Indonesi an  Journa l  of El ect ri cal Engineer ing  an d  Comp ut er  Scie nce   Vo l.   23 ,  No.   2 ,  A ugus t   20 21 ,  pp.  890 ~ 901   IS S N: 25 02 - 4752, DO I: 10 .11 591/ijeecs .v 23 .i 2 . pp 890 - 901          890       Journ al h om e page :  http: // ij eecs.i aesc or e.c om   Improv i ng   bit  error - rate  b ase d  on   adapti ve B ose - Ch audh uri  Hocquen ghem c on ca t enated with  conv olutional c odes       Ah med  S am y, Ash r af  Y.   Hassan , Hat em  M.  Z akaria   El e ct ri ca l   Eng in ee ring   Depa r tment,   B enha Fac ul t y   of  Eng ineeri ng ,   Benh a  Univ ersi t y ,   Eg y pt       Art ic le  In f o     ABSTR A CT   Art ic le  history:   Re cei ved   Ma r   5 ,  2021   Re vised  Ma y   23 ,  2021   Accepte d  J un   1 ,  2021       Sever al   a lgori th m s  have   bee n  pr oposed  to  avoi d  the   err or  floor  reg ion,   suc h   as  the  con ca t en at ion   code s  that   req uir es  high   computat ion al   d emands  in  addi ti on  to  high  complexi t y .   Thi s   pape r  proposes  a  te chn ique   base d  on  using   ca sca d ed  BCH  and  convol u ti on al   cod es  tha t  le a ds  to  bet ter  err o r  cor recti o n   per form anc e .   Mo reo ver ,   an  ad ap ti ve  m et hod  base d  on  sensing  th e  cha nne l ' s   noise  to  d et ermi ne  the  num ber   o f  the   p ari t y   bit s t hat   wil l  be   added  to  th e  used   BCH  tha t  red u c es  the   consum ed   bandwidt h  and  the   tr ansm it te d  par ity   bi ts  is  pre sente d .   A  fu rthe r  enh ancem ent   is   fulfill ed  b y   using  par alle l  proc essing  bra nche s,   resul t ing  in  r educin g  the   consum ed  ti m e  and   spee d  up  the  per form anc e .   T he  resul ts  show   that  th e  propo sed  code  pre se nts  a  b et t er   per form anc e .   A  high  red uction  i n  the   num ber   of  c y cles  tha t  wil l   be  used  in   the   enc odin g   an d  dec od ing  compare d  wi th  the   c la ss ic a l  m et hod   and  fin al l y   a   fle xible  par ity   b it s  m et hod  base d  on  the   signal - to - noise  rat io  of  the   ch anne l   tha t  r educ ed   the  par ity   b it s  whic h  le ads  to  r educe  the   consum ed  bandwidt h .   The   MA TL AB  sim ula ti on  and  t he   fi el d  pro g ra m m abl e  gat e   ar ra y   ( FPGA )   implementa t ion   will   be  provid ed  in  thi s  paper  to  val idate  th e  proposed  conc ep t.   Ke yw or ds:   Bose - C haud huri Hoc qu e nghe m   Con cat e nation   Conv olu ti onal   Decode r   Enc od e r   Vite rb i   This   is an  open   acc ess arti cl e   un der  the  CC  B Y - SA   l ic ense .     Corres pond in g  Aut h or :   Ah m ed  Sam y   Dep a rtm ent o f El ect rical  En gi neer i ng   Be nh a  Fac ulty  o f  Enginee rin g, Be nha  U niv er sit y, Egypt   Em a il :  eng .ahm ed. sam y46@ gm ail.co m       1.   INTROD U CTION   The  c omm un ic at ion s  fiel d  is   witnessin g  a  st rug gle  to   achie ve  bette r  pe rfo rm ance.  The   ef forts  to   get  a  high  thr ough pu t,  l ow   bit - er r or - rate  (BER )  and   al s o  lo w  c on s um ption   of  powe r  are  the  m ai n  ta rg et   of   al l  the   com m un ic at ion   syst e m s.  In   this  pap e r,   tw o  te chn i qu e s   will   be  discusse d:  Bose - C ha udhuri   H ocqu enghem   (BCH)  a nd   th e  convo l ution a l  cod es  [1 ] .   T he  error   fl oor  is  the  ph en ome non  that  face s  the  err or  co r recti ng  al gorithm s   su ch  as  BC H,   the  BER   decr eases   as  the  sign al - to - noise   rati o  ( SN R )   beco m es  bette r  [2 ] .  T he re  is  a   po i nt  after  w hich  the  c urve  does  no t  f al l  as  qu ic kly  as  be f or e ,  the  reg i on  wh e re  the  pe r fo rm ance  flat t ens  is   cal le d  the e rror flo or r e gion a nd the  re gion  be fore the  hu ge dr op is cal le d t he wat erf al l  [3] ,  [4 ] .   This  pa per   wil l  us e  the  BC H  and   the  co nvolu ti onal   cod e s  to  app r ove  the  idea  of   this   arti cl e.  The   BC H  featu res  are  the  possi bili ty   to  desi gn   c od e  t hat  can  c orrect  m ulti ple  e rror s  a nd  the  e asy   decodin g  proces s  us in g  low - power   el ect ronic   so urces.   T he   m ai n  featur es  of   us i ng   c onvoluti onal   cod e s  are  the   easy   i m ple m entat io n,   the  bette r  pe rfor m ance  in  the  cases  of   ha ving  hi gher  noisy   cha nn el s  and   e rro r  pr obabili ty  rates, the se c odes h a ve  m e m or y and I nfo rm ation   bits are  s pread alo ng th e s equ e nce.   Con cat e nated  cod e s  co ncate nation  of  a n  in ner   c onvoluti onal   co de  with  an  ou te r   bl ock  co de  is  ve ry   com m on   an d  e ff ect ive   co ding   struct ur e   f or  so lvi ng  the  e rror   flo or  prob le m .  The  co nvol ution al   co de  w orks   bette r  in   lo w  SN R  range,   but  it s  BER   c urve  ro ll - off  sl owly   an d  ca n  ha ve  ir re du ci ble  erro r  flo or  in   fa ding   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci     IS S N:  25 02 - 4752       Impr ov ing   bit error - ra te   base d on ad ap ti ve  Bose - Ch audhuri  H oc que nghe m  c on c aten ate d  … ( A hm e d S am y )   891   channel  [ 5] ,  [ 6].  The  BC H  cod e  has  fast  BER   ro ll - off  a nd   well   su it ed   to  correct   the   burst  outp ut  error s   c omm on   with  a  Vite r bi  dec oder .  A n  i nterle aver   can  be  use d  to   sprea d  th e  Vite r bi  outp ut  er ror  bursts  acro s s   m ul ti ple BC H cod e - words f or  bur st e rro r  c orrecti on [7] ,  [ 8].   The  desig n  of   con cat e nated  c od e  of  BC H  a nd   c onvoluti onal   ha d  a  probl e m   of   de gr a da ti on   of  th e   thr oughput  du e  to  serial   concat enati on.  Ac cordin gly,  a  m otivati on   is  rai sed  to  im pr ove  the  degra dation  of   thr oughput  of   serial   co ncaten at ion   c od e ,  to   be  s uited  for  r eal   tim e  app li cat ion .  This  is   done   via  desi gn i ng  par al le l p r oces sing o f  BC H  c od e  w it h c on voluti onal  c od e   [9 ] ,  [ 10 ] .   Anothe r  c halle ng e  t hat  will   face  the  desig ner   is  t hat  ho w  to  desig n  a   transiti onal   tr ansm issi on   protoc ol  betw een  these  tw o  cod es  to  r ea d  an d  w rite   between   the  e nc od e rs  an d  th e  decoders  c orrectl y.   Fu rt her m or e,   earli er  w ork  [ 11 ] ,   [12] ,   the   desig ners  co ncatenate d  the   cod e s  with ou t  ta kin g  i nto   account   channel' s  SN R   that  m ade  the  syst e m   cou ld  a dd   m or e  par it y  bits  than  t he  r equ i red.  I n  w hi ch  this  will   in crease  the cons um ed  band width.    The  pr opos e d  s chem e  pr ov i de s  three  m ai n  go al s.  Fir st  proposing  a  co ncat enated  m et ho d  to  so lve  t he  error   flo or  pr oble m ,  second,  pro vid in g  par a ll el   pr oces sin g  of  BC H  c ode   with  c onvolut ion al   for  im pr ov i ng  thr oughput.  F inall y,  i m pr oving   er r or   c orrecti on   ca pa bili ty .  The  design   of   paral le l  BC H  cod e   wit h  conv olu ti onal   is  based   on  the  tim e  delay  of   a  sing le   br a nc h  of   BC H  co de.   Mo re ov e r,   in  this  s tud y  a  pr ese ntati on  of   an  a dap ti ve   m et hod  that  le t  the  syst em   sel e ct   the  su it able  BC H  from   the  channel' s  SN R   po i nt   of v ie w.   This  pa per   is  orga nized  as  f ollow s .   Sect io n  2   d esc ribes  B CH  and   the  c onvoluti onal   co ding .   Sect io n  3   pr es ents   th e  pro pose d  a lgorit hm .  Sect ion  3   disc us s es  the   ex per i m ental   hardware  im ple m entat ion .   Si m ulati on  a nd r es ults are  pre sented  in  sect i on  5 . F i nally , se ct ion   6   c oncl udes t he pr opose d wor k.       2.   BCH  AND   C ONVOL UTION   CODI NG SYSTE MS   2.1.   BCH c od es   The  BC H  c odes,  disc ov e re d  in  1960  [ 13] – [ 15] ,  is  a  cl ass  of   cy cl ic   cod e s  that  has  well - kn own   i m ple m entat io n  al gorithm s  and  po werfu l   e rror - co rr ect in g  pro per ti es   [ 16] .   BC H  e ncod er  is  base d  on   li near  feedbac k  sh ift  reg ist er  ( LFSR )  as  show n  in  Figure  1  [ 17] .   A  three  ty pes  of   BC H  c od es  are  us e d  in  this   stud y.  BC H( 15, 5,3 ),   BC H( 15, 7,2 )  a nd  BC H (15,1 1,1 ).   Ba se d  on  t he  S NR  of  the  channel,  t he  tr ansm itter  will   choos e   on e  of t hese B CHs to  u s e [ 18 ].           Figure  1 .  Th e  e ncode r  LF SR  de sign [ 19 ]       The  BC H  dec od i ng   process  is  based   on  f our  m ai n  op erat ion s  as  sho wn  in  Figu re  2 .  The  first  is   d et erm in ing   th e  syndr om e  [2 0 ] .  Sec ond,  it   cal culat es  the  error   l ocati on  po ly nom ia l  [ 2 1 ] .  T hen  it   f ind s   t he   roots  of er ror  l ocato r po ly no m ia l .   The  fi nal one is  t he  e r r or c orrecti on.     2.2.   The co nvoluti onal co des   An   (n,  k,   m )  conv olu ti onal   cod e  ca n  be  i m ple m ented  w it h  a  k - in pu t,  n - outp ut  li near  sequ e ntial  ci rcu it   with   in pu t  m e m or y  m   [2 2 ].   Ty pical ly   n  a nd  k  are  s m al l  integers  with  k<n.  How ever.  A   co nvol ution al   cod e  is  ge ne ra te d  by  passi ng  the  inform at i on   se quence  t o  be  tra ns m itt ed  thr ough  a  li near   fi nite - sta te   sh ift  reg ist er  [2 3 ].   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a n  J  E le c  En g  &  Co m p  Sci,   Vo l.   23 , N o.   2 ,  A ugust   20 21 :  890   -   901   892       Figure  2 .  Th e   BC H  dec odin g p ro ces s [ 24 ]       2.3.   The Viter bi  al go ri th m   It  is  based   on  the  m axi m u m   li kelihood  crit eria,  as  it   co m pu te s  the  re cei ved   se quence  with  eve ry  po s sible  c od e   s equ e nce.   T he  c rite rion  f or  de c iding  bet wee n  two  path s  is  to   sel ect   the  on e   hav i ng  the  sm a ll est  m et ric.  This  m et hod  m axi m izes  the  prob a bil it y  of   a  co rrec t  decisi on  [ 25] .   The   Vite r bi  decode r  co ns is ts  of   four   m ai n  pro cesses:   branc h  m et ric  com pu ta ti on ,  sta te   m et ric  update,  s urviv or   pat h  r ecordin g  a nd   ou t put   decisi on  gen e r at ion   [26].       3.   RESEA R CH MET HO D   This  sect ion   i s  ded ic at ed  t o  pr ese nt  the  pro posed  wor k  to  fu lfil l  the  m ot ivate d  obje ct ives.  The   pro po se d  c onc at enated  c odes   us e   pa rall el   branc hes  of  BC H,   w hich  e nha nces  t he  perform ance  com par ed   to  the  sta ndar d  c oncat enate d  co de s.  It  is  e ff ic ie nt  to  us e  c onvoluti onal   co de  con cat e nated  with  par al le l  branc he s  of  BC H  c ode  t o  im pr ove  t he  perform ance  in  th e  er r or  flo or  re gion,   Fig ur e   3  s hows  t he   serial   c on cat enate d  cod e  b a sed  on har d decisi on  [ 27 ] .           Figure  3. Sin gl e branc h  BC H con cat e nated   with c onvoluti on al  e nc od e r       Ther e  a re  th re e  diff e ren t  B CH  are  use d  i n  this  stud y  t o  re du ce  t he  par it y  bits  an d  re du ce  t he  consum ed  bandw i dth .  As  show n  in  Fig ure   4,   the  cha nn e l  no ise - se ns in g  un it   is  add e d  in  the  transcei ver.  I n  wh ic h,  the t ransce iver wil l est i m at e  the v al ue  o f  the  SN R  by tran sm itti ng  an d recei vi ng  s pe ci fic  cod e  bet wee n  the  source  an d  destinat ion   be fore  the  enc oding   pr ocess.   B ased  on  this  process,  the  S N R  will   be  est i m at ed.   This  noise - se nsi ng   unit   will   m easur e  the  po wer   of  the  rece ived  sig nal  as  the  source  pow er  is  known  f or  bo t h  the  s ource  a nd   the  destinat io n,   t he  noise - se ns in g  unit   can  est i m at e  the  SN R  of   t he  c ha nn el .   T his  est im at ion  process  will   be   rep eat ed  in  a   pr ed et erm ined  us er  de fine d  per i od ;   the  BC H  sel ect or   will   choose  the  sui ta ble   BC H  base d  on   the  est i m a te d  SN R.  F ur t herm or e,  the  us er   will   deter m ine  t he  values'   ran ge  of   c om par iso n  to  detect  the s uitable  BC H.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci     IS S N:  25 02 - 4752       Impr ov ing   bit error - ra te   base d on ad ap ti ve  Bose - Ch audhuri  H oc que nghe m  c on c aten ate d  … ( A hm e d S am y )   893   Assum e  these v al ues   are  A,  B and  C (th e S NR v al ue  in dB ).  I f  the esti m at ed  SN R i s le ss than  A  the n  the  BC H  detect or   will   choo se  BC H  ( 15, 11, 1)   t o  m ake  the  e ncodin g  proces s  that  will   add   4  par it y  bit s.  Howe ver,  I f  t he   est i m at ed  SN R  is  m or e  th an  A  a nd  le ss  than  C   the n  th e  BC H  detect or  will   ch oose   BC H   (15,7, 2)  t o  m a ke  the enc odin g  proce ss that will  ad d  8 parit y bit s.  Finall y,   If  the esti m at e d  SN R i s m or e than  C   then  t he  BC H  detect or  will   choose  BC H  ( 15, 5,3)   t o  m ake  the  e ncodin g  process  t hat  w il l  add   10   pa rity   bits .   This  S NR  est im at ing   proces s  an d  c hoos in g  BC H  de pendin g  on   t he  S NR  is  a  propo sed  a dap ti ve   m et hod,   wh ic h wil l im pr ove t he per for m ance and  reduce the  b it  e rro r  rate.   Ther e  is  a n  in te rleaver  b et w een  the  ou te r  encode r  an d  the  in ner   e ncoder   to  c orrect   burst  erro r s   (Errors  a re  de pende d  on  eac h  oth e r) .   T he  de - i nterleave r  will   be  fou nd  betwee n  the   oute r  dec od e r  a nd  the   inn e r  dec od e r.   As  sho wn   in  Fi gure  4,  the  BC H  detect or  will   determ ine  the  us e d  BC H   in  the  enc od i ng  proces s   at   the  tra ns m i t te r.   At  t he  sa m e  tim e  there  is  a  BC H  detect or   i n  the  rec ei ver   t hat  dete rm ine  the  sam e  BC H   decode r  to  pe r form   the  decodin g  proce ss.  The  BC H  detect or   will   sen d  to  the  interl ea ve r  to  recei ve  f or m   the   us e d  BC H  a nd  neg le c t  a ny  ra ndom   bits  fr om   the  oth er  B CHs.  T he  BC H  detect or  at   the  recei ver   will   send   t o  the  de - interl ea ver   for  se nd i ng  the  first  sta ge - decode d  bits  to   the  su it able  B CH  dec oder  a fter  the  de - i nterleav e r   process .           Figure  4.  The   pro po se d  m et ho dolo gy       The  pro pose d  set up   will   have  m ade  the  bit s  trans fer   m anag em ent  is  critical   issue.  O nc e  the  BC H   receive  t he  i nput  bits,   it   will   sta rt  the  e nc oding   proces s.  H ow e ve r,   duri ng  this   enc odin g  process ,  the r e  are   oth e r  bits  a re  be ing   i nputted  s o  these   bits  m us t  be  sto re d  a nd  afte r  the  BC H  fi nish   t he  re qu i red   proces s,   it   will  read   t he  ne xt  bits,  this  pr oce ss  nee d  bi g  m e m or y  an d  has   high  tim e  delay .  Ther e f or e,  the  pro posed  pa rall el   br a nc hes  m et h od   is  a  su it a ble  so luti on  f or   th is  issue.  The  pro posed  m et hod  base d  on  us ing   m ult iple  branch e s   for  each  BC Hs ,  As,   s om e  of   the  BC H  reads ,  wh il e  the  ot he rs  pe rfor m   the  encodin g  pro cess.  The  pro pose d  ste ps   will  b e  de scribe d  in  the   nex t  pa ragrap hs.   As  sho wn   i n  Figure  5 ,   the  BC H  (15,1 1,1)  encoder  c onc at enated  with  conv olu ti onal   encode r,   th e   syst e m  w ill us e two  p arall el  b ra nc hes  beca use  the en co der   consum es 1 1  cy cl es to r ead th e b it s an d  4  cy cl es to   perform   the  enco di ng   process .  So ,   at   the  sam e  t i m e   of   the  encodin g  proc ess  for  the  firs t  BC H,   there  will   be   ano t her  BC H  t hat  rea ds   t he  i nput  data .  Af te r  15  cy cl es,   th e  first  BC H   wi ll   send   t he  bits  to  the   co nvol ut ion al   encode r  w hic h  will   co ns um e  7  cy cl es  f or  t he  processin g.  These   7  cy cl e s  in  a dd it io n  t o  the   4  cy cl es   of  the  processi ng   of   t he  fir st  BC H  will   be  11  cy c le s  that  will   be  us e d  in  the  seco nd   BC H  to  rea d  the  i nput  bits .   Ther e f or e,   onc e  the  co nvol ution al   e nc od e r  fi nish es  it s w or k,  the  sec ond  B CH  will   sta rt  the  pr ocessin g  and   t he   first BC H  start s to read  the i nput.   As  s how n  i n  Figure  6,  the   BC H  ( 15, 7,2)  encode r  c on ca te nated  with  c onvoluti onal   e n co de r,   t he   syst e m  w ill us e thr ee par al le l br anc hes  beca us e the en c od e r  consum es 7  c yc le s to  read  the b it s an d  8  cy cl es to   perform   the  enco di ng   process .  So ,   at   the  sam e  t i m e   of   the  encodin g  proc ess  for  the  firs t  BC H,   there  will   be   ano t her   BC H  that  reads  the   input  data.  So ,   a fter   15  cy cl es,  the  fir st  BC H  will   sen d  the  bits  to  the   conv olu ti onal   encode r  wh ic h  will   co nsum e   7  cy cl es  f or  t he  processi ng.   The se  7  cy cl e s  in  a ddit ion  to  t he  8  cy cl es  of   the  proces sin g  of  th e  first  BC H  wi ll   be  15   cy cl es   that  will   be  use d  in  the  seco nd   BC H  to  rea d  the   input  bits  a nd  perform   the  en cod i ng.  As  no t ic ed,   the   seco nd  BC H  sta rt  th e  enc od i ng  pro cess  be fore  t he   first  BC H  finish   the   encodin g  proc ess  by  on e  cy c le   so   the  third   BC H  br a nc h  w il l  sta rt   read in g  the  inp ut  bits  wh il e  the  fir st  BC H   and   the  sec ond  BC H  a re  pe rfor m ing   the  encodin g  pr oc ess.  O nce  the  third   BC H  sta rt  the  processi ng, th e  f irst B C H wil l st art the  rea din g.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a n  J  E le c  En g  &  Co m p  Sci,   Vo l.   23 , N o.   2 ,  A ugust   20 21 :  890   -   901   894       Figure  5. Paral le l B CH (15,1 1,1 ) br a nch e s c oncat enate d wit h  c onvoluti ona l encode r             Figure  6. Paral le l B CH  ( 15,7, 2) branc hes  concat enate d wit h  c onvoluti ona l encode r       As  sho wn   in  Figure  7 .  T he   BC H  (15,5, 3)  encoder  c on c at enated  with  conv olu ti onal   encode r,   th e   syst e m   wil l  us e  three  par al le l  br anc hes  beca us e  the  enc od e r  consum es  5  cy cl es  to  read   the  bits  and   10   cy cl es   to  pe rfor m   the  encodin g  proc ess.  S o,   at   the  sam e  tim e  of   the  enc odin g  pr ocess  for  the  first  BC H,   the  s econd   BC H  is  read i ng  the  in put  dat a.  The refor e ,   a fter  10  cy cl es,   the  first  BC H   is  per f orm ing   the  processi ng,  the  seco nd  BC H  st art the p r ocessi ng, and   the thir d  BC H  sta rts re adin g  the in put bit s.  A fter 15  cy cl es, the  fi rst b c h  will  send the  b i ts t o  the  con vo l ution al  e nc ode r,   wh ic h wil l con s um e 7  cyc le s for t he pr oc essing.    As  no ti ced ,  th e  seco nd  BC H   sta rt  the  e ncodin g  process  be fore  the   first  BC H  finis h es  t he  e ncodi ng   process   by  5  c yc le s   so   t he  t hird  BC H  sta rts  the  rea ding   of  the  in put  bits.   A fter   5  cy cl es  the  thir d  BC H  sta rts   the  encodin g  proces s  befor e  t he  seco nd   BC H  finis hes  the  process  by  5  c yc le s   bu t  at   th e  sa m e  tim e,  t he  first   BC H  will   finis h  the  p r ocessi ng   s o  it   sta rts  the  rea ding  of   the  input  bits   so   the  first  BC H  branc h  will   sta rt   read i ng   t he  in pu t  bits  wh il e  the  seco nd  BC H  an d  the  t hir d  BC H  are  pe r form ing   the  en cod i ng   proces s .  The  ov e rall   code  ra te   of   the  pr opose d  al gorithm   will   be  (45,5, 3)  or  ( 45,7,2)  or  ( 45,11,1) .  As   seen,  the  pro pose d  al gorithm   will  us e  high  cha nnel   ba ndwidt h  and   c ons um e  m or e  har dwa re   resou rces  to  a chieve  t he  re quire d  resu lt s a nd this  is a lo gic r e su l ts as a  paym ent   co rr es ponde d t o  the im pr ove d resu lt s.           Figure  7. Paral le l   BC H  ( 15,5, 3) branc hes  concat enate d wit h  c onvoluti ona l encode r   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci     IS S N:  25 02 - 4752       Impr ov ing   bit error - ra te   base d on ad ap ti ve  Bose - Ch audhuri  H oc que nghe m  c on c aten ate d  … ( A hm e d S am y )   895     It  is  cl ear  that  the  propose d  pa rall el   br anc h  schem es  save  11   cy cl es  in  each  ge ner at e d  cod e w ord  f or   the  BC H  ( 15,11,1) ,  sa ve  7  cy cl es  in  eac h  ge ner at e d  c od e w ord  for  t he  BC H  ( 15, 7,2)  an d  save  5  cy cl es  i n  eac h  gen e rated  c od ewor d  f or   t he  BC H  ( 15,5,3)  than  th e  sta nd ard   si ng le   br a nch   schem e,  wh ic h  achie ve s  higher   thr oughput  tha n  the  t rad it io na l  on e .  T he  sam e  te chn i qu e   wi ll   be  us e d  i n  th e  dec od i ng  pro cess  but  the  Vi te rb i   decode r  will   pe rfor m   the  first   dec od i ng  sta ge   an d  the n  t he  BC H  dec oder   will   be  perfor m   the  seco nd  de cod i ng  sta ge.   T he  i nput  b it s for  t he  Vite rb i   decoder   a re   45  bits  beca us e  we use c onvo l ution al  e nc od e r wit h rate   1/3  s o  each  bit  f or m   t he  outp ut  BC H   encode r  will   le ads  to  3  bits  f ro m   the  conv olu ti on al   e ncode r.   T he  in pu t  bits  f or   the  Vite r bi   dec od e r  will   be  re cei ved   i n  pa ral le l  fo rm   as  each  pac ka ge  c onsist s  of   9  bits  so   the   Vite rb i   de cod e r   will   con s um e  5  cy cl es  fo r  re adin g  in  ad diti on   to  7  cy cl es  for  the  proce ss ing   s o  the  total   nu m ber   of   cy c le s  are   12  cy cl es   .  Th e  three  ty pes  of   BHC  decoder   will   con su m e  17,  18  and   19   cy cl es  (1 5  cy cl es  fo r  rea di ng   bits,  2  cy cl es  fo r  (15,11,1 )  decodin g,   3  cy cl es  f or  ( 15,7,2)  dec od i ng   a nd  4  c yc le s  fo r  (15,5, 3)   dec od i ng)   so   the   syst e m   wil l  us e  two  BC H  de cod e rs  f ro m   each  oth e r  so   as  there  is  one  BC H  is  per f or m ing   the  de cod i ng   process ,  the re  is  al so   a no t her  BC H  is  rea di ng  f ro m   the  Vite rb i   dec od e r.   Fi gure  8   s hows   a  Pa rall el   BC H   decode r br a nches co ncatenate d wit h  Vite rb i   decode r.           Figure  8. Paral le l B CH d ec oder  br a nch e s c oncat enate d wit h  Vite rb i   dec oder       4.   HARD WA RE  IM PLE MEN TATION   The  FP GA   im plem entat ion   of   the  propose d  m et ho d  is  pr es ented  in  this  sect ion .   I n  the  present  wor k,   the  Xili nx   S pa rtan - 3A/3 AN   FPGA  Starte r  Kit  700K - gate  XC3 S 700A  is  sh ow n  in  Fig ure  9.   This  kit  co ntains   4 - M bit  flash   P ROM ,  512  M bi t  DD R 2  S DR AM ,  50  MHz   cl ock   os ci ll at or ,  6 - data  c ha nnel s ,  SP I  base d  dig it al   to  anal og   c on ver te r  an d  S PI  base d  anal og  to  di gital   conver te r ,  8  LE D s,  an d  4  sli de  switc hes  a nd  4  pus h  bu tt ons .           Figure  9 .   Xili nx S pa rtan - 3A/3 AN FP G A  Star te r  Kit  700K - ga te  X C3 S70 0A   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a n  J  E le c  En g  &  Co m p  Sci,   Vo l.   23 , N o.   2 ,  A ugust   20 21 :  890   -   901   896   The  m et ho d  is  i m ple m ented   by  us in g  V HSIC  Hard war e  Descr i ption   La ngua ge  ( VHD L )   co de  a nd   the  Xili nx  pac kag e  IS E 14. 7,   the  sim ulatio n  was  perform ed  us in g  I Sim   pr ogram .  As  sho wn   i n  Fig ure  10,  th e   pro po se d  e nc odin g  syst em   c on sist s  of  S N R  sensing  unit ,  two  pa rall el   br a nc hes  of   B CH( 15,11,1 )  e ncode r,   three  par al le l  branc hes  of  BC H  ( 15, 7,2),   th r ee  par al le l  bra nch e s  of  BC H   (15,5, 3)  enc od er,  the   interl ea ver   a nd  the  Co nvol utio nal  enc oder .  T her e   is  a  fr e qu ency  do wn  co nv e rsion  t hat  pe rfor m   the  syn chro nizat ion   be tween   the BC Hs  and t he  c onvoluti on al  en co de r.   Eac h  sc hem at ic  sy m bo l rep re sent s VHDL c od e.           Figure  10. T he  prop os ed  en c oder  im ple m entat ion       As  discu ssed   be fore,   the  SNR _Ch a nn el   bl oc k  will   est i m ate  the  SN R   of  t he  c ha nn el ,   ba sed  on  this   value  the  BC H_Detec to r  bl ock   will   determ ine  the  us ed   BC H,   BC H_15_ 11_1   blo c k,   BC H _15_7_2  or   BC H_15_ 5_3  an d  al s o  it   wi ll   send   to  t he  interl eave r  to  receive  from   t he  s uitable   BC H  an d  neg le ct   any  rand om   values .  T he  inte rleav er  will   receive   15  bits  f ro m   the  BC H   an d  then   se nd  these   bits  to   co nvol ution al   encode r  that  pe rfor m  the sensi ng en c odin g  st age.   As  s how n  in  F igure  11,  t he  pro posed  dec oding   syst em   con sist s  of  S NR  sensing  un it ,  t wo   pa rall el   br a nc hes  of   B CH( 15,11,1 )  de cod e r,  tw o  pa rall el   br a nches   of  BC H  (15,7, 2)   dec oder,   tw o  par al le l  bran ches   of   BC H  (15,5, 3)   decode r,   the  de - interl ea ver   a nd  the  Vite r bi   de cod e r.   T her e  i s  a  fr eq ue ncy  dow n  co nversi on   t hat  perform   the  s ynch ronizat ion  bet ween  the   BC Hs  a nd  t he  Vite rb i   en cod e r.  A s  dis cusse d  befo re,   the   SN R_C ha nn el   blo c k  will   est i m at e  the  SN R  of   t he  c hannel,   base d  on  this  value  t he  BC H _D et ect or  blo c k  will   determ ine  the  us e d  BC H,  BC H_15_ 11_1  blo c k,   BC H_1 5_7_2  or  BC H _15_5_ 3  a nd  a lso  it   will   sen d  to  the   de - i nterleave r  t o  se nd  to  t he  s uitable   BC H.  The  de - i nterlea ver   will   receiv e  from   the  Vite rb i   dec od e r  a nd  the n  sen d  these  bits  to  BC H  decod er  that  pe r form   the  sen sin g  de cod i ng  sta ge.  As  s how n  in  F igure  11,  t he  V it erb i   decode r  will   pe rfor m   the  firs t  sta ge  of   decodin g  as  it   is  the  inn er  sta ge  but  the  BC H  wi ll   per f or m   the  seco nd  sta ge of dec od i ng as it i s the  outer c odin g  sys tem .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci     IS S N:  25 02 - 4752       Impr ov ing   bit error - ra te   base d on ad ap ti ve  Bose - Ch audhuri  H oc que nghe m  c on c aten ate d  … ( A hm e d S am y )   897       Figure  11.  T he   pro posed  d ec oder  im ple m entat ion       5.   RESU LT S  AND DI SCUS S ION   BER   is  a  m ai n  pa ram et er  that  can  be  us e d  t o  e valuate   t he  perform ance.  The  BER   of  t he   pro posed   m et ho d  has  be en  sim ulate d  by  us ing   a  t he  Ma tl ab   pack a ge .  The  c om par ison   betwee n  the  existi ng  ch anne l   cod e  a nd   the prop os ed  c od e  a re  show n  in  Fi gure s   12  an d  13.  It  can b e  obs erv e d  that  the  pro po se d  co de  sh ows   a  bette r  perfor m ance  com par ed  by  the  BC H   cod e.  At  SN R =10   dB,  the  B ER  ste adily   decr eases  in  the  f or m   of   a  curve  as  t he  SN R   c onditi on  beco m es  bette r  an d  the  c urve   do e s  not  fall   a s  quic kly  as  be fore,  in  othe r  words,   there  is  a  reg i on   i n  w hich  pe rfor m ance  flat te ns .  This  re gi on   is  cal le d   th e  error   fl oor  re gion.  T his  issu e  was   so lve d by  us in g  the  pr opos e d sy stem .   By   com par ing  F igure s   12  a nd   13,  It  can   be  obse rved  that  the  pro po sed  c od e  s ho ws  a  bette r  perform ance  com par ed  to  th ose   of   BC H  an d  the  BER   decre ases  in  the  form   of   a  cur ve  as  the  SN R   co nd it io n  beco m es b et te r  ti ll  it  r eaches t he  m ini m u m  v al ue  at  S NR=6  d B.             Figure  12. SN R Vs  BER  of t he  BC H     Figure  13. SN R Vs  BER  of t he pr opos e d   con cat e nated  s yst e m     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a n  J  E le c  En g  &  Co m p  Sci,   Vo l.   23 , N o.   2 ,  A ugust   20 21 :  890   -   901   898   Figure s   14   to   16  sho w  the   ISim   si m ulatio n  of   t he  e nc od i ng  sta ge .  Ba se d  on  the  SN R  of   the  c hannel  that  will   be  es tim a te d  by  us ing   the  propos ed  ada ptive  te chn i qu e .  The  BC H  detect or   will   cho ose   the  BC H   (15,1 1,1)  e nc oder , th e BC H  ( 15,7,2) e ncode r  or t he  BC H ( 15,5,3) e nc ode r  to  pe rfor m  the f irst e ncodin g  sta ge .   The  CLK   si gnal   is  us ed  to  pro vid e  the  sy nc hro nizat ion   proces s  an d  the   R - S - T   sig nal  is  us ed  to  r et urn  the   syst e m   par am e te rs  to  it s  i niti al   values .   Fi gur es  17  t o  19  sho w  the   I Sim   si mu la ti on  of  the   de cod i ng  sta ge   in  t he   case o f  BC H  (15,1 1,1 ),  BC H (15, 7,2) an d  B CH (1 5,5,3) .           Figure  14. ISi m  si m u la ti on  of the  BC H (15, 11,1) e nc od i ng           Figure  15. ISi m  si m u la ti on  of the  BC H (15, 7,2) enc odin g           Figure  16. ISi m  si m u la ti on  of the  BC H (15, 5,3) enc odin g           Figure  17.   IS i m  si m u la ti on  of the  BC H (15, 11,1)  dec od i ng           Figure  18. ISi m  si m u la ti on  of the  BC H (15, 7,2) dec odin g           Figure  19. ISi m  si m u la ti on  of the  BC H (15, 5,3) dec odin g   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci     IS S N:  25 02 - 4752       Impr ov ing   bit error - ra te   base d on ad ap ti ve  Bose - Ch audhuri  H oc que nghe m  c on c aten ate d  … ( A hm e d S am y )   899   Figure  20  s hows  the  I Sim   s i m ula ti on   of  th e  encodin g  f or  the  overall   pro po s ed  syst em ,  th e  si m ulate d  case  wh e n  the  us e d  BC H  enc od e r  is  BC H(1 5, , 5,3 ),   the  enc od e d  bits  are  45  as  the  us e d  c onvoluti onal   encode r  is  1/3   t hat  ge ne rate  three   bits   for  eac h  on e   input  bits  so   t he   input  bits  for   the  BC H  is  5  bits  that  will   le ads  t o  15 b it s at t he  B CH out p ut  w hich wil l be t he  i nput  of the c on vo l ution al   enc od e r  t hat lea ds  to 45  e nc od e d bit s.           Figure  20. ISi m  si m u la ti on  of the  prop os e d enco ding       Figure  21  sho ws  the  IS im   si m ula ti on   of   th e  decodin g  for   the  pr evi ous  case.  The  recei ved   m essage  consi sts  of  45   bits,  the re  a re  t hr ee   bits  e rror  that  we re  dete ct ed  a nd  co rr e ct ed.   T he  i nfo r m at ion   bits  a fter  the   par it y bit s  were   rem ov ed  are   5 bit s.           Figure  21. ISi m  si m u la ti on  of the  prop os e d deco ding       As  sho wn   i n  Table  1,   f or   t he  serial   co nc at enati on,  al l  BC Hs  will   co ns um e  the  sam e  nu m ber s  of   cy cl es as the e ncode r  co nsum e 15 cycl es for   read i ng   bits a nd e ncodin g. I n t he  case  of  t he c on cat e natio n,   these  nu m ber s  of  cy cl es  were   re du ced  as   in   the  c ase  of  BC H ( 15,11,1) ,  the   pr opose d  m et ho d  will   saves   11  c yc le s  in   the  enc od i ng   f or   the  one  co dewo rd   a nd   sa ves  15  cy cl es  in  the  dec odin g  f or   t he  one  cod e w ord  that   will  increase  t he  syst e m   thro ug hput .  T he  pro pos ed  m et ho d  al s o  will   saves  7  cy cl es  in  the  encodin g  a nd   sa v es  15   cy cl es  in  the  de cod i ng  f or  th e  one  c od e w ord  in   the  ca se  of  BC H (15,7, 2)  an d  fi nally ,  it   saves  5  cy cl es  in  th e   encodin g  an d  s aves  15  cy cl es  in  the   dec odin g  for  the   on e   c od e w ord  i n  the   case  of  BC H(15,5,3 ).   As   s hown  i n  Table  2,   t he  s erial   desi gn  c on s um ed   13%   of  the   use d  kit  res ources,   wh il e  the   par a ll el   br anc hes   desig n  consum ed  47% . T he per form a nce im pr oved   at  the expe ns e  of the  hard ware res ources.       Table  1 .   T he  c yc le s co nsum ption   of the se ri al  an d pa rall el  co ncate natio n     Serial  co n catenatio n  ti m e  (Cy c le)   Parallel   co n catenat io n  ti m e  (C y cle )     Enco d er   Decod er   Enco d er   Decod er   BC H(15 ,11 ,1)   22   27   11   12   BC H(15 ,7,2 )   22   27   15   12   BC H(15 ,5,3 )   22   27   17   12       Table  2 .   T he  device  u ti li zat ion  s umm ary   Log ic  u tilizatio n   Serial  co n catenatio n   Parallel  con catenat io n   Slice Flip Flo p s   952   5869   Occup ied   Slices   1586   5120   Total Nu m b e r  o f  4 in p u t L UTs   1235   4210       6.   CONCL US I O N   The  pro posed   schem e  pr ovid es  three   m ai n  go al s .  It  pro po ses  a  c on cat e na te d  m et ho d  t o  s olv e  t he  error   flo or   pro blem ,  the  pap e r  su ccee d  to  i m pr ov e  the  pe rfor m ance  of   t he  syst em   a t  the  error   flo or   re gion.  It  al so   prov i des  par al le l  pr oces sing  of  BC H   c od e   with   c onvoluti onal   to   im pro ve  th rou ghpu t  besi des  im pro vi ng  error   c orrecti on  capa bili ty .  The  de sig n  of  pa rall el   BC H  co de  with  c onvol ution al   is  base d  on  the  ti m e  delay   of   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.