Viterbi譯碼器STEL-2060C及其應用 (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，糾錯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用，它與卷積編碼共同完成前向糾錯以改進在多噪及衰落信道下譯碼的準確性、增強數(shù)字通信系統(tǒng)的性能。inter公司生產的stel-2060c則是專門設計的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)加擾來防止調制信號中存在的長1或長0串。

stel-2060c的特點
　　stel-2060c具有以下典型特征：具有45mbps的運行速率；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；具有內部解收縮、自適應同步能力；優(yōu)化的接口以便與bpsk或qpsk解調器協(xié)同工作；具有差分譯碼器、解擾器、內部ber監(jiān)視器及其測量電路；在誤比特率時有5.2db的編碼增益；多個stel-2060c芯片復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是譯碼器的輸入時鐘，是一個最高頻率為45mhz的方波。當系統(tǒng)處于內部收縮模式時，它是譯碼器中所有內部同步功能部件的參考時鐘；在外部收縮模式下，它由symckin輸入鐘產生，同時dclkin輸入管腳接地。
　　● symckin是符號調整及解收縮電路的內部參考時鐘，是最高頻率為90mhz的方波，在并行輸入模式下其頻率應等于fdclkin/2r，串行模式下的頻率為fdclkin/r，其中的r是當使用內部解收縮模式時的譯碼速率。
　　● g12-0，g22-0：譯碼器輸入的3位軟判決符號，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，符號以并行方式輸入，g1符號使用g12-0管腳、g2符號使用g22-0管腳；當parl為低時數(shù)據(jù)串行輸入，g1、g2符號均使用g12-0管腳。
　　● count7-0是8位輸入，定義了當extsel輸入為高時，信號在自適應同步電路中的時間長短，若該時間段內的再歸一化計數(shù)值超過了自適應同步門限值，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extsel為高時自適應同步的門限數(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，關于count7-0及thr7-0的信息就從相對應的管腳得到；當設置為低時關于兩者的信息從寫入地址0和1的數(shù)據(jù)中得到。
　　● pncg1、pncg2這兩個管腳設置為低時使用內部解收縮方式；當其均為高時，說明符號g1和g2在編碼器端都進行了收縮過程，那么符號會在時鐘symckin的上升沿持續(xù)期，且當pncg1和pncg2為高時進行解收縮。
　　● oos輸出管腳作為系統(tǒng)失步的標志，當其為高時意味著內部自適應同步電路的再歸一化計數(shù)值已超過了由thr7-0信號所設置的門限值，即只要系統(tǒng)處于失步狀態(tài)則oos一直為高。
　　● auto是從內部自適應同步電路中反饋回的信號，每次當再歸一化計數(shù)值超過自適應同步門限值，即系統(tǒng)失步時，在dclkin的一個時鐘周期內給出一高脈沖；注意當應用內部自適應同步電路時，該輸出端應與輸入管腳sync相連。
　　● data7-0是數(shù)據(jù)線，所有的輸入、輸出及控制信號都通過該數(shù)據(jù)線進入系統(tǒng)。

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

　　自適應同步
　　在使用stel-2060c vb譯碼器的通信系統(tǒng)中，只有當輸入符號g1和g2以正確的順序輸入到譯碼器時，譯碼器才能正確工作，那么如何辨別出符號g1和g2就是自適應同步要解決的問題。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)進行周期性地歸一化使其保持在要求的數(shù)值范圍內。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)，需要進行自適應同步。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8位數(shù)，由輸入給出，當再歸一化計數(shù)超過門限參數(shù)值時，oos輸出高電平，auto輸出在一個時鐘周期內給出一高電平（如圖2計數(shù)窗n所示）。最合適的門限設置取決于信噪比的數(shù)值、碼率以及g1和g2輸入端的信號電平。若輸入的信號幅度達到最大峰值，則門限初始值的確定根據(jù)不同的碼率來設定，若想得到更可靠的結果，可以通過較長時間段內的數(shù)值平均過程得到，但這同時也增加了系統(tǒng)判決時間。

　　為了使系統(tǒng)能快速地進入同步態(tài)，剛開始時的平均時間應較小，然后逐步增加平均時間同時調整門限，一旦達到了正確的同步狀態(tài)則系統(tǒng)失步的可能性就較小。應用時應該注意，使用內部的自適應同步功能，輸出auto應與輸入時鐘sync相連；另外，應注意設備的線路延遲會影響到自適應同步狀態(tài)，所以當多個stel-2060c芯片復合并行使用以提高系統(tǒng)數(shù)據(jù)速率時，應使所有芯片同時重新置位（reset）來保證這些芯片具有相同的自適應同步狀態(tài)以均衡線路延遲。

stel-2060c應用舉例
　　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)字信號處理、數(shù)字通信、計算機及網(wǎng)絡、微電子等高新技術于一身的高科技產物，其發(fā)展得到各國的廣泛關注。當數(shù)字視頻廣播信號通過地面信道傳播時，由于地面信道特性變化劇烈，信號幅度、相位的變化，多徑的時延和幅度的變化速度都遠比衛(wèi)星和有線電纜信道復雜，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接收機調制端相反，均衡后的數(shù)據(jù)送入解映射模塊，根據(jù)不同的星座圖解調出相應的比特數(shù)據(jù)，由于后面要進行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可信度較高的“軟信息”。由于衰落的頻率選擇性，被調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；再經過解內交織（解符號交織和解比特交織），將信道傳輸中的突發(fā)錯誤進行離散化，以提高糾錯碼的利用效率，然后數(shù)據(jù)送入前相糾錯fec的viterbi內碼譯碼模塊，再經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vb譯碼器的一個比較通用的例子，該系統(tǒng)采用bpsk或qpsk調制方式把數(shù)據(jù)流調制到45mbps的速率上，使系統(tǒng)具有較強的抗噪聲能力以減少誤比特率。應該注意，若要采用卷積編碼，系統(tǒng)應具備足夠的帶寬以傳送高速率符號。此外，stel-2060c是以同步的方式接收符號的，用戶可利用symckin輸入鐘控制符號按時鐘讀入，當使用symckin的45mbps頻率（parl為高）時，最大的數(shù)據(jù)速率為45mbps；若使用symckin的90mbps頻率（parl為低）時，相應的最大數(shù)據(jù)速率是90mbps。

結束語
　　intel公司生產的stel-2060c viterbi譯碼器結構簡單，自適應同步速度快，效率高，可廣泛地應用于高清晰度數(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。