WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

Мордасов Константин Александрович МЕТОД БЫСТРОГО ДЕКОДИРОВАНИЯ ДЛИННЫХ ПСЕВДОСЛУЧАЙНЫХ КОДОВ 05.12.13 – «Системы, сети и устройства телекоммуникаций»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва-2009 Диссертационная работа выполнена на кафедре телекоммуникационных систем Московского государственного института электронной техники (технического университета) Научный руководитель доктор технических наук, старший научный сотрудник Кузнецов Виталий Степанович Официальные доктор технических наук, профессор оппоненты: Смирнов Николай Исаакович кандидат технических наук, доцент Михайлов Владимир Юрьевич

Ведущая организация: OOO«Ратеос»

Защита состоится « 17 » декабря 2009 года в 16 часов 00 минут на заседании диссертационного совета Д212.134.02 при Московском государственном институте электронной техники (техническом университете) по адресу: 124498, Москва, г. Зеленоград, проезд 4806, д.5, МИЭТ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИЭТ.

Автореферат разослан « 12» ноября 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук Гуреев А. В.

2

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

В диссертации разрабатывается и исследуется новый метод быстрого декодирования длинных псевдослучайных кодов для передачи информации в системах цифровой радиосвязи специального назначения с высокими требованиями к структурной скрытности, конфиденциальности и достоверности информации. Метод базируются на рекурсивной зависимости символов псевдослучайных кодов. В основе метода лежит прием линейных рекуррентных последовательностей по информационной совокупности с использованием пассивной согласованной фильтрации и способ мажоритарного решения по нескольким информационным блокам.

Рассматриваются алгоритмы для декодирования симплексного кода максимальной длины и кода Голда, которые могут быть без существенного изменения использованы для декодирования кодов малого и большого семейств Касами. Исследуется помехоустойчивость разработанного метода декодирования в двоичном симметричном канале, проведена оптимизация его параметров для канала с вероятностью ошибки на символ 0,1. Рассматриваются также вопросы сложности программно-аппаратной реализации разработанного метода.

Актуальность работы В настоящее время для повышения помехозащищенности радиосистем передачи информации в условиях радиоэлектронной борьбы используются шумоподобные сигналы (ШПС) с большой базой.

Такие сигналы формируются ортогональными и квазиортогональными кодами, длина которых может намного превышать 10 символов.

Широкое применение получили квазиортогональные коды максимальной длины, коды Голда, коды малого и большого семейств Касами; все перечисленные коды образуются линейными рекуррентными последовательностями и не редко называются псевдослучайными кодами. Оптимальный корреляционный приемник для ШПС сигналов, осуществляющий процедуру приема "в целом”, не всегда реализуем по причине экспоненциальной сложности устройства обработки в функции от длины кода. Для разрешения проблемы сложности используют регенерацию символов принимаемого сигнала (посимвольный прием), а затем обрабатывают полученную кодовую последовательность двоичных символов, используя цифровые схемы.

Разумеется, такая схема приема проигрывает по помехоустойчивости оптимальному приемнику. Этот проигрыш служит платой за упрощение практической реализации схемы приема “в целом” в непрерывном канале.

Проблеме ускоренной цифровой обработки ШПС сигналов с большой базой посвящено много монографий и публикаций.

Наибольший вклад в теоретическое развитие этой проблемы внесли Д. Спилкер, Титсворт, Р. Уорд, В. В. Лосев, Л. Е. Варакин, Г. И. Тузов, Н. В. Семаков, В. А. Зиновьев, Г. В. Зайцев, Л. В. Канатова, В. А. Сивов.

Однако известные алгоритмы основаны на вычислении корреляционной функции сигнала и выборе наиболее вероятного слова из большого набора разрешенных слов по методу максимального правдоподобия.

Один из популярных на сегодняшний день быстрых алгоритмов максимального правдоподобия - это быстрое преобразование над матрицами Адамара. Однако программно-аппаратная реализация этого алгоритма наталкивается на трудности при обработке сверхдлинных кодов в режиме реального времени.

Кодовые ансамбли, которые используются для формирования ШПС сигналов с большой базой, можно рассматривать также как блочные корректирующие коды большой длины. В настоящее время растет интерес и потребность в быстродействующих декодерах для обработки очень длинных кодов ( 10 10 ), так как прогресс в этой области определяет развитие систем спутниковой, космической и наземных видов связи. Это обстоятельство подчеркивает, что применяемые в технике связи алгоритмы коррекции ошибок должны быть максимально упрощены, а поиск простых и эффективных алгоритмов декодирования – актуальная задача в современной теории помехоустойчивого кодирования. Среди последних достижений в этой области хочется отметить заслуги отечественных ученых В. В. Золотарева и Г. В.

Овечкина, открывших эффективный метод многопорогового декодирования, развитие которого продолжается в наши дни.

В диссертационной работе изучается проблема высокой сложности процедуры декодирования псевдослучайных кодов большой длины и предлагается новый метод их цифровой обработки, который снимает ограничения на программно-аппаратную реализацию декодера при обработке сверхдлинных кодовых последовательностей. Актуальность работы подтверждена тем, что она выполнялась в рамках проектноконструкторской деятельности ФГУП СКБ «Радэл» при разработке аппаратуры радиосвязи, что подтверждено соответствующим актом о внедрении результатов работы.

Цель и задачи диссертационной работы Целью диссертационной работы является разработка метода быстрого декодирования длинных псевдослучайных кодов с невысокой сложностью программно-аппаратной реализации декодера для передачи информации в цифровых системах радиосвязи специального назначения с высокими требованиями к структурной скрытности, конфиденциальности и достоверности информации; исследование эффективности использования такого метода в дискретном канале; а также оценка реализуемости метода на современных цифровых процессорах. Вычислительная сложность метода декодирования должна быть не хуже log. Программно-аппаратная реализация декодера должна требовать минимальных ресурсов цифрового процессора, слабо зависящих от длины кодового слова.

Для достижения поставленной цели требуется решить следующие задачи:

- изучить свойства псевдослучайных кодов и известные методы их декодирования;

- разработать метод быстрого декодирования длинных псевдослучайных кодов с невысокой сложностью декодера;

- реализовать разработанный метод декодирования в виде программной модели;

- исследовать помехоустойчивость разработанного метода с помощью программной модели.

Объект и предмет исследования Объект предстоящего исследования - передача информации в цифровых системах радиосвязи специального назначения с высокими требованиями к структурной скрытности, конфиденциальности и достоверности информации. Предмет исследования - поиск методов быстрого декодирования, позволяющих использовать длинные псевдослучайные коды в таких системах.

Методы исследования При проведении работы использованы методы теории информации и помехоустойчивого кодирования, теории псевдослучайных сигналов, теории вероятности и математической статистики, а также методы компьютерного моделирования. При разработке программ, моделировании и проведении численных расчетов использовались следующие программные продукты: MATLAB 7.0 и Microsoft Visual Studio 2005 (алгоритмические языки C/C++ и С#).

Научная новизна В процессе исследований и разработок получены следующие новые научные результаты.

1. Разработан метод приема линейных рекуррентных последовательностей с использованием пассивной согласованной фильтрации с помощью генератора последовательности; показано, что такой метод позволяет реализовать декодер псевдослучайных кодов с логарифмической сложностью в функции от длины кода.

2. Разработан метод быстрого декодирования длинных псевдослучайных кодов для передачи информации в цифровых системах радиосвязи специального назначения. В основе алгоритма лежит обнаружение с помощью пассивной согласованной фильтрации безошибочного сегмента линейной рекуррентной последовательности и определение информационного блока по найденному сегменту с помощью зеркального генератора последовательности.

а) Оценка сложности метода показала, что при сравнительно одинаковом с алгоритмом быстрого преобразования Адамара росте вычислительной сложности программно-аппаратная реализация предложенного метода требует значительно меньших ресурсов цифрового процессора, что снимает ограничения на схемотехническую реализацию декодера при обработке сверхдлинных кодовых последовательностей.

б) Для симплексного кода максимальной длины (1023, 10) и кода Голда (1023, 10) путем компьютерного моделирования получены оптимальные параметры метода по критерию максимума вероятности правильного декодирования блока при передаче по двоичному симметричному каналу с вероятностью ошибки на символ 0,1. Для оптимальных параметров метода построены экспериментальные графики зависимости помехоустойчивости от вероятности ошибки на символ в двоичном симметричном канале, которые представляют большую теоретическую и практическую ценность для анализа помехоустойчивости метода и определения области его применения.

в) Путем компьютерного моделирования установлено, что мажоритарное решение по нескольким информационным блокам, полученным по различным кодовым сегментам, позволяет значительно улучшить помехоустойчивость метода.

Практическая значимость результатов работы Практическая значимость результатов, полученных в диссертационной работе, заключается в следующем.

1. Использование разработанного метода декодирования позволяет реализовать декодер псевдослучайных кодов схемотехнически или на цифровых процессорах с ограниченными ресурсами для приема сверхдлинных кодовых последовательностей в режиме реального времени. По сравнению с известными методами, использующими быстрые преобразования над матрицами Адамара для ускоренного декодирования псевдослучайных кодов, при сравнительно одинаковом росте вычислительной сложности разработанный метод снижает сложность декодера в / log раз, где – длина кода, а 5, и сокращает емкость запоминающего устройства в / раз.

2. Разработанная на алгоритмических языках С/С++ и С# программная модель передачи и декодирования псевдослучайных кодов в дискретном канале может быть использована при проектировании цифровых систем связи, а также в учебном процессе по курсу «Теория информации и помехоустойчивого кодирования».

3. Разработанные для метода декодирования программные модули на алгоритмическом языке С/С++ позволяют снизить время проектирования декодера псевдослучайных кодов на цифровых процессорах за счет использования готового программного обеспечения.

Достоверность результатов Достоверность результатов диссертационной работы подтверждена результатами компьютерного моделирования в среде MATLAB 7.0 и программном пакете, разработанном автором диссертации.

Личный вклад автора Все основные результаты диссертационной работы, включая положения, выносимые на защиту, получены лично автором диссертации.

Внедрение результатов работы Результаты диссертационной работы внедрены в виде:

- программной реализации декодера псевдослучайных кодов, результатов его исследования на программной модели, а также методики его расчета и моделирования в проектно-конструкторскую деятельность ФГУП СКБ«Радэл» при разработке аппаратуры радиосвязи;

- программной модели декодера псевдослучайных кодов в учебный процесс на кафедре телекоммуникационных систем Московского государственного института электронной техники (технического университета) при проведении лекций и лабораторных работ по курсу «Основы теории информации и помехоустойчивого кодирования»;

что подтверждено соответствующими актами.

Положения, выносимые на защиту 1. Метод приема линейных рекуррентных последовательностей с использованием пассивной согласованной фильтрация с помощью генератора последовательности.

2. Метод декодирования длинных псевдослучайных кодов, в основе которого лежит обнаружение с помощью пассивной согласованной фильтрации безошибочного сегмента линейной рекуррентной последовательности и определение информационного блока по найденному сегменту с помощью зеркального генератора последовательности.

3. Способ мажоритарного решения по нескольким информационным блокам для повышения помехоустойчивости метода декодирования длинных псевдослучайных кодов, основанного на пассивной согласованной фильтрации линейной рекуррентной последовательности и определении информационного слова по кодовому сегменту без ошибок.

4. Медленный рост сложности декодера псевдослучайных кодов, определяемый как логарифм от длины кодового слова, при использовании метода декодирования, основанного на пассивной согласованной фильтрации линейной рекуррентной последовательности и определении информационного слова по кодовому сегменту без ошибок.

Апробация работы Основные результаты диссертационной работы представлены и обсуждены на научных семинарах кафедры телекоммуникационных систем Московского государственного института электронной техники и научно-техническом семинаре ФГУП СКБ «Радэл» и 2-х научнотехнических конференциях: Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов в рамках Программы « Участник молодежного научно-инновационного конкурса «Электроника 2006-2007» (г. Москва, 2006 г.), 14-ой Всероссийской межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика» (г. Москва, 2007 г.).

Публикации Результаты диссертационной работы опубликованы в 5 работах. Из них 1 статья в журнале из перечня ВАК «Естественные и технические науки»; 2 статьи в журнале, не входящем в перечень ВАК: «Сборник научных трудов под ред. д. т. н., профессора Баринова В. В. «Методы проектирования и защиты мобильных систем связи» (Изд. МИЭТ), и тезиса в трудах, перечисленных выше российских конференций.

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»