Applications of Turbo Codes

1

Universitatea Politehnica Bucuresti Facultatea
Electronica, Telecomunicatii si Tehnologia
Informatiei
Influenta interleaverului asupra performantelor
codarii TURBO în canale de înregistrare pe suport
magnetic
Absolvent
Coordonator
Bondalici Razvan Ionut
As. ing. Catalin Sandu Conf. dr. ing. Stefan
Stancescu
Sesiunea Iunie 2009
2
Cuprins

• Introducere
• Coduri Turbo
• Analiza performantelor TURBO in functie de
  intretesator
• Concluzii

3
Introducere

• CT au performante mai bune decat codurile bloc si
  convolutionale si rezultate foarte apropiate de
  limita Shannon.
• Diferenta dintre un cod concatenat si un turbocod
  este ca acesta din urma realizeaza o concatenare
  a doua coduri convolutionale în paralel
• Un cod turbo metoda de a combina minim doua
  coduri convolutionale pentru a atinge
  performante mult mai bune decat pentru fiecare
  individual
• Inovatia consta in metoda combinativa care
  foloseste intreteserea. Unicitatea codurilor
  turbo consta in faptul ca nu necesita o reducere
  a ratei datelor si nici o extensie a largimii de
  banda ca in cazul altor scheme de codare.

4
Parametrii TURBO folositi in simulari ordinul
de memorie 4, decodarea s-a realizat folosind
algoritmul MAP, numarul de iteratii folosit in
procesul de decodare 8.
5
Performantele probabilitatii de eroare de bit
pentru un codor convolutional, respectiv un
turbocodor
6
Codarea Turbo

• Oricare doua (sau mai multe) coduri pot fi
  folosite pentru
• coduri dual recursive de convolutie (RSC)
  interconectate printr-un întretesator.
• Codurile RSC se obtin dintr-un cod convolutional
  nerecursiv si nesistematic prin alimentarea uneia
  din intrarile acestuia chiar cu iesirea sa

7
Schema de principiu a unui turbocodor
X datele de intarare X- datele de intrare
trecute prin interleaver ( cu ordinea
schimbata) v0 datele de intrare ( egale cu x)
v1 datele de paritate ( redundanta) rezultate
din primul codor v2 datele de paritate (
redundanta) rezultate din cel de-al doilea codor
8
Decodarea

• Fiecare decodor este o unitate software iterativa
  de decodare cu trei intrari
• Canalul datelor codate (posibil gresit).
• Termeni din iteratii precedente
• Biti de paritate (posibil gresiti)
• Fiecarui codor ii corespunde un decodor
• Decodoarele fac schimb de informatie

9
Decodare soft

• Decodarea soft ofera cel mai probabil cuvant de
  cod.
• Aceasta probabilitate este trecuta din primul
  decodor in al doilea unde este revizuita si apoi
  returnata primului.
• Astfel, procesul poate estima cel mai probabil
  cuvant de cod.

10
Schema decodorului Turbo
11
Intretesere

• Rol - împrastie erorile bloc, realizînd o
  decorelare a simbolurilor primite de cele 2
  codoare
• Structura întretesatorului trebuie sa fie bine
  stiuta la receptie
• Dispozitivele de întretesere se împart în
  principal în doua categorii. Prima categorie o
  constituie dispozitivele de întretesere având o
  structura regulata, iar a doua categorie o
  constituie dispozitivele de întretesere de tip
  aleator.

12
Tipuri de întretesatoare

• Aleator se alege dimensiunea dorita si se
  genereaza pozitiile aleator
• X x1,x2,x3,x4,x5,x6,x7,x8,x9,x10,x11,x12,x13,x14
  ,x15
• X1 x3,x8,x1,x14,x9,x6,x12,x5,x15,x2,x4,x11,x7,x1
  0,x13
• Prin Shiftare
• X x1,x2,x3,x4,x5,x6,x7,x8,x9,x10,x11,x12,x13,x14
  ,x15,x16,x17,x18
• x1 x4 x7 x10 x13 x16
  x1 x4 x7 x10 x13 x16
• x2 x5 x8 x11 x14 x17 gt
  x14 x17 x2 x5 x8 x11
• x3 x6 x9 x12 x15 x18
  x9 x12 x15 x18 x3 x6
• X1 x1,x14,x9,x4,x17,x12,x7,x2,x15,x10,x5,x18,x13
  ,x8,x3,x16,x11,x6

13
Tipuri de întretesatoare

• Bloc
• Datele de intrare sunt introduse în dispozitiv
  linie cu linie. Citirea se va face pe coloane,
  schimbându-se astfel ordinea bitilor. Pentru o
  mai buna împrastiere a erorilor, dupa
  interschimbare se poate recurge la permutari
  între linii sau coloane, rezultând astfel un
  dispozitiv de întretesere neuniform, însa cu
  performante mai bune.

14
Tipuri de întretesatoare

• Par-impar
• Xx1,x2,x3,x4,x5,x6,x7,x8,x9,x10,x11,x12,x13,x14
  
• X1 x2,x4,x6,x8,x10,x12,x14,x1,x3,x5,x7,x9,x11,x
  13
• Elicoidal
• x1 x2 x3 x4
• x5 x6 x7 x8
• x9 x10 x11 x12
• x13 x14 x15 x16
• X1 x13,x10,x7,x4,x9,x6,x3,x16,x5,x2,x15,x12,x1,x
  14,x11,x8
• Alte tipuri pseudo-aleator de distanta 8,
  diagonal, bloc

15
Influenta lungimii întretesatorului asupra
performantelor turbocodului . Se observa ca la
valori mici ale RSZ este mai eficienta marirea
întretesatorului
16
S-a simulat un codor cu lungimea întretesatorului
de N 1024, pentru densitate de inregistrare2.5,
numar iteratii10, dimensiune fisier10000,
zgomot 9395, fara puncturare si s-a folosit
algoritmul de decodare MAP. Performantele celor
patru întretesatoare sunt aproape aceleasi în
cazul în care decodarea se bazeaza pe algoritmul
MAP pentru RSZ cu valori mici. De aceea in cazlu
valorilor mici ale RSZ este mai eficient sa marim
dimensiunile întretesatorului.
17
S-a simulat un codor cu lungimea întretesatorului
de N 1024, pentru densitate de inregistrare3,
numar iteratii10, dimensiune fisier10000,
zgomot 152109, fara puncturare si s-a folosit
algoritmul de decodare MAP. Se observa
superioritatea unui algoritm de tip aleator
pentru valori mai mari ale RSZ. Insa avand in
vedere ca structura interleaverului trebuie
stiuta la receptie folosirea unui proces aleator
presupune un efort de calcul suplimentar si
implicit o intârziere in procesul de transmisie.
18
Concluzii

• Întretesatoarele aleatoare au cele mai bune
  performante.
• Marimea si structura interleaverului afecteaza
  performanta codarii.
• Am descoperit ca la rapoarte mici RSZ marimea
  interleverului poate fi crescuta pentru a obtine
  performante mai bune
• Prezenta întretesatorului în componenta unui
  turbocod îl face pe acesta sa se comporte ca un
  cod bloc. Cu cât marimea întretesatorului este
  mai mare cu atât performantele turbocodului
  cresc.
• La valori ridicate ale raportului RSZ structura
  interleaverului determina performantele
  codorului.
• Dispozitivul de întretesere aleator este relativ
  simplu de realizat, ofera cea mai buna
  împrastiere a secventei originale, însa are în
  general dmin 2, adica cea mai mica valoare
  posibila.
• Un alt dezavantaj major al întreteserii aleatoare
  este nereproductibilitatea procedeului de
  generare al functiei p o data generata functia
  de tip aleator ea trebuie memorata pentru a putea
  fi reprodusa.
• Pe viitor vor putea fi concepute structuri mai
  eficiente de interleavere tinând cont de
  structura codului. Se vor putea atinge rezultate
  mai bune cu un interlever adaptat in functie de
  tipul de date transmise.