Μελέτη της συμπεριφοράς και αξιολόγησης των συστημάτων Turbo κωδικοποίησης και Turbo Trellis κωδικοποιημένης διαμόρφωσης σε περιβάλλον θορύβου κ...

Abstract

This study focuses on investigating the basic element of a Turbo coding system, the interleaver. It discusses the very important role of interleaver in the overall system performance, as well as constraints that must be satisfied. Presents a new algorithm called «bubble», which, based on the bubble sort technique creates interleavers with suitable properties. The application of the new «bubble» algorithm generates interleavers which result in improved TTCM systems in the error floor region. Replacing interleavers for the Robetson’s and Ogiwara’s TTCM systems (2bits/sec/Hz) leads to significant improvement in error floor region. For the case of fading channels, the improved interleavers have been combined with a modified MAP metric originally proposed by Dimakis and Nissopoulos for the case of TCM schemes, when there is no information channel to the receiver. Also in the case of fading channels, the proposed new TTCM systems yield to improved performance. Finally the study proposes the design of good Turbo codes in 2 steps. In a first step, a number of good interleavers are generated using the new algorithm. In the second step, for each of these good interleavers, we compute the distance spectrum using the GPB algorithm and identify those codes with the higher distances. For the case of CCSDS turbo code the application of the two step design method found a good interleaver showing 1dB gain compared to the random interleaver.

H διατριβή αυτή επικεντρώνεται στην μελέτη του βασικού στοιχείου ενός συστήματος Turbo κωδικοποίησης, τον αναδιατάκτη. Αναλύεται ο πολύ σημαντικός ρόλος του στην απόδοση του συνολικού συστήματος, όπως επίσης και οι περιορισμοί τους οποίους πρέπει να ικανοποιεί. Παρουσιάζεται ο νέος αλγόριθμος «bubble», ο οποίος βασιζόμενος στην τεχνική ταξινόμησης φυσαλίδας δημιουργεί αναδιατάκτες με κατάλληλες ιδιότητες. Παρατίθενται παραδείγματα εφαρμογής του αλγόριθμου, και δίνονται στοιχεία, όπως η ταχύτητα σύγκλισης και η επιτυχής ολοκλήρωση του αλγόριθμου, σε σύγκριση με την περίπτωση τυχαίας ανεύρεσης του επιθυμητού αναδιατάκτη. Η εφαρμογή του νέου αλγορίθμου υλοποίησης αναδιατακτών «bubble» επιτυγχάνει βελτίωση της συμπεριφοράς των συστημάτων TTCΜ στην περιοχή κατωφλίου. Η αντικατάσταση των αναδιατακτών σε συστήματα TTCM 2bits/sec/Hz, όπως αυτά προτάθηκαν από τους Robetson και Οgiwara, με νέους αναδιατάκτες υλοποιημένους από τον νέο αλγόριθμο οδηγεί σε σημαντική βελτίωσή της συμπεριφοράς τους στην περιοχή κατωφλίου και το κέρδος μπορεί να φτάσει και μία τάξη μεγέθους. Για την περίπτωση του fading εφαρμόσθηκε η νέα μετρική που προτάθηκε από τους Νησσόπουλο και Δημάκη για την περίπτωση συστημάτων TCM όπου δεν υπάρχει πληροφορία καναλιού στον δέκτη. Και για αυτά τα συστήματα TTCM διαπιστώθηκε πως η νέα μετρική μέσα στον MAP αλγόριθμο σε συνδυασμό με τους καλούς αναδιατάκτες μπορεί να οδηγήσει σε βελτίωση της απόδοσης του κώδικα. Τέλος προτείνεται η σχεδίαση καλών Turbo κωδίκων σε 2 βήματα. Σε ένα πρώτο βήμα προτείνεται η υλοποίηση ενός συνόλου αναδιατακτών με χρήση του νέου αλγόριθμου. Στο δεύτερο βήμα υπολογίζεται το φάσμα αποστάσεων του Turbo κώδικα για καθένα από τους παραπάνω αναδιατάκτες και εντοπίζονται αυτοί με τις μεγαλύτερες αποστάσεις. Με τον τρόπο αυτό εντοπίστηκε αναδιατάκτης για τον κώδικα του CCSDS που παρουσιάζει 1dB κέρδος συγκριτικά με τον τυχαίο αναδιατάκτη.