CC BY
58
16 декабря 2011 г. 10:24
T-Comm #9-2010
(Технологии информационного общества)
Реализация канального кодирвоания в стандарте 802.16
Рассмотрены рекомендованные к использованию и обязательные методы помехоустойчиво.*) коди/юва-ния для систем связи, построенных по стандарту 802.16е. Представлена схема используемых сверточных кгніов и их шаблонов перфорации. Описаны рекомендованные турбокоды.
Ерохин С.Д., Зайцева К).М.,
МТУСИ
Согласно стандарту 802.16с обработка бнт на канальном уровне состоит 5 возможных стадий: (1) рандомизация данных; (2) помехоустойчивое кодирование (в некоторых западных источниках также используется термин «канальное кодирование»); (3) перфорация кодовых бит. которая позволяет сформировать помехоустойчивый код с требуемой кодовой скоростью; (4) операции HARQ, если они поддерживается сетью и (5) перемежение выходных кодовых символов.
Рандомизация входной информационной последовательности (1 ая фаза канальной обработки) используется для восходящего и нисходящего каналов (uplink и downlink). Для реализации рандомизации используется сложение по модулю 2 выходной последовательностью регистров с обратной связью.
При использовании в сети механизма гибридного автоматического повтора запросов (HARQ) начальная последовательность сдвигового регистра для каждой передачи HARQ сохраняется постоянной, чтобы обеспечить декодирование одного каждого кодированного блока символов при множественной передаче.
Следующая группа операций относится к формированию OFDM символа в частотной области. На этом этапе поток кодовых данных распределяется по подканалам, каждый из которых соответствует определенной поднссущсй частоте. Далее в подканалы вставляются
служебные пилот-символы. На заключительном этапе происходит преобразование символа ОКОМ из частотной области во временную область и преобразование сигнала к аналоговому виду. На рисунке I представлена структурная схема канального и физического уровней по стандарту 802.16с. В приемном тракте устройстве эти компоненты присутствуют в обратном порядке.
Помехоустойчивое кодирование производится для блока символов (И:С блок), который состоит из бнт целого числа подканалов. Подканал является базовой единицей распределения ресурсов и содержит несколько поднесущих с данными и пилотной информацией. Точное количество поднесущих зависит от схемы размещения подиссущих частот. Максимальное число подканалов в кодированном блоке зависит от схемы канального кодирования и вида модуляции. Если число подканалов, необходимых для передачи кодового блока. больше установленного предела, тогда данный кодовый блок разбивается на подблоки. Эти подблоки колируются отдельно и затем последовательно соединяются, как показано на рис. 2, чтобы сформировать одинаково закодированный блок данных. Сегментация больших КЕС блоков необходима для предотвращения избыточной сложности и требований объема памяти алгоритма декодирования на стороне приемника.
Digital
domain
Space/ Time encoder
encoder* Rate matching - Interliver Symbol mapper *
Subcarrier
allocation
♦Pilot
insertion
Analog
domain
Subcarrier
allocation
♦Pilot IF FT D/A
insertion
Frequency
domain
<R>-
Рис. 1. Структурная схема канального и физического уровня
Т-Comm #9-2010
(Технологии информационного общества)
Таблица I
Шаб.шп перфорации свсрючиых кодов
Кодовая скорость R 1/2 К 2/3 R 3/4 R 5/6
dfrcc 10 6 5 4
Parity 1 (X) 11 К) 101 10101
Parity 2 (У) 11 11 1 10 МОЮ
Выходная последовательность XIYI XIY1Y2 X1Y1Y2X3 XIYIY2X3Y4X5
В режиме OFDM в нисходящем канале, когда подканалы не выделяются, выходная последовательность данных после рандомизации сначала кодируется при помощи систематического кода Рида-Соломона, а затем кодируется двоичным сверточным кодером со скоростью /г. Код Рида-Соломона получается из систематического кода Рида-Соломона (N - 255. К ~ 239. Т - 8) на GF(28).
В отличие от основных базовых и обязательных для совместимости режимов работы различных абонентских устройств сверточных кодов для помехоустойчивого кодирования в стандарте IEEE 802.16с-2005 также предусмотрена возможность использования блочных турбокодов, сверточных турбокодов и низкоплотност-ных кодов (LDPC коды). Наиболее популярными из этих кодов являются сверточные турбокоды, так как они применяются во многих других беспроводных широкополосных системах связи. Например. HSDPA. WCDMA, CDMA IxEV-DO и других.
Как показано на рисунке 4. в стандарте WiMAX используются двоичные сверточные турбокода с рекурсивным кодером и длиной регистра сдвига равной 4. В сверточных турбокодах два последовательных бита из исходной информационной последовательности посылаются на вход кодера одновременно, в отличие от стандартной схемы использования турбоколера с внутренним перемежителем. Также, в отличие от кодера, использующего алгоритм турбокодировання и применяющегося в HSDPA и IxEV-DO. в котором для одной пары бит генерируется один полином, в данном сверточном турбокодере выходная последовательность генерируется двумя полиномами 1+D2+D3 и 1+D3. Так как два последовательных бита передаются одновременно. такой кодер имеет 4 возможных состояния передачи по сравнению с двумя возможными для бинарного турбо кодера.
Такие турбокоды являются отдельным случаем стандартных сверточных турбокодов и по сравнению с ними обладают следующими характеристиками:
- Лучшая конвергенция: более хорошая конвергенция двумерного итеративного процесса объясняется понижением плотности ошибочных путей в каждом измерении, что ведет к понижения эффекта корреляции между смежными декодерами.
- Увеличение минимальных расстояний между кодовыми словами.
- Меньшая чувствительность к перфорации.
Рис. 4.Сверточнын турбокод в стандарте
IEEE 802.16е-2005
Выходная последовательность турбо кодера со скорость 1/3 вначале разбивается на 6 подблоков (А. В, YI.Y2, W1, и W2). где А и В содержат систематические биты. Y1h W1 - пары бит закодированной последовательности в прямом порядке, a Y2h W2 - пары бит перемеженной последовательности. Каждый из 6 подблоков независимо перемежается, и подблоки, содержащие пары бит. пунктируются для достижения необходимой скорости, как показано на рисунке 5.
11еремежение подблоков состоит из двух стадий: на первой стадии перемежитель помещает биты в перемежающийся символ, на второй стадии перемежитель меняет позиции символов. Для достижения необходимой скорости кодирования подблоки Y1.Y2, W1, и W2 после перемежения перфорируются по особой схеме перфорации. При использовании HARQ схема пунктн-ровання парных бит может меняться от одной передачи к другой, что позволяет приемнику генерировать логарифмическое отношение правдоподобия (log likelihood ratio (LLR) для оценки каждой пары бит при каждой новой передаче.
Остальные схемы помехоустойчивого кодирования такие, как блочные турбокоды и LDPC коды, были описаны в стандарте, как опциональные и. ни в фиксированном, ни в мобильной версиях WIMAX пока не используются. Это происходит вследствие того, что большинство производителей телекоммуникационного оборудования традиционно используют сверточные турбокоды.
112
