Розробка методики оптимізації параметрів блокових завадостійких кодів за критерієм максимуму середньої відносної швидкості

дипломная работа

ВСТУП

У цей час цифрові радіосистеми передачі інформації загального користування ввійшли в повсякденне життя мільйонів людей. Важко уявити собі нашу дійсність без сотового звязку, без супутникових систем цифрового телебачення й т.д.

Одержання, передача, обробка й зберігання інформації - це перспективні області, що найбільше динамічно розвиваються в останні десятиліття й, людської діяльності. Десятки тисяч великих, середніх і дрібних фірм в усьому світі, з річним обертом у сотні мільярдів доларів, займаються дослідженням, розробкою, виробництвом, продажем і експлуатацією різноманітних систем і пристроїв передачі інформації.

Багато сучасних систем звязку працює при передачі самого широкого спектра повідомлень ( від телеграфу до телебачення) у цифровому виді. Через наявність перешкод у каналах звязку збій при прийманні будь-якого елемента викликає викривлення цифрових даних, що може привести до катастрофічних наслідків. У цей час по каналах звязку передаються цифрові дані з настільки високими вимогами до вірогідності переданої інформації, що задовольнити ці вимоги традиційним удосконалюванням антенно-фідерних трактів радіоліній, збільшенням випромінюваної потужності, зниженням власного шуму приймача виявляється економічно невигідним або просто неможливим.

Інформацію, вироблювану або одержувану різними обладнаннями автоматизації, прийнято називати даними. Передача даних так само, як і телеграфний звязок, базується на дискретних видах сигналів, але відрізняється від останньої в основному більш високою швидкістю й підвищеними вимогами до вірогідності передачі інформації з каналів звязку. Існуючі канали звязку не забезпечують цих підвищених вимог по вірогідності, тому завдання вирішується шляхом застосування в кінцевої апаратурі передачі даних спеціальних способів підвищення вірогідності.

До теперішнього часу розроблена велика кількість коригувальних кодів і різного виду систем передачі, що забезпечують підвищення вірогідності передачі інформації. Але незважаючи на це, дотепер відсутня методика оцінки їх ефективності й вибору найбільш оптимальних для реальних умов передачі інформації з існуючих каналів звязку. Основні труднощі таких розрахунків полягає в тому, що теоретична база для них визначається властивостями каналів звязку.

Випадковість процесів при передачі дискретної інформації з канал звязку й велика кількість мінливих факторів, причини яких не завжди відомі, приводять до того, що досить важко передбачити властивості каналів звязки, використовуючи тільки теоретичні методи. Виходячи із цього, актуальними є роботи з дослідження, математичного опису й математичному моделюванню реальних каналів звязки.

Актуальною залишається задача передачі даних з високою вірогідністю більших масивів дискретної інформації по каналам погіршеного якості (наприклад, по радіоканалам, у яких імовірність викривлення символів p0 складає 10-1-10-2). У відповідності зі специфікою режимів роботи таких систем передачі даних (ПД) необхідні способи обміну без зворотного звязку, напівдуплексний (з використанням каналу в режимі поперемінної передачі) і дуплексний.

До теперішнього часу розроблені різні коди й алгоритми ПД, що забезпечують підвищення вірогідності переданої інформації. Для побудови систем ПД без зворотного звязку можливе застосування кодів з виправленням помилок, багаторазової передачі кодових комбінацій по декільком каналам, або комбінація зазначених методів.

Коди з виправленням помилок повинні мати ефективні коригувальні властивості й здатністю виправляти помилки великої кратності. Найбільш підходящими для цієї мети є згортальні коди (із граничним декодуванням, декодуванням по максимум правдоподібності, або послідовним декодуванням), однак їх застосування для каналів погіршеного якості ускладнює реалізацію декодера й малоэффективно при виправленні помилок великої кратності.

Коригувальна здатність циклічного (n, k)-кода обмежується умовами n - l - 2b = z > 0, де b - довжина пакету помилок, z - міра неефективності коду, тобто на каналах погіршеної якості надмірність циклічного (n, k)-коду повинна бути досить великою.

У цей час в системах без зворотного звязку застосовується, як правило, циклічне кодування для виявлення помилок, а виправлення помилок здійснюється повторною передачею викревлених блоків.

Системи з зворотнім вирішальним звязком (ЗВЗ) з очікуванням сигналу розвязку або з нумерацією блоків і передачею сигналу розвязки прості в реалізації, однак мають низьку ефективну швидкість. Системи з ЗВЗ із блокуванням типу АЗО при роботі з каналів погіршеного якості мають малу ефективну швидкість ПД через великі цикли повторення при перепопитах.

Системи з адресним перепопитом прийнятих з помилкою комбінацій, у яких здійснюється повторення тільки неприйнятих комбінацій, мають переваиа перед системами з ЗВЗ із блокуванням по ефективній швидкості, однак при ймовірності помилки в каналі порядку 10-2-5*10-3, коли оптимальна довжина кодової комбінації становить кілька десятків біт, адрессная частина буде займати значну частку в переданій послідовності.

Жигуліним запропонована система з тимчасовими подканалами, у якій кожний подканал працює по алгоритму з очікуванням. Усе повідомлення, що надходить на вхід системи, ділиться на декілька послідовностей, які й передаються по відповідним подканалам незалежно один від одного. При реалізації цього алгоритму в системах з одним джерелом і одним одержувачем для виключення неефективного використання подканалов необхідні накопичувачі великої ємності в передавачі й приймачі. Крім того, такі системи будуть мати збільшений час доставки повідомлення.

В алгоритмі з одним бітом у блоці, застосовуваному в якості сигналу розвязку, при безперервній двосторонній передачі виходить більша ймовірність вставок (повторних виводів блоків), які можуть зявлятися в ситуаціях з виявленими у блоках помилками.

У сучасних системах звязку для передачі дискретної інформації широко застосовуються одноконтурні алгоритми захисту від помилок з зворотним вирішальном звязком на кожній ділянці мережі.

Для забезпечення ймовірності невиявленої помилки 10-6-10-10 на знак при одноконтурному захисті від помилок з ЗВЗ потрібне застосування перешкодозахисних кодів з високою здатністю, що виявляє(і, отже, з великою надмірністю), що при частоті помилок 10-1-10-3 (через дії перешкод у каналах звязку, апаратних і програмних збоїв) суттєво знижує отностиельную швидкість передачі. Так, наприклад, средня відносна швидкість передачі по каналам звзку із вірогідністю помилки на біт Pош = 10-1ч10-2 у цьому випадку складае частину відсотка.. Тому на практиці часто буває переважніше реалізація багатоконтурних (багаторівневих) способів захисту від помилок, при яких невиявлені помилки у фрагментах даних одного рівня коректуються наступними рівнями контролю й виправляються за допомогою перепопиту. При проектуванні такого роду систем виникає завдання вибору як числа контурів захисту, так і параметрів фрагментів інформації, перезапитуваних у кожному контурі контролю помилок.

При використанні для захисту від помилок систем з перепопитом, що застосовують (n, k)-коди у режимі виявлення або одночасного виявлення й виправлення помилок, імовірність невиявлених помилок Pно визначається в основному числом перевірочних розрядів. Для захищених каналів ПД багатоконтурний ЗВЗ дає істотний виграш по середній відносній швидкості на каналах низької якості в порівнянні із традиційними методами підвищення ймовірності інформації. При передачі повідомлень між двома абонентами або по розгалуженій мережі звязку метод багатоконтурного захисту від помилок з ЗВЗ є єдиним відомим способом забезпечення як завгодно малих значень Pно.

Предметом дослідження є багатоконтурні системи з ЗВЗ, в яких контури використовуються ієрархічно, тобто безпосередньо по дискретному каналу передаються тільки блоки нижнього контуру, а при виявленні завад у блоках вищого контуру він розбивається на блоки нижнього контуру і повторюється у вигляді передачі по каналу декількох блоків нижнього контуру.

Мета роботи - розробка методики оптимізації параметрів блокових завадостійких кодів за критерієм максимуму середньої відносної швидкості.

Для досягнення мети необхідно вирішення наступних задач:

1. Провести систематичний аналіз особливостей функціонування багатоконтурних систем з ЗВЗ.

2. Розробити методику вибору параметрів завадостійких кодів а кожному контурі.

3. Обґрунтувати кількість контурів в системах передачі даних.

4. Отримати числові значення параметрів ефективності.

Делись добром ;)