（通信与信息系统专业论文）数字卫星通信中rs码的译码实现及研究.pdf

摘要 本论文首先分析了在国际卫星地球站标准( i e s s “”1 ) 中r s 码的使用情况。概 述了有关的r s 码的码生成多项式和域生成多项式，介绍了级联码方案，讨论了级 联方案中交织、同步、加扰的实现方法。由于r s 码和交织度的选用与载波的速率 有关，不同的载波速度需选择不同的r s 码和交织度。传统的硬件译码设计方案不 能适应这种要求，本文研究和实现了在d s p 中用程序实现r s 译码，开发出通用的 r s 码译码设备。 f 数字信号处理是数字化的核心技术之一，数字信号处理的任务在很大程度上 需要曲d s p 器件来完成。d s p 与通用处理器有很大不同，具有高速运算和处理能 力，能实时地实现数字信号处理的某些理论和算法，因而在通信领域得到广泛应 用。本文以a d 公司的d s p 芯片一a d s p 2 1 8 l 为开发平台，详细介绍了a d s p 2 1 8 1 8 3 的软硬件资源与性能，指令系统的特点，芯片的系统结构以及开发工具。在此基 础上，本文介绍了r s 译码器的硬件结构。 r s 译码算法的选择必须考虑到易于在d s p 中编程实现。本文详细讨论了r s 编 码和译码算法。针对不同的输入要求，采用p g z 9 “”1 算法和删除译码算法嘲3 完成 r s 码的译码。p g z ( p e t e r s o n g o r e n s t e i n z i e r l e r ) 算法是一种实现r s 译码的有 效算法。它是一种迭代算法，易于d s p 编程实现。该算法包括以下四个步骤： a 计算伴随式： b 用b m ( b e r l e k a m pm a s s e y ”) 算法确定错误位置多项式； c 用陈氏搜索算法确定错误位置多项式的根； d 用福尼( f o r n e y ”“”) 算法计算错误值，并纠正错误。 由于用于同步作用的独特字的插入，需要应用删除译码算法。删除译码算法 在上述四个步骤上增加了删除多项式和修正的伴随式计算。 本文从应用的方法和实现的步骤等方面，洋尽闸述了r s 译码在d s pe 的实现 方案。鉴于伽罗华域”的乘法运算程序对i s 译码速度的重要影f 礼本文给出了 实现伽罗华域乘法运算的程序流程，论述了在d s p 程序实现过程中对速度和存储 量的要求之间的关系。在此基础上提出了直接运算法，直接查表法和三次查表法 三种不同的实现伽罗华域乘法运算的方案，分析了各自的适用环境和优缺点。然 后应用直接运算法和三次查表法实现伽罗华域乘法运算，完成了r s 译码算法。 文中对不同r s 码译码所需的指数表、对数表，倒数表等如何构造作了阐述， 并且给出了r s ( 2 1 9 ，2 0 1 ) ”和r s ( 2 0 4 ，1 8 8 ) ”“两种r s 码的指数表、对数表，倒 数表。为了给译码提供数据源和便于理解译码，文中也介绍了r s 码的编码原理和 程序实现。 为了满足译码的实时性要求，提高程序的运行效率，必须对d s p 程序进行优 化，这是d s p 程亭设计中最为关键的工作。优化包括算法上、流程上和d s p 指令 上的优化。文中体现出了这三方面的工作。 最后，文中给出了实验结果和分析。从实验结果中可以看出，采用三次查表 法比直接计算法译码器速度快6 倍以上，可以适应2 m b s 以下中速率载波要求 查表法的使用对译码速度的提高，效果是非常明显的。文中分析了译码算法的各 部分对整体译码速度的影响，以及造成这种影响的原因，提出对译码速度影响最 大的是伽罗华域乘法的实现，给出了进一步提高译码速度的方法。 总之，实验证明用d s p 实现r s 译码，在译码的灵活性、适应性、可移植性和 成本上均优于传统的硬件译码方案。“，在速度上随着d s p 技术的不断发展而不 断提高。因此无论是在现实条件下，还是在未来发展中，用d s p 实现r s 译码都是 一个最佳方案。由于它的强大的竞争力，必将会得到更大的发展和更广泛的应用。斗一 关键词：斟际卫星地球站标准p g z 算法r s 编译码d s p 实现查表法 ) a b s t r a c t i nt h i s p a p e r ，a tf i r s t ，t h eu s a g eo fr e e d s o l o m o nc o d ei ni e s si sa n a l y z e d ，t h e n f i e l dg e n e r a t i n gp o l y n o m i a la n dc o d eg e n e r a t o rp o l y n o m i a l so fc o n c e r n e dr sc o d ea r e s u m m a r i z e d c o n c a t e n a t i o no fr so u t e rc o d i n gi s i n t r o d u c e d ，a n dt h em e t h o do f i n t e r l e a v i n gu s e db e t w e e nt h ei n n e ra n do u t e rc o d e sa n dt h es y n c h r o n i z a t i o nm e t h o d u s e df o rt h e d e s c r a m b l e r ，d e i n t e r l e a x r e ra n dr e e d s o l o m o nd e c o d e ri s d i s c u s s e d b e c a u s et h es e l e c t i o n so f r sc o d ea n di n t e r l e a v i n gd e p t hv a r yw i t ht h er a t e so f c a r r i e r s ， c a r r i e r sw i t hd i f f e r e n tr a t e sn e e dd i f f e r e n tr sc o d ea n di n t e r l e a v i n gd e p t h ，t r a d i t i o n a l d e c o d i n gd e s i g n sw i t hh a r d w a r ec a n ts a t i s f yt h e s ed e m a n d s t oe x p l o i tau n i v e r s a lr s d e c o d e r ，t h ei m p l e m e n t a t i o no fr sd e c o d i n go nd s p w i t hs o f t w a r ei sr e s e a r c h e d a sw e k n o w ，d i g i t a ls i g n a lp r o c e s s i n gi so n e o ft h ek e r n e lt e c h n i q u e so f d i g i t i z a t i o n d s p c h i p sl a r g e l yf i n i s ht h et a s ko fd i g i t a ls i g n a lp r o c e s s i n g b u td s p i sd i s t i n c tf r o m g p pi ns e v e r a lr e s p e c t s i th a sh i g hp e r f o r m a n c eo fo p e r a t i o na n dp r o c e s s i n gw h i c hc a n c o m p l e t es o m e t h e o r i e sa n da l g o r i t h m so f d i g i t a ls i g n a lp r o c e s s i n gi nr e a lt i m e s od s p i s w i d e l ya p p l i e d i nc o m m u n i c a t i o nf i e l d t h i s p a p e rd e v e l o p s a ne f f i c i e n t i m p l e m e n t a t i o n o fr sd e c o d e rs o l u t i o no nt h ea d s p 2 1 8 1d s p t h ef e a t u r e so f h a r d w a r ea n ds o f t w a r eo fa d s p 2 1 8 1a r e s p e c i f i e d ，t h e a r c h i t e c t u r eo f c h i p s ， d e v e l o p m e n ts y s t e ma n di n s t r u c t i o ns e ta r ea l s oi n t r o d u c e d b a s e do nt h e s ew o r k s ，t h e h a r d w a r ei m p l e m e n t a t i o nf o rt h ed e c o d e ro fr si sg i v e n a sr sd e c o d i n ga l g o r i t h mi ss e l e c t e d w h e t h e ri ti se a s yt ob ei m p l e m e n t e do nd s p m u s tb ec o n s i d e r e dt h i s p a p e rs p e c i f i e s r s e n c o d i n g a n d d e c o d i n ga l g o r i t h m p e t e r s o n g o r e n s t e i n z i e r l e r ( p g z ) a l g o r i t h m a n de r a s u r e d e c o d i n g i s a d o p t e d r e s p e c t i x ，e l y t o c o m p l e t e r s d e c o d i n g f o rd i f f e r e n t i n p u t c o d e w o r d st h ep g z a l g o r i t h mf o rd e c o d i n gr sc o d e sc o n s i s t so f f o u rs t e p sa ss h o w nb e l o w ： a s y n d r o m ec o m p u t a t i o n b b e r l e k a m pm a s s e ya l g o r i t h m f o rs o l v i n gt h ee r r o rl o c a t o rp o l y n o m i a l c c h i e ns e a r c ha l g o r i t h mf o rs o l v i n gf o r t h er o o t so ft h e e r r o rl o c a t o r p o l y n o m i a l d f o m e ya l g o r i t h m f o r c o m p u t i n g t h ee r r o rm a g n i t u d e s ，t h e nc o r r e c t i n g c 1 1 u i e r a s u r ed e c o d i n gw i l lb eu s e db e c a u s eo ft h ei n s e r t i o no ft h eu n i q u ew o r d ，w h i c h s h a l lb eu s e df o rs y n c h r o n i z a t i o n a d d i n gt h ef o l l o w i n gt w os t e p sd o e sd e c o d i n g ： 1 e r a s u r ep o l y n o m i a lc o m p u t a t i o n 2 t h em o d i f i e ds y n d r o m ep o l y n o m i a lc o m p u t a t i o n t h ei m p l e m e n t a t i o ns c h e m e so fd s pf o rd e c o d i n gr sc o d e sa r es p e c i f i e db o t hi n a p p l ym e t h o d a n dc o m p l e t ea p p r o a c h d u et ot h ei m p o r t a n ti n f l u e n c eo nt h er a t eo f r s d e c o d i n g ，p r o g r a mf l o wo fg a t o i sf i e l dm u l t i p l i c a t i o ni sg i v e n t h er e l a t i o nb e t w e e n s p e e da n dm e m o r y i nd s ps o f t w a r ei sd i s c u s s e d t h i st h e s i sb r i n g su pt h r e es c h e m e st o c o m p l e t eg a l o i sf i e l dm u l t i p l i c a t i o n ： o n e ：d i r e c to p e r a t i o nm e t h o d t w o ：d i r e c tt a b l el o o k u pm e t h o d t h r e e ：t h r e et i m e st a b l el o o k u pm e t h o d e a c ha p p l i c a b l ee n v i r o n m e n t ，a d v a n t a g ea n dd i s a d v a n t a g eo ft h e mi sa n a l y z e d t h e nr sd e c o d i n ga l g o r i t h mi sc o m p l e t e db yu s i n gd i r e c to p e r a t i o nm e t h o do rt h r e e t i m e st a b l el o o k u pm e t h o dt oa c h i e v eg a l o i sf i e l dm u l t i p l i c a t i o n t h ec o n s t r u c t i o no f e x p o n e n tt a b l e ，l o g a r i t h mt a b l ea n dr e c i p r o c a lt a b l ed e m a n d e d b yd i f f e r e n tr sd e c o d i n gi se x p o u n d e d t w ok i n d so fe x p o n e n tt a b l e ，l o g a r i t h mt a b l e a n d r e c i p r o c a lt a b l eu s e df o rr s ( 2 1 9 ，2 0 1 ) a n dr s ( 2 0 4 ，1 8 8 ) a r eg i v e n t op r o v i d e d a t a s o u r c ea n dt m d e r s t a n d d e c o d i n ge a s i l y ，t h e e n c o d i n gt h e o r y a n d s o f t w a r e i m p l e m e n t a t i o na r ea l s oi n t r o d u c e d t oe n h a n c eo p e r a t i n ge f f i c i e n c yo ft h ep r o g r a mt om e e tr e a lt i m ed e c o d i n g ，w e 6 m u s to p t i m i z et h ep r o g r a mf o rd s p t h i si st h e k e yw o r ko ft h ed e s i g n sf o rd s p p r o g r a mo p t i m i z a t i o n i n c l u d e st h r e e r e s p e c t s ，l y i n g i n a l g o r i t h m ，f l o w ，a n d i n s t r u m e n t s t h i s p a p e rs h o w s t h ew o r ko nt h e s et h r e er e s p e c t s i nt h ee n d ，t h er e s u l t sa n da n a l y s e so f t h ee x p e r i m e n ta r eo f f e r e d i tc a nb ec l e a r l y s e e nt h a tt h ed e c o d e r ，w h i c ha d o p t st h r e et i m e st a b l el o o k - u pm e t h o di sf a s t e rm o r e t h a ns i xt i m e st h a nt h eo n et h a ta d o p t sd i r e c to p e r a t i o nm e t h o d t h ef o r m e rc a nm e e t i m m e d i a t ed a t ar a t eu n d e r2 m b st h ei n c r e a s ei ne f f i c i e n c yi so b v i o u s t h ei n f l u e n c e o nt h ec o m p l e t ed e c o d i n gr a t eb ye a c hs t e po f a l g o r i t h mi sa n a l y z e d ，a n d t h er e a s o no f i ti sg i v e n t h i sp a p e rc o n s i d e r st h a tt h ei m p l e m e n t a t i o no fg a l o i sf i e l dm u l t i p l i c a t i o n h a v et h em o s ti n f l u e n c eo nt h ed e c o d e rr a t e t h em e t h o do ff u r t h e re l e v a t i o no f d e c o d i n g r a t ei so f f e r e d i nc o n c l u s i o n t h et h e s i ss h o w st h a tt h er sd e c o d e ro nd s pi s b e t t e rt h a nt h e t r a d i t i o n a lh a r d w a r es c h e m ei nf l e x i b i l i t y , a d a p t a b i l i t y , a n dp o r t a b i l i t ya n dc o s t w i t h t h ed e v e l o p m e n to fd s p t e c h n o l o g y ，t h er a t eo f d e c o d e rw i l lr e a c hh i g h e ra n dh i g h c r s oi ti st h eb e s ts c h e m eo fr sd e c o d e ro nd s p b o t hi ns t a t e o f - t h e a r ta n di nt h ef u t u r e a sar e s u l to ft h es t r o n gc o m p e t i t i v ep o w e r ，i ti sb o u n dt oh a v ew i d e ra p p l i c a t i o na n d g r e a t e rd e v e l o p m e n t k e y w o r d s ：i n t e l s a te a r t hs t a t i o ns t a n d a r d s ，p g za l g o r i t h m ， r s e n c o d i n ga n dd e c o d i n g ，d s pi m p l e m e n t a t i o n ， t a b l el o o k u pm e t h o d 7 、 符号说明 i d r ：中速率数据载波 d s p ：数据处理器 f p g a ：现场可编程门阵列 a s i c ：专用集成电路 i e s s ：国际卫星地球站标准 p ( x 1 ：域生成多项式 g ( x ) ：码生成多项式 1 。：交织度 t c m ：网格编码调制 e d a c ：错误检测和纠正 f e c ：前向纠错 i n t e l s a t ：国际六代卫星通信地球站 g p p ：通用处理器 a l u ：算术逻辑运算单元 m a c ：乘法累加单元 s h i f t e r ：移位器 b d m a ：字节存储器直接存储器访问 i d m a ：内部存储器直接存储器访问 p g z ：p e l e r s o n 一( ；o r e n s t e i n z i m r e l - 算法 b m ：i j e r je k 。- m p l a s s e y 多# f ( x 1 ：删除多项式 l a m b d a ：睾 误位置2 多项式 e ( x ) ：持误多j 自, j t j l l 月j j吾： 利用通信卫星承担高质量的商业性通信业务已有近3 0 年的历史，在此期间 这种新的通信技术已经取得了巨大发展，并且已经成为国际、国内中远距离通信 的一种重要手段。但是，卫星通信技术。j 仍在继续发展当中。特别是由于光纤通 信技术的发展，数字卫星通信为了应对宽带、无差错传输光纤通信的挑战，适应 多媒体通信的要求，必须提高自身的传输可靠性。 以显著改善传输信道误码性能为目的的纠错编译码设备是数字卫星通信系统 的重要组成部分。在国际卫星通信地球站中，对于中速率数据载波( i d r ) ，无论在 t c m i d r “1 或q p s k t d r “方式下，都采用级联编码方式，即外码+ 交织+ 内码的编码 方式，其中外码采用r s 码。j 。这样随机错误和突发错误都能有效纠正，大大降 低了误码率。因此研究数字卫星通信中r s 码译码的实现成为我们工作中的一个重 要课题。 由于对于不同速率的载波，需选择不同的r s 码和交织度，如果采用传统的硬 件设计方案，将大大增加译码设备的复杂性，这样开发一种通用的k s 码译码设备 就非常有意义。而超大规模集成电路技术的发展，特别是d s p ”“和f p b a ”及 a s i c 。技术的飞速发展，使设计一种通用的r s 码译码设备成为可能。在这一应用 中d s p 的优势尤为明显。r s 洋码在d s p 中用程序实现，为系统设计者提供了独 _ 卮二的灵活性，可以适应不刚的信道列数j j l i ：带宽和纠锚能力的要求。 本文对应用于数字卫星通信中的r s 码进行了分析，采用p g z 和删除译码算法 在d s p 上实现了r s 译码，给出了两利，译码方案的性能比较，同时解决了同步和去 交织问题，证明了以d s p 为核心设计r s 码通用译码设备是完全可行的。 第一章国际卫星地球站标准( ie s s ) 中r s 码的使用分析 在数字卫星通信中，由于环境的影响，以及外来的无线信号的干扰，使通 信的质量较有线信道差许多，必须设计合理的信道编译码部分，使其具有纠正随 机错误和突发错误的良好性能。在同时出现随机错误和突发错误的复合信道上， 住往发生一个错误时，波及后面一串数据，导致突发误码超过纠错码的纠错能力。 纠正突发错误的一种有效方法是以一个可以纠正随机错误的码为内码，而以一个 纠正突发错误性能良好的码作为外码。在这种方式下，内码起着为外码纠正突发 错误而扫清离散误码的作用，从而提高信道整体纠错能力。在国际卫星地球站标 准( i e s s ) 中，对于中速率数据载波( i d r ) ，无论在t c m i d r 或q p s k i d r 方式下， 部采用这种级联编码方式，即外码+ 交织+ 内码的编码方式，其中外码采用r s 码。 第一节卫星信道的编码问题 一、卫星信道的特点 较理想的卫星信道模型”具有以下两条原理性的特征：噪声分布是加性宽 频带白高斯噪声。传输延迟较大，同步地球卫星约是2 7 0 m s 。另外，在目前和 可能预见的将来，卫星转发器是功率受限，而带宽较不受限，有足够的带宽可用 才：扩展。因此采月j 编码来改善通信效率是特别有吸引力的。 刈于给定的锚拱性能，理想的h k 渊制系统在采f f j 或不采用特定编码电路时 所要求的e b n o 的差值，称为编码电路的编码增益，单位为d b 。编码增益在卫星 通信中特别有吸引力，因为在相同的错误性能时，它可以转换为减少发射功率 或减小天线尺寸，或增加数据速率。在i e s s “中对于中速率载波，在q p s k i d r 或t c m i d r 调制方式下，采用级联编码方式，其中外码采用r s 码。 二、r s 码概述 r s 码是类纠错能力很强的多进制b c h 码。r s 码用于纠正随机错误，也适用 于突发错误。 l 、r s 码的基本枞念。 设q 为一素数的幂，且( 】2 ，码元符号和码的生成多项式g ( x ) 的根同取自 g f ( q ) 的b c h 码称为r e e d s o l o m o n 码，简称为r s 码。在国际卫星地球站标准( i e s s ) 中所用的r s 码，域生成多项式为 p ( x 1 = x 8 + x7 + j ：+ x + 1 码生成多项式如下 g ( 。) ：1 衍k “) 上式中：n = 域生成多项式p ( x ) 的恨，p ( a ) = 0 t = 最大纠错数，如r s ( 2 1 9 ，2 0 1 ) ，t = 9 纠i f t 个错误的r s 码有如下参数 每个符号比特数m 恕个锐弓呵以磊成是迦罗华域( ；f ? ( ：”) 巾的个元素。 信息段k 符号 监督段n k = 2 t 符号 最小码距d = 2 t + l 2 、截短码 信道编码定理。”指出，随着码长n 的增加，译码错误概率以指数方式趋近于 零。因此为使纠错码有效，就必须使用长码。在实际应用中r s 码的码长用下面的 过程截短： ( 1 ) 在r s 码的编译码中，前q 个信息符号置“0 ”。 ( 2 ) 前q 个置“o ”符号不传送。 ( 3 ) 传送的码字包括n = ( n q ) r s 符号，其中信息段长度为k = ( k - q ) ，监督 段长度仍为( n - k ) = ( n 一k ) ，监督段长度和纠错能力不受影响。 图卜1 给出r s 码的结构“1 。 ， zli u 州卜ii “叫i 2 5 s 叫卜鬻 一 辛+ 。芝繁2 稼桊一嚣嚣销一 一 i “；￥ 图1 1 r e e ds o l o m o n 码结构 3 、r s 码的使用情况 r s 码在t c m i d r 方式下的使用情况见表卜1 ” 表卜1t c m i d r 方式r s 码的使用 载波信息速率r s 码交织度 类型 f k b , s )( n k )( j 一) s m a l lt c m i d r5 1 2( 2 1 9 2 0 1 ) 4 1 0 2 4 t c i d r1 5 4 4( 2 1 9 2 0 1 )8 2 0 4 8 6 3 1 2 8 4 4 8 3 2 0 6 4 ： 4 3 6 8 4 4 7 3 6 r s 码在o p s k i d r 方式下的使用情况见表卜2 表卜2 q p s k i d r 方式r s 码的使用 载波信息速率r s 码 交织度 类型( k b s )( n ，k ，t ) s m a 】l6 4 ( 1 2 6 ，1 1 2 ，7 )4 q p s k i d r1 2 8( 1 2 6 1 1 2 7 14 2 5 6 ( 1 2 6 ，1 1 2 ，7 )4 3 8 4 ( 1 2 6 ，1 1 2 ，7 ) 4 5 1 2 ( 1 2 6 ，1 1 2 ，7 )4 7 6 8 ( 1 2 6 ，1 1 2 ，7 )4 1 0 2 4( 1 2 6 ，1 1 2 ，7 )4 1 5 3 6 ( 1 2 6 1 1 2 ，7 ) 4 q p s k i d r1 5 4 4( 2 2 5 2 0 5 ，1 0 )4 2 0 4 8( 2 1 9 ，2 0 1 ，9 )4 6 3 1 2( 1 9 4 ，1 7 8 ，8 )4 8 4 4 8( 1 9 4 ，1 7 8 ，8 )4 3 2 0 6 4( 2 0 8 ，1 9 2 ，8 )4 3 4 3 6 8( 2 0 8 】9 2 ，8 )4 t 4 7 3 6( 2 0 8 1 9 2 ，8 )4 从上述两表中，可以看出对于不同调制方式不同速率的载波，应用的r s 码不 同，交织度也不同。如果考虑到在d v b ( d i g i t a l v i d e ob r o a d c a s t i n g ，数字视频 广播) 中应用的r s ( 2 0 4 ，1 8 8 ) ，它的域生成多项式和码生成多项式与上述两表都不 同，域生成多项式p ( 。) ：。s + x 4 + x 3 + x 2 + 1 ，码生成多项式为g g ) ：爿g 一口，) 译码设备的复杂度大大提高，因而用d s p 程序实现r s 译码是有效解决这一问题的 途径。 第二节级联码方案简介 在设计高可靠性数字系统时，需要采用错误检测和纠正( e d a c ) 技术。e d a c 具 有很多优点， 1 ) 前向纠错( f e c ) 使系统在通信信道有噪时仍达到数据的高可靠性。在数字通信 系统中，数据的完整性是一个重要问题。 2 ) 在数字通信系统中，通过其他手段提高性能( 如增加发射功率或采用低噪声器 件) 是很昂贵的，甚至是不可实现的，前向纠错( f e c ) 能产生有效的错误控制 和性能增益。 3 ) 为达到令人满意的数据完整性，设计者使用f e c 技术可以再不影响已有性能的 情况下降低系统造价。 在数字卫星通信系统中，为了? i ：低误码率，满足高质量数据通信的要求，采用 e u a c 技术。为使纠错码有效，就必须使 f j 长码。衄码长增加，码率7 应下降 译码设备复杂性与计算量也相应增加以致难以实现。为了解决这一矛盾，采用级 联码的方案，把编码过程分几级完成。工程实用常分为两级。利用分组码和卷积 码构造级联码，特别是外码应用r s 码、内码采用卷积码和维特比( v i t e r b i ) 译码 的级联码，不仅能够获得极低的输出误码率，而且与具有相同性能的其它码相比， 译码设备也较简单。 q p s k i d r 和t c m i d r 载波方式下，级联码的简化框图如下： ( 匿 1 翌3 固哿蛋矗蠢 七蒌卜吨蒌 耍) 哥纛 ! 一2 。p 5 k 1 0 8 载波级联码框图 ( 匿卜t 翌j 丑哥簇 t 匿卜吨蒌 1 盈) 卧藤 斟卜3t c h t ，7 i d r 载波级联码框图 两种方式的不同主要在内码的选择不同。的者采用卷积编码维特比译码，应 ， ， ， 、 用于1 n t 驴a 丁，( 雹际六代卫星通信地球站) ；后者采用网格编码，应用于 ， i t e l 鼢tv i ir 困际七代卫星通信地球站) 和j n s a t v i i i ( 国际八代卫星通信地 i 求衅，) 。而外码吉h 为【峪码 f 1 、应j l j 。f 菏；兄见f 弛述袤j j 、表】一2 。 第三节级联方案中交织、同步、加扰的实现方法 一、交织( i n t e r l e a v i n g ) 在读书时，分散的错字或缺字，从前后文可以联想后猜测出原字。如果连续的 一段缺字，就无从猜测得出来。在信号的传输过程中，连续的多个字出错时，再 好的解码器也不可能对其纠正。为了尽量避免多个字顺序出错，在发送端改变信 号的传送顺序，打乱后的字在接收端通过电路将其恢复后，就变成了间隔出错的 数字系列，这种处理方法就叫交织。 在级联方案中，内码的译码器产生的错误往往是突发性的。为了使内码译码 器输出的突发错误的发生率最小，减少r s 码字中错误符号的相关性，防止超过 r s 译码器的纠错能力，采用交织的办法：交织法的厉罄见图卜4 。在发送端，编 码序列在送入信道传输之前先通过一个“交织寄存器矩阵”。将输入序列逐行( 即 按a a 2 - a _ b b , - - b i e e ：e 7 的次序) 存入寄存器矩阵，存满以后，按列的次序取出， 再送入传输信道，见图1 j 。接收端收到后先将序列存到一个与发端相同的交织寄 存器矩阵，但按列的次序存入，存满以后，按行的次序取出然后送进解码器。由 于收发端存取的程序f 好相反，因此送进解码器的序列与编码器输出的序列次序 完全1 1 同，解码器丝毫感觉不出交织矩阿：的存在与否。为了说明交织的页结构， 图1 4 以i s ( 7 ，j ) ，交织度为4 为例。 交织度 l ，= 4 e 6e 5e je 3 e 2e 1e oa 6 a a 1a 3 a ， a 1a o ， f f 3p 2f if ob 6b jb b b 。b ， b o o d：2 j - g 2g 1g oc 6c ic 4c 3 c ， c lc ( _ 一2 h + d ： h 。d 6 d o ，d 3 。 l d ， d jd 。 ：2 。 - + d + 独特字字节 目l 一4 交织法原理幽 符号发送方向 图卜5 交织输出数据流 图1 4 中d 。定义如下d ，= f 纠dj ，e j d 。等于大于等于( n i ) 1 u 的最小整数。 交织法的具体使用情况见表卜1 ，表1 2 。 二、同步( s y n c h r o n i z a t i o n ) 为保证完整的r s 码字以正确的顺序到达r s 译码器，必须使去扰、去交织，r s 译码器同步。去扰、去交织，r s 译码的同步，是通过检测独特字( u w ) “。实现的。 ( 1 ) 独特字的定义 制字 独特字是剐以同步去扰、去交织，r s 译码的特定字节。它包括： 2 比特二进 - 二进制：0 1 0 1 1 0 1 00 0 0 0 1 1 1 11 0 i1 1 1 1 00 1 1 0 0 1 1 0 1 6 进制： 5 ao fb e 6 6 发送顺序是由最左边的比特依次发送。 ( 2 ) 独特字的插入 3 2 比特( 4 字节) 独特字是在r s 编码完成后插入的。在交织矩阵中，最后 两个连续的码字的最后两个r s 符号被独特字代替。如前述图l 一4 中，c 5 ，c 6 ，d 5 和d 6 ”1 四个校验符号，被独特字代替。独特字是以每1 6 个r s 码字周期性的插 入。在r s 译码时，用删除译码( e r a s h ed e c o d i n g ) 恢复出替代的符号。 ( 3 ) 同步的获取 3 2 比特独特字的检测是根据总汉明距d 门限e 。当相隔1 6 个r s 码字，连 续两次检测到汉明距d 都小于等于门限e = i 时，认为获取了同步。同步获取后， 如连续四次检测到汉明距d 大于等于e = 6 ，则认为己经失步。 三、加扰( s c r a m b li n g ) 为了避免数据中出现连续的l 或0 ，把串行的数据进行逐比特线性移位寄存 手段，使串行数掘更接近随机化，也就是接近0 、1 间置，使串行数据在频域内随 机变化。长j 圳 f j f i 0 或1 ，对化输系统会造成以下影响： ( 】) 会造成交洲串音： 。参 ( 2 ) 会造成传输系统失步 ( 3 ) 会造成均衡调节器信息丢失。 在数据传输系统中，在发送端首先对输入数据进行扰乱，就是将输入数据按 某种规律变换成长周期序列，使之具有足够的随机性。常用的解扰器由m 序列发 生器构成，见图卜6 ，将输入的二进制数据系列逐位地与m 序列发生器输出模二 相加，即完成了输入数据系列的扰乱。 00 100100l00l0 01 数据 图1 6 加扰和去扰原理图 一 上图中m 序列的多项式为1 + x “+ x “。每次插入独特字时，移位寄存器调入 初始序列“0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 ”。 堡垒些堡圭篁鱼垡坠：一 第二章d s p 处理器a d s p 2 1 8 1 的性能分析 信息化的基础是数字化。数字化的核心技术之一是数字信号处理。数字信号 处理的任务在很大程度上需要由d s p 器件来完成。d s p 技术已成为人们日益关注 的并得到迅速发展的前沿技术。数字信号处理器( d s p ) 内部采用哈佛结构，多总 线体制，设置了高速硬件乘法器，指令系统提供灵活的数据传送和多功能指令， 每条指令能以单处理器周期执行，因而具有高速运算和处理能力，能实时地实现 数字信号处理的某些理论和算法，在通信领域得到广泛应用。 尊 第一节a d s p 2 1 8 1 与通用处理器( g p p ) 的比较 a d s p 2 1 8 1 是a d ( a n a l o gd e v i c e s ) 公司九十年代末期产品，定点d s p 处理器， 为a d s p 2 1 0 0 系列产品，具有良好的兼容性，单5 v 供电，采用c m o s 工艺，具有较 低的功耗，1 2 8 脚t q f p 或p q f p 封装。a d s p 2 1 8 1 与通用处理器( g p p ) 的比较，有 如下特点： ( 1 ) 对密集的乘法运算的支持 g p p 要、j 专多个指令周期求做一次乘法。而a d s 2 1 8 1 使用专门的硬件来实现单 删；! f 】乘法，增i ! 了祟加器奇存器、j i t f ! 影个乘秘的 1 1 。累加器寄存器( 4 0 b i t ) 比其 他寄存器宽， j j i g ；l ：为结果b i t sr f o g j i g t 、ls ，水避免溢出。刚时，为了充分体现 号门的柔法一累加硬件的好处，a d s p 2 1 8 l 的指令集包含有显式的| a c 指令。 ( 2 ) 存储器结构 g p p 使用冯诺依曼存储器结构。这种结构中，只有一个存储器空间通过一组 总线( 一个地址总线和一个数据总线) 连接到处理器核。通常，做一次乘法会发 生4 次存储器访问，用掉至少四个指令周期。a d s p 2 1 8 1 采用了哈佛结构，将存储 器空间划分成两个，分别存储程序和数掘。它们有两组总线连接到处理器核，允 i - q ：同时对它们进行访问。这种安排将处理器存贮器的带宽加倍，更重要的是同时 为处理器核提供数据与指令。在这利，佑局下，a d s p 2 1 8 1 得以实现单周期的m a c 指 令。 还有一个问题，即现在典型的高性能g p p 实际上己包含两个片内高速缓存， - d 、是数据，一个是指令，它们直接连接到处理器核，以加快运行时的访问速度。 从物理上说，这种片内的双存储器和总线的结构几乎与哈佛结构的一样了。然而 从逻辑上说，两者还是有重要的区别。 g p p 使用控制逻辑来决定哪些数据和指令字存储在片内的高速缓存里，其程序 员并不加以指定( 也可能根本不知道) 。与此相反，a d s p 2 1 8 1 使用多个片内存储 器和多组总线来保证每个指令周期内存储器的多次访问。在使用a d s p 2 1 8 l 时，程 序员要明确地控制哪些数据和指令要存储在片内存储器中。程序员在写程序时， 必须保证处理器能够有效地使用其双总线。 【： ) 零开销循环 i ) s p 算法的一个特点是大多数的处理时问足花在执行较小的循环上，因此 吣f ，2 l ，l 何专f 的硬件，川r 零丌钔循环“。所旧釜玎销循珂：是指处理器在执行 循环时，不用花时问去检查循环计数器的值、条件转移到循环的顶部、将循环计 数器减l 。 与此相反，g p p 的循环使用软件来实现。 ( 4 ) 定点计算 a d s p