Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ систем и средств кодирования сигналов в сетях связи абонетского доступа. цель и задачи исследования
1.1 Общие характеристики сетей связи абонентского доступа. Структура и состав оборудования промышленных сетей связи 13
1.2 Анализ существующих методов и средства кодирования сигналов 20
1.3 Методы повышения помехоустойчивости промышленных сетей связи абонентского доступа 26
1.4 Метод аппаратной реализации кодека сети абонентского доступа 33
1.5 Цель и задачи исследования 39
2 Разработка математических моделей помехоустойчивого кодирования сигналов в сетях связи абонетского доступа
2.1 Математические модели каналов связи 41
2.2 Математическое описание существующих помехоустойчивых кодов 46
2.3 Двоичные сверточные коды 49
2.4 Недвоичные коды Рида-Соломона 58
2.5 Основные выводы второй главы 65
3 Разработка алгоритмов работы помехоустойчивого канального кодека в сетях связи абонентского доступа
3.1 Алгоритм каскадной схемы кодирования 66
3.2 Алгоритм работы помехоустойчивого канального кодека сети абонентского доступа
3.2.1 Алгоритм кодирования сверточным кодом
3.2.2 Алгоритм декодирования сверточного кода 73
3.2.3 Алгоритм кодирования кода Рида-Соломона 79
3.2.4 Алгоритм декодирования кода Рида-Соломона
3.3 Алгоритмы кодирования и декодирования перфорированного сверточного кода 91
3.4 Метод помехоустойчивого канального кодирования в сетях связи абонентского доступа 96 3.7 Основные выводы третьей главы 99
4 Разработка модели помехоустойчивого канального кодека, сетей связи информационно-управляющих систем
4.1 Используемые технические средства 101
4.2 Построение модели кодека сети сотовой связи на логическом RTL уровне.
4.2.1 Общая структура кодека сети сотовой связи 103
4.2.2 Модель каскадного кодера сети связи абонентского доступа 107
4.2.3 Модель многопорогового декодера сети связи абонентского
доступа 114
4.3 Результаты моделирования разработанного кодека сети абонентского доступа 117
4.4 Основные выводы четвертой главы 119
Заключение 120
Список использованных источников 122
- Анализ существующих методов и средства кодирования сигналов
- Метод аппаратной реализации кодека сети абонентского доступа
- Алгоритм кодирования сверточным кодом
- Общая структура кодека сети сотовой связи
Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время во всех сферах деятельности человека актуальна задача создания недорогих распределенных информационно-управляющих систем. Подобные системы предназначены для сбора и обработки информации от различных объектов. Данные системы обычно состоят из контролируемых объектов, оборудования, формирующего или обрабатывающего информацию, и оборудования, объединяющего объекты в единую систему линиями связи. Однако для многих объектов создание таких систем часто оказывается невыгодным в связи с высокой стоимостью организации и обслуживания линий связи.
Наиболее оптимальным путем решения подобных вопросов является создание беспроводной сети на базе сотовых терминалов через существующие сети связи абонентского доступа. Обычные мобильные абонентские телефоны имеют невысокую надежность и не предназначены для эксплуатации в промышленных условиях. Для решения задачи создания информационно-управляющих систем, в которых данные передаются через систему сотовой радиосвязи, существуют промышленные модемы, которые отличаются от мобильных телефонов конструктивным исполнением, а также наличием дополнительных возможностей. Подобные модемы имеют расширенный набор AT команд, что позволяет их программировать с использованием соответствующего программного обеспечения. Использование сетей связи абонентского доступа существенно упрощает и удешевляет создание промышленных информационно-управляющих систем.
Надежность сотовой связи и ее качество зависит от местности, погодных и электромагнитных условий. Для информационно-управляющих систем показатель надежности и помехоустойчивости канала связи является наиболее важным, так как при реализации задач, стоящих перед такими системами, основным фактором является минимальная потеря данных информационной последовательности от управляемого объекта. Основной задачей помехоустойчивого кодирования является обеспечение высокой достоверности передаваемых данных за счет применения специализированных устройств кодирования/декодирования (кодеков) в составе системы передачи цифровой информации.
В настоящее время в промышленных модемах используются кодеки на основе сверточных кодеров или турбо-кодеров и алгоритмов декодирования Витерби, которые являются достаточно сложными для аппаратной реализации. В управляющих системах в силу их работы с различными типами данных и выполняемых ими задач немаловажная роль отводится скорости и объему передаваемой информации. В сетях связи абонентского доступа это зависит от ширины канала связи, скорости передачи информации, а также от скорости кодирования информационной последовательности.
Актуальность задачи можно сформулировать как необходимость разработки универсальных алгоритмов, математических моделей, устройств канального кодирования и декодирования передаваемой информации по каналам связи для различных информационно-управляющих систем, позволяющих повысить помехоустойчивость их сетей, увеличить объем передаваемой полезной информации в единицу времени путем изменения скорости кодирования информационной последовательности. В данном случае в целях оптимизации структуры целесообразна разработка методов на основе алгоритмов каскадного кодирования данных.
Работа выполнена в соответствии с одним из основных научных направлений ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет» «Перспективные радиоэлектронные и лазерные устройства и системы передачи, приема, обработки и защиты информации», а также в рамках ГБ НИР 2004.17 «Методы исследования и повышения надежности и качества при проектировании радиоэлектронных устройств и систем» и ГБ НИР 2007.17 «Исследование и разработка перспективных методов проектирования и технологии изготовления радиоэлектронных средств».
Цель и задачи исследования. Целью работы является разработка математических моделей, универсальных алгоритмов канального кодирования/декодирования сигналов, применяемых для построения кодеков сетей связи абонентского доступа, разработка на логическом RTL уровне модели канального кодека для использования в информационно-управляющих системах.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
провести анализ существующих алгоритмов, моделей и методов канального кодирования сигналов;
разработать математические модели кодеков сверточных и недвоичных кодов, применяемых при каскадном кодировании;
разработать алгоритмы согласования скорости кодирования, перфорирования и деперфорирования кодированных сигналов канала связи;
разработать алгоритм каскадного кодирования и декодирования на основе полученных математических моделей и алгоритмов;
реализовать посредством предложенного алгоритма канального кодирования данных устройство кодека сети связи абонентского доступа информационно-управляющей системы.
Методы исследования. При выполнении работы использованы элементы теории цифровой обработки сигналов, методы и алгоритмы теории помехоустойчивого кодирования и декодирования информационных потоков данных, математического моделирования, объектно-ориентированного программирования.
Научная новизна. Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:
алгоритм работы каскадной системы кодер-декодер, использующий в своей структуре элементы алгоритмов кодирования внутренним сверточным кодом, отличающимся увеличенным свободным расстоянием между последовательностями кодированных сигналов и внешним кодом Рида-Соломона, позволяющий повысить эффективность применения кодирования и помехозащищенности, формируемой устройством последовательности сигналов, снизив при этом вероятность битовой и блочной ошибки в канале связи;
алгоритм каскадного кодирования, отличающийся возможностью согласования скорости передачи данных, а именно задания скорости кодирования выходной информационной последовательности, что делает данный алгоритм универсальным, применимым для различных сетей связи;
алгоритм синдромного декодирования направлен на упрощение способа формирования кодовой комбинации декодирующего устройства для гарантированного исправления многократных ошибок, отличающийся применением несистематического сверточного кодера, имеющего в своей структуре дополнительные сумматоры по модулю 2;
модель кодека сети связи абонентского доступа, основанная на разработанном алгоритме каскадного кодирования, отличающаяся универсальностью применения в различных информационно-управляющих системах, позволяющая повысить помехоустойчивость и скорость кодирования информационной последовательности, тем самым увеличив объем передаваемой полезной информации в единицу времени для существующих сетей связи.
Практическая значимость работы. В результате проведенных исследований предложен алгоритм работы помехоустойчивого канального кодека сети связи абонентского доступа, информационно-управляющей системы в форме модели, разработанной на логическом уровне. Данная модель является универсальной для различных систем, позволяет оценить и снизить вероятность блочной и битовой ошибки кода в канале связи, тем самым повысить помехоустойчивость передаваемых информационных последовательностей. Использование данной модели позволяет значительно снизить временные и аппаратные затраты при построении сетей связи.
Внедрение результатов работы. Основные положения диссертации в виде разработанной методики кодирования сети связи информационно-управляющей системы внедрены в филиал ЗАО «Иркос», ООО «Единый СЦ» (г. Воронеж) и в учебный процесс ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет».
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях, совещаниях и семинарах: Международной конференции «Системные проблемы надежности, качества, информационных и электронных технологий»
(Сочи, 2008 - 2011); Всероссийской научно-технической конференции молодых ученых «Современные проблемы радиоэлектроники» (Красноярск, 2007); научно-технических конференциях ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет» в 2007 - 2009 годах.
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 14 научных работ, в том числе 5 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ. В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата, лично соискателю принадлежат: [2, 6, 7] - обзор алгоритмов проектирования цифровых устройств, [5] - алгоритм кодирования сверточным кодом, [9, 10] -алгоритмы кодирования и декодирования данных в сетях связи, [8, 12] - методы повышения помехоустойчивости канала связи, [11, 14] - модели элементов кодера сети абонентского доступа.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 101 наименования и 6 приложений. Основная часть работы изложена на 131 странице, содержит 43 рисунка и 3 таблицы.
Анализ существующих методов и средства кодирования сигналов
Рассмотрим далее архитектуру сети связи абонентского доступа. В сотовых радиосистемах область покрытия делится на небольшие единицы, называемые ячейками (или сотами), каждая из которых обслуживается своей базовой радиостанцией. Доступная полоса частот делится на радиочастоты, или каналы, с каждой ячейкой связан набор радиочастот. Радиочастоты в пределах области покрытия используются многократно, чтобы эффективно использовать доступную полосу частот [11, 12].
Связь между мобильной станцией и сетью осуществляется через базовую радиостанцию. Каждая базовая станция имеет определенное количество голосовых каналов и связана с мобильным коммутационным центром (mobile switching center - MSC); см. рис. 1.2 и работы [12, 17]. Некоторые коммутационные центры непосредственно связаны с коммутируемой телефонной системой (PSTN) и таким образом связывают сотовую сеть с PSTN. Базовая радиостанция состоит из контроллеров базовых станций (для управления радиоканалами), каждому из которых соответствует набор базовых станций-передатчиков. Стационарные цифровые линии Мобильный коммутационный центр (MSC) Базовые станции Регистр исходного положения (HLR) I Коммутируемая телефонная сеть общего пользования Регистр местоположения посетителей (VLR) Базовая станция-передатчик (BTS) Базовая станция -передатчик (BTS) Базовая станция-передатчик (BTS) Базовая станция-передатчик (BTS) J J J J zU Мобильный телефон или мобильная станция
Упрощенная блок-схема мобильной сотовой телефонной системы у каждой мобильной станции есть, по меньшей мере, два регистра местоположения в сети - домашний (HLR) и регистр местоположения поеетителей (VLR). HLR размещается в собственной сети пользователя и содержит информацию о его профиле, в частности перечень услуг, которыми может пользоваться владелец данного телефона. В VLR записывается информация о мобильном телефоне, когда он используется за пределами собственной сети. Затем она используется для получения необходимых сведений о HLR данного телефона, чтобы он был опознан и получил доступ в сеть.
Как указывалось выше, радиосвязь между мобильной етанцией и еетью осуществляется через базовую станцию. Возможность перебрасывать радиосвязь от одной базовой станции к другой при плохом сигнале - это как раз то, что позволяет пользователям мобильных телефонов свободно перемещаться в пределах области покрытия, не прекращая делать и принимать звонки. Этот процеес передачи занимает несколько секунд, хотя перерыв в разговоре на 200-300 ме уже может быть заметен. Как знает большинетво пользователей мобильных телефонов, бывает, что в некоторых отдаленных областях поблизости нет такой базовой станции, которая может обеспечить лучшую связь.
На рис. 1.3 показан принцип образования каналов в системе GSM [5, 6, 9, 14]. Для радиодоступа GSM 900 выделены две полосы частот: 890-915 МГц для канала связи от абонента к станции (направление MS к BS); 935-960 МГц для иеходящего канала от станции к абоненту (направления BS к MS). Полосы по 25 МГц разделены на 124 пары каналов, работающих в дуплекеном режиме е интервалом несущей На рис. 1.3 показан принцип образования каналов в системе GSM [5, 6, 9, 14]. Для радиодоступа GSM 900 выделены две полосы частот: 890-915 МГц для канала связи от абонента к станции (направление MS к BS); 935-960 МГц для иеходящего канала от станции к абоненту (направления BS к MS). Полосы по 25 МГц частоты по 200 кГц, используя многостанционный доступ с частотным разделением каналов (FDMA -Frequency Division Multiple Aceess). Каждый радиоканал с шириной полосы 200 кГц разделен на временные соты, которые создают 8 логических каналов. при этом используется методика, известная как многостанционный доступ с временным разделением (TDMA - TIME DEVISION MULTIPLE ACCESS).
Канал, переносящий информацию (канал трафика, или логический канал), определится номером несущей частоты и номером одного из 8 временных положений. Информация переносится в виде коротких пакетов (burst), объединенных в кадры. Многостанционный доступ с временным разделением (TDMA - Time Division Multiple ACCESS), содержащий 8 слотов и 248 физических полудуплексных каналов, составляет группу из 1984 полудуплексных каналов. При размере кластера 7 число каналов в одной соте равно примерно 283 (1984 / 7) полудуплексных каналов.
В результате анализа различных вариантов построения цифровых сотовых систем подвижной связи (ССПС) в стандарте GSM принят многостанционный доступ с временным разделением каналов (TDMA). Общая структура временных кадров показана на рис. 1.4.
Длина периода последовательности в этой структуре, которая называется гиперкадром, равна Тг = Зч 28мин 53с 760мс (12533,76 с). Гиперкадр делится на 2048 суперкадров, каждый из которых имеет длительность Те = 12533,76/2048 = 6,12 с. Суперкадр состоит из мультикадров. Для организации различных каналов связи и управления в стандарте GSM используются два вида мультикадров 26-позиционные TDMA кадры и 51-позиционные TDMA кадры мультикадра.
Суперкадр может содержать в себе 51 мультикадр первого типа или 26 миультикадров второго типа. Длительности мультикадров соответственно Тм= 6120/51 = 120мс и Тм = 6120/26 = 235,385мс (3060/ІЗмс). Длительность каждого TDMA кадра Тк = 120/26 = 235,385/51 = 4,615мс (60/1 3мс). В периоде последовательности каждый TDMA кадр имеет свой порядковый номер (NF) от 0 до NFmax, где NF ax = (26x51x2048) -1 = 2715647.
Таким образом, гиперкадр состоит из 2715647 TDMA кадров. Необходимость такого большого периода гиперкадра объясняется требованиями применяемого процесса криптографической защиты, в котором номер кадра NF используется как входной параметр. TDMA кадр делится на восемь временных позиций с периодом То = 60/13:8 = 576,9 мкс (15/26 мс)
Каждая временная позиция обозначается TN с номером от 0 до 7. Физический смысл временных позиций, которые иначе называются окнами, -время, в течение которого осуществляется модуляция несущей цифровым информационным потоком, соответствующим речевому сообщению или данным.
Цифровой информационный поток представляет собой последовательность пакетов, размещаемых в этих временных интервалах (окнах). Пакеты формируются немного короче, чем интервалы, их длительность составляет 0,546 мс, что необходимо для приема сообщения при наличии временной дисперсии в канале распространения.
Информационное сообщение передается по радиоканалу со скоростью 270,833 кбит/с. Это означает, что временной интервал TDMA кадра содержит 156,25 бит. Длительность одного информационного бита 576,9 мкс/156,25 = 3,69 мкс. Каждый временной интервал, соответствующий длительности бита, обозначается BN с номером от 0 до 155; последнему интервалу длительностью 1/4 бита присвоен номер 156.
Метод аппаратной реализации кодека сети абонентского доступа
Еще при одном подходе коды можно разделить нелинейные и нелинейные [72]. Линейные коды образуют векторное пространство и обладают следующим важным евойетвом: два кодовых слова можно сложить, используя подходящее определение суммы, и получить третье кодовое слово. В случае обычных двоичных кодов эта операция является посимвольным сложением двух кодовых слов по модулю 2. Данное свойство существенно упрощает процедуры кодирования и декодирования, а также задачу вычисления параметров кода, поекольку минимальное расстояние между двумя кодовыми словами при этом эквивалентно минимальному расетоянию между кодовым словом, состоящим целиком из нулей, и некоторым другим кодовым словом. Кроме того, при вычислении характеристик линейного кода достаточно рассмотреть, что происходит при передаче кодового слова, состоящего целиком из нулей. Линейные древовидные коды обычно называют сверточными [72].
Помехоустойчивые коды также можно разбить на коды, исправляющие случайные или независимые ошибки, и коды, исправляющие пакеты ошибок. На практике, в основном, применяются коды, исправляющие случайные ошибки, поскольку для исправления пакетов ошибок часто оказывается легче использовать коды для исправления независимых ошибок вместе с устройствами перемежения и восстановления. Первое из них осуществляет перемешивание порядка символов в закодированной последовательности перед передачей в канал, а второе - восстановление исходного порядка символов после приема. При правильном проектировании данных устройств можно считать, что образующиеся в канале связи пакеты ошибок перед декодированием будут разбиты на случайные ошибки.
Сверточное кодирование удобнее всего описывать, характеризуя действие соответствующего кодирующего устройства. Сверточный кодер представляет собой устройство, воспринимающее за каждый такт работы в общем случае к входных информационных символов, и выдающее на выход за тот же такт п выходных символов, подлежащих передаче по каналу связи.
Отношение К = к/п называют относительной скоростью кода. Выходные символы, создаваемые кодером на данном такте, зависят от ш информационных символов, поступивших на этом и предыдущем тактах. Таким образом, выходные символы сверточного кодера однозначно определяются его входным сигналом и состоянием, зависящим от т-к предыдущих информационных символов. Обратим внимание на то, что в коде Финка выходные символы кодера зависят как от предыдущих, так и от последующих информационных символов, в соответствии с алгоритмом (2.34), поскольку шаг кода ± 8 - двузначный.
Основными элементами сверточного кодера являются: регистр сдвига, сумматоры по модулю 2 и коммутатор.
Регистр сдвига является динамическим запоминающим устройством, в котором хранятся двоичные символы О или 1. Число триггерных ячеек т в регистре сдвига и определяет память кода. В момент поступления на вход регистра нового информационного символа символ, хранящийся в крайнем правом разряде, выводится из регистра и сбрасывается. Каждый из остальных, хранящихся в регистре символов перемещается на один разряд вправо, освобождая тем самым крайний левый разряд, куда и поступает новый информационный символ.
Сумматор по модулю 2 осуществляет сложение поступающих на его входы символов О и 1. Правило сложения по модулю 2 следующее: сумма двоичных символов равна О, если число единиц среди поступающих на входы символов четно, и равна 1, если это число нечетно. В частности, для двухвходовой схемы 0 0 0 = 0, 1 0 = 1, 0 0 1 = 1, 1 0 1 = 0, где знаком 0 обозначается сложение по модулю 2. Коммутатор осуществляет последовательное считывание поступающих на его входы (контакты) символов и устанавливает на выходе очередность посылки кодовых символов в канал связи [69, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79].
Тактовая частота переключения и число контактов коммутатора в сверточных кодерах определяется относительной скоростью кода К = к/п, где к - число информативных символов; п - число передаваемых в канал связи символов за один такт поступления на кодер информационного символа. В соответствии с этим число контактов (ячеек регистра сдвига коммутатора) должно быть равно п, а частота переключения должна быть в п раз больше входной тактовой частоты. Так, при скорости К = 1/2 у коммутатора должно быть 2 контакта и переключение должно производиться с удвоенной тактовой частотой.
Алгоритм кодирования сверточным кодом
Для наглядности в табл. 3.1, 3.2 и 3.3 графически показаны процессы форматирования (кодирования) кодов Финка при шагах 8 = О, 1 и 2 соответственно. Там же представлены варианты декодирования принятых последовательностей с искаженными за счет помех различными символами. Искаженные символы и результаты их декодирования отображены в таблицах жирным шрифтом. Для всех рассматриваемых значений 8 = О, 1 и 2 принята исходная информативная последовательность из 10 символов 0001101011 (для 8 = 2 - с добавлением до 14) [64, 65, 66, 67, 68, 69].
Полученные проверочные контрольные символы встраиваются между соседними информативными, образуя соответствующую входную последовательность, подлежащую передаче по каналу связи.
Как видно из табл. 3.1, при 8 = 0 ошибка при приеме одного 5-го информационного символа приводит при декодировании к ошибке двух проверочных символов 4-го и 5-го, что позволяет исправить находящийся между ними 5-й информационный символ, в соответствии с выражениями (3.2) и (3.3).
Как видно из рассмотренных примеров формирования кодов после суммирования по модулю 2, в соответствии с выражением (3.2), последовательность проверочных символов получается различной и определяется значением шага 8. f Начало J
На стороне приема осуществляется та же самая процедура получения проверочных символов, что и на стороне передачи (3.2), и производится сравнение их с принятыми проверочными символами. Если при приеме ошибок нет, то результат суммирования по модулю 2 (сравнение) будет состоять из последовательности, содержащей одни нули. Эта последовательность, так же как в блочных циклических кодах, называется синдромом. Напомним [65], что термин “синдром” заимствован из медицинской практики (с греческого - вместе бегущий) и означает сочетание еимптомов болезни, характерное для данного заболевания. В теории кодирования синдром, который также называют опознавателем ошибок, означает совокупность признаков, характерных для определенных ошибок. Синдром полностью определяется комбинацией ошибок, которые приводят к появлению в синдромной последовательности 1 на соответствующих позициях (пункты 4, 5, рис. 3.4) [58, 59, 60, 61, 62, 64, 65].
В табл.3.1-3.3 непосредственно синдромы только с 1 на позициях, определяющих конфигурацию ошибок, не указаны. Их заменяют результаты суммирования по модулю 2 по алгоритму (3.2) информационных символов а;, принимаемых с ошибками, причем символы, определяющие конфигурацию ошибок, выделены в таблицах жирным шрифтом (пункты 7, 8, рис. 3.4).
Декодирование при ошибке в одном проверочном символе при разных значениях шага 8 вызывает в результате суммирования различие только в одном символе, что не влияет на правильный прием информативной последовательности (пункт 9, рис. 3.4).
Декодирование при ошибке в двух информационных символах (табл. 3.1, 8 = 0) показывает, что для верного декодирования ошибочные символы (4-й и 6-й) должны быть разнесены, чтобы не участвовать в формировании одинаковых проверочных символов. Для этого номера набора искаженных проверочных символов в результате суммирования должны стыковаться без перекрытия и, по крайней мере, без пропуска. В табл. 3.1 показана ситуация, когда в последовательности проверочных символов неверно декодируется группа из 4 подряд следующих символов с 3-го по 6-й, которые обмечены жирным шрифтом [60, 61, 62, 63, 64, 65, 69]. Это условие “стыковки” требует наличия трех (1с = 3) верно принимаемых символов между двумя искаженными информационными символами. Назовем этот интервал 1с - расстоянием стыковки.
В этом случае, когда соотношение (3.2) оказывается не выполненным для группы проверочных символов с 3-го по 6-й, в соответствии с выражением (3.2) 4-й и 6-й информационные элементы заменяются на противоположные, т. е. происходит верное исправление ошибочно принятых информационных символов с номерами 1 = 4 и 1 = 6. Однако в интервал стыковки 1с = 3 попадает верно принимаемый 5-й информационный символ, для которого из-за ошибочно принятых соседних (левого 4-го и правого 6-го) информационных символов также будет выполняться условие (3.3) и он, верно принятый, будет в декодере заменен на противоположный.
Для того чтобы этого не произошло необходимо увеличить число верно принимаемых символов между ошибочными информационными по крайней мере на два, чтобы пары неверно декодируемых проверочных символов не стыковались. Это приводит к тому, что стыковочное расстояние 1с = 3 требуется увеличить по крайней мере (для s = 0) на 1д = 2 (два дополнительных символа). Таким образом, для однозначного декодирования информационных символов требуется между двумя ошибочно принимаемыми символами иметь защитный интервал 1о = 1с + 1д из верно принимаемых символов с учетом проверочных. Для кода Финка с шагом s = О значение 10 = 5. Увеличение шага (s 0) способствует возможности исправления не только ошибочных символов в принимаемой последовательности, но и групп подряд следующих символов. При S = 0 код Финка не способен исправлять даже два подряд следующих ошибочных символа, а при шаге s = 1 появляется возможность исправления групп из трех соседних символов [70].
Общая структура кодека сети сотовой связи
Active-HDL - интеграционный пакет разработки и моделирования цифровых схем, созданных с помощью языков описания оборудования VHDL и Verilog. Он предоставляет средства для проектирования, тестирования и реализации.
Система проектирования Active-HDL является сегодня ведущей средой проектирования для создания проектов и их моделирования для всех семейств программируемых интегральных схем, обеспечивая гибкость подхода и предоставляя развитые функции поддержки наиболее сложных современных проектов. Тесная интеграция всех приложений обеспечивает абсолютный контроль над проектом от спецификации на всем пути к его физической реализации [51, 80, 81, 82, 83, 85, 86, 91].
Система Active-HDL структурно построена вокруг своего блока управления маршрутом проектирования, который позволяет пользователям легко получать доступ к средствам проектирования и библиотекам, которые они используют в проекте. Блок управления проектом Active-HDL позволяет разработчику выполнять все модификации и операции над проектом из единого окружения; такая интеграция дает лучший контроль над процессом проектирования и сберегает время, устраняя необходимость в запуске множества оконных интерфейсов и процессов.
Система управления проектами обеспечивает быстрое и эффективное управление всеми ресурсами проектов. Разработчики могут использовать ее для:
Функция Code2Graphics может генерировать графическое представление проектов, сделанных на языках VHDL или Verilog. Эта функция дает ясную картину взаимосвязей между компонентами, используемыми в проекте. Она анализирует исходные файлы на языках VHDL, Verilog или в формате EDIF, и генерирует один или более файлов блок-диаграмм, в зависимости от количества проектных объектов, модулей или элементов, найденных в анализируемых файлах. Результирующие графические файлы (блок-диаграммы или диаграммы автоматов конечных состояний) могут быть автоматически присоединены к проекту или размещены отдельно [83, 85].
Система Active-HDL может использоваться для автоматической генерации тестов из графических временных диаграмм или диаграмм автоматов конечных состояний. Генератор тестов руководит последовательностью действий инженера в диалоговом режиме и создает шаблон теста либо для отдельного процесса, либо на основе IEEE Waves. Один и тот же тест может использоваться на любом уровне абстракций в процессе проектирования (поведенческом, регистровых передач или временном) [80, 81, 82, 83, 85].
Проектные блоки, занимающие большое время моделирования, могут быть легко определены е помощью функции профилирования проекта. За счет идентификации этих блоков и оптимизации тех частей проекта, которые увеличивают время моделирования, общее время моделирования проекта может быть существенно уменьшено. Моделирование может быть очень неэффективным без возможности увидеть характеристики проекта и установить деградацию моделирования [80, 81, 82, 83].
На рис. 4.1. представлена структурная схема канального кодека. Соответственно слева представлена структура кодера, а справа декодера. Для кодирования еигнала используется модуль каскадного кодера, основанный на двухуровневом кодировании. Соответственно, внутреннее кодирование сверточным кодом и внешнгее - кодирование кодом Рида-Соломона. Алгоримы работы данных блоком описана в гл. 3. Декодирование производится в обратном порядке. Также в блоках кодера и декодера реализованы схемы перфорации и деперфорации кода. Модуль деперфорации кода 5 -i i- ей ит Модуль каскадного декодера Процедура J3X1- сверточного декодирования 0. Xи кодом Финка X Ч. Процедура декодирования кодом Ридз- Соломонз БЛОК ДЕКОДЕРА Рис. 4.1. Структурная схема канального кодека Как отмечалось выше информационные биты в сетях сотовой связи разделены на следующие классы: класс I, 182 бит - наиболее чувствительные к ошибкам, непосредственно информационный поток; класс II, 78 бит -наименее чувствительные к ошибкам (служебная последовательность).
В класс I добавлен циклический избыточный код на 3 бита для разделения пакетов и конечной последовательностью (ТВ) на 4 бита (всего 189 битов).
На рис. 4.2 и 4.3 представлены процедуры преобразования информационной последовательности. Соответственно, при канальном кодировании осуществляется внесение избыточности в последовательность на основе разработанного метода (гл. 3), а алгоритм извлечения информационной последовательности изложен в процедуре декодирования последовательности. Более подробно работа модели будет изложена далее.
