Система связи с адаптивно наращиваемой избыточностью на основе параллельного каскадного кода

• Автор: Цветков, Максим Анатольевич
• Шифр специальности: 05.13.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 146 с. : ил.

1 Введение

2 Описание системы.

2Л Общая схема

2ЛЛ Кодер.

2Л.2 Список словошибок.

2Л.З Декодер

2Л.4 Программная реализация.

2.2 Результаты моделирования системы в канале с .

2.3 Выводы к главе 2.

3 Метод обнаружения ошибочного декодирования.

3.1 Энергетические потери вызванные запросом дополнительных проверок

3.1.1 Система с однократным запросом.
3.1.2 Система с многократным запросом
3.2 Описание метода
3.3 Построение списка словошибок
3.4 Эксперементальное определение вероятности запроса. .
3.5 Влияние величины списка на вероятностные характеристики метода
3.6 Комбинирование метода с введением проверки. . .
3.7 Выводы к главе 3.
4 Выбор параметров. Исследование системы.
4.1 Построение системы
4.1.1 Турбокод
4.1.2 Перемежитель
4.1.3 Декодер турбокода
4.1.4 Однократная передача бит наращиваемой избыточности для одного словаошибки
4.1.5 Способ передачи Ж бит.
4.2 Исследование системы
4.2.1 Выбор индекса 1е из множества словошибок ЕЛ
4.2.2 Формирование Ж посылки для словаошибки. .
4.2.3 Выбор порога Др
4.2.4 Выбор значения надежности Ьге1 и Ьипге1 Ж бит.
4.2.5 Влияние ошибок в битах наращиваемой избыточности.
4.3 Выводы к главе
5 Модификация системы.
5.1 Предельные характеристики системы.
5.2 Система с уменьшенным числом запросов.
5.3 Запрос Ж. бит для всего слова.
5.4 Сравнение с системой на основе СС.
5.5 Выводы к главе
6 Основные результаты и выводы.
Используемые сокращения
ЛРР ii ii
i
iiv i i i
i

i i i
i i
i
i
I I
ii i
МАР xi ii
i vi
i
I I
i i i
V Vii i
ТС
Введение
Основополагающей теоретической работой в области помехоустойчивого кодирования считается работа Шеннона 1. В работе показано, что для дискретного канала без памяти существует предел скорости передачи информации. Этот предел не может быть превышен даже при наличии идеальной обратной связи.
Первые предложенные практические схемы существенно проигрывают теоретическим границам.
В настоящее время предложены параллельные каскадные сверточные турбокоды ТС 2. Основными положениями ТС являются параллельное объединение рекурсивных систематических сверточных кодов с перемежением и итеративное декодирование с мягким входом и выходом. В силу большой памяти, турбо схема по своим характеристикам позволяет приблизиться к предельной скорости передачи, при этом алгоритмы кодирования и декодирования имеют умеренную сложность. Так в работе 2, для двоичного канала с АСЬ и скорости ТС Я , длине информационного кадра 6, при отношении сигналшум на информационный бит 0,7дБ значение ВЕЯ составило 5, что лишь на 0,5дБ превышает предел Шеннона.
Изучение вопросов турбокодирования посвящено большое коли
честно работ. В работах 4, 5, 6, 7, 8 авторами развиты идеи объединения простых кодов, с последующим итеративным декодированием, предложены вувен и вувентурбо коды от англ. v плести. ТС нашли применение в разработках консорциума ii Vi i V и ряде спутниковых систем например, I 9, , , также ТС получили распространение в мобильной связи , .
Блочный характер ТС определяется операцией перестановки битов перемежителем, т.е. формированием блоков входных данных. Принципиальным моментом является значительная длина кодового слова, т.к. при увеличении размера кодового слова растет эффективность кода. Так в работе 2 длина информационной части слова составляет 6 бит. Однако, сложность и стоимость реализации могут быть существенно снижены за счет использования обратной связи. В данной работе развивается этот подход.
Системы помехоустойчивого кодирования без использования обратной связи строятся на основе кода фиксированной скорости, исходя из предположений о канале передачи данных и требований приемлемой вероятности ошибки передаваемых данных. В случае если условия в канале не постоянны или для того, чтобы наилучшим образом приблизиться к предельной скорости передачи по каналу, необходима различная защиты информационных символов, в зависимости от условий в канале. В этой связи возникает необходимость в наличии кодера и соответствующего декодера адаптирующихся иод канал и канала обратной связи для передачи информации протокола.
Практические схемы помехоустойчивого кодирования с обратной связью предложены в , . Принцип таких систем состоит в объединении данных неудачно декодированного кадра с повторно переданными данными и последующим совместным деко
дированием.
Гибридные схемы используют как свойства кода, так и возможность адаптации под условия в канале, благодаря наличию протокола. Основным преимуществом гибридной системы с использованием помехоустойчивого кода является то, что практически достаточно передавать не весь кадр, а только его часть.
В 6 авторы решали задачу построения семейства сверточных кодов с различными скоростями, для кодирования и декодирования которых можно использовать один и тот же кодер и декодер. Ими были предложены сверточные коды с наращиваемой избыточностью I коды, ориентированные на применение в системах с обратной связью. Особенностью данного способа является то, что при передаче из исходного кода производится выкалывание символов, а выколотые символы передаются в качестве повторной передачи. В работе исследована система передачи данных на их основе, в которой в качестве критерия ошибочного декодирования использовалась циклическая контрольная сумма .
Систему с обратной связью, построенную с использованием кодов, далее будем называть системой с наращиваемой избыточностью. Например, в работах , также рассмотрены системы с наращиваемой избыточностью на основе кодов.
Очевидно, что характеристики системы существенным образом зависят от корректирующей способности кода. Принципы построения семейства кодов с наращиваемой избыточностью применительно к ТС рассмотрены в работе , в которой использован принцип наращивания избыточности за счет увеличения числа компонентных кодов семейство кодов с . В работах , , авторами использован метод выкалывания части проверочных символов из исходного турбокода, которые передаются в качестве ответа на запрос. В таких системах может быть получен
более широкий диапазон скоростей. Определение СРТ следует напрямую из определения ИСРС кодов.
Рассмотренные системы , предполагают широкий диапазон возможных отношений сигналшум в канале, при этом передача бит наращиваемой избыточности осуществляется непосредственно за кадром для которою потребовался запрос, и передача следующего кодового слова не происходит до тех пор. пока достоверно не будет декодировано предыдущее слово.
В синхронных системах напрямую применить данный подход нельзя, изза неодинакового размера передаваемых блоков. В этой связи в синхронных системах нельзя рассчитывать на широкий диапазон скоростей кода, и задача должна быть сформулирована как достижение предельных характеристик в некотором диапазоне скоростей при умеренной сложности ТС длине информационного кадра и памяти компонентных кодов.
В работах , , , , в качестве метода обнаружения ошибочного декодирования, используется циклическая контрольная сумма, а передача бит наращиваемой избыточности производится для всего слова. Однако, для повышения пропускной способности, вместо передачи уточняющих бит наращиваемой избыточности для всего слова, можно осуществить передачу только для тех фрагментов слова, которые содержат ошибки. Такая система должна уметь обнаруживать ошибочное декодирование и локализовывать участки слова с возможным содержанием ошибок.
В работе автор рассмотрел возможность использования такого подхода на примере сверточного кода. Предложенный в работе способ основан на анализе результатов декодирования в список. Однако, для турбокода такое рассмотрение невозможно ввиду итеративного способа декодирования и отсутствия алгоритмов списочного декодирования применительно к ТС.
Следует заметить, что ошибки в кадре слова ТС при неверном декодировании для малых отношений сигналшум, как правило, имеют вид пакетов распределенных но всему слову. Поэтому весьма затруднительно предложить способ с проверкой циклических сумм, который позволил бы эффективно локализовать ошибки. В данной работе предложен метод локализации ошибок декодирования турбокода с использованием списков, который может быть обобщен и на случай других параллельных каскадных конструкций.
Актуальность


Такая система должна уметь обнаруживать ошибочное декодирование и локализовывать участки слова с возможным содержанием ошибок. В работе автор рассмотрел возможность использования такого подхода на примере сверточного кода. Предложенный в работе способ основан на анализе результатов декодирования в список. Однако, для турбокода такое рассмотрение невозможно ввиду итеративного способа декодирования и отсутствия алгоритмов списочного декодирования применительно к ТС. Следует заметить, что ошибки в кадре слова ТС при неверном декодировании для малых отношений сигналшум, как правило, имеют вид пакетов распределенных но всему слову. Поэтому весьма затруднительно предложить способ с проверкой циклических сумм, который позволил бы эффективно локализовать ошибки. В данной работе предложен метод локализации ошибок декодирования турбокода с использованием списков, который может быть обобщен и на случай других параллельных каскадных конструкций. Актуальность исследований в этом направлении обуславливается растущим спросом на услуги мобильной, спутниковой и дальней космической систем связи, в которых турбокоды находят широкое применение. Развитие технологий построения интегральных схем позволило существенно расширить круг реализуемых решений на базе ТС, и стимулирует интерес к исследованиям в данной области. Разработана система передачи данных на основе параллельного каскадного турбокода с оригинальным методом определения ошибочного декодирования. Предлагаемая система является гибридной АШТЕС системой , . Применение в качестве ЯЕС параллельного каскадного сверточного турбокода, с компонентными ЯСРС кодами. Использование турбокода фиксированной длины, скорости и схемой перемежепия при передаче по каналу наращивание избыточности производится путем передачи дополнительных проверочных бит в информационной части следующих слов. Применение оригинального метода обнаружения ошибочного декодирования с локализацией ошибок в кадре принятого слова. Наращивание избыточности производится последовательно для участков слова с возможным содержанием ошибок, что уменьшает энергетические потери при малых отношениях сигналшум. Для решения поставленных задач был использован комплексный подход, т. Проведенные в работе исследования и разработка основана на использовании элементов теории вероятности, кодирования, методов обработки данных, системного и объектноориентированного программирования. Система передачи данных с наращиваемой избыточностью на основе турбокода, оригинальным методом определения ошибочного декодирования с локализацией ошибок, и передачей пакетов бит наращиваемой избыточности, согласно полученной локализации, в информационной части следующего слова. Метод определения ошибочного декодирования линейного параллельного каскадного кода с использованием списков словошибок, позволяющий выявить участки слова с вероятным содержанием ошибок, и существенно уменьшить энергетические потери на передачу бит наращиваемой избыточности в системах с АЛС. Оценки достижимой вероятности ошибки в гибридной АЛО РЕС системе передачи данных на основе кодов с наращиваемой избыточностью. ЭВМ инвентарный номер ВНТИЦ 7
подходы к построению системы, подтвержденные проведенными исследованиями, позволяющие строить системы передачи данных с оптимизированной пропускной способностью. Зяблов В. В., Цветков М. А. Дистанционные свойства турбо кодов с различными перемежителями. Информационные процессы, М. Зяблов В. В., Цветков М. А. Метод обнаружения ошибочного декодирования с использованием списков. Информационные процессы, М. Зяблов В. В., Скопинцев О. Д., Цветков М. Код программы по ЕСПД . ВНТИЦ 7, код ВНТИЦ 0. ИППИ. М., . Зяблов В. В. руководитель проекта, Осипов Д. Цветков М. А. Модели и алгоритмы кодирования и сжатия информации. Раздел 1 Каскадные конструкции сверточных кодов. Отчет ФЦНТП Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники, Блок 2 Поисковоприкладные разработки, раздел Информационные технологии, регистрационный номер . ИППИ. М., , 8. Зяблов В. В. руководитель проекта, Трушкин , Цветков М. А. Модели и алгоритмы кодирования и сжатия информации.