автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.02, диссертация на тему:Исследование и разработка методов повышения эффективности систем передачи дискретных сообщений с РОС

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИП ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИИ им. проф. М. А. БОНЧ-БРУЕВИЧА

На правах рукописи УДК 621.391.37

МАЛ ЕВ Пламен Цветков

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ ДИСКРЕТНЫХ СООБЩЕНИЙ

С РОС

05.12.02 — Теория связи, системы и устройства передачи информации по каналам связи

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

1993

Работа выполнена в Государственном университете телекоммуникации км. проф. М. А. Бонч-Бруевича.

Научный руководитель — кандидат технических наук, с. и. с. ЛЕСМАН М. Я-

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор БУГА Н. Н.; кандидат технических наук, . с. н. с, МИНЕВИЧ М. Л.

Ведущее предприятие—ГП «ДАЛЬНЯЯ СВЯЗЬ».

Защита диссертации состоится 1993 г.

на заседании Специализированного совета К 118.01.01 при Государственном университете телекоммуникаций им. проф. М. А. Бонч-Бруевича по адресу: 191065, Санкт-Петербург, наб. р. Мойки, д. 61.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный печатью, просим направлять по вышеуказанному адресу на имя ученого секретаря Специализированного совета.

Автореферат разослан // 1993 г.

Ученый секретарь Специализированного совета, кандидат технических наук, доцент

■ В. X. ХАРИТОНОВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одна из основных проблем теории и техники ередачи дискретных сообщений (ГЩС) по каналам с переменными па-аметрами заключается в повышении достоверности принимаемой ин-ормации. На практике наиболее распространенным (а подчас и един-твенным) методом решения этой проб лет является применение сис-ем с обратной связью (ОС). Несмотря на то, что системы с ОС ис-ользуются более чем полвека, в настоящее время это направление аучных исследований переживает некоторый "ренесанс", что объяснятся прежде всего прогрессом в области микроэлектроники и вычисли-ельной техники.

В последние годы особую актуальность приобретают вопросы по-шпения эффективности систем ПДС с решавшей обратной связью (РОС), ри этом ключевой проблемой является выбор помехоустойчивого кода метода его декодирования. Решение этой задачи определяет важней-ие показатели системы: сквозную эффективность, остаточную вероят-ость ошибки, сложность реализации и др. Помимо алгоритмов декоди-ования с обнаружением ошибок, предложены алгоритмы с исправлением вибок малой кратности и обнаружением оккбок большей кратности, а акже различные итераташше и каскадные схемы кодирования и деко-крования информации. Использование такого подхода позволяет пови-ить эффективность СВДС с РОС, однако до сих пор открытой остается есьма важная проблема выбора оптимальной (в смысле максимууа квозной эффективности) стратегии кодирования и декодирования ин-ормации. Решение этой проблемы связано с разработкой методов на-олдения наилучших кодов я алгоритмов их декодирования (при задан-нх ограничениях на требуемую достоверность и слояность реализа-ии), исследованием обнаруживающей способности помехоустойчивых одов, использованием принципов адаптивного кодирования/пекодиро-ання сообщений в зависимости от состояния канала.

Таким образом, разработка и исследование методов повышения $5£*тивностк перспективных СПДО с РОС представляются весьма акту-льными.

Цель и задачи работы. Основной целью диссертационной работы аляются разработка и исследование путей повышения эффективности, также выработка практических рекомендаций для создания перепек-

тивных СДПР с РОС. Дал достижения указанной целя в работе решают« следующие основные задачи:

- исследование статистических характеристик реальных канало1 передачи дискретных сообщений и выбор адекватных математических моделей;

- разработка методов вычисления вероятности необнаруженной ошибки линейных блочных кодов в каналах с памятьв;

- разработка методики выбора наилучшего (в смысле максимума сквозной эффективности СЦДС с РОС) кода и метода его декодирования;

- разработка алгоритма вычисления спектра весов широкого класса линейных блочных кодов;

- разработка методики вычисления сквозной эффективности СПДС с РОС при заданных ограничениях на длину кодового слова, число ис правляеыых ошибок и вероятность необнаруженной ошибки;

- исследование эффективности адаптивного кодирования и декодирования информации в СДЦС с РОС;

- гсследование эффективности многочастотных систем с РОС;

- разработка практических рекомендаций для построения перспективных систем ПДС с РОС.

Из годы исследований. Для решения поставленных задач ислоль-зоваяся аппарат теории вероятностей, теории случайны* процессов л математической статистики, статистической теории свези и теории передачи дискретных сообщений. Теоретические результаты подтвер-вдены в ходе лабораторных и стендовых испытаний.

Научная новизна работы состоит в следующем.

1. Предложена методика аняиза сквозной эффективности СДЦС с РОС при заданных ограничения* на достоверность выдаваемой получателе информации и сложность реализации системы.

2. Разработана новая процедура быстрого вычисления спектра веоов линейных блочных кодов на ЭВМ; использование данной процедуры позволяет существенно расширить класс кодов с известной спектральной структурой и определить их обнаружив аицут способном

3. Разработана методика поиска £ -оптимальных кодов д ля СГЩС е РОС.

4. Разработана методика анализа я исследована эффективность стратегии адаптивного кодирования и декодирования информации в СДЦС с РОС в составных каналах.

5. Предложены алгоритмы функционирования многочастотнЫх- СЦДС

с РОС; разработаны процедуры выбора параметров кодов, обеспечивающих максимальную эффективность систем рассматриваемого класса; получены аналитические выражения для оценки необходимы* объемов буферных накопителей.

Практическая пенность работы состоит в том, что:

- предложенная методика анализа позволяет определить потенциальные значения сквозной з^ектпвности СЦПр с РОС и оптимальные методы кодирования и декодирования информации в системе при заданных ограничениях на сложность реализации, вероятность необнаруженной ошибки и характеристики канала связи;

- впервые получены спектры весов пшроко используемых на практике линейных блочных кодов; этот результат имеет самостоятельней практический интерес, так как мокет быть использован при репеняи пирокого круга задач помехоустойчивого кодирования;

- использование ¿-оптимальных кодов в СЦДС с РОС позволяет достичь практически потенциальных значений скэозноЯ эффективности при существенном упрощения реализация спстсш;

- предложенная стратегия адаптивного кодирования и декодаро-ьания информации в СПДС с РОС обеспечгкЕазг- окатагельноз угащмениз сквозной эффективности системы в составных каналах;

- разработанные алгоритмы функционирования и процедуры выбора £ -оптимальных кодов для многочастотшх СДДС с РОС обеспечивая? весьма Ексокую эффективность при разумных ограничениях на объем буферных накопителей.

Результаты диссертационной работы могут быть использованы при построении конкретных СДДС с РОС, а такяе при создании системы автоматизированного проектирования систем передача с РОС с заданными вероятностно-временными характеристиками.

Реализация результатов работы. Основные теоретические и лрак-таческие результата диссертационной работы использоввш при выполнении ряда КИР и ОКР, а та'кже при разработке опытных образцов аппаратуры защиты от ошибок для«коммутируемых телефонных каналов.

Апробация работы. Основные результаты и положения работы об-суяодались и были одобрены на региональной 47-й НТК "Актуальные проблемы развития радиотехники, электроники и связи" (Санкт-Петербург, 1992), Первой Мевдународной конференции по применения спутниковой связи Ш$5АТ-9МСанкт-Петербург, 1993), 45-й и 46-й научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава и сотрудников ЛЭИС им. проф. Ы.А. Бонч-Вруевича (Санкт-Петер-

бург, 1992, 1993 гг.).

Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 10 печатных работах.

Яичный вклад автора. Основные научные положения, теоретические выводы и рекомендации, содергащиеся'в диссертационной работе, получены автором самостоятельно. Обсуждение постановки задачи и полученных результатов, а такие экспериментальные исследования проводились с соавторами опубликованных работ.

Полоаения. выносимые на защиту:

1. Пря лазбых значениях вероятности опабхи р (0 < р< 0,6) в канале связи и заданных ограничениях на допустимую вероятность необнаруженной ошибки и сложность реализации можно определить оптимальные (в смысле максимума сквозной эффективности) параметры

(П,К ) кода и алгоритм его декодирования.

2. В плохих каналах (р ^ 5-I0"3) эффективность СЦЦС с РОС ыокет б;ть существенно повышена за счет применения алгоритмов декодирования с частичным исправлением ошибок малой кратности и об-Hûpysен'.еа оикбоя большей кратности. В хорошх каналах ( р < Ю-®) высоки; объективность СЦЦС с РОС может Сыть достигнута благодаря использования сравнительно длинных кодов (П >512) и декодирования с обнаружением ошибок.

3. В СЦЦС с РОС целесообразно использовать £ -оптимальные кода, что позволяет существенно упростить реализацию системы, практически не снижая при этом ее сквозную эффективность.

4. В составных каналах целесообразно использовать стратегию адаптивного кодирования и декодирования информации. Разработанная методика выбора кода позволяет для любой заданной модели составного канала выбрать набор наилучиих кодов и алгоритмов декодирования, обеспечивающих максимум сквозной эффективности.

5. Предлокенная универсальная процедура расчета на ЭВЫ спектра весов линейных блочных кодов позволяет существенно сократить объем необходимых вычислений по сравнению с известными переборными методами. Это значительно расширяет класс кодов с известной спектральной структурой.

6. В иногочастотных системах передачи с РОС целесообразно использовать двумерное частотно-временное кодирование с применением каскадных кодов (КК). При заданной значении вероятности ошибки в санале и стратегии переспроса существуют оптимальный набор параметров КК в режим декодирования, при котором (при заданных огра-

ничениях на вероятность необнаругенной оаабяи и объем буферного накопителя) обеспечивается максимум сквозной эффективности.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, заключения» списка литературы и трех приложений.

содвташ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность теин исследования, сформулированы цель а задачи работы, перечислена основные научные результаты, определена их практическая ценность и приведены основ-га о положения, выносякыз на заирту.

В первом разделе рассмотрены основные проблемы передачи дас-кретных сообщений по канала« с переиенндан параметрами. Отмечается, что обеспечение высокой эффективности п требуемой достоверности в таких каналах практически возможно только при использовании систем с обратной связью (ОС). Рассматриваотся известные классы систем передачи с ОС и отмечается целесообразность применения систем с решающей обратной связью (РОС). Анализируятся различные алгоритмы функционирования систем передачи с РОС и оценивается их сквозная эффективность. Выполнен обзор методов передачи сообщений в системах с адресным переспросом и конечным буфером. Показано, что сравнительно просто реализуемые объемы буферной памяти практически не уменьшают сквозную эффективность систем с адресным переспросом.

Одной из основных проблем, возникающих при построении, перспективных систем передачи с РОС, является выбор наилучшего (в том или ином смысле) помехоустойчивого кода и метода его декодирования. Решение данной задачи невозможно без учета характеристик реальных каналов связи. В диссертации систематизированы и обобщены известные теоретические и экспериментальные данные о характеристиках дискретных каналов. Приводятся оригинальные результаты, полученные в ходе экспериментов по исследовании потока ошибок при перздаче данных по коммутируемым каналам городской телефонной се-ги (г. Санкт-Петербург). Анализируется вопросы применимости известных математических моделей для описания реальных потоков ошибок. Обосновывается целесообразность использования модели составного канала и на основе полученных данных предложены параметры модели составного канала. Рассматриваотся основные проблемы поме-

хоустойчивого иодирования в СДДС с ЮС и формулируются задачи исследования.

Во втором разделе решается задача нахождения наилучших кодов для систем ВДС с РОС. Под наилучшими понимаются коды, при использовании которых (при заданных ограничениях на достоверность н сложность реализации) обеспечивается максимальная (или близкая к максимальной) сквозная эффективность. Рассматривается различные алгорятш декодирования линейных блочных кодов в СПДС с РОС: с обнаружением ошибок (кратность исправляемых сшибок = 0)и с частичным исправлением ошибок (Ь^О) и обнаружением ошибок более высокой кратности. Показано, что при заданных требованиях на достоверность

Рно"^ ^ПОТРЕБ ' (гдеР^д- вероятность необнаруженной овибки линейного блочного ко допустимое значение вероятности необнаруженной ошибки в системе передач;! с РОС) при любых .значениях вероятности ошибки (р< 0,5) в дискретном симметричном канале (ДСК) и заданном алгоритме декодирования существуют оптимальные параметры кода: длина кодового слова (КС)П0ПГ и число Избыточных символов Г , при кото рш: достигается максимум сквозной эффективности системы передачи с РОС, т.е.

попт = Агд тах£(п,г,с1) , (2)

гдеОС- параметр, зависящий от алгоритма функционирования системъ с РОС, режима декодирования линейного блочного кода и характеристик прямого и обратного каналов.

В диссертации используется понятие "хороших" кодов, под коте рыми понимается коды, равномерно обнаруживающие ошибки. Для этих кодов (при!и «» 0) число избыточных символов равно

(где 1X1 означает наименьшее целое, большее или равное X ), а опт! кальная длина НС определяется следующим соотношением

где М^- величина, определяемая объемом передаваемой служебной ин формации и алгоритмом функционирования системы передачи с РОС. Оптимальные значения П и максимальные значения сквозной

эффективности СЦЦС с адресным переспросом в зависимости от р (при ■Ьц* О, К^» О иРнотрЕ6= 10"®) представлены в первой строке табл.1.

Таблица I

Оптимальные значения длины КС и сквозной эффективности

Вероятность ошибки символа в ДСК

НГ

/

■0,366

90

/0,540

5-10"

/

0,503

,0,683

2.10"

10"

0,655

,0,746 0,815 / /

,0,809

5 »10"

535

0,872

,0,917 ,0,953

2-КГ

325

/

/ 0,879

457 Д

/ 5

,0,913 :

ю-

/0,969

,0,640

,0,762

10,867

1015 / 1983

,0,915

0,947

,0,971

,0,982

559

М5

1500

/0,694 ,0,805 ^0,895 ^0,935 {,0,960 {,0,979 {,0,987

При декодировании (п ,К ) кодов с частичным исправлением опш-бок (Ц) и обнаружением ошибок больсеЯ кратности для обеспечения условия (I) необходимо увеличивать избыточность кода. В диссертации определены зависимости сквозной эффективности от длины КС (для различных значений 0<1 и< 5, 0< р <г 0,5). Полученные значения попт и!?ШаХ <"Ри*И- 1,2,3;КС- 0 чРнатрЕ&= Ю-6) для различных р сведены в табл. I.

Результаты вычислений позволяют количественно оценить максимальные эффективности СЦЦС с РОС при использовании оптимальных кодов и различных режимов декодирования. Следует подчеркнуть, что увеличение числа исправляемых ошибок повышает сквозную эффективность системы, примем в большей степени это проявляется в плохих каналах.

При выборе конкретных кодов для СЦЦС с РОС необходимо учитывать ограничения на сложность реализации и, в первую очередь, на максимальную длину КС и допустимое число исправляемых ошибок. В работе вводится понятие практически оптимальных (£ -оптимально) кодов для СЦЦС с РОС. Под £. -оптимальным кодой понимается линейный блочный (П ,К ) кодС^, для которого выполняется неравенство

№ъА)Мът,гЛ)>ь, (5)

где £ (С^Д.) - сквозная эффективность системы с РОС при исполь-зованииб. -оптимального кода; ^ ,Г »(1) - максимальная зффек

тивность системы передачи с РОС.

В диссертации решается задача поиска &-оптимальных кодов, удовлетворяющих условию (I). Эта задача тесно связана с исследованием обнаруживающей способности широкого класса линейных блочных кодовРн0( р). ВычислениеРно( р) возможно по известному спектру весов пода, однако аналитические выражения для спектра весов известно ггшь для некоторых, весьма ограниченных классов кодов. В больсинстаа представляющих практический интерес случаев точное вы числениь спектра связано с решением переборных задач, а следовательно, даже при использовании современных ЭВМ, возможно лишь для кодов, содержащих сравнительно небольшое число слов.

В работе предложен алгоритм точного вычисления спектра весов линейных блочных кодов, ориентированный на использование персональных ЭВМ. Суть предложенного метода заключается в оптимизации, процедуры формирования множества кодовых слов и сводится к следующему. Любой линейный (П , К) код эквивалентен систематическому, порождающая матрица которого имеет вид

<Н1КР], (6)

где единичная матрица размерностью ( К, К );Р - матрица проверочных символов размерностью (К..П-К).

Исходная матрица проверочных символов систематического кодг разбивается на & подматриц

РЦд} , где 'с-¡Тб . (7)

В пределах каздой из подматриц Р- для всех наборов информационных векторов длины +65= к) вычисляются соответствующие провероч-

ные векторы по правилу

где ч - номер подматрицы; : - проверочный вектор, со-

ответствующий j -ой строке подматрицы!* '; Х^ -] -й символ информационного вектора. Проверочные векторы, полученные для каждой из подматриц, записываются в память в виде соответствующих таблиц. При этом для формирований множества кодовых слов удается использовать эффективный рекуррентный алгоритм, при котором каждый новый проверочный вектор получается результате практически одной операции суммирования двух проверочных векторов. В работе определены условия минимизации числа необходимых операций для заданных параметров кода. Показано, что выигрыш в быстродействии по сравнению г известными переборными процедурами ръ К/1-+ (К.-2)/2 , где Ь=1(г\-К-{)/т1 ,ЛП- разрядность ЭВМ. На основе раэраоотанного алгоритма впервые вычислены спектры весов широко используемых на фактике линейных блочных кодов.

Выполненные исследования позволили обоснованно подойти к еы-(ору наилучших кодов для СЦЦС с РСС. В качестве примера в табл. 2 ;ля различных значений р в ДСК приведены параметры £ -оптимальных одов, декодируемых с обнаружением ошибок (приР^^^^ =х 10"®).

Таблица 2

Характеристики £ -оптимальных кодов для СГЩС с РОС

Характеристика Вероятность ошибки в ДСК

ГО-2 Ю"3 ИГ* ' 2. Ю-5

(П.К) (63,43) (127,106) (511,484) (1023,1003)

0,362 0,735 0,900 0,958

0,990 0,985 0,986 0,998

едует отметить, что приведенные,в табл. 2 коды удовлетворяют ин-рвальному критерию верности (I), а потери эффективности не предают 1,5

В некоторых случаях в С1ЩЗ с РОС возникает проблема обеспече-1 максимального энергетического выигрыша от кодирования (ЭВК). дессертации поставлена и решена указанная задача при использова-

I линейных блочных (П,К ) кодов. Под ЭВК понимается отношение

где . - отношения сигнал/шум в системе без помехоустойчн вого кодирования и в системе с РОС, при которых обеспечивается требуемая достоверность.

По существу, поставленная задача сводится к отыскание такого кода для системы ЦЦС с РОС, который обеспечивает минимальное отн кение при заданных требованиях к верности. В диссертации

определены кода, доставляющие максимум ЗЕК при различных состоян ях канала, и показано, что ЭБК мохот достигать 4-5-5 дБ.

В третьем разделе исследуется эффективность скоте:.: ЦЦС с РС в каналах с памятью (У^). Показано, что прл исправлена кодом ог бок кратности до^и обнаружении опибок более вксозой кратности имеет место следующая оценка сверху вероятности необнарувзнно»! ошибки л Ъи ^

где (1 - кодовое расстояние (п »К ) кода; а Г(сИ)/21 ; П , С ) вероятность появления наиболее вероятной конгфигургцки оввбок кр: ности 6 в блоке длины П -г

Рм(п,П= шрхР(а,Е,1) , ¿=(,е^ ,

Р ( а • Е «I ) - вероятность возникновения с -оГ; конфигурации 02^61 кратности I в блоке длины г\.

Граница (10) может быть уточнена при использовании весовой структуры кода п -О

где А]- число кодовых слов веса] ,]=0,П .

На основе границ (10) и (II) предложен алгоритм поиска оптимальной длины КС Ьдпт и чкела избыточных символов г , при кото рых в системе передачи с РОС обеспечивается максимум сквозной э фективности и гарантируется требуемая достоверность (в заданно* канале с памятью V)). Использование полученных значений попт и позволяет оценить максимальные эффективности СЦЦС с РОС и парах ры -оптимальных кодов для каналов с памятью.

В работе анализируются вопросы помехоустойчивого кодировш в многоканальных системах передачи с РОС. Рассматривается следз ющая модель канала: на кавдой поднесущей имеют место медленные рэлеевсхие замирания, а частоты разнесены настолько, что даже 1 соседних подканалах замирания можно считать некоррелированными

:ечается, что в рассматриваемых условиях целесообразно исиользо-'Ь каскадные кода (КК)» состоящие из внутреннего двоичного (t\j,Kt) la t| с кодошм расстоятаем й(и внешнего '-гчного (ttg.Kg) кос кодовым расстоянием à^— ni-K2+l • Ч?и этом внутренний код де-Ифуется с обнаружением огабок, а внешний код - с исправлением [раний и (или) обнаружением саябоя. Показано, что в этом случае sho гарантировать заданную вероятность необнаруженной ошибки в 1С с РОС при лзбом состоянии канала.

В диссертации предлагаются и анализируются варианты постро-!Я систем передача с FOC, основанные на следуптцих трех стратега-переспроса блокоз ПК:

A) запрос блоков КК при обнаружении ошибок внешним кодом или i числе стираний, превышавших заданную величину;

B) запрос блоков внутреннего кода вплоть до их приема без обрученных ошибок и запрос блока КК при обнаружении ошибок внеш-

л кодом, который только обнаруживает ошибки;

В') запрос блоков внутреннего кода не более, чем V раз; если я этом блок внутреннего кода принят с обнаруженной ошибкой, то стирается. Блок КК повторяется при числе стираний, превышавших цанную величину, или при обнаружении ошибки внешним кодом,.

Получены выражения для сквозной эффективности систем с адрес-м переспросом при использовании каждой из предложенных страте-

(13)

ь'

,. ч Мг Ь-РпечОкДр-РмрМ

"Л {'-©^ОНеДИ} ' (И>

16 , ^ - сквозные эффективности системы при исп^ьзовании ратегии А, В и В', соответственно;Р^ (КК)(КК),Р^Ер (КК) ->роятности переспроса блока КК при использовании стратегии А,. В В', соответственно; - вероятность переспроса блока

(утреннего кода.

В диссертации для каждой стратегии оптимизируется параметры при которых достигается максимум сквозной эффективности (пси

заданных требованиях к достоверности). Анализ полученных резул] тов показывает, что при всех наборах параметров КК, р < 10и * ле повторения 3 ГТШХ^дС mOX^'-S так ¡?b . фи увелич< средней вероятности ошибки в канале ограничение величины 9 сущ? твенно снижает эффективность Следует отметить, что для все) рассмотренных стратегий переспроса необходимо обеспечить 4 5-Ю"4, в противном случае сквозная эффективность многокана; ной системы с. РОС значительно уменьшается.

В работе оцениваются требуемые объемы буферной памяти, по; чены расчетные соотношения и показано, что при соответствующем боре параметров КК, даже при значительных сек) задержках i канале связи объем памяти не превышает 64+128 кбайт.

В четвертом разделе исследуются проблемы помехоустойчивого кодирования в адаптивных СЦДС с РОС и приводятся результаты раз ботки конкретной системы с РОС, предназначенной для достоверной редачи сообщений по коммутируемым телефонным каналам. Под адехи цией понимается целенаправленное изменение методов помехоустойч вого кодирования/декодирования информации в Зависимости от сост яния канала с целью обеспечения максимума сквозной эффективное? системы.

В предположении, что имеет место составной ДСК без памяти, получены зависимости потенциальной эффективности СГЩЗ с РОС от (О < р < 0,5) при заданных ограничениях на число исправляемых о бок^ .

В диссертации ставится и решается -задача нахождения набора наилучших кодов, при использовании которых в адаптивных СЦДС с достигав-"-™ максимальная эффективность. В. качестве исходного ра

|L| . - i не *

сматривается набор кодов с длинами ГЦ=2. ( 1= 1,6) и с допустим числом исправляемых ошибок: t^t^l Диз<2 3 »tM5=tM6^

Показано, что в рассматриваемых условиях в зависимости от состо яния канала (при р<10 ) максимальную эффективность адаптивной системы с адресным переспросом обеспечивают 12 наилучших кодов

п 1024 512 ■ 256 128 64 32

0;1 I 152 2;3 3;4 2;3;4

Следует подчеркнуть, что при этом удается достичь весьма высоки: значений сквозной эффективности, в частности при р< 2-10"^ -

<5- 0,95 , при р< Ю-3 - ^ 0,85 , при р < Ю~2 - ^ £ 0,68. ванные значения получены при выполнении ограничения Р^р^Ю"®.

В реальных условиях число используемых кодой в системе, как (ило, ограничено, и необходимо определить, какие именно коды [ует использовать для достижения максимальной эффективности, ъ^ - число используемых кодов. Сформируем Г=С^ (где -дный набор кодов) разных наборов кодов и вычислим сквозную эф-ивность адаптивной системы ^ (где]=1,Г ) при использовании ого набора. Тогда задача заключается в отыскании

? - тах V; I *

Р( ч Ре . Рср

г>.......

» ' р,

Г1 *с • г*

1 \rij\y/»? -Л ... ^

1 V.

- эффективность системы с РОС при использовании I -го кода 1Д ).' (Рн «р^ ~ область, з пределах которой I -ий код сбес-¡ает максимальную эффективность; ргр - граничное (максимальное) «ке вероятности ояибки в канале, при превышении которого ма блокируется; 1 (р) - функция плотности вероятностей ошибок але связи.

В соответствии с (15) выполнены расчета сквозной эффективнос-алтивных систем с адресным переспросом и блокировкой (при 2). Показано, что выигрыш по сравнении с неадаптивными систе-составляет ~10+14 %. Отмечается, что при наличии большой пси сигнала (например, в спутниковых каналах) использование эгии адаптивного кодирования и декодирования в системах с эовкой целесообразно только в случаях применения алгоритмов фования с частичным исправлением и обнаружением ошибок, 'езультаты теоретических исследований были использованы в хо-)водимой в лаборатории передачи дискретной информации СПГУТ направленной на создание устройства защиты от ошибок (УЗО) 1ециализированной системы ЦЦС по коммутируемым телефонным каК разрабатываемому устройству были предъявлены следующие ые требования: гарантировать остаточную вероятность ошибки йт) не более 10"® при любом состоянии канала связи (р 10-2 ^ возможны кратковременные "обрывы" канала длительностью до ; обеспечить сквозную эффективность не менее 0,3 при вероят-

ности ошибки в канале 10 и 0,7 - при вероятности ошибки нале р $ 10"^. Кроме того, УЗО должно быть реализовано на ынк процессоре (МП) 1806Ш2 и обеспечивать работу с серийно выпуск емыми устройствами передачи сообщений УШ-2,4 ТЧ (со скоростям передачи информации в прямом канале 1200 к 2400 бит/с и в обра канале - 75 бит/с) и УПС-48 ФЛ (со скоростями передачи 1200, £ и 4800 бит/с в прямом и обратном каналах).

Учитывая вычислительную местность МП 18061212 и используя р смотренные выше методики выбора наилучших кодов и анализа эффс ности СЦЦС с РОС, предложено использовать следующие коды и мет их декодирования:

- в прямом канале при р^ 10"* - код (64,25,16) с исправо ем трехкратных ошибок и обнаружением ошибок большей кратности, р ^ 10 - код (256,223,10) с исправлением однократных отибо] обнаружением ошибок большей кратности;

- в обратном канале всегда используется код (64,25,16) с правлением трехкратных оси б о;: и обнаружением ошибок большей кг ности.

Результаты экспериментальных исследований подтвердила; с5 ванность принятых технических решений и показали, что разрабо ное устройство полностью удовлетворяет требованиям ТЗ.

В Приложениях приведены описшше и листинг програлу.к выч ния спектра весов линейных блочных кодоз; полученные впервые тры весов некоторых кодов ШХ (п^ 255); бьгоод выражения вероя ти приема без обнаруженной ошибки М кодовых комбинаций после! респросов.

З&КНЯШЕ

Основные результаты, полученные в работе, можно сформул! вать следующим образом.

1. Сквозная эффективность СЦЦС с РОС зависит от длина к< метода его декодирования. При заданных ограничениях на вероя-необнаруженной ошибки и число исправляемых ошибок для любого чения вероятности ошибки в канале р (и при любой алгоритме ф; онирования системы передачи с РОС) можно определять оптималы линейный блочный (п ,к ) код, при использовании которого дос ется максимум сквозной эффективности.

2. Эффективность СЦЦС с РОС может быть повышена путем у ния кратности исправляемых ошибок. Это в большей степени про

г в плохих каналах (р>5«10~®). В хороших каналах (р<10~4) высо-1Я эффективность может быть обеспечена при использовании сравни-¡льно длинных кодов (П > 512) и декодировании с обнаружением оши-

1К.

3. предложенная универсальная процедуре вычисления спектра ¡сов линейных блочных кодов, ориентированная на использование рсональных ЭВМ, позволяет существенно сократить время вычисле-я по сравнению с известными переборными методами. Это дает воэ-жность значительнЬ расширить число кодов с известной спектраль-й структурой*

4. Использование в системах передачи с"РОС наилучших кодов зволяет обеспечить весьма высокий энергетический выигрыш от при-нения кодирования. Наибольшие значения ЭВК реализуются при вы-ких требованиях к достоверности принимаемой информации.

5. Полученные верхние границы позволяют оценить вероятность обнаруженной ошибки любого линейного блочного (П,К ) кода в кале с памятью при известных наиболее вероятных конфигурациях оши-к заданной кратности в блоке длины П . Разработанный алгоритм зволяет определить оптимальную длину КС Попт и минимально необ-окмое число избыточных символов г , при которых в СПДС с РОС га-<тируется требуемая достоверность и обеспечивается максимум зозной эффективности.

6. В системах передачи с РОС целесообразно использовать £ -оп-гальные коды. Разработана методика поиска £ -оптимальных кодов

1 заданных ограничениях на достоверность и сложность реализация. <азано, что применение £-оптимальных кодов позволяет существенно юстить реализацию систем передачи с РОС практически без сниже-г сквозной эффективности.

7. В многочастотных СЦДС с РОС целесообразно применять дву-)ное частотно-временное кодирование с использованием каскадных (ов (КК). В этом случае снижаются требования к обнаруживающей юобности внутреннего кода и отпадает необходимость использова-[ "хороших" кодов..

8. Сквозная эффективность многочастотных СПДС с РОС существо зависит от параметров КК и используемой стратегии пересцро-

При заданном среднем значении вероятности ошибки в канале для >ой стратегии существует оптимальные набор параметров КК и ре-[ декодирования, при которых обеспечивается максимум сквозной активности. Результаты оптимизации параметров КК для рассмот-

_ 2

ренных стратегий показывают, что прир< наивьсшая эффект!

ность (при прочих равных условиях) достигается при использованш стратегии В.

9. В составных каналах целесообразно использовать методы адаптивного кодирования и декодирования информации. Разработана методика выбора кодов для адаптивных СЦЦС с РОС позволяет (для ; бой заданной модели составного канала) выбрать набор наилучших i дов и алгоритмов декодирования, обеспечивающих максимум сквозно] эффективности.

10. Рекомендованные Е. -оптимальные коды и методы их декодиро! ния достаточно просто реализуются на базе современных микропроц< сорных средств.

11. Результаты экспериментальных исследований подтвердили обоснованность принятых технических решений. Разработанное УЗО обеспечивает весьма высокие показатели системы ВДС и полностью удовлетворяет требованиям Т3\

12. При использовании перспективных, значительно более мощи процессоров возможна реализация систем _ГЩС с РОС, обеспечивающи: при средней вероятности ошибки символа 10 сквозную эффекта ность порядка 0,55*0,6 и при р,10~® - сквозную эффективность ; менее 0,85+0,9. При этом гарантируется остаточная вероятность ошибки (на байт) не хуже 10

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

1. Ыалев П.Ц. Алгоритм вычисления спектров весов линейных блочных кодов // 45-я научно-техническая конференция ЛЗИС. - СП

1992. - С. 6-7.

2. Малев П.Ц. Процедура вычисления на ПЭВМ вероятности нео нарулсглной ошибки линейных блочных_кодов // Материалы 47-й науч технической конференции, посвященной Дню радио. - СПб., 1992. -С. 51-52.

3. Лесман М.Я., Малев П.Ц. ЕЬбор кодов и методов декодиров в системах передачи дискретных сообщений с обратной связью // Р диотехника. - Принято к опубл.

4. Малев. П.Ц. Алгоритм вычисления весовых спектров линейны блочных кодов // Радиотехника. - Принято к опубл.

5. Лесман'Й.Я., Малев П.Ц. Проблемы помехоустойчивого кода вания/декодирования сообщений в адаптивных системах с решающей ратной связью // 46-я научно-техническая конференция ЛЭИС. СЕ

1993. - С. II.

6. Коржик В. И., Мал ев П. Ц. Построение е-оптимальных кодов для систем с обратной связью при интервальном критерии надежности// 46-я научно-техническая конференция ЛЭИС. — СПб., 1993 — С. 10.

7. Lesman М. Ja., Ma lev P. Ts. Th ough; . t efficiency of adaptive ARQ systems in sateliite channels,

'Conf. Proceed RUSSAT — 93, St.-Petersburg, p.p. 276— 284, Apr. 19—23, 1993.

8. Ко rzhik V. J., Lesman M. Ja., Malev P. Ts. An ARQ scheme using concatenated codes for mobile satellite channels and iis throughput optimisation, Conf. Proceed RUSSAT —93, St.-Petersburg, p.p. 331—333, Apr. 19—23, 1993.

9. Лес мап M. Я., Мал ев П. Ц. Проблемы помехоустойчивого кодироваиия/декодироваиия сообщении в адаптивных системах с решающей обрати 'й свягыо,,'/ Сб. науч. тр. учеб. завед. связи/ГУТ. — СПб., 199о.— № 158.

10. Коржик В. И., Малев П. Ц. Построение е-оптимальных кодов для систем с обратной связью при интервальном критерии надежности,//Сб. науч. тр. учеб. завед. связи/ ГУТ. — СПб., 1993, — № 158.

Подписано к -fciaTii 01.11.93 г. Объем 1,0 п. л. Тираж 60 экз. Бесплатно. Заказ 724.

Типография СП ГУТ. 198320, С.-Петербург. Свободы. 31.