Введение к работе
Актуальность темы диссертации. Дальнейшее совершенствование и развитие глобальных и локальных сетей связи, радиотехнических (в том число телевизионных) систем передачи п обработки информации требует разработки новых высокоэффективных, наукоемких методов кодирования и декодирования сообщений. Вносимые реальными каналами связи помехи в виде замираний и многолучевости приводят к появлению ошибок, группирующихся в пакеты. Поэтому актуальными являются вопросы повышения эффективности систем, использующих корректирующие коды, исправляющие пакетные ошибки одновременно с независимыми. D особенности это касается самоортогональных сперточных кодов (СК), находящих наибольшее применение в высокоскоростных п малоизбыгочных системах передачи информации.
В настоящее время недостаточно разработаны вопросы построения самоортогональных диффузных кодов, служащих для исправления одновременно независимых п пакетных ошибок, а также вопросы мягкого порогового и итеративного декодирования самоортогональных кодов, позволяющего приблизить их помехоустойчивость к помехоустойчивости вероятностно декодируемых кодов.
Решение указанных задач может означать для нужд Республики Беларусь создание новых, высокоскоростных и малонзбыточных систем мобильной связи и повышение эффективности существующих коммуникаций.
Связь работы с крупными научными программами, темами. На решение проблемы повышения гюмехизашншенностпд за счет применения помехоустойчивого кодирования (в том числе самоортогональных кодов) были направлены комплексные исследования, проведенные автором в Белорусском государственном университете информатики и радиоэлектроники в рамках хоздоговора N ГР 0188003770Г). госбюджетной целевой программы N 93-3007. а так же совместно с учеными из Технического университета Мюнхена (Германия) и Университета Бергена (Норпегня) в рамках программы "Теория кодирования" Норвежского исследовательского общества.
Цель и задачи исследования. Целью работы является повышение эффективности самоортогональных сперточных кодов л каналах связи с независимыми и пакетными ошибками, а также при мягких решениях демол\ля горя. Для этого в работе решаются следующие задачи:
-
Исследование множеств самоортогональных СК с заданными параметрами и изучение их свойств.
-
Повышение корректирующей способности самоортогональиых диффузных кодов по отношению к пакетным ошибкам.
-
Разработка критериев выбора самоортогональных СК из списка для максимальной реализации их исправляющей способности к пакетным ошибкам.
-
Разработка принципов реализации диффузных самоортогональных СК на ОЗУ.
-
Разработка алгоритма декодирования самоортогональных СК с мягким входом ц выходом, а также применение данного алгоритма для декодирования турбо-кодов.
-
Разработка декодера самоортогональных СК при квантовании на более, чем два уровня сигналов с выхода демодулятора.
Научная новизна полученных результатов. Впервые предложен метод вычисления мощности класса самоортогональиых сверточных кодов с заданными параметрами. Построены самоортогональные диффузные коды с защитным интервалом меньшим, чем у известных диффузных кодов. Получила дальнейшее развитие теория разностных треугольных множеств за счет ее распространения на диффузные коды. Впервые показана возможность повышения качества декодирования самоортогональиых кодов в каналах связи с пакетирующимися и независимыми ошибками за счет целенаправленного выбора кодов из списка по критериям днффузности. Предложен новый алгоритм декодирования самоортогональных кодов, как использующий мягкие решения с выхода демодулятора, так и поставляющий мягкие решения декодера на основе логарифмических отношений правдоподобия. Самоортогональпые коды впервые применены в качестве компонентных кодов для турбо-кодов. Совместно с новым алгоритмом декодирования они позволяют для малых отношении сигнал/шум получить лучшие вероятности ошибки на выходе декодера, чем неитеращюнное декодирование Витербц, что для порогового декодирования установлено впервые. Предложен новый алгоритм мягкого порогового декодирования самоортогональных кодов при квантовании более, чем на два уровня сигналов с выхода демодулятора.
Практическая и экономическая значимость полученных результатов. Основные результаты диссертации доведены до стадии готовности к применению в качестве коммерческого продукта. Сюда относятся в первую очередь диффузные коды с минимальным защитным интервалом и их реализация на ОЗУ, которые могут быть применены в высокоскоростных системах передачи информации (спутниковых, оптических, телевизионных) для повышения эффективности в борьбе с пакетами ошибок, а также алгоритм ите-раїивно/и декодирование самоортоїопальных кодоб как компонентных кодов
для турбо-кодов, который помимо систем спутниковой, телевизионной П ОП і :! ческой связи может найти применение в системах мобильной и пзйджшігосоГі связи, составив за счет своей простоты и дешевизны изготовления коде!/ ;: серьезную конкуренцию более дорогим системам, нспользуюгднм вероятностные методы декодирования. О значимости полученных результатов говорит факт большого интереса к ним со стороны партнеров из Германии (кафедра связи Технического университета Мюнхена, зав. кафедрой профессор Joachim Hagenauer) п Норвегии (институт информатики Университета Бергена, профессор Toileiv Klcive), куда автор неоднократно приглашался для проведения научных исследований по проектам '"Теория кодирования" и "SELT
Основные положения диссертации, выносимые на защиту.
в Метод вычисления мощности класса самоортогональпых сверточных кодов с заданными параметрами, позволяющий установить ряд новых свойств ССК.
Самоортогональные диффузные коды для исправления пакетных ошибок одновременно с независимыми — дпффузные коды с минимальным защитным интервалом (ДКМИ), корректирующая способность которых по отношению к пакетным ошибкам превосходит аналогичный показатель для пзвестпых диффузных кодов.
Комбинаторная теория диффузных разностных треугольных множеств, позволяющая выявить глубокие свойства класса ДКМИ, п дающая возможность их простого построения.
Характеристика самоортогональных кодоп — дпффузность, использование которой позволяет повысить эффективность самоортогональных свер-
' точных кодов в каналах связи с пакетпымп п независимыми ошибками, без увеличения сложности кодека.
« Принципы построения диффузных сверточных кодеков на ОЗУ, позволяющие упростить их практическую реализацию,
в Алгоритм порогового декодирования с мягкпм входом п выходом, а также применение этого алгоритма для итеративного декодирования самоортогональных сверточных кодоз п качестве компонентных кодоп для турбо-кодов, что для малых отношений спгпал/шум позволяет получить лучшие вероятности ошибки на выходе декодера, чем декодирование по Внтсрби.
Алгоритм мягкого порогового декодирования для квантованных более,
чем на два уровня сигналов с выхода демодулятора.
Личный вклад соискателя. Научные положения и выводы, изложенные в диссерташш, являются результатом личной научно-исследовательскої работы автора. По результатам диссертации опубликовано 19 работ, 13 из ко торых без соавторов. Шесть других работ (одна статья и 5 тезисов докладов' опубликованы с одним соавтором.
Апробация результатов диссертации. Результаты работы апробп рованы в 11 докладах на 6 международных, 3 всесоюзных и 2 республикански) симпозиумах, сессиях; научных конференциях, в том числе па:
1994 IEEE International Symposium on Information Theory (Трондхайм Норвегия)
1995 IEEE International Symposium on Information Theory (Вистлер, Ka нада)
2nd International Winter Meeting on Coding and Information Theory (Эссеи Германия, 1993)
ITG-Fachtagung Codierung fiir Quelle, Kanal und Ubertragung (Мюнхен Германия, 1994)
Sixth Joint Conference on Communications and Coding (Сельва дц Вал Гар дена, Италия, 1994)
Seventh Joint Conference on Communications and Coding (Заальфельден Австрия, 1995)
48-й Всесоюзной научной сессии, посвященной Дню радио (Москва, 1993
в 3 Всероссийской (с участием стран СНГ) конференции "Качество инфор мации'' (Москва, 1992)
8-й Всесоюзной школе по радиоэлектронике (Москва, 1990)
Научной конференции профессорско-преподавательского состава, сотруд пиков, докторантов; аспирантов, студентов, посвященная 30-ти летию дс ятельности коллектива БГУИР (Минск, І994)
Республиканской студенческой научной конференции по физико-матема тическим наукам, радиоэлектронике и вычислительной технике (Минск 1985) _
Опубликованность результатов. Результаты диссертации опубликс ваны в 6 журнальных (книжных) статьях, тезисах 10 докладов на научны симпозиумах, сессиях и конференциях, патенте на изобретение, а также в отчеіах о НИР.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состл" і из введения, общей характеристики, четырех глав, выводов, списка испод;.-зованных источников из 70 наименований на 7 страницах, приложения н-> 5 страницах, 16 таблиц на 8 страницах я иллюстрируется 23 рисунками ил 10 страницах. Общий объем диссертации составляет 103 страницы, ('писок использованных источников дан в алфавитном порядке фамилий авторов сначала в русском, а затем в латинском алфавитах. Работы одинаковых авторов размещены в хронологическом порядке. Ссылки на зарубежные книги, имеющиеся в русском переводе, даны по русский 'пздаппям.
