Содержание к диссертации
Введение
1 Проблемы авиационной цифровой электросвязи и пути их решения 15
1.1 Авиационная электросвязь как объект интеграции услуг 15
1.2 Характеристика системы радиосвязи ВС их свойства и особенности
1.2.1 Системы ВЧ-диапазона 21
1.2.2 Основные направления развития авионики воздушных судов гражданской авиации на базе ОВЧ-диапазона 24
1.2.3 Авиационные спутниковые системы связи, их достоинства и недостатки
1.3 Оценка эффективности функционирования существующей сети авиационной радиосвязи декаметрового диапазона на основе прямых каналов 28
1.4 Оценка эффективности применения сети взаимосвязанных пространственно-разнесенных радиоцентров ретрансляторов 35
1.5 Направления совершенствования систем обработки данных на базе когнитивных принципов 38
1.6 Выводы по главе 44
2 Модели формирования мягких решений символов двоичных и недвоичных избыточных кодов 45
2.1 Постановка задачи 45
2.2 Модели формирования мягких решений символов в системе с двоичной модуляцией 46
2.3 Модели формирования оценок надежности символов недвоичных кодов 53
2.4 Использование моделей распознавания образов в процедуре выработки оценок символов недвоичных кодов 64
2.5 Выводы по главе з
3 Исследование методов декодирования двоичных кодов на основе упорядоченных статистик
3.1 Классификация методов мягкого декодирования двоичных кодов 75
3.2 Принцип исправления ошибок декодером на основе упорядоченной статистики 79
3.3 Разработка структурной схемы декодера и описание его работы 91
3.4 Выводы по главе 100
4 Методы мягкого декодирования недвоичных кодов рида – соломона в системе каскадных кодов .
4.1 Повышение эффективности декодирования по упорядоченным статистикам 101
4.2 Декодирование кодов РС по упорядоченной статистики 104
4.3 Сравнение количества операций сложения при декодировании по алгоритму Берлекэмпа-Месси и на основе упорядоченной статистики 118
4.4 Списочное декодирование кодов РС 121
4.5 Выводы по главе 125
Заключение 126
Список использованной литературы
- Основные направления развития авионики воздушных судов гражданской авиации на базе ОВЧ-диапазона
- Модели формирования оценок надежности символов недвоичных кодов
- Принцип исправления ошибок декодером на основе упорядоченной статистики
- Сравнение количества операций сложения при декодировании по алгоритму Берлекэмпа-Месси и на основе упорядоченной статистики
Введение к работе
Актуальность исследования определяется возрастающими
требованиями к системе дальней авиационной электросвязи на базе радиосредств декаметрового диапазона волн, которые в современных условиях наряду с голосовой связью все шире используется для организации обмена оперативными данным. Это вызвано увеличением парка авиационных средств, повышением протяженности маршрутов по океаническим трассам и по маршрутам приполярных широт, увеличением длительности беспосадочных перелетов, требованиям к резкому снижению временных затрат по доставке запасный частей и выполнением на этой основе оперативного технического обслуживания воздушных судов (ВС). Важность исследования подчеркивается необходимостью совершенствования систем двойных технологий.
Основные направления совершенствования современных и развития
перспективных цифровых систем связи декаметрового диапазона обусловлены
методами, направленными на повышение спектральной и энергетической
эффективности таких систем. Известно, что раздельно каждое из указанных
направлений характеризуется своими асимптотическими параметрами, но
одновременное достижение предельных значений этих показателей
эффективности оказывается невозможным. Поэтому поиск приемлемых
компромиссов при оптимизации указанных характеристик и режимов
функционирования цифровой радиосвязи декаметрового диапазона волн
приобретает особую актуальность. Наиболее действенными из допустимых
решений являются использование мягких методов декодирования двоичных
кодов и совместное применение сигнально-кодовых конструкций в системе
недвоичных помехоустойчивых кодов. Это позволяет не только уменьшить
мощность передающих устройств с одновременной оптимизацией
использования ограниченного частотного ресурса, но и решить задачу снижения сложности вычислительного процесса.
В настоящее время прослеживается устойчивая тенденция перехода от алгебраических методов декодирования помехоустойчивых кодов к более эффективным алгоритмам их обработки на основе итеративных преобразований и неалгебраических методов обработки данных, вплоть до попыток применения для их реализации нейросетевых базисов и когнитивных подходов. Это обеспечивает устойчивый процесс оптимизации технологий передачи данных
по сетям, в смысле роста их пропускной способности, поскольку переход от канонических алгебраических приемов повышения достоверности данных к мягким методам обработки принятых данных способствует повышению производительности дорогостоящих сетевых компонентов.
Степень разработанности темы. Методы повышения достоверности данных в системе авиационной электросвязи декаметрового диапазона активно разрабатывались Головиным О.В., Игнатовым В.В., Семисошенко М.А., Прохоровым В.И., Шаровым А.Н. применительно к технологиям двойного назначения. Определенный вклад в развитие данной предметной области внес Назаров С.Н., раскрывший особенности применения цифровых систем связи в гражданской авиации, за счет синтеза гибридной сети связи. В работах этих авторов применение средств помехоустойчивого кодирования рассматривалось в общих чертах без детализации особенностей мягких методов декодирования, как двоичных, так и недвоичных кодов.
Цель диссертационной работы является повышение энергетической эффективности систем обмена данными авиационной электросвязи на базе радиосредств декаметрового диапазона волн на основе новых алгоритмов мягкого декодирования избыточных кодов.
Для достижения цели решаются следующие задачи:
1. Анализ и выбор оптимальных схем помехоустойчивого кодирования,
удовлетворяющих потребностям современной авиационной электросвязи
декаметрового диапазона волн для обеспечения требуемого уровня
достоверности данных, обрабатываемых в режиме реального времени.
2. Обоснование и разработка алгоритмов неалгебраического
декодирования по спискам систематических недвоичных блоковых кодов на
базе вычисления признака кластера и формирования на этой основе списка
наиболее вероятных комбинаций, подлежащих дальнейшей обработке
декодером. Получение сравнительных характеристик для рассмотренных
методов, оценка возможности реализации.
-
Разработка численных методов формирования оценок надежности символов недвоичных кодов (НДК) для эффективной реализации методов мягкого декодирования таких кодов. Проверка статистических свойств оценок с использованием имитационных моделей каналов связи, характерных для декаметрового диапазона (ДКМ) авиационной электросвязи.
-
Исследование методов итеративных преобразований в структуре произведения кодов заданной размерности с системой синхронного накопления данных, а также в системе защиты символов номера кластера при использовании НДК.
-
Оценка на основе математического моделирования потенциальных возможностей предложенных алгоритмов декодирования многомерных произведений кодов с использованием целочисленных индексов мягких решений в условиях применения каналов связи ДКМ.
Объект исследования. Объектом исследования данной диссертационной работы является системы передачи данных авиационной электросвязи
декаметрового диапазона волн, работающей в режиме реального времени с заданным уровнем достоверности.
Предмет исследования. Алгоритмы мягкой обработки помехоустойчивых кодов с низкой сложностью реализации декодера.
Научная новизна исследования.
1. Предложен подход к решению задач повышения достоверности данных
передаваемых в системе декаметрового диапазона авиационной электросвязи,
учитывающий возможности многомерных кодовых конструкций, позволивший
эффективно сочетать мягкие методы декодирования с системой итеративных
преобразований двоичных и недвоичных кодов.
2. Разработана новая концепция выработки оценок надежности символов
недвоичных кодов по результатам обработки двоичной информации в
непрерывном канале связи для эффективной реализации методов мягкого
декодирования таких кодов.
3. Предложен и исследован метод перестановочного декодирования
двоичных избыточных кодов, учитывающий передовые технологии построения
перестановочных декодеров двоичных кодов с применением элементов
когнитивной обработки данных и позволивший существенно снизить время
обработки принятых кодовых векторов
4. Предложен метод неравновесной защиты номеров кластеров в системе
списочного декодирования НДК адаптивных систем обмена данными,
обеспечивающий надежную защиты номера кластера в системе списочного
декодирования комбинаций НДК.
Теоретическая и практическая значимость работы
Теоретическая значимость исследования заключается в строгом
обосновании метода разбиения пространства кодовых комбинаций любых
линейных помехоустойчивых кодов на кластеры, номера которых
упорядочиваются лексикографически. При этом комбинации всех
образованных кластеров подобны комбинациям базового кластера с номером ноль через систему ключевых кодовых векторов известных приемнику априори. Это позволяет осуществлять мягкое списочное декодирование линейных кодов с использованием единственного списка, а разработанные на этой теоретической основе алгоритмы обладают простой реализацией и могут быть применены при модернизации современной и разработке перспективной авиационной электросети реального времени.
Методология и методы исследования. Для решения поставленных задач
и достижения намеченной цели использованы методы системного анализа,
математического моделирования, теории вероятности, теории информационных
систем, численные методы, а также методы программирования.
Математическое моделирование производилось с использованием пакетов прикладных программ Mathcad и MATLAB.
Положения, выносимые на защиту:
1. Новые модели формирования индексов надежности символов НДК в системе каскадных конструкций или произведения кодов с заданной размерности.
2. Доказательство базовой теоремы о преимуществе перестановочного
декодирования двоичных блоковых кодов относительно иных схем мягкой
обработки подобных кодов.
-
Новый алгоритм перестановочного декодирования двоичных блоковых избыточных кодов с применением элементов когнитивного подхода к обработке данных процессором приемника при оценки линейности переставленных матриц кода и формировании порождающих матриц эквивалентных кодов в систематической форме.
-
Сокращенный алгоритм итеративных преобразований данных в системе их синхронного накопления при обработке произведений кодов размерности 3D.
Результаты диссертационных исследований по исследованию
комплексных методов и алгоритмов повышения достоверности данных в системе авиационной электросвязи декаметрового диапазона использованы в организациях:
1. Авиакомпания «Волга-Днепр».
2.Ульяновском институте гражданской авиации имени Главного маршала авиации Б.П. Бугаева – при внедрении в учебный процесс по специальности курсантов (студентов) 25.05.05 – Эксплуатация воздушных судов и организация воздушного движения, специализаций: 25.05.05 .01 – Организация летной работы и 25.05.05.02 – Организация использования воздушного пространства.
3. Ульяновском государственном техническом университете – при внедрении в учебный процесс по направлению 11.03.02 в курсах «Общая теория связи» и «Теория кодирования и защиты информации».
Основные положения и результаты работы докладывались на следующих
конференциях: научная сессия РНТО РЭС им. Попова, посвященная Дню
радио, г. Москва (2010, 2011, 2012); Международная научно-техническая
конференция «Радиолокация, навигация, связь» – RLNC, г. Воронеж
(2011,2012,2014,2016); Международный научный молодежный форум
«Университетское образование: традиции и инновации», г. Ульяновск (2010);
Международная научная конференция студентов, аспирантов, молодых ученых
«Научный потенциал студенчества в XXI веке», г. Ставрополь (2010);
Международной научно-практической конференции «Проблемы подготовки
специалистов для ГА и повышения эффективности работы воздушного
транспорта», г. Ульяновск (2010-2012); Всероссийском конкурсе научно-
исследовательских работ студентов и аспирантов в области технических наук в рамках Всероссийского фестиваля науки, на конкурсе молодые ученые транспортной отрасли, г. Москва (2011).
Результаты работы опубликованы в 32 печатных трудах, в числе которых 6 статей в журналах, входящих в перечень ВАК, 26 трудов и тезисов докладов на Международных и Всероссийских научно-технических и научно-практических конференциях.
Вклад автора в разработку проблемы. Во всех работах и в том числе совместных работах по теме диссертации автору лично принадлежат постановка задачи и основной вклад в разработку новых алгоритмов
декодирования помехоустойчивых кодов и методов их реализации. Результаты данной диссертационной работы соответствуют пунктам 2, 8 и 10 паспорта специальности 05.12.13.
Структура, объем и содержание работы
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и 2 приложений, основной материал изложен на 136 страницах, списка использованных источников из 105 наименований. Диссертация содержит 32 рисунка и 17 таблиц. Общий объем диссертации 150 страниц.
Основные направления развития авионики воздушных судов гражданской авиации на базе ОВЧ-диапазона
В «Федеральном законе «О связи» (126-ФЗ)» определено, что единая сеть электросвязи Российской Федерации (РФ) состоит из расположенных на территории РФ сетей электросвязи, которые делятся на категории [3, 70]: - сети связи общего пользования (ОП); - выделенные сети связи; - технологические сети связи, присоединяемые к сети связи ОП; - сети связи специального назначения и другие сети связи для передачи информации при помощи электромагнитных систем.
В ходе реформировании экономики РФ некоторые из названных сетевых структур перешли в собственность акционерных обществ, обеспечивающих в современных условиях нужды соответствующих отраслей, что вызвало к появлению термина «корпоративные сети связи», который закрепился в современной литературе по описанию ряда сетевых структур [35, 47, 52]. Как правило, под корпорацией понимается объединение различных бизнесов с общим финансовым контролем и главной задачей любой корпорации является получение прибыли [52, 63]. Из редакции закона «О связи» [70] становится ясно, что законодательно термин «корпоративные сети» в настоящее время формально выведен из употребления. Однако подобные сети являются яркими представителями интеграции телекоммуникационных систем с широким представлением телематических услуг и именно подобные сети определяют материальную основу эффективного управления бизнесом. Корпоративные сети в рамках новой терминологии можно отнести либо к технологическим, либо к выделенным сетям связи, поскольку и те другие допускают взаимодействие с зарубежными партнерами, что важно для организации внешних авиационных перевозок. Основной особенностью авиационной электросвязи (АЭСВ) является широкое использование радиосредств для связи многочисленных диспетчерских, навигационных и информационных служб, служб обеспечения безопасности полетов, регламентно-технических групп и различных сервисов с экипажами воздушных судов (ВС), находящихся в полете или в движении при рулении в зоне аэропортов [6, 29]. Сеть гражданской авиации в настоящий момент представлена отдельными, экономически самостоятельными предприятиями, обслуживающими телекоммуникационное оборудование и каналы связи передачи аэронавигационного трафика на основе протоколов передачи данных, установленных International Civil Aviation Organization (ICАО). В тоже время, новые достижения науки и техники позволяют организовать на корпоративных сетях новые дополнительные услуги связи, за счет увеличения эффективности использования существующего, а также внедряемого нового оборудования и каналов связи, что является экономически целесообразным и служит дальнейшему развитию авионики. Корпоративная сеть гражданской авиации в первую очередь предназначена для передачи служебной аэронавигационной информации [52, 63].
Целями модернизации авионики являются: - обеспечение перехода к перспективной Аэронавигационной системе; - внедрение систем связи, навигации, наблюдения/ организации воздушного движения (Communications, Navigation, Surveillance/ Air Traffic Management (CNS/ATM)), основанных на широком использовании спутниковых технологий, цифровых линий передач данных; - существенное повышение безопасности полетов, эффективности аэронавигационной системы, пропускной способности воздушных трасс; - снижение эксплуатационных расходов авиакомпаний. При этом ожидается: - повышение уровня безопасности воздушного движения; - повышение пропускной способности воздушного пространства; - снижение эксплуатационных расходов пользователей воздушного пространства; - интеграция аэронавигационной системы России в единую Европейскую аэронавигационную систему на базе перехода к перспективным системам CNS/ATM, технологиям, правилам и процедурам ICАО; - концепция перспективной CNS/ATM системы основана на широком использовании спутниковых технологий, цифровой связи и обмена цифровыми данными между наземными, бортовыми и космическими системами.
Тенденции развития современных сетей передачи данных наглядно демонстрируют их гетерогенную природу, когда для взаимодействия конечных систем используется более одного протокола связи. Как внутреннее, так и внешнее взаимодействие таких сетей предполагает наличие так называемых преобразователей протокола или шлюзов. Выполняя свои функции на прикладном уровне модели Open Systems Interconnection (OSI) [5, 19, 42], шлюз способен учитывать входящий/исходящий поток служебных сообщений, транзитный поток служебных сообщений трафик, взаимное влияния соседних центров сети в случае использования ими альтернативных маршрутов, тем самым адаптивно выделяя полосу пропускания для дополнительного информационного трафика. Результатом подобного адаптивного управления может быть экономически обоснованный выбор тех или иных коммуникационных средств. Радиоволны всех диапазонов могут распространяться поверхностной и пространственной волной и при распространении в среде распространения радиоволн (РРВ) в большей или меньшей степени испытывают поглощение, рассеяние и имеют многолучевой характер распространения [42, 49, 59]. Спутниковые системы АЭСВ не обеспечивают связь в высоких широтах, а использование для такой связи спутников-ретрансляторов с высокоэлептическими орбитами экономически не оправдано, поскольку требуется постоянная корректировка положения приемных антенн на борту ВС.
Модели формирования оценок надежности символов недвоичных кодов
Повышение энергетической и спектральной эффективности передачи цифровой информации является одной из важнейших проблем теории и техники связи. Основными направлениями повышения спектральной эффективности систем связи являются методы связанные с развитием сложных видов модуляции, позволяющих преодолеть границу Найквиста. При решении задач повышения энергетической эффективности системы связи используют основной инструмент основанный на применении в таких системах методов помехоустойчивого кодирования. В ходе решения подобных задач целесообразно использовать мягкие методы декодирования избыточных кодов, поскольку такие методы представляют определенный компромисс между решением задач спектральной эффективности и получением энергетического выигрыша. Одновременно с этим, применение сложных видов модуляции приводит к широкому внедрению в практику построения телекоммуникационных систем недвоичных помехоустойчивых кодов, которые используются либо самостоятельно, либо в составе каскадных конструкций или произведение кодов заданной размерности. Именно для таких кодов проблема выработки оценок надежности недвоичных символов считается не достаточно решенной. Следовательно, эффективное использование мягких методов для недвоичных кодов остается под вопросом. В этой связи в данной главе рассматриваются модели формирования мягких решений двоичных кодов (параграф 2.2.), модели формирования оценок надежности недвоичных кодов (параграф 2.3.) и оценивается возможность применения моделей распознавания образов в процедуре выработки оценок надежности символов недвоичных кодов в системах с двоичными видами модуляции как наиболее пригодных для авиационной электросвязи в системе декаметрового диапазона (параграф 2.4.)
Методы энергетической и спектральной эффективности систем связи характеризуется своими асимптотическими параметрами, но одновременное достижение предельных значений этих показателей эффективности оказывается невозможным [1, 18, 46]. Поэтому поиск приемлемых компромиссов при оптимизации характеристик и режимов функционирования цифровых систем связи и особенно цифровой радиосвязи приобретает особую важность. Одним из перспективных направлений подобного рода является развитие мягких, адаптивных алгоритмов обработки помехоустойчивых кодов в сочетании с методами иерархической модуляции. Палитра алгоритмов мягкого декодирования избыточных кодов существенно расширяет возможности достижения вышеуказанного компромисса в системах обмена данными относительно методов жесткой обработки информации, но главным достоинством такого подхода является заметный энергетический выигрыш относительно жестких схем декодирования. Это позволяет не только уменьшить мощность передающих устройств с одновременной оптимизацией использования ограниченного частотного ресурса, но и решить задачу снижения сложности вычислительного процесса.
В настоящее время прослеживается устойчивая тенденция перехода от алгебраических методов декодирования помехоустойчивых кодов к более эффективным алгоритмам их обработки на основе итеративных преобразований и неалгебраических методов обработки данных, вплоть до попыток применения для их реализации нейросетевых базисов. Это обеспечивает устойчивый процесс оптимизации технологий передачи данных по сетям, в смысле повышения их пропускной способности, поскольку переход от алгоритмических методов повышения достоверности данных к кодовым способствует повышению производительности дорогостоящих сетевых компонентов.
Современный этап развития передач информации отмечен переходом от двоичных сигналов к многопозиционным и поиском регулярных методов формирования сигнально-кодовых конструкций (СКК). При использовании избыточных кодов их спектральную эффективность оценивают отношением R = k/n, здесь к - число информационных разрядов, а и - общее число разрядов кодового вектора помехоустойчивого кода. В таких кодах, добавление к информационным символам избыточных символов вызывает увеличение скорости модуляции и полосы частот канала связи. Если относительная скорость безызбыточного кода R = k/n = 1, то использование тривиального сверточного кода за счет введенной избыточности снижает этот показатель до значения R = 0,5. Следовательно, для достижения требуемой скорости передачи двоичных информационных символов требуется увеличение скорости модуляции. Это по критерию Найквиста требует увеличения полосы пропускания AF в два раза по сравнению с передачей без кодирования. Избежать увеличения полосы частот можно за счет применения многопозиционной фазовой модуляция ФМ-m [2, 14, 32].
Принцип исправления ошибок декодером на основе упорядоченной статистики
Нижняя матрица на рисунке 2.5 указывает на ошибочные символы с отметкой значений их МРС. Заметно, что попытка исправления подобной конфигурации ошибок даже для кода размерности 2D приведет к неоправданному росту числа выполняемых операций. Оценка подобных кодов с использованием классических границ принятых в теории помехоустойчивого кодирования, представлено на рисунке 2.6.
Указанные границы показываю, что в среднем на одну проверку четности приходится от трех до пяти символов. Это означает, что в таких кодах целесообразно использовать методы итеративных преобразований, которые характерны для двоичных последовательностей [3, 15, 39]. Уменьшение размера матрицы кода приводит к положительному результату даже в условиях использования канала связи с очень низким отношением сигнал-шум. Результаты испытаний модели с матрицей 2.6, представлены на рисунке 2.7. Заметно, что одиночные ошибки достаточно просто могут быть исправлены за счет проверки четности столбцов. Подобные исправления ошибок приводят к существенному снижению числа выполняемых операций и облегчают исправление ошибок в строках. Как и в кодах с низкой плотностью проверки на четность неисправляемая комбинация ошибок возникает в том случае, если среди ошибок формируется замкнутая циклическая группа, когда ошибки располагаются на позициях матрицы, образующих прямоугольную фигуру.
Для разрешения подобной неопределенности целесообразно использовать код размерности 3D. В этом случае совпадение одноименных ошибочных позиций двух смежных матриц становиться маловероятной. Однако, исследование алгоритмов исправление подобных ошибок требует дальнейших исследований. Поэтому, в целях исправления ошибок указанной конфигурации предлагается в системе АЭВС использовать повторение данных в случае применения КВ каналов с низкими отношениями сигнал-шум. Это позволяет существенно увеличить объем передаваемой информации и за счет сравнения МРС в первой и второй передаче повысить значения МРС, выбрав лучшую оценку. Математически подобная операция может быть выполнена не за счет повтора данных, а за счет использования итеративных преобразований по принципу
Пример командного окна с выводом результатов испытания имитационной модели где функция sign(«) возвращает знак своего аргумента; L(kh) - МРС символа, участвующего в формировании проверочного бита; Щ ) - индекс МРС проверочного символа; т - число исключенных из анализа надежных МРС, входящих в корректируемый вектор. Матричная конструкция ПК позволяет применить систему перемежения-деперемежения символов. Однако следует учитывать, что подобная система становиться эффективной только в том случае, если матрица перемежения составляет размерность 1024х1024 бит, что составляет 1 Кбит. Подобные сообщения в АЭВС, как правило, не передаются, поэтому метод повтора данных в комплексе с итеративными преобразованиями комбинаций ПК размерности 3D и более имеют предпочтение перед другими методами обмена данными в АЭВС в рассматриваемом диапазоне волн.
Для проверки гипотезы несоответствия средних значений требуемой достоверности символов в случае ошибочного решения о проверки четности была разработана имитационная модель СОД с каскадным кодом на основе кода РС над полем GF(24). В качестве алгебраической проверки в модели использовалась единственная проверка четности для символов кода РС. Испытания проводились для отношений сигнал-шум, определяемых как Eb/N0 , для диапазона значений от 0 дБ до 10 дБ, где параметр Еъ указывает на значение энергии сигнала, приходящейся на один бит, а N0 - спектральная плотность белого гауссовского шума. Выборка в 106 не двоичных символа при испытании модели обеспечивала требуемую погрешность полученных результатов. Итоги статистических испытаний модели приведены на рисунке 2.9. Рисунок 2.9 – Оценка ошибочной регистрации недвоичных символов Заметно, что ряд значений МРС при низких отношениях сигнал-шум хорошо коррелируют с ошибочными решениями. Это особенно проявляется при Х4 и А,5.
Подобные оценки без дополнительных преобразований данных следует применять с осторожностью. Решением возникшего противоречия может явиться использование в качестве внутреннего кода системы с большей исправляющей способность или итеративные преобразования символов кодовых комбинаций внутреннего кода.
Для более точной классификации МРС недвоичных символов целесообразно использовать методы распознавания образов или методы сравнения гистограмм и оценки степени их различия на основе статистических критериев.
Сравнение количества операций сложения при декодировании по алгоритму Берлекэмпа-Месси и на основе упорядоченной статистики
Структурная схема декодера, использующего упорядоченные статистики, представлена на рисунке 3.3. Структурная схема включает следующие элементы: блок 1 – блок приема, блок 2 – датчик случайных чисел с равномерной плотностью распределения вероятностей, блок 3 – накопитель кодовой комбинации, блок 4 – блок формирования стираний, блок 5 – анализатор сигналов, блок 6 – накопитель оценок, блок 7 – блок ранжирования символов, блок 8 – блок исправления стираний, блок 9 – блок обратных преобразований, блок 10 – блок выделения ошибок, блок 11 – формирователь эквивалентного кода.
Блок приема 1 предназначен для приема двоичной информации из канала связи. В этом блоке выполняются два основных действия: во-первых, принимается жесткое решение об обрабатываемом двоичном символе, во-вторых, формируется предварительное решение о сигнале стирания в случае, если демодулируемые параметры сигнала оказались ниже установленных границ. Вход этого блока является информационным входом декодера. Жесткие решения из блока 1 направляются в накопитель кодовой комбинации 3.
В случае формирования предварительного решения о сигнале стирания с другого выхода блока 1 может запускаться датчик случайных чисел 2 (ДСЧ), а предварительное решение о стирании передается с третьего выхода блока 1 на вход блока формирования стираний 4, накопитель оценок 6 и блок упорядочения оценок 5 подключен к первому входу блока эквивалентного кода 8 и его один выход подключен ко входу блока контроля линейности 9, управляющий выход которого подключен ко второму входу блока эквивалентного кода 8, а информационный выход блока контроля линейности 9 подключен к первому входу блока сравнения и обратных перестановок 11, тогда как его второй вход подключен к другому выходу блока эквивалентного кода 8, при этом выход блока сравнения и обратных перестановок 11 подключен ко второму входу блока исправления стираний 10, а один выход накопителя кодовой комбинации 7 подключен к третьему входу блока эквивалентного кода 8. В зависимости от уровня принятого сигнала в блоке 1 формируется граница в соответствии с заданным аналитическим выражением, значение которой передается в датчик случайного числа 2. Рассмотрим поэтапное выполнение алгоритма работы декодера на примере кода БЧХ (15;5;7). Порождающая матрица кода в систематической форме имеет вид: G fl 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 о о in 010001 11 10101 10 0010001111010 11 000101001 1011 10 I 0000101001101 Пусть от источника информации на вход кодера поступает вектор вида Кф = 1 1 0 1 0 . В результате умножения вектора Fф на порождающую матрицу G на выходе кодера формируется последовательность
Fпер = 1 1 0Ю1 Ю0 1 0 0 0 1 1. После передачи этой последовательности по каналу связи принимается вектор, в котором в соответствии с вероятностью ошибки на бит, характерной данному каналу связи, возможно появление ошибок. Пусть образец ошибок имеет вид е = 010010001101110. Заметно, что представленный объем ошибочных символов превосходит исправляющую способность кода по исправлению не только ошибок, но и стираний. Естественно, что жесткий декодер и традиционный мягкий декодер не в состоянии исправить возникшую в канале связи комбинацию ошибок. В результате передачи кодового вектора по каналу связи и наложения на него вектора ошибок получаем последовательность вида
Эта последовательность фиксируется в блоке приема 1 жестким декодером и через первый выход этого блока направляется в накопитель кодовой комбинации 7.
Кроме того, в блок 1 введен симметричный интервал неопределенности рлІЕ , где Е - энергия сигнала, приходящаяся на бит, JE - математическое ожидание уровня сигнала, а значение р выбирается в пределах 0 р I у/Е I .
Для уменьшения вероятности ошибки целесообразно значение р выбирать большим, но это приводит к росту ложных стираний, которые искажают индексы достоверности символов в сторону их занижения. Для минимизации числа ложных стираний вводятся датчик случайного числа и условие его работы. При попадании сигнала в интервал неопределенности блок приема 1 формирует только предварительное решение о стирании и вырабатывает границу вида у = sj р4Ё , где S- текущий уровень сигнала. Значение у через третий выход блока 1 передается в датчик случайного числа 2. Датчика случайного числа 2 с заданной плотностью распределения вероятностей, (например, равномерной) по команде из блока 1 формирует случайное число и дает сигнал на формирование стирания в блок формирования стираний 3 при условии \у\, в противном случае такой сигнал в блок 3 не поступает и стирание не формируется. Если St близко по своему значению к границе р4Ё , то стирание не формируется с вероятностью пропорциональной приближению St к указанной границе и значительно большей вероятностью при приближении Sj к нулю. Это позволяет снизить долю ложных стираний, что положительно отражается на формировании индексов достоверности символов в анализаторе сигналов 4.