автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.13, диссертация на тему:Оценка помехоустойчивости алгоритмов корректирующего кодирования данных в системах телекоммуникаций декаметрового диапазона

На правах рукшшо

ШМЫРИН Евгений Валерьевич

ОЦЕНКА ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ АЛГОРИТМОВ КОРРЕКТИРУЮЩЕГО КОДИРОВАНИЯ ДАННЫХ В СИСТЕМАХ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ ДЕКАМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНА

Специальность: 05.12.13 — Системы, сети и устройства телекоммуникаций

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 4 ИЮЛ 2014 005550774

Серпухов-2014

005550774

Работа выполнена в Межрегиональном общественном учреждении «Институт инженерной физики» (МОУ «ИИФ»).

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Зеленевский Владимир Владимирович -ведущий научный сотрудник МОУ «ИИФ», г. Серпухов Московской области.

Официальные оппоненты:

1. Гончаров Владимир Васильевич - доктор технических наук, профессор, Военная академия РВСН им. Петра Великого, г. Москва, заведующий кафедрой математики;

2. Шевченко Вячеслав Анатольевич - кандидат технических наук, старший научный сотрудник, Военно-научный комитет Вооруженных сил РФ, г. Москва, начальник отдела.

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Нижегородский государственный технический университет им. P.E. Алексеева», Институт радиоэлектроники и информационных технологий, г. Нижний Новгород.

Защита состоится «17» сентября 2014 года в 14 ч. 30 мин. на заседании диссертационного совета Д 520.033.01 в Межрегиональном общественном учреждении «Институт инженерной физики» по адресу 142210, Московская область, г. Серпухов, Б.Ударный пер., д 1а.

Отзывы на автореферат в 2-х экземплярах просьба направлять по адресу: 142210, Московская область, г. Серпухов, Б.Ударный пер., д. 1а, Межрегиональное общественное учреждение «Институт инженерной физики», Ученому секретарю диссертационного совета Д 520.033.01.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Межрегионального общественного учреждения «Институт инженерной физики» по адресу 142210, Московская область, г. Серпухов, Б.Ударный пер., д. 1а и на сайте http://vvww.iifrf.ru .

Автореферат разослан «09» июля 2014 года

Ученый секретарь диссертационного совета

Д 520.033.01. доктор технических наук, профессор ' С.Г. Данилюк

Общая характеристика работы

Актуальность темы диссертации. Радиосвязь в декаметровом (ДКМ) диапазоне играет важную роль как средство магистральной, зоновой, подвижной и производственно-диспетчерской связи общего и ведомственного пользования. Несмотря на то, что в условиях быстрого развития высокоэффективных кабельных, в том числе и волоконно-оптических, сотовых, радиорелейных и спутниковых систем связи удельный вес и назначение ДКМ радиосвязи изменяются, возросла необходимость в ее технической реконструкции. Причиной этого являются положительные свойства ДКМ радиосвязи. Например, повреждение отдельных промежуточных станций радиорелейных линий, базовых станций сотовых систем связи при стихийных бедствиях или по другим причинам, выход из себя спутника-ретранслятора могут привести к полному и частичному нарушению функционирования Единой сети электросвязи России на значительных участках территории. В аналогичных условиях ДКМ радиосвязь может быть восстановлена в кратчайшие сроки при наименьших материальных затратах. Декаметровая связь, осуществляемая на больших расстояниях с помощью мобильных радиостанций небольшой мощности, имеет значительное преимущество перед проводной, сотовой, радиорелейной или спутниковой в условиях, когда требуемое число каналов связи невелико (радиосвязь с морскими судами, управление воздушным транспортом и т.п.)

В известных научных работах Финка Л.М., Кловского Д.Д., Головина О.В. установлено, что с увеличением вероятности возникновения нестационарной ситуации (природные катаклизмы, чрезвычайные условия военно-политической обстановки) выигрыш в надежности декаметровой связи повышается в 1,5-5 раз по отношению к другим родам связи, даже при использовании ионосферных волн, когда существуют замирания сигнала и «зоны молчания».

Поскольку радиосигнал в ДКМ диапазоне подвержен влиянию ионосферных возмущений, а сам диапазон чрезвычайно перегружен сигналами соседних мешающих станций, которые искажают передаваемые данные, то особые требования предъявляются к помехоустойчивости информационного обмена и заданной надежности существования радиолинии (коэффициент исправного действия должен иметь значение не менее 0,9).

В тоже время оценка помехоустойчивости декаметровых систем телекоммуникаций, использующих корректирующее кодирование данных с учётом коэффициента исправного действия (КИД) каналов передачи данных, в известных научных работах не проводилась, хотя известно, что корректирующее кодирование данных позволяет повысить помехоустойчивость.

Таким образом, несомненные преимущества ДКМ радиосвязи на большие расстояния, необходимость обеспечить заданные значения КИД в условиях ионосферных возмущений и помехоустойчивости кодированных каналов передачи данных систем телекомму-

никаций при одновременной работе соседних мешающих станций определяют актуальность темы диссертации.

Объект исследования - каналы передачи данных систем телекоммуникаций дека-метрового диапазона.

Предмет исследования - математические модели каналов передачи данных, алгоритмы корректирующего кодирования и их статистические характеристики декодирования в системах телекоммуникаций декаметрового диапазона.

Цель исследования - оценить помехоустойчивость каналов передачи данных систем телекоммуникаций декаметрового диапазона с учетом коэффициента исправного действия и разработать технические предложения по её повышению.

Установлена противоречивость требований к параметрам кодирования данных, обеспечивающих заданные показатели помехоустойчивости и коэффициента исправного действия систем телекоммуникаций декаметрового диапазона, и сформулировано научное противоречие: с одной стороны, для повышения помехоустойчивости и коэффициента исправного действия канала передачи данных необходимо обеспечить его работу при невысоких значениях отношения сигнал/шум на входе радиоприемника, а с другой стороны, при невысоких отношениях сигнал/шум увеличивается вероятность ошибки в приеме бита сообщения (уменьшается достоверность информационного обмена), увеличение отношения сигнал/шум повышает достоверность информационного обмена, но снижает коэффициент исправного действия канала передачи данных.

Так как параметры корректирующего кодирования при фиксированной энергии сигнала (Ес=сот() на передачу сообщения определяют отношение сигнал/шум на входе радиоприемника, следовательно, и коэффициент исправного действия канала передачи данных ДКМ диапазона, то актуальной является научная задача - разработка математических моделей помехоустойчивых каналов передачи данных для земной и ионосферной радиоволн, эффективных алгоритмов корректирующего кодирования данных с исправлением пакетов ошибок и методики оценки их помехоустойчивости для систем телекоммуникаций декаметрового диапазона.

Научные результаты, представляемые к защите:

1. Математические модели помехоустойчивых каналов передачи данных декаметрового диапазона для земной и ионосферных радиоволн.

2. Методика оценки помехоустойчивости алгоритмов корректирующего кодирования данных в системах телекоммуникаций декаметрового диапазона.

Достоверность полученных результатов подтверждается использованием апробированного математического аппарата теории вероятностей, статистической теории связи и передачи данных, тории кодов, исправляющих ошибки, сходимостью полученных аналитических оценок с результатами имитационного моделирования, проведенного в ходе ис-

следования, а также с известными оценками для частных случаев, опубликованными в центральной печати отечественными и зарубежными исследователями.

Научная новизна полученных результатов.

1. По первому научному результату разработаны следующие математические модели:

а) модели каналов передачи данных с жестким и мягким декодированием сигнала для земной радиоволны;

б) модель канала передачи данных с мягким декодированием сигнала для ионосферной радиоволны.

Научной новизной математической модели канала передачи с жестким декодированием сигнала для земной радиоволны являются новые аналитические выражения для оценки вероятности битовой ошибки, которые, в отличие от известных, определяют функциональные взаимосвязи между параметрами радиопередатчика, радиолинии и радиоприемника на заданной дальности радиосвязи.

Научной новизной математической модели канала передачи данных с мягким декодированием сигнала для земной радиоволны являются:

— алгоритм формирования проверочных символов для двоичного композиционного кода с байтовой структурой информационных сообщений;

- новые аналитические зависимости вероятности битовой ошибки при мягком декодировании от отношения сигнал/шум для сигналов с относительной фазовой и частотной манипуляцией, а также от параметров сигнально-кодовой конструкции и радиолинии на заданной дальности радиосвязи.

Новизна математической модели канала передачи данных с мягким декодированием сигнала для ионосферной волны состоит в том, что получены новые аналитические выражения для оценки помехоустойчивости ДКМ канала передачи с мягким декодированием сигнально-кодовой конструкции, в которых, в отличие от известных, учитывается не только отношение сигнал/шум на входе радиоприемника, но и параметры модуляции сигнала и корректирующего композиционного кодирования данных при заданных требованиях на вероятность битовой ошибки и значение КИД.

Научной новизной второго результата является то, что разработанная методика оценки помехоустойчивости алгоритмов каскадного кодирования данных, в отличие от известных, содержит:

- аналитические выражения для алгебраического синтеза новых недвоичных эквидистантных корректирующих кодов, исправляющих пакеты ошибок, которые, в отличие от известных, имеют кодовое расстояние, равное длине кодовой комбинации;

— новые аналитические выражения для оценки статистических характеристик оптимального декодирования эквидистантных недвоичных кодов, имеющих кодовое расстояние, равное длине кода;

- новый алгоритм каскадного кодирования данных, в котором , в отличие от известных, в качестве внешнего кода используются новые недвоичные эквидистантные коды с кодовым расстоянием, равным длине кода, допускающие их оптимальное декодирование, а в качестве внутреннего кода используются двоичные композиционные коды, которые обеспечивают существенный энергетический выигрыш кодирования за счет их мягкого декодирования;

- новые аналитические выражения для оценки помехоустойчивости и эффективности алгоритмов каскадного кодирования данных, которые, в отличие от известных, учитывают вид и параметры модуляции сигнала, параметры внешнего и внутреннего кодов, а также методы их декодирования, уровень порогового напряжения, по которому осуществляется режекция наиболее опасных помех, долю полосы рабочих частот, поражаемой помехами.

Теоретическая значимость диссертации. Применительно к системам телекоммуникаций ДКМ диапазона сформулировано и доказано утверждение о существовании эквидистантных недвоичных кодов, у которых кодовое расстояние равно длине кода, допускающих оптимальное декодирование принятых данных с исправлением пакетов ошибок.

Практическая значимость результатов диссертации состоит в том, что технические решения на их основе позволяют увеличить дальность радиосвязи в 1,22 раза при работе земной волной за счет мягкого декодирования принимаемой сигнально-кодовой конструкции. При работе ионосферной волной применение мягкого декодирования сигнала позволяет обеспечить требуемые значения КИД (&и) при значительно меньших мощностях радиопередатчика (в 3-5 раз по сравнению с используемым жестким декодированием). При этом вероятность битовой ошибки Рв < 10~5, отношение сигнал/шум на входе радиоприемника hg <2, значение £и>0,9, а требуемая мощность радиопередатчика не превышает 10 кВт, помехоустойчивость канала передачи данных увеличивается на 4,2 дБ по отношению к жесткому декодированию данных.

Применение новых алгоритмов каскадного кодирования данных позволяет исправлять пакеты ошибок длиной выше 500 двоичных символов и обеспечивать заданную достоверность приема данных при поражении помехами до 45% рабочей полосы частот.

Апробация работы. Результаты диссертации докладывались и обсуждались на Международных, Всероссийских и региональных научно-технических конференциях и семинарах в Военной академии им. Петра Великого (филиал в г. Серпухове Московской области), Московском ТУСИ, ГСКБ «Алмаз-Антей» им. академика A.A. Расплетина, Воронежском ВИАУ, Калужском НИИ телемеханических устройств.

Публикации. По результатам исследования опубликовано 5 научных статей в рецензируемых изданиях и 17 научных работ в других изданиях, получено 3 патента на полезные модели и 2 свидетельства о государственной регистрации программы для ЭВМ.

Внедрение результатов исследования:

— в МОУ «Институт инженерной физики» в ОКР «Жасмин-Д-ИИФ»;

- в образовательном процессе Учебного центра «Интеграция» Московского авиационного института (Национального исследовательского университета).

Личный вклад соискателя. Соискателем определено научное противоречие и решена поставленная научная задача, разработаны математические модели каналов передачи данных декаметрового диапазона для земной и ионосферной волн, получены аналитические выражения для оценки КИД и исследована его зависимость от параметров канала передачи, разработаны структурная схема алгоритма каскадного кодирования данных с мягким декодированием сигнально-кодовой конструкции и методика оценки помехоустойчивости каскадного кодирования.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, трех разделов, заключения и списка использованных источников из 77 наименований. Общий объем работы составляет 113 страниц, включающих 12 рисунков и 23 таблицы.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, определены цель, объект и предмет исследования, выявлено научное противоречие и сформулирована решаемая научная задача. Дана оценка научной новизны полученных результатов.

Первый раздел диссертации посвящен общей характеристике систем телекоммуникаций декаметрового диапазона, где определено назначение и применение систем телекоммуникаций, проведен анализ статистических характеристик сигналов передачи данных. Установлено, что замирания и многолучевость, возникающие при распространении сигнала, вызывают серьезные амплитудно-частотные и временные искажения импульсов телекодовой информации, порождающие пакеты ошибок.

Дана характеристика помех, наиболее опасных для радиолиний ДКМ диапазона, установлено, что такие помехи способны искажать десятки и сотни двоичных символов, а для их коррекции требуется специальные методы помехоустойчивого кодирования.

Выявлено научное противоречие:

- с одной стороны, для повышения КИД канала передачи требуется уменьшить отношение сигнала/шум Лд, по которому принимается решение о достоверности (или ошибке) принятого бита сообщения;

— с другой стороны, уменьшение /г^ вызывает формирование пакета ошибок в принятом сообщении и увеличение вероятности битовой ошибки.

Для его разрешения сформулирована и решена научная задача:

- известны модель флуктуирующего сигнала в декаметровом диапазоне волн

(0 = С/(0 - СОБ[(В0Г + 0(0] (1)

и распределение вероятностей случайных амплитуд £/(/) и фаз 0(7), ог ибающей помехи;

-известны требования по вероятности битовой ошибки Рв < Р^ и значению КИД

^и - ^ •

Требуется:

- разработать математические модели помехоустойчивых каналов передачи данных:

1) для земной волны

р„ =Др1а, = = сош, (2)

где Их, Л2 - высоты поднятия передающей и приемной антенн; 1\ - мощность радиопередатчика; Сх - коэффициент усиления передающей антенны; к - число информационных символов в коде; п - длина кода; X - длина волны; Г— дальность радиосвязи;

2) для ионосферной волны

Ре = Дад,-Л2Лг)приЛ:и =/(Рь^)>кт/; (3)

п

- разработать эффективные алгоритмы корректирующего кодирования данных с исправлением пакетов ошибок и определить численные оценки вероятностей Рв, коэффициента исправного действия кн и помехоустойчивости.

Во втором разделе проведено математическое моделирование каналов передачи данных ДКМ диапазона. Исследованы каналы передачи данных с земной и ионосферной радиоволнами. Разработаны следующие математические модели:

- модели каналов передачи данных с жестким и мягким декодированием сигнала для земной волны;

- модель канала передачи данных с мягким декодированием сигнала для ионосферной радиоволны.

Научным содержанием модели каната передачи данных с жестким декодированием сигнала для земной волны является:

- новое аналитическое выражение для оценки напряженности электрическою поля в точке приема на дальности радиосвязи г > 0,8/*0, где г0 - дальность прямой радиовидимости

Е =

д/60 4л/г|7г2 Уг

„-1,9856345

Ал:

31

(4)

где \ и /;2 - приведенные высоты передающей и приемной антенн; аэ- эквивалентный радиус Земли, аэ = 8 500 км;

- новые аналитические выражения для оценки вероятности битовой ошибки при приеме двоичных сигналов с относительной фазовой и частотной манипуляцией вида

Рв =/(/>!,адА,г,

(5)

где А/7 - полоса пропускания приемника, определяемая видом сигнала; 1,А - действующая высота приемной антенны; - коэффициент ослабления сигнала, зависящей от дальности радиосвязи и длины волны.

В таблице 1 представлены оценки вероятностей Рв и мощностей Р\ для Г =70 км, высоты поднятия антенн И] = Л2 =12 м, X = 15м , С, = 1,64.

Таблица 1 - Оценки Рв и Р]

рв Сигнал ОФМ, ЛГ = 4 000 Гц Сигнал ЧМ, 8 000 Гц

/'„Вт /], Вт

кг3 469,89 940,0

Ю-4 642,69 1 283,4

По результатам оценок Рв и сделан вывод, что при жестком декодировании сигналов для обеспечения дальности радиосвязи Г>70 км требуются радиопередатчики с /] >500 Вт. Для уменьшения мощности предложено использовать композиционное кок

дирование данных (—=0,5) и мягкое декодирование принимаемой сигнально-кодовой кон-п

струкции.

Научным содержанием модели канала передачи с мягким декодированием сигнала для земной волны является новое аналитическое выражение для оценки вероятности битовой ошибки при приеме двоичного сигнала сОФМ(/?о >0,1)

120,24 -Ргвг (4л/?] к2 )2 {Г)2 к1]

Рв = 0,1918858-ехр{-[-

г НшкТЫгпк Я

(6)

где Л^ц - коэффициент шума приемника; к = 1,38 • 10-23 Т - рабочая температура

К

приемника; Я - входное сопротивление приемника.

В таблице 2 представлены результаты расчетов вероятности Рв и дальности радиосвязи при жестком и мягком декодировании сигналов.

Таблица 2 - Оценки вероятности Ра и дальности Г

А. =20м, /(= 10 Вт, /г, =У 2 = 6 М, А^ОФМ = 4 000 Гц

Жесткое декодирование Мягкое декодирование

Р. г, км Р* г, км

ю-3 17,950 ю-3 22,255

ю4 16,585 ю-4 20,330

Анализ результатов позволяет сделать вывод, что дальность радиосвязи при мягком декодировании увеличилась в 1,22 раза при const, что эквивалентно снижению мощности радиопередатчика на фиксированной дальности в 1,5 раза.

Научным содержанием модели канала передачи данных с мягким декодированием сигнала для ионосферной волны является новое аналитическое выражение, устанавливающее взаимосвязь между КИД канала передачи ДКМ диапазона, вероятностью битовой ошибки и дальностью радиосвязи

р. ,

в

ошибки при мягком декодировании.

Результаты расчетов значений ка и Рх для мягкого декодирования принимаемых сигналов (Рв(мд)<10"3) на дальности r> 1 ООО км представлены в таблице 3.

12 г( /

где Ф(/) = J—j0e /2dt\ Р - дисперсия величины In F ; />в(мд) - вероятность битовой

Таблица 3 - Оценки к„ и Р,

F Значения кп и Р¡

/£= 0,7 К 0,99 0,95 0,9 0,85 0,8

8,6-10"2 Р\ 10,023 2,535 1,362 0,725 0,51

/£-1,5 К 0,9745 0,95 0,9 0,85 0,8

ñ 10,023 5,457 2,606 1,618 0,783

/¿-0,7 К 0,984 0,95 0,9 0,84 0,8

2,25-10"2 100 36,983 17,54 10,093 7,244

/£=1,5 К 0,9 0,8 0,73 0,6 0,5

35,48 14,96 10,02 4,89 2,972

Анализ результатов позволяет сделать выводы:

- требуемое значение КИД при P¿m)=const, r^const может быть достигнуто двумя путями:

2

а) при liQ=const увеличением мощности передатчика P¡;

б) при Р\—const уменьшением /£, по которому выносится решение с вероятностью />в(мд) о принятом символе;

- применение мягкого декодирования сигналов позволяет обеспечить кп >0,8 при /j<10 кВт.

В третьем разделе разработана методика оценки помехоустойчивости алгоритмов корректирующего кодирования данных в системах телекоммуникаций декаметрового диапазона. Установлено, что для решения поставленной задачи и достижения цели исследования наиболее эффективно применение каскадных кодов. Новым содержанием технического предложения для построения эффективных каскадных кодов являются предложения использовать:

- в качестве внешнего кода - новые недвоичные эквидистантные корректирующие коды, у которых кодовое расстояние равно длине кода. Важно, что такие коды допускают оптимальное декодирование в реальном масштабе времени с исправлением пакетов ошибок;

- в качестве внутреннего кода - двоичные систематические итеративные композиционные коды с их мягким декодированием и режекцией наиболее опасных помех по оптимальному уровню порогового напряжения.

Для реализации указанного предложения решена частная задача алгебраического синтеза новых недвоичных эквидистантных корректирующих кодов в расширенном поле Галуа GF(28). Доказано утверждение: только неприводимый примитивный полином g(x) со старшей степенью, равной т, где т - число двоичных символов в недвоичном символе,

позволяет получить все элементы расширенного поля и может использоваться для синтеза недвоичных эквидистантных корректирующих кодов, у которых длина кода равна кодовому расстоянию, а число двоичных информационных символов равно т. Доказательство этого утверждения позволило обосновать предложение: для синтеза структурной схемы генератора недвоичных эквидистантных кодовых комбинаций необходимо выполнить операцию умножения информационного т - разрядного вектора на примитивный элемент. Аналитическое выражение для синтеза структурной схемы генератора недвоичных (д=28=256) кодовых комбинаций получено в виде

(ао+а]Х+а2х2+ а3х3+э4х4+ а5х5+абХб+а7х7)х= =а7+ аох+(а,0а7)х2+(а2©а7)х3+(аз©а7)х4+ ацХ5+ а5х6+ ЭбХ7, (8)

где знак ® соответствует операции сложения по модулю 2.

Кодовые комбинации эквидистантного недвоичного (д=256) кода представлены в таблице 4.

Таблица 4 — Кодовые комбинации недвоичного кода

Исходное состояние Тактовые импульсы

ао ai а2 а3 Э4 а5 Эб а7 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 X х2 xJ х4 х" х' Xs X9 х10 х" х12 х"

1 0 0 0 0 0 0 0 1 X х2 xJ X4 х6 х6 х' х8 х9 х10 х" х12 хи х14

0 1 0 0 0 0 0 0 X X2 xJ х4 i X х" х' X8 X9 х10 х" х12 хи х14 x1J

0 1 1 1 1 1 1 1 x2iJ х254 0 1 X х2 xJ х4 хь хь х' X8 X9 х1и х"

1 1 1 1 1 1 1 1 x2i4 0 1 X x2 xJ X4 X6 х' X8 хд х1и х" х12

Полученные кодовые комбинации являются циклическими, длина кодовой комбинации Л'тч определяется числом поданных тактовых импульсов, т.е. Л^уаг, а кодовое расстояние

Решение задачи по оценке неизвестных статистических характеристик жесткого оптимального декодирования осуществлено в два этапа:

на первом этапе проведено имитационное моделирование оптимального декодера, в результате которого получены статистические оценки вероятностей искажения недвоичного символа помехами Рч, правильного декодирования Рпр, обнаруженной Роа, необнаруженной Ри0 ошибок; на втором этапе, используя метод экспоненциальной подгонки, получены аналитические выражения для зависимостей Рош= Рио+ />00=_Д/5(|) в виде: - для кодов с jVq.=5,..., 12

Nq

Рош =2 X C'N P$ -Pq) при ^<0,4; (9)

i=N-1

-для кодов с Л^.=13,..., 21

1 "< ■ ■/ Л"

Рош = Г Е СЛ' при />„<0,65; (10)

- для кодов N(,>22

Рош = X С^Р^-Р) при Рч<0,1. (11)

Полученные оценки для вероятности />ош позволили сделать важные выводы: -оптимальное декодирование новых недвоичных кодов позволяет существенно уменьшить Рош по сравнению с известными алгоритмами декодирования Рида-Соломона;

- с увеличением основания кода Рош уменьшается, а время декодирования увеличивается;

- рекомендуется использовать основание кода д=256.

Разработана методика оценки помехоустойчивости каскадного кодирования данных (ККД) при мягком декодировании сигнально-кодовой конструкции внутреннего кода, использующей сигнал с относительной фазовой манипуляцией. При этом решены частные подзадачи:

- получено выражение, определяющее помехоустойчивость (П) мягкого декодера

Рч=1,2728005 ехр(-2,202179826 /4) при А*д>0,1, (12)

гае К*

- отношение сигнал/шум на входе мягкого декодера;

- получено выражение для помехоустойчивости ККД, использующего сигнал с

ОФМ

кК Р

ПРИ Р' =А*\>п>РчМ)=сотг, (13)

где Кч - число недвоичных информационных символов;

- получены численные оценки помехоустойчивости у (таблица 5).

Анализ таблицы 5 позволяет сделать выводы:

-существует каскадный код с наибольшей эффективностью передачи данных (35,1,35)+ (16,8);

-увеличение длины кода способствует повышению помехоустойчивости и увеличению длины пакета исправляемых ошибок Т„.

Таблица 5 - Численные оценки помехоустойчивости

Параметры кодирования оч,, Кч, А,) * при —=0,5 п ¿о2 п=4 ¿о2 РЧ Рв V, дБ Т 1 п> дв. симв. 160

13,1,13 0,63 1,58 0,357 5-10"5 -16,6

0,9 1,25 0,23 5-Ю"7 -20,06 160

35,1,35 0,3 3,33 0,68 5-10"5 -14,89 512

0,4 2,5 0,58 5-10"7 -16,84 512

37,1,37 0,29 3,35 0,683 510"5 -15,46 544

0,39 2,55 0,582 5-10"7 -17,12 544

Разработана методика оценки помехоустойчивости ККД при мягком декодировании сигналыю-кодовой конструкции внутреннего кода, использующей избыточный {т > 1) сигнал с двоичной частотной манипуляцией. При этом получены:

- выражение, определяющее помехоустойчивость мягкого декодера для избыточного сигнала с двоичной частотной манипуляцией

Р9=/(^д,Рчп,т)при^д>0,\; (14)

- выражение для помехоустойчивости ККД, использующим избыточный сигнал с двоичной частотной манипуляцией

= "Ри Р* = А*я(15)

где Рчп - доля полосы рабочих частот, поражаемой помехами;

- численные оценки помехоустойчивости (таблица 6).

Таблица 6 - Оценки вероятностей Рд, Рв, Рт1 и к,

Параметры каскадного кода Избыточность сигнала, т С т Р 1 чп ря рв К,М,ДБ

(11,1,П,?=256)+(16,8) 1 12 6 0,45 0,3 5-Ю"5 -24,87

(3,1,3, д=256+(16,8) 2 6 3 0,45 3-1 о-3 5 • 10"5 -22,36

Сделаны выводы:

— целесообразно вводить двойную избыточность сигнала (т=2);

— введение избыточности в сигнал позволяет повысить помехоустойчивость и ослабить требования к избыточности внешнего недвоичного кода.

В заключении отмечается, что полученные новые выражения для статистических характеристик эффективных алгоритмов декодирования данных позволяют оценить помехоустойчивость систем телекоммуникаций с учётом КИД и разработать технические пред-

ложения по её повышению в условиях пакетирования ошибок. Сделаны выводы о достижении цели исследования и законченном решении поставленной научной задачи, имеющей важное значение для развития Единой сети электросвязи РФ.

Основные результаты и выводы

1. Разработана новая научная идея, заключающаяся в применении двоичного композиционного кодирования данных и их мягкого декодирования, что позволило значительно уменьшить требуемое отношение сигнал/шум (/£ < 2) на входе первой решающей схемы радиоприёмника и тем самым обеспечить повышение помехоустойчивости (не менее чем на 4 дБ) и требуемое значение КИД (не менее чем 0,9) в системах телекоммуникаций ДКМ диапазона.

2. Разработаны новые математические модели помехоустойчивых каналов передачи данных, которые позволили научно обосновать технические предложения по увеличению дальности радиосвязи (не менее чем в 1,22 раза) или снижению мощности радиопередатчиков (в 1,48 раза).

3. Разработана методика оценки помехоустойчивости алгоритмов корректирующего кодирования данных с учётом КИД декаметрового канала передачи, обеспечивающих энергетический выигрыш кодирования (мощность радиопередатчика можно уменьшить не менее чем в 3 раза) и исправление пакетов ошибок длиной не менее 500 двоичных символов.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

Статьи в рецензируемых научных журналах и изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России для публикации результатов диссертаций

1. ШмыринЕ.В. Статистический анализ воздействия импульсных помех на мягкое декодирование двоичных ФМ сигналов / Ю.В. Зеленевский, В.В. Зеленевский // Серпухов: Известия Института инженерной физики,- 2013. № 1.-е. 47-49.

2. Шмырин Е.В. Синтез недвоичных корректирующих кодов преобразованиями двоичных последовательностей Рида-Маллера / Ю.В. Зеленевский, В.В. Зеленевский // Серпухов: Известия Института инженерной физики, - 2013. № 2. - с. 30-39.

3. Шмырин Е.В. Эффективность преобразованных недвоичных кодов Рида-Маллера/ Ю.В. Зеленевский, В.В. Зеленевский // Серпухов: Известия Института инженерной физики, -2013. № 3.-е. 41-43.

4. Шмырин Е.В. Оценка параметров радиоканалов передачи данных с замираниями сигнала / Ю.В. Зеленевский, В.В. Зеленевский//Серпухов: Известия Института инженерной физики, - 2013. № 4. - с. 64-66.

5. Шмырин E.B. Имитационное моделирование оптимальных недвоичных декодеров / Ю.В. Зеленевский, В.В. Зеленевский, К.В. Савельев // Серпухов: Известия Института инженерной физики, - 2014. № 2. - с. 33-38.

Патенты на полезные модели и свидетельства на программы для ЭВМ

1. Шмырин Е.В. Декодирующее устройство / Ю.В. Зеленевский // Патент на полезную модель № 134378. Патентообладатель: МОУ«ИИФ» (RU). Опубл.: 10.2013 г.

2. Шмырин Е.В. Генератор кодовых комбинаций / Ю.В. Зеленевский, В.В. Зеленевский//Патент на полезную модель № 136604. Патентообладатель: МОУ «ИИФ» (RU). Опубл.: 01.2014 г.

3. Шмырин Е.В. Программа оценивания статистических характеристик декодирования недвоичных помехоустойчивых кодов /В.В. Зеленевский, A.B. Зеленевский//. Свидетельство государственной регистрации программы для ЭВМ №2014612398. Правообладатель: МОУ «ИИФ» (RU). Дата регистрации 25.02.2014 г.

4. Шмырин Е.В. Программа оценивания статистических характеристик мягкого итеративного декодирования двоичных композиционных кодов /В.В. Зеленевский// Свидетельство государственной регистрации программы для ЭВМ №2014616475. Правообладатель: МОУ «ИИФ» (RU). Дата регистрации 25.06.2014 г.

Другие научные статьи и материалы конференций

1. Шмырин Е.В. Структура имитационной модели оптимального недвоичного декодера и оценки характеристик декодирования / М.: Международная конференция «Радиоэлектронные устройства и системы для инфокоммуникационных технологий» - REDS -2014.-с. 56-60.

2. Шмырин Е.В. Метод линеаризации данных для оценки характеристик декодирования / Ю.В. Зеленевский // Сб. тр. VII Международная НПК «Информационные и коммуникационные технологии в образовании, науке и производстве». - Протвино,- 2013. - с. 93-94.

3. Шмырин Е.В. Недвоичные кодеры систем передачи данных/ Ю.В. Зеленевский // XII Российская НТК «Новые информационные технологии в системах связи и управления». - Калуга: НИИ телемеханических устройств. - 2013. - с. 93-95.

4. Шмырин Е.В. Оценка эффективности каскадных кодов с мягким декодированием в системах передачи данных / Ю.В. Зеленевский // Сб. тр. участников III Всероссийской НПК «Современное непрерывное образование и инновационное развитие». - Серпухов: МОУ «ИИФ».-2013.-с. 95-97.

Усл. печ. л. 1,0. Заказ № 76. Тираж 100 экз.

Отпечатано на полиграфической базе МОУ «ИИФ» Адрес: 142210, г. Серпухов, Моск. обл., Большой Ударный пер., д. 1а.