أنظمة تشفير كفوءة لشبكات اتصالات ذات نسبة إشارة إلى ضوضاء منخفضة
Efficient Coding Systems for Low SNR Communication Networks
- الباحث
- إخلاص محمود فرحان
- المشرف
- ظافر رافع زغير - هديل نصرت عبدالله
- الجامعة
- الجامعة التكنولوجية
- الكلية / القسم
- قسم الهندسة الكهربائية / هندسة الالكترونيك والاتصالات
- الشهادة
- دكتوراه
- السنة
- 2022
- لغة الرسالة
- انكليزي
- الكلمات المفتاحية
- Channel coding;Low SNR;Communication networks;Error correction
الملخص
بعض أنواع أنظمة الاتصال مصممة للعمل في بيئات ذات نسبة إشارة إلى ضوضاء (SNR) منخفضة lan لكي تعمل هذه الأنظمة بشكل موثوق، يجب استخدام تقنيات و طرق معينة للتخفيف من الآثارالمضعفة للقناة. يُعد ترميز القناة عنصرًا أساسيًا في غالبية أنظمة الاتصالات GIS معدل الإشارة إلى الضوضاء (SNR) المنخفض لمواجهة ظروف slidll المعاكسة. يعد الجمع بين ترميز القنوات وتقنيات الوصول المتعدد بتقسيم الكود (CDMA) وتقنيات المدخلات المتعددة والمخرجات المتعددة (MIMO) وسيلة إرسال موصى بها في مثل هذه القنوات. أصبحت رموز القنوات، والتي a pad أيضًا باسم كودات تصحيح الأخطاءء مع اقتراب الأداء من as شانون و تعقيد المنخفضء أحد المتطلبات الأساسية في معظم أنظمة الاتصال بسبب تطور هذه الأنظمة واتساع نطاق تطبيقاتها. يؤدي النمو السريع لشبكات الاستشعار اللاسلكية (WSNs) إلى الحاجة لأحدث إصدار من تقنيات الشبكات اللاسلكية مع متطلبات معدل توصيل عاليء، زمن فك تشفير منخفضء مرونة عالية (إنطاق واسع من معدلات الترميز وأطوال الكود) ، والقدرة الجيدة على تصحيح الأخطاء (أداء جيد لخطأ البتات ٠، ((BER) وكفاءة Aisne للأجهزة، وعدد قليل من شبكات التوصيل البيني في مفكك الترميز. في الآونة الأخيرة، أظهر الباحثون أن كود Raptor يمكن أن يلبي المتطلبات المحددة لبيئة JLSNR lal أصبح كود Raptor أحد المرشحين الرئيسيين لاستبدال رموز القنوات الأخرى في حالة LSNR نظرًا لخاصية Rateless المرغوبة بالإضافة إلى الخصائص المذكورة أعلاه. في هذا العمل بعد deal pe الاعمل السابقه والنظر في الأبحاث الراسخة، تم اقتراح نظامين للاتصال الرقمي مناسبين ل LSNR يتضمن النظام الأول استخدام كود Raptor جنبًا إلى جنب مع DS- CDMA لمعالجة مشكلة BER العالية في قنوات الضوضاء الغوسية البيضاء المضافة (AWGN) Gee 1.,57712]. ، بينما يعتمد النظام الثاني على استخدام كود Lis Raptor إلى جنب مع نظام رقم المخلفات (RNS) وتقنية MIMO باستخدام ترميز مقاطع الزمان والمكان (STBC) لتحسين أداء BER في ظل قنوات متعددة المسارات المتغيرة بمرور الوقت. تُظهر نتائج محاكاة الأنظمة المقترحة أداءً محسئًا لمعدل الخطأ في البتات BER عند الاختبار مع مراعاة ظروف ومعايير WSNs تُظهر الأنظمة المقترحة القدرة على العمل في نطاقات SNR منخفضة للغاية مع أداء مُرضي لمعدل BER يمكن للنظام المقترح الأول (كود Raptor المدمج مع (DS-CDMA أن يحقق تحسيئًا في نسبة الإشارة إلى الضوضاء (SNR) بحوالي 6 ديسيبل كسبًا لمعدل 10-6 = BER مقارنة بأنظمة CDMA المرمزة باستخدام Turbos convolutional لمعدل تشفير aly 1/3. أيضًا ، أظهرت مقارنة تعقيد النظام المقترح الأول (Raptor code DS-CDMA) بأنظمة Turbo وأنظمة CDMA المرمزة بتقنية convolutional تفوق النظام المقترح مع تعقيد حسابي أقل. تم تنفيذ نموذج عملي للنظام المقترح DS-CDMA Raptor على منصة حر)2]باستخدام .VHDL وأظهر تقرير التجميع أنه تم استخدام حوالي ( 32421) عنصرًا منطقيًا من إجمالي (68416) عنصرًا منطقيًا )7.47( و 97 pins من إجمالي (622 ) (125)/16م . أيضّاء تم اختبار التطبيق العملي للنظام المقترح الأول على متحكم Arduino تم استخدام التطبيق العملي لاختبار قابلية تطبيق الأنظمة المقترحة في أنظمة WSN الحقيقية.
Abstract
Some types of communication systems are designed to work in very low signal- to-noise ratio (SNR) environments. For such systems to function reliably, certain techniques and methodologies must be used to mitigate the degrading effects of the channel. Channel coding is a key element in the majority of low SNR communication systems to counteract the adverse channel conditions. Combining channel coding with Code Division Multiple Access (CDMA) and Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) technologies is a recommended transmission technique in such channels. However, channel codes, which are also known as error-correcting codes, with a performance approaching Shannon’s limit and low complexity, have become one of the essential requirements in most communication systems due to the evolution of these systems and the breadth of their applications. The rapid growth of Wireless Sensor Networks (WSNs) leads to the demand of the latest version of wireless network technologies with the requirements of high throughput, low decoding latency, high flexibility (long range of coding rates and code lengths), good error correction capability (low bit error rate (BER) performance), improved hardware efficiency, and low number of interconnection networks at the decoder. Recently, researchers have demonstrated that Raptor code can meet the specific requirements of the LSNR environment. Therefore, Raptor code has become one of the main candidates to replace other channel codes in the LSNR condition because of its desired rateless property in addition to the aforementioned properties. In this work, after extensive literature review and considering established research, two digital communication approaches suitable for LSNR conditions are proposed. The first system involves the use of Raptor code combined with DS-CDMA to treat the high BER issue in additive white Gaussian noise (AWGN) channels under LSNR. While, the second one relies on the utilization of Raptor code combined with Residue Number System (RNS) and MIMO technology using Space-Time Block Coding (STBC) to improve the BER performance under time-varying multipath channels. The simulation results of the proposed systems show improved performance of BER when tested considering the conditions and parameters of WSNs. The proposed systems show the capability to work under very low SNR ranges with satisfactory BER performance. The first proposed system (Raptor code combined with DS-CDMA) can achieve an improvement in the SNR of about 6 dB gain for a BER = 10-6 compared to the Turbo and convolutional coded CDMA systems for a code rate of 1/3 . Also, comparing the complexity of the first proposed system (Raptor code DS- CDMA) with Turbo and convolutional coded CDMA systems showed the superiority of the proposed system with less computational complexity. A hardware model of Raptor code combined with DS-CDMA prototype system on the FPGA platform using VHDL was implemented. The compilation report showed that about 32421 ) ) logic elements were used out of a total of 68,416 logic elements (47%) and 97 pins out of a total of 622 pins (16%). Also, a practical implementation of the first proposed system on Arduino microcontroller was tested. The practical implementation was used to further test the applicability of the proposed systems in real WSN systems. In this research, we worked on making sensor nodes to transmit with low power and for short distances to leader sensor nodes, which will bear the burden of transmission to the base station. This can enable nodes in WSNs to operate in LSNR conditions efficiently.
طلب نسخة من الملف
الملفات غير منشورة على الموقع. اترك بياناتك وسيتواصل معك موظفو قسم الشؤون الثقافية والفنون لإرسال النسخة مجاناً.