TURBOKOODAUS Miten turbokoodaus eroaa konvoluutiokoodauksesta? 1 521361A Tietoliikennetekniikka II Osa 26 Kari KärkkäinenSyksy 2015.

Esitys aiheesta: "TURBOKOODAUS Miten turbokoodaus eroaa konvoluutiokoodauksesta? 1 521361A Tietoliikennetekniikka II Osa 26 Kari KärkkäinenSyksy 2015."— Esityksen transkriptio:

1 TURBOKOODAUS Miten turbokoodaus eroaa konvoluutiokoodauksesta? 1 521361A Tietoliikennetekniikka II Osa 26 Kari KärkkäinenSyksy 2015

2 TURBOKOODAUKSEN IDEA V. 1993 keksityt koodit eivät löytyneet systemaattisen koodausteorian soveltamisen seurauksena pyrkimyksenä päästä mahdollisimman lähelle Shannonin rajaa, vaan ne löytyivät heuristisesti! Löytö yllätti täysin koodausteoreetikot. Verrattaessa niiden suorituskykyä perinteisten konvoluutiokoodien suorituskykyyn, voidaan todeta, että suurilla muistinpituuksien arvoilla vaaditaan johonkin virhesuhdearvoon pääsemiseksi pienempi SNR-arvo, eli turbokoodauksen suorituskyky on parempi. Turbokooderi koostuu lomittelijasta ja parista rekursiivisia systemaattisia konvoluutiokoodereita (RSCC). Syksy 2015521361A Tietoliikennetekniikka II Osa 26 Kari Kärkkäinen 2

3 TURBOKOODAUKSEN IDEA Erona konvoluutiokoodereihin on, että RSCC-kooderin kiikkupiirien lähdöstä on takaisinkytkentä kooderin tuloon (vrt. turbomoottori). Tavallinen konvoluutiokooderi on kuin äärellisen impulssivasteen FIR- suodatin ja RSCC on kuin äärettömän impulssivasteen IIR-suodatin. Syksy 2015521361A Tietoliikennetekniikka II Osa 26 Kari Kärkkäinen 3

4 TURBOKOODAUKSEN IDEA RSCC on systemaattinen, koska kooderin lähdössä on puhdas muista informaatiobiteistä riippumaton databitti x i sellaisenaan. Kooderit ovat identtisiä. Yksi tulobitti x i tuottaa kolmikon (x i p 1i p 2i ). Koska kooderi on löydetty heuristisesti, siltä puuttuu vankka algebrallinen rakenne (vrt. matemaattisesti selkeät lohkokoodit). Informaatiobitti kiertää takaisinkytketyn IIR-periaatteen mukaisesti monta kertaa kooderin läpi (tulee monta kertaa koodatuksi), mitä ominaisuutta voidaan käyttää dekoodauksessa hyväksi. Turbokoodeilla päästään hyvin lähelle Shannonin rajaa. Syksy 2015521361A Tietoliikennetekniikka II Osa 26 Kari Kärkkäinen 4

5 TURBOKOODERI Syksy 2015521361A Tietoliikennetekniikka II Osa 26 Kari Kärkkäinen 5

6 TURBODEKOODERI Syksy 2015521361A Tietoliikennetekniikka II Osa 26 Kari Kärkkäinen 6

7 TURBODEKOODAUS (S) Dekoodausalgoritmi on tehokas ja se perustuu MAP (maximum a prosteriori) –ilmaisuperiaatteeseen. Dekoodauksen hyvyys algoritmin iteratiivisuudessa, sillä sama bittijono kulkee takaisinkytkennästä johtuen useamman kerran saman dekooderin läpi pienentäen joka iteraatiokierroksella virhesuhdetta (turboperiaate bittien korjaamiseksi). Suorituskyvyn ja dekoodausajan (ts. lomittelijan koon & viipeen) välillä esiintyy kaupankäyntimahdollisuus, mikä mahdollistaa sovellusspesifiset algoritmit. Dekooderit voidaan räätälöidä erilaisiin Quality-of-Service (QoS) - tilanteisiin käyttäen hyväksi em. kaupankäyntimahdollisuutta. Esimerkiksi datansiirto vaatii pientä P E -arvoa, mutta dekoodausviive ei ole ongelma (hich latency time). Puheensiirrossa voidaan sietää huonompaa siirron laatua (suurempi P E ), mutta dekoodausviive ei saa reaaliaikaisuusvaatimuksen vuoksi olla pitkä (low latency time). Syksy 2015521361A Tietoliikennetekniikka II Osa 26 Kari Kärkkäinen 7

8 TURBODEKOODAUS (S) Syksy 2015521361A Tietoliikennetekniikka II Osa 26 Kari Kärkkäinen 8

9 TURBODEKOODAUS (S) Nähdään, että suuri lomittelusyvyys parantaa suorituskykyä. Esimerkiksi ½-koodilla ja lomittimen lohkonpituudella N = 2 16 ja 18 iteraatiolla/bitti saavutetaan P E = 10 –5 E b /N 0 -arvolla 0,6 dB. Syksy 2015521361A Tietoliikennetekniikka II Osa 26 Kari Kärkkäinen 9

10 MIMO- JA SPACE-TIME- KOODAUSTEKNIIKKA (S) Miten useita antenneja voidaan hyödyntää? 10 521361A Tietoliikennetekniikka II Osa 26 Kari KärkkäinenSyksy 2015

11 MULTI-INPUT & MULTI-OUTPUT ̶ MIMO (S) Reduntanttiset signaalit eri siirtoteitä (paikkadiversiteetti) ja sen hyväksikäyttö koodausta soveltaen. Toteutetaan useilla antenneilla yhdistettynä sopivasti trellis- tai lohkokoodaukseen. Käytetään myös nimitystä space-time koodaus (STC). Saadaan sekä diversiteettietu että koodausvahvistus. Määritelty mm. uusimmassa IEEE 802.11n WLAN–standardissa: https://fi.wikipedia.org/wiki/IEEE_802.11 Syksy 2015521361A Tietoliikennetekniikka II Osa 26 Kari Kärkkäinen 11

12 MULTI-INPUT & MULTI-OUTPUT ̶ MIMO (S) Tiedonsiirron kapasiteettia voidaan kasvattaa ilman lisätaajuuskaistaa. Monesta antennista seuraava parantunut paikannustarkkuus (voidaan toteuttaa paikkasidonnaisia palveluja). Synkronointi ja kanavanestimointi muodostuu vaativammaksi. http://en.wikipedia.org/wiki/Multiple-input_multiple- output_communications http://en.wikipedia.org/wiki/Multiple-input_multiple- output_communications http://en.wikipedia.org/wiki/Space_time_code Syksy 2015521361A Tietoliikennetekniikka II Osa 26 Kari Kärkkäinen 12

13 SDMA –TEKNIIKKA (S) Miten sunnattavia antenneja voidaan hyödyntää? 13 521361A Tietoliikennetekniikka II Osa 26 Kari KärkkäinenSyksy 2015

14 SPACE-DIVISION MULTIPLE-ACCESS ̶ SDMA (S) Vaiheistettuihin antenniryhmiin (phase-array antennas) perustuvia älykkäitä antenneja (smart antennas) käyttäen voidaan tilaa jakaa solun käyttäjille, jotka toimivat samalla keskitaajuudella: osoitetaan kapealla antennikeilalla haluttua vastaanottajaa ja seurataan sitä algoritmilla. Syksy 2015521361A Tietoliikennetekniikka II Osa 26 Kari Kärkkäinen 14

15 SPACE-DIVISION MULTIPLE-ACCESS ̶ SDMA (S) Syksy 2015521361A Tietoliikennetekniikka II Osa 26 Kari Kärkkäinen 15

16 SPACE-DIVISION MULTIPLE-ACCESS ̶ SDMA (S) http://en.wikipedia.org/wiki/Space-division_multiple_access http://en.wikipedia.org/wiki/Smart_antenna Syksy 2015521361A Tietoliikennetekniikka II Osa 26 Kari Kärkkäinen 16