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comm.APPDecoder
R2026aAPP 法を使用した畳み込み符号の復号化
説明
comm.APPDecoder System object™ は、畳み込み符号の事後確率 (APP) 復号化を実行します。
APP 法を使用して畳み込み符号を復号化するには、次を行います。
comm.APPDecoderオブジェクトを作成し、そのプロパティを設定します。関数と同様に、引数を指定してオブジェクトを呼び出します。
System object の機能の詳細については、System object とはを参照してください。
作成
構文
説明
appDec = comm.APPDecoder は、APP 法を使用して畳み込み符号を復号化する、APP 復号化器 System object appDec を作成します。
appDec = comm.APPDecoder( は、1 つ以上の名前と値のペアを使用してプロパティを設定します。たとえば、Name,Value)comm.APPDecoder('Algorithm','True APP') は、真の事後確率復号化を実装するように System object appDec を構成します。各プロパティ名を引用符で囲みます。
appDec = comm.APPDecoder(trellis, は、TrellisStructure プロパティが Name,Value)trellis に設定された APP 復号化器オブジェクト appDec を作成します。
プロパティ
使用法
説明
入力引数
出力引数
オブジェクト関数
オブジェクト関数を使用するには、System object を最初の入力引数として指定します。たとえば、obj という名前の System object のシステム リソースを解放するには、次の構文を使用します。
release(obj)
例
ノイズ分散とビット単位のフレーム長を指定します。畳み込み符号化器と AWGN チャネルの System object を作成します。
M = 8; snr = 7; frameLength = 300; convEncoder = comm.ConvolutionalEncoder( ... 'TerminationMethod','Truncated');
畳み込み APP 復号化器、PSK 変調器、エラー レートの各 System object を作成します。
appDecoder = comm.APPDecoder(... 'TrellisStructure',poly2trellis(7,[171 133]), ... 'Algorithm','True APP', ... 'CodedBitLLROutputPort',false); errRate = comm.ErrorRate;
畳み込み符号化され、8-PSK 変調されたビット ストリームを AWGN チャネル経由で送信します。軟判定を使用して、受信した信号を復調します。APP 復号化器を使用して、復調した信号を復号化します。
for counter = 1:5 data = randi([0 1],frameLength,1); encodedData = convEncoder(data); psksig = pskmod(encodedData,M,InputType='bit'); [rxsig,noisevar] = awgn(psksig,snr); demodsig = pskdemod(rxsig,M, ... OutputType='approxllr', ... NoiseVariance=noisevar); % The APP decoder assumes a polarization of the soft % inputs that is inverse to that of the demodulator % soft outputs. Change the sign of demodulated signal. receivedSoftBits = appDecoder( ... zeros(frameLength,1),-demodsig); % Convert from soft-decision to hard-decision. receivedBits = double(receivedSoftBits > 0); % Count errors errorStats = errRate(data,receivedBits); end
エラー レート情報を表示します。
fprintf('Error rate = %f\nNumber of errors = %d\n', ... errorStats(1), errorStats(2))
Error rate = 0.000000 Number of errors = 0
連結畳み込み符号は高い信頼性を実現し、ターボ符号として注目されるようになり、使用率が増加しました。comm.TurboEncoderおよびcomm.TurboDecoderSystem object はレート 1/n 畳み込み符号のみをサポートします。この例では、comm.ConvolutionalEncoderおよびcomm.APPDecoderSystem object を使用することにより、効果的なレート 1/3 ターボ符号を達成するための 2 つのレート 2/3 畳み込み符号の並列連結を示します。
システム パラメーター
blkLength = 1024; % Block length EbNo = 0:5; % Eb/No values to loop over numIter = 3; % Number of decoding iterations maxNumBlks = 1e2; % Maximum number of blocks per Eb/No value M = 2; % PSK-modulation order
畳み込み符号化器/復号化器パラメーター
trellis = poly2trellis([5 4],[23 35 0; 0 5 13]); k = log2(trellis.numInputSymbols); % number of input bits n = log2(trellis.numOutputSymbols); % number of output bits intrIndices = randperm(blkLength/k)'; % Random interleaving decAlg = 'True App'; % Decoding algorithm
System object の初期化
畳み込み符号化、APP 復号化、およびエラー レートの計算を行う System object を初期化します。対数尤度比方式を使用して、復調は軟ビットを出力します。
cEnc1 = comm.ConvolutionalEncoder( ... 'TrellisStructure',trellis, ... 'TerminationMethod','Truncated'); cEnc2 = comm.ConvolutionalEncoder( ... 'TrellisStructure',trellis, ... 'TerminationMethod','Truncated'); cAPPDec1 = comm.APPDecoder( ... 'TrellisStructure',trellis, ... 'TerminationMethod','Truncated', ... 'Algorithm',decAlg); cAPPDec2 = comm.APPDecoder( ... 'TrellisStructure',trellis, ... 'TerminationMethod','Truncated', ... 'Algorithm',decAlg); bitError = comm.ErrorRate; % BER measurement
フレーム処理ループ
値の範囲全体をループして、BER 性能に対する結果を生成します。補助関数 helperTurboEnc および helperTurboDec は、ターボ符号化と復号化を実行します。
ber = zeros(length(EbNo),1); bps = log2(M); turboEncRate = k/(2*n); SNRdB = convertSNR(EbNo,'ebno','snr', ... BitsPerSymbol=bps, ... CodingRate=turboEncRate); for ii = 1:length(EbNo) for numBlks = 1:maxNumBlks % Generate binary data data = randi([0 1],blkLength,1); % Turbo encode the data [encodedData,outIndices] = helperTurboEnc( ... data,cEnc1,cEnc2, ... trellis,blkLength,intrIndices); % Modulate the encoded data modSignal = pskmod(encodedData,M); % Pass the modulated signal through an AWGN channel [receivedSignal,nzVar] = awgn(modSignal,SNRdB(ii)); % Demodulate the noisy signal using LLR to output soft bits demodSignal = pskdemod(receivedSignal,M,OutputType='llr',NoiseVar=nzVar); % Turbo decode the demodulated data receivedBits = helperTurboDec( ... -demodSignal,cAPPDec1,cAPPDec2, ... trellis,blkLength,intrIndices,outIndices,numIter); % Calculate the error statistics errorStats = bitError(data,receivedBits); end ber(ii) = errorStats(1); reset(bitError); end
結果の表示
LTE や CCSDS などの実用無線システムではターボ符号用に基本レート 1/n の畳み込み符号を指定しますが、ターボ符号が実行可能になると、結果にはより高いレートの畳み込み符号の使用が示されます。
figure; semilogy(EbNo, ber, '*-'); grid on; xlabel('E_b/N_0 (dB)'); ylabel('BER'); title('High Rate Convolutional Codes for Turbo Coding'); legend(['N =' num2str(blkLength) ', ' num2str(numIter) ' iterations']);
補助関数
function [yEnc,outIndices] = helperTurboEnc( ... data,hCEnc1,hCEnc2,trellis,blkLength,intrIndices) % Turbo encoding using two parallel convolutional encoders. % No tail bits handling and assumes no output stream puncturing. % Trellis parameters k = log2(trellis.numInputSymbols); n = log2(trellis.numOutputSymbols); cLen = blkLength*n/k; punctrVec = [0;0;0;0;0;0]; % assumes all streams are output N = length(find(punctrVec==0)); % Encode random data bits y1 = hCEnc1(data); y2 = hCEnc2( ... reshape(intrlv(reshape(data,k,[])',intrIndices)',[],1)); y1D = reshape(y1(1:cLen),n,[]); y2D = reshape(y2(1:cLen),n,[]); yDTemp = [y1D; y2D]; y = yDTemp(:); % Generate output indices vector using puncturing vector idx = 0 : 2*n : (blkLength - 1)*2*(n/k); punctrVecIdx = find(punctrVec==0); dIdx = repmat(idx, N, 1) + punctrVecIdx; outIndices = dIdx(:); yEnc = y(outIndices); end function yDec = helperTurboDec( ... yEnc,cAPPDec1,cAPPDec2,trellis, ... blkLength,intrIndices,inIndices,numIter) % Turbo decoding using two a-posteriori probability (APP) decoders % Trellis parameters k = log2(trellis.numInputSymbols); n = log2(trellis.numOutputSymbols); rCodLen = 2*(n/k)*blkLength; typeyEnc = class(yEnc); % Re-order encoded bits according to outIndices x = zeros(rCodLen,1); x(inIndices) = yEnc; % Generate output of first encoder yD = reshape(x(1:rCodLen),2*n,[]); lc1D = yD(1:n, :); Lc1_in = lc1D(:); % Generate output of second encoder lc2D = yD(n+1:2*n, :); Lc2_in = lc2D(:); % Initialize unencoded data input Lu1_in = zeros(blkLength,1,typeyEnc); % Turbo Decode out1 = zeros(blkLength/k,k,typeyEnc); for iterIdx = 1 : numIter [Lu1_out, ~] = cAPPDec1(Lu1_in,Lc1_in); tmp = Lu1_out(1:blkLength); Lu2_in = reshape(tmp,k,[])'; [Lu2_out, ~] = cAPPDec2( ... reshape(Lu2_in(intrIndices, :)',[],1),Lc2_in); out1(intrIndices, :) = reshape(Lu2_out(1:blkLength),k,[])'; Lu1_in = reshape(out1',[],1); end % Calculate llr and decoded bits for the final iteration llr = reshape(out1', [], 1) + Lu1_out(1:blkLength); yDec = cast((llr>=0), typeyEnc); end
アルゴリズム
この System object は、[1]および[2]に従って軟入力軟出力 APP 復号化アルゴリズムを実装します。
Algorithm プロパティの 'True APP' オプションは、[1] のセクション V にある方程式 20 ～ 23 に従って APP 復号化を実装します。速度を上げるために、Algorithm プロパティの 'Max*' と 'Max' の値は、 のような式を他の量で近似します。'Max' オプションは、max(ai) を近似として使用します。'Max*' オプションは、max(ai) に式 によって求められる補正項を加えて使用します。
Algorithm プロパティを 'Max*' に設定すると、この System object の NumScalingBits プロパティが有効になります。このプロパティは、この System object が処理するデータ (入力と 2NumScalingBits を乗算し、同じ係数で事前出力を除算する) をスケーリングするビット数を表します。このプロパティを使用すると、計算中の精度低下を避けることができます。
参照
[1] Benedetto, S., G. Montorsi, D. Divsalar, and F. Pollara. "A Soft-Input Soft-Output Maximum A Posterior (MAP) Module to Decode Parallel and Serial Concatenated Codes." Jet Propulsion Lab TDA Progress Report (November 1996): 42–127.
[2] Viterbi, A.J. “An Intuitive Justification and a Simplified Implementation of the MAP Decoder for Convolutional Codes.” IEEE® Journal on Selected Areas in Communications 16, no. 2 (February 1998): 260–64. https://doi.org/10.1109/49.661114.
[3] Benedetto, S., and G. Montorsi. “Performance of Continuous and Blockwise Decoded Turbo Codes.” IEEE Communications Letters 1, no. 3 (May 1997): 77–79. https://doi.org/10.1109/4234.585802.
拡張機能
バージョン履歴
R2012a で導入
