Delikli turbo kod tasarımı

Artan iletişim gereksinimi, modern toplumların gelişiminde önemli bir gerçektir. İletişim sistemi tasarımında, kaynaktan alıcıya bilgi iletiminin kayıpsız olması amaçlanmaktadır. Alışılmış bir iletişim sistemi Şekil. 1 'deki blok diagramda verilmiştir. İletilecek olan bilgi, sayısal veri veya ses, kanaldan iletilebilmeye uygun işaretlere dönüştürülmelidir. İlk olarak, gereksiz kısım ortadan kaldırılarak bilgi, iletim için uygun duruma getirilmelidir. Bu işlem, Şekil. 1 'de gösterilen kaynak kodlayıcısı tarafından yapılmaktadır. Gizliliği sağlamak için, gönderilen bilginin kriptolanması gerekir. Gönderilen veri, kanal çıkışındaki alıcı tarafından yanlış değerlendirmeye yol açmayacak şekilde korunmalıdır. Bu koruma, ileri yönde hata düzelten kodlama veya otomatik yineleme isteme yöntemleri kullanılarak sağlanabilir. Modülatör bloğu ise iletim kanalına uygun işaretler üretmektedir. Bu tezde, ileri yönde hata düzelten kodlar incelenmektedir. Kodlama teorisinden, kod sözcük uzunluğunun artırılması veya kodlayıcı belleğinin artırılması ile iletilen bilginin daha iyi korunabileceği ve daha yüksek kodlama kazancı sağlanabileceği bilinmektedir. Buna paralel olarak, en büyük benzerlikli kod çözme algoritmalarının karmaşıklığı üstel olarak artmaktadır. Yüksek hata düzeltme sağlayan uzun blok veya katlamak kodların çözülmesinde çok fazla bilgisayar işlem gücü gerekmektedir. Bundan dolayı, en büyük benzerlikli kod çözme algoritmalarının başarımına sahip, fakat daha az işlem gücü ile kod çözebilecek algoritmalar geliştirilmiştir. Sıralı kodlardaki her bileşen kod ayrı ayrı çözülerek daha az karmaşık kod çözücüler gerçekleştirilebilmiştir. Bu yöntemle, daha basit kod çözücüler kullanılarak, MLDA başarımına ulaşılabilmektedir. Tezin amacı, paralel Şekil 1: Haberleşme sistemi blok diagramı. xıözyinelemeli kod çözme için kullanılabilecek farklı kodlama oranlarına sahip turbo kod tasarımına yönelik teknikler vermektir. Turbo kodlar, serpiştirici ve basit bileşen kodların birleştirilmesi ile oluşturulan ileri yönde hata düzeltmeyi sağlayan sıralı kodlardır. Turbo kod çözücü sistematik veri bitlerinin yanında gönderilen parite bitlerini kullanarak iletim kanalında oluşan hataları düzeltmektedir. Turbo kodlayıcıda kullanılan basit katlamalı kodlan çözmek için turbo kod çözücüde basit katlamalı kod çözücüler kullanılır. Turbo kodlarda kod çözme işlemi özyinelemeli olarak yapıldığından turbo kod çözücüde kullanılabilecek olan katlamalı kod çözücüler yumuşak-giriş yumuşak-çıkış özelliğine sahip olmalıdır. Turbo kodlarda sistematik ve geri beslemeli bileşen kodlar kullanılır. Bileşen kodların sistematik olması ortak olan sistematik bitlerin kolay iletilmesini sağlamaktadır. Turbo kodlarda kullanılan serpiştirici, kaynak bitlerinin sırasını değiştirir. Serpiştirici kodlayıcı ve kod çözücüde gecikmeye neden olmaktadır. Turbo kodlar, Shannon sınırına 0 .7dB yakın başarım sağlayabilen kodlardır. Turbo kod tasarımlarına yönelik çalışmalar, pek çok tasarımcı tarafından yapılmıştır. Olası turbo kodların yapısall çeşitliliği, tasarım aşamasında seçilebilecek pek çok yöntemin varlığına neden olmaktadır. Turbo kod çözücünün karmaşıklığı sorununun aşılması ile turbo kodların pratikteki kullanımı artmıştır. Diğer araştırmacılar tarafından yapılan çalışmalar, bileşen kodların seçimi konusunda bilgiler vermektedir. Ancak, delikli turbo kodlar için bileşen kodun nasıl seçilmesi gerektiği ayrıntıları ile ele alınmamıştır. Bu tezde, yüksek başarımdan ödün vermeden nasıl delildi turbo kod tasarlanabileceği anlatılmaktadır. Yapılan çalışmada, delikli turbo kod tasarımında dikkat edilmesi gereken unsurlar ayrıntılı olarak incelenmiştir. Delikli turbo kod tasarımı için yöntemler önerilmiş ve diğer tasarımcılar tarafından tasarlanan turbo kodlarla karşılaştırmalar yapılmıştır. Önerilen delikli turbo kod tasarım yöntemleri, öncelikli olarak en iyi delikli bileşen kodun belirlenmesine dayanır. Bileşen kod belirleme aşamasında üç farklı yol izlenmiştir; i) katlamalı koda uygulanan iki ve üç ağırlıklı kaynak sözcükleri tarafından üretilen kod sözcükleri kümesinde, en küçük ağırlık değerlerinin en büyük ve bu değere sahip en az sayıda kod sözcüğünün olmasını sağlayan bileşen kodun seçilmesi, ii)kısa serpiştirici durumunda avantajlı birleşim üst sınırına sahip turbo kodu oluşturan bileşen kodun seçilmesi ya da iii)uzun serpiştirici durumunda avantajlı birleşim üst sınırına sahip turbo kodu oluşturan bileşen kodun seçilmesi. Her üç durumda, istenen v bellek mertebesi değeri için, olası bileşen katlamalı kodların özellikleri bilgisayar ortamında belirlenmekte ve aralarında karşılaştırma yolu ile en iyi olan bileşen kod seçilmektedir. Bileşen kod seçildikten sonra, kritik kaynak sözcükleri seçilen bileşen kodun geri besleme polinomuna göre belirlenir. Kritik kaynak sözcükleri olarak katlamalı kodda sıfır durumundan başlayıp sıfır duruma taşıyan, belirli bir uzunluktan kısa, kafes yoluna ait, iki ve üç ağırlıklı kaynak sözcükleri alınır. İki ve üç ağırlıklı sözcüklerin en büyük uzunluğu büyük bir değerden başlayıp, serpiştiririnin tasarlanması mümkün olana kadar küçültülür. Kritik kaynak sözcükleri olarak bu aşamada, ağırlığı üç'ten büyük kafes yolu kaynak sözcükleri alınabilir. İyileştirilmiş serpiştiriri, kritik kod sözcükleri aynı anda her iki katlamalı bileşen koda uygulamayacak şekilde rasgele serpiştirici düzenlenerek tasarlanır. Turbo kod serbest uzaklığı en büyük ve en az sayıda kod sözcük bu ağırlığa sahip olacak şekilde delme matrisi seçilir. Delme matrisi seçimi aşamasında, daha önce bileşen kod arama sırasında bulunan bileşen kod delme matrisleri kullanılır. Katlamalı kod delme matrisleri, kendi aralarında ötelenerek turbo kod için en büyük serbest uzaklık ve bu ağırlıktaki kod sözcük sayısı en az olan parite delme matrisi belirlenir. Önerilen tasarım yöntemleri ile istenen 1/3 ile 1 arası kodlama oranlarında turbo kod tasarlamak mümkün olmaktadır. Turbo kodun kodlama oram, Shannon sının ve serpiştirici uzunluğu değerlerinden belirlenebilir. İzlenen bu adımlarla oluşturulan turbo kodların başarımı bilgisayar benzetimi yolu ile incelenmiş ve iyi sonuçlar alınmıştır. Yapılan turbo kod tasarımları sırasında, farklı katlamalı bileşen kodlar kullanılarak elde edilen turbo kodların, aynı katlamalı bileşen kodlan kullanılarak elde edilen turbo kodlara göre daha iyi olabildikleri belirlenmiştir. Yapılan benzetimlerle, üç ve dört bellek mertebesindeki bileşen katlamalı kodlarla oluşturulan turbo kodların beş bellek mertebesindeki katlamalı kodlarla oluşturulan turbo kodlara göre bit hata olasılıklarına ilişkin başarımlarının daha iyi olduğu belirlenmiştir. Düşük kodlama oranları gerektiğinde kullanılabilecek üç ve dört boyutlu turbo kod tasarımı yapılmıştır. Turbo kod serbest uzaklığının, yüksek işaret-gürültü oranlan için turbo kod başarımını sınırlandıran bir etken olduğu belirlenmiştir. Turbo kod serbest uzaklığının belirlenmesinde basitleştirilmiş bir yol kullanılmıştır. Bileşen katlamak kod geri besleme polinomu için elde edilen iki ve üç ağırlıklı kritik kaynak sözcükleri, katlamalı kod girişinde oluşacak şekilde, turbo kod girişine kaynak bitleri uygulanır. Turbo kod çıkışında görülen en küçük ağırlıklı kod sözcüğü turbo kod serbest uzaklığı olarak alınmıştır. İyileştirilmiş serpiştirici, iS-rasgele serpiştirici ile diğer serpiştiricilerin sağladıkları serbest uzaklıklar karşılaştırılmıştır. İyileştirilmiş serpiştirici veya 5 -rasgele serpiştirici kullanan turbo kodların serbest uzaklık açısından daha avantajlı olduğu ve yüksek işaret-gürültü oranlarında daha iyi başarıma sahip oldukları belirlenmiştir.