Estudo e análise do desempenho de códigos QC-LDPC em sistemas OFDM sob canal AWGN

Abstract

Nos últimos anos, a demanda por sistemas de comunicações de alta taxa de transmissão, alta confiabilidade e alta eficiência espectral tem aumentado significativamente. Nesse contexto, a técnica de multiplexação por divisão ortogonal de frequências (OFDM, Orthogonal Frequency Division Multiplexing) destaca-se devido à sua elevada robustez a canais seletivos em frequência, elevada eficiência espectral e elevada robustez ao efeito multipercurso, podendo ser empregada com diferentes esquemas de modulação, como a modulação por deslocamento de fase (PSK, Phase Shift Keying) e a modulação de amplitude em quadratura (QAM, Quadrature Amplitude Modulation), permitindo ajustar o compromisso entre taxa de transmissão e tolerância ao ruído. Ainda assim, o sistema permanece sujeito a erros devido ao ruído e interferências, tornando necessária a utilização de códigos corretores de erros. Os códigos de verificação de paridade de baixa densidade (LDPC, Low-Density Parity-Check), especialmente na forma quase-cíclica (QC-LDPC, Quasi-Cyclic Low-Density Parity-Check), apresentam excelente desempenho e implementação eficiente. Este trabalho tem como objetivo principal o estudo e a avaliação do desempenho de sistemas OFDM, com diversos esquemas de modulação, utilizando códigos QC-LDPC, operando em um canal com ruído aditivo branco Gaussiano (AWGN, Additive White Gaussian Noise) e aplicando diversos algoritmos de decodificação. Para uma análise comparativa de desempenho foram realizadas simulações computacionais utilizando a plataforma MATLAB. Os resultados obtidos por meio das simulações serão apresentados de forma a demonstrar como a utilização de diversos esquemas de modulação afeta o desempenho em função da taxa de erro de bit (BER, Bit Error Rate) de um sistema OFDM com codificação QC-LDPC. Além disso, os resultados das simulações também serão apresentados de forma a comparar as possíveis mudanças que a utilização de uma codificação QC-LDPC pode ocasionar em um sistema OFDM com canal AWGN. Também será feita uma análise comparativa entre o desempenho em função da BER de diversos algoritmos de decodificação e de como o número de iterações de um algoritmo de decodificação pode influenciar no desempenho.

In recent years, the demand for communication systems with high data rates, high reliability, and high spectral efficiency has increased significantly. In this context, Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) stands out due to its high robustness to frequency-selective channels, high spectral efficiency, and strong robustness to multipath effect, and it can be employed with different modulation schemes, such as Phase Shift Keying (PSK) and Quadrature Amplitude Modulation (QAM), allowing the adjustment of the trade-off between transmission rate and noise tolerance. Even so, the system remains subject to errors due to noise and interference, making the application of error-correction techniques necessary. Low-Density Parity-Check (LDPC) codes, especially in their quasi-cyclic form (QC-LDPC), present excellent performance and efficient implementation. The main objective of this work is the study and evaluation of the performance of OFDM systems, with various modulation schemes, using QC-LDPC codes, operating in an Additive White Gaussian Noise (AWGN) channel and applying different decoding algorithms. For a comparative performance analysis, computational simulations were carried out using MATLAB platform. The results obtained through the simulations will be presented in order to demonstrate how the use of different modulation schemes affects the performance in terms of Bit Error Rate (BER) of an OFDM system with QC-LDPC coding. In addition, the simulation results will also be presented in order to compare the possible changes that the use of QC-LDPC coding may cause in an OFDM system with an AWGN channel. A comparative analysis will also be carried out between the performance in terms of BER of several decoding algorithms and how the number of iterations of a decoding algorithm can influence the performance.