НОВЫЕ АЛГОРИТМЫ ДЕКОДИРОВАНИЯ ДЛЯ ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ СПУТНИКОВЫХ КАНАЛОВ Зубарев Ю.Б., Золотарёв В.В., Овечкин Г.В. Цифровая обработка сигналов

Для чего нужно помехоустойчивое кодирование? Применение помехоустойчивого кодирования позволяет получить энергетический выигрыш, каждый децибел которого оценивается в миллионы долларов и позволяет: - снизить мощность передатчика; - повысить скорость передачи данных; - уменьшить размеры антенн; - повысить дальность связи; - экономить полосу частот; - работать при большем шуме в канале.

Перспективные методы помехоустойчивого кодирования - турбо коды и методы их декодирования; - низкоплотностные коды и методы их декодирования; - многопороговые декодеры (МПД) самоортогональных кодов.

Схема многопорогового декодера

Эффективность методов декодирования помехоустойчивых кодов

Недвоичные помехоустойчивые коды Недвоичные коды позволяют работать с символьными данными, что гораздо удобнее во многих цифровых системах. Такие коды могут применяться: - для повышения достоверности передачи данных по каналам с группирующимися ошибками; - в качестве составляющих элементов различных каскадных кодов; - для защиты информации на различного рода носителях (CD, DVD, HDD и др.) от искажений (из-за старения материала, царапин и др.) и т.д.

Известные недвоичные коды и методы их декодирования: -коды Рида-Соломона (РС); - недвоичные турбо коды; - недвоичные низкоплотностные коды (qLDPC); - недвоичные многопороговые декодеры (qМПД) недвоичных самоортогональных кодов.

Пример схемы недвоичного многопорогового декодера Преимущества qМПД: - простота практической реализации (низкая стоимость, высокая надежность, высокое быстродействие); - высокая эффективность декодирования; - широкие возможности адаптации к предъявляемым требованиям.

Эффективность методов декодирования недвоичных помехоустойчивых кодов для R=1/2 в qСК 1 – РС (R=1/2, n=255, q=256); 2 – РС (R=1/2, n=64K, q=2 16 ); 3 – qМПД (R=1/2, n=4K, q=256); 4 – qМПД (R=1/2, n=32K, q=256); 5 – qМПД (R=1/2, n=32K, q= 2 16 ); 6 – qМПД (R=1/2, n=100K, q=256); 7 – qМПД (R=1/2, n=100K, q=2 32 ).

Эффективность методов декодирования недвоичных помехоустойчивых кодов для R=7/8 и R=19/20 в qСК 1 – РС (R=7/8, n=255, q=256); 2 – РС (R=19/20, n=64K, q=2 16 ); 3 – qМПД (R=7/8, n=48K, q=256); 4 – qМПД (R=7/8, n=48K, q=2 16 ); 5 – qМПД (R=19/20, n=64K, q=256); 6 – qМПД (R=7/8, n=100K, q=256);

Выводы МПД позволяет работать при максимально возможных шумах канала на произвольно больших скоростях передачи. При равной эффективности ему требуется в ~100 раз меньшее число операций, чем другим методам. Аппаратные МПД на ПЛИC Xilinx или Altera на скоростях до 1,6 Гбит/с реализуют ЭВК в дБ и более, а программные версии метода успешно декодируют двоичные потоки на скоростях до 15 Мбит/с даже при очень больших шумах канала. qМПД в 1000 и более раз повышают достоверность кодирования по сравнению с кодами Рида-Соломона и оказываются во много раз более простыми и быстрыми по сравнению с последними. Программные qМПД обеспечивают скорость декодирования в несколько десятков Мбит/с даже на обычном ПК. Они в десятки, сотни, а иногда и в тысячи раз быстрее других алгоритмов коррекции ошибок.

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ Большой объем дополнительной информации о многопороговых декодерах можно найти на специализированном веб-сайте Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант )