Kablosuz iletişimde kullanılan katlamalı kodlama tekniklerinin karşılaştırmalı başarım analizi

Abstract

KABLOSUZ İLETİŞİMDE KULLANILAN KATLAMALI KODLAMATEKNİKLERİNİN KARŞILAŞTIRMALI BAŞARIM ANALİZİAli ÇALHANAnahtar Kelimeler: İleri Hata Düzeltme (FEC), Katlamalı kod, Viterbi, Turbo kod, SOVA,Log-MAP.Özet: Son yıllarda özellikle hücresel, uydu ve bilgisayar haberleşmesinde çok büyükgelişmeler yaşanmaktadır. Haberleşme sistemlerindeki kablosuz ortamların bit hata oranıyüksek olduğundan dolayı aktarılan veriler üzerinde hata denetiminin yapılması zorunludur.Bu bağlamda sayısal haberleşme sistemlerinde bit hata oranını azaltmak ve sayısal bilgiyigirişim ve gürültülerden korumak için kanal kodlama kullanılmaktadır.Kanal kodlamada çoğunlukla ileri hata düzeltme tekniklerinden biri olan katlamalı kodlarkullanılmaktadır. Katlamalı kodlar, güçlü matematiksel yapıya sahiptirler ve çoğunluklagerçek zamanlı hata düzeltme uygulamalarında tercih edilmektedirler. Katlamalı kodlar içinana kod çözme stratejisi Viterbi algoritmasıdır. Katlamalı kodların geniş alanda kullanılmasıfarklı kod çözme stratejilerinin geliştirilmesine neden olmuştur. Bu gelişmeler sayesindeTurbo kod adı verilen yeni bir hata düzeltme yöntemi tanımlanmıştır.Bu tez çalışmasında, MATLAB yazılımı kullanılarak ileri hata düzeltme tekniklerinintemelini oluşturan Viterbi kod çözme algoritması ve Turbo kod çözme algoritmalarından Log-MAP ve SOVA algoritmaları sunulmaktadır. Bu tekniklerin karşılaştırmalı başarım analiziiçin örmek bir resim uygulaması gerçekleştirilmiştir. Elde edilen benzetim sonuçlarında, Log-MAP kod çözme algoritması özellikle artan SNR değerleri ile birlikte; Viterbi algoritmasınagöre çok daha iyi BER başarımı sağlamaktadır. SOVA algoritması, yapısındaki iki SOVA kodçözücüsünden dolayı Viterbi algoritmasına göre iki kat daha karmaşıktır ve döngülü kodçözmenin bir sonucu olarak karmaşık hesaplama gerektirmektedir. Daha fazla döngü sayısıdaha çok işlem karmaşıklığı demektir. Log-MAP algoritması, SOVA algoritmasından dahaçok matematiksel işlem gerektirdiğinden aynı döngü sayısında, SOVA kod çözmealgoritmasına göre daha iyi BER başarımı sağlamaktadır.

COMPARATIVE PERFORMANCE ANALYSIS OF CONVOLUTIONALCODING TECHNIQUES FOR WIRELESS COMMUNICATIONSAli ÇALHANKeywords: Forward Error Correction (FEC), Convolutional code, Viterbi, Turbo code,SOVA, Log-MAP.Abstract: Recently, there have been tremendous developments especially in the fields ofcellular, satellite and wireless computer communications. In such systems, high bit error rateof the wireless medium requires employing error control codes on the data transferred. In thiscontex, channel coding is used in digital communication systems to reduce the rate of biterrors and to protect the digital information from noise and interference.Convolutional codes are one of the most widely used forward error correction techniques forchannel codes. They have strong mathematical structures and are mostly preferred for realtime error correction applications. The main decoding strategy for convolutional codes is theViterbi algorithm. Common use of convolutional codes has boosted development of differentdecoding schemes, resulting in a new error correcting method called Turbo code.In this research study presented, Viterbi decoding algorithm that is the basis for Forward ErrorCorrection (FEC) techniques, and Log-MAP and SOVA Turbo decoding algorithms arestudied using MATLAB software. An example image transfer application has also beenrealized for comparative performance analysis of these techniques. The simulation resultsobtained show that the Log-MAP decoding algorithm achieves up to 100 times better BERperformance especially for increasing SNR values than that of Viterbi algorithm. However,SOVA algorithm is more complicated than Viterbi algorithm since two SOVA decoders areemployed and it requires complex calculations resulting from the iterative decoding algorithmutilized. The more the iteration number means the more processing complexity. Log-MAPalgorithm has required more mathematical operations than SOVA. The studies haveconcluded Log-MAP decoding algorithm provides better BER performance compared toSOVA decoding algorithm for the same iteration number.