Понадортогональний кодек псевдоциклічного згорткового коду

Понадортогональнии кодек коду, що містить канал зв'язку, на передавальній стороні формувач кодового підпису для формування кодового підпису на основі понадортогонального псевдоцикл ічного згорткового коду, блок формування інформаційних символів для формування символів понадортогонального згорткового коду, на приймальній стороні блок обчислювання метрик розгалужень для обчислювання метрик розгалужень, блок підсумовування-порівняння-вибору для підсумовування і порівняння метрик розгалужень з метриками стану, які надходять з блока пам'яті метрик стану і вибору шляху, що вижив ВІДПОВІДНО абсолютному максимуму метрики стану, блок Винахід відноситься до систем передачі інформації по каналам зв'язку і найбільш ефективно може бути використаний в цифрових системах радіозв'язку з прямим розширенням спектра сигналу Відомий кодек Вітербі використовує алгоритм Вітербі, що заснований на декодуванні за принципом максимальної правдоподібності, згідно якому порівнюють безліч дозволених напівнескінченних кодових послідовностей із прийнятими кодовими послідовностями, вибирають шлях, що має найменшу кодову відстань між дозволеною напівнескінченною кодовою ПОСЛІДОВНІСТЮ І даною кодовою ПОСЛІДОВНІСТЮ, у якості найбільш правдоподібного шляху, що вижив, і одержують декодовані дані, які відповідають обраному шляху Алгоритм Вітербі має високу здатність виправлення помилок, тому він широко використовується в супутниковому зв'язку й у системах зв'язку з рухомими об'єктами Відомий понадортогональнии кодек згортково пам'яті метрик стану для збереження поточних метрик станів, блок пам'яті шляху для збереження альтернативних ділянок шляху, що вижили, і виводу декодованого інформаційного біта, що відповідає абсолютному максимуму метрики стану, який відрізняється тим, що на передавальній стороні формувач кодового підпису формує кодовий підпис на основі понадортогонального згорткового коду, що складається з двох взаємно ортогональних циклічних кодів С і D, які породжуються подвійними циклічними зсувами кодових послідовностей {CO}N І {DI}N, ВІДПОВІДНО ДОВЖИНІ N, на приймальній стороні блок обчислювання метрик розгалужень, який містить два узгоджених фільтри, де на основі прийнятих символів понадортогонального псевдоцикл ічного згорткового коду формується кореляційний відгук (циклічна згортка прийнятого символу з опорними кодовими послідовностями {CO}N І {DI}N У ВІДПОВІДНОСТІ ЗІ зна ком і тимчасовою затримкою переданого кодового слова), причому кожен ВІДЛІК відгуку фільтра являє собою чисельне значення метрики розгалужень го коду, що містить передавальну сторону (кодер), приймальну сторону (декодер) і канал зв'язку (Див superorthogonal convolutional codec, U S Patent #5,193,094, issued March 9,1993), є прототипом винаходу, який заявляється Передавальна сторона (кодер) містить формувач кодового підпису (кодової ПОСЛІДОВНОСТІ, використовуваної як функції розширення спектра), що формує набір символів, у якості яких використовуються кодові слова ортогонального блокового коду Уолша-Адамара довжини 2 К 2 , де К -кодове обмеження формованого згорткового коду, блок формування інформаційних символів для здійснення перемножування кодового підпису й інформаційних бітів, що підлягають передачі Прийомна сторона (декодер) містить блок обчислювання метрики розгалужень, що обчислює евклідову відстань між прийнятими даними і переданим кодовим словом, блок ACS (add-compareselect) підсумовування-порівняння-вибору, що підсумовує і порівнює метрики розгалужень, обчис (О 49196 лені в блоці обчислювання метрик розгалужень з метриками станів за таким правилом де M sx - значення метрики попередніх станів, M x s значення метрики оновлених станів, т х - значення поточних метрик розгалужень, se{0,l}, вибирає шлях, що вижив ВІДПОВІДНО абсолютному максимуму метрики стану, який найбільш близький до ПОСЛІДОВНОСТІ прийнятих даних, блоку пам'яті метрики станів для збереження поточних метрик станів, блоку пам'яті шляху для збереження альтернативних ділянок шляху, які вижили і виводу декодованого інформаційного біта, що відповідає абсолютному максимуму метрики стану У прототипі до пропонованого винаходу, застосовується понадортогональний кодек згорткового коду, що кодує цифровий двоїчний сигнал «понадортогональним» згортковим кодом та використовує в якості символів ортогональний блоковий код УолшаАдамара Структура коду Уолша-Адамара дозволяє здійснювати ефективне декодування прийнятих символів за допомогою цифрових процесорів, однак частотний діапазон останніх обмежується одиницями МГц Більш ВИСОКОЮ ШВИДКОДІЄЮ відрі зняються твердотільні акустоелектронні й акустооптичні процесори складних сигналів, що дозволяють обробляти сигнали з більш широкою смугою частот Однак відомо, що при використанні ортогональних М-ічних сигналів значно ускладнюється декодувальна апаратура, оскільки КІЛЬКІСТЬ кореляторів (узгоджених фільтрів) у схемі Мальтернативного розрізнення в загальному випадку повинне дорівнювати М Спростити технічну реалізацію можна, якщо використовуваний набір кодових послідовностей є циклічним, тобто являє собою сукупність циклічних зсувів деякої опорної ПОСЛІДОВНОСТІ Символи алфавіту ототожнюються з послідовностями, одержуваними з вихідної ПОСЛІДОВНОСТІ при її циклічному зсуві, що приводить до ВІДПОВІДНОГО зсуву піка кореляційної функції, який фіксується при прийомі одним фільтром "подвійної" довжини (число ВІДВОДІВ дорівнює 2М-1 у порівнянні з М для звичайного фільтра) Недолік такої схеми полягає в тому, що ортогональні ЦИКЛІЧНІ коди з обсягом алфавіту M=N (де N - довжина коду) не існують Пропонується застосувати як функції розширення спектра «псевдоциклічний» ортогональний код, що складається з двох взаємно ортогональних циклічних кодів з обсягом алфавіту M=N/2 кожний, усі символи яких також ортогональні між собою Це дозволить виконати декодування кодових символів такого псевдоциклічного ортогонального коду за допомогою двох узгоджених фільтрів замість М (при будь-якій довжині коду) Метою винаходу є створення понадортогонального кодека псевдоциклічного згорткового коду, що використовує в якості символів псевдоцикліч нии ортогональний код на основі комплементарних послідовностей замість ортогонального блокового коду Уолша-Адамара Для досягнення вищевказаної мети пропонується понадортогональний кодек псевдоциклічного згорткового коду, що містить канал зв'язку, на передавальній стороні формувач кодового підпису для формування кодового підпису на основі понадортогонального псевдоциклічного згорткового коду, що складається з двох взаємноортогональних циклічних кодів С і D обсягом M=N/2 кожний, блок формування інформаційних символів для формування символів понадортогонального згорткового коду, на прийомній стороні блок обчислювання метрик розгалужень для обчислювання метрик розгалужень, що складається з двох узгоджених фільтрів, де на основі прийнятих символів понадортогонального псевдоциклічного згорткового коду формується кореляційний відгук (циклічна згортка прийнятого символу з опорними КОДОВИМИ ПОСЛІДОВНОСТЯМИ {CO}N І {DI}N У ВІДПОВІДНОСТІ ЗІ знаком і тимчасовою затримкою переданого кодового слова), причому кожен ВІДЛІК відгуку фільтра являє собою чисельне значення метрики розгалужень, блок підсумовування-порівняннявибору для підсумовування і порівняння метрик розгалужень з метриками стану, які надходять з блока пам'яті метрик стану і вибору шляху, що вижив ВІДПОВІДНО абсолютному максимуму метрики стану, блок пам'яті метрик стану для збереження метрик станів, блок пам'яті шляху для збереження альтернативних ділянок шляху, що вижили, і виводу декодованого інформаційного біта, який відповідає абсолютному максимуму метрики стану Мета, що вказана вище, та переваги винаходу стануть більш зрозумілими з докладного опису варіанта його реалізації з посиланнями на супровідні креслення, на яких фіг 1 зображує блок-схему відомого понадортогонального кодека згорткового коду, фіг 2 зображує блок-схему першого етапу формування кодового підпису, ВІДПОВІДНО до винахоДУ, фіг 3 зображує блок-схему другого етапу формування кодового підпису, ВІДПОВІДНО до винахоДУ, фіг 4 зображує блок-схему формувача кодового підпису довжини 2 К 2=8, ВІДПОВІДНО ДО винаходу, фіг 5 зображує блок-схему блоку формування інформаційних символів, ВІДПОВІДНО ДО винаходу, фіг 6 зображує блок-схему декодера понадортогонального псевдоциклічного згорткового коду, ВІДПОВІДНО до винаходу, фіг 7 зображує відому решітчасту діаграму, що пояснює обчислювання метрик станів у процесі декодування прийнятого символу для довжини 2 К 2 =8 Понадортогональний кодек псевдоциклічного згорткового коду (фіг 1), ВІДПОВІДНО до винаходу, складається з передавальної 1, приймальної 2 сторін і каналу зв'язку 3 Передавальна сторона (кодер) 1 містить формувач кодового підпису 4 і блок формування інформаційних символів 5 При 49196 йомна сторона (декодер) 2 містить блок обчислювання метрик розгалужень б, блок ACS (підсумовування-порівняння-вибору) 7, блок пам'яті метрик стану 8 і блок пам'яті шляху 9 Кодер 1 понадортогонального псевдоциклічного згорткового коду, ВІДПОВІДНО до винаходу, що генерує кодове слово як функцію розширення спектра використовує ортогональний код, що складається з двох взаємо-ортогональних циклічних кодів з обсягом алфавіту M=N/2 кожний Загальною ідеєю формування комплементарної ПОСЛІДОВНОСТІ (набору функцій розширення спектра) є метод чередування з інверсією, де кодова ПОСЛІДОВНІСТЬ {CO}N ДОВЖИНИ N формується з ПОСЛІДОВНОСТІ {CO}N/2 ДОВЖИНИ N/2 за таким правилом {CO}N-{CO}N/2 U{C-I}N/2, де {CI}N/2 утворюється з {CO}N/2 інверсією її непарних елементів, и - символ перемежовування (чередування) елементів послідовностей Докладний опис принципу формування комплементарної ПОСЛІДОВНОСТІ розглянемо в два етапи На першому етапі (фіг 2), кроці № 1 формується кодова ПОСЛІДОВНІСТЬ {CO}N ШЛЯХОМ запису в ячейкі регістра зсуву парних і запису й інверсії непарних значень з наступним перемежовуванням (чередуванням), де запом'ятовані значення перезаписуються через одну ячейку, а ВІЛЬНІ ячейкі заповнюються новими значеннями, що представляють собою перезаписування парного й інвертування непарного вхідних значень На log2(N/2)-M кроці формується кодова ПОСЛІДОВНІСТЬ {CO}N необхідної довжини На другому етапі (фіг 3) з отриманого коду {CO}N формується код {DI}N, ШЛЯХОМ перезапису парних значень і інвертування непарних, з наступним реверсним зчитуванням отриманої кодової ПОСЛІДОВНОСТІ, у результаті чого перший елемент ПОСЛІДОВНОСТІ стає останнім Далі з кодів {CO}N І { D I } N ПОДВІЙНИМИ ЦИКЛІЧНИМИ зсувами (по два розряди вліво) кожної з послідовностей {CO}N, { D I } N відбувається формування необхідного ортогонального коду, що складається з двох взаємоортогональних циклічних кодів С і D з обсягом алфавіту M=N/2 кожний Формувач кодового підпису 4, ВІДПОВІДНО ДО винаходу (фіг 4), для К=5 містить два восьмирозрядних регістрів зсуву, перший, другий, третій інвертори для формування набору функцій розширення спектра за один такт На вході формувача кодового підпису присутні випадкові значення со, сі які відповідають рівню логічного «О» і «1», а вихід підключений до ВІДПОВІДНОГО входу блока формування інформаційних символів 5 Блок формування інформаційних символів 5, ВІДПОВІДНО до винаходу, являє собою К ступінчатии регістр зсуву, звязании із суматором по модулі два (фіг 5) для формування інформаційних символів шляхом додавання по модулі два першого (bo) і останнього (Ьк і) інформаційних бітів у межах кадру, що кодується, довжина якого дорівнює довжині кодового обмеження для інверсії чи відсутності інверсії вихідного кодового слова ортогонального коду, завдяки чому КІЛЬКІСТЬ СИМВОЛІВ алфавіту які утворюються на виході кодера розширюється ВДВІЧІ порівняно з ортогональним кодом Біти (Ь-І-ЬЬК І) визначають адресу вибору однієї з послідовностей кодового набору { C ^ N , / { D A } N ВХІД блоку формування інформаційних символів є інформаційним входом пристрою, а вихід підключений до входу каналу зв'язку З Декодер 2 понадортогонального псевдоциклічного згорткового коду, ВІДПОВІДНО до винаходу (фіг 6), містить блок обчислювання метрик розгалужень, що складається з двох узгоджених фільтрів, імпульсна характеристика яких є комплексноспряженою до сигналів, фазовий код яких сформований ВІДПОВІДНО до кодових послідовностей {CO}N, І { D I } N Д Л Я ПОСЛІДОВНОГО обчислювання кореляційних відгуків, що є метриками розгалужень гпх, блок ACS 7 для підсумовування і порівняння метрик розгалужень, виведених із блоку обчислювання метрик розгалужень 6 і метрик станів, виведених з пам'яті метрик станів 8, вибору шляху, що вижив, який відповідає абсолютному максимуму метрики стану і виводу нових метрик станів, пам'ять метрик станів 8 для збереження поточних метрик станів, блок пам'яті шляху 9 для збереження альтернативних ділянок шляху, що вижили, які відбираються в блоці ACS 7, по сигналу вибору шляху, що вижив, який відповідає абсолютному максимуму метрики стану, пошуку найбільш близького до прийнятих даних шляху і виводу декодованих даних Принцип дм кодека Під час відсутності формування і передачі даних регістри зсуву формувача кодового підпису 4 знаходяться в довільному стані, а блока формування інформаційних символів 5 в обнуленому стані На вхід кодека (вхід кодера 1) у послідовному коді з тактовим періодом Тв, де ТВ - тривалість інформаційного біта, надходять сигнали двоїчної інформаційної ПОСЛІДОВНОСТІ {В}+», кожен біт передається кодовою ПОСЛІДОВНІСТЮ, що складається з N = 2 K 2 елементарних імпульсів, тобто інтервал інформаційного символу T B = N X T , де Т - тривалість елементарного імпульсу ПОСЛІДОВНОСТІ розширення спектра, що генерується формувачем кодового підпису 4 (фіг 4) Кожен біт ПОСЛІДОВНОСТІ {В}+», перетворюється за один такт Тв в одне з кодових слів, + {C2}N {C4}N {C6}N {D,}N {D3}N {D5}N {D7}N + + - - + 49196 яке надходить на вхід блоку формування інформаційних символів 5, де відбувається формування інформаційних символів шляхом додавання по модулю два першого (bo) і останнього (Ьк і) інформаційних бітів з кожним із N елементів кодового підпису для інверсії чи відсутності інверсії кодового слова ортогонального коду Біти (Ь-і-ьЬк т) визначають адрес (А) вибору з кодового набору однієї з послідовностей { C 4 N , ЧИ {D/^N Далі інформаційне кодове слово надходить на вхід каналу зв'язку З, де спотворюється впливом завад 3 каналу зв'язку З прийнята ПОСЛІДОВНІСТЬ, яка утворена підсумовуванням інформаційних символів і шумових ВІДЛІКІВ, надходить на вхід декодера 2 (вхід блоку обчислювання метрик розгалужень 6) Блок обчислювання метрик розгалужень 6, ВІДПОВІДНО до винаходу, складається з двох узгоджених фільтрів, де на основі прийнятої ПОСЛІДОВНОСТІ формується кореляційний відгук у ВІДПОВІДНОСТІ зі знаком і тимчасовою затримкою переданого кодового символу Вихід блока обчислювання метрик розгалужень 6 підключений до фіг.1 8 входу блока ACS 7 Блок ACS 7 одержує метрики розгалужень, підсумовує з метриками попередніх станів у суматорі у ВІДПОВІДНІСТЮ із решітчастою діаграмою (фіг 7), отримані метрики поточних станів порівнюються в компараторі й у селекторі вибирається метрика стану, що має максимальне значення, яке дозволяє записати в пам'ять блоку пам'яті шляху 9 значення «О» чи «1», що представляють собою оцінку найбільш ймовірного переданого інформаційного символу для даного шляху і є вхідними даними для відновлення поточних фрагментів альтернативних гілок, що вижили, блок пам'яті метрики станів 8, що зберігає значення метрики поточного стану і блок пам'яті шляху 9 що зберігає альтернативні ділянки шляху, що вижили і по сигналу вибору шляху, який відповідає абсолютному максимуму метрики стану, виводяться декодовані дані 10 49196 1-й этап КРОК Jftl КРОК №log2(N/2) Со С 0 Со Со фіг2 Q> 1 v 2-й этап # ф C, с, Со Сі С2 Сз • • • Сн-, 1 1 1 г t 1 г СІ4 г фіг.4 do d , d 2 d 3 • фіг.З « • d .i N CI 2 T J_ 12 49196 11 К - ступінчатий регістр зсуву Вхід 1 дані >ь к 1 u Вихід Вибір кодової послідовності {Q} N або {Ц,} н Одинз2 К /-*Ч. СИМВОЛІВ -КЭ—• фіг.5 Оігвая вибору шляху, що вижив г Вхід г* СФ {С*} Блок ACS w м «0» • «1» СФ т " ї • M U 4-цц M , » f І Блок пам'яті метрик стану фіг.6 Вгоод 13 49196 фіг.7 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71 14