Введение к работе
Актуальность темы. Одна из основных проблем теории и техники ередачи дискретных сообщений (ПДС) по каналам с переменными па-аметрами заключается в повышении достоверности принимаемой ин-ормации. На практике наиболее распространенным (а подчас и един-твенным) методом решения этой проблега является применение сис-ем с обратной связью (ОС). Несмотря на то, что системы с ОС ис-ользуются более чем полвека, в настоящее время это направление аучных исследований переживает некоторый "ренесанс", что объяснятся прежде всего прогрессом в области микроэлектроники и вычисля-ельной техники.
В последние годы особую актуальность приобретают вопросы по-шпения эффективности систем ЦДС с решающей обратной связью (РОС), ри этом ключевой проблемой является выбор помехоустойчивого кода метода его декодирования. Решение этой задачи определяет важней-ие показатели системы: сквозную эффективность, остаточную вероят-ость ошибки, сложность реализации и др. Помимо алгоритмов декоди-ования с обнаружением ошибок, предложены алгоритмы « исправлением вибоя малой кратности и обнаружением оккбок большей кратности, а акже различные итеративгше и каскадные схемы кодирования и датирования информации. Использование такого подхода позволяет повы-ить эффективность СОДС с РОС, однако до сих пор открытой остается есьма важная проблема выбора оптимальной (в смысле максимума квозной эффективности) стратегии KonHpoeaHFH и декодирования ин-ормации. Решение этой проблемы связано с разработкой методов на-олдения наилучших кодов я алгоритмов их декодирования (при заданих ограничениях на требуемую достоверность и сложность реализа-ии), исследованием обнаруживающей способности помехоустойчивых одов, использованием принципов адаптивного кодирования/пекодиро-ания сообщений в зависимости от состояния канала.
Таким образом, разработка и исследование методов повышения фиктивности перспективных СЦДС с РОС представляются весьма акту-иьнымн.
Цель и задачи работы. Основной целью диссертационной работы вляются разработка и исследование путей повышения эффективности, также выработки», практических рекомендаций для создания перепек-
тивных СЦДС с РОС. Для достижения указанной целя в работе решают» следующие основные задачи:
исследование статистических характеристик реальных каналої передачи дискретных сообщений и выбор адекватных математических моделей;
разработка методов вычисления вероятности необнаруженной ошибки линейных блочных кодов в каналах с памятью;
разработка методики выбора наилучшего (в смысле максимума сквозной вффективности СЦДС с РОС) кода и метода его декодирования;
разработка алгоритма вычисления спектра весов широкого класса линейных блочных ходов;
разработка методики вычисления сквозной эффективности СПДС с РОС при заданных ограничениях на длину кодового слова, число не правляеыых ошибок и вероятность необнаруженной ошибки;
исследование эффективности адаптивного кодирования и декодирования информация в СЦДС с РОС;
ясеяедование эффективности многочастотных систем с РОС;
разработка практических рекомендаций для построения перспективных систем ПДС с РОС.
На fоды исследований. Для решения поставленных задач кслоль-зоваяся аппарат теории вероятностей, теории случайных Процессов и математической статистики, статистической теории свези и теории передачи дискретных сообщений. Теоретические результаты подтверждены в ходе лабораторных и стендовых испытаний.
Научная новизна работы состоит в следувщем.
-
Предложена методика анализа сквозной эффективности СЦДС с РОС при заданных ограничениях' на достоверность выдаваемой получателе информации и сложность реализации системы.
-
Разработана новая процедура быстрого вычисления спектра весов линейных блочных кодов на ЭВМ; использование данной процедуры позволяет существенно расширить класс кодов с известной спектральной структурой и определить их обнаруживающую споеобносі
-
Разработана методика поиска Є -оптимальных кодов для СПДС е РОС.
-
Разработана методика анализа я исследована эффективность стратегия адаптивного кодирования и декодирования информации в СЦДС с РОС в составных каналах.
-
Предложены алгоритмы функционирования многочастотных- СПДС
с РОС; разработаны процедуры выбора параметров кодов, обеспечивающих мкхснмальнув эффективность систем рассматриваемого класса; получены аналитические выражения для оценки необходимых объемов буферных накопителей.
Практическая пенность работы состоит в том, что:
предложенная методика анализа позволяет определить потенциальные значения сквозной эффективности СЦПр с РОС и оптимальные методы кодирования и декодирования информации в системе при заданных ограничениях на сложность реализации, вероятность необнаруженной ошибки и характеристики канала связи;
впервые получены спектры весов широко используемых на практике линейных блочных кодов; этот результат имеет самостоятельней практический интерес, так как мокет быть использован при репеняи пирокого крута задач помехоустойчивого кодирования;
использование -оптимальных кодов в СПДС с РОС позволяет достичь практически потенциальных значений спэозноЯ эффективности при существенном упрочения реализация спстсш;
предложенная стратегия адаптивного кодирования и декодаро-ьания информации в СДДС с РОС обеспечкЕазг- окатагедьноз уЕОіпгчениа сквозной оффектнгности системы в составных каналах;
разработанные алгоритмы функционирования и процедуры выбора -оптимальных кодов для многочастоткых СДДС с РОС обеспечиваот весьма Ексохую эффективность при разумных ограничениях на объем буферных накопителей.
Результаты диссертационной работы могут быть использованы при построении конкретных СДДС с РОС, а такяе при создании системы автоматизированного проектирования систем передачі? с РОС с заданными вероятностно-врєменккми характеристиками.
Реализация результатов работы. Основные теоретические и практические результата диссертационной работы использоввкы при выполнении ряда КИР и ОКР, а та'кже при разработке опытных образцов аппаратуры защиты от ошибок для*коммутируемых телефонных каналов.
Апробация работы. Основные результаты и положения работы об-суяодались и были одобрены на региональной 47-й ШК "Актуальные проблемы развития радиотехники, электроники и связи" (Санкт-Петербург, 1992), Первой Мевдународной конференции по применения спутниковой связи RUSSAT-ЭМСанкт-Петербург, 1993), 45-й и 46-й научно-технических к&нференциях профессорско-преподавательского состава и сотрудников ЛЭИС им. проф. Ы.А. Бонч-Бруевича (Санкт-Петер-
бург, 1992, 1993 гг.).
Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 10 печатных работах.
Яичный вклад автора. Основные научные положения, теоретические выводы и рекомендации, содержащиеся * в диссертационной работе, получены автором самостоятельно. Обсуждение постановки задачи и полученных результатов, а такие экспериментальные исследования проводились с соавторами опубликованных работ.
Положения, выносимые на защиту:
1. При любых значениях вероятности овабки р (0 < р< 0,6) в
канале связи и заданных ограничениях на допустимую вероятность не
обнаруженной ошибки и сложность реализации можно определить опти
мальные (в смысле максимума сквозной эффективности) параметры
(П,К ) кода и алгоритм его декодирования.
-
В плохих каналах (р ^ 5-Ю"3) эффективность СПДС с РОС может б:ягь существенно повышена за счет применения алгоритмов декодирования с частичным исправлением ошибок малой кратности и об-наружек'.еа ошибок большей кратности. В хорсшх каналах (р< 10 ) высоки? эффективность СПДС с РОС может быть достигнута благодаря использовании сравнительно длинных кодов (П > 512) и декодирования с обнаружением ошибок.
-
В СПДС с РОС целесообразно использовать -оптимальные кода, что позволяет существенно упростить реализацию систеш, практически не снижая при этом ее сквознуо эффективность.
-
В составных каналах целесообразно использовать стратеги) адаптивного кодирования и декодирования информации. Разработанная методика выбора кода позволяет для лпбой заданной модели составного канала выбрать набор наилучпих кодов и алгоритмов декодирования, обеспечивагяцих максимум сквозной эффективности.
-
Предложенная универсальная процедура расчета на &Ш спектра весов линейных блочных кодов позволяет существенно сократить объем необходимых вычислений по сравнению с известными переборными методами. Это значительно расширяет класс кодов с известной спектральной структурой.
-
В иногочастотных системах передачи с РОС целесообразно использовать двумерное частотно-враяєнное кодирование с применением каскадных кодов (КК). При заданном значении вероятности ошибки в санале и стратегии переспроса существует оптимальный набор параметров КК в режим декодирования, при котором (при заданных огра-
ничениях на вероятность необнаруженной сетбсті и объем буферного накопителя) обеспечивается максимум сквозной эффективности.
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка литературы и трех приложений.
