Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Исследование эффективности помехоустойчивого кодирования при передаче данных сложными сигналами в телефонных каналах Артемова, Ольга Александровна

Данная диссертационная работа должна поступить в библиотеки в ближайшее время
Уведомить о поступлении

Диссертация, - 480 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Артемова, Ольга Александровна. Исследование эффективности помехоустойчивого кодирования при передаче данных сложными сигналами в телефонных каналах : автореферат дис. ... кандидата технических наук : 05.12.02 / Сибирская гос. академия телекоммуникаций и информатики.- Новосибирск, 1995.- 19 с.: ил. РГБ ОД, 9 95-2/465-8

Введение к работе

Актуальность работы.

Широкое применение персональных ЭВМ привело к необходимости создания средств обмена информацией между различными пользователями. При этом наиболее распространенным трактом передачи дискретных сообщений является телефонный (ТЛФ) канал.

Вероятность ошибки в дискретных каналах на основе ТЛФ каналов связи находится в пределах 10"2-10~! В то же время допустимое значение вероятностей ошибки для современных систем передачи данных находятся в пределах 10"б-10"8на знак, а в некоторых случаях еще ниже - 10"7-10"10. Отсюда очевидна необходимость применения средств защиты от ошибок.

Поиск методов и устройств повышения качества передачи данных является непреходящей задачей для ученых и инженеров, работающих в области связи. Современное состояние этой проблемы достаточно полно отражено в многочисленных публикациях зарубежных и отечественных авторов, в том числе в научных трудах известных ученых и специалистов связи: Кловского Д.Д., Зяблова В.В., Варакина Л.Е., Витерби А.Д., Месси Дж., Блейхута Р. и др.

Специфика передачи данных по стандартным ТЛФ каналам показывает, что подавляющее число ошибок обусловлено помехами, сосредоточенными во времени, а именно кратковременными перерывами связи (80) и импульсными помехами (10% - 20%), что вызывает естественное группирование ошибок в пакеты. В этих условиях наилучшие результаты обеспечиваются исправлением ошибок за счет применения переспроса и кодов, обнаруживающих ошибки. Однако не всегда имеется возможность организовать обратный канал. Тогда с целью повышения эффективности кодов, исправляющих ошибки или ошибки и стирания, применяют либо декорреляцию ошибок, либо специальные коды, исправляющие пакеты ошибок.

Для декорреляции ошибок находят применение различные методы, например: модемы со сложными сигналами; специальные устройства перемежешя; сверточные коды с большим кодовым ограничением; каскадные коды на основе блочных и сверточных кодов; алгоритмы декодирования, обеспечивающие внутреннее перемежение.

Сложность реализации устройств формирования и обработки сложных сигналов, перемежения, декодирования длинных кодов является одним из основных прнпятствий их широкого практического

использования. Однако положение постепенно изменяется с одной стороны за счет разработки модемов и кодеков, встроенных в персональные ЭВМ, и с другой - появления быстродействующей элементной базы, позволяющей реализовать скоростные алгоритмы работы цифровых модемов и кодеков.

Результаты исследования сложных сигналов в нестационарных каналах показывают, что получающийся при этом энергетический выигрыш не обеспечивает необходимого качества передачи без использования помехоустойчивого кодирования. Так в ТЛФ канале с кратковременными занижениями уровня хорошие результаты дает применение последовательных сложных сигналов (называемых также шумо-подобными (ШПС)) совместно со сверточным кодом.

При одинаковой сложности декодеров сверточные коды в сравнении с блочными позволяют исправлять больше ошибок и, следовательно, имеют более высокий энергетический выигрыш. Известны эффективные алгоритмы декодирования сверточных кодов: Витерби, пороговые, последовательные и др. Существуют различные модификации пороговых декодеров - детерменированные, с обратной связью, многоступенчатые, отличающиеся по сложности и степени приближения к оптимальному декодеру. Алгоритмы многоступенчатого декодирования предложены в работах Дне. Месси, практически реализованы и исследованы Брауде-Золотаревым Ю.М., Макаровым А.А. и др. Актуальной является задача дальнейшего исследования этих алгоритмов с целью оптимизации параметров кодеков и лучшего их согласования со свойствами реальных каналов связи, в том числе каналов с ШПС.

Современное состояние вычислительной техники позволяет изучить эти вопросы, используя статистические методы на основе вероятностного моделирования алгоритмов декодирования и устройств формирования и обработки сигналов.

Цель работы. Исследование эффективности помехоустойчивого кодирования при передаче данных сложными сигналами в ТЛФ каналах в условиях действия сосредоточенных во времени помех на фоне случайных изменений уровня сигнала; разработка и исследование алгоритмов порогового декодирования сверточных кодов в каналах со сложными сигналами.

Основные задачи исследования. Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие

основные задачи:

  1. Исследование требований к параметрам ШПС, позволяющим получить канал передачи данных заданного качества в условиях сосредоточенных во времени и флуктуационных помех.

  2. Разработка моделей ТЛФ канала передачи данных без ШПС и с ШПС, отображающих изменения уровня сигнала на фоне сосредоточенных и флуктуационных помех.

  3. Разработка критерия оценки эффективности совместного применения ШПС и корректирующих кодов.

  4. Исследование сверточных кодов и пороговых алгоритмов декодирования с целью определения характеристик сверточных кодеков и их оптимизации для защиты от ошибок в ТЛФ каналах передачи данных.

  5. Исследование и разработка итерационных алгоритмов декодирования сверточных кодов и оценка их эффективности.

  6. Разработка имитационных моделей сверточных кодеков и соответствующих программных средств.

  7. Разработка методики и алгоритмов статистического анализа характеристик ТЛФ канала и устройств защиты от ошибок (УЗО) на ЭВМ с использованием моделей дискретного канала и УЗО.

Методы исследования. Теоретические результаты работы получены на основе применения методов статистической радиотехники, теории вероятностей, математической статистики и математического анализа. Экспериментальные исследования проведены путем имитационного моделирования на ЭВМ.

Научная новизна работы.

  1. Определены условия получения канала передачи данных заданного качества при использовании последовательных сложных сигналов в ТЛФ канале с сосредоточенными во времени помехами.

  2. Разработана модель дискретного ТЛФ канала, отображающая сосредоточенные во времени и флуктуационные помехи на фоне случайных изменений уровня сигнала и модель ТЛФ канала с ШПС, позволяющие получить нестационарный поток ошибок для статистических испытаний системы передачи данных на ЭВМ.

  3. Определена функциональная зависимость характеристик ТЛФ канала и внутренних параметров модели дикретного канала.

  1. Разработана методика анализа и расчета вероятности ошибки декодирования для итерационных пороговых алгоритмов декодирования сверточных кодов, доказана необходимость изменения уровня порогов на различных итерациях для дискретного канала низкого качества.

  2. Определена предельная вероятность ошибки на входе декодера сверточного кода, при которой еще отсутствует размножение ошибок, показаны пути увеличения'этой вероятности.

  3. Определены условия, при которых вероятность ошибки декодирования итеращонного декодера может быть получена сколь угодно малой, предложена методика оценки вероятности ошибки декодирования при невыполнении этих условий.

  4. Предложены модификации итерационных пороговых алгоритмов декодирования сверточных кодов, повышающие эффективность их применения в нестационарных каналах передачи данных (с сосредоточенными и флуктуационными помехами).

  5. Предложен критерий оценки эффективности совместного применения ШПС и кода в каналах с сосредоточенными во времени помехами, позволяющий сравнить энергетический выигрыш рассматриваемого метода с другими методами исправления ошибок, получены количественные оценки сравнения.

Практическая ценность.

  1. Предложенные модели ТЛФ каналов, в том числе с ШПС, и методика статистических исследований позволяют проводить статистические испытания и оценку эффективности различных алгоритмов и устройств защиты от ошибок.

  2. В результате анализа алгоритмов итерационного порогового декодирования получены математические выражения для расчета вероятности ошибки декодирования и предельной вероятноети,при которой начинается размножение ошбок в пороговом декодере, пригодные для инженерной практики.

  3. Предложенные модификации алгоритмов итерационного порогового декодирования сверточных кодов позволяют:

увеличить длительность пакетов исправляемых ошибок примерно в 1.5 раза;

уменьшить вероятность ошибки декодирования;

упростить программную реализацию пороговых декодеров на микропроцессорах и микро-ЭВМ.

4. Рекомендации по применению сверточных кодов и совместному

использованию сверточных кодов и ШПС позволяют повысить эффективность передачи данных в нестационарных каналах, в том числе ТЛФ каналах с сосредоточенными во времени помехами.

Внедрение результатов работы.

Проведенные исследования являются частью научно-исследовательской работы, ведущейся на кафедре "Радиотехнические системы" СибГАТИ; ее результаты использованы в отчетах НИР, ведущихся на кафедре, и в учебном процессе, о чем имеются соответствующие акты.

диссертационная работа выполнялась в рамках комплексной программы фундаментальных и прикладных исследований вузов связи Российской федерации "Фундаментальные аспекты новых информационных и ресурсосберегающих технологий" в части НИР "Исследование и разработка методов и устройств защиты от ошибок в нестационарных каналах передачи информации".

Апробация работы и публикации. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на ряде научно-технических семинаров и конференций. Среди них:

1. Всероссийская научно-техническая конференция "ЦСП-92"
(Новосибирск,1992).

  1. 3-я конференция стран СНГ по морской сейсмологии и сейсмометрии (Москва,1993).

  2. Российская научно-техническая конференция, посвященная Дню радио (Новосибирск,1993).

  3. Российская научно-техническая конференция "Информатика и проблемы телекоммуникаций" (Новосибирск,1994).

  4. Международная научно-техническая конференция "Идентификация, измерение характеристик и имитация случайных сигналов" (Новосибирск,1994).

  5. 2-я международная научно-техническая конференция "Актуальные проблемы электронного приборостроения" (Новосибирск,1994).

По результатам выполненной работы опубликовано 10 печатных трудов.

Основные результаты, представляемые к защите. 1. Результаты исследования зависимости качества дискретного канала от параметров последовательных сложных сигналов в ТЛФ ка-

налах с сосредоточенными во времени помехами.

  1. Модель дискретного канала, отображающая сосредоточенные во времени и флуктуационные помехи на фоне случайных изменений уровня сигнала, и модель дискретного канала с ШПС, позволяющие получить нестационарную последовательность ошибок для статистических испытаний системы передачи данных на ЭВМ.

  2. Методика и результаты анализа итерационных алгоритмов декодирования сверточных кодов, методы расчета вероятности ошибки декодирования и предельной вероятности размножения ошибок.

4. Модифицированные итерационные алгоритмы декодирования
сверточных кодов:

алгоритм с изменяющимся уровнем порога;

блочный итерационный алгоритм;

- алгоритм с предсказанием пакета ошибок (вероятностный
алгоритм);

- блочно-непрерывный алгоритм.

  1. Методика и результаты теоретического анализа и экспериментальных исследований эффективности применения сверточных кодов и совместного применения ШПС и сверточных кодов в ТЛФ канале с кратковременными перерывами связи.

  2. Результаты статистических исследований и сравнительный анализ применения ШПС и перемежения со сверточным кодом в ТЛФ канале.

  3. Конвейерный и сканирующий методы реализации итерационных алгоритмов сверточных кодов на ЭВМ.

Структура и объем работы. диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, изложенных на 147 страницах машинописного текста, содержит 37 рисунков, 3 приложения и список используемой литературы из 76 наименований.

Похожие диссертации на Исследование эффективности помехоустойчивого кодирования при передаче данных сложными сигналами в телефонных каналах