Введение к работе
Актуальность. Эффективность решения задач управления в сложных технических системах во многом определяется надежностью систем связи, обеспечивающих передачу информации между элементами этих систем. Применение помехоустойчивых кодов позволяет исправлять ошибки, возникающие в результате шума и помех в канале связи, и тем самым достичь требуемой надежности системы в целом. Выбор способа помехоустойчивого кодирования нередко определяется не только требованиями к .надежности цифровой системы связи, но и практическими ограничениями на сложность реализации устройств кодирования и декодирования информации. Весьма часто алгоритмы помехоустойчивого кодирования также используются при решении задач сжатия информации на выходе аналогового источника, особенно при больших скоростях поступающей информации и необходимости работы системы в реальном масштабе времени.
Одним из наиболее широко используемых в настоящее время методов исправления ошибок и сжатия аналоговой информации является свертсчное кодирование. Для декодирования сверточных кодов наиболее часто используются алгоритмы, основывающиеся на принципе максимального правдоподобия - алгоритмы последовательного декодирования и алгоритм Витерби. Сверточное кодирование, применяемое вместе с декодером Витерби, обладает сранительной простотой реализации и относительно большим достигаемым ьыигркием от кодирования. Однако, при повышении требований на помехоустойчивость (или эффективность сжатия аналоговой информации) и использовании более длинных кодов, применение алгоритма Витерби зачастую невозможно, ввиду экспоненциального роста сложности декодера с увеличением длины кода. Существенным недостатком алгоритмов последовательного декодирования является случайное число вычислительных операций, затрачиваемое на декодирование одного информационного символа и, как следствие этого, случайное время декодирования.
Практические ограничения на сложность реализации устройств декодирования сверточных кодов вызывают необходимость применения подоптимальных алгоритмов декодирования. К числу таких алгоритмов относится алгоритм декодирования с использованием списков, предложенный в работах Т.Хашимото, а также Б.Д.Кудряшова и В.Б.Балакирского. Дашшй алгоритм позволяет достичь лучших обменных соотношений между сложностью реализации и вероятностью ошибки'
декодирования по сравнению с декодером Витерби. Важным достоинством алгоритма с использованием списков является постоянное время декодирования одного информационного символа. Вместе с тем практическое использование списочного алгоритма затруднено в связи с отсутствием способов оценки эффективности списочного декодирования применительно к конкретным кодам, а также отсутствием каких либо рекомендаций по выбору кодов для декодирования по алгоритму с использованием списков. В этой связи задача исследования характеристик списочного декодера и поиска сверточных кодов, ориентированных на списочное декодирование, является весьма актуальной.
Целью диссертационной работы является исследование характеристик списочного декодера применительно к конкретным кодам при решении задач помехоустойчивого кодирования и сжатия аналоговой информации.
Для достижения поставленной цели представляется необходимым решение следующих задзч:
-разработать методику оценки характеристик помехоустойчивости сверточных кодов, декодируемых с использованием списков;
-разработать методику поиска сверточных кодов, предназначенных для использования совместно со списочным алгоритмом декодирования;
-исследовать эффективность использования списочного декодера для решения задачи кодирования аналоговых источников.
Методы исследования. Основными методами исследования являются теоретические исследования с использованием методов теории вероятностей, а также экспериментальные исследования на ЭВМ, в частности моделирование алгоритма декодирования сверточных кодов с использованием списков для решения задач помехоустойчивого кодирования и сжатия информации на выходе аналогового источника.
Новые результаты и положения, выносимые на защиту : -методика расчета помехоустойчивости сверточных кодов, декодируемых по алгоритму с использованием списков;
-методика выбора сверточных кодов, которые позволяют снизить сложность реализации при декодировании с использованием списков в каналах с жесткими и мягкими решениями, по сравнению с
использованием кодов, декодируемых по алгоритму Витерби;
-применение алгоритма декодирования с использованием списков позволяет повысить эффективность „ кодирования гауссовских авторегрессионных источников;
-алгоритм декодирования с использованием списков позволяет повысить эффективность сжатия речевых сигналов, по сравнению. с применением декодера ВитерОи, "в системах, основанных на использовании линейного предсказания и решетчатого кодирования.
Практическая ценность работы. Практическая ценность работы состоит в следущем:
-построены таблицы двоичных сверточных кодов, предназначенных для списочного декодирования при объеме списка равном 2;
-построены таблицы сверточных кодов, предназначенных для использования совместно с алгоритмом списочного декодіфования в системах связи с многопозиционной частотной модуляцией;
-получены экспериментальные данные, позволяющие оценить эффективность использования списочного алгоритма при решении задачи скатия последовательности отсчетов речевого сигнала.
Результаты исследования нашли применение в научно-исследовательских работах, проводимых кафедрой "Автоматизированные системы управления" Государственной академии аэрокосмического приборостроения, отражены в отчетах по UYP и использованы при разработке систем связи, выполненных совместно с научно-исследовательскими институтами, что подтверждается соответствующими документами.
Апробация работы.Основные результаты диссертационной работы докладывались, обсуждались и получили одобрение на: .
-X всесоюзном симпозиуме по -проблемам избыточности в информационных системах (Ленинград, 1989);
-V советско-шведском международном симпозиуме по теории информации (Москва, 1991);
-научном семинаре НТО РЭС им А.С.Попова (Ленинград, 1991); а также семинарах по теории информации и кодирования кафедры АСУ СПИАЛ (С-Петербург 1989, 1990, 1991, 1992).
Публикации По теме диссертации опубликовано 6 печатных трудов
в сборниках докладов, научно-технических сборниках и научно-практических журналах.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, чвтирех разделов, заключения, списка литературы и приложений. Работа содержит 122 страницы основного текста, 28 рисунков, список использований литературы содержит 50 наименований.