Метод ітеративного декодування турбокодів зменшеної складності в телекомунікаційних системах

Abstract

UА: Дисертаційна робота присвячена розробці методу ітеративного декодування турбокодів зменшеної складності, орієнтованого на застосування в телекомунікаційних системах, що функціонують в умовах малого енергетичного відношення сигнал/шум. Зменшення складності методу ітеративного декодування турбокодів досягається за рахунок зменшення кількості операцій декодування, що приходяться на один інформаційний символ (складності декодування) і об'єму пам'яті ітеративного турбодекодера із забезпеченням заданої вірогідності інформації, що передається.

RU: Диссертационная работа посвящена разработке метода итеративного декодирования турбокодов уменьшенной сложности, ориентированного на применение в телекоммуникационных системах, функционирующих в условиях малого энергетического отношения сигнал/шум. В отличие от известных последовательных каскадных кодов, турбокоды, являющиеся параллельными каскадными кодами, позволяют для их декодирования применять процедуру итеративного декодирования. При этом оказывается возможной передача информации при энергетическом отношении сигнал/шум близким к предельно возможному значению, определяемому теоремой Шеннона, поскольку характеристики итеративного турбодекодера близки к декодеру максимального правдоподобия. Недостатком известного метода итеративного декодирования турбокодов является его высокая сложность, что приводит к снижению скорости обработки информации за счет увеличения количества операций декодирования, приходящихся на один информационный символ (сложности декодирования), и увеличению объема памяти турбодекодера, что повышает затраты на его реализацию. Таким образом, целью диссертационной работы является уменьшение сложности метода итеративного декодирования турбокодов с обеспечением заданной достоверности пере-даваемой информации. На основе проведенного анализа алгоритмов мягкого декодирования сверточных кодов, которые используются в качестве составляющих турбокод кодов, было установлено, что использование в турбодекодере только субоптимальных декодеров сверточных кодов не позволяет уменьшить сложность декодирования при сохранении низкого значения вероятности ошибки. Разработанный метод итеративного декодирования турбокодов, отличающийся от известного применением процедуры комбинирования составляющих декодеров турбодекодера с различными алгоритмами декодирования, позволяет уменьшить сложность декодирования при незначи-тельном увеличении вероятности ошибки. Турбодекодер осуществляет декодирование одного кодового блока за некоторое количество итераций до достижения заданного качества декодирования. С увеличением количества итераций вероятность ошибки уменьшается до некоторого предельного значения, а сложность декодирования увеличивается. Уменьшить сложность декодирования возможно за счет введения в турбодекодер контроля качества итеративного декодирования, что приведет к сокращению необходимого количества итераций для декодирования одного кодового блока. Однако это увеличивает сложность аппаратной реализации турбодекодера за счет введения дополнительного блока оценки качества итеративного декодирования. При проведении анализа алгоритмов мягкого декодирования сверточных кодов предполагалось, что дисперсия шума канала точно известна. Однако в реальных условиях она должна быть оценена по принятой последовательности символов из канала. Исследование влияния отклонения оценки дисперсии шума канала от истинного значения на вероятность ошибки декодирования показало, что к точности оценки не предъявляется высоких требований, что позволяет использовать субоптимальные методы оценки дисперсии шума канала, обладающие низкой вычислительной сложностью. Разработанный метод оценки дисперсии шума канала, отличающийся от известных учетом оценки дисперсии мягких решений турбодекодера, позволяет ввести в турбодекодер контроль качества итеративного декодирования без увеличения сложности аппаратной реализации турбодекодера. Характеристики итеративного турбодекодера в значительной мере зависят от корреляции мягких решений, которыми обмениваются составляющие декодеры. На коэффициент корреляции мягких решений оказывает влияние структура перемежителя. В результате, от выбора структуры перемежителя зависит эффективность итеративного декодирования турбокодов. Полученное аналитическое выражение для оценки коэффициентов корреляции мягких решений итеративного турбодекодера на второй итерации позволяет повысить точность оценки влияния структуры перемежителя на эффективность итеративного декодирования турбокодов по критерию минимума вероятности ошибочного декодирования без проведения моделирования, требующего больших временных затрат. Реализация передачи информации блоками различной длины приводит к увеличению объема памяти, поскольку для каждой длины блока необходимо иметь отдельные перемежители и деперемежители. Для уменьшения объема памяти разработан метод формирования структуры перемежителя для перемежения последовательностей различной длины, минимизирующий корреляцию мягких решений турбодекодера и отличающийся от известного отсутствием ограничения на значения длины перемежаемых последовательностей.

EN: The thesis is devoted to development of a method of iterative decoding turbo codes to the reduced complexity, oriented on application in the telecommunication systems functioning in conditions of a small power signal to noise ratio. Reduction complexity of a method iterative decoding turbo codes is reached at the expense reduction of quantity operations of the decoding one information bit (decoding complexity), and memory size iterative decoder turbo codes with provision of preset reliability of the transmitted information.