Радиосистемы передачи видеоинформации
При передаче видеоинформации в цифровом виде требуется высокая достоверность приема - вероятность ошибки должна составлять РО1П~10"и. Для обеспечения такой достоверности хорошо зарекомендовала себя система канального кодирования, предусмотренная стандартом цифрового вещательного телевидения DVB [56].
В системах вещательного телевидения передача ведется из студий, где ограничений на габариты и энергопотребление аппаратуры не накладывается. Поэтому для радиосистемы передачи видео-информации следует выполнить передающую часть, которая включает канальный кодер, на цифровом процессоре или FPGA, а на приеме можно использовать относительно недорогие микросхемы декодеров, выпускаемых для вещательных телевизионных приемников. Примером микросхемы, обеспечивающей полный набор процедур, предусмотренный стандартом DVB для преобразования кодированного информационного потока в исходный транспортный поток, является AHA 4210 [79].
На рис. 3.15 приведены зависимости вероятности ошибки от отношения сигнал/шум для каскадного кода, предусмотренного стандартом DVB, где при декодировании сверточного кода используются мягкие решения. Там же приведена зависимость вероятности ошибки от отношения сигнал/шум для когерентного приема BPSK без кодирования.
Как можно видеть, энергетический выигрыш от кодирования для каскадной схемы со сверточным кодом со скоростью 3/4 уже при РОП| = 10"5 составляет порядка 5.8 дБ.
-в—Каскадный код РС(204,188) СК(133.171) Rc*=2/3 —в—Каскадный код: РС(204,188) СК(133,171) Rar=3/4 —А—Каскадный код: PC(204,188) CK(133t171) Rck=5/6 —і—Каскадный код: РС(204,188) СК(133,171) Rck=6/7 > —X—Каскадный код- PC(204,188) CK(133,171) Rck=7/8 BPSK
Рис. 3.15
В ведомственных системах цифровой передачи видеоинформации используется стандарт DVB-T (EN 300 744), применяемый для вещательного телевидения.
Рош = 10"11.Максимальный ЭВК составляет 10.2 дБ.
В настоящий момент многие компании ведут разработки в области турбокодирования. Одним из ведущих производителей микросхем для помехоустойчивого кодирования является фирма Advanced Hardware Achitectures (AHA), которой в настоящее время выпускаются готовые микросхемы турбокодеков [72, 73J. Эти микросхемы доступны для приобретения и относительно недороги, что позволяет использовать продукцию фирмы AHA в практических разработках уже в сегодняшних разработках.
Для примера на рис. 3.16 приведены зависимости вероятности ошибки от отношения сигнал/шум для турбокода на основе микросхемы AHA 4540, каскадного кода на основе кода РС(204,188) и СК(133,171) при R=7/8, а также потенциально достижимая граница Шеннона при скорости кодирования R » 0.8 [80-82]. Рассматриваемый турбокод эффективнее каскадного на 1.3 дБ и отстоит от границы Шеннона примерно на 1.2 дБ при Рош=10"5.
На рис. 3.17 приведены зависимости вероятности ошибки от отношения сигнал/шум для тех же схем кодирования: турбокода и каскадного кода (РС(204,188) и СК(133,171) при R = 1/2). Скорости кодирования составляют R = 0.461. При данной скорости кодирования турбокод эффективнее каскадного на 0.8 дБ и отстоит от границы Шеннона примерно на 2.3 дБ при P0III = 10'5.
-1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Hq2, дБ
I —BPSK
Рис. 3.17
В таблицу 3.4 сведены теоретические значения ЭВК для каскадной схемы на основе кода PC и СК, турбоподобного кода, построенного на основе кодов Хэмминга, и каскадного кода на основе PC и ТК. Наибольшим ЭВК при Р0111 = 10"11 обладает каскадная схема, построенная на основе кода PC и ТК. Проанализируем характеристики последней кодовой конструкции с помощью имитационного моделирования.
Метод канального кодирования Г)НК, лВ. При 1\Ш)=10" Каскадная схема (общая скорость R - 0.469): РС(255.239) и СК( 133.171). R = 1/2 10.1 Турбоподобный код |72) (общая скорость R - 0.495) (32,26)х(32.26)х(4,3) 10.6 Каскадная схема (общая скорость R 0.469): | РС(255,239) и ТК(37.2!).!,= 65536.
R = 1/2 12.6Рассмотрим каскадный код с внутренним турбокодом с итеративным декодированием и внешним кодом Рида-Соломона (ТК(7,5)8, R=l/2, размер перемежителя L=5000 бит, РС(255,239)). На рис. 3.18 и 3.19 приведены зависимости вероятности ошибки Рош (ось Z) от отношения сигнал/шум h02(ocb X) для первых 15-ти итераций (ось Y отражает число итераций) декодирования по алгоритмам Log- MAP и SOVA.
П юэ -10' ? 10' Ш ю2 -ю1 ¦ ю1 -W* ¦ 10й -10% ¦ 1<У5 -10* ¦ ш" -10'' @ ю7 ю-* ? ю-" ¦ 10* -ю1а ¦ 10° -10й ? 10"' -10'1*' ¦ ю,: -10>J а юп -10'' ¦ ю-" -10'5 ? - 10 ? 10" ¦ ю" -10 19 ? Ю''ь -10rj
Вначале с помощью имитационного моделирования ТК был получен ряд зависимостей значений вероятности ошибки на выходе декодера ТК от отношения сигнал/шум для различного количества итераций декодирования. Затем, полученные значения были подставлены в выражение (2.9), которое определяет Рош на выходе декодера кода PC. Например, при 9-ій итерациях по графику определяем, что значению отношения сигнал/шум 1.53 дБ соответствует вероятность ошибки 10~12.
При использовании предложенной кодовой конструкции вероятность ошибки Ро„,= 10 11 может быть достигнута при h()2 ^1.5 дБ и 9-ти итерациях декодирования. Следовательно, ЭВК предложенного кода составляет 12 дБ при Рош - 10"м, что на 2 дБ больше по сравнению с каскадной парой, предусмотренной стандартом DVB.
Сложность реализации предложенной кодовой конструкции можно уменьшить, используя при декодировании ТК алгоритм SOVA, однако, при этом ЭВК будет снижен на 1 дБ.