پایان نامه کدهای کنترل خطا در سیستم های مخابراتی

پایان نامه کدهای کنترل خطا در سیستم های مخابراتی

چکیده: 

در این پایان نامه کدهای کنترل خطای قالبی و کانولوشن و توربو و تاثیر نوع مدولاسیون در سیستم مخابراتی بر میزان کارایی این نوع کدها مورد بررسی قرار گرفته است. در این راستا در فصل اول به بیان اصول و کلیات سیستم های مخابراتی به همراه مبانی مورد نیاز کار با کدهای کنترل خطا پرداخته شده است. در این فصل انواع خطاها در سیستم های مخابراتی شامل خطاهای تصادفی و قطاری، روش های کنترل خطا شامل روش های تشخیص خطا و تصحیح خطا و مفاهیم پایه در بررسی سیستم های مخابراتی و کدهای منبع و کانال مورد بحث قرار گرفته اند. میدان های گاوانیز به عنوان یکی از مفاهیم بسیار مهم در کار با کدکننده های کنترل خطای باینری و غیر باینری در قسمت پیوسته مطرح شده و مورد بررسی قرار گرفته اند. در فصل دوم با عنوان کدهای کنترل خطای بلوکی و کانولوشن، به بیان دو دسته کلی کدهای قالبی و کدهای کانولوشن پرداخته شده است. در ابتدای این فصل رابطه میان قدرت تشخیص و تصحیح خطای کد کنترل خطای خطی با حداقل فاصله همینگ میان کلمات کد بیان و اثبات شده است. در ادامه فصل، کدهای بلوکی خطی، کدهای همینگ به عنوان دسته ای خاص از کدهای بلوکی خطی با قابلیت ساخت آسان، کدهای گردشی، کدهای BCH به عنوان دسته ای خاص از کدهای گردشی و کدهای کانولوشن مورد بحث قرار گرفته اند. همچنین در این بخش معیار singleton که معیاری برای تعیین حداکثر قدرت کد بلوکی در تشخیص یا تصحیح خطاست بیان شده و نیز روشی برای توسعه این کدکننده ها و افزایش قدرت تصحیح و تشخیص آنها مطرح گردیده است. در ادامه این بخش نحوه دیکد کردن کدهای بلوکی و کدهای گردشی نیز توصیف شده است. در فصل دوم، در بخش مربوط به کدکننده های کانولوشن، پس از معرفی ساختار کلی کدکننده، دیاگرام حالت این نوع کدکننده و روش رسم نمودار ترلیس برای این نوع کد مطرح شده است. از این مفاهیم در بخش های مختلف پایان نامه جهت بیان و بررسی سایر روابط مربوط به کدکننده های کانولوشن استفاده شده است. در ادامه فصل، پارامتر حداقل فاصله همینگ میان کلمات کد برای کد کننده های کانولوشن محاسبه شده است. در این قسمت برای محاسبه این پارامتر مفاهیم دیاگرام حالت توسعه یافته و بهبود داده شده مطرح شده اند. در ادامه این مبحث، در بخش مربوط به دیکدینگ کدکننده های کانولوشن، الگوریتم viterbi به عنوان کارامدترین روش دیکدینگ این نوع کدها توصیف شده است. در نهایت، در انتهای مبحث مربوط به کدکننده های کانولوشن روش پانچ کردن برای افزایش نرخ کد این نوع کدکننده مورد بررسی قرار گرفته است. 

در فصل سوم کدکننده های توربو که در حالت پایه، از ترکیب کدکننده های کانولوشن به همراه یک درهم نه ساخته می شوند، مطرح شده و مورد بحث قرار گرفته اند. در این بخش پس از توصیف کدکننده های توربو، ساختار کلی کدکننده و دیکد کننده توربو بیان شده است. در این قسمت الگوریتم BCJR به عنوان یکی از روش های کارآمد در دیکدینگ توربو کدها توصیف شده است. در نهایت، در انتهای بخش مربوط به توربو کدها در فصل سوم، تاثیر خصوصیات بخش های مختلف سیستم مبتنی بر توربو کد بر کارایی این روش کنترل خطا بیان شده است. 

در فصل چهارم به مقایسه و ارزیابی سیستم های کنترل خطا با شرایط گوناگون پرداخته شده است. در این فصل سیستم های تشخیص خطا و تصحیح خطا در دو حالت تصمیم گیری نرم و سخت با یکدیگر مقایسه شده اند. همچنین اثر نوع کدینگ کنترل خطا در کارایی سیستم در این فصل بررسی شده است. 

در فصل پنجم اثر نوع مدولاسیون در کارایی کدهای کنترل خطا مطرح شده است. در این فصل کارایی کدهای کنترل خطای مختلف در سیستم هایی با مدولاسیون های BPAM و BPSK و BFSK در دو حالت مختلف تصمیم گیری نرم و سخت، محاسبه و با یکدیگر مقایسه شده است. در این فصل پس از بیان رابطه احتمال خطای مدولاسیون های BPAM و BPSK، کارایی کد کنترل خطا در دو حالت تصمیم گیری نرم و تصمیم گیری سخت محاسبه می شود. نشان داده خواهد شد که دو سیستم از نظر احتمال خطای نهایی در وضعیت کاملا یکسانی قرار گرفته اند. همچنین خواهیم دید که تصمیم گیری نرم، احتمال خطای کمتری را نسبت به تصمیم گیری سخت نتیجه می دهد. در ادامه فصل پنجم کارایی کد کنترل خطا در سیستمی با مدولاسیون BFSK یکبار در حالت تصمیم گیری سخت و بار دیگر در حالت تصمیم گیری نرم مورد بررسی قرار می گیرد. مشاهده می شود که کارایی سیستم BFSK از نقطه نظر احتمال خطای کلی سیستم، نسبت به سیستم BPAM و BPSK ضعیف تر است ولی از نظر تاثیر کد کنترل خطا در کاهش میزان احتمال خطای این سیستم ها، میزان کاهش احتمال خطا در همه سیستم های فوق یکسان است. در نهای، در فصل ششم به جمع بندی نتایج پنج فصل اول و مقایسه نهایی کارایی کدهای کنترل خطا در مدولاسیون های مختلف و بیان پیشنهاداتی در رابطه با اقدامات آتی پرداخته شده است. 

مقدمه: 

انتقال ایمن اطلاعات از طریق کانال های نویزی یکی از نیازهای اساسی سیستم های ارتباطی دیجیتال است. به دلیل همین نیاز، سیستم های ارتباطی مدرن به تکنیک های قدرتمند کدینگ کانال متوسل می شوند. در سیستم های عملی این متدهای کدینگ نه تنها باید دارای توانایی نسبتا خوبی در رابطه با تصحیح خطاهای ایجاد شده توسط کانال باشند بلکه باید قابل پیاده سازی توسط سیستم های دیجیتال نیز باشند. در این راستا در این پایان نامه به معرفی کدهای کنترل خطای بلوکی شامل کدهای بلوکی خطی، کدهای همینگ به عنوان دسته خاصی از کدهای بلوکی خطی، کدهای گردشی، کدهای BCH به عنوان دسته ای خاص از کدهای گردشی، کدهای کانولوشنال و کدکننده های توربو پرداخته شده است.