Viterbi譯碼器STEL-2060C及其應(yīng)用 (圖)

前言
　　提高信息傳輸?shù)目煽啃院陀行允冀K是通信工作所追求的目標(biāo)，糾錯(cuò)碼是提高信息傳輸可靠性的一種重要手段，而viterbi譯碼器作為很有效的信道編碼方式得到廣泛應(yīng)用，它與卷積編碼共同完成前向糾錯(cuò)以改進(jìn)在多噪及衰落信道下譯碼的準(zhǔn)確性、增強(qiáng)數(shù)字通信系統(tǒng)的性能。inter公司生產(chǎn)的stel-2060c則是專門設(shè)計(jì)的vb譯碼器，該芯片中還提供了誤比特率ber監(jiān)視器及解擾器，該解擾器可允許發(fā)端對數(shù)據(jù)加擾來防止調(diào)制信號(hào)中存在的長1或長0串。

stel-2060c的特點(diǎn)
　　stel-2060c具有以下典型特征：具有45mbps的運(yùn)行速率；允許收縮的碼率范圍寬，可為1/2、2/3、3/4、4/5、5/6、6/7、7/8；具有內(nèi)部解收縮、自適應(yīng)同步能力；優(yōu)化的接口以便與bpsk或qpsk解調(diào)器協(xié)同工作；具有差分譯碼器、解擾器、內(nèi)部ber監(jiān)視器及其測量電路；在誤比特率時(shí)有5.2db的編碼增益；多個(gè)stel-2060c芯片復(fù)合并行使用可給系統(tǒng)提供更高的數(shù)據(jù)速率。

　　圖1是stel-2060c的原理框圖，其中的一些主要管腳功能簡述如下。
　　● dclkin是譯碼器的輸入時(shí)鐘，是一個(gè)最高頻率為45mhz的方波。當(dāng)系統(tǒng)處于內(nèi)部收縮模式時(shí)，它是譯碼器中所有內(nèi)部同步功能部件的參考時(shí)鐘；在外部收縮模式下，它由symckin輸入鐘產(chǎn)生，同時(shí)dclkin輸入管腳接地。
　　● symckin是符號(hào)調(diào)整及解收縮電路的內(nèi)部參考時(shí)鐘，是最高頻率為90mhz的方波，在并行輸入模式下其頻率應(yīng)等于fdclkin/2r，串行模式下的頻率為fdclkin/r，其中的r是當(dāng)使用內(nèi)部解收縮模式時(shí)的譯碼速率。
　　● g12-0，g22-0：譯碼器輸入的3位軟判決符號(hào)，根據(jù)輸入端parl和rate2-0（rate2-0提供譯碼速率的選擇）的狀態(tài)可串行或并行輸入給譯碼器。
　　● parl為高時(shí)，符號(hào)以并行方式輸入，g1符號(hào)使用g12-0管腳、g2符號(hào)使用g22-0管腳；當(dāng)parl為低時(shí)數(shù)據(jù)串行輸入，g1、g2符號(hào)均使用g12-0管腳。
　　● count7-0是8位輸入，定義了當(dāng)extsel輸入為高時(shí)，信號(hào)在自適應(yīng)同步電路中的時(shí)間長短，若該時(shí)間段內(nèi)的再歸一化計(jì)數(shù)值超過了自適應(yīng)同步門限值，則意味著系統(tǒng)處于失步狀態(tài)。
　　● thr7-0的8位輸入定義了當(dāng)extsel為高時(shí)自適應(yīng)同步的門限數(shù)值大小，該門限值為系統(tǒng)是處于失步還是同步狀態(tài)提供參考。
　　● extsel輸入為高時(shí)，關(guān)于count7-0及thr7-0的信息就從相對應(yīng)的管腳得到；當(dāng)設(shè)置為低時(shí)關(guān)于兩者的信息從寫入地址0和1的數(shù)據(jù)中得到。
　　● pncg1、pncg2這兩個(gè)管腳設(shè)置為低時(shí)使用內(nèi)部解收縮方式；當(dāng)其均為高時(shí)，說明符號(hào)g1和g2在編碼器端都進(jìn)行了收縮過程，那么符號(hào)會(huì)在時(shí)鐘symckin的上升沿持續(xù)期，且當(dāng)pncg1和pncg2為高時(shí)進(jìn)行解收縮。
　　● oos輸出管腳作為系統(tǒng)失步的標(biāo)志，當(dāng)其為高時(shí)意味著內(nèi)部自適應(yīng)同步電路的再歸一化計(jì)數(shù)值已超過了由thr7-0信號(hào)所設(shè)置的門限值，即只要系統(tǒng)處于失步狀態(tài)則oos一直為高。
　　● auto是從內(nèi)部自適應(yīng)同步電路中反饋回的信號(hào)，每次當(dāng)再歸一化計(jì)數(shù)值超過自適應(yīng)同步門限值，即系統(tǒng)失步時(shí)，在dclkin的一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)給出一高脈沖；注意當(dāng)應(yīng)用內(nèi)部自適應(yīng)同步電路時(shí)，該輸出端應(yīng)與輸入管腳sync相連。
　　● data7-0是數(shù)據(jù)線，所有的輸入、輸出及控制信號(hào)都通過該數(shù)據(jù)線進(jìn)入系統(tǒng)。

　　收縮（增信刪余）與解收縮
　　收縮（亦可稱為增信刪余，punctured）、解收縮及自適應(yīng)同步是該vb譯碼器的關(guān)鍵，這里簡單介紹其基本原理并指出在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)該注意的地方。
　　stel-2060c中分為外部和內(nèi)部兩種解收縮方式。外部解收縮模式適用于所有碼率，通過pncg1和pncg2輸入信號(hào)指示出在編碼器中哪個(gè)符號(hào)進(jìn)行了收縮過程。當(dāng)其中的一個(gè)信號(hào)為高電平時(shí)，相應(yīng)符號(hào)輸入端的數(shù)據(jù)會(huì)被忽略，在符號(hào)g1或g2的已收縮符號(hào)處補(bǔ)0來完成解收縮。內(nèi)部解收縮模式支持碼率為2/3、3/4、7/8的序列，自適應(yīng)同步過程會(huì)自動(dòng)查找正確的刪余位置并將收縮符號(hào)重新插入來實(shí)現(xiàn)解收縮。應(yīng)用時(shí)注意用來將符號(hào)讀入、讀出的時(shí)鐘symckin和dclkin，這兩個(gè)時(shí)鐘的速率根據(jù)使用模式及碼率的不同而變化。在stel-2060c的解收縮電路中，首先應(yīng)使輸入符號(hào)與symckin時(shí)鐘信號(hào)同步，并注意電路中有內(nèi)部定時(shí)要求，即dclkin鐘的下降沿應(yīng)比symckin鐘的上升沿相差最少8ns的數(shù)值，否則在數(shù)據(jù)傳送過程中會(huì)出現(xiàn)差錯(cuò)。

　　自適應(yīng)同步
　　在使用stel-2060c vb譯碼器的通信系統(tǒng)中，只有當(dāng)輸入符號(hào)g1和g2以正確的順序輸入到譯碼器時(shí)，譯碼器才能正確工作，那么如何辨別出符號(hào)g1和g2就是自適應(yīng)同步要解決的問題。該芯片利用已收到的數(shù)據(jù)序列對系統(tǒng)持續(xù)變化的參數(shù)進(jìn)行周期性地歸一化使其保持在要求的數(shù)值范圍內(nèi)。若再歸一化過程發(fā)生的過于頻繁，則暗示著系統(tǒng)沒有收斂，處于失步狀態(tài)，需要進(jìn)行自適應(yīng)同步。再歸一化的速率是由門限參數(shù)決定的，門限參數(shù)是一個(gè)8位數(shù)，由輸入給出，當(dāng)再歸一化計(jì)數(shù)超過門限參數(shù)值時(shí)，oos輸出高電平，auto輸出在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)給出一高電平（如圖2計(jì)數(shù)窗n所示）。最合適的門限設(shè)置取決于信噪比的數(shù)值、碼率以及g1和g2輸入端的信號(hào)電平。若輸入的信號(hào)幅度達(dá)到最大峰值，則門限初始值的確定根據(jù)不同的碼率來設(shè)定，若想得到更可靠的結(jié)果，可以通過較長時(shí)間段內(nèi)的數(shù)值平均過程得到，但這同時(shí)也增加了系統(tǒng)判決時(shí)間。

　　為了使系統(tǒng)能快速地進(jìn)入同步態(tài)，剛開始時(shí)的平均時(shí)間應(yīng)較小，然后逐步增加平均時(shí)間同時(shí)調(diào)整門限，一旦達(dá)到了正確的同步狀態(tài)則系統(tǒng)失步的可能性就較小。應(yīng)用時(shí)應(yīng)該注意，使用內(nèi)部的自適應(yīng)同步功能，輸出auto應(yīng)與輸入時(shí)鐘sync相連；另外，應(yīng)注意設(shè)備的線路延遲會(huì)影響到自適應(yīng)同步狀態(tài)，所以當(dāng)多個(gè)stel-2060c芯片復(fù)合并行使用以提高系統(tǒng)數(shù)據(jù)速率時(shí)，應(yīng)使所有芯片同時(shí)重新置位（reset）來保證這些芯片具有相同的自適應(yīng)同步狀態(tài)以均衡線路延遲。

stel-2060c應(yīng)用舉例
　　stel-2060c可用于多種不同的通信環(huán)境中，這里給出兩個(gè)例子。
　　hdtv中的vb譯碼器
　　高清晰度數(shù)字電視是集數(shù)字信號(hào)處理、數(shù)字通信、計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)、微電子等高新技術(shù)于一身的高科技產(chǎn)物，其發(fā)展得到各國的廣泛關(guān)注。當(dāng)數(shù)字視頻廣播信號(hào)通過地面信道傳播時(shí)，由于地面信道特性變化劇烈，信號(hào)幅度、相位的變化，多徑的時(shí)延和幅度的變化速度都遠(yuǎn)比衛(wèi)星和有線電纜信道復(fù)雜，因此必須采取信道編碼措施來降低系統(tǒng)的誤碼率，采用了vb算法的viterbi譯碼器就是一種很有效的信道編碼方法。
　　與dvb-t接收機(jī)調(diào)制端相反，均衡后的數(shù)據(jù)送入解映射模塊，根據(jù)不同的星座圖解調(diào)出相應(yīng)的比特?cái)?shù)據(jù)，由于后面要進(jìn)行viterbi譯碼，而軟判決譯碼比硬判決譯碼具有更高的可信度，所以解映射需要給出一個(gè)可信度較高的“軟信息”。由于衰落的頻率選擇性，被調(diào)制到高信噪比載波上的數(shù)據(jù)相對于低信噪比載波上傳送的數(shù)據(jù)，先驗(yàn)可知具有更高的判決可靠性，所以為了軟判決度量的“公平性”，同時(shí)提取出信道狀態(tài)信息（csi），并將其疊加到軟判決信息中；再經(jīng)過解內(nèi)交織（解符號(hào)交織和解比特交織），將信道傳輸中的突發(fā)錯(cuò)誤進(jìn)行離散化，以提高糾錯(cuò)碼的利用效率，然后數(shù)據(jù)送入前相糾錯(cuò)fec的viterbi內(nèi)碼譯碼模塊，再經(jīng)rs碼同步等過程得到最終的數(shù)據(jù)碼流。

　　使用了vb譯碼的通信系統(tǒng)
　　圖4是有關(guān)vb譯碼器的一個(gè)比較通用的例子，該系統(tǒng)采用bpsk或qpsk調(diào)制方式把數(shù)據(jù)流調(diào)制到45mbps的速率上，使系統(tǒng)具有較強(qiáng)的抗噪聲能力以減少誤比特率。應(yīng)該注意，若要采用卷積編碼，系統(tǒng)應(yīng)具備足夠的帶寬以傳送高速率符號(hào)。此外，stel-2060c是以同步的方式接收符號(hào)的，用戶可利用symckin輸入鐘控制符號(hào)按時(shí)鐘讀入，當(dāng)使用symckin的45mbps頻率（parl為高）時(shí)，最大的數(shù)據(jù)速率為45mbps；若使用symckin的90mbps頻率（parl為低）時(shí)，相應(yīng)的最大數(shù)據(jù)速率是90mbps。

結(jié)束語
　　intel公司生產(chǎn)的stel-2060c viterbi譯碼器結(jié)構(gòu)簡單，自適應(yīng)同步速度快，效率高，可廣泛地應(yīng)用于高清晰度數(shù)字電視、無線局域網(wǎng)、衛(wèi)星通信等多種數(shù)傳系統(tǒng)中。