Современные информационные технологии. Вычислительная техника и программирова­ние

Ташатов Н.Н., Сатыбалдина Д.Ж., Варламов О.С.

 Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева

ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ МНОГОПОРОГОВОГО ДЕКОДЕРА

 

В настоящее время для обмена информацией широко применяются различные системы цифровой связи. Эти системы используют для передачи данных каналы связи, в которых под влиянием различного рода помех передаваемая информация может исказиться.

На сегодняшний день в теории кодирования известен ряд кодов и методов их декодирования, различающихся корректирующей способностью, сложностью реализации и рядом других параметров. В данной статье представлены результаты исследований метода многопорогового декодирования(МПД) данных, данный метод является на сегодняшний день одним из самых быстрых методов декодирования информации [1, 2]. Кроме того, в статье предложен метод, позволяющий получить выигрыш в эффективности декодирования от применения МПД с параметрами, отличающимися от стандартных [3].

Алгоритм МПД является алгоритмом с мажоритарным методом принятия решений. В его основе лежит алгоритм порогового декодирования(ПД) [3, 4]. Предположим теперь, что используется схема декодирования в таком виде, что после первого ПД исправленные им информационные и проверочные символы попадают в следующий ПД с аналогичными параметрами. Эффективность второго ПД будет определяться двумя факторами [5]. Первым является то, что достоверность поступающих в него данных существенно выше, нежели было на предыдущем шаге, т.к. часть ошибок исправляется первым ПД. Данный фактор позволяет утверждать, что таким образом обеспечивается более высокое качество декодирования данных цепочкой из двух (в общем случае, нескольких) ПД[6]. Вторым фактором является то, что теперь ошибки, поступающие во второй ПД не являются независимыми, а напрямую зависят от решений, принятых предыдущим ПД. В худшем случае, возможна такая ситуация, что ошибки на выходе первого ПД сгруппируются так, что пока первый ПД не допустит ошибку в своем решении, второй ПД не требуется, а пакеты ошибок первого вследствие эффекта распространения ошибки окажутся такими, что второй ПД, который аналогичен первому по структуре и ориентирован на исправление независимых случайных ошибок, не сможет их исправить [7, 8]. Ввиду этого в схему с несколькими последовательными ПД вводится дополнительный регистр, называемый разностным. В данный регистр заносится информация о принятых решениях ПД на каждом шаге декодирования. Эта информация используется последующими ПД для принятия решений о декодировании очередного символа [9]. Таким образом реализовывается метод многопорогового декодирования. На рисунке 1 показаны результаты декодирования данных с использованием алгоритмов ПД и МПД. Как видно на рисунке, эффективность МПД превосходит эффективность ПД примерно на 0,2Дб.

Рис.1. Сравнение результатов ПД и стандартного МПД

Сам по себе алгоритм МПД является оптимизационной процедурой, т.е. позволяет оперируя параметрами, входящими в его структуру повышать помехоустойчивость не усложняя сам процесс декодирования. В данной статье предлагается улучшить помехоустойчивость за счет уменьшения влияния ошибки первых порогов на последующие итерации декодирования. Чтобы достигнуть данной цели необходимо чтобы первые пороги чаще принимали верное решение и реже неверное [9, 10]. Этого можно достигнуть увеличивая значения порогов, таким образом наиболее «очевидные» ошибки (с наибольшим весом) будут исправляться, а ошибки с меньшим весом будут пропускаться, кроме того таким образом мы уменьшим влияние эффекта РО на последующие пороги. Другим способом увеличения помехоустойчивости кода может являться изменение веса проверки, поступающей в пороговый элемент(ПЭ) с разностного регистра. Таким образом мы можем основываться на достоверность решений, принятых ПЭ предыдущих итераций.

На рисунке 2 приведено сравнение результатов декодирования данных МПД со стандартными параметрами и оптимизированного МПД, пороги и проверка с разностного регистра которого изменены в соответствии с вышеуказанными предложениями:

1)     Пороги 1-2 имеют значение - «4»; пороги 2-6 имеют значение - «3»; остальные пороги имеют стандартное значение - «2».

2)     Веса проверок, поступающих с разностного регистра в пороговый элемент для порогов 1-6 имеет стандартное значение «1»; на 7-8 порогах вес проверки имеет значение «2»; проверки на порогах 9-10 снова имеют стандартное значение веса – «1».

Рис.2. Сравнение результатов стандартного и оптимизированного МПД

Результаты, полученные в ходе проведенного эксперимента показывают, что применение в МПД указанных оптимизационных методов дают ЭВК примерно на 0,15Дб больше, чем дает стандартная схема МПД.

 

Литература

1.   Зубарев Ю.Б., Овечкин Г.В. Помехоустойчивое кодирование в цифровых системах передачи данных // Электросвязь. 2008. №12. С. 58-61

2.   Зубарев Ю.Б., Золотарев В.В., Овечкин Г.В., Строков В.В. Многопороговые декодеры для высокоскоростных спутниковых каналов связи: новые перспективы // Электросвязь. 2005. №2. С. 1-3

3.   Золотарев В.В., Овечкин Г.В. Повышение надежности передачи и хранения данных с использованием многопороговых методов декодирования помехоустойчивых кодов // Цифровая обработка сигналов. 2012. №1.С 16-21.

4.     Золотарёв В.В., Овечкин Г.В. Эффективные алгоритмы помехоустойчивого кодирования для цифровых систем связи // Электросвязь. - 2003. - № 9.

5.     Самойленко СИ., Давыдов А.А., Золотарёв В.В., Третьякова Е.И. Вычислительные сети. - М: Наука, 1981. - 278 с.

6.     Зубарев Ю.Б., Золотарёв В.В. Новые технологии обеспечения высококачественной связи по радиоканалам с большим шумом на основе многопороговых декодеров/ Труды 6-й Международной конференции "Цифровая обработка сигналов и ее применение". Вып. VI-I. - Москва, 2004.

7.     Золотарёв В.В. Энергетическая эффективность новейших методов помехоустойчивого кодирования // Современные и перспективные разработки и технологии в космическом приборостроении. Сборник докладов выездного семинара ИКИ РАН. - Таруса, 2004.

8.     Zolotarev V.V. The Multithreshold Decoder Performance in Gaussian Channels // In Proc. 7-th International Symposium on Communication Theory and applications, ISCTA'03, July, 2003, Ambleside, UK, pp.18-22.

9.      M.A. Ullah, K. Okada, H. Ogivara. Multi-Stage Threshold Decoding for Self-Orthogonal Convolutional Codes. IEICE Trans. Fundamentals, Vol.E93-A, No.11, pp. 1932 -1941, Nov. 2010.

10.  M.A. Ullah, R. Omura, T. Sato, H. Ogivara. Multi-Stage Threshold Decoding for High Rate Convolutional Codes for Optical Communications. AICT 2011: The Seventh Advanced international Conference on Telecommunications, pp. 87-93.