WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 ||

4. Вычислительная сложность процедуры декодирования одного слова ПС кода 2 1, декодером БДК, растет пропорционально ~ log, программно-аппаратная сложность декодера растер как ~ log. При декодировании требуется память для хранения доверительных фаз кода по бит каждая. Таким образом, при сравнительно одинаковом с алгоритмом БПА росте вычислительной сложности предложенный метод БДК обладает существенным преимуществом по сложности программно-аппаратной реализации, которое можно оценить как выигрыш в / log раз по сложности устройства и / раз по требуемым ресурсам памяти. В результате разработанный метод в отличие от существующего позволяет реализовать декодер на цифровых процессорах с ограниченными ресурсами для обработки сверхдлинных кодовых последовательностей в режиме реального времени.

5. Метод БДК обладает гибкостью относительно выбора длины кодового блока, которая может отличаться от периода ЛРП. Также существует гибкость в получении вероятностных характеристик декодера в зависимости от целей использования. Например, специальный выбор параметров метода может обеспечить очень высокую достоверность информации за счет повышения вероятности отказа от декодирования. Это может быть также полезным при передаче команд радиоуправления или для обнаружения факта радиоэлектронной борьбы, направленной против системы связи.

Четвертая глава (ИССЛЕДОВАНИЕ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ МЕТОДА БЫСТРОГО ДЕКОДИРОВАНИЯ ДЛИННЫХ ПСЕВДОСЛУЧАЙНЫХ КОДОВ) посвящена исследованию помехоустойчивости разработанного метода БДК и определению области его применения. Так как метод БДК отходит от принципов оптимального декодирования по методу максимального правдоподобия (МП), следует ожидать ухудшения корректирующих свойств кода в обмен на выигрыш в вычислительной простоте при переходе от декодера МП на декодер БДК. Чтобы оценить эту потерю и понять насколько целесообразно использование данного алгоритма на практике была исследована помехоустойчивость метода БДК в двоичном симметричном канале (ДСК) для ПС кодов длины 1023.

Выберем критерий для оценки помехоустойчивости методов БДК и МП. Пусть вероятность правильного декодирования блока равна ПР, вероятность ложного декодирования блока равна ЛЖ, а вероятность отказа от декодирования равна ОТК, тогда ПР ЛЖ ОТК 1. Пусть ЛЖ ОТК - вероятность нежелательных событий декодера, которую будем условно называть вероятностью ошибки декодирования на блок. Тогда однозначно определяет ПР, так как ПР 1, и следовательно может служить оценкой корректирующей способности декодера. Отметим, что вероятность не является оценкой достоверности информации для декодера БДК, так как учитывает отказы от декодирования, в отличие от декодера МП, для которого ОТК 0. Для оценки и сравнения помехоустойчивости методов МП и БДК была выбрана вероятность. Такой выбор обоснован тем, что для метода БДК может быть достигнута достоверность информации идентичная методу МП, однако за счет повышения отказов от декодирования, а при сравнении важнее оценить потерю в корректирующих свойствах декодера, нежели в достоверности.

Вероятность для декодера МП рассчитывалась аналитически как верхняя граница для произвольного блокового кода при декодировании жестких решений в ДСК:

(3) 1, где - вероятность ошибки на символ в канале ДСК, а 1 / 2 - кратность ошибок, исправляемых блоковым кодом с минимальным расстоянием ( - целая часть числа ), – биномиальный коэффициент, – длина кода.

Вероятность для декодера БДК рассчитывалась путем компьютерного моделирования передачи и декодирования ПС кода в ДСК. Причем значение для каждой точки получено на базе как минимум 3-x экспериментов по 10 опытов (случайных конфигураций канальных ошибок) в каждом с использованием критерия Стьюдента с доверительной вероятностью 0.99 для оценки абсолютной погрешности вычисления случайной величины.

Перед сравнением с декодером МП параметры декодера БДК, были оптимизированы для получения минимальной вероятности для вероятности 10 ошибки на символ в канале ДСК, которая на практике часто определяет границу рабочей области системы связи.

В Табл. 1 представлены лучшие параметры декодера БДК, симплексного 1023, 10, 521 - кода с проверочным многочленом 1 и экспериментальная вероятность при вероятности 10 ошибки на символ в ДСК для каждой пары параметров с указанием абсолютной погрешности вычисления.

Диапазон параметров сужен в ходе исследования. В виду прямой зависимости сложности декодера БДК от базы МД, в исследовании не рассматривались базы МД более 7. В Табл. 2 представлены аналогичные результаты для 1023, 10, 480 - кода Голда с проверочным многочленом, образованным произведением многочленов 1 и 1.

Табл. Вероятность ошибки декодирования на блок для лучших параметров декодера БДК симплексного кода при вероятности 0,1 ошибки на символ в двоичном симметричном канале B=1 B=3 B=5 B=J=8 1,11E-04 ± 3,64E-05 1,04E-04 ± 3,51E-05 1,14E-05 ± 1,49E-05 4,80E-06 ± 3,07E-J=9 1,11E-04 ± 1,43E-05 1,06E-04 ± 2,79E-05 9,07E-06 ± 2,07E-05 5,57E-06 ± 4,21E-J=10 1,11E-04 ± 1,52E-05 1,04E-04 ± 2,12E-05 1,08E-05 ± 1,28E-05 3,37E-06 ± 6,62E-J=11 1,14E-04 ± 2,17E-05 1,14E-04 ± 1,85E-05 1,21E-05 ± 3,15E-06 5,70E-06 ± 6,29E-J=12 1,11E-04 ± 2,80E-05 1,15E-04 ± 2,25E-05 1,48E-05 ± 5,73E-06 1,14E-05 ± 2,51E-Табл. Вероятность ошибки декодирования на блок для лучших параметров декодера БДК кода Голда при вероятности 0,ошибки на символ в двоичном симметричном канале B=1 B=3 B=5 B=J=6 7,96E-03 ± 6,08E-05 7,83E-03 ± 2,23E-04 7,17E-03 ± 6,82E-05 9,57E-03 ± 5,22E-J=7 7,96E-03 ± 6,53E-05 7,81E-03 ± 1,40E-04 7,17E-03 ± 9,20E-05 8,68E-03 ± 2,43E-J=8 8,03E-03 ± 5,87E-05 7,85E-03 ± 3,41E-04 6,92E-03 ± 5,14E-04 7,17E-03 ± 5,28E-J=9 8,57E-03 ± 2,87E-05 8,52E-03 ± 5,35E-05 7,53E-03 ± 1,88E-04 7,49E-03 ± 2,14E-Согласно полученным результатам оптимальными с точки зрения минимума вероятности можно признать декодер БДК 10,7 для симплексного кода и декодер БДК 8,5 для кода Голда. Для этих декодеров, а также для декодеров с меньшей базой МД построены графики зависимости от.

На Рис. 3 представлена зависимость от для симплексного (1023, 10) - кода максимальной длины. Данный рисунок отображает экспериментальные результаты для различных декодеров БДК, с порогом обнаружения фазы кода 10. Из рисунка видно, что ощутимый выигрыш от мажоритарного решения наблюдается при использовании базы МД 5 и более. Однако декодер БДК 10,7 дает незначительный выигрыш в помехоустойчивости относительно декодера БДК 10,5, хотя требует большей вычислительной сложности.

Поэтому можно признать декодер БДК 10,5, оптимальным с точки зрения эффективности и сложности.

Рис. 3. Сравнение помехоустойчивости различных декодеров БДК симплексного кода максимальной длины (1023,10) На Рис. 4 представлена зависимость от для (1023, 10)-кода Голда. Данный рисунок отображает экспериментальные результаты для различных декодеров БДК, с порогом обнаружения фазы кода 8. Из рисунка видно, что выигрыш от мажоритарного решения не такой значительный, как для симплексного кода. Это объясняется тем, что начальная фаза кода Голда в два раза больше по размеру начальной фазы симплексного кода, следовательно, при одинаковой вероятности декодеру кода Голда априори сложнее обнаружить безошибочную фазу кода на той же длине кодового блока.

Рис. 4. Вероятность блоковой ошибки декодирования кода Голда (1023,10) для различных декодеров БДК По Рис. 3 и Рис. 4 можно определить рабочую область декодеров БДК. Так если требуется обеспечить качество передачи на уровне 10 декодер БДК 10,5 симплексного кода можно использовать в канале с вероятностью 10 ошибки на символ, а декодер БДК 8,кода Голда - в канале с вероятностью 7 10 ошибки на символ.

Границу рабочей области декодера БДК можно обосновать теоретически, если поток ошибок в ДСК рассматривать как простейший пуассоновский поток событий. Если - интенсивность события “ошибка в символе”, а время наблюдения определяется временем передачи символов, тогда среднее число ошибок за время наблюдения равно.

Декодер БДК не сможет исправить кодовое слово, если в нем нет ни одного сегмента без ошибок размером символов, где - размер начальной фазы кода. Поэтому исправление ошибок возможно, если в среднем ошибок не будет за время наблюдения символов, то есть, если 1 или 1/. Тогда для симплексного кода получаем границу 10, а для кода Голда – 5 10.

Полученные границы согласуются c результатами эксперимента.

Рис. 5. Сравнение декодеров МП и БДК для симплексного кода максимальной длины (1023, 10) и кода Голда (1023, 10) На Рис. 5 представлена аналитическая зависимость (3) для декодера МП и экспериментальная зависимость для декодеров БДК с оптимальными параметрами от отношения сигнал-шум на бит в дБ при когерентном детектировании сигналов ФМ-2 в дискретном канале с АБГШ. Из Рис. 5 видно, что при качестве передачи на уровне 10, декодер БДК 10,5 симплексного кода проигрывает декодеру МП приблизительно 3,47 дБ, а декодер БДК 8,5 кода Голда проигрывает декодеру МП приблизительно 4,3 дБ. Такой проигрыш декодера БДК служит платой за снижение сложности декодирующего устройства в 20 раз и уменьшение емкости запоминающего устройства в 200 раз по сравнению известными реализациями оптимального декодера МП с помощью БПА при декодировании жестких решений.

Как видно из результатов эксперимента, код Голда обладает меньшей помехоустойчивостью по сравнению с симплексным кодом, однако он имеет одно полезное достоинство. Помимо информационных символов код Голда передает также дополнительную информацию, которая может использоваться для кодового разделения абонентов.

В конце четвертой главы даются рекомендации к применению разработанных метода приема ЛРП и метода декодирования длинных ПС кодов. Предложены следующие варианты использования:

- беспоисковые системы цикловой синхронизации;

- беспоисковые системы измерения дальности;

- cистемы передачи команд радиоуправления и персонального вызова с низкоскоростной передачей данных абоненту.

- помехоустойчивое кодирование в системах связи специального назначения (устойчивая работа в условиях воздействия импульсных помех, структурная скрытность за счет перебора большого числа проверочных многочленов ПС кодов).

В заключении подведены итоги работы, сформулированы основные выводы, а также приведены сведения о практической апробации результатов диссертационной работы в виде их внедрения в промышленные разработки и в учебный процесс.

В приложении приведены примеры моделирующих программ на языках С# и MATLAB, пример реализации алгоритма на языке С/C++, акты внедрения результатов диссертационной работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ В работе рассмотрено решение научной задачи, заключающейся в разработке метода быстрого декодирования длинных псевдослучайных кодов для передачи информации в цифровых системах радиосвязи специального назначения с высокими требованиями к структурной скрытности, конфиденциальности и достоверности информации. В частности получены следующие результаты:

1. Разработан метод быстрого декодирования длинных псевдослучайных кодов на основе пассивной согласованной фильтрации с помощью генератора кодовой последовательности. В отличие от известных быстрых корреляционных методов декодирования при одинаковой вычислительной сложности, он характеризуется не линейной, а логарифмической сложностью декодера в функции от длины кода. Показано, что использование разработанного метода вместо быстрого преобразования над матрицами Адамара позволяет снизить сложность декодирующего устройства приблизительно в 20 раз и сократить требуемые ресурсы памяти для реализации на цифровых процессорах приблизительно в 200 раз при декодировании симплексного кода максимальной длины и кода Голда с размером кодового блока 1023 символа; при этом выигрыш в простоте реализации декодера достигается за счет уменьшения энергетического выигрыша от кодирования в дискретном канале с АБГШ и когерентным детектированием сигналов ФМ-2.

2. Для рассмотренного метода декодирования разработан пакет моделирующих программ на языках С/С++ и С#, позволяющий проводить анализ помехоустойчивости метода для различных псевдослучайных кодов при передаче по двоичному симметричному каналу. На базе программного пакета разработана методика исследования помехоустойчивости метода декодирования, которая позволяет адаптировать его параметры под канал связи и требования к качеству связи. Метод декодирования реализован в виде программного модуля, удобного для реализации декодера на цифровых процессорах, поддерживающих компилятор языка С/C++.

Полученные результаты применимы к решению задач, возникающих при приеме псевдослучайных кодов в системах цифровой радиосвязи.

Разработанная программная модель алгоритма и методика его исследования, предоставляют разработчикам аппаратуры радиосвязи готовые решения.

СПИСОК РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ 1. Кузнецов В. С., Мордасов К. А. Быстрое декодирование на основе пассивной согласованной фильтрации длинных кодов Голда // Естественные и технические науки – М., 2009. - № 4. - с. 321-327.

2. Мордасов К. А., Смирнов А. Ю. Разработка инфраструктуры базового оборудования профессиональной конвенциональной системы радиосвязи на основе IP-технологий // Материалы Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов в рамках Программы «Участник молодежного научноинновационного конкурса «Электроника 2006-2007» (Московский государственный институт электронной техники – технический университет, 28 ноября 2006 г.). – Москва, 2006 г. – с. 143.

3. Мордасов К. А., Смирнов А. Ю. Применение IP технологий при построении сети базового оборудования системы конвенциональной профессиональной мобильной связи // Сборник научных трудов под ред. д. т. н., профессора Баринова В. В.«Методы проектирования и защиты мобильных систем связи» – М.: Изд. МИЭТ, 2006 г. – с. 27-36.

4. Мордасов К. А., Смирнов А. Ю. Расчет устойчивости соединения абонентов в сети подвижной радиосвязи // Сборник научных трудов под ред. д. т. н., профессора Баринова В. В. «Методы проектирования и защиты мобильных систем связи» – М.: Изд. МИЭТ, 2006 г. – с. 36-45.

5. Мордасов К. А., Смирнов А. Ю. Выбор оптимального кода для передачи кадров MELP вокодера по каналу с ошибками // Тезисы докладов 14-ой Всероссийской межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика» (Московский государственный институт электронной техники - технический университет, 18 – 20 апреля 2007 г.). – Москва, 2007 г. - с. 311.

Pages:     | 1 | 2 ||






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