Analysis of efficiency of the bioinspired method for decoding algebraic convolutional codes = Аналіз ефективності біоінспірованого методу декодування алгебраїчних згорткових кодів

Abstract

It has been shown that convolutional codes are widely used, along with various decoding methods, to improve the reliability of information transmission in wireless telecommunication systems. The general principles of synthesis and the parameters and algebraic non-systematic convolutional codes with arbitrary coding rate and maximum achievable code distance have been shown. The basic stages of the bioinspired method for decoding algebraic convolutional codes using a random shift mechanism have been presented. It has been shown that the essence of the presented decoding method implies applying the procedure of differential evolution with the heuristically determined parameters. In addition, this method uses information about the reliability of the adopted symbols to find the most reliable basis for the generalized generator matrix. The mechanism of random shift for the modification of the accepted sequence is additionally applied for the bioinspired search based on various most reliable bases of a generalized generator matrix. The research results established that the bioinspired method for decoding algebraic convolutional codes ensures greater efficiency compared with the algebraic decoding method in the communication channel with additive white Gaussian noise. Depending on the parameters of the algebraic convolutional code and the necessary error coefficient, the energy gain from encoding ranges from 1.6 dB to 3 dB. It was shown that the presented bioinspired decoding method can be used for convolutional codes with a large code constraint length. In doing so, the presented method for decoding algebraic convolutional codes is less efficient than the Viterbi decoding method and turbo codes at a sufficient number of decoding iterations.

Показано, що згортальні коди широко використовуються разом з різними методами декодування для підвищення надійності передачі інформації в бездротових телекомунікаційних системах. Показано загальні принципи синтезу, параметри та алгебраїчні несистематичні згорткові коди з довільною швидкістю кодування та максимально досяжною кодовою відстанню. Наведено основні етапи біоінспірованого методу декодування алгебраїчних згорткових кодів з використанням механізму випадкового зсуву. Показано, що сутність представленого методу декодування полягає у застосуванні процедури диференціальної еволюції з евристично визначеними параметрами. Крім того, цей метод використовує інформацію про надійність прийнятих символів для знаходження найбільш надійної основи для узагальненої генераторної матриці. Механізм випадкового зсуву для модифікації прийнятої послідовності додатково застосовується для пошуку біоінспірації на основі різних найбільш надійних основ генералізованої генераторної матриці. Результати досліджень показали, що біоінспірований метод декодування алгебраїчних згорткових кодів забезпечує більшу ефективність порівняно з методом алгебраїчного декодування в каналі зв'язку з адитивним білим гаусовим шумом. Залежно від параметрів алгебраїчного згорткового коду і необхідного коефіцієнта похибки, енергетичний коефіцієнт від кодування становить від 1,6 дБ до 3 дБ. Було показано, що представлений метод биоинсибированного декодування може бути використаний для згорткових кодів з великою довжиною обмеження коду. При цьому представлений спосіб декодування алгебраїчних згорткових кодів менш ефективний, ніж метод декодування Вітербі і турбокоди при достатній кількості ітерацій декодування.