Comunicatii mobile

  • View
    268

  • Download
    1

Embed Size (px)

DESCRIPTION

coding channel

Text of Comunicatii mobile

  • UNIVERSITATEA POLITEHNICA TIMIOARA FACULTATEA DE ELECTRONIC I

    TELECOMUNICAII B-dul V. Prvan Nr. 2, 300223 TIMIOARA, ROMNIA

    tel/fax: +40-256-403291 e-mail: decan@etc.upt.ro http:// www.etc.upt.ro

    CONTRIBUII LA ANALIZA I MBUNTIREA PERFORMANELOR TURBO CODURILOR N CANALE

    CU FADING PLAT

    Tez de doctorat Conductor tiinific: Doctorand: Prof. Dr. Ing. Miranda NAFORNI As. Ing. Maria KOVACI

    _________________________2009 _____________________

    U1920

  • Cuprins

    List abrevieri ................................................................................................. 3

    Cap.1. Introducere ......................................................................................... 5

    Cap.2. Coduri convoluionale .................................................................... 9

    2.1 Principiul codrii convoluionale ........................................................... 9

    2.2 Tipuri de coduri convoluionale ............................................................. 11

    2.3 Reprezentarea grafic a codurilor convoluionale ............................... 15

    2.4 Distana liber ...................................................................................... 18

    2.5 Funcia de transfer asociat unui cod convoluional ................. 19

    2.6 Simularea spectrului ponderilor ................................................ 24

    Cap.3 Turbo coduri .. 27

    3.1 Turbo codorul ......................................................................................... 29

    3.2 Turbo decodorul .............................................................................. 30

    3.3 Concatenarea paralel a codurilor convoluionale ............................... 32

    3.4 Dispozitive de ntreesere ........................................................................ 33

    3.4.1 Interleaver aleator ......................................................................... 35

    3.4.2 Interleaver de tip S ..................................................................... 35

    3.4.3 Interleaver bloc .......................................................................... 36

    3.4.4 Interleaver pseudo-aleator ........................................................ 37

    3.4.5 Interleaver Takeshita-Costello ..................................................... 38

    3.4.6 Interleaver bloc-aleator ............................................................. 38

    3.4.6.1 Interleaver bloc aleator n linie, BRL .............................. 39

    3.4.6.2 Interleaver bloc cu linii aleatoare, BLR ........................... 40

    3.4.7 Performanele interleaver-elor utilizate n turbo coduri ........... 41

    3.5 Algoritmi de decodare ......................................................................... 48

    3.5.1 Algoritmul Viterbi ......................................................................... 49

    3.5.1.1 Algoritmul Viterbi cu decizie hard ................................... 49

    3.5.1.2 Algoritmul Viterbi cu decizie soft ..................................... 50

  • Cuprins 2

    3.5.2 Algoritmul MAP ............................................................................ 53

    3.5.3 Algoritmul Max-Log-MAP ........................................................... 61

    3.5.4 Algoritmul Log-MAP .................................................................... 65

    3.5.5 Performane ale algoritmilor de decodare ................................... 67

    3.6 Concluzii ............................................................................................... 68

    Cap.4 Performanele turbo codurilor n canalele cu fading plat . 69 4.1 Propagarea radio n comunicaiile mobile ........................................ 69

    4.2 Modelul sistemului de transmisie ...................................................... 78

    4.3 Fading plat de tip Rayleigh ................................................................ 80

    4.4 Fading plat de tip Rice ........................................................................ 88

    4.5 Fading plat de tip Nakagami .................................................................. 96

    4.6 Concluzii .................................................................................................. 104

    Cap.5 Turbo coduri multi-binare ........................................................... 105 5.1 Interleaver-e pentru turbo coduri multi-binare .................................. 113

    5.2 Performanele turbo codurilor i a turbo codurilor multi-binare puncturate ......................................................................................................

    118

    5.3 Performanele turbo codurilor multi-binare n canalele cu fading plat ....................................................................................................................

    125

    5.3.1 Fading plat de tip Nakagami .......................................................... 125

    5.3.2 Fading plat de tip Raylegh ............................................................. 132

    5.4 Concluzii ................................................................................................... 138

    Cap.6 Contribuii i concluzii ................................................................... 139

    Anexa A ............................................................................................................ 142

    Anexa B ............................................................................................................. 145

    Anexa C ............................................................................................................ 146

    Anexa D ............................................................................................................ 156

    Bibliografie ...................................................................................................... 158

  • List abrevieri

    APP A Posteriori Probability

    AWGN Aditive White Gaussian Noise

    BER Bit Error Rate

    BLR Bloc with Random Lines

    BPSK Binary Phase Shift Keying

    BRL Block Random in Line

    CC Convolutional Code

    CCSDS Consultative Comittee for Space Data Systems

    DVB-T Digital Video Broadcasting-Terrestrial

    FER Frame Error Rate

    ISI Inter Symbol Interference

    LDPC Low-Density Parity-Check

    LFSR Linear Feedback Shift Register

    LLR Log Likelihoods Ratio

    Log-MAP Logarithm-MAP

    LOS Line-Of-Sight

    MAP Maximum A-Posteriori

    Max-Log-MAP Maximum-Logarithm-MAP

    MBTC Multi-Binary Turbo Code

    NRNSC Non-Recursive Non-Systematic Code

    NRSC Non-Recursive Systematic Code

    psd Power Spectral Densiy

    QPSK Quarternary Phase Shift Keying

    RF Radio Frequency

    RNSC Recursive Non-Systematic Code

    RSC Recursive Systematic Convolutional Code

    SISO Soft Input Soft Output

    SNR Signal to Noise Ratio

    SOVA Soft Output Viterbi Algorithm

    TC Turbo Code

  • List abrevieri 4

    UMTS Universal Mobile Telecommunications System

    WCDMA Wideband Code Division Multiple Access

    WiMAX Worldwide Interoperability for Microwave Access

  • CAPITOLUL 1

    Introducere

    Noi servicii de comunicaii i tehnologia informaiei apar aproape zilnic i cererile

    de a avea o capacitate de comunicaie i rate de transmisie din ce n ce mai mari

    continu s creasc. Acest progres spectaculos al comunicaiilor se datoreaz, n mare

    msur, creterii performanelor codurilor i reducerii costului tehnologiei.

    Calitatea unui sistem numeric de comunicaii este n general evaluat prin

    probabilitatea de eroare a simbolurilor recepionate, sau rata erorii pe bit, BER

    (Bit Error Rate).

    Aceast probabilitate depinde de raportul semnal pe zgomot al mesajului,

    SNR (Signal to Noise Ratio), din canalul de comunicaii. Cu ct SNR este mai

    mare, BER este mai mic. Pentru a ameliora calitatea unui sistem de comunicaii

    numerice este necesar creterea acestui raport.

    O soluie de a scdea BER, fr creterea SNR este codarea mesajulului de

    transmis. Operaia de codare const n a aduga la mesajul de transmis simboluri,

    numite de redundan, dup o lege dat. Necesitatea de a se introduce redundan n

    mesaj, pentru a se proteja contra erorilor de transmisie, este demonstrat n cadrul

    teoriei informaiei, [BOR99].

    Pentru un mesaj lipsit de redundan, fiecare simbol este esenial i astfel

    orice eroare de transmisie conduce la o pierdere ireversibil de informaie. n

    schimb, introducerea de simboluri de redundan va corela simbolurile mesajului

    codificat. Astfel, n anumite condiii, simbolurile eronate n cursul transmisiei

    vor modifica legea de codare utilizat la emisie, ceea ce va permite detectarea,

    apoi eventual, corectarea erorilor.

    n celebra sa lucrare din 1948, [SHA48], Shannon a demonstrat c o comunicaie

    sigur este posibil printr-un canal orict de zgomotos dac este ndeplinit condiia ca

    rata de transmisie s fie mai mic dect capacitatea canalului. Totui, Shannon nu a

    propus soluii explicite de codare a canalului pentru implementri practice. Astfel,

    vrem