Свою статью я решила посветить аппаратной реализацией турбо-кодеров и декодеров, рассмотерть  на примере АНА4541 устройство подобных микросхем, а так же кратко рассказать о других платах, которые нужны для решения тех же задач кодирования-декодирования с помощью турбокодов.
АНА4541 выпускается фирмой АНА для решения задач канального кодирования. Это турбо-кодер и декодер на одной плате, которые позволяют эффективно справляться с исправлением ошибок в передаваемых данных.
АНА4541 это устройство, реализованное на одном чипе и служащее для канального кодирования и иправления ошибок, которые возникают при передаче информации. Кодер и декодер данной микросхемы поддерживают скорость входных данных 311  Мбит/с. Канальная скорость может достигать 360 Мбит/с.
 Устройство включает в себя кодер и декодер и может работать в режиме полного дуплекса. Для повышения эффективности турбо-кодирвания  включена поддержка сверточного перемежения со спиральным сканированием, возможность вставки и обнаружения  маркеров синхронизации, вычисление контрольной смуммы, скремблирование.
Рисунок 1 показывает структурную схему функционального блока устройства. Канальный интерфейс поддерживает прямое соединение с различными модуляторами и демодуляторами. Рассмотрим более подробно процесс кодирования. Кодирование в данной микросхеме проходит по байтам. Перед началом кодирования вычисляется контрольная сумма и данные скремблируются. После этого начинается непосредственно процесс кодирования турбо-кодом, одним из этапов которого является спиральное перемежение. Так же  добавляются  маркеры синхронизации, для облегчения процесса декодирования. Далее данные отображаются соответственно выбранному коду и отправляются на выход устройства.  Декодер получает данные в виде синфазной и квадратурной компоненты  или, как альтернатива, используется  мягкое декодирование от внешнего демодулятора. Встроенный блок синхронизации производит поиск маркеров, и «вращает», подстраивает фазу, если это необходимо. После этого данные проходят сверточное деперемежение со спиральным сканированием и декодируются турбо-декодером. Данные поступающие с выхода декодера дескремблируются и вычисляется контрольная сумма, чтобы установиться целостность пакета. Декодированные данные поступают на выход параллельно в побайтном виде.
Внутреннее устройство схемы похволяет подавать данные одновременно на все порты, создавая сплошной поток. В добавление к этому используется внешний вход VCO, который позволяет создать отсчеты данных, которые сильно упрощают вопрос синхронизации.
 Рисунок 1. Структурная схема функционального блока устройства.
 Таблица 1 показывает список кодов, которые поддерживаются микросхемой. Нужно учитывать, что список этот далеко не полон. Каждый из указанных кодов может быть укорочен, для достижения меньшенго объема блоков, с небольшим изменением скорости кода.
Таблица 1.
 
Далее я приведу некторые характеристики микросхемы АНА4541.
Производительность:
  • Максимальная скорость до 360 Мбит/с,  311 Мбит/с максимальная  скорость поступления данных на кодер
  • Символьная скорость до 90 Мсимволов /с
  • Pадержка кодирования меньше 10 тактовых импульсов
  • Встроенные кодер-декодер,скремблер-дескремблер,перемежитель-деперемежитель для работы в режиме полного дуплекса
  • Поддерживает улучшенные турбокоды для достижения наилучшего ОСШ
Гибкость:
  • Поддерживает коды с различной  скоростью. От 0,25 до 0,98
  • Кодер и декодер могут реализовывать различное количество итераций, до 256 на блок
  • Размеры блока от 256 бит до 16 кбит,
  • Возможно по желанию запрограммировать укороченные коды, чтобы повысить скорость раюоты устройства. Так же возможно программировать поддержание точного произвольного размера блоков
  • Устройство вычисляет контрольную сумму каждые 32 бита. Длина контрольной суммы так же программируемая и может достигать 32 бит.
Канальный интерфейс:
  • Имеет синфазный и квадратурный входы  до 8 бит каждый,
  • Поддерживает мягкое декодирование до 4 оценок  по 4 бита в каждой,
  • Вычисление мягких оценок  для BPSK, QPSK, 8-PSK, 16-QAM, 64-QAM и 256-QAM
  • Поддерживает дополнительнеы форматы модуляции с внешних устройств
  • Программируемая синхронизация
  • Автоматическое роазрешение фазовых неоднозначностей
  • Поддерживает вставку и обнаружение меток синхронизации  до 32 бит длиной
  • 8 битное параллельное поступление данных на вход и выход
  • Поддержка внешнего VCO для создания синхроимпульсов.
Использутеся интерфейс, совместимый с процессорами intel или Motorola. Напряжение на входах и выхолах устройства  3,3 В , напряжение внутри платы 1,8 В.
Одна из особенностей этой микросхемы в  том, что пользователь сам программирует код, который нужен в данный момент. Если какие-то блоки оказываются не нужны, их можно оставить нерабочими, что уменьшит энергозатраты и время работы устройства.
На рисунке 2 приведена зависимость вероятности битовой ошибки от ОСШ при использовании модуляции QPSK для различных кодов.
 
Рисунок 2.
На рисунке 3 представлена  зависимость вероятности битовой ошибки от ОСШ при использовании QAM 64.
 
Рисунок 3.
 На этих рисунках мы может видеть, что при использовании кодирования с разными скоростями и длинами кодов подучаются разные вероятности ошибки при одних и тех ОСШ. Поэтому важно иметь возможность выбирать самому с помощью программирования оптимальный для конкретных условий вариант кода. Как говорилось выше, данная микросхема позволяет это делать.
В данной статье я попыталась рассказать вам о аппаратной реализации турбо кодеров-декодеров на примере миросхемы АНА4541. Хочется отметить, что это далеко не единственное устройство, осуществляющее операцию кодирования-декодирования с помощью турбо-кодов, выпущенной на рынок компанием АНА. В продаже имеется целая линейка подобных плат, которые отличаются своими параметрами, возможностями, совместимостью с другими устройствами. Данная микросхема на сегодняшний день является самой прогрессивной и эффективной разработкой фирмы АНА подобной направленности. У самых медленных, например AHA4501, скорость поступления данных на вход всего лишь 36 Мбит/с, и для кодирование возможно использование в ней только кода Рида-Соломона, для декодирования алгоритма Витерби. Это была самая первая плата, реализующая кодирование-декодирование с помощью турбо-кодов.
В целом можно сказать, что это направление продолжает развиваться, и производители предлагают все более компактные, удобные и быстрые схемы, хорошо адаптированные к работе совместно с другими устройствами.
Список используемой литературы:
http://www.aha.com/show_prod_type.php?id=1