Analiza comparativă a dispozitivelor de întreţesere utilizate în turbocoduri pe baza spectrului distanţelor de întreţesere

Documente similare
Microsoft Word - TIC5

Microsoft Word - Mod_Cod_adaptive_1_19.doc

PROBLEME PRIVIND INSTABILITATEA UNOR CALCULE ALE MECANISMELOR

Microsoft Word - FiltrareaNyquist-rezumat.doc

Laborator 2-3 Utilizarea programului de simulare electromagnetică EmPro Continuare În lucrarea de laborator se va investiga o linie de transmisie micr

Microsoft Word - 01_Introducere.doc

Subiecte

Microsoft Word - 2 Filtre neliniare.doc

Microsoft Word - onf laborator subiect.doc

INDICATORI AI REPARTIŢIEI DE FRECVENŢĂ

Microsoft Word - GMSK_18_19_P2.doc

PROGRAMA CONCURSULUI NAŢIONAL

Microsoft Word - Tema 06 - Convertoare analog-numerice.doc

Microsoft Word - Text Buletinul AGIR 1_2017.doc

PAS cap. 2: Reprezentări rare p. 1/35 Prelucrarea avansată a semnalelor Capitolul 2: Reprezentări rare Bogdan Dumitrescu Facultatea de Automatică şi C

METODE NUMERICE ÎN INGINERIE

Introducere

Cuantizare Vectoriala.doc

Microsoft Word - Lab1a.doc

Microsoft Word - Algoritmi genetici.docx

Microsoft Word - OFDMprz_19_3.doc

Microsoft PowerPoint - curs5-DPT-2010V97 [Compatibility Mode]

Bluetooth, prezent şi perspective

Modelarea si Simularea Sistemelor de Calcul

Microsoft Word - Laboratorul 03 Antene de radiodifuziune (Radio și TV)

UNIVERSITATEA BABEŞ-BOLYAI CLUJ-NAPOCA FACULTATEA DE MATEMATICĂ ŞI INFORMATICĂ Concurs MATE-INFO UBB 6 aprilie 2019 Proba scrisă la MATEMATICĂ NOTĂ IM

Microsoft PowerPoint - TDRC_II-03-Ethernet.ppt

PowerPoint Presentation

Curs 3 Permutari cu repetitie. Combinari. Algoritmi de ordonare si generare

Şcoala ………

Microsoft Word - 5_ _Eval_ ETC_master_ESI_AnI-II_completat.doc

Capitole Speciale de Informatică Curs 4: Calculul scorurilor în un sistem complet de extragere a informaţiilor 18 octombrie 2018 Reamintim că în cursu

Microsoft PowerPoint - ESTIMARE-II-2

Microsoft Word - Rezumat si Teza de doctorat v3.9c

FIŞA DISCIPLINEI 1. Date despre program 1.1 Instituţia de învăţământ superior Universitatea Tehnică din Cluj-Napoca 1.2 Facultatea Mecanică 1.3 Depart

FILTRE DE REALIZARE CU CIRCUITE DE INTEGRARE

FIŞA DISCIPLINEI ARHITECTURA SISTEMELOR DE CALCUL 1. Date despre program 1.1 Instituţia de învăţământ superior Universitatea POLITEHNICA din Bucureşti

1

Gheorghe IUREA Adrian ZANOSCHI algebră geometrie clasa a VII-a ediţia a V-a, revizuită mate 2000 standard EDITURA PARALELA 45 Matematică. Clasa a VII-

Examenul de bacalaureat 2012

Microsoft Word - 11_Evaluare ETC_master_Master_ESI.doc

2

Microsoft Word - Camera video adaugata intr-o retea CATV2.doc

Microsoft Word - CV Opriţoiu Flavius.doc

Discipline aferente competenţelor Facultate: Facultatea de Electronică şi Telecomunicaţii Universitate: UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN TIMIȘOARA Domeni

Microsoft Word - LUCRARE DE LABORATOR 5

Microsoft Word - Capitolul_07

DAN LASCU ADRIANA-LIGIA SPORIŞ ANDA OLTEANU PAUL VASILIU MATEMATICĂ. CULEGERE DE PROBLEME TIP GRILĂ PENTRU ADMITEREA ÎN ACADEMIA NAVALĂ MIRCEA CEL BĂT

Document2

Microsoft Word - DCE - lucrarea 5.doc

Laborator Implementarea algoritmului DES - Data Encryption Standard. Exemplu DES Algoritmul DES foloseşte numere b

2

Microsoft Word - Curs1.docx

Microsoft Word - Mihalca.doc

CURRICULUM VITAE

Microsoft Word - A.Mihaescu_2016_Syllabus_Fisa_disciplinei-ITC-IIIENG

AMPLASAREA STAŢIILOR ELECTRICE Acest capitol reprezintă o descriere succintă a procesului de proiectare a unei staţii electrice de transformare sau de

Nu-i e bine ţării noastre

Microsoft PowerPoint - TDRC_II-10-TCP.ppt

Microsoft Word - Coperta-Cuprins-Prefata.doc

Modul Modbus ASCII SISTEME DE COMUNICATIE CURS 5 - Constantinescu Catalin Atunci cand se foloseste modul MODBUS ASCII fiecare octet din mesaj

Teste şi Măsurători de CIEM. Introducere în Măsurări Electromagnetice pentru Determinarea Compatibilităţii şi Interferenţei Electro-Magnetice. Metode

rrs_12_2012.indd

Lucrarea 7 Filtrarea imaginilor BREVIAR TEORETIC Filtrarea imaginilor se înscrie în clasa operaţiilor de îmbunătăţire, principalul scop al acesteia fi

Analiză de flux de date 29 octombrie 2012

Generarea semnalelor standard 1 Scopul lucrării Familiarizarea cu modul de generare şi reprezentare în mediul Matlab a semnalelor de test, considerate

ROMANIA Ministerul Educatiei, Cercetarii si Tineretului Autoritatea Nationala pentru Cercetare Stiintifica PN II ID PCE Se completeaza de

Procesarea Imaginilor Laborator 3: Histograma nivelurilor de intensitate 1 3. Histograma nivelurilor de intensitate 3.1. Introducere În această lucrar

Microsoft Word - C05_Traductoare de deplasare de tip transformator

Kein Folientitel

ALGORITMICĂ. Seminar 3: Analiza eficienţei algoritmilor - estimarea timpului de execuţie şi notaţii asimptotice. Problema 1 (L) Să se determine număru

Logică și structuri discrete Limbaje regulate și automate Marius Minea marius/curs/lsd/ 24 noiembrie 2014

Clustere şi impurităţi în sisteme complexe

20 SUBIECTE DE EXAMEN - De fapt, în pofida acestor probleme, până la urmă tot vom logaritma, căci aceasta este tehnica naturală în context. Trebuie do

SSC-Impartire

Microsoft PowerPoint - 20x_.ppt

Slide 1

PowerPoint Presentation

Microsoft Word - Lucrarea_10_t.doc

43 Prelegerea 4 Protocoale de distribuire a cheilor 4.1 Introducere Am văzut că sistemele bazate pe chei publice nu necesită un canal sigur pentru tra

Calitate aer comprimat Masurarea calitatii aerului comprimat conform ISO 8573 Continut de ulei rezidual - particule - umezeala Masurare continut ulei

DETERMINAREA CONSTANTEI RYDBERG

Proiect MINISTERUL TEHNOLOGIEI INFORMAŢIEI ŞI COMUNICAŢIILOR AL REPUBLICII MOLDOVA МИНИСТЕРСТВО ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И СВЯЗИ РЕСПУБЛИКИ М

Instructiuni licenta - 2

Microsoft Word - 1-Introducere.doc

Microsoft Word - Predimensionare_arbori.DOC

Microsoft Word - Probleme-PS.doc

Microsoft Word - 03 Dominica MOISE.doc

CURBE BÉZIER În CAGD se utilizează adesea curbele polinomiale, adică acele curbe definite de o parametrizare polinomială: C : [a, b] R 3 C(t) = (x(t),

OPERATII DE PRELUCRAREA IMAGINILOR 1

Cursul 14 Mulţimea lui Mandelbrot Mulţimile şi funcţiile cu caracter excepţional (mulţimea lui Cantor, insula lui Koch, funcţiile lui Weierstrass şi T

Capitolul MD. 10 Metoda funcţiilor Liapunov Fie sistemul diferenţial x = f (t, x), t t 0, x D R n. (10.1) Presupunem că x = 0 este punct de echilibru,

Test 5: Referat examen an II ELECTRONICA APLICATA Sisteme de achizitii de date 1. Sa se exprime in scarile de temperature Celsius si Farentheit temper

Microsoft Word - CMT 08 Amps.doc

I

Sistem de supraveghere video inteligent cu localizarea automata a evenimentelor de interes SCOUTER, cod proiect PN-II-IN-DPST , contract nr

Şiruri de numere reale Facultatea de Hidrotehnică Universitatea Tehnică Gheorghe Asachi Iaşi, 2015 Analiză Matematică Lucian Maticiuc 1 / 29

CARACTERISTICA DE AMORTIZARE A GRUPULUI DE REZEMARE ŞI IZOLARE ANTISEISMICĂ, ÎN CONCEPŢIE MODULARĂ, PENTRU PODURI ŞI VIADUCTE DAMPING CHARACTERISTICS

SCENARII MULTIANUALE UTILIZÂND UN MODEL REDUS DE TIP RMSM PENTRU PROGNOZA PRINCIPALILOR INDICATORI MACROECONOMICI DIN ROMÂNIA * -SINTEZĂ- Mariana NICO

Transcriere:

Studiu asupra preciziei curbelor BER construite prin simularea funcţionării turbo-codurilor as.ing. Horia Balta, as.ing. Maria Kovaci Universitatea Politehnica Timişoara, balta@etc.utt.ro, kmaria@etc.utt.ro Résumé Dans cet article on donne des formules pour calculer la précision de la courbe du taux d erreur du bit dans le cas de la simulation des turbo-codes. Sur la base de ces formules sont calculés le nombre imum de bits d information nécessaires pour être transmis et le nombre imum de bits erronés nécessaires à être obtenus par les simulations afin d obtenir une précision désirée pour les courbes du taux d erreurs. Les conclusions obtenues par calcul sont vérifiées sur quelques simulations pratiques. 1. Introducere Codarea canalului reprezintă o soluţie foarte eficientă şi comodă de îmbunătăţire a performanţelor unui sistem de comunicaţie digital. Dintre codurile corectoare utilizate la ora actuală, cea mai performantă clasă o constituie turbocodurile (TC). Performanţele acestora, evaluate prin curbele ratei erorii de bit (BER) funcţie de raportul semnal per zgomot (Signal to Noise Ratio, SNR), se apropie de limita Shannon [BGT]. Limita Shannon [SHA] se referă la raportul semnal per zgomot im necesar pentru a putea realiza o transmisie sigură, şi are valoarea ln(2) = 1,59 db, în condiţiile ideale ale unui canal de bandă infinită. În cazurile practice, această limită teoretică depinde de lungimea blocurilor de date transmise [JEZ]. Pentru blocuri cu lungimea de 1000 de biţi şi o rată a erorii de 10-4, valoarea limitei teoretice este de 0,8 db [DDP]. 35

Deoarece TC-urile operează la mai puţin de 1dB distanţă de limita teoretică, devine necesară obţinerea unei precizii suficient de mari asupra curbelor BER/SNR în vederea unei comparaţii veridice. 2. Calculul preciziei curbei ratei erorii Rata erorii (BER) este definită ca şi raport între numărul de biţi eronaţi, x, şi numărul total de biţi transmişi, N: BER = x / N, (1) unde x numărul de biţi eronaţi este o funcţie de raportul semnal per zgomot, dat în decibeli: x = x(ξ). (2) În general, o curbă BER este reprezentarea grafică a funcţiei: b = lg(ber) = b(ξ), (3) aşa cum se prezintă în Fig.1. Definim eroarea curbei BER în punctul (b 0, ξ 0 ) ca: E = b / b (4) Logaritmul ratei erorii lg(ber) b = b(ξ) Lg(BER) = 0 BER = 1 b0 b 0 b ξ (db) ξ 0 Raport semnal per zgomot Fig.1 Exemplu de curbă BER 36

Dorim să calculăm numărul de biţi necesar a fi transmişi, N nec, pentru ca eroarea curbei BER, pe domeniul [b, b max ], să fie sub o valoare impusă, E M. Deoarece pentru o aplicaţie dată, N este constant, presupunem că b este o funcţie continuă de x, şi diferenţiem pe b după x: b = ( lg(x / N)) = x / x. (5) Împărţind ultima relaţie la b = lg(x /N) şi impunând valoarea maximă E M pentru eroarea curbei, rezultă: x x lg(n) - lg(x) E M. (6) Dar x reprezintă creşterea imă în numărul de erori. Pentru un turbo-cod x este dat de distanţa imă dintre două cuvinte de cod, sau altfel spus, x este identic cu d free. Înlocuind pe x cu d free şi înmulţind toată ecuaţia cu N, rezultă: N -1 dfree BER (E -1 M ) -1. (7) lg(ber ) Fig.2 Dependenţa N = 200 y/lg(y) 37

Ecuaţia (7) este o dependenţă crescătoare a lui N de y = BER -1, aşa cum demonstrează Fig.2, unde s-a considerat d free /E M = 200. Ca atare, se poate calcula N impunând ca rata erorii să fie cea imă (corespunzătoare lui b ): N d free (BER - lg(ber ) ) 1 (E M ) -1. (8) În Tabelul 1 sunt calculate valorile numărului de biţi necesar a fi transmişi într-o simulare a unui turbo-cod având o distanţă liberă d free =2 [HLY], la care se doreşte o precizie de 1% pentru curba BER măsurată până la b. BER M 10-3 10-4 10-5 10-6 10-7 Tabelul 1 N (biţi) 66.667 500.000 4.000.000 33.333.334 2,857 10 8 În Tabelul 2 sunt calculate valorile ratei erorii ime pentru care, într-o simulare a unui turbo-cod având distanţa liberă d free =2, precizia curbei BER este de cel puţin 1%, funcţie de numărul total de biţi transmişi. N (biţi) 5 10 +5 10 +6 2 10 +6 5 10 +6 10 +7 Tabelul 2 BER M 10-4 4.6125 10-5 2.1413 10-5 7.8333 10-6 3.6792 10-6 Obs. În calculele precedente s-a considerat o variaţie im posibilă a numărului de erori. Rezultă valori im necesare, N şi x. Pentru a avea valori suficiente, în relaţiile (8), respectiv (9), trebuie înlocuit d free cu valoarea variaţiei x maxim posibile în cazul unei aplicaţii date. Din ecuaţia (8), ţinând cont de (1), se poate deduce o relaţie pentru numărul im de erori, x, necesar a fi obţinut la o simulare pentru a avea o precizie dată a curbei BER: 38

d x free (E M ) -1. (9) - lg(ber ) În Tabelul 3 sunt date valorile pentru x funcţie de BER, în cazul unui turbocod având distanţa liberă 2 şi la o precizie dorită de 1%. BER M 10-3 10-4 10-5 10-6 10-7 x (biţi) 67 50 40 34 29 Tabelul 3 3. Evoluţia asimptotică a valorii BER Verificarea rezultatelor teoretice obţinute în paragraful precedent este posibilă practic în felul următor. Atunci când se calculează, prin simulări, valoarea BER pentru un anume SNR, utilizând formula (1), se reţin toate rezultatele intermediare x 1 /N 1, x 2 /N 2,... x n /N n = x/n, unde N k N k-1 = const.= N. Reprezentând grafic lg(ber(k)) = lg(x k /N k ), se află valoarea lui N pentru care lg(ber(k)) diferă cu mai puţin de p% faţă de lg(ber( )). În Fig.3 sunt prezentate graficele lg(ber(k)) pentru diferitele valori ale SNR-ului, în cazul simulărilor efectuate cu un TC definit de parametrii: datele: aleatoare, în blocuri de lungime 1000 de biţi; dispozitivul de întreţesere: pseudo-aleator; codurile componente: convoluţionale, recursive, sistematice, G=[1,5/7]; modulaţia: BPSK (Binary Phase Shift Keying); canalul: AWGN (Aditive, White, Gaussian Noise); algoritmul de decodare: MAP; numărul de iteraţii: opt. Pe fiecare grafic sunt indicate: raportul semnal per zgomot la care s-a făcut simularea; valoarea finală a ratei erorii obţinute (linia punctată orizontală); abaterile cu ±1% din valoarea finală a ratei erorii (liniile continue orizontale); 39

valoarea lui N obţinut prin măsurări (linia punctată verticală). În Tabelul 4, aceste valori ale lui N sunt comparate cu cele teoretice găsite anterior. Diagramele din Fig.3 arată că oscilaţiile valorii BER se atenuează cu creşterea numărului de blocuri transmise. Însă, conform observaţiei anterioare, numărul de biţi necesar a fi transmişi pentru ca oscilaţiile valorii BER să fie SNR = 0,1dB 10 2 SNR = 0,5dB 10 2 10-4 SNR = 0,9dB 10 2 Fig.3 Rata erorii funcţie de numărul de blocuri în simularea unui turbocod la diferite rapoarte semnal per zgomot 40

Tabelul 4 SNR[dB] 0,1 0,3 0,5 0,7 0,9 1,1 BER 6 10-2 3 10-2 1,1 10-2 3 10-3 5,3 10-4 8 10-5 t N (teoretic) p N (practic) p t N / N =k m 2728 4378 9283 26425 115200 610220 1,25 10 6 1,7 10 6 1,9 10 6 6,9 10 6 1,2 10 7 1,22 10 7 458 388 205 261 104 20 în limitele preciziei impuse de 1%, este mult mai mare decât cel calculat considerând x = d free. Totuşi, pentru SNR mari, valorile măsurate tind către cele calculate, fapt datorat micşorării probabilităţilor grupurilor de erori în număr mult mai mare decât d free [JZG]. Astfel, simulările practice vor trebui să conţină un număr de biţi transmişi calculat cu formula: N = k(snr) N (10) unde pentru k trebuie aleasă o dependenţă descrescătoare cu SNR. Cea propusă aici este: k = 10 3 exp( SNR 2 ). (11) În figura 4 s-a desenat dependenţa lui k m (măsurat) şi a lui k (propus) de raportul SNR. 4. Concluzii În lucrare se dau formule de calcul a preciziei curbei ratei erorii de bit în cazul simulării turbo-codurilor. Pe baza acestor formule sunt calculate numărul im de biţi de informaţie necesar a fi transmiţi şi numărul im de biţi eronaţi necesar a fi obţinuţi prin simulări pentru a obţine o precizie dorită pentru curbele ratei erorii. De asemenea, pe baza mărurărilor practice, sunt indicaţi şi 41

coeficienţi de corecţie a acestor valori ime în vederea obţinerii unor valori suficiente. k k m Fig.4 Variaţia coeficienţilor de corecţie, măsurat şi propus, funcţie de SNR (db) Bibliografie [BGT] C. Berrou, A. Glavieux, P. Thitimajshima, Near Shannon Limit Error Correcting Coding and Decoding: Turbo Codes, Proc. of ICC, Geneve, may 1993, pp. 1064-1070 [DDP] S. Dolinar, D. Divsalar, F. Pollara, Code performance as a function of block size, TMO progres report 42-133, JPL, NASA [HLY] L.Hanzo, T.H.Liew, B.L.Yeap, Turbo Coding, Turbo Equalisation and Space-Time Coding for Transmission over Fading Channels, John Wiley & Sons Ltd, England, 2002 [JZG] R. Johannesson, K. Sh. Zigangirov, Fundamentals of Convolutional Coding, IEEE Press, 1999 [JEZ] M.Jézéquel, Turbo codes (convolutifs), sear Timişoara, 18-20 martie 2003 [SHA] C.E. Shannon, A Mathematical Theory of Communications, The Bell System Technical Journal, Vol.27, pp. 379-423, 623-656. October, 1948 42