НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Файл статьи: SE-BMSTU...o346.Pdf (1446.80Кб)

УДК 004.632.4

Россия,  МГТУ им. Н.Э. Баумана

В работе представлен метод помехоустойчивого кодирования цифровой информации. Особенностью этого метода является обработка случаев инверсии и пропуска битов, вызванных нарушением синхронизации приемного и передающего устройства или другими факторами. В статье приведен краткий обзор свойств, характеристик и современных методов построения LDPC и сверточных кодов, а также рассмотрена общая модель канала связи, учитывающая вероятности инверсии, пропуска и вставки битов. Предложена схема кодера,  основанная на комбинации кода LDPC и сверточного кода. Проведен сравнительный анализ предложенной комбинированной схемы кодирования и схемы кодирования, содержащей только LDPC кодер. Обе схемы имеют одинаковую скорость кодирования. Эксперименты проведены c двумя моделями канала связи при разных значениях вероятностей инверсии и пропусков битов. Первая модель допускает только случайную инверсию битов, а вторая одновременно случайную инверсию и пропуск битов. Экспериментально исследованы и проанализированы  задержки декодирования свёрточного кода Получены результаты, доказывающие целесообразность использования предложенной схемы кодирования для повышения эффективности восстановления информации передаваемой по каналу с шумами, допускающим случайную инверсию и пропуск битов без уменьшения скорости кодирования

1. Gallager R.G. Low-density parity-check codes // IRE Transactions on Information Theory. 1962. Vol. 8, iss. 1. P. 2l-28. DOI: 10.1109/TIT.1962.1057683
2. Gallager R.G. Low-Density Parity-Check Codes. Cambridge, MA: MIT Press, 1963.
3. MacKay D.J.C., Neal R.M. Near Shannon limit performance of low density parity check codes // Electronics Letters. 1996. Vol. 32, iss. 18. P. 1645-1646. DOI:10.1049/el:19961141
4. MacKay D.J.C. Good Error-Correcting Codes Based on Very Sparse Matrices // IEEE Transactions on Information Theory. 1999. Vol. 45, no. 2. P. 399-431. DOI:10.1109/18.748992
5. Sae-Young Chung, Forney G.D. Jr., Richardson T.J., Urbanke R. On the Design of Low-Density Parity-Check Codes within 0.0045 dB of the Shannon Limit // IEEE Communications Letters. 2001. Vol. 5, no. 2. P. 58-60. DOI:10.1109/4234.905935
6. Jun Xu, Lei Chen, Lingqi Zeng, Lan Lan, Shu Lin. Construction of low density parity-check codes by superposition // IEEE Transactions on Communications. 2005. Vol. 53, no. 2. P. 243-251. DOI:10.1109/TCOMM.2004.841966
7. Bonello N., Sheng Chen, Hanzo L. Construction of regular quasi cyclic protograph LDPC codes based on Vandermonde matrices // IEEE Transactions on Vehicular Technology. 2008. Vol. 57, no. 4. P. 2583-2588. DOI: 10.1109/TVT.2007.913180
8. Ammar B., Honary B.,Yu Kou, Jun Xu, Lin S. Construction of low-density parity-check codes based on balanced incomplete block designs // IEEE Transactions on Information Theory. 2004. Vol. 50, no. 6. P. 1257-1269. DOI:10.1109/TIT.2004.828144
9. Yu Kou, Shu Lin, Fossorier M.P.C. Low density parity check codes based on finite geometries: a rediscovery and new results // IEEE Transactions on Information Theory. 2001. Vol. 47, no. 7. P. 2711-2736. DOI: 10.1109/18.959255
10. Rosenthal J., Vontobel P.O. Constructions of regular and irregular LDPC codes using Ramanujan graphs and ideas from Margulis // Proceedings. 2001 IEEE International Symposium on Information Theory. IEEE, 2001. DOI: 10.1109/ISIT.2001.935867
11. Chen L., Djurdjevic I., Xu J. Construction of quasicyclic LDPC codes based on the minimum weight codewords of Reed-Solomon Codes // Proceedings. International Symposium on Information Theory (ISIT 2004). IEEE, 2004. DOI: 10.1109/ISIT.2004.1365276
12. TM Synchronization and Channel Coding—Summary of Concept and Rationale. Report Concerning Space Data System Standard. Informational Report CCSDS 130.1-G-2. Green Book. Issue 2. November 2012. Washington, DC, USA, CCSDS, 2012.
13. Andreadou N., Pavlidou F.-N., Papaharalabos S., Mathiopoulos P.T. Quasi-Cyclic Low-Density Parity-Check (QC-LDPC) Codes for Deep Space and High Data Rate Application // International Workshop on Satellite and Space Communications (IWSSC 2009). IEEE, 2009. P. 225-229. DOI: 10.1109/IWSSC.2009.5286377
14. Islam R.M., Kim J. Quasi Cyclic Low Density Parity Check Code for High SNR Data Transfer // Radioengineering. 2010. Vol. 19, no. 2. P. 356-362.
15. Divsalar D., Dolinar S., Jones C . Construction of Protograph LDPC Codes with Linear Minimum Distance // IEEE International Symposium on Information Theory, 2006. P. 664-668. DOI:10.1109/ISIT.2006.261868
16. Thuy V. N., Aria N. Rate-Compatible Short-Length Protograph LDPC Codes // IEEE Communications Letters. 2013. Vol. 17, no. 5. P. 948-951. DOI:10.1109/LCOMM.2013.031313.122046
17. Richardson T.J., Urbanke R.L. Efficient Encoding of Low-Density Parity Check Codes // IEEE Transactions on Information Theory. 2001. Vol. 47, no. 2. P. 638-656. DOI:10.1109/18.910579
18. Ryan W.R., Shu Lin. Channel Codes: Classical and Modern. Cambridge University Press, 2009. 708 p.  
19. Xiao-Yu Hu, Eleftheriou E., Arnold D.-M., Dholakia A. Efficient implementations of the sum product algorithm for decoding LDPC codes // IEEE Global Telecommunications Conference (GLOBECOM '01). Vol. 2. IEEE, 2001. P. 25 -29. DOI: 10.1109/GLOCOM.2001.965575
20. Jinghu Chen, Dholakia A., Eleftheriou E., Fossorier M.P.C., Xiao-Yu Hu. Reduced-Complexity Decoding of LDPC Codes // IEEE Transactions on Communications. 2005. Vol. 53, no. 8. P. 1288-1299. DOI: 10.1109/TCOMM.2005.851637
21. Davey M.C., MacKay D.J.C. Reliable communication over channels with insertions, deletions, and substitutions // IEEE Transaction on Information Theory. 2001. Vol. 47, no. 2. P. 687-698. DOI: 10.1109/18.910582
22. Ratzer E.A. Marker codes for channels with insertions and deletions // Proc. of the 3^rd International Symposium on Turbo Codes and Related Topics, 2003.
23. dos Santos M.P.F., Clarke W.A., Ferreira H.C., Swart T.G . Correction of insertions/deletions using standard convolutional codes and the Viterbi decoding algorithm // Proceedings. 2003 IEEE Information Theory Workshop, 2003. P. 187 -189. DOI: 10.1109/ITW.2003.1216726
24. Swart T., Ferreira H., dos Santos M.P.F. Insertion/Deletion correction by using parallel interconnected Viterbi Decoders // SAIEE Africa Research Journal. 2006. Vol. 97, no. 2. P. 151-156.
25. Elias P. Coding for Noisy Channels // IRE Convention Record. 1955. Vol. 3, pt. 4. P. 37-47.
26. Viterbi A.J. Error Bounds for Convolutional Codes and an Asymptotically Optimum Decoding Algorithm // IEEE Transactions on Information Theory. 1967. Vol. 13, iss. 2. P. 260-269. DOI:10.1109/TIT.1967.1054010
27. Forney G.D. Jr. The Viterbi Algorithm // Proceedings of the IEEE. 1973. Vol. 61, no. 3. P. 268-278. DOI: 10.1109/PROC.1973.9030
28. Forney G.D. Jr. Convolutional Code II: Maximum Likelihood Decoding // Information and Control. 1974. Vol. 25, iss. 3. P. 222-266. DOI: 10.1016/S0019-9958(74)90870-5
29. Berrou C., Glavieux A., Thitimajshima P. Near Shannon Limit Error-Correcting Coding and Decoding: Turbo Codes. 1 // IEEE International Conference on Communications (ICC '93 Geneva). Technical Program, Conference Record. Vol. 2. IEEE, 1993. P. 1064-1070. DOI: 10.1109/ICC.1993.397441
30. Barbelescu A.S, Pietrobon S.S. Interleaver Design for Turbo Codes // Electronics Letters. 1994. Vol. 30, no. 25. P. 2107-2108. DOI:10.1049/el:19941434
31. Dinoi L., Benedetto S. Design of Fast Prunable S-Random Interleavers // IEEE Transactions on Wireless Communications. 2005. Vol. 4, no. 5. P. 1-9. DOI:10.1109/TWC.2005.853836
32. Popovski P., Kocarev L., Risreski A. Design of Flexible-Length S-Random Interleaver for Turbo Codes // IEEE Communications Letters. 2004. Vol. 8, no. 7. P. 461-463. DOI:10.1109/LCOMM.2004.832737
33. Jing Sun, Takeshita O.Y. Interleavers for Turbo Codes Using Permutation Polynomial over Integer Rings // IEEE Transactions on Information Theory. 2005. Vol. 51, no. 1. P. 101-119. DOI:10.1109/TIT.2004.839478

.