может использовать гибкую программируемую систему кодер/декодер и оборудование терминала для введения нескольких дополнительньїх возможностей: (1) параллельно конкатенованного кодирования, как описано вьіше; (2) внешнего кода в последовательной конкатенации с внутренним конкатенованньм кодом(РСС), как го описано вьіше; (3) последовательно конкатенованного кодирования, содержащего только внешний кодер и только один компонент кодера РОС; (4) традиционного сверточного кода или одного блок-кода (например, без последовательно или параллельно конкатенованного кодирования. сч 25 Фиг.3 иллюстрирует блок-схему гибкого программируемого кодера, которьй вводит зти четьтіре кодирующих опции. Как показано, гибкий программируемь!й кодер содержит кодер 100 для параллельно конкатенованньх і) кодов, кодер 102 для внешнего кода и пять переключателей 51-55. Кодер 100 для параллельно конкатенованньіїх кодов содержит М кодеров, М-1 чередователей и форматтер 106 кодового слова. Таблица 1 ниже дает сводку положений переключателей для различньїх режимов работь! кодера. с зо ю - повссіоозяаюцю о о, з зв (2) последовательная конкатенация свнутренним РОС 1 1 закрьто| 0 0 « 11111111 фтольююд о о опрьто,

Фиг.4 является блок-схемой гибкого программируемого декодера, которьій вводит декодерь! для четьірех « режимов кодера, представленньїх вьіше. Программируемьй составной декодер содержит декодер 110 для -в параллельно конкатенованного кодирования, пороговое решающее устройство 112, вводящее решающее с правило, декодер 114 для внешнего кода, и шесть переключателей 51-56. Допуская, что вьїход декодера 110 :з» является вероятностью, что значение декодируемого бита равно нулю, примерное правило решения состоит в следующем: Если вьїход больше, чем 5, тогда решать, что декодируемьй бит есть нуль; если меньше, чем 5, тогда допускать значение один; если равен 5, тогда произвольно присвайивать значение. ї» що Декодер 110 для параллельно конкатенованньїх кодов далее содержит составное кодовое слово, посьілаемое в конвертер 116 компонентов кодового слова, М компонентньїх декодеров, М-1 чередователей и два ї аналогичньїх де-чередователя 118. Каждьй де-чередователь имеет реорганизующую функцию, которая -1 возвращает последовательность информационньїх злементов, которье преобразовань! М-1 чередователями, 5р боединенньми последовательно в их исходньій порядок. Таблица 2 ниже подводит итоги положений 1 переключателя для различньхх режимов работьі декодера. (В отаблице, Х ообозначает условие

КЗ "безответственности", например, т.е. переключатель может бьіть в любом положении). о росою юю зни НЕ аа іній нні внутренним РОС мягком решений бо конкатенация мягком решений

МЗАТ используют различнье кодьі (например, РССС, РОСС с хвостовьім битом, рекурсивнье систематические сверточнье, блок-кодьі) в различньїх комбинациях (например, режимь! 1, 2, З и 4, в 65 зависимости от приложений связи и требуемьїх скоростей передачи).

Когда сверточнье кодьі используют в любом из режимов, описанньїх здесь вьіше, программируемьй кодер фиг.3 может также включать макетирование через определенньй шаблон для увеличения скорости рузультирующего кода, и программируемьй декодер фиг.3 может также содержать соответствующую функцию демакетирования. Когда макетируемье сверточнье кодьі используют как компонентнье кодьі в параллельно Конкатенованном кодирований, форматтер кодового слова фиг.З удаляет кодовье бить! из компонентньх кодовьїх слов, в соответствии с желаемьми шаблонами макетирования. В зтом случае составное кодовое слово декодера РОСС, направляемое в конвертор компонентньїх кодовьїх слов, вставляет нейтральнье значения для битов макета в компонентном кодовом слове, которне он подает на вьіходьі! компонентньїх декодеров. Отметим, что в Режиме З или Режиме 4, переключатели 54 и 55 и переключатели 51 и 52 установлень! в положение 0. 7/0 Позтому фиг.З и 4 показьвает устройство 140 макетирования и устройство 142 демакетирования, соответственно, как фантом для введения функций макетирования и демакетирования, соответственно, когда макетируемьй сверточньй код используют в Режиме З или Режиме 4.

В предпочтительной реализации зтого изобретения сверточнье кодьі используют в качестве компонентньх кодов во внутреннем параллельно конкатенованньім кодом и блок-коде (например, Код Рида-Соломона или код 7/5 ВСН) используют как внешний код в последовательной конкатенации.

В предпочтительной реализации, в которой сигнальі разнесенного спектра передаются МЗАТ, протокол доступа к случайному каналу типа АГОНА используют в сочетаний с разделенньм множественньім доступом к коду. Терминальньій приемник использует ряд демодуляторов для каждого расширяющего кода, чтобь получить сигнальь наложения во времени, вариантьь задержки во времени той же последовательности го расширения. Каждьій демодулятор для заданной последовательности расширения демодулирует сигнал, используя различньй сдвиг по времени зтой последовательности расширения.

Также в предпочтительной реализации одна или более последовательностей расширения резервируют для использования М5АТ в течение определенньїх периодов времени на установленном базисе, чтобьі! установить вьісококачественнье канальй с большим вьходом. Запросьй на резервирование от М5БАТ и назначения с Обрабатьвают контроллером сети, которьій соединен с терминалом.

В предпочтительной реализации, которая использует сигналь! разнесенного спектра и программируемьсе і) кодер и декодер, описаннье вьше, система связьшвает данную последовательность расширения с определенньмм кодом коррекций ошибки одновременно. Поскольку последовательность расширения каждого такого определяемого сигнала определяєется соответствующим демодулятором, приемник может с зо соответственно конфигурировать программируемьй декодер для каждого определяемого сигнала. Зтот способ работьї сети полезен для одновременно поддерживающих нескольких приложений, имеющих различнье юю требования к коррекции ошибки кода без необходимости дополнительньїх управляющих сигналов. ї-

Циркуляторньйй декодер МАР, полезньй в качестве компонентньїх декодеров в фиг.4, описан в параллельно рассматриваемой заявке 08/636742 на патент США тех же заявителей. Циркуляторньій декодер МАР может « з5 доставлять как кодированного блока данньїх, так и информацию по надежности для стока данньїхх, сигнального «г процессора для синтезирования речи при использованиий для скрьітого отображения ошибки передачи или процессора протокола для пакетньїх данньх как мерьї вероятности блока ошибки для использования в решениях повторного запроса. Как описано в параллельно рассматриваеємой заявке 08/636732 на патент США

Стефена Хладика и Джона Б. Андерсона, поданной 19 апреля 1996бг. и включенной здесь путем ссьлок, « циркуляторньій декодер МАР полезен для декодирования сверточньїх кодов с хвостовьм байтом, в частности, в с когда их используют как компонентньсе кодьі! в схеме параллельно конкатенованного кодирования.

Й Циркуляторньій декодер МАР для коррекциий ошибки матричньїх кодов, которве используют хвостовне и?» байтьі в соответствии с заявкой 08/636742 на патент США использует вьходь с мягким решением.

Циркуляторньій декодер МАР обеспечивает оценку вероятностей состояний в стадии матриць, вероятности

Которой замешают априорнье знания исходного состояния в традиционном декодере МАР. Циркуляторньй ї5» декодер МАР распределение вероятностей исходного состояния одним из двух путей. Первое предусматриваєт решение проблемь! собственного значения, для которого результирующий собственньй вектор является о распределением вероятностей желаемого исходного состояния; со знанием исходного состояния, -І циркуляторньій декодер МАР производит остаток декодирования в соответствии с традиционньім алгоритмом декодирования МАР. Второй основан на рекурсии, для которой итерации сходятся распределению исходного о состояния. После достаточного числа итераций, состояние на циркулярной последовательности известно с

Із вьісокой вероятностью и циркуляторньій декодер МАР производит остаток декодирования в соответствии с традиционньмм алгоритмом декодирования МАР, которьій установлен в книге "СОптимальном декодирований линейньх кодов для минимизации уровня ошибки символа" авторьії Баль, Кок, Джелинек и Равив, ІЄЕЕ дв Тгапвасіопв оп Іпіогтайоп ТНеогу, стр. 284 - 287, Март 1974.

Задачей стандартного алгоритма декодирования МАР является нахождение условньїх вероятностей:

Ф) Р (состояние т в момент // получать вьіходь канала у.....У|). ка Член Г. в зтом вніраженийи представляет длину блока данньїх в единицах числа символов кодера. (Кодер для кода (п, К) на К-битньїх входньїх символах для генерации п--битньїх входньїх символов). Член у, вьіїход канала во (символьньй) в момент ї.

Алгоритм декодирования МАР сначала находит вероятности ламбда, (т) - Рів, - т; (0) т.е. обьеединенную вероятность, что состояние кодера в момент ї, З; равно т и принят набор вьіходов канала в Уж . Зто желаемье вероятности, умноженнье на константу (РУ) ; вероятность приема набора вьіходов канала уч.....У|.

Теперь определим злементь! матриць! Г, путем ГКІ) - Р(состояние | в момент ї; у; / состояние і в момент І -- 1у;

Матрицу Гі вьічисляют как функцию К(Х, М) вероятности перехода канала, вероятности, Р (т, т), что

Кодер сделает переход из состояния т в т в момент ї, и вероятности д ((Х / т, т), что символ вьіїхода кодера есть Х, заданное тем, что предьідущее состояние вьіхода кодера есть т, а настоящее состояние вьіхода кодера есть т.

В частности, каждьй злемент Гі вьчислено суммированием по всем возможньм вьходам Х кодера следующим образом: ю Гамма(т,т)- У Рут) (Хлп ут ВХ; У) (2) х

Декодер МАР вьічисляет ГІ. зтих матриц, один для каждой стадии матрицьі. Они сформировань из принятьх символов вьіхода канала и характера переходов матриць! для заданного кода.

Теперь определим М злементов обьединенной вероятности строчного вектора альфа, посредством т альфакі) - Р/состояние | в момент ГБуч...Ух) (3). и М злементов условной вероятности столбцового вектора Бета, посредством

Бета; - РУуц4...У/ / состояние | в момент 0 (4). для | - 0,1,..., (М-1), где М число состояний кодера. (Отметим, что матриць и вектора обозначают здесь используя курсив).

Зтапьї алгоритма декодирования следующие: (І) Вьічисляют альфач.... альфа, прямой рекурсией: альфа, - альфа ГЦ-1,...1. (5) (І) Вьічисляют Бета»..Бета,; обратной рекурсией:

Бета ГІНІ « Бетацій 7 1-1,....1 (8) см (І) Внічисляют злементь!ї ламбда, посредством (о) ламбдаці) - альфакі) х Бетакі) все і - 1,...1. (7) (ІМ) Находят связаннье значения при необходимости. Например, пусть А! будет набором состояний, ї -2-1 ес такой, что |-тьій злемент і равен нулю. Для традиционного нерекурсивного см зо 8 -|ВІ,52, 0 тай, Фо, ві о кода матриць, щу - а! ; І-тьій информационньй бит в момент ї. Позтому вьїход мягкого решения декодера м есть где й и

Річі - ол) - сте У (т) РІК У) ч 1 РУ | м « 1 Л/бед т есть индекс, которьій соответствует состоянию 5.

Твердое решение декодера или вьіїход декодированного бита получают приложением | І. К рдоє р декодер д декодир У р рРІФ -о/Ук) « дю следующему правилу решения: з с 4-0 ;» І: : 1 рід - 0, Ук т 1» 2 « ть Ко щ 4) -1 са 0 Т.е. если РІ ол» ктогда ді - () ; если РІ ел , тогда 4-1 х иначе

ІЗ произвольно приписьіваем ді значение 0 или 1. Как еще один пример связанной величинь! для шага (ІМ) вьіше, матрица вероятностей с; содержит злементь!і, определенньіе следующим образом: звосй,)- РІба В, 35 ХЕ) - альфа дама, бета ()) (Ф) Зти вероятности полезньї, когда желательно определить апостериори вероятность вьіходньїх битов кодера.

Ге Зти вероятности также полезньї при декодирований рекурсивньїх сверточньїх кодов.

При стандартном приложений алгоритма декодирования МАР, инициализируют рекурсию вперед вектором во альфад - (1,0,...,0), а обратную рекурсию инициализируют бета, - (1,0,....0). Зти начальнье условия основань на допущениях, что начальное состояние кодера Зо -0О, а конечное состояние 5, - 0.

Одна реализация кругового декодера определяет распределение вероятности начального состояния путем разрешения проблемь! собственного значения следующим образом. Пусть альфа ;, бета, гамма, и ламбда,, будут такие, как дано вьіше, но принимают начальнье значения альфаб и бета, следующим образом: 65 Установим, что бета, является столбцовьм вектором (1,1,1....1) 7.

Пусть альфа будет неизвестной (векторной) переменной. Тогда,

(І) Вьічислим Гі для г - 1,2,....Ї. в соответствии с уравнением (2) (І) Найдем найбольшее собственное значение произведения оматриц Г1,.Г2 ГІ. Нормализуем соответствующий собственньій вектор: так что его компоненть! составляют сумму до единицьі. Зтот вектор является решением для альфаод. Собственное значение есть РЕ, . (І) Образуем последующие альфа, передней рекурсией, установленной уравнением (5). (ІМ) Начиная с бета инициализированной как показано вьше, образуем бета задней рекурсией, установленной уравнением (6). 70 (М) Образуем ламбда, как в (7), равно как и другие жепательнье переменнье, такие например, как вьіхОод рід - Оле) мягкого решения или матрица вероятностей с), описанная вьіше.

Нейизвестная переменная альфаод удовлетворяет матричному уравнению (м. до рис.) Га. Г - 1-2 /й 5 по РО 1

Исходя из того Факта, что зта Формула вьіражает связь между вероятностями, произведение матриц Гі справа имеет найбольшее собственное значение, равное РУ) и соответствующий собственньій вектор 1 должен бьїть вероятностньім вектором.

При начальном бета, (1,1.1...1)7 уравнение(б) дает бета). Таким образом повторное применение зтой задней рекурсии дает все известнье бета, и бетаф установлено, все расчетьі в циркулярном декодере МАР следуют традиционному алгоритму декодирования МАР.

Альтернативная реализация циркулярного декодера МАР распределение вероятностей состояния с рекурсивньм методом. В частности, в одной реализации (способ динамической сходимости), рекурсия о продолжается, пока не обнаруживают сходимость декодера. В зтой рекурсии (или способе динамической сходимости), шаги (І) и (ІІ), описанного способа собственного значения заменяют на следующие: (ІІ. а) Начиная с начального альфао, равного (1/М.,...., 1/М), где М число состояний в матрице, вьічИСЛИМ рекурсию вперед І раз. Нормализуем результать), так что злементьї каждого нового альфа; дают в сумме СМ единицу. Сохраним все І. альфа, вектора. ю (І. в) Пусть альфад будет равньім альфа, из предьддущего шага и, начиная при ї - 1, вьічислим первье вектора І М(мин) альфа, вероятности снова. -

Т.е. вьічИСЛИМ ШІ для т - 0,1,...,М-1 и ї - 1,2,.., 1 ММ(мин), «т альфа, (т - СУ альф адлгамма, (б,т) : - 1-0 где приемлемое минимальное число шагов матриць. Нормализуем как ранее. Оставляем только самьй последний набор І. альфа, найденньїх рекурсией на шагах (ІІ. а) и (ІІ. в) и М(мин) альфа, найденньїх ранее на шаге (ІІ. а), « (І. с)Сравним альфа І М/(мин) из шага (ІІ. в) с предварительно найденньім набором из шага (І. а). Если М ств») с соответствующих злементов нового и старого альфа І ММ(мин) находятся в пределах допуска, переходим к шагу . (ІМ), установленному вьіше. В противном случає переходим к шагу (ІІ. а). и?» (ПІ. а) Пусть ( - її ж- 1 и вьічисляем альфа, - альфа/Г,. Нормализуем как ранее. Получаем только самьй последний набор вьічисленньх І. альфа, и альфа, найденньсе ранее на шаге (ІІ. а). (Я. е) Сравним новьіе альфа, с предварительно найденньмм набором. Если М новьїх и старьїх альфа, їх находятся в пределах допуска, переходим к шагу (ІМ). В противном случає переходим к шагу (ІІ. 4), если два самьх последних вектора не согласуются в пределах допуска и если число рекурсий не превьішает ве определенного максимума (обьічно 21); в противном случає переходят к шагу (ІМ). -І Зтот способ затем продолжают шагами (ІМ) и (М), приведенньіми вьіше в связи с методикой собственного вектора, для получения вьіходов мягкого решения и декодированньх вьїходньїх битов циркулярного декодера і-й МАР.

Ге В следующей альтернативной реализации циркулярного декодера МАР, описанной в заявке Мо 08/636742 на патент США, метод модифицируют, так что декодер только нуждается в обработке предварительно определенного, фиксированного числа шагов матриць во второй раз, те. предварительно определенной в глубине преобразования. Зто предпочтительно для прикладньх целей, т.к. число вьічислений, требуемьх для декодирования, то же самое для каждого блока кодированного сообщения. Следовательно, снижается (Ф, сложность проблем оборудования и программного обеспечения. ка Одним из путей оценки требуемой глубинь! преобразования для декодирования МАР сверточного кода с хвостовьім байтом состоит в определениий из испьтаний оборудования и программного обеспечения, бо требующих применения циркулярного декодера МАР с переменной глубиной преобразования, и проведения зкспериментов для измерения уровня ошибки декодированного бита относительно Е б/Мо для последовательно возрастающих глубин преобразования. Минимальная глубина преобразования декодера, которая обеспечивает минимальную вероятность ошибки декодированного бита для определенного Е р/Мо, найдена для случая, когда дальнейшее увеличение глубиньі преобразования не снижает вероятность ошибки. 65 Если уровень ошибки декодированного бита, которьій вьше, чем минимально достижимьй при определенном Ер/Мо, находится в пределах допуска, возможно снизить требуемое число шагов для матриць,

обрабатьвваемьх циркулярньім декодером МАР. В частности, поиск глубиньі! преобразования, описанньй вьіше, можно просто прекратить, когда получена желаемая средняя вероятность ошибки бита. Другим способом определения глубинь! преобразования для заданного кода является использование характеристик дистанции

Кода. При зтом подходе нужно определить две различньхх глубинь! решения декодера.

Как употреблено здесь, термин "верньій путь" относится к последовательности состояний или пути через матрицу, которьій возникает из кодирования блока битов данньїх. Термин "неверное подмножество узла" относится к набору неверньїх ветвей (матрицьї) вне верного узла пути и их нисходящих. Обе глубинь! решения, определеннье ниже, зависят от сверточного кодера. 70 Глубиньї решения определяют следующим образом: (І) Определяют глубину решения вперед для коррекции е-ошибки, І Е(е), которая пусть будет первой глубиной в матрице, в которой находятся все пути в некорректном подмножестве начального узла корректного пути, с точки зрения, может ли последний преобразоваться в правильньій путь, или нет, причем ложная информация превьішаєет расстояние Хзомминга 2е от правильного пути. Значение І Е(е) таково, что если /5 Ссуществуют е или меньшие ошибки вперед от начального кода, и кодирование, как известно, начинается здесь, тогда кодер должен декодировать правильно. Формальная табуляция глубин решения вперед для сверточньх кодов бьіла введена Дж.Б.Андерсоном и Балахандраном в статье "Глубиньї решения сверточньїх кодов", ІЕЕЕ

Тгапзасіопе оп іпіогтайоп Тпеогу, том ІТ-35, стр. 455 - -459, Март 1989. Раскрьто число характеристик І К(е) в зтой работе, а также Дж.Б.Андерсоном и С.Моха в работе Источник и кодирование каналов - Алгоритмический ПпОДдХОД, Клувер Академикал паблишерз, Норвел, Масс, 1991. Главньмм среди зтих характеристик является то, между І Е и е существует простая линейная связь, с уровнем кодов 1/2, І Е приблизительно равно 9,О8е. (І) Далее определим, пусть необьединенная глубина решения І Це) будет первой глубиной в матрице, в которой все пути в матирице, которніе никогда не касаются правильного пути, искажают информацию, больше, чем расстояние Хемминга в 2е в сторону от правильного пути. с

Значение І Че) для циркулярного декодирования МАР с мягким решением состоит в том, что вероятность идентификации состояния на текущей передающей дорожке является вьісокой после того как декодер і) обработаєт зтапьі матриць І Ш(е). Позтому минимальная глубина преобразования для циркулярного декодирования МАР есть | Ч(е). Расчеть! глубинь І Ц(е) показьівают, что она всегда больше, чем І К(е), но что она подчиняєется тому же закону аппроксимации. Зто предусматривает что минимальную глубину с зо преобразования можно оценить как глубину І-К(е), решения вперед, если неизвестен необьединенная глубина решения кода. юю

Путем нахождения минимальной необьединенной глубиньї решения для заданного кодера, мьі находим ї- найменьшее число зтапов матрицьі, которне можно обработать реальньм циркулярньм декодером, которьй генерирует вьіходьі! с мягким решением. Алгоритм для нахождения І К(е), глубиньі решения вперед, бьіла дана -

Дж.Б.Андерсоном и К.Балахандраном в статье "Глубиньї решения сверточньїх кодов", упомянутой вьіше. Для «Е нахождения | У(е): (І) Расширим матрицу слева направо, начиная со всех, узлов матриць! одновременно, кроме как для нулевого состояния. (І) На каждом уровне, удалим любье пути, которье обьединяются с правильньм путем; не расширять « 70 любнье пути вне правильного (нулевого) узла состояния. в с (І) На уровне К, находим найменьшее расстояние Хемминга, или вес среди путей, оканчивающихся в узлах на зтом уровне. ;» (ІМ) Если найменьшее расстояние превьішаєт 2е, прекратите. Тогда | О(е) - К.

Как описано в заявке Мо 08/636742 на патент США озкспериментирование путем компьютерного

Моделирования приводит к двум неожиданньм результатам: (1) обработка сверткой бета; улучшаєт работу їх декодера; (2) использование глубиньі! преобразования І Ц(е) ж І К(е) - 2 І К(е) улучшает работу существенно.

Отсюда предпочтительная реализация алгоритма циркулярного декодера МАР, основанная на рекурсии, о содержит следующие шаги: -І (І) Вьічисление Гі для і - 1,2,....Ї в соответствии с уравнением (2). (І) Начиная с начального альфа о, равного (1/М,.........1/М), где М есть число состояний матриць, о вьічисление рекурсии вперед уравнения (5) ЇЇ - ММ раз для ци - 1,2,...1 Їм), где Їм есть глубина

Ге преобразования декодера. Козффициент уровня матриць! ї принимаєет значения ((и - Т)тод |) ї- 1. Когда преобразования декодера относительно принятой последовательности символов из канала, альфа |, рассматривают как альфад. Нормализуем результать, так что злементьі! каждого альфа, в сумме составляют единицу. Снова, сохранением Г. самьїх последних векторов Бета, найденньїх посредством зтой рекурсии.

Следующий шаг в зтом методе рекурсии тот же самьй, что и шаг (М), установленньій вьіше для метода (Ф, собственного вектора, чтобьі получать мягкие решения и декодированнье вьіходнье бить! посредством ка циркулярного декодера МАР.

В то время как предпочтительнье реализации настоящего изобретения показань и описань! здесь, бо очевидно, что такие реализации дань! только в виде примеров. Многочисленньсе варианть, изменения и замень будут очевидньї для специалистов как не изменяющие сути изобретения. Соответственно, имеется в виду, что изобретение ограниченно только духом и сущностью приложенньх пунктов.

Claims (12)

Формула винаходу б5

1. Спутниковая система связи, состоящая из множества терминалов с миниатюрной апертурой (М5АТ), каждьй из терминалов содержит: блок кодеров, которьій осостоит из параллельно соединенньїх // кодеров, использующих параллельно-каскадное кодирование применительно к блоку данньх, принятьїх от источника данньх, и образующих связаннье кодовье слова из принятьїх данньїх, отличающаяся тем, что блок кодеров содержит средство форматирования битов связанньїх кодовьїх слов для получения составного кодового слова; а каждьйй из терминалов дополнительно содержит: средство форматирования информационньх пакетов, предназначенньхх для передачи, каждьй 7/0 информационньй пакет содержит, по меньшей мере, одно составное кодовое слово; модулятор для получения модулированньїх сигналов из информационньх пакетов; повьішающий преобразователь для нанесения модулированньх сигналов на несущую частоту; устройство сопряжения каждого терминала МЗАТ с антенной для передачи модулированньїх сигналов к спутнику и приема модулированньх "сигналов от спутника; понижающий преобразователь для переноса модулированньх сигналов с несущей частоть: на промежуточную частоту; демодулятор для демодуляции и синхронизации принятьх сигналов; средство форматирования принятого пакета данньх в кодовое слово для формирования принятьх составньїх кодовьїх слов из демодулированньмх сигналов; блок декодеров, которьїй состоит из отдельньїх декодеров для декодирования принятьїх составньх кодовьсх слов.

2. Система связи по пункту 1, в которой кодерьі используют сверточное кодирование относительно блока данньх.

З. Система связи по пункту 2, в которой параллельно-каскадньій сверточньій код содержит рекурсивнье с об бистематические кодь.

4. Система связи по пункту 2, в которой параллельно-каскадньій сверточньйй код содержит нерекурсивнье і) систематические кодь! с хвостовьми битами.

5. Система связи по пункту 4, в которой декодерьі содержат циклические декодерьі по змпирическому максимуму (МАР). с зо

6. Система связи по пункту 1, в которой модулятор содержит средство расширения (разброс) спектра и демодулятор содержит средство сужения спектра. юю

7. Система связи по пункту 1, в которой параллельно-каскадньй код осодержит внутренний ї- параллельно-каскадньіїй код и внешний параллельно-каскадньй код; и декодер содержит внутренний декодер, ассоциированньй с внутренним параллельно-каскадньій кодом, и - з5 Ввнешний декодер, ассоциированньй с внешним параллельно-каскадньй кодом. «г

8. Система связи по пункту 1, которая вьіполнена с возможностью программирования системь кодер/декодер и содержит набор различньїх видов кодирования, вьібираемьх посредством переключателей.

9. Система связи по пункту 8, в которой возможнь! четьіре варианта кодирования/декодирования; параллельно-каскадное кодирование; « внешний код, связанньіїй с внутренним параллельно-каскаднь!м кодом; в с последовательно-каскадное кодирование, которое использует внешний кодер и внутренний кодер; Й одиночньй код, использующий однокомпонентньй кодер. а

10. Система связи по пункту 71, которая ссодержит, по меньшей мере, один концентратор (НОВ) отличающаяся тем, что модулятор каждого терминала МЗАТ, содержит средство расширения (разброса) спектра для применения ї5» расширяющих последовательностей (последовательностей разброса) к каждому пакету данньїх, подлежащему передаче, расширяющие последовательности сгруппированьі в наборьі, каждьій набор содержит, по меньшей о мере, одну расширяющую последовательность, каждьій набор расширяющих последовательностей связан с -І одним из вариантов кодирования; концентратор содержит, по меньшей мере, один сужающий демодулятор для каждой расширяющей о последовательности и множества декодеров, указанньій концентратор демодулирует и декодирует сигналь, Із принятье от спутника, которне передавались в интервальь времени с наложением, причем каждьй сигнал использует один из вариантов кодирования и одну расширяющую последовательность, декодерь! компонуют каждьй принятьій сигнал, основанньй на расширяющей последовательности, определенной сужающим Ддемодулятором.

11. Система связи по пункту 1, которая содержит, по меньшей мере, один концентратор для обеспечения (Ф, соединения звездой. ка

12. Система связи по пункту 1, в которой параллельно-каскадньій кодер содержит функцию пробоя для удаления бит из кодовьїх слов в соответствии с предварительно установленньмм шаблоном пробоя, декодерь! бо содержат функцию удаления пробоя для замень! пробитьх бит кодовьх слов на усредненнье значения. б5