Анализ эффективности турбокодов в системах обработки и передачи данных

• Автор: Небаев, Игорь Алексеевич
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 170 с. : ил.

Оглавление
Введение
1 Анализ методов турбокодирования и алгоритмов предварительной обработки информации в системах передачи данных
1.1 Анализ принципов формирования многомерных блочных турбокодов
1.2 Анализ принципов формирования параллельных сверточных турбокодов
1.2.1 Особенности реализации систематических сверточных кодов в составе турбокодера
1.2.2 Особенности применения рекурсивных сверточных кодов в составе турбокодера
1.3 Анализ метода завершения кодовой решетки сверточных турбокодов и его
влияние на кодовую скорость
1.4 Адаптивный способ передачи информации с применением помехоустойчивых
сверточных турбокодов переменной скорости и методов решающей обратной связи
1.5 Выводы
2 Анализ эффективности методов мягкого итерационного декодирования турбокодов в системах обработки и передачи данных
2.1 Методы мягкого детектирования и квантованной оценки сигналов в каналах
передачи данных
2.1.1 Детектирование сигнала в непрерывном канале по методу максимального правдоподобия
2.1.2 Жесткий метод детектирования сигнала в дискретном канале без памяти
2.2 Анализ алгоритма итеративного декодирования турбокодов с использованием
функций правдоподобия
2.3 Алгоритмы и методы мягкого итеративного декодирования многомерных блочных
турбокодов

2.3.1 Оптимизация метода мягкого итеративного декодирования блочных
турбокодов основанная на алгоритме слежения за приростом надежности мягких решений
2.3.2 Анализ влияния видов модуляции на эффективность блочных турбокодов
в системах обработки и передачи данных
2.4 Анализ алгоритмов итеративного декодирования сверточных турбокодов
2.4.1 Методы мягкого декодирования сверточных турбокодов основанные иа
алгоритмах приближенного расчета
2.4.2 Анализ эффективности итеративного декодирования сверточных
турбокодов при изменении алгоритма расчета мегрик, размеров декодируемого блока и числа итераций обработки данных
2.5 Выводы
3 Анализ эффективности турбокодов в беспроводных каналах с многолучевым
распространением и замираниями
3.1 Области применения, особенности систем передачи данных и критерии оценки эффективности турбокодов в каналах с замираниями
3.2 Методы передачи и приема информации в беспроводных каналах с замираниями
с использованием турбокодов
3.3 Анализ влияния величины допплеровского сдвига на помехоустойчивость турбокода в канале с замираниями
3.4 Исследование эффективности алгоритмов мягкого декодирования турбокодов в каналах с замираниями
3.5 Анализ эффективности применения сверточных турбокодов в каналах с замираниями для передачи мультимедиа данных реального времени
3.6 Сравнение эффективности передачи данных реального времени в каналах с замираниями и АБГШ при использовании турбокодов
3.7 Выводы
Заключение
Список литературы
Список иллюстраций
Приложение А

Введение
Помехоустойчивое кодирование представляет собой одну из основополагающих процедур процесса подготовки исходной информации перед передачей данных по телекоммуникационным каналам связи. Применение различных по свойствам и методам формирования корректирующих кодов позволяет обеспечить структурированную защиту исходной информации за счет автоматизации процессов выделения и исправления некорректных (ошибочных) кодовых последовательностей. Это позволяет минимизировать деструктивное воздействие среды распространения сигнала и удовлетворить заданный уровень достоверности системы обработки и передачи информации.
Актуальность работы. В основе современных методов корректирующего кодирования лежит применение различных аспектов теории информации и передачи данных, методов принятия решений, математической алгоритмизации и автоматизированной машинной (компьютерной) обработки. В связи с этим процессы и процедуры кодирования носят сложный комплексный характер, эффективность исполнения которых зависит от множества факторов. Рассматриваемый в данной работе метод помехоустойчивого кодирования, основанный на применении турбокодов, представляет собой синтезированный способ потенциальной защиты данных, реализующий множество современных парадигм формирования, обработки и передачи информации: паргитлелизацию вычислений, неравномерное кодирование с переменными кодовыми скоростями, интенсивное скремблирование потока данных, мягкое детектирование передаваемых сигналов, итеративный принцип декодирования и т.д. В ряде работ зарубежных авторов (Д. Форнн, К. Берру, А.Витербн и др.) описаны принципы каскадного кодирования н основные алгоритмы итерационной обработки информации. В работах отечественных авторов (В. В. Деев, М. Н. Чесноков, В. А. Варгаузин, А. М. Шлома, Л. Н. Волков) представлены современные методы цифровой обработки данных на основе различных алгоритмов помехоустойчивого кодирования и модуляции для систем подвижной связи. В работах указанных авторов отмечено, что производительная (эффективная) реализация механизмов обработки информации требует детализированного анализа составной структуры вычислительной системы

незначительно усложняет метод формирования кодовых последовательностей и порядок обработки данных при декодирования. Однако дополнительным фактором, положительно характеризующим данный механизм, можно считать функции помехоустойчивого кода адаптивно изменять степень кодирования (т.е. количество избыточной информации), в зависимости от изменения параметров телекоммуникационного канала передачи данных [29].
Как уже было указано, в основу метода перфорирования заложены принципы периодического удаления части проверочных бит. Для позиционирования и удаления проверочного бита из кодовой последовательности используются матрицы перфорации размерностью п х Рс, где п — число выходов кодера, а Рс период выкалывания. Т. о. каждая строка матрицы описывает один выход кодера.
В матрице перфорации используется двоичная система маркировки удаляемых символов [1 : 0], которая определяет сохранение или удаления бита, соответственно. Например, применение матрицы перфорации (1.40) к исходному сверточному коду со скоростью г = 1/2, формирует битовый поток скорости г = 3/4, за счет удаления каждого второго бита с первого выхода и каждого третьего со второго:
1/2—>3/
(1.40)
1 0 1 1 1
На рис. 1.12 изображен процесс выполнения перфорации над исходным турбокодом со степенью кодирования 1/3 и формирования выходных последовательностей с кодовой скоростью 1/2.
ш=[1 10 0]

Рисунок 1.12 — Перфорирование кодовой последовательности сверточного турбокодера
Для демонстрации воспользуемся исходным информационным вектором (1.20) — [1100], длиной 4 бита. Результатом кодирования турбокодера на рис. 1.4, будет последовательность [111101000011], длиной 12 бит. Кодовая скорость до перфорирования составляет г = 4/12 = 1/3.