Welche Bitrate sollte mit Forward Error Correction in einem Link-Budget verwendet werden?

In einem typischen Satellitenverbindungsbudget möchten Sie das Eb/N0 berechnen, wobei

  • Eb = S/R_b (Empfangsleistung mal Bitperiode) und
  • N0 ist einfach kT (Rauschleistungsspektraldichte).

Grundsätzlich habe ich zwei Haupttypen von FEC in der Satellitenkommunikation gesehen, also lassen Sie uns die Diskussion in diesen verankern: 1) Convolutional Encoding und 2) Reed Solomon Block Coding.

Wenn einer dieser beiden FECs verwendet wird, besteht der Vorteil einfach darin, dass Sie einen Codierungsgewinn von einigen dB erhalten, wie in der folgenden Abbildung gezeigt. Grundsätzlich geschieht dies durch Hinzufügen redundanter FEC-Bits zu Ihren Rohinformationsbits.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Meine Frage ist nun, ob es bei der Durchführung eines Satellitenverbindungsbudgets, dh bei der Berechnung von Eb, nicht angebracht ist, eine angepasste Bitrate zu verwenden, die die redundanten Bits enthält, so dass die Informationsbits immer noch mit der gleichen Rate übertragen werden. Beispielrechnung unten

  • Informationsrate (reine Informationsbits) = 1 Mbps
  • Die Konvulsionscoderate beträgt 1/2 = > 1 zusätzliches redundantes Bit für jedes Informationsbit
  • Reed Solomon "Rate" ist 255/223 => ca. 14,3 % mehr redundante Bits als Rohinformationsbits.

Daher wäre eine angepasste Bitrate jetzt 1 × 2 × 1,143 = 2,286 Mbps. Ein weiterer Grund, warum ich es für sinnvoll halte, ist, dass Sie irgendwie "den Preis" für die Verwendung der Codierung "zahlen" müssen, indem Sie die Bitrate erhöhen und weniger Energie pro Bit erhalten. Aber am Ende, würde ich schätzen, triumphiert der gesamte Codierungsgewinn über den negativen Effekt, weniger Energie pro Bit zu haben.

Ich konnte hier keine Texte finden, und ich habe gesehen, dass mehrere Linkbudgets dies anders machen. Hoffentlich versteht ihr meine Frage. Wenn möglich, geben Sie bitte eine Referenz an. Fühlen Sie sich frei, auch meine Terminologie zu korrigieren.

Ja, deine Intuition ist richtig. E_b ist die Energie, die jedem tatsächlich übertragenen Bit zugeordnet ist, und das schließt die für FEC hinzugefügten Bits ein.

Antworten (1)

Die Codierungsverstärkung gibt einen Hinweis auf die Verbesserung der Leistung, wenn Sie einen bestimmten Code verwenden, und damit dies aussagekräftig ist, werden die Fehlerratenkurven für den codierten Fall gegen Eb/N0 aufgetragen, wobei Eb die tatsächlich übertragene Energie pro Informationsbit ist. Hier ist eine Referenz im Web:

http://ecee.colorado.edu/~mathys/ecen5682/slides/convperf99.pdf

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

also nein, Sie ändern Eb nicht, um die Tatsache zu berücksichtigen, dass die Redundanz des Codes die übertragene Bitrate erhöht hat.

Wenn Sie jedoch die Informationsrate mit der gleichen Rate übertragen möchten, müssen Sie die Bitrate erhöhen, "um Platz zu schaffen" für die zusätzlichen FEC-Bits (redundante Bits). Wenn Sie die Bitrate erhöhen, reduzieren Sie die Energie pro Bit, da E = P T_bit. Wenn Sie sich darum nicht kümmern und keinen Unterschied zwischen Informationen und redundanten FEC-Bits machen, können Sie natürlich mit der gleichen Rate weitermachen und senden, und wenn dem so ist, würde sich E = P T_bit nicht ändern . Aber dieser Fall interessiert mich nicht. Danke.
Der Grund für das Auftragen der codierten BER gegen die Information Eb besteht darin, eine einfache Bewertung des Nutzens der FEC zu ermöglichen. Wenn die FEC bei der BER, an der Sie interessiert sind, eine Codierungsverstärkung von 6 dB liefert, entspricht dies einem zusätzlichen Verbindungsspielraum von 6 dB, was beispielsweise einer Erhöhung der Sendeleistung um 6 dB entspricht. Natürlich müssen Sie bei der Bewertung des Codierungsgewinns die Leistung des FEC-Falls bewerten und die Tatsache berücksichtigen, dass der Kanal Eb durch die Coderate reduziert wird, aber für das Systemdesign der obersten Ebene ist es der Codierungsgewinn das zählt. Die Verwendung von FEC erhöht die Kanalbitrate, also die Bandbreite
Stellen Sie sich vor, Sie hätten Diagramme von BER vs. Eb/No für den codierten und nicht codierten Fall, wobei Eb die Energie des tatsächlichen Kanalbits wäre, Sie müssten die Coderate anpassen, um einen Vergleich durchzuführen. Wenn Sie eine BER von beispielsweise 10 ^ -6 benötigen und der uncodierte Fall 10,5 dB Eb / No und der codierte Fall 2 dB erfordert, müssen Sie für einen Code mit der Rate 1/2 den codierten Fall um 3 dB anpassen, um zu sehen, dass a vorhanden ist 5,5 dB Vorteil. Die Darstellung der FEC-Leistung gegenüber den Angaben Eb/No ermöglicht einen direkten Vergleich.
Danke für deine Zeit tesla23. Ich denke, ich stimme Ihnen hier zu, dass aus einer "Top-Level-Systemdesign-Perspektive" die BER-Kurven mit uncodierten und unterschiedlichen Codes einfach den Codierungsgewinn zeigen und die X-Achse einfach EbNo für ein "Kanalbit" ist. An diesem Punkt kümmert es dieses Kanalbit nicht, ob es ein Informations- oder Codierbit ist. Wenn man sich diese Diagramme ansieht, hat man also noch nicht "den Preis" für die Verwendung von FEC "bezahlt", der darin bestehen würde, die Bitrate zu erhöhen und dadurch Eb zu reduzieren (vorausgesetzt, der Designer möchte diesen Effekt überhaupt berücksichtigen).
Lassen Sie uns nun jedoch sagen, dass Sie diesen Effekt berücksichtigen möchten, und sagen Sie, dass ich FEC verwenden werde, aber ich möchte die ursprüngliche Informationsrate nicht ändern. Wie bereits erwähnt, werden wir dann die Bitrate erhöhen, um die zusätzlichen FEC-Bits zu berücksichtigen. Mein Eindruck ist, dass dies eine übliche Überlegung ist. Es ist auch interessant, weil es hervorhebt, dass FEC das erforderliche EbNo (Codierungsgewinn) reduziert, aber auch erhöht (höhere Bitrate), aber der "Gewinn" hier höher ist als der "Verlust". Sonst wäre es kein guter Code.
Unter der Annahme, dass Sie dem zustimmen, hofften meine ursprünglichen Fragen, etwas mehr darüber zu erfahren, wie genau man diese Blockcodierung und Faltungscodierung angeht. Ich habe, dass Faltungs-FEC (gemäß dieser Erklärung) keine 1/2-Rate erreicht, indem 1 zusätzliches Bit derselben Periode wie das Informationsbit hinzugefügt wird, sondern indem innerhalb der ursprünglichen Informationsbitperiode die Hälfte des ursprünglichen Informationsbits eingefügt wird und FEC-Bit (beide halb so lang).
Beim Empfänger wird der Vorgang einfach umgekehrt. Irgendwie (wie ich es verstanden habe) würde dies nur die Empfängerempfindlichkeit beeinflussen, und man braucht nicht 1×2×1.143 wie in meinem ursprünglichen Thema, sondern nur 1x1.143. Daher gibt es in diesem Beispiel einen "Unterschied" darin, wie man mit Blockcodierung und Faltungscodierung umgeht. Leider verstehe ich es hier nicht ganz, daher könnte es etwas unklar sein. Wie auch immer, danke.
Sie denken darüber nach - das Bild, das Sie gepostet haben, enthält bereits den Effekt, den Sie einfügen möchten. Nehmen Sie den Rate 1/2-Code, der 10 ^ -6 BER bei einer Information Eb / No von beispielsweise 5 dB erreicht. Wenn Sie die Berechnungen durchgeführt haben, würden Sie feststellen, dass dieser Code, der mit einem Kanal Eb/No von 2 dB (aufgrund der Rate 1/2) arbeitet, Ihnen eine decodierte BER von 10 ^ -6 geben würde.
Es ist so definiert, dass es für den Systemdesigner am nützlichsten ist - die Verwendung eines Codes mit XdB Codierungsverstärkung entspricht XdB im Link-Budget - dasselbe wie zum Beispiel die Erhöhung der Sendeleistung. Es kostet Sie jedoch normalerweise Bandbreite, da die Symbolrate normalerweise erhöht werden muss.
Welche Bitrate sollte mit Forward Error Correction in einem Link-Budget verwendet werden?
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