In this thesis, we consider an effective error-control coding for data storage system, and bandwidth efficient modulation for radio transmission system. The systems of interest are digital video cassette recorder (DVCR) and frequency-hopped spread-spectrum multiple-access (FH/SSMA) communication system.
In digital VCR, multi-speed playback is one of the important function, including still, normal and high speed modes. For multi-speed play of digital VCR, we propose and analyze a new error-control coding scheme. Our scheme is shown to give a significantly improved performance over the conventional scheme with no increase in decoding time in normal play mode and with a little extra decoding time in high speed mode. A computer simulation is done on DCT-based quantized images corrupted by random errors to verify our analysis. It is found that the proposed scheme yields a significantly improved picture quality in normal as well as in high speed play mode.
In FH/SSMA communication, M-ary frequency shift keying (MFSK) and Multicarrier on-off keying (MC-OOK) modulations are considered. For MFSK (M ≤ Q), we consider the system employs Reed-Solomon code over GF(Q) in Rayleigh fading channel. We investigate the tradeoff among the modulation symbol size (M), the number of frequency slots, and the code rate in maximizing the average number of successfully transmitted information bits per unit time and unit bandwidth (called normalized throughput). We find that it is desirable to use a large M in noise-limited environment. In interference-limited environment, it is more important to prevent errors (hits) by increasing the number of frequency slots than to correct them with forward error correction techniques or to reduce the error rate by increasing M.
MC-OOK modulation is considered in FH/SSMA communication. The average bit error probability $P_b$ is analyzed in slow frequency-nonselective Rayleigh fading channel, and compared with that with MFSK under the constraint of fixed bandwidth. It is found that MC-OOK yields a lower $P_b$ than MFSK in interference-limited region (i.e., high $\bar E_b /N_0$), but MFSK yields a lower $P_b$ when $\bar E_b /N_0$ is low. As the modulation symbol size M increases, the performance gain attained by MC-OOK in interference-limited region increases.
본 논문에서는 데이터 저장 시스템을 위한 효과적인 오류 정정 부호화와, 무선 전송 시스템을 위한 대역폭 효율적인 변조에 대하여 연구하였다. 데이터 저장 시스템은 디지털 비디오 카세트 레코더 (digital video cassette recorder)를 고려 하였고, 무선 전송 시스템은 주파수 도약 대역 확산 다중 접속 (frequency-hopped spread-spectrum multiple-access) 통신시스템을 고려하였다.
디지털 비디오 카세트 레코더에서는 정지, 재생 그리고 배속을 포함하는 다중 속도 재생이 중요한 기능중의 하나이다. 본 논문에서는 디지털 비디오 카세트 레코더의 다중 속도 재생을 위하여 새로운 오류 정정 부호화 방법을 제안하고 분석하였다. 제안된 방법은 재생 모드에서는 복호와 시간이 증가하지 않았으며, 배속 모드에서는 약간의 복호화 시간 증가로 기존의 방법보다 성능이 훨씬 개선됨을 보여주었다. 또, 수식 분석에 대한 증명을 위하여 DCT (discrete cosine transform)와 양자화된 이미지에 랜덤한 오류를 섞어 컴퓨터 모의 실험을 하였고, 제안된 방법이 재생 모드와 배속 모드에서 훨씬 더 좋은 화질을 나타냄을 볼 수 있었다.
주파수 도약 대역 확산 다중 접속 통신시스템에서는 MFSK (M-ary frequency shift keying)와 MC-OOK (multicarrier on-off keying) 변조를 고려하였다. 먼저, MFSK 변조를 하는 시스템은 레일리 페이딩 (Rayleigh fading) 채널 환경에서 부호 심볼 크기가 Q(≥M)인 리드-솔로몬 (Reed-Solomon) 부호를 사용한다고 가정하였다. 단위 시간과 대역폭당 성공적으로 전송되는 평균 정보 비트의 수를 표준화된 처리 능력비 (normalized throughput) 라고 정의 했을 때, 이를 최대화하는 변조 심볼 크기 (M), 주파수 슬롯 갯수 그리고 부호율 간의 관계를 조사하였다. 잡음 제한 환경 (noise-limited environment) 에서는 M을 증가 시키는 것이 바람직하고, 간섭 제한 환경 (interference-limited environment)에서는 앞 오류 정정 (forward error correction) 기술을 사용하여 오류를 정정하거나 M을 증가 시켜 오류율을 낮추는 것 보다는 주파수 슬롯의 갯수를 증가 시켜 충돌(hit)을 줄이는 것이 더 효율적임을 알 수 있었다. MC-OOK 변조를 사용하는 주파수 도약 대역 확산 다중 접속 통신시스템에서는 완만한 주파수 비 선택적인 (slow frequency-nonselective) 레일리 페이딩 채널에서 평균 비트 오류 확률이 분석 되었고, 주파수를 고정 했을 때 그 값을 MFSK 변조에서의 값과 비교하였다. 간섭 제한 영역 (즉, 높은 $\bar E_b/N_0$)에서는 MC-OOK가 더 낮은 평균 비트 오류 확률을 나타내었다. 하지만 낮은 $\bar E_b/N_0$에서는 MFSK가 더 낮은 평균 비트 오류 확률을 나타내었다. 변조 심볼 크기 M이 증가함에 따라 MC-OOK는 간섭 제한 영역에서 성능 이득 (performance gain)이 증가 하였다.
