Tecniche di comunicazione basate su codici SC-LDPC con decodifica a finestra scorrevole e canale di feedback privo di rumore

SC-LDPC codes are commonly employed with SWD, which allow handling the complexity of the decoding process that, in its full version, is often unfeasible due to the long frame lengths. This approach, however, remains susceptible to error propagation, which can severely degrade the overall performance. Therefore, in the present work we propose techniques for both reliable decoding error detection and effective mitigation of the error propagation under the assumption that a noiseless feedback channel is available. We first present two decoder error detection methods that, rather than relying on empirically tuned criteria based on LLRs, are based on the number of decoding iterations and the concatenation with an outer CRC code, respectively. Once errors are detected, it is then possible to either send a resynchronization request or initiate selective retransmissions, as a form of type-I HARQ protocol. We further study the effects of the type-I HARQ-based protocol, by developing a finite-state analytical model that describes the interaction between retransmissions and the evolution of the decoding wave, thus enabling a prediction of the block error rate across window positions. Even though these strategies introduce transmission overhead and cause a slight rate loss, Monte Carlo simulations over both AWGN and Rayleigh fading channels demonstrate that they significantly improve error-rate performance compared to standard sliding window decoding.

I codici SC-LDPC vengono comunemente decodificati tramite SWD, grazie al quale è possibile gestire la complessità del processo di decodifica che, a rigore, risulta essere spesso computazionalmente intrattabile a causa delle elevate lunghezze di blocco. Questo approccio, tuttavia, è vulnerabile al fenomeno della propagazione degli errori, che può compromettere in modo significativo le prestazioni complessive del sistema. Pertanto, nel presente lavoro vengono proposte tecniche che consentano sia di individuare errori di decodifica e sia di mitigare in maniera efficace la propagazione degli errori, assumendo che si abbia accesso ad un canale di feedback privo di rumore. In prima istanza, vengono presentati due metodi di identificazione degli errori di decodifica che, invece di vertere su parametri basati su LLRs e ottimizzati empiricamente, si fondano, rispettivamente, sul numero di iterazioni del processo di decodifica e sulla concatenazione con un codice CRC esterno. Riguardo le tecniche di mitigazione, invece, si sono studiati gli effetti di una risincronizzazione tra trasmettitore e ricevitore, e di un protoccolo basato su ritrasmissioni selettive come forma di HARQ di tipo I. Gli effetti di tale protocollo vengono inoltre ulteriormente approfonditi, sviluppando un modello analitico che descrive l'interazione tra le ritrasmissioni e l'evoluzione dell'onda di decodifica, permettendo inoltre predizioni accurate del tasso di errore sul blocco al variare della posizione della finestra di decodifica. Tramite simulazioni Monte Carlo, inoltre, viene validata l'efficacia delle tecniche proposte. L'analisi delle tecniche di rilevazione mostra che il criterio basato sulle iterazioni è più efficace di quanto già presente in letteratura, mentre il codice CRC esterno si comporta quasi da rilevatore ideale. Le tecniche di mitigazione proposte, invece, introducono significativi miglioramenti al tasso di errore rispetto allo SWD standard e ad altre tecniche di mitigazione prese come riferimento. Inoltre, la robustezza delle tecniche presentate in questo lavoro viene ulteriormente dimostrata da confronti eseguiti sul canale di Rayleigh che, soprattutto in contesti di slow fading, rappresenta uno scenario particolarmente sfavorevole per le comunicazioni.