Разработка моделей и методов построения декодеров на базе модифицированного алгоритма Витерби

• Автор: Астахов, Николай Владимирович
• Шифр специальности: 05.12.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 109 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. АНАЛИЗ АЛГОРИТМОВ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОГО КОДИРОВАНИЯ, СОВРЕМЕННЫХ МЕТОДОВ КОРРЕКЦИИ ОШИБОК, ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ
1.1 Основные принципы помехоустойчивого кодирования
1.2 Анализ преимуществ и недостатков кодов в современных системах связи
1.3 Аппаратная реализация помехоустойчивого кодирования в кодерах/декодерах
1.4 Преимущества турбо кодов произведения и их аппаратная реализация.
1.5 Аппаратная реализация многопороговых декодеров
1.6 Цель и задачи исследования
1.7 Выводы первой главы
2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ МОДИФИЦИРОВАННОГО АЛГОРИТМА ВИТЕРБИ
2.1 Математическая реализация модифицированного
многовариантного алгоритма Витерби
2.2 Особенности реализация модифицированного алгоритма Витерби на ПЛИС для протоколов у.42 и у
2.3 Энергетическая эффективность многовариантного декодера
2.4 Разработка и применение многовариантного алгоритма в алгоритме Витерби
2.5 Основные выводы второй главы
3. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ РЕАЛИЗАЦИИ МОДИФИЦИРОВАННОГО МНОГОУРОВНЕВОГО АЛГОРИТМА ВИТЕРБИ ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ НА ПЛИС

3.1 Особенности функционирования последовательных и параллельных алгоритмов.
3.2 Разработка алгоритма реализации многоуровневого алгоритма Витерби для протоколов у.32 и у
3.3 Алгоритм декодирования Витерби для реализации на ПЛИС
3.4 Основные выводы третьей главы
4. АППАРАТНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ КОДЕРОВ НА БАЗЕ МОДИФИЦИРОВАННОГО АЛГОРИТМА ВИТЕРБИ НА ПЛИС
4.1 Характерные преимущества модифицированного алгоритма Витерби по сравнению с общепринятыми кодами при аппаратной реализации на ПЛИС.
4.2 Структурная схема декодера на ПЛИС, реализующего модифицированный алгоритм Витерби.
4.3 Синтез аппаратных модулей декодера на ПЛИС, реализующего модифицированный алгоритм Витерби.
4.4 Энергетический выигрыш модифицированного алгоритма Витерби с увеличением вычислительной сложности и без увеличения.
4.5 Основные выводы четвертой главы ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Список источников
Приложения
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Системы цифровой передачи информации играют важную роль в современном мире, и требования к скорости и надежности передаваемых данных постоянно растут. В стационарных системах связи аддитивный шум и межсимвольная интерференция (МСИ) являются основными факторами, которые приводят к появлению ошибок при передаче данных по каналу связи. Реализация современных помехоустойчивых систем передачи цифровой информации невозможна без применения кодеков, выполненных по современной технологии, способных работать на высоких тактовых частотах, что позволяет повысить эффективность использования аппаратной реализации, энергетическую эффективность,
помехоустойчивость, а также положительно сказывается на экономическом эффекте.
Кодеры и декодеры помехоустойчивых кодов являются наиболее ресурсоемким компонентом аппаратуры, особенно с ростом скорости передачи информации. Существенная часть сложности и стоимости заложена в них.
Для повышения энергетической эффективности и исправления ошибок практически во всех современных цифровых системах применяется помехоустойчивое кодирование цифровых сигналов. Причина этого кроется в дефиците частотного ресурса, применение помехоустойчивого кодирования позволяет работать при меньшем соотношении сигнал-помеха, что позволяет более плотно размещать абонентов и уменьшить количество частот в сотовых системах связи. Важной проблемой является недостаток пропускной способности каналов связи. Одним из путей решения этой задачи является использование помехоустойчивого кодирования сигналов. Алгоритмы декодирования применимы и в случае использования демодулятора с мягкими решениями на входе, что позволяет достичь максимально возможного энергетического выигрыша от декодирования.

кодируются кодом С], в результате чего получаются проверочные биты Р]. После этого столбцы матрицы кодируются кодом С2, образуя проверочные биты Р2 для информационных символов и проверочные биты РР для проверочных символов Р, первого кода. В результате получается код с параметрами (N,N2, К]К2, d,d2).
Среди множества ТРС кодов наибольший интерес представляют коды, построенные с помощью кодов Хэмминга и кодов с проверкой на четность. Последние коды часто называются TPC/SPC (Turbo Product Codes / Single Parity Check) кодами.
При декодировании ТРС кодов также используется итеративный подход, основанный на мягком декодировании составляющих кодов. Причем, если в случае применения в качестве составляющих кодов Хэмминга и кодов ВСН для их декодирования часто используется алгоритм Чейза, то TPC/SPC коды допускают достаточно простое представление в виде графа Таннера, что позволяет применить к ним более эффективный и с вычислительной точки зрения более простой ВР алгоритм декодирования, используемый при декодировании LDPC кодов.

:—к
і 1 1 D Р,
Р2 Рр
Рис. 1.12 Кодовое слово последовательного каскадного кода
На рисунке 1.13 представлены характеристики ТРС, построенного с помощью кодов ВСН и расширенных кодов Хэмминга. Общая кодовая скорость ТРС кодов равна 212/322=0.43, 262/322=0.66, 512/642=0.635,
572/642=0.79. Видно, что данные коды показывают неплохие характеристики