Способ мягкого многопорогового декодирования помехоустойчивого кода

(51) 03 13/00 (2006.01) МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(57) Изобретение относится к области радиотехники и цифровой техники и может быть использовано для высокой достоверности передаваемой информации и ее надежного хранения. Целью является повышение эффективности работы устройства многопорогового декодирования при высоком уровне шума и при сохранении линейной сложности реализации. Техническим результатом является реализация процедуры многопорогового декодирования с мягким решением, повышение достоверности декодирования до 1 дБ в гауссовских каналах за счет использования информации о надежности принятых информационных и проверочных символов.(72) Золотарев Валерий ВладимировичОвечкин Геннадий Владимирович Сатыбалдина Дина ЖагипбаровнаТашатов Нурлан НаркеновичАдамова Айгуль Дюсенбиновна(73) Республиканское государственное предприятие на праве хозяйственного ведения Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева Министерства образования и науки Республики Казахстан(54) СПОСОБ МЯГКОГО МНОГОПОРОГОВОГО ДЕКОДИРОВАНИЯ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОГО КОДА Изобретение относится к области радиотехники и цифровой техники и может быть использовано для высокой достоверности передаваемой информации и ее надежного хранения. Способ мягкого многопорогового декодирования помехоустойчивого кода, включающий поступление в декодер из канала связи двоичных информационных символов вместе с избыточными символами кода, преобразование последних в символы регистра синдрома, вычисление оценок значений декодируемых символов на основе определенных ячеек синдрома, определяемых выбранным кодом,определение весовых коэффициентов проверок, сравнение результата вычисления с вычисляемым порогом и принятие решения о необходимости изменения декодируемого информационного символа по результатам сравнения, отличающийся тем, что изменение способа вычисления весовых коэффициентов проверок позволяет существенно улучшить характеристики декодера при большом уровне шума в случае использовании мягких модемов. Технический результат - реализация процедуры многопорогового декодирования с мягким решением, повышение достоверности (качества) декодирования до 1 дБ в гауссовских каналах за счет использования информации о надежности принятых информационных и проверочных символов. Известно,что при использовании помехоустойчивых кодов, в том числе и мажоритарно декодируемых, информационные символы поступают в декодер из канала связи вместе с избыточными символами кода, которые путем простых стандартных операций преобразуются в символы синдрома, обладающие важным свойством зависимости их значений только от ошибок, произошедших в канале связи, и совершенно не зависят от информационных символов, которые нужно передать получателю 1. Золотарв В.В., Овечкин Г.В. Эффективные алгоритмы помехоустойчивого кодирования для цифровых систем связи// Электросвязь. - 2003. 9. - С. 7-10 Известно устройство 2.2035123, кл. Н 03 М 13/00, 1995 (прототип). для декодирования линейных кодов,обладающее высокими корректирующими способностями,малой сложностью практической реализации и содержащее блок разделения символов ипоследовательно соединенных блоков декодирования, причем первый, второй и третий выходы каждого блока декодирования связаны соответственно с первым,вторым и третьим входами следующего блока декодирования первый и второй выходы блока разделения символов связаны соответственно с первым и вторым входами первого блока декодирования, а каждый блок декодирования состоит из проверочного блока и последовательно связанных первого регистра, элемента задержки и первого сумматора, причем вход первого регистра является первым входом блока декодирования, а первым выходом блока декодирования является 2 выход первого сумматора, второй вход которого связан с первым выходом проверочного блока,состоящего из поразрядно связанных синдромного коммутатора, первый вход которого является первым входом проверочного блока, и второго регистра, выход которого является вторым выходом проверочного блока, а также третьего регистра, вход которого является вторым входом проверочного блока, а выход связан с первым входом поразрядно связанного со вторым регистром решающего устройства и первым входом второго сумматора,выход которого является третьим выходом проверочного блока, причем выход решающего устройства является вторым входом второго сумматора, входом синдромного коммутатора и первым выходом всего проверочного блока, второй и третий выходы которого являются вторым и третьим выходами блока декодирования, а вторым входом является третий вход блока декодирования,причем второй вход первого блока декодирования соединен с первым входом проверочного блока через поразрядно связанный с первым регистром комбинационный сумматор, а второй вход последующих блоков декодирования является первым входом проверочного блока, причем входом и выходом всего устройства служат вход блока разделения символов и первый выход последнего блока декодирования. Данное устройство выбрано в качестве прототипа. Недостатком прототипа является его низкая эффективность при работе в канале с аддитивным белым гауссовским шумом, поскольку описанное устройство работает только с жесткими решениями демодулятора относительно принятых символов. Задачей изобретения является улучшение характеристик мягкого многопорогового декодера при его использовании в каналах связи с аддитивным белым гауссовским шумом при низком уровне сигнала. Указанная задача достигается способом мягкого многопорогового декодирования помехоустойчивого кода, включающим поступление в декодер из канала связи двоичных информационных символов вместе с избыточными символами кода, преобразование последних в символы регистра синдрома, вычисление оценок значений декодируемых символов в пороговом элементе декодера на каждом такте работы после очередного сдвига данных по своим регистрам на основе некоторых символов в определенных ячейках регистра синдрома,определяемых выбранным кодом,определение весовых коэффициентов проверок, сравнение результата вычисления с определенным назначаемым или вычисляемым порогом и принятие решения по результатам сравнения о необходимости изменения декодируемого информационного символа, при этом предлагается использовать надежность принятых из канала символов для определения веса, с которым элементы синдрома суммируются в решающем устройстве. Способ осуществляется следующим образом. Устройство кодирования на основании информационного блока получает проверочный блок и формирует кодовое слово. После кодирования получаем общее число кодовых символов. После передачи декодер получает вместо кодового слова искаженное шумами сообщение определенной длины. Сначала, как и в обычном пороговом декодере,вычисляется синдром принятого сообщения,и для каждого информационного символа выделяется множество элементов синдрома с номерами, называемых проверками относительно символа и содержащих в качестве слагаемого ошибку в этом символе. Дополнительно к пороговому декодеру вводится двоичный вектор с определенной длиной,называемый разностным,первоначально заполненный нулями. Основной шаг декодирования заключается в том, что для произвольно взятого символа вычисляется функция правдоподобия которая зависит от относящихся к нему проверок и где- символ разностного вектора, относящийся к декодируемому символу(равный 0 или 1)р-й элемент вектора синдрома, входящий во множество проверок относительно декодируемого символа- множество номеров проверок,контролирующих -й информационный символ. В работе 3 было показано, что для мажоритарных схем с модемами, квантующими свои решения о двоичных принятых символах на М 4 уровня, требуется вычислить такую достаточно простую функцию правдоподобия, как где- значения 0 или 1 проверок относительно декодирующего символа ,- коэффициент,равный трем,если проверочный символ,соответствующий этой проверке, оценен как надежный, и равный 1, если достоверность принятого решения по оценке модема мала,значение символа разностного регистра ,относящегося к символу ,- аналогичный коэффициент,определяемый надежностью принятого символа . Было показано, что в этом случае алгоритм многопорогового декодирования может обеспечить в гауссовском канале характеристики, на 1,2-1,4 Дб лучше, чем жесткие модемы 3. Золотарев В.В. Мягкие многопороговые декодеры. // В сб. ТрудыВсесоюзной школысеминара по вычислительным сетям.Тезисы докладов.Ч.4. - М. Владивосток, 1980 Для модемов с большим числом уровней квантования М 8 или М 16 веса проверок выбираются вс более значительными, растущими с ростом наджности принятых символов, что повышает характеристики декодеров примерно до 2 дБ по сравнению с жстким решением модема 4. Золотарев В.В. Теория и алгоритмы многопорогового декодирования // Под редакцией члена-корреспондента РАН Ю.Б. Зубарева. - М. Радио и связь, Горячая линия Телеком. - 2006. 276 с Предлагаемый способ мягкого многопорогового декодирования помехоустойчивого кода основывается на новом выборе весов проверок при декодировании символов канала в МПД новые веса всех проверок относительно декодируемого символаопределяются наименее надежным символом ,входящим в проверки относительно символа ,, без учта веса самого декодируемого символа. Это позволяет более эффективно использовать весовые коэффициенты проверок именно при начальных итерациях мягкого многопорогового декодирования при большом шуме, поскольку функция (2) уже является оптимальной для малого шума и небольшой доли остаточных ошибок на последних ступенях мягкого многопорогового декодирования. Изобретение поясняется структурной схемой устройства, реализующей предлагаемый способ вычисления проверок (фиг.1). Устройство многопорогового декодирования помехоустойчивого кода,содержащее блок разделения символов 1 ипоследовательно соединенных блоков декодирования, причем выходы (а, , с, , е, , ) каждого блока декодирования связаны соответственно с входами(, , , , , , ) следующего блока декодирования каждый блок декодирования состоит из проверочного блока и последовательно связанных регистра 2, элемента задержки 3 и сумматора 4 проверочный блок, состоит из последовательно и поразрядно связанных синдромного коммутатора 5,регистра 6 и решающего устройства 7, выход которого связан с первым входом сумматора 8,входом синдромного коммутатора 5 и является выходом а проверочного блока, так же содержащего разностный регистр 9, причем входом и выходом всего устройства служат вход блока разделения символов 1 и выход а последнего блока декодирования, отличающееся от прототипа тем, что во все проверочные блоки дополнительно введены регистры 10, 11, 13 и 15, а проверочный блок первого блока декодирования дополнительно содержит поразрядно блок определения веса синдрома 14. На вход устройства поступают мягкие решения относительно информационных и проверочных символов линейного кода. Блоком 1 разделения символов они делятся на два потока информационные и проверочные. Причем из каждого мягкого решения выделяются жесткие решения, определяющие значения принятых символов, и их надежность. Жесткие решения относительно информационных символов поступают в регистр 2 первого блока декодирования,а для проверочных в комбинационный сумматор 12, где определяется разница между проверочными символами,принятыми из канала, и проверочными символами,полученными из принятых информационных. Данная разница, называемая синдромом, через синдромный коммутатор 5 поступает на вход синдромного регистра 6. Надежность 3 информационных и проверочных символов с выхода блока разделения символов 1 поступает на вход регистров 10 и 11 соответственно. В первом блоке декодирования с помощью блока 14 определения веса синдрома осуществляется выбор минимального веса, среди элементов весов информационных символов (регистр 10) и веса проверочного символа(выход регистра 11), участвующих в образовании элемента синдрома, вычисленный вес поступает на вход регистра 13. Затем также с помощью блока 14 осуществляется выбор следующего за минимальным веса, участвующих в образовании элемента синдрома, вычисленный вес поступает на вход регистра 15. Решающее устройство 7 при определении веса некоторого элемента синдрома сравнивает его вес, заданный регистром 13, и вес декодируемого информационного символа,поступающего с выхода регистра 10. При равенстве данных весов весом элемента синдрома будет вес,взятый из регистра 15, в противном случае весом элемента синдрома будет вес, определенный в регистре 13. Элементы синдромного регистра 6 суммируются решающим устройством 7. При суммировании также учитывается выходной элемент разностного регистра 9 (для первого блока декодирования данный регистр содержит нули) с весом,определяемым весом декодируемого информационного символа,т.е. выходным элементом регистра 10. Полученная сумма сравнивается с некоторым пороговым значением,при превышении которого принимается решение об изменении декодируемого символа(выход решающего устройства 7 устанавливается равным 1), иначе все остается без изменений (выход решающего устройства 7 устанавливается равным 0). В случае необходимости изменения декодируемого символа, коррекция осуществляется с помощью сумматора 4 (сумматор по модулю 2), на который поступают декодируемый символ и выход решающего устройства 7. Дополнительно при этом с помощью синдромного коммутатора 5 осуществляется инверсия элементов синдромного регистра 6, а с помощью сумматора 8 (сумматора по модулю 2) в разностном регистре 9 следующей ступени декодирования отмечаются измененные информационные символы. Скорректированный информационный символ с выхода сумматора 4 поступает на вход регистра 2 следующего блока декодирования. Символы с выхода синдромного регистра 6, регистров 10 и 11 поступают на входы синдромного коммутатора 5, регистров 10 и 11 следующего блока декодирования. Работа всех последующих блоков декодирования совпадает с работой первого блока декодирования за тем исключением, что в последующих блоках декодирования не нужно вычислять синдром, т.е. заполнение синдромного регистра 6 осуществляется через синдромный коммутатор 5 с выхода синдромного регистра 6 предыдущего блока декодирования. Выходом устройства многопорогового декодирования является выход сумматора 4 последнего блока декодирования. Реализация описанного устройства может быть аппаратной,программной или аппаратнопрограммной и использоваться для двоичных сверточных и блоковых кодов. Результаты моделирования предлагаемого способа декодирования сверточных кодов в канале с аддитивным белым гауссовским шумом при 14 итерациях декодирования кода с кодовой скоростьюи кодовым расстоянием 9 указывают на увеличение эффективности работы мягкого многопорогового декодера до 1 дБ, которое достигается за счет использования информации о надежности принятых информационных и проверочных символов. Таким образом, что предлагаемый способ мягкого многопорогового декодирования передвинул область эффективной работы устройства декодирования к пропускной способности канала на 0.3 - 1 дБ, что позволяет уменьшать размеры очень дорогостоящих антенн или повышать дальность связи, увеличивать скорость передачи или снижать необходимую мощность передатчика, улучшать другие важные свойства современных систем связи. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ мягкого многопорогового декодирования помехоустойчивого кода, включающий поступление в декодер из канала связи двоичных или недвоичных информационных символов вместе с избыточными символами кода, преобразование последних в символы регистра синдрома,вычисление оценок значений декодируемых символов на основе определенных ячеек синдрома,определяемых выбранным кодом, сравнение результата вычисления с вычисляемым порогом и принятие решения о необходимости изменения декодируемого информационного символа по результатам сравнения, отличающийся тем, что для обеспечения работы декодера при более высоких уровнях шума канала вес проверок,поступающих на пороговые элементы МПД, равен весу наименее наджного символа, входящего в проверки, без учта веса самого декодируемого символа.