Многопороговое декодирование вблизи границы Шеннона * * * * * * В.Ф. Бабкин, В.В.Золотарёв Доклад на семинаре ИКИ в Тарусе г.

В.Ф.Бабкин, В.В.Золотарёв Многопороговое декодирование2 Главное ограничение теории информации для помехоустойчивого кодирования Всегда должно выполняться условие: R < C ! Здесь: R - кодовая скорость, C - пропускная способность канала. В этом случае возможна передача цифровых данных с произвольно малой вероятностью ошибки (после декодирования).

В.Ф.Бабкин, В.В.Золотарёв Многопороговое декодирование3 По возможности - проще!!! Пример кодера для свёрточного кода с той же кодовой скоростью R=1/2.

В.Ф.Бабкин, В.В.Золотарёв Многопороговое декодирование4 Нижние оценки вероятностей ошибки декодирования блоковых кодов с R=1/2 в ДСК Даже коды длины n=1000 неэффективны при вероятности ошибки в канале Ро>0.08. А теория-то утверждает, что можно успешно работать при Ро

В.Ф.Бабкин, В.В.Золотарёв Многопороговое декодирование5 Главные проблемы техники кодирования 1. Декодировать – проще!. 2. Достоверность – выше!. 3. Максимально учитывать условия кодирования в реальных системах связи 4. Как всего этого достичь? Многопороговыми декодерами!!!

В.Ф.Бабкин, В.В.Золотарёв Многопороговое декодирование6 Многопороговое декодирование (МПД) Если МПД длительное время изменяет символы принятого сообщения, то он может достичь решения оптимального декодера(ОД), но при линейной сложности реализации Это - результат применения итератив- ного метода коррекции ошибок Обычно цена оптимального декодирования ( как для алгоритма Витерби) - полный перебор, а сложность МПД - всего лишь линейная функция от длины кода!!! ( как для алгоритма Витерби) - полный перебор, а сложность МПД - всего лишь линейная функция от длины кода!!!

В.Ф.Бабкин, В.В.Золотарёв Многопороговое декодирование7 Рис. 1. Многопороговый декодер сверточного СОК с R=1/2, d=5 и n A =14 Свёрточный многопороговый декодер для кода с R=1/2, d=5 и 3 итерациями

В.Ф.Бабкин, В.В.Золотарёв Многопороговое декодирование8 Аппаратная реализация МПД на БИС 1. МПД состоит почти полностью из элементов памяти или регистров сдвига. Это наиболее быстрые элементы и ПЛИС, и БИС. Доля остальных элементов МПД существенно менее 1 %. 2. МПД состоит из параллельно работающих регистров сдвига и однотактных пороговых элементов с мгновенной реализацией своих функций. Именно поэтому МПД для некоторых значений параметров примерно в 1000 более быстрые, чем другие, например, турбо декодеры.

В.Ф.Бабкин, В.В.Золотарёв Многопороговое декодирование9 Минимум вычислений при декодировании - в МПД! (Число операций на бит, программная реализация) Обычно : N 1 = C 0 * d*I, а в МПД: только N 2 = C 1 *d+ C 2 *I, - сумма основных параметров d и I вместо их произведения, (здесь: С i - небольшие целые числа, а d – кодовое расстояние, I-число итераций) Это в ~100 раз проще и быстрее, чем, например, при использовании турбо кодов!

В.Ф.Бабкин, В.В.Золотарёв Многопороговое декодирование10 Причины высокой эффективности МПД 1. Разработана специальная простая итеративная процедура декодирования. 2. Построены специальные коды с очень малой степенью группирования ошибок. 3. Выполнена оптимизация сотен параметров МПД декодера. Проблемы 1 и 2 - были признаны сообществом специалистов как «очень трудные» и полностью забыты. Задача 3 - не была даже поставлена как проблема

В.Ф.Бабкин, В.В.Золотарёв Многопороговое декодирование11 Что нужно от кодов для сетей связи? Проф. Берлекэмп (США) указал в 1980г. в обзоре, опубликованном в ТИИЭР: Это - энергетический выигрыш!, - мера эффекта увеличения энергии сигнала, оцениваемая как ~$1 миллион на 1 дБ ЭВК. Теперь это ещё более важно {см. Наш обзор в журнале Электросвязь 9, 2003; его перевод на английский представлен также на нашем веб-сайте ИКИ } Сейчас каждый дополнительный 1 дБ ЭВК даёт экономический эффект в сотни миллионов долларов!

В.Ф.Бабкин, В.В.Золотарёв Многопороговое декодирование12 Предельный энергетический выигрыш кодирования (ЭВК) из условия R

В.Ф.Бабкин, В.В.Золотарёв Многопороговое декодирование13 Новая технологическая революция – передача при минимальной энергетике

В.Ф.Бабкин, В.В.Золотарёв Многопороговое декодирование14 Добро пожаловать! Гости сайта ИКИ в марте 2004 г. Более 5000 посетителей нашего веб-сайта переписали около 1 Гбайта данных об алгоритмах МПД в 2004 г.

В.Ф.Бабкин, В.В.Золотарёв Многопороговое декодирование15 Выводы 1. Мы открыли итеративные МПД алгоритмы 32 года назад. 2. Сложность программной версии МПД - это абсолютный известный сейчас минимум вычислений. Разница с турбо кодами по числу операций ~100 раз! 3. Аппаратные МПД быстрее турбо кодов ~1000 раз! 4. Решения МПД достаточно быстро стремятся к решениям оптимального декодера (ОД) 5. МПД - абсолютный лидер среди всех алгоритмов по критерию сложность-эффективность. 6. Поэтому мы навсегда опередили все другие алгоритмы! Мы мировые лидеры в кодировании!

В.Ф.Бабкин, В.В.Золотарёв Многопороговое декодирование г. ИКИ РАН т. (095) , , доп.тел. (095) , т. д.: , моб.: ИКИ РАН т. (095) , , доп.тел. (095) , т. д.: , моб.: Таруса