Завадостійке декодування турбо-кодів у розподілених комп’ютерних системах

Abstract

Дисертаційна робота присвячена розв’язанню актуальної науково-практичної задачі підвищення вірогідності передавання даних і зниження обчислювальної складності декодування шляхом удосконалення турбо-кодової конструкції у розпо- ділених комп’ютерних системах різного функціонального призначення. Запропоно- вано метод декодування турбо-кодів PL-log-MAP, який дозволяє знизити обчислю- вальну складність, а відповідно підвищити швидкодію турбо-декодера, без втрати ефективності декодування даних. Розроблено математичну модель турбо-декодера зі спрощеним розрахунком метрик та апостеріорних значень. Для існуючих методів декодування турбо-кодів отримано функціональні залежності, які дозволяють вико- нати порівняльний аналіз обчислювальної складності декодування даних. На основі теоретичних положень розроблені апаратні засоби та програмне забезпечення для оцінювання характеристик процесу передавання даних.

Диссертация посвящена решению актуальной научно-практической задачи по- вышения достоверности передачи данных и снижения вычислительной сложности декодирования путем усовершенствования турбо-кодовой конструкции в распре- делѐнных компьютерных системах различного функционального назначения. В работе разработана математическая модель турбо-декодера с упрощенным вычислением метрик и апостериорных значений с выхода турбо-декодера, в которой не используются логарифмы и суммы экспоненциальных составляющих. Для вычислений логарифма Якобиана предложено использовать кусочно-линейную компенсирующую функцию, значения которой коррелируют со значениями ориги- нальной функции на 0,11…10,53 % выше по сравнению с известными аналогами. На основе теоретических положений разработаны аппаратные средства, а так- же программное обеспечение для системы передачи данных с турбо-кодеком, чтобы оценить характеристики процесса передачи данных с использованием разных мето- дов декодирования турбо-кодов. Для решения задач анализа, синтеза и эксплуатации турбо-кодов в распределенных компьютерных системах проведено компьютерное имитационное моделирование методом Монте-Карло. После проведения экспери- ментов сформулированы рекомендации по применению разных методов турбо- декодирования в соответствии с необходимыми вероятностными и энергетическими характеристиками процесса передачи данных. Результаты исследований были использованы для практического внедрения, что позволило повысить эффектив- ность передачи данных в условиях сильных помех и достичь необходимого показа- теля BER на определѐнном уровне нормированного значения сигнал/шум.

The thesis is devoted to solving actual scientific and practical task of increasing reliability of the transmitted data and reducing the computational decoding complexity by improving turbo-code design in distributed computer systems of different functional purposes. The method PL-log-MAP for decoding turbo-codes has been proposed, which can reduces the computational complexity, and accordingly improves the performance of turbo-decoder, without loss in the data decoding efficiency. The mathematical model of the turbo-decoder with a simplified calculations for metrics and a posteriori values has been developed. For the existing methods of turbo-codes decoding have been obtained functional relationships, which allow to perform comparative analysis of the computational decoding complexity. On the basis of the theoretical background have been developed hardware and software modules to evaluate the characteristics of the transmission data process.