It is well known that some form of forward error correction is required to obtain acceptable performance in frequency-hopped spread-spectrum (FH/SS) communications. For most error and erasure decoding schemes, erasures are preferable to errors because more erasures than errors can be corrected. Thus, the use of error-erasure decoding for block codes in FH/SS communications can improve the performance of the decoder substantially if an effective and reliable method is employed to decide which symbols should be erased.
In this thesis, several attempts are made to improve the error-erasure decoding performance of block coded FH/SS communications in a rayleigh fading channel.
First, we propose the adaptive decoding scheme for concatenated codes in FH/SS communications in the presence of a pulse-burst jamming and analyzed its performance. Concatenated coding schemes employing binary BCH inner code and Reed-Solomon (RS) outer code are investigated and the use of side information is allowed to decode both erasures and errors. The proposed scheme makes the decoder enable to adapt to the jamming level by switching between two decoding modes such that the decoded bit error probability can be reduced. The optimal threshold value for switching in this proposed scheme is derived. It has been shown that the proposed decoding scheme yields a significant lower bit error probability over a conventional decoding scheme. In addition, performance analysis and its variation of conventional and proposed decoding scheme in the case of imperfect side information are also presented.
Second, we propose the effective error and erasure decoding scheme for frequency-hopped multiple-access (FH/MA) communications with M -ary FSK signaling and analyzed its performance in synchronous and asynchronous frequency hopping systems, respectively. RS code is used to correct erasures and errors caused by other-user interference. The performance measure that we consider is the average number of successfully transmitted information bits per channel use (called normalized channel throughput). The proposed scheme adaptively changes the erasure decision threshold which determines the symbols to be erased according to channel traffic in such a way that normalized channel throughput can be increased. Based on numerical results, 3-level adaptive threshold control under perfect traffic estimation estimation is shown to be the most effective way to control the decision level. It has been shown that the proposed decoding scheme yields a significant throughput increase over a error-erasure decoding with perfect side information.
Finally, we propose the adaptive partial erasure decoding scheme with diversity for RS codes in FH/MA communications and analyzed its performance in asynchronous frequency hopping system. RS code symbol consists of several channel symbols and binary FSK is employed to transmit the channel symbol. The proposed decoding scheme adaptively changes both the erasure-decision threshold and time diversity level for RS code symbol according to channel traffic such that the packet error probability can be reduced. The optimal pair of erasure-decision threshold and diversity level is evaluated for several average signal-to-noise ratio. Numerical results has been shown that the proposed decoding scheme yields a significant lower packet error probability and also attains the higher normalized channel throughput over a conventional decoding cases.
본 논문에서는 레일리 페이딩(Rayleigh fading)을 갖는 블럭 부호화된 주파수 도약형 대역 확산 (Frequency-Hopped Spread-Spectrum) 통신 환경에서 시스템의 성능을 향상시킬 수 있는 여러가지 적응 복호화 기법 들에 대해 연구하였다.
첫째로, 펄스형 재밍(jamming)이 존재하는 주파수 도약형 대역확산 통신 환경에서 쇄상 부호(concatenated code)에 대한 적응 복호화 기법(adaptive decoding scheme)을 제안하고 성능을 분석하였다. 쇄상부호의 내부 부호로는 이진 BCH 부호를 사용하였고 외부부호로는 리드-솔로몬 (Reed-Solomon) 부호를 사용하였다. 또한, 재밍을 받은 심볼들의 위치를 나타내는 추가정보(side information)를 이용하여 소거심볼을 생성하는데 사용하였다. 제안된 기법은 재밍의 정도에 따라 복호화 방식을 적응적으로 변화시킴으로써 전체적인 비트오류율이 감소하도록 하였다. 제안된 기법에서 복호화 방식의 변화여부를 결정하는데 사용되는 문턱값(threshold)의 최적치를 찾아내었다. 컴퓨터 실험 결과, 제안된 기법이 기존의 복호화 기법보다 매우 낮은 비트 오류율을 가지는 것을 볼 수 있었다. 한편, 불완전한 추가정보를 가질때의 복호화 방식들의 성능 변화에 대해서도 고찰하였다.
둘째로, MFSK (M-ary Frequency Shift Keying)를 사용하는 주파수 도약형 다중접속 환경에서 리드-솔로몬 부호에 대한 효과적인 에러 및 소거 복호화 기법(error and erasure decoding scheme)을 제안하였다. 다중접속 간섭으로 인한 에러 심볼과 소거 심볼을 정정하는데 리드 솔로몬 부호가 사용되었다. 제안된 방식은 채널 트래픽에 따라 심볼의 소거여부를 결정하는 문턱값을 적응적으로 변화시킴으로써 시스템에서 오류없이 전송되는 평균 정보비트양을 나타내는 정규화된 처리량 (normalized channel throughput)을 증가시키도록 하였다. 컴퓨터 실험 결과, 채널 트래픽에 따라 세가지 레벨로 문턱값을 변화시키는 것이 가장 효과적인 방법임을 알 수 있었고, 이 방식을 사용함으로써, 완전한 추가정보를 이용하는 기존의 에러 및 소거 복호화 방식 보다 성능이 향상됨을 볼 수 있었고, 제안된 방식은 추가정보를 이용하지 않는다는 장점을 가지고 있다.
마지막으로, 주파수 도약형 다중접속 환경에서 리드-솔로몬 부호에 대한 시간 반복 전송 (time diversity transmission)을 이용한 적응적인 부분 소거 복호화 기법 (partial erasure decoding scheme)을 제안하였다. 리드 - 솔로몬 부호 심볼은 여러개의 이진 심볼로 구성되어 있고, 이진 심볼을 전송하기 위해 BFSK(Binary FSK) 변조 방식이 사용되었다. 제안된 방식은 채널 트래픽에 따라 리드-솔로몬 부호 심볼의 소거결정 문턱값과 시간 반복 레벨을 동시에 적응적으로 변화시킴으로써 시스템의 패킷 오류율을 감소시키도록 하였다. 소거결정 문턱값과 시간반복 레벨의 최적값들을 여러 가지 신호대 잡음비 환경에서 찾아내었다. 컴퓨터 실험결과, 제안된 방식이 기존의 복호화 방식들에 비해 매우 낮은 패킷오류율을 가지며, 더 많은 사용자를 수용할 수 있음을 알 수 있었다.
