МОДИФІКОВАНИЙ АЛГОРИТМ ДЕКОДУВАННЯ ЗГОРТКОВИХ ТУРБО-КОДІВ
DOI:
https://doi.org/10.31649/1997-9266-2025-178-1-86-91Ключові слова:
передавання даних, завадостійкий код, згортковий турбо-код, декодування, коригуюча функція, моделюванняАнотація
На сучасному етапі розвитку теорії завадостійкого кодування виділяється турбо-код, який забезпечує необхідні характеристики завадостійкості для різних систем передавання даних. Він є представником потужного класу завадостійких кодів з унікальною структурою кодека, здатний ефективно працювати на високих швидкостях у каналах з низькою корисною енергетикою, майже повністю використовуючи його ємність відповідно до принципів К. Шеннона. Процес турбо-декодування з використанням спеціалізованих ітеративних імовірнісних алгоритмів вимагає значних обчислювальних ресурсів, що може стати обмеженням для реальних систем передавання цифрових даних. У статті запропоновано субоптимальну модифікацію алгоритму турбо-декодування на основі максимуму апостеріорної імовірності в ітеративній формі, яка використовує апроксимацію коригуючої функції у ході розрахунку кореляційних метрик переходів трелліс-діаграмою рекурсивного систематичного згорткового кодера. Запропонована функція переважає аналоги на базовому інтервалі значень за статистичними показниками.
Ефективність роботи алгоритму продемонстровано у ході комп’ютерного імітаційного моделювання роботи системи передавання цифрових даних на випадкових фреймах та на мультимедійних даних. Встановлено та проаналізовано експериментальну функціональну залежність частоти виникнення помилок від відношення сигнал/шум у каналі зв’язку. Визначено, що модифікований алгоритм переважає низку аналогів за енергетичним виграшем для каналів зв’язку з високим рівнем шумової компоненти. Його ефективність максимально наближена до базового алгоритму, але має меншу обчислювальну складність. Стаття може бути корисною для інженерів та проєктувальників систем передавання даних, оскільки дозволяє ефективніше аналізувати та синтезувати турбо-коди залежно від поставлених задач.
Посилання
C. Berrou, A. Glavieux, and P. Thitimajshima, “Near Shannon Limit Error-Correcting Coding and Decoding: Turbo-Codes,” Proceedings of ICC, Geneva, pp. 1064-1070, 1993. https://doi.org/10.1109/ICC.1993.397441 .
F. L. Morgos, A.-M. Cuc, and C. Grava, “Performance Analysis of Turbo Codes, LDPC Codes, and Polar Codes over an AWGN Channel in the Presence of Inter Symbol Interference,” Sensors, pp. 19, 2023. https://doi.org/10.3390/s23041942 .
X.-G. Xia, “Understanding Turbo Codes: A Signal Processing Study,” Journal of Information and Intelligence, pp. 1-13, 2024. https://doi.org/10.1016/j.jiixd.2023.10.003 .
Ю. Ю. Іванов, Р. Н. Квєтний, С. Г. Кривогубченко, і О. В. Стукач, «Особливості оцінювання параметрів процесу передавання даних із використанням турбо-кодів,» Метрологія і прилади, № 3, c. 25-32, 2017.
Ю. Ю. Іванов, «Особливості апаратно-програмної реалізації турбо-кодів: аналіз складності реалізації на цифровому сигнальному процесорі,» Вісник Вінницького політехнічного інституту, Вінниця, № 2, с. 94-101, 2016.
Yu. Yu. Ivanov, V. V. Kovtun, “Crypto Coding System Based on the Turbo Codes with Secret Keys,” ICT Express, South Korea, рр. 6, 2024. https://doi.org/10.1016/j.icte.2023.08.007 .
B. O. Bodnarenko, Yu. Yu. Ivanov, and S. M. Skuratov, “Hybrid Turbo-Decoding Method,” in MININGMETALTECH International scientific and technical conference, 2023, pp. 228-230.
P. Robertson, E. Villebrun, and P. Hoeher, “A Comparison of Optimal and Sub-optimal MAP Decoding Algorithms Operating in the log Domain,” Gateway to Globalization, IEEE International Conference on Communications, 1995, pp. 1009-1013. https://doi.org/10.1109/ICC.1995.524253 .
S. Asoodeh, “A New Constructive Approximation in Log-Map Turbo Decoder,” WSEAS International Conference on Electronics, Hardware, Wireless and Optical Communications, Cambridge, 2008, pp. 220-224.
L. Zhang, and S.-Z. Yu, “A Simplified log-MAP Turbo Decoder by Fitting Method,” Proceedings of IEEE International Conference on Advanced Communication Technology, 2005, pp. 854-857. https://doi.org/10.1109/ICACT.2005.246085.
С. В. Зайцев, «Модифікований алгоритм декодування турбокодів log-MAP з урахуванням впливу навмисних завад,» Математичні машини і системи, c. 70-79, 2015.
S. Talakoub, L. Sabeti, B. Shahrrava, and M. Ahmadi, “A Linear log-MAP Algorithm for Turbo Decoding and Turbo Equalization,” IEEE International Conference on Wireless And Mobile Computing, Networking And Communications, 2005. pp. 182-186. https://doi.org/10.1109/WIMOB.2005.1512836 .
W. J. Gross, and P. G. Gulak, “Simplified MAP Algorithm Suitable for Implementation of Turbo Decoders,” IET Journal, pp. 1577-1578, 1998. https://doi.org/10.1049/el:19981120 .
S. C. Chapra, and R. P. Canale, “Numerical Methods for Engineers (Chapter 17: Least-Squares Regression),” McGraw-Hill Higher Education, pp. 454-484, 2006.
ADSP-21065L SHARC Processor User’s Manual. [Electronic resource]. Available: https://www.analog.com/media/en/dsp-documentation/processor-manuals/37788354774923823818314265L_book_um.pdf. Accessed: 12.12.2024.
Ю. Ю. Іванов, Б .О. Боднаренко, Є. О. Звуздецький, і Ю. С. Здітовецький, «Оцінювання складності декодування згорткових турбо-кодів та блокових кодів турбо-добутків,» Вісник Вінницького політехнічного інституту, № 1, с. 51-55, 2024. https://doi.org/10.31649/1997-9266-2024-172-1-51-55 .
##submission.downloads##
-
pdf
Завантажень: 8
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Автори, які публікуються у цьому журналі, згодні з такими умовами:
- Автори зберігають авторське право і надають журналу право першої публікації.
- Автори можуть укладати окремі, додаткові договірні угоди з неексклюзивного поширення опублікованої журналом версії статті (наприклад, розмістити її в інститутському репозиторії або опублікувати її в книзі), з визнанням її первісної публікації в цьому журналі.
- Авторам дозволяється і рекомендується розміщувати їхню роботу в Інтернеті (наприклад, в інституційних сховищах або на їхньому сайті) до і під час процесу подачі, оскільки це сприяє продуктивним обмінам, а також швидшому і ширшому цитуванню опублікованих робіт (див. вплив відкритого доступу).
