Análise comparativa do desempenho de códigos corretores de erros para redes móveis

Abstract

A codificação para correção de erros é uma técnica amplamente aplicada em sistemas de comunicação e possui um papel vital para o aumento da tolerância ao ruído. Existem diversas técnicas de codificação que se adaptam a diferentes aplicações, a aplicação estudada nesse trabalho é a das redes móveis, onde a alta taxa de dados, a baixa latência e a mobilidade são algumas das particularidades. Esse trabalho visa analisar o desempenho de duas técnicas, sendo elas os códigos convolucionais e códigos LDPC. Os códigos LDPC (do inglês, Low-Density Parity-Check) foram designados para canais de dados de redes 5G NR pelo 3GPP TS 38.212 e os códigos convolucionais foram atribuídos aos canais de controle de redes 4G pelo TS 36.212. As duas codificações foram simuladas com o auxílio do MATLAB e analisadas experimentalmente através do GNU Radio e de rádios definidos por software, seguindo os parâmetros definidos pelo 3GPP (do inglês, 3rd Generation Partnership Project). A modulação e o seu impacto no desempenho dos decodificadores foi outro aspecto analisado nesse trabalho, foram utilizadas modulações QPSK, 16-QAM, 64-QAM e 256-QAM. Os desempenhos em relação à capacidade de correção de erros foram comparados, visando compreender as particularidades de cada técnica. Os resultados evidenciaram a importância da codificação e a sua capacidade de correção de erros. Também foi mostrado que modulações com menos símbolos, como a QPSK, são menos suscetíveis a erros. A codificação LDPC definida pelo 3GPP apresentou um desempenho superior em relação aos códigos convolucionais.

Error correction coding is a widely applied technique in communication systems and has a vital role in increasing noise tolerance. This particular study focuses on coding techniques that are suitable for mobile networks, which have unique characteristics such as high data rates, latency, and mobility. It’s worth noting that there are various coding techniques available that can be tailored to different applications. This work aims to analyze the performance of two techniques: convolutional codes and LDPC (Low-Density Parity-Check) codes. LDPC codes were assigned to shared channels of 5G NR networks by 3GPP TS 38.212 and convolutional codes were assigned to control channels of LTE (4G) networks by TS 36.212. The two coding techniques were simulated with the software MATLAB and experimentally analyzed using GNU Radio and software-defined radios, following the parameters defined by 3GPP (3rd Generation Partnership Project). The modulation and its impact on the performance of the decoders was another aspect analyzed in this work, where QPSK, 16-QAM, 64-QAM and 256-QAM modulations were used. The performance in relation to error correction capacity was compared, aiming to understand the particularities of each technique. The results highlighted the importance of channel coding and its ability to correct errors. It was also shown that modulations with fewer symbols, such as QPSK, are less susceptible to errors. The LDPC code defined by 3GPP showed superior performance over the convolutional code.