In this thesis, we focus on the combined power control and turbo code. The main contributions of the thesis are as follows. First, we propose reallocating the power resource among the code symbols in such a way to minimize the decoding error probability of turbo code. We consider several power reallocation schemes and investigate their performance in slowly-varying Rayleigh flat fading channel. We show that the proposed scheme can reduce the decoding error probability by two orders of magnitude and provide a power gain of 0.86 dB at BER of $10^{-6}$ over the traditional equal power allocation among all code symbols. We also propose applying different power levels and cut-off thresholds on systematic and parity check bits depending on the channel gain, and investigate the effect of channel gain estimation error.
Second, we consider reallocating the power resource among the code symbols in a turbo code sequence to allow an effective use of limited power in lognormal shadowing and Rayleigh fading channel. The motivation is that when the error-control coding is employed, the received SNR need not be equally maintained at a fixed level for all code symbols because a certain number of symbol errors that are within the correction capability can be corrected regardless of the received SNR for those erroneous symbols. Therefore, for an effective use of limited power, power reallocation among code symbols in a code sequence is necessary. We show that the proposed power reallocation can provide a power gain of 0.85 dB over the constant power transmission scheme which allocates equal power among all code symbols. We also propose applying different power levels and cut-off thresholds on systematic and parity check bits, and investigate the effect of channel estimation error.
Third, we consider allocating different powers on systematic and parity bits at turbo encoder outputs with total transmission power fixed. We investigate how the transmission power should be allocated in terms of $E_b/N_0$ and the number of iterations, and examine the power gain provided by allocating the transmission power properly. We also consider allocating the power resource according to bit index. Since some bit positions are highly unlikely to be in error due to the trellis structure, it may be preferable to assigning small power for the code symbols corresponding to those bit indexes. The saved power might be better utilized by other code symbols. We show that the proposed power allocation can reduce the decoding error probability.
이 논문에서는 우수한 오류정정능력을 갖는 터보코드와 전력제어를 결합하여 설계하는 방식에 대하여 연구하였다. 기존의 전력제어 및 오류정정부호에 관한 연구는 각각 독립적으로 수행되어 왔으나, 오류정정부호의 오류검출 능력 이내의 오류들은 해당 부호 심볼의 수신 신호 대 잡음비에 관계없이 정정되므로 제한되어 있는 전력 자원을 부호 심볼에 가변적으로 할당함에 의해 복호 후의 비트오율을 감소시킬 수 있다.
수신단에서 채널을 추정한 후 피드백경로를 통해 채널정보를 송신단으로 전달해 주는 시스템에서, 채널 전력이득이 임계값 이하이면 부호 심볼에 전력을 할당하지 않은 채로 전송하고 임계값 이상이면 전력을 재할당하여 전송하는 일반화된 차단형 전력 재할당 방식을 제안하였다. 레일리 페이딩 채널 환경에서 제안 방식을 모의실험 하였을 때, 신호 대 잡음비에 따라 비트오율을 최소화하는 최적의 전력 차단 임계값이 존재함을 확인하였고 복호의 반복횟수가 증가할수록 성능 향상이 커짐을 관찰하였다. 제안 방식은 모든 부호 심볼에 동일한 전력을 할당하는 기존의 방식에 비해 최대 0.86 dB의 전력 이득을 얻을 수 있었다. 또한, 터보코드의 정보비트와 패리티비트에 상이한 전력 차단 임계값과 전력을 할당하는 방식을 제안하였으며, 높은 신호 대 잡음비에서 성능향상이 있음을 확인하였다. 채널 추정 오차가 존재하는 경우에 대해 제안 방식을 고찰하였으며, 비교적 추정 오차에 둔감함을 검증하였다. 한편, 레일리 페이딩과 lognormal shadowing이 혼재하는 채널에 대해서 천천히 변화하는 lognormal shadowing에 따라 전력을 재할당하는 방식을 고려하였다. 최적의 전력 차단 임계값을 제시하였고, 정보비트와 패리티비트에 임계값 및 전력을 달리 설정하는 방식, 채널 추정 오차에 따른 비트오율 성능 등을 고찰하였다. 제안하는 일반화된 차단형 전력 재할당 방식은 모든 부호 심볼에 동일한 전력을 할당하는 기존의 방식에 비해 최대 0.85 dB의 전력 이득을 가진다.
송신단에서 채널 정보를 가지고 있지 않은 경우에도 터보코드의 구조적 특징을 활용하여 부호 심볼의 송신 전력을 할당할 수 있다. 즉, 정보비트는 모든 구성복호기에서 사용되고 채널 값(channel value)과 관련되어 있음에 비해, 패리티비트는 특정한 하나의 구성복호기에서 사용되고 외래정보(extrinsic information)를 계산하는 데에 사용된다. 이러한 고찰로부터 정보비트와 패리티비트의 송신 전력을 달리 할당하는 방식을 제안하고 신호 대 잡음비 및 복호의 반복횟수에 따른 성능을 제시하였다. 한편, 터보코드는 프레임 단위로 부호화 및 복호화 과정이 진행되는데, 매 프레임의 부호화 이전에 모든 메모리가 0으로 초기화 되므로 프레임의 초기 부분은 가질 수 있는 상태의 개수가 작게 되어 오류확류이 감소한다. 이에 비트 인덱스에 따라 전력을 다르게 할당하는 방식을 제안하였으며, 제안 방식이 전력 이득을 가짐을 검증하였다. 이러한 전력 할당 방식들은 송신단의 하드웨어 복잡도를 크게 증가시키지 않는다는 장점을 갖는다.
