git.gag.com Git - debian/gnuradio/blob - gr-trellis/src/examples/fsm_utils.py

   1 #!/usr/bin/env python
   2 #
   3 # Copyright 2004 Free Software Foundation, Inc.
   4 #
   5 # This file is part of GNU Radio
   6 #
   7 # GNU Radio is free software; you can redistribute it and/or modify
   8 # it under the terms of the GNU General Public License as published by
   9 # the Free Software Foundation; either version 3, or (at your option)
  10 # any later version.
  11 #
  12 # GNU Radio is distributed in the hope that it will be useful,
  13 # but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  14 # MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  15 # GNU General Public License for more details.
  16 #
  17 # You should have received a copy of the GNU General Public License
  18 # along with GNU Radio; see the file COPYING.  If not, write to
  19 # the Free Software Foundation, Inc., 51 Franklin Street,
  20 # Boston, MA 02110-1301, USA.
  21 #
  22
  23
  24 import re
  25 import math
  26 import sys
  27 import operator
  28 import numpy
  29 import scipy.linalg
  30
  31 from gnuradio import trellis
  32
  33
  34
  35 ######################################################################
  36 # Decimal to any base conversion.
  37 # Convert 'num' to a list of 'l' numbers representing 'num'
  38 # to base 'base' (most significant symbol first).
  39 ######################################################################
  40 def dec2base(num,base,l):
  41     s=range(l)
  42     n=num
  43     for i in range(l):
  44         s[l-i-1]=n%base
  45         n=int(n/base)
  46     if n!=0:
  47         print 'Number ', num, ' requires more than ', l, 'digits.'
  48     return s
  49
  50
  51 ######################################################################
  52 # Conversion from any base to decimal.
  53 # Convert a list 's' of symbols to a decimal number
  54 # (most significant symbol first)
  55 ######################################################################
  56 def base2dec(s,base):
  57     num=0
  58     for i in range(len(s)):
  59         num=num*base+s[i]
  60     return num
  61
  62
  63
  64
  65 ######################################################################
  66 # Automatically generate the lookup table that maps the FSM outputs
  67 # to channel inputs corresponding to a channel 'channel' and a modulation
  68 # 'mod'. Optional normalization of channel to unit energy.
  69 # This table is used by the 'metrics' block to translate
  70 # channel outputs to metrics for use with the Viterbi algorithm.
  71 # Limitations: currently supports only one-dimensional modulations.
  72 ######################################################################
  73 def make_isi_lookup(mod,channel,normalize):
  74     dim=mod[0]
  75     constellation = mod[1]
  76
  77     if normalize:
  78         p = 0
  79         for i in range(len(channel)):
  80             p = p + channel[i]**2
  81         for i in range(len(channel)):
  82             channel[i] = channel[i]/math.sqrt(p)
  83
  84     lookup=range(len(constellation)**len(channel))
  85     for o in range(len(constellation)**len(channel)):
  86         ss=dec2base(o,len(constellation),len(channel))
  87         ll=0
  88         for i in range(len(channel)):
  89             ll=ll+constellation[ss[i]]*channel[i]
  90         lookup[o]=ll
  91     return (1,lookup)
  92
  93
  94
  95
  96
  97
  98 ######################################################################
  99 # Automatically generate the signals appropriate for CPM
 100 # decomposition.
 101 # This decomposition is based on the paper by B. Rimoldi
 102 # "A decomposition approach to CPM", IEEE Trans. Info Theory, March 1988
 103 # See also my own notes at http://www.eecs.umich.edu/~anastas/docs/cpm.pdf
 104 ######################################################################
 105 def make_cpm_signals(K,P,M,L,q,frac):
 106
 107     Q=numpy.size(q)/L
 108     h=(1.0*K)/P
 109     f0=-h*(M-1)/2
 110     dt=0.0; # maybe start at t=0.5
 111     t=(dt+numpy.arange(0,Q))/Q
 112     qq=numpy.zeros(Q)
 113     for m in range(L):
 114        qq=qq + q[m*Q:m*Q+Q]
 115     w=math.pi*h*(M-1)*t-2*math.pi*h*(M-1)*qq+math.pi*h*(L-1)*(M-1)
 116
 117     X=(M**L)*P
 118     PSI=numpy.empty((X,Q))
 119     for x in range(X):
 120        xv=dec2base(x/P,M,L)
 121        xv=numpy.append(xv, x%P)
 122        qq1=numpy.zeros(Q)
 123        for m in range(L):
 124           qq1=qq1+xv[m]*q[m*Q:m*Q+Q]
 125        psi=2*math.pi*h*xv[-1]+4*math.pi*h*qq1+w
 126        #print psi
 127        PSI[x]=psi
 128     PSI = numpy.transpose(PSI)
 129     SS=numpy.exp(1j*PSI) # contains all signals as columns
 130     #print SS
 131
 132
 133     # Now we need to orthogonalize the signals
 134     F = scipy.linalg.orth(SS) # find an orthonormal basis for SS
 135     #print numpy.dot(numpy.transpose(F.conjugate()),F) # check for orthonormality
 136     S = numpy.dot(numpy.transpose(F.conjugate()),SS)
 137     #print F
 138     #print S
 139
 140     # We only want to keep those dimensions that contain most
 141     # of the energy of the overall constellation (eg, frac=0.9 ==> 90%)
 142     # evaluate mean energy in each dimension
 143     E=numpy.sum(numpy.absolute(S)**2,axis=1)/Q
 144     E=E/numpy.sum(E)
 145     #print E
 146     Es = -numpy.sort(-E)
 147     Esi = numpy.argsort(-E)
 148     #print Es
 149     #print Esi
 150     Ecum=numpy.cumsum(Es)
 151     #print Ecum
 152     v0=numpy.searchsorted(Ecum,frac)
 153     N = v0+1
 154     #print v0
 155     #print Esi[0:v0+1]
 156     Ff=numpy.transpose(numpy.transpose(F)[Esi[0:v0+1]])
 157     #print Ff
 158     Sf = S[Esi[0:v0+1]]
 159     #print Sf
 160
 161
 162     return (f0,SS,S,F,Sf,Ff,N)
 163     #return f0
 164
 165
 166
 167
 168 ######################################################################
 169 # A list of common modulations.
 170 # Format: (dimensionality,constellation)
 171 ######################################################################
 172 pam2 = (1,[-1, 1])
 173 pam4 = (1,[-3, -1, 3, 1])               # includes Gray mapping
 174 pam8 = (1,[-7, -5, -3, -1, 1, 3, 5, 7])
 175
 176 psk4=(2,[1, 0, \
 177          0, 1, \
 178          0, -1,\
 179         -1, 0])                         # includes Gray mapping
 180 psk8=(2,[math.cos(2*math.pi*0/8), math.sin(2*math.pi*0/8),  \
 181          math.cos(2*math.pi*1/8), math.sin(2*math.pi*1/8),  \
 182          math.cos(2*math.pi*2/8), math.sin(2*math.pi*2/8),  \
 183          math.cos(2*math.pi*3/8), math.sin(2*math.pi*3/8),  \
 184          math.cos(2*math.pi*4/8), math.sin(2*math.pi*4/8),  \
 185          math.cos(2*math.pi*5/8), math.sin(2*math.pi*5/8),  \
 186          math.cos(2*math.pi*6/8), math.sin(2*math.pi*6/8),  \
 187          math.cos(2*math.pi*7/8), math.sin(2*math.pi*7/8)])
 188
 189 orth2 = (2,[1, 0, \
 190             0, 1])
 191 orth4=(4,[1, 0, 0, 0, \
 192           0, 1, 0, 0, \
 193           0, 0, 1, 0, \
 194           0, 0, 0, 1])
 195
 196 ######################################################################
 197 # A list of channels to be tested
 198 ######################################################################
 199
 200 # C test channel (J. Proakis, Digital Communications, McGraw-Hill Inc., 2001)
 201 c_channel = [0.227, 0.460, 0.688, 0.460, 0.227]
 202
 203
 204
 205
 206
 207
 208
 209
 210
 211
 212 if __name__ == '__main__':
 213     f1=trellis.fsm('fsm_files/awgn1o2_4.fsm')
 214     #f2=trellis.fsm('fsm_files/awgn2o3_4.fsm')
 215     #print f1.I(), f1.S(), f1.O()
 216     #print f1.NS()
 217     #print f1.OS()
 218     #print f2.I(), f2.S(), f2.O()
 219     #print f2.NS()
 220     #print f2.OS()
 221     ##f1.write_trellis_svg('f1.svg',4)
 222     #f2.write_trellis_svg('f2.svg',4)
 223     #f=fsm_concatenate(f1,f2)
 224     #f=fsm_radix(f1,2)
 225
 226     #print "----------\n"
 227     #print f.I(), f.S(), f.O()
 228     #print f.NS()
 229     #print f.OS()
 230     #f.write_trellis_svg('f.svg',4)
 231
 232     q=numpy.arange(0,8)/(2.0*8)
 233     (f0,SS,S,F,Sf,Ff,N) = make_cpm_signals(1,2,2,1,q,0.99)
 234