Аналіз ефективності біоінспірованого методу оптимізації нерегулярних кодів з малою щільністю перевірок на парність

This paper reports the principles of building irregular codes with a low density of parity checks. It has been determined that finding irregular finite-length codes with improved characteristics necessitates the optimization of the distributions of powers of the symbol and test vertices of the corresponding Tanner graph. The optimization problem has been stated and the application of a bioinspired approach to solving it has been substantiated. The paper considers the main stages of the bioinspired method to optimize the finite-length irregular codes with a low density of parity checks. It is shown that a given method is based on the combined application of the bioinspired procedure of bats, a special method for building Tanner graphs, and computer simulation.The reported study aimed to evaluate the effectiveness of the proposed method for optimizing irregular codes when using the selected bioinspired procedure and the predefined model of a communication channel.Based on the study results, it has been determined that the optimized relatively short irregular codes with a low density of parity checks possess better characteristics compared to existing codes. It is shown that the derived codes do not demonstrate the effect of an "error floor" and ensure an energy win via encoding of about 0.5 dB compared to regular codes depending on the length of the code. It has been determined that the optimization of irregular codes with a low value of the maximum power in the distribution of powers of the symbol vertices of the Tanner graph leads to a decrease in the order of an error coefficient in the region with a high signal/noise ratio.The application of the optimized irregular codes with a low density of parity checks could improve the efficiency of next-generation wireless telecommunication systemsПредставлены принципы построения нерегулярных кодов с малой плотностью проверок на четность. Определено, что для нахождения нерегулярных кодов конечной длины с улучшенными характеристиками необходимо осуществлять оптимизацию распределений степеней символьных и проверочных вершин соответствующего графа Таннера. Сформулирована оптимизационная задача и обосновано применение биоинспирированного подхода для ее решения. Рассмотрены основные этапы биоинспирированного метода оптимизации нерегулярных кодов с малой плотностью проверок на четность конечной длины. Показано, что данный метод основан на совместном использовании биоинспирированной процедуры летучих мышей, специальном методе построения графов Таннера и компьютерном моделировании.Проведенные исследования выполнены для оценки эффективности представленного метода оптимизации нерегулярных кодов при использовании выбранной биоинспирированной процедуры и заданной модели канала связи.По результатам исследований установлено, что оптимизированные относительно короткие нерегулярные коды с малой плотностью проверок на четность имеют лучшие характеристики по сравнению с существующими кодами. Показано, что в полученных кодов отсутствует эффект «error floor» и обеспечивается энергетический выигрыш от кодирования около 0,5 дБ по сравнению с регулярными кодами в зависимости от длины кода. Определено, что оптимизация нерегулярных кодов с небольшим значением максимальной степени в распределении степеней символьных вершин графа Таннера приводит к уменьшению на порядок коэффициента ошибок в области высокого отношения сигнал / шум.Применение оптимизированных нерегулярных кодов с малой плотностью проверок на четность позволит повысить эффективность беспроводных телекоммуникационных систем следующего поколенияПредставлено принципи побудови нерегулярних кодів з малою щільністю перевірок на парність. Визначено, що для знаходження нерегулярних кодів кінцевої довжини з покращеними характеристиками необхідно здійснювати оптимізацію розподілів степенів символьних та перевірочних вершин відповідного графу Таннера. Сформульовано оптимізаційну задачу та обґрунтовано застосування біоінспірованого підходу для її вирішення. Розглянуто основні етапи біоінспірованого методу оптимізації нерегулярних кодів з малою щільністю перевірок на парність кінцевої довжини. Показано, що даний метод засновано на спільному використанні біоінспірованої процедури летучих мишей, спеціальному методі побудови графів Таннера та комп’ютерному моделюванні.Проведені дослідження виконано для оцінки ефективності представленого методу оптимізації нерегулярних кодів при використанні обраної біоінспірованої процедури та заданої моделі каналу зв’язку.За результатами досліджень визначено, що оптимізовані відносно короткі нерегулярні коди з малою щільністю перевірок на парність мають кращі характеристики у порівнянні з існуючими кодами. Показано, що у отриманих кодів відсутній ефект «error floor» та забезпечується енергетичний виграш від кодування близько 0,5 дБ порівняно з регулярними кодами в залежності від довжини коду. Визначено, що оптимізація нерегулярних кодів з невеликим значенням максимальної степені у розподілі степенів символьних вершин графу Таннера призводить до зменшення на порядок коефіцієнту помилок у області високого відношення сигнал/шум.Застосування оптимізованих нерегулярних кодів з малою щільністю перевірок на парність дозволить підвищити ефективність безпроводових телекомунікаційних систем наступного поколінн