Instituto Nacional de Telecomunicações
Códigos Turbo
Seminário 1
Introdução aos códigos Turbo e Codificação Turbo
Guilherm...
Instituto Nacional de Telecomunicações
Introdução
Tópicos:
1 Codificação de Canal.
2 Histórico.
3 Surgimento dos Códigos T...
Instituto Nacional de Telecomunicações
Introdução
1. Codificação de Canal:
• O objetivo consiste em transmitir uma mensage...
Instituto Nacional de Telecomunicações
Introdução
1. Codificação de Canal:
• Parâmetros de referência:
• Tamanho do código...
Instituto Nacional de Telecomunicações
Introdução
1. Codificação de Canal:
• Principal referência:
• Claude Shannon estabe...
Instituto Nacional de Telecomunicações
Introdução
1. Codificação de Canal:
• Principal referência:
• Em um canal AWGN (Adi...
Instituto Nacional de Telecomunicações
Introdução
2. Histórico:
• Hamming, com um estudo paralelo, usou (FEC)
Correção de ...
Instituto Nacional de Telecomunicações
Introdução
2. Histórico:
• Uma Importante descoberta foi a concatenação
de códigos ...
Instituto Nacional de Telecomunicações
Introdução
2. Histórico:
• O mais difundido esquema de concatenação de códigos util...
Instituto Nacional de Telecomunicações
Introdução aos códigos Turbo
3. Surgimento dos Códigos Turbo:
• Inventores: (Aprese...
Instituto Nacional de Telecomunicações
Introdução aos códigos Turbo
3. Surgimento dos Códigos Turbo:
• Os códigos turbo po...
Instituto Nacional de Telecomunicações
Introdução aos códigos Turbo
3. Surgimento dos Códigos Turbo:
Figura IIIIIIII: Adap...
Instituto Nacional de Telecomunicações
Codificação Turbo
4. Estrutura da codificação Turbo:
a) Possui concatenação paralel...
Instituto Nacional de Telecomunicações
Codificação Turbo
4. A estrutura da codificação Turbo:
a1) Concatenação Serial:
Tax...
4. A estrutura da codificação Turbo:
a2) Concatenação Paralela:
• Para a codificação Turbo Sistemática em paralelo são usa...
Instituto Nacional de Telecomunicações
Codificação Turbo
a2) Concatenação Paralela:
Figura IVIVIVIV: Representação de um s...
Figura VVVV: Esquema de Código turbo Convolucional Sistemático e Recursivo (RSC). FONTE: GLAVIEUX, A. [4]
Instituto Nacion...
Instituto Nacional de Telecomunicações
Codificação Turbo
4. A estrutura da codificação Turbo:
b) Entrelaçamento (interleav...
Instituto Nacional de Telecomunicações
Codificação Turbo
b) Entrelaçamento (interleaving π):
Sequência Permutada (y)Sequên...
Instituto Nacional de Telecomunicações
Codificação Turbo
b) Entrelaçamento (interleaving π):
• Exemplo numérico e computac...
Figura VVVV: Ilustração da estratégia de codificação turbo
com puncionamento.
Instituto Nacional de Telecomunicações
Codif...
Instituto Nacional de Telecomunicações
Códigos Turbo
5. Aplicação dos códigos Turbo:
• Telemóveis 3G
• UMTS, WCDMA (3GPP/e...
Instituto Nacional de Telecomunicações
Códigos Turbo
6. Avanço:
• A invenção dos códigos turbo levou ao ressurgimento
de u...
Instituto Nacional de Telecomunicações
Códigos Turbo
7. Referências bibliográficas:
[1] BERROU, C., GLAVIEUX, A., THITIMAJ...
Instituto Nacional de Telecomunicações
Códigos Turbo
[6] SKLAR B.,” Fundamentals of Turbo Codes”,
[7] SKLAR B., Digital Co...
Instituto Nacional de Telecomunicações
Códigos Turbo
FIM
Próximos SlideShares
Carregando em…5
×

1º seminário - Codificação Turbo - Primeira parte da apresentação.

224 visualizações

Publicada em

Primeira parte da apresentação sobre códigos Turbo (INATEL)

Publicada em: Engenharia
0 comentários
0 gostaram
Estatísticas
Notas
  • Seja o primeiro a comentar

  • Seja a primeira pessoa a gostar disto

Sem downloads
Visualizações
Visualizações totais
224
No SlideShare
0
A partir de incorporações
0
Número de incorporações
3
Ações
Compartilhamentos
0
Downloads
3
Comentários
0
Gostaram
0
Incorporações 0
Nenhuma incorporação

Nenhuma nota no slide

1º seminário - Codificação Turbo - Primeira parte da apresentação.

  1. 1. Instituto Nacional de Telecomunicações Códigos Turbo Seminário 1 Introdução aos códigos Turbo e Codificação Turbo Guilherme V. Barbosa 2012
  2. 2. Instituto Nacional de Telecomunicações Introdução Tópicos: 1 Codificação de Canal. 2 Histórico. 3 Surgimento dos Códigos Turbo. 4 A estrutura da Codificação Turbo. 5 Aplicação dos códigos Turbo. 6 Avanço.
  3. 3. Instituto Nacional de Telecomunicações Introdução 1. Codificação de Canal: • O objetivo consiste em transmitir uma mensagem qualquer por um canal ruidoso de maneira que o receptor possa decodificar essa mensagem corretamente. • Para viabilizar esse processo, um código C com taxa Rc deve ser dimensionado corretamente. Transmissor (codificador) Receptor (Descodificador) Canal ( ruído) Figura IIII: Representação em blocos de um sistema de transmissão.
  4. 4. Instituto Nacional de Telecomunicações Introdução 1. Codificação de Canal: • Parâmetros de referência: • Tamanho do código – n; • Taxa de codificação Rc; (Rc = k/n) • Probabilidade de erro de bit – Pe; • Complexidade na codificação e decodificação.
  5. 5. Instituto Nacional de Telecomunicações Introdução 1. Codificação de Canal: • Principal referência: • Claude Shannon estabeleceu os limites teóricos (Limite de Shannon 1948) para uma comunicação confiável através de um canal ruidoso. • Ele dizia que: adicionando redundância controlada à informação, poder-se-ia reduzir a quantidade de erros na recepção a um patamar tão pequeno quanto se desejasse, desde que a taxa de transmissão R fosse inferior a capacidade do canal C e (n ∞).
  6. 6. Instituto Nacional de Telecomunicações Introdução 1. Codificação de Canal: • Principal referência: • Em um canal AWGN (Aditive White Gaussian Noise): - C é a capacidade do canal em (bps); - P é a potência em Watts do sinal enviado; - N é a potência em Watts do ruído; - B é a largura de faixa disponível em Hertz. R ≤
  7. 7. Instituto Nacional de Telecomunicações Introdução 2. Histórico: • Hamming, com um estudo paralelo, usou (FEC) Correção de erro antecipada e também disse que redundâncias poderiam ser adicionadas à informação, surgindo assim um dos primeiros sistemas práticos de código de bloco, conhecido como código de Hamming; • Por várias décadas pesquisadores tentaram uma aproximação ao limite de Shannon usando novos códigos e técnicas.
  8. 8. Instituto Nacional de Telecomunicações Introdução 2. Histórico: • Uma Importante descoberta foi a concatenação de códigos (Forney 1966): - Consiste na combinação de dois ou mais códigos; (não sistemáticos nem recursivos) - Códigos esses, com a capacidade de correção de erro maior que de um extenso código isolado; - Permitindo uma nova alternativa para se atingir altos ganhos de codificação, além de conservar o processo de decodificação em um nível de complexidade moderadamente contornável (“melhor”).
  9. 9. Instituto Nacional de Telecomunicações Introdução 2. Histórico: • O mais difundido esquema de concatenação de códigos utilizava: - Um código Reed-Solomon “código externo”; - Um código convolucional “código interno”. • Tal configuração permitiu, por muitos anos, desempenhos distantes 4 dB do limite teórico em aplicações reais (sistemas utilizados por sondas espaciais) [6]. • Embora a combinação utilizada resulte em uma palavra código com grande distância mínima, o que garante elevado ganho assintótico, o processo de decodificação interna é isolada e não é explorada a redundância do código externo. Como consequência, a convergência fica distante do limite teórico [3].
  10. 10. Instituto Nacional de Telecomunicações Introdução aos códigos Turbo 3. Surgimento dos Códigos Turbo: • Inventores: (Apresentados em 1993) • Até que surgiram os códigos Turbo, no início da década de 90 na França, apresentados na IEEE (International Conference on Communications), que deixaram valores de Eb/N0 muito próximos desse limite. Claude Berrou (1951 - *) Alain Glavieux (1949 - 2004 ) Punya Thitimajshima (1955 - 2006 )
  11. 11. Instituto Nacional de Telecomunicações Introdução aos códigos Turbo 3. Surgimento dos Códigos Turbo: • Os códigos turbo podem ser vistos como um aprimoramento da técnica de concatenação; • Utilizando codificadores Convolucionais Recursivos e Sistemáticos (RSC); (comprimento de restrição curto parece códigos de bloco com um comprimento de bloco de grandes dimensões); • E emprega iterativamente resultados parciais e complementares dos estágios de decodificação SISO no refinamento da confiabilidade da decisão das etapas seguintes. (diferente da forma de decodificação totalmente isolada dos códigos componentes).
  12. 12. Instituto Nacional de Telecomunicações Introdução aos códigos Turbo 3. Surgimento dos Códigos Turbo: Figura IIIIIIII: Adaptado de Berrou [Ber03]. Três possíveis comportamentos para um esquema FEC em um canal AWGN com modulação BPSK ou QPSK, taxa de código 1/2 e blocos de 188 bytes. (1) Limite teórico. (2) Código turbo. (3) Concatenação clássica entre um código Reed-Solomon e um código convolucional. FONTE: GASPAR I. S. [9]
  13. 13. Instituto Nacional de Telecomunicações Codificação Turbo 4. Estrutura da codificação Turbo: a) Possui concatenação paralela ou serial de dois ou mais codificadores componentes, que podem ou não serem iguais; b) Um entrelaçador de K bits de comprimento; c) Um sistema de puncionamento (opcional); d) Alimentações com arranjos diferentemente entrelaçados da mesma sequência de informação; e) E um processo iterativo de decodificação baseada em um algoritmo de entrada e saída suaves SISO (Soft-Input Soft-Output).
  14. 14. Instituto Nacional de Telecomunicações Codificação Turbo 4. A estrutura da codificação Turbo: a1) Concatenação Serial: Taxa = k/p Taxa = p/n Rc = k/n Algébrico (RS) ou Convolucional Algébrico (RS) ou Convolucional ConvolucionalConvolucionalinterleaverinterleaver Encoder 2 (outer) Encoder 1 (inner)π Dados (k bits) Dados + paridades 1 e 2 (n bits) p bitsk bits p-k p bits n bits p bits n-pk
  15. 15. 4. A estrutura da codificação Turbo: a2) Concatenação Paralela: • Para a codificação Turbo Sistemática em paralelo são usados dois codificadores separados (normalmente idênticos). • É usado um entrelaçador para assegurar códigos diferentes entre as saídas dos codificadores. • Os bits de paridade são puncionados para aumentar a taxa do código (não é necessário). Instituto Nacional de Telecomunicações Codificação Turbo
  16. 16. Instituto Nacional de Telecomunicações Codificação Turbo a2) Concatenação Paralela: Figura IVIVIVIV: Representação de um sistema de concatenação paralela. FONTE: MOHAMMAD, S. A. [10]
  17. 17. Figura VVVV: Esquema de Código turbo Convolucional Sistemático e Recursivo (RSC). FONTE: GLAVIEUX, A. [4] Instituto Nacional de Telecomunicações Codificação Turbo 4. A estrutura da codificação Turbo: a2) Exemplo de Código turbo Convolucional Sistemático e Recursivo (RSC): • Polinómios geradores 15 (para a recursividade); • E 13 (para a construção da redundância).
  18. 18. Instituto Nacional de Telecomunicações Codificação Turbo 4. A estrutura da codificação Turbo: b) Entrelaçamento (interleaving π): • Exemplos de Interleaver: • Entrelaçador de Bloco; • Entrelaçador convolucional; • Entrelaçador Pseudoaleatório...
  19. 19. Instituto Nacional de Telecomunicações Codificação Turbo b) Entrelaçamento (interleaving π): Sequência Permutada (y)Sequência Permutada (y) Sequência original (x)Sequência original (x) Padrão de permutação P = [ 2 0 4 1 3 ] Padrão de permutação P = [ 2 0 4 1 3 ] m0 m1 m2 m3 m4min:min: m1 m3 m0 m4 m2mout:mout: P0P0 P1P1 P2P2 P3P3 P4P4 • O principal objetivo do entrelaçador π é aumentar a distância mínima do código turbo, eliminando as correlações entre os codificadores. (x) (y) πmin:min: mout:mout: Interleaver
  20. 20. Instituto Nacional de Telecomunicações Codificação Turbo b) Entrelaçamento (interleaving π): • Exemplo numérico e computacional (Mathcad) “ “ • Outro objetivo do entrelaçador π é espalhar erros em rajada em diferentes palavras códigos permitindo assim a correção da maioria deles.
  21. 21. Figura VVVV: Ilustração da estratégia de codificação turbo com puncionamento. Instituto Nacional de Telecomunicações Codificação Turbo 4. A estrutura da codificação Turbo: c) Puncionamento: • O puncionamento é usado para obter uma maior taxa de codificação. • Ele é aplicado às saídas de paridade, das quais, alternadamente, bits são transmitidos (t = par e t = ímpar). A taxa de 1/3 vai para 1/2. Taxa = k/n
  22. 22. Instituto Nacional de Telecomunicações Códigos Turbo 5. Aplicação dos códigos Turbo: • Telemóveis 3G • UMTS, WCDMA (3GPP/evolução de GSM) • CDMA2000 (3GPP2/evolução de IS-95) • Televisão digital • Norma DVB-RCS (“Return Channel via Satellite”) • Redes locais e metropolitanas sem fios • Norma IEEE 802.16a (“Fixed Broadband Wireless Access Systems”) • Comunicações espaciais • NASA: Messenger (‘04), Mars Reconnaissance Orbiter & Rover (’05), STEREO (’05), Pluto (’06), Kepler (’07), etc. • ESA: SMART-1 (‘03), Rosetta • Sistemas militares • Gravação magnética
  23. 23. Instituto Nacional de Telecomunicações Códigos Turbo 6. Avanço: • A invenção dos códigos turbo levou ao ressurgimento de um outro código que também se aproxima da capacidade dos códigos turbos: LDPC (Low-Density Parity-Check Code) Gallager IEEE- LDPC 1962-63
  24. 24. Instituto Nacional de Telecomunicações Códigos Turbo 7. Referências bibliográficas: [1] BERROU, C., GLAVIEUX, A., THITIMAJSHIMA, P.; “Near Shannon Limit Error-Correcting Coding and Decoding : Turbo Codes”, IEEE, 1993. [2] FORNEY, G. D., Jr., Concatenated codes, MIT Press, 1966. [3] BERROU C., Codes and turbo codes, pp. 213 a 266, 2010. [4] GLAVIEUX A., Channel Coding in Communication Networks, From Theory to Turbocodes, 2007. [5] ANDERSEN J. D.; A Turbo Tutorial, Department of Telecommunication Technical University of Denmark, http:www.tele.dtu.dk~jda
  25. 25. Instituto Nacional de Telecomunicações Códigos Turbo [6] SKLAR B.,” Fundamentals of Turbo Codes”, [7] SKLAR B., Digital Communications, Fundamentals and Applications, Second Edition (Prentice-Hall, 2001, ISBN 0-13-084788-7). [8] HANZO, L., LIEW, T. H., YEAP, B. L.;“Turbo Coding, Turbo Equalisation and Space-Time Coding, for Transmission over Fading Channels”, 2003. [9] GASPAR, I. S.; Implementação de uma Classe de Códigos Produto com Decodificação Turbo em FPGA,2006. [10] MOHAMMAD, S. A.; Turbo Codes. [11] DAYAN A. Guimarães, GERALDO G. R. G., BARTOLOMEU F. U.; A Coded Cooperation Scheme With Single Parity-Check Turbo-Product Codes.
  26. 26. Instituto Nacional de Telecomunicações Códigos Turbo FIM

×