автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.16, диссертация на тему:Разработка математической модели цифровой информационной системы с учетом неидеальности функционирования аппаратуры для проектирования устройств оценки цифровых сигналов

НЕВВСКИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УННВВРСИТВТ

ал

На правах рукописи УДК 621.394: 681.333

КШИНОВ ОЛЕГ БОРИСОВИЧ

РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ЦИФРОВОЙ ИНФОРМАЦИОННО» СИСТЕМЫ С УЧЕТОМ НЕИДЕАЛЬНОСТН ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ АППАРАТУРЫ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ УСТРОЙСТВ ОЦЕНКИ ЦИФРОВЫХ СИГНАЛОВ.

Специальность: 05.13.18 - Применение ьмчислктелькой техники,

математического моделирования н математических методов в научных исследованиях.

лвторвфагаг диссертации на соискании ученой степени канднтата технических наук

Ихоэсх -1934

Работа выполнена с Ижевском государственном , техническом университете

Научный руководитель - кандидат технических наук,

доцент и.3. Климов

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

ведущий научный сотрудник В.И. Хииенко - доктор технических'наук, В.А. Хутергин

Ведучая организация - НИИ дальней связи

г. С-Петорбург

Эацига диссертации состоится " " Ф-еф&л? 19П4 г. /о ео

в (£ __ часов на заседании специализированного

Совета Д004.035.01 о Киевском государственном техническом университете.

<426868, г. Ихевск, уа. Студенческая -7),

С диссертацией можно ознакомится о библиотеке университета. .. • .

йв7оре$>арйТ разослан " ^ " _1994 г.

УченыЛ секретарь специализированного Соввта^^__

д.т.а., профессор В.И. Гольпфарб

.. ОЕЩЛЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Устройства оценки цифровых сигналов (УОЦС) являются одним иэ основных компонентов цифровой информационной системы. Воздействие различных внешних Факторов приводит к ухудаонию показателей качества таких устройств. Существующие нотоди повышения достоверности, в боль-анястве случаев, используют помехоустойчивое кодирование, пространственно-временное. разнесение сигналов и обратный канал. Упомянутые методы наиболее эффективны в сочетании с адаптацией. Иэ адаптивных систем наибольший эффект достигается в системах с информационной обратной связы?.

Имеется значительное количество работ, в которых разра-•ботанн и реализуются алгоритмы оцоикн(приома) по критерии минимума кодового расстояния между принятии сигналом н об- '. разом с использованием корректирующих кодов. Однако боль-ипнетво применяемое кодов разработаны для дискретного симметричного канала и неэффективны в нестационарных. несимметричных 1! обладающих память» ханалах. -

Сучествует вирокий класс информационных систем, в которых в силу реиаеких задач невозможно использовать обратный канал к длинные корректирующие коды. 3 частности, к таким информационным системам относятся комплексы сбора информации с автоматических метеостанций, расположенных в отдален-, ной гористой местности. Расположение датчиков требует для передачи информации.использовать КЗ диапазон радиоволн. При этом сигналы с объекте, исследования долган передаваться с больной достоверность». Рассматриваемый класс информационных систем характеризуется высоким уровней помех, что приводит к увеличению оыибок работы аппаратуры, которые следует учитывать при разработке алгоритмов оцекки сигналов. Поэтому необходима' разработка более эффективных методов приема к оценки сигналов, чем нзвостмме.

Показатели качества рзальньх устройств оцанхи цифровых. сигналов не совпадают с сна логичными показателям:! оптимальных алгоритмов, синтезируемых на основе применяемых моделей. Это связано с тем, что в большинства случаеь все известные модели являются моделями источника опивок, а не системы в

; целом. Вместе с тем, для анализа и синтезе оптимальных алгоритмов оценки сигналов необходима модель системы> учктываю-цей влияние аппаратуры н структуру используемого кода. Кроме того, известные модели не позволяют проводить синтез алгоритмов, учитывающих неидеалыюсть Функционирования аппаратуры, . т.к. отсутствует аналитическая запись процессов, протекающих в цифровых системах.

Таким образом, актуальной задачей является разработка математической модели и методов построения устройств оценки цифровых сигналов, учитывающих на стадии проектирования аппаратурные погрешности, особенности используемого кода и нестационарность канала.

Цель работы. Разработка математической подоли цифровой

информационной системы и синтез на ее основе реккурентных ал-

^ -

горитнов и устройств оценки цифровых сигналов, учитывающих аппаратурные погрешности, априорную неопределенность состояния системы и особенности используемого кода.

Для достижения поставленной цеди ставятся следующие задачи:

- построение математической модели цифровой информационной системы, учитывающей аппаратурные погрешности, ад-дитнание ошибки и особенности используемого кода;

- синтез реккурентных алгоритмов оценки цифровых сигналов, прошедших канал связи и определения их качества;

- разработка устройства, реализующего опткналыше алгоритмы оценки цифровых сигналов, с учетом иесгациоиарности какала связи и аппаратурных погрешностей;

- оценка влияния .»ппаратурких, погрешностей на качество . оцонкн цифрового сигнала;

- разработка средств исследования и измерения основный показателей качества приемника цифровых сигналов;

Предмет исследования. Предметом исследования является информационная цифровая система, характеризующаяся высоким уровнен помех, отсутствием обратного канала и нестационар-нреты1> состояния.

Иотоды исследовании. Методы основаны на использовании абстрактной алгебры, теории марковских процессов, аппарата разностные уравнений, заданных на алгебраических стуктурах. Правильно, ть теоретических выводов подтверждается иоделирова-

- э

ниом на ЭВМ и проверкой функционирования разработанной аппаратуры .

Научная новизна проведенных исследований эоклпчвотся в следующем:

'- разработана математическая модель цифровой информационной системы в виде разностных уравнений, заданных на алгеб- ■ раических структура);, учитывающих погрешности аппаратур», внешние помехи и структуру используемого кода;

- синтезированы реккурентнке алгоритмы оценки (приема) циф-' ровых'сигналов;

- найдены зависимости показателей качества синтезируемых алгоритмов от овибок аппаратуры;

- разработаны алгоритм оценки цифровых сигналов и алгоритм Фильтрации с предсказанием, с учетом измеккюцеЯс« во времени помехоаой обстановки и погревностей функционирования аппаратуры; •

- оценена помехоустойчивость предложенных УОЦС; •

Практическую ценность представляют:

- варианты аппаратурной реализации разработанных УОЦС, удо-легворяющие заданным требования* защиты от вмеынмх воздействий; * •

- адаптивная к помехоюой обстановке система синхронизации цифровых сигналов, минимизирующая ояибку измерения; устройств контроля качества, испельзуквио информационную последовательность для снятия априорной неопределенности по пом-аховой обстановке;

-имитаторы ожибок в цифровой информационной системе, обес-почиваяциэ гребуеную точность и быстродействие.

Реализация в промыялениссги. Разработанные модели и алгоритмы оценки цифровых сигналов использованы при рвзработхе .УСЦС радиостанции "Сльхсн" серийно выпускаемой АО "Сарапульский радиозавод".

Апробация работы. Основные ролозения диссертационной

работы докладывались на;

- 2*сй Республиканской конференции молодух у.чокых , посгягсенной 63-летию автономии УАССР < Ижевск, 1981 г.);

• - 3 и 4-ои Всесоюзном совещании молодых ученых и специалистов "Совершенствование устройств и методов поиема «

и передачи.информации" <Ростов-Ярославский, 1982,1884 г.);

- 3-ей Республиканской конференции " Автоматизация и механизация трудоемких процессов" (Устинов, 1384 г.);

- на Республиканской конференция "Молодежь Удмуртии-ускорению научно-технического прогресса" (Ижевск, 1987 г.>;

- научно-технических конференциях и семинарах Ижевского механического института (19К0-1892 г.)

Разработанные с участием автора, устройства оценки цифровых сигналов и устройства моделирования (имитаторы ) ошибок в канале неоднократно отмечались дипломами победителя Республиканского конкурса за звание "Лауреат премии НТО Удмургии" (1982-1987 г.)-

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 28 работ, в том числе 10 авторских свидетельств!

Структура и обьем диссертации. Работа состоит из вве-

дения, четырех глав, заключения и изложена на 104 стр. печатного текста, иллюстрируется рисунками и таблицами на 20 стр., приложения на 14 стр. и списка литературы из 87 наименований.

Содоряанне работы.

Во сведении показана актуальность диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследования.

В первой главе оцениваются возможности существующих моделей цифровых информационных систем а также алгоритмов н устройств оценки цкфрозых сигиаяов, синтезированных па их основе. Основные виды оыибок в цифровой информационной системо-аддитизкие ошибки »'ошибки цикловой синхронизации '(ЦС). Анализ показывает,что в известных.моделях ошибки циклопом синхронизации сведены :-: аддитивным-огибкан. Покааано, что такая трактовка ошибок в ряде случаев не отвечает действительности и для учета овибок НС необходимо нспользоза'гь более оба;ее преобразование. а именно гомоморфное преобразование векторов, заданных на группе. Делается вызол о том, что разрабатываемая модель должна удовлетворять следующим требованиям:

- учитывать основные показатели программно-аппаратных средств, используемых в проектируемых устройствах лриена;

- учитымть аддитивные оиибки, оииб*н цикловой синхронизации и отражать процесс наложения их на передаваемое

сообщение d соответствии с реальным механизмом их проявления;

• - давать возмохность синтезировать алгоритмы и структуры устройств оценки цифровых сигналов н определять зависимость их показателей качества от впевних факторов н основных характеристик аппаратуры;

- для минимизации программно-аппаратных затрат синтезированные алгоритмы оценки сигналов должны быть рокку-

.рентными;

- позволять рассчитывать параметры потока ошибок Р(п,п>. P(k,n,n);

Предполагается, что множество входных, выходных н шумовых сигпалов(векторов) в канале является элементами двоичной группы <0, © >'. Поэтому здесь к в дальнейвих расчетах рассмат-' риваются линейные блочные или групповые коды. - , •

Все выязсказанноо, позволило представить преобразование' сигналов в цифровой информационной системе в виде: ■ Xw*t<g)= A(k+l,k)Xh<8> О B(fe+i,k)Uk(a) Yk*iie)= HeCXh.xCg) ©D<k+t,k)Vk<S)l О © He[Xk(g) © D(k,U-l)Vn-i<e)J. где: А : - матрица переходов источника сообщения; В i ' - образующая матрица кода;

D - матрица переходов источника аддитивна* опйбок; . й - элемент группы; * .

X(fi) - входной вектор (вектор состояния системы); У(Й) - выходной вектор (вектор наблюдения системы); ' V<g) - вектор аддитивной помехи; ' . U(ß> - вектор возк/щениа системы: К к II - гомоморфны» отображения группы в соответствующие подгруппы, опнеквавяие возможные спибхн цикловой синхронизации; к - текущий момент времени;.

t -порядок сбог цикдевой синхронизации. При разрядности двоичного входного сигнала равной п. t= 0г<п-1>, ;

Для проверки адекватности введения ошибок цикгоеой синхронизации. ошибкам » конкретной системе, проведено моцелиро-.ванне системы цикловой синхронизации, испохьэушцей алгоритм . циклического поиска сигналов по критерию максимума коррел*-

- f. -

ции с базовыми сигналами. Сравнение по критерии результатов, моделирования (распределение вероятностей выходного сиг-

в

нала) для самосинхронизнруюцих кодоь без запятой, показали соответствие предложенного описания ошибок ЦС, ошибкам в конкретном устройстве.

Поставленные задачи решаются при следующих ограничениях*

1. Сходной и.вы^Ьдной вектор сообщения, а также вектор аддитивной помехи состоят из букв конечного алфавита, явля1эпегос>1 носителем группы <G, © >.

2. Вектора t модной Xu»i(g),-> выходной Yk*i<s) и помехи Vk-n(g)] являются векторами длины п.

3. В момент времьйи к= 0,1,2,... известны распределения » вероятностей вектора сообиепия Pki-i[X<g)] и помехи

Pfc-i[V(e)j Для любых e=(gi, ga,...йп) е G". Pk>i[X(g)J = ni P*[X(fi>3. Fk-xCV(g)] = По РкС7(й)] где: lu и Пв матрицы переходных пероятностей "источников сообщения и аддитивных ошибок

»

•а. Известна вероятность P[ot] сбоя цикловой синхронизации t-ro порядка t = 0,1,?.,..., (п-1 ). При сформулированных ограничения* вероятность наблюдаемого вектора ость сумма „

t . n-i - г-i

fo M j g 2?i -

rflai pH-M[j]=Pk4.1.[X(g)]*P^i[VCg)]=2IlPki:iCX<s)î Pk*i[V(r, © j>3î

' ' -

Рк[13=Ра[Х<«)З^Рк.1С7Св)3=2Рк<-5£>:<в>^ Pk-i[V(B © 1)3;

' ■ S*0 ' . "

j - множество значений для которых Mt(J)='f? , -

3 - множество значений для которых Ht(l>- £ © * - дискретная свортка на группа;

Разработана методика расчета основных параметров циф-роноЧ информационной системы с ошибками ЦС по распределен!!«! ьероятноста'г! оыходного Виктора fiv-i[Y(g)J. Зто вероятность правильного прийиа, вероятности приема комбинация, по которым можно обнаружить и исправить ошибку и т.д. ■ '

Для подтверждение адекватности модели реальному цифровому информационному ««налу и проверки правильности методики опре-ле'ния веро)!тности наблюдаемого вектора проведены расчеты ве-

роятности правильного приема в стационарнон симметричном начале дяя ряда блочных кодов по известным методикам, изложенном в работах Питерсона У.У..Финка Л.Н. и др. и по разработанной модели. Полученные результаты совладеют с извостннми, что говорит о целесообразности использования предложенной модели для синтеза устройств оценки, цифровых сигналов

Полученное аналитическое представление полпоЛ безусловной вероятности наблюдении выходного вектора сообщения позволило перейти к синтозу оптимальных алгоритмов и структур устройств: оценки цифровых сигналов.

Вторая глава посвящена разработке алгоритма.оцчнки цифровых сигналов, пропедешшо исследования показали целосообраэ-ьость использования критерия максимума апостериорной вероятности (МАЛ). Для сформулированных в первой глава ограничений и начальных условий, синтезирован алгоритм оптимальной обработки сигналов. Полученный алгоритм представлчн в виде сводки Формул: •

1. Модель цифровой информационной системы. Хк»1<8)= А(к+1,к)Хц(з) О В(к+1,к)ии(й) Ук-1(8>= Н»[Хи.1(е) © Г<к+],к)7н<й>] ©

© Не[Хи(г) © 0<к,к-1)Ук-1<3)].

2. Начальные условия.

Хо(я), ив<й>, \м«>, РоГХ(й)]', Ро[7<я>з, . РоСи<8)]..Ро[е,.]

3. Априорные данные. Р[Х(в)-У(в)] г р[ХСг)]-РСУ<й)1 ?[«(«>• V{я)] = РЩШЗ-Рта» Па, Па, По, Р[э*3 •

4."Вычисление апостериорного распределения вероятностей..

1-Х 2-Х

Ри.гСХ(а)/у<г)]=~-—.....................__„.•—

?1оь1 рк[1]

5. Критерий принятия репекия. ' л

Х<й)=Х(с1) для которого Р|£+хГХ(г1>/ТСв)3 максимальна. По полученному алгоритму разработана структурная ехэма приемника цифровых сигналов н оценена его помехоустойчивость. Помехоустойчивость определялась для хакчла связи, обяадавдо-*

- е -

го памятью vi »«¡стационарностью. Источник сообщения, согласно модели, является марковским, о значит полностью определяется матрицей переходных вероятностей Па и начальным распределением Ро[Х]. Для определения установиспегося значения вероятности правильного приема расчеты проводились для марковского источника сообщения, заданного матрицей фиьалышх вероятностей. ' • .

Анализ алгоритма и его помехоустойчивости позволяет сдо- , яать вывод о том, что синтезированный алгоритм при достаточ- . ной простоте в реализаций не обеспечивает достижения верхней границы помехоустойчивости,. Особенно значительна разница в помехоустойчивости в диапазоне вероятностей ошибки в символе Pv=3,l f Э.5, наиболее характерных для решаемых задач» Так, для дискретного симметричного канала максимальная раз- . нссть равна й,53 при вероятности оянбки в символе Pv=0,4 .

Для повыаения помехоустойчивости разработан алгоритм Фильтрации с предсказанием (4>СП), позволяющий уменьшить разницу 'междуверхней границей помехоустойчивости и помехоустойчивость» предложенного алгоритма. Оптимальная оценка в алгоритме ФСП определена как иода апостериорного распределения вероятностей омибки предсказания . Это вызвано тем, что распределения Х(2) и Y<g) не являются гауссовыни и могут быть несимметричны. Г, этом случае теорема Оермача о выполнении трсбосг- . иип симметричности и выпуклости функции не выполняется и исподьзоиать известные процедуры формирования оптимальных оценок не представляется возможным.

Полученный алгоритм Фильтрации с предсказанием представлен в сиди сводки формул: ■ ,

1. Кодель цифровой информационной системы.

- Xk-i<a>= А(к41,к)Хц<й) © Q(k+l,k)UH<g)

ïk.i(i): HsEXk-i.<tf) © D(K+l,k)Vk(g)] © О Ht[Xkig> © D(k,k-l)Vu-i<g)').

2. Начальные условия.

x«(g), Uo<ß), Vo(e), Po[x<e)-j, PoCV(g)], Potu<g>],

Po[et], Xo(s)=Xq(3), Po[ii<g)^=Po[X(g)]

3. Априорные данные.

P[«,l)'V(g)] PCX<g)].P[V(g)]

. peu -!)>V(g;] = Р{и<е)].Р[У<£» •

Па, Пи. Пи, P£e6J

- о -

4. Критерий оценивания. *

f| л/

где: у[Fk^iCci/ïk-i-xxkfi;)]- нода апостериорного

распределения вероятностей ошибки предсказания;

' "' • 5. Навязка измерения.

- ~ п — ■

Yk~i/k<tf)- Ht[Fk-i(e) © D<k+l,k)Vk(,|>] 0

© WtISutfi) © »{k.k-DVk-KiOb

n Л

гдо: Fk«-i<S)-[Xu-n(iJ> © Xin i/кСй)] - ошибка предсказании

в (к»1) момент;

<р л

Fu(iî)=rXi.<g) © Xh/kCs)] - окибка Фильтрации .

в к момент;

б. Апостериорное распределение вероятностей ошибки , предсказания :

& л -V , Pu-к i С F< ci >/Y( й> 3 —-p-...........--------------------------------

t-o j t A

ГДО: Pk-»iCj]=Pk*ifX<.i)3 »• Pu.i/k[Xte;3 * Pk«-i[V(;ï)3;

PuCl]=Pk[X(c)3 Рк/йГХ(Й)3 * Pu£V<g>3;

разработана структурная схема устройства оценки цифровых сигналов и оценена его помехоустойчивость . Опре-дочонэ поко:сс.-гстойчивость алгоритма «ЗП при повтора сообщений. Найден проиг-зыи полученных результатов относительно верхней потенциально ;0стнл!1М0й границы помехоустойчивости. Максимальный проигрш« ю вероятности составляет 0.53 для оценки сигязд^п по критерии !АВ, для ФСП - 0,45 , для ФСН о попторон - 0,30.

РаЪцчнгаш вероятности правильного лриьма, для грунпови* :одос с прозс-ркой на четность, в зависимости от шага нредска-ания при различных вероятностях оишбкн h сикяола.

. В третьей глава проседэнс исследование илкгшмп аппара-урних погрешностей на показатели чячестеа алгоритмов оценки ифровых сигналов. Синтезированные в предыдущих разделах лл-оритны предполагает известным распределение вероятностей тнбок з канале. Г> реальные условиях тш:оо -распределение не звастно. Для раскрытия априорной'неопредеяеипойти предло-ей анализатор качества канала связи (ЛККО), основашшй кя цепко относительного веса информационной последовато.*:! нооти

на заданном интервале времени.

Точностные характеристики АККС (статическая к динамическая погрешность) определены модолированиэм на ЭВМ алгоритма функционирования АККС.

Получены следующие результаты; *

- погрешность определения вероятности ошибки » символа от обьема иыборки. Так, при Fv=D.2 для генеральной совокупности, увеличение обьема выборки с 25 до 100 кодовых посылок, уменьшает погреаность определения k>v с 40« до 13Х;

- ргаакцил АККС (т.е. зависимость Р-» > на лин&йнсе и ступенчато а изменение в измеряемой иумовой последовательности при различных скоростях изменения;

- максимальное значение устансвиваейся динамической ошибки от скорости замираний;

- погрешность определения помехоустойчивости в зависимости от погрешности АККС. Так, при =0.2 и погрешности ее определения 20Х, оииска в определении вероятности правильного приема не превышает 12X;

Для оценки влияния цикловой синхронизации (ЦС) на показатели качества синтезированных алгоригнои разработана система, ' реализующая метод выделения синхронизирующей последователь-. ностк из информационного сигнала. В систеиэ используется метод циклического поиска и последовательный способ получений, хранения и обработки сигналов. Для снижении вероятности сбоя, в разработанной системе ЦС для самосинхронизируемых кодов, введены два контура адаптации к помеховоА обстановке. Адаптация вводится по параметру U (инерционность или величина-подтверждений цикловой синхромотки ) и по параметру F (количество совпадающих признаков принятого и базового секторов). Величины U и F в система ЦС управляйте« сигналами АККС .

Для разработанной система ЦС предложена методика опредо-,

лення основных параметров: вероятность сбоя и вероятность

■ ■ ' ■ - • ■

вхсадйния в синхронизм. Оценена помехоустойчивость системы ЦС и получены зависимости вероятности ахохденил в синхронизм через заданное число кодовых посылок для различных Pv, U, Определены рэгулирогочные характеристики по параметрам U и F, дакчцкэ наилучпую помехоустойчивость системы ЦС для заданной пемехойой обстановки. Бнигрыз по вероятности достигает 0,096

в диапазоне Pv=0,1-0,4.

Нсследсзаниэ влияние система тактовой си»хроинзации(СТС). lia помехоустойчивость синтезированных алгоритмов оценки цифровых сигналов проводилось для регистрации методом стрсбиро-ванил н интегрирования. Анализ показал, что при изменении погрешности СТС на 4% относительное увеличение ошибки регистрации символа для интегрального метода превышает ошибку регистрации для метода стробирования в 3,7.раза." Полученные результата позволяют для, заданной вероятности ошибки з символе определить требования к погрешности системы тактовой синхронизации.

" В четвертой главе проведена разработка и ькспорименталь-ное исследований устройств оценки цифровых сигналов. Устройство оценки реализовано программно-аппаратный способом и используется в радиостанции "ОЛЬХОН", серийно выпускаемой АО "Сара-ПульскнЯ радиозавод".

Устройстпо спрооктнровамно на основании синтезированного ио второй глава алгоритма оценки цифровых сигналов по критерию МАВ и служит для приема сигналов, представлявших собой ограниченный набор пространственно-яреношам: матриц при использовании самосннхронизируюцего кода без запятой. УОЦС состоит из анализаторов качества параледьных каналов, устройств тактовой и цикловой синхронизаций, дош'Фр&торой букв и слов и блока выделения максимума. Параметры анализатора качеств канала святи, систаи тактовой'и .цикловой синхронизации, входящих в УОЦС, выбрани исходя из результатов, полу-, ченних в третьой главе. Бромп алгоритма сценки одной кодовой посылки на КС 0507.С5 составляет 17Г9 кксек., что.позволяет -обрабатывать информацию, передаваемую со скоростью до 5Í33 бод.

рапраеотшш оригинальные анализаторы качества канала для раскрытия Априорной неопределенности по кэроятноптн оиибки в символе и для управления парлметрамн системы щ<г.лозо(; синх-рончзации. Предложены АКХС, при разработка которых ставились следующие цели:

- уменьшить аппаратурные затратм, при сохранении Функциональных возмсхмостей;

- оЗоспочить выдачу информации о качества кьнала по эа-

• данной длимо выборки о реальном масштабе* времени i

С учетом ¡»¡досказанного разработан вариант АККС, позволяющий определять вероятность oiuiiCkü в символ«, при задан-

них допусках ¿л Р*. Анализатор позволяет определять также замирания и эабитня в канале для управления системой ЦС.

Разработал АККС в котором'информация о качестве канала * корректируется в зависимости от входного канала. Коррекция ■ осуществляется со скоростью передачи, что обеспечивает принятие решения о качестве канала в реальном масштабе времени.

Для исследования и проведения испытаний устройств оценки цифровых сигналов разработан алгоритм Формирования информационной марковской последовательности в соответствии *с урав- -нонисы состояния разработанной математической модели цифровой информационной системы. Наиболее распространенной моделью имитатора ошибок является марковская модель, содержащая Q источников ошибок, различающихся численными значениями пара- . метров модели, выходы которых коммутируются на входную лику источником марковского процесса. Основной ео недостаток сложность е реализации. В работе предложен имитатор, позволяющий сократить аппаратурные затраты примерно в Q раз, при , сохранении точности задания статистических пзранеров.

Сокращение затрат происходит за счет замени Q источников ошибок пороговой сумматором, датчиком случайных чисел и блоком памяти, сложность которых эквивалентна сложности одного источника опибок. Использование порогового суммирования позволяет получить поток озшбок, статистика которого полностью определяется матрицей условных вероятностей ошибки в символе, . записанной в блохе памяти имитатора, а последовательность вы-уора состояния - матрицей переходов генератора марковской последовательности.

На этой основе разработаны имитаторы с расширенными Функциональными возможностями. Они позволяют моделировать не только аддитивные сшибки, но и ошибки цикловой синхронизации, которые проявляются в выпадании (или вставках) символов из - информационной последовательности, несимметричность и ошибки ' в многоканальных системах передачи данных.

Для проверки точности предложенного имитатора с сшибками сихронизации били проведены испытания его. программного варианта для восьми состояний канала путем моделирования на 'ЭВМ. Сопоставление результатов моделирования с реальными экспериментальными данники по критерию X' [J^=23,8 при </(JC?)=0,2r0,3] ' указывает.на целесообразность использования его для проведе-

пня исследований устройств оценки цифровых сигналов.

В заключении приведены результаты испытаний УОЦС для пространственно-временного кода без запятой в зависимости от. вероятности ошибки в символа. Сраьчегие экспериментальные результатов с расчетными» получекныни во второй главе, показывает, что предложенная реализация устройства оценки циф-розих сигналов обеспечивает помехоустойчивость близкую к теоретической. . .

В приложениях приведены алгоритм ФСП длп Гауссова приближения, 'тексты программ длп реализации алгоритмов оиенки цифровых сигналов и. акты внедрения результатов работы.

Основные результаты рабстн.

1.Разработана математическая модель цифровой информационной системы, учитывающей аддитивные ошибки и.моидеадьность Функционирования аппаратуры в вида системы разностных уравнений, заданных на алгебраических структурах. ^

2. Синтезированы оптимальные алгоритм оценил: цифровых сигналов И алгоритм фильтрации- с предсказанием. Скктезнровпн-ныэ алгоритмы учитывают ошибки цифровой системы погрешности аппаратуры к статистические свойства источника сообщения. '

3. Оценена помехоустойчивость полученных алгоритмов оцын-ки для различных каналов (капал с памятью, нестационарный хи-мал). Показано, что алгоритм ФСП позволяет приблизиться к потенциально достижимой границе помехоустойчивости кодсп.

4. Определено влияние аппаратурных погрогмостой осног-ных блоков на показатели хачостса алгоритмов оценки. Полученные регулировочные характеристики позволяют повысить помехоустойчивость алгоритмов оценки.

, 5. Разработано устройство оценки цифровых сигналов, реализующее еннтозированкыо алгоритмы. Оценка его помехоустойчивости показала целесообразность использования разработанного ■ устройства в егшаратур-э связи.

в. Разработаны средства исследования устройств опенки цифровых сигналов и анализа качества цифровой информационной системы, требующие меньших программно-аппаратных средстг, ием известные:

- имитаторы, позволяющие моделирсьать с заданной точностью

различные виды ошибок как в одиоканальных, так и многоканальных системах; , - анализаторы качества канала, позволяющие определять состояние канала в реальном времени;

*

Новизна технических решений основных блоков устройства и - устройства в целом, а также средства исследования защищены 18 авторскими свидетельствами.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТКМВ ДИССРТАЦИН.

1. Юминов O.E. Источник ошибок дискретного канала связи // Тезисы докладов 2 Республиканской конференции, посвященной 60-леткю автономии УАССР. - Ижевск, 1881. - с. 119-120.

2. Юминов О.Б., Хворенков В.В. Прием*информации с учетом характеристик канала связи // Тезисы докладов 3 Всесоюзного совещания-семинара молодых ученых "Совершенствование устройств и методов приема м передачи информации".- Ростов-Ярославский, 1962. - с.82-ез.

3. Хворейков В,В.. Юминов о.Б. Алгоритм последовательной обработки сигналов //Тезисы докладов 3 Всесоюзного совещания-семинара молодых ученых "Совершенствование устройств ' и методов приема м передачи информации".- Ростов-Ярославский,

, 1982 - С.71. '

4. SUhmob И-3.7 Юминов О.Б. Имитатор ошибок с заданными статистическими характеристиками // Техника средств связи. ' м.; 1Р§В. - ЗЫП.З. - С.81-06.

5. Юминов 0.5. Нодель источника ошибок цифрового канала связи // Тезисы доклядоэ з Республиканской конференции иоло- . дых ученых "Автоматизация и механизация трудоемких процессов".

- Ижевск, 1Ö84. - с.01.

С. Иминов 0.5. Моделирование многок&нальностк // Тезисы докладов 3 Республиканской конференции молодых ученых "Авто- . матизация и механизация трудоемких процессов". - Ижевск, 1984.

- с.01-92. . •

7. Юминов О.Б.' Модель цифрового канала связи с ошибками синхронизации // Тезиса докладов Республиканской научно-практической конференции. Часть 2. - Ижевск, 1887.- с.99-100.

0, Айэикэвич А.А., Пкинов О.Б. Определение статистических параметров цифрового канала связи с овибкани синхронизации //

Методы вычислительного эксперимента в инженерной практике. -Ижевск. 1892. - Вып.1. - с.14-19.

..9. A.c. 007312 (СССР). Имитатор дискретного канела связи / Климов Н.Э., Хворенков D.D., Чувашов A.M., Юминов О Б

- Опубл. D Б. !1., ■ 1981, N 7,

t ■

1й. A.c. С42827 (СССР). Имитатор дискретных каналов связи / Климов Н.Э., Хворенков В.В., Чуваков a.m., Юминов O.E. • Опубл. в Б.И.. 1981, N 24.

11. А.с 919104 (СССР) Устройство контроля кг.нала овязи / Цыркин D.H. .Климов Н.Э.,' Евсеев ¡0. П., Парков И.И., Юминов О.Б.

- Опубл. о Б.И., 1982, Н 13.

12. A.c. 928774 (СССР) Устройство для регенерации м юго-канальной синфазной дискре1Н0й информации / Евсеев Ю.К., Климов И.Э..Юминов О.Б., Цыркин В.Н. - Опубл. В БИ.,1982, К 17.

13. A.c. 93447S (СССР), Имитатор дискретного канала связи с оиибками синхронизации / Юминов О.Б., Хворанкэв В.П., Климов И.З., и др. - Опубл. в П.И., 1982, Н 21.

14. A.c. 351310 (СССР) Имитатор дискретного канала связи / Вминов О.Б., Климов И.З., Парфенов н.П. - Опубл. в Е.¡(.., 1G82, И 30.

15. A.c. 984992 (СССР) Устройство для контроля кнчестьа канала связи / Парфенов Н.П..Климов Н.Э., Пмннов О.Б. - Опубл. в Б.П., 1962,' И 37.

1в. A.c. 984851 (СССР) Имктатор дискретного канала связи / Юминов О.Б., Климов Н.Э., Парфенов Н.П. - Опубл. в 5. И., 1982, В 37 .

17. 'A.c. 086895 (ссбр). Устройство декодирования пространственно-временного кода / йминов О.В., Климов И.З., Парфенов Н.П. и др. - Опубл. в БИ., 1902, В 33.

10. A.c.1075287 (СССР) Имитатор дискретного канала связи / Юминов О.Б., Климов Н.Э., Маркоз H.H.- Опубл. и БИ. , 1S04, 11 7.

'19. л.с. 11284Ш (СССР) Анализатор качества канала / йминов О-Ъ., Климов ¡1.3. - Опусл. в БИ. , 1984, К 45. •

20. A.c. 1425702 (СССР) Имитатор несимметричного дискретного канала связи / Вшшов О.Б., Климов Н.З., Бойченко U.K.

- Опубл. 3 БИ.. 3 968, «35.

21. A.c., 1432701 (СССР) Анализатор качеств канала / дэвин С.З., Марков U.M., Юмшюв О.Б,- Опубл. в БИ., 1У86, N 'jO.

22. A.c.- 1*51868 (СССР). Устройство декодирования простран-

- IS -

ст*енно-вре:шиного кода / Кминов О.Б., .Климов И.З., Ирисов М.В.

- Опубл. в БИ., 1900, HI.

23. A.c. 1543554 (СССР) Устройство длк контроля качиства кснаха связь / дэнин C.B., Марков М.М., Климов Н.Э., Юминов о.G

- Опубл. в БИ., 1Р30, не.

24. A.c. 1550501 (СССР) Генератор п-свяэкой марковской , последовательности / Шинов О.Б., -Крисов И.В., Дзнич С.Б.

- Опубл. в БК., 1Ö93, H 10.

25. A.c. 1555076 (СССР) Устройство для контроля дискретного канала / Дяюин C.B., Марков М.Н., Климов И.З., Юминов O.E.

- Опубл. в БИ., 1&93.Н 13. .

26. A.c. 1713119 (СССР) Анализатор качества канала / Юни-HOB О.Б., Дзмин C.B. - Опубл. в БИ., 1992, H 6.

Подписано в печать 25.12.03. Формат ССхС4/16 Уч.-изд. л.0,93. Тираж 100 экз. Заказ Н А^.?' Редакционно - издательский отдел Ижевского государственного технического университета. Ротапринт ИГТУ

Адрес университета и ротапринта: 426СВ9, Ихевск, Студенческая ул., 7.