咬尾卷积码.doc

LTE系统中咬尾卷积码的基本原理在LTE 系统中，为了获得正确无误的数据传输，要采用差错控制编码技术。很多数据通信标准采用卷积码作为前向纠错的方法，采用这种编码方式的数据通常都使用Viterbi译码器进行译码，Viterbi译码器受格形状态概率和分支度量的约束。传输的数据通常由一串0比特结尾，以强制编码器回到0状态，这样译码器能从已知的状态开始译码，但是信道必须传输额外的符号。另一种方法是保证格形起始和终止于某个相同的状态，这就被称之为咬尾技术，它具有不要求传输任何额外比特的优点。咬尾技术在几种流行的通信标准里使用，如IEEE802.16，LTE 等。本文对其原理做简单介绍，作为编码理论的课程小论文。1. 咬尾卷积码LTE系统中定义了约束长度为7、编码率为1 /3 的咬尾卷积码，编码器的配置如图1 所示。编码器的移位寄存器的初始值应当设置为输入流的最后6位信息比特，这样移位寄存器的初始和最终状态保持一致。若用表示编码器的6个移位寄存器，则移位寄存器的初始值应当设置为：编码输出流对应于第1、第2和第3个输出比特，分别如图1 所示。咬尾技术试图解决传输多余的终止比特的问题。在包传送之前，包的最后 个数据比特用来初始化编码器移位寄存器，也就是编码器的起始状态和终止状态由包指定。这也隐含了在传输第一个符号前整个数据包对于编码器来说必须是可用的。另一种方法是先用开始的个数据比特初始化编码器，在这个时间内不传输任何输出符号，然后余下的个数据比特进行编码并传送，开始的个比特紧跟在最后进行编码。这种方式同样使编码器的初始状态和终止状态相同。这种方法的优点是在编码开始前不需要获得整个数据包，但是接收器接收到的编码后的序列不是正序。咬尾技术具有以下优点：1）不影响编码率，总的传输比特为N/R ；2）不影响卷积码的错误校验属性。这项技术也有以下缺点：1）译码延迟增加了，因为必须确定正确的起始状态和回溯的初始状态；2）接收器复杂度略微增加。2.咬尾卷积码的译码算法咬尾卷积编码的译码方法已经有许多种，较早提出的有Bar-David算法和最大似然算法，后来提出了循环维特比算法（CVA），还有基于该算法的低复杂度的改进算法，如环绕维特比算法（WAVA）、双向维特比算法（BVA），再后来又提出了两步维特比算法（TSVA）、双回溯循环维特比译码算法（DTVA）。本文介绍下viterbi译码的实现，其余算法可参考相关文献。在多数的咬尾应用里，在传输之前使用数据包的最后个比特来对编码器状态进行初始化，这样在一个数据包内编码器具有相同的起始和终止状态，对于最佳译码来说，译码器的应该从这个状态开始构建格形，否则，由于在包的开始阶段进行错误校正会降低似然度，从而导致BER的增加。如果一个数据包内有多个回溯长度，一种方法是在包的末尾译码第一个TB块（传输块）。假定数据包终止于正确状态，TB块0的格形构建开始于正确的起始状态，如图2所示，这个例子假定一个数据包包含了（N+1）个回溯长度。在数据包的开始阶段，TB块0用来确定TB块1的正确起始状态。由于在构建格形时并不知道从哪一个状态开始，因此此时译码的TB块0可能是不正确的，先忽略TB块0的数据输出。图2 咬尾卷积码译码然后在末尾重新插入块0，则块N可以作为训练序列，为块0提供正确的起始状态。这种方法明显地为块0增加了额外的译码延迟。除了起始和终止的数据块外，其他的数据块都是按正常方式解码，每个块的终止状态都自动地为下一个块提供起始状态。另一种方法是先输入数据块N，忽略输出数据。这种技术给格形结构的TB块0 提供了正确的起始状态。这个块之后紧跟着块0到块N的数据。TB块0在末尾处再次输入以给TB块N的译码提供训练序列。这种方法的优点在于译码器端所有的数据都是以正确顺序输出。缺点是必须等待所有的包被接收完才能开始译码。若一个数据包只含有一个回溯长度的数据，那么可以把块0通过译码器3次，则以上的方法同样有效。第一次给格形结构确定正确的起始状态，第二次构建格形，第三次进行正确的训练以使回溯开始于正确的状态。TB块0必须通过3次，若只通过了2次，则会增加BER，导致几乎所有的包都错误解码。图3 单个数据块以上就是对咬尾卷积码 Viterbi 译码的简单介绍。3.结束本