Turbo Encoder

並列連結符号化スキームを使用したバイナリ データの符号化

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ライブラリ:
Communications Toolbox / Error Detection and Correction / Convolutional

説明

Turbo Encoder ブロックは、並列連結符号化スキームを使用してバイナリ入力信号を符号化します。この符号化スキームは、2 つの同一の畳み込み符号化器と 1 つの内部インターリーバーを備えています。それぞれの構成符号化器は、テール ビットで個別に終了します。構成符号化器の詳細については、並列連接畳み込み符号化スキームを参照してください。

このアイコンには、利用可能なすべての端子を使用したブロックが表示されています。

例

並列連接畳み込み符号化: ターボ符号

ノイズの多いチャネルを使用したターボ符号の性能を特徴付ける。

モデルを開く

端子

入力

In — 入力メッセージ

バイナリ列ベクトル

入力メッセージ。長さ L のバイナリ列ベクトルとして指定します。L は符号化されていない入力メッセージの長さです。

データ型: double | int8 | fi(data,0,1)

IntrInd — インターリーバー インデックス

整数の列ベクトル

インターリーバー インデックス。整数の列ベクトルとして指定します。ベクトルの長さは L でなければなりません。L はバイナリ入力メッセージの長さです。ベクトルの各要素は、範囲 [1 L] の整数で一意でなければなりません。インターリーバー インデックスは、符号化器で入力ビットを並べ替えるために使用されるマッピングを定義します。

依存関係

この端子を有効にするには、[Source of interleaver indices] プロパティを Input port に設定します。

データ型: double

OutInd — 出力インデックス

整数の列ベクトル

完全に符号化されたデータで使用されるビット順序およびパンクチャ用の出力インデックス。整数の列ベクトルとして指定します。ベクトルの要素の値は、すべてのストリームのテール ビットを含む、符号化方式に応じて完全に符号化されたデータを基準とする必要があります。

調整可能: Yes

依存関係

この端子を有効にするには、[Source of output indices] プロパティを Input port に設定します。

データ型: double

出力

Out — 並列連結コードワード

バイナリ列ベクトル

並列連結号語。長さ M のバイナリ列ベクトルとして返されます。ここで、M は並列連結コードワードのビット数です。この出力のデータ型は、In 入力から継承されます。

データ型: double | int8 | fi(data,0,1)

パラメーター

Trellis structure — 構成畳み込み符号のトレリス表現

poly2trellis(4,[13 15],13) (既定値) | 構造体

トレリスを符号化率 K/N の構成畳み込み符号に対するトレリス表現を含む MATLAB^® 構造体として指定します。K は入力ビット ストリーム数、N は出力ビット ストリーム数です。

メモ

ターボ符号化器の K は 1 でなければなりません。詳細については、符号化率を参照してください。

トレリス構造体は、関数 poly2trellis を使用して作成するか、手動で作成することができます。この構造体の詳細については、畳み込み符号のトレリス表現のトピックおよび関数 istrellis を参照してください。

トレリス構造体には次のフィールドがあります。

numInputSymbols — 符号化器への入力シンボルの数

2^K

符号化器への入力シンボルの数。2^K と等しい整数として指定します。ここで、K は入力ビット ストリームの数です。

numOutputSymbols — 符号化器からの出力シンボルの数

2^N

符号化器からの出力シンボルの数。2^N と等しい整数として指定します。ここで、N は出力ビット ストリームの数です。

numStates — 符号化器内の状態の数

2 のべき乗

符号化器内の状態の数。2 のべき乗として指定します。

nextStates — 次の状態

整数の行列

現在の状態と現在の入力のすべての組み合わせの次の状態。整数の行列として指定します。行列のサイズは numStates 行 2^K 列でなければなりません。

outputs — 出力

8 進数の行列

現在の状態と現在の入力のすべての組み合わせの出力。8 進数の行列として指定します。行列のサイズは numStates 行 2^K 列でなければなりません。

Source of interleaver indices — インターリーバー インデックスのソース

Property (既定値) | Input port

インターリーバー インデックスのソースを [Property] または [Input port] として指定します。

• このパラメーターを [Property] に設定すると、ブロックは [Interleaver indices] パラメーターを使用してインターリーバー インデックスを指定します。

• このパラメーターを [Input port] に設定すると、ブロックは IntrInd 入力端子を使用してインターリーバー インデックスを指定します。

Interleaver indices — インターリーバー インデックス

(64:-1:1).' (既定値) | 整数の列ベクトル

インターリーバー インデックスを整数の列ベクトルとして指定します。ベクトルの長さは L でなければなりません。L はバイナリ入力メッセージの長さです。ベクトルの各要素は、範囲 [1 L] の整数で一意でなければなりません。インターリーバー インデックスは、符号化器で入力ビットを並べ替えるために使用されるマッピングを定義します。

依存関係

このパラメーターを有効にするには、[Source of interleaver indices] パラメーターを [Property] に設定します。

Source of output indices — 出力インデックスのソース

Auto | Property | Input port

出力インデックスのソースを [Auto]、[Property]、または [Input port] として指定します。

• このパラメーターを [Auto] に設定すると、ブロックは 2 番目の組織ストリームをパンクチャしてすべてのテール ビットを含む出力インデックスを計算します。

• このパラメーターを [Property] に設定すると、ブロックは [Output indices] パラメーターに指定された出力インデックスを使用します。

• このパラメーターを [Input port] に設定すると、ブロックは [OutInd] 入力端子を使用して出力インデックスを指定します。出力インデックスのベクトルの長さと値および符号化された出力信号は、ブロックを実行するたびに変わる可能性があります。

Output indices — 出力インデックス

getTurboIOIndices(64,2,3) (既定値) | 整数の列ベクトル

完全に符号化されたデータで使用されるビット順序およびパンクチャ用の出力インデックスを整数の列ベクトルとして指定します。符号化器からの出力ビット数は、このパラメーターの長さと等しくなります。最大長は、完全に符号化された長さ (L+mLen) × N × 2 を超えてはなりません。ここで、L は入力ベクトルの長さ、mLen はメモリの長さ、N は構成符号化器で符号化されたストリームの数です。

依存関係

このパラメーターを有効にするには、[Source of output indices] パラメーターを [Property] に設定します。

シミュレーション実行方法 — 実行するシミュレーションのタイプ

インタープリター型実行 (既定値) | コード生成

実行するシミュレーションのタイプ。[インタープリター型実行] または [コード生成] として指定します。

• インタープリター型実行 — MATLAB インタープリターを使用してモデルをシミュレートします。このオプションを使用すると、必要な起動時間が短縮されますが、以降のシミュレーションの速度は [コード生成] オプションを使用した場合よりも遅くなります。このモードで、ブロックのソース コードをデバッグできます。

• コード生成 — 生成された C コードを使用してモデルをシミュレートします。シミュレーションの初回実行時、Simulink^® は対象ブロックの C コードを生成します。このモデルは、モデルが変更されない限り以降のシミュレーションで C コードを再利用します。このオプションを使用すると、シミュレーションの起動時間は長くなりますが、以降のシミュレーションの速度は [インタープリター型実行] オプションを使用した場合よりも速くなります。

詳細については、シミュレーション モード (Simulink)を参照してください。

ブロックの特性

データ型	Boolean | double | fixed pointa | integer | single
多次元信号	なし
可変サイズの信号	あり
a ufix(1) のみ。

詳細

並列連接畳み込み符号化スキーム

ターボ符号化器は並列連接畳み込み符号化スキームを使用してバイナリ入力信号を符号化します。この符号化方式では、次の図に示すように 2 つの構成符号化器と 1 つの内部インターリーバーを使用します。それぞれの構成符号化器は、テール ビットで個別に終了します。

シンボルのパンクチャと反復に使用される出力インデックスのソースは、[Source of output indices] パラメーターで指定します。

• [Source of output indices] パラメーターを [Auto] に設定した場合、ブロックで出力インデックスが計算されます。この場合、構成符号化器の符号化率は 1∕N、ターボ符号化器からの出力ビット数は L × (2 × N – 1) + (2 × numTails) になります。L は入力ベクトルの長さで、numTails は log2(TrellisStructure.numStates) × N で与えられます。終了によるテール ビットが末尾の符号化された入力ビットの後に付加されます。

  この符号化方式では、2 つの同一の構成符号化器と 1 つの内部インターリーバーを使用します。それぞれの構成符号化器は、テール ビットで個別に終了します。ターボ符号化器の出力は、最初の符号化器の組織ビット ストリーム (X) とパリティ ビット ストリーム (Z)、および 2 番目の符号化器のパリティ ビット ストリーム (Z^’) のみで構成されます。すべてのストリームの末尾にテール ビットが付加されます。

• [Source of output indices] パラメーターを [Input port] または [Property] に設定した場合、出力インデックスを [OutInd] 入力端子または [Output indices] パラメーターでそれぞれ指定します。この場合、指定した出力インデックスを使用してオブジェクトが実行されます。出力インデックスは、すべてのストリームの完全に符号化された出力を基準として指定します。

  ターボ符号化器の出力は、最初と 2 番目の構成符号化器の組織ビット ストリーム (X と X^’) とパリティ ビット ストリーム (Z と Z^’) で構成されます。出力ビット数は、指定した出力インデックスのベクトルの長さと等しくなります。

詳細については、符号化率とテール ビットを参照してください。

符号化率

一般に、構成畳み込み符号の符号化率は K/N として表されます。K は入力ビット ストリーム数、N は出力ビット ストリーム数です。

メモ

Turbo Encoder ブロックおよび Turbo Decoder ブロックを使用する場合、K は 1 でなければなりません。ターボ符号化のための高レート畳み込み符号の例では、代わりに comm.ConvolutionalEncoder System object および comm.APPDecoder System object を使用して、1 より大きい K についてターボ符号化を実行しています。

符号化器は L 要素の列ベクトル入力信号を受け取り、M 要素の列ベクトル出力信号を返します。ターボ符号化器の有効な符号化率は L/M です。L はバイナリ入力メッセージの長さ、M は並列連結コードワードの出力ビット数です。

• [Source of output indices] パラメーターを [Auto] に設定した場合、2 番目の符号化器からの組織ビット (並列連接畳み込み符号化スキームの図の X^’) は並列連結コードワードに出力されません。想定されるトレリスにおいて、M と L は M = L × (2 × N – 1) + 2 × numTails によって関連付けられます。ここで numTails はテール ビットの数です。詳細については、テール ビットを参照してください。

• [Source of output indices] パラメーターを [Input port] または [Property] に設定した場合、M は [OutInd] 入力端子または [Output indices] パラメーターでそれぞれ指定された出力インデックスのベクトルの長さと等しくなります。

テール ビット

ターボ符号化器は各入力を個別に扱います。個々の入力メッセージごとに追加のビットを使用することで、符号化器の状態をすべて 0 の状態に設定します。それぞれの構成符号化器は、テール ビットで個別に終了します。ターボ符号化器の出力は、インターレースされた組織ストリームとパリティ ストリームで構成され、符号化したデータ ストリームの最後にテール ビットを多重化します。

各構成符号化器によって出力されるテール ビットの数 numTails は、各符号化器で使用されるトレリス構造体の値に依存します。

• numTails = log₂(trellis.numStates) × N

• N = log₂(trellis.numOutputSymbols).符号化率 1/2 のトレリスの場合、N = 2。

トレリス構造体の詳細については、関数 poly2trellis を参照してください。構成符号化器の詳細については、並列連接畳み込み符号化スキームを参照してください。

符号化率 1/3 のターボ符号例の符号化器図

次の図は、[Trellis structure] パラメーターの既定値 poly2trellis(4,[13 15],13) で指定されるトレリスの符号化器構成を示しています。

64 ビットの入力ベクトル長の場合、符号化器ブロックの出力は 204 ビットです。最初の 192 ビットは、X、Z、Z^’ としてインターレースされた 3 つの 64 ビット ストリーム (最初の符号化器からの組織ビット ストリーム (X) とパリティ ビット ストリーム (Z)、および 2 番目の符号化器のパリティ ビット ストリーム (Z^’)) に対応しています。最後の 12 ビットは、スイッチが破線に対応する低い位置にあるときに、2 つの符号化器からのテール ビットに対応します。6 ビット (3 組織的ビットと 3 パリティ ビット) の 1 番目のグループは、1 番目の構成符号化器からの出力テール ビットです。6 ビット (3 組織的ビットと 3 パリティ ビット) の 2 番目のグループは、2 番目の構成符号化器からの出力テール ビットです。

テール ビットのため、符号化器出力符号化率は 1/3 より少し低くなっています。

参照

[1] Berrou, C., A. Glavieux, and P. Thitimajshima. “Near Shannon Limit Error-Correcting Coding and Decoding: Turbo-Codes.” Proceedings of ICC 93 - IEEE International Conference on Communications, Geneva, Switzerland, May 1993, 1064–70. https://doi.org/10.1109/icc.1993.397441.

[2] 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, 42–127, (November 1996).

[3] Schlegel, Christian, and Lance Perez. Trellis and Turbo Coding. IEEE Press Series on Digital & Mobile Communication. Piscataway, NJ ; Hoboken, NJ: IEEE Press ; Wiley-Interscience, 2004.

[4] 3GPP TS 36.212. "Multiplexing and channel coding." 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Radio Access Network; Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA). https://www.3gpp.org.

拡張機能

C/C++ コード生成
Simulink® Coder™ を使用して C および C++ コードを生成します。

バージョン履歴

R2011b で導入

参考

ブロック

• Turbo Decoder | Convolutional Encoder | General Block Interleaver

関数

• getTurboIOIndices

オブジェクト

• comm.TurboEncoder