Инвариантная система передачи информации по каналам с переменными параметрами тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.01, кандидат технических наук Алгазин, Евгений Игоревич

• Алгазин, Евгений Игоревич
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Алгазин, Евгений Игоревич

г Введение

1. Разработка и исследование геометрической модели канала с переменными параметрами.

1.1. Анализ известных моделей каналов с переменными параметрами

1.2. Синтез геометрической модели канала с переменными параметрами

1.3. Анализ геометрической модели канала с переменными параметрами

1.4. Выводы.

2. Применение метода относительной амплитудной модуляции для каналов с переменными параметрами.

2.1. Анализ существующих методов передачи инфорации по каналам с переменными параметрами.

2.2. Сущность относительных методов передачи.

2.3. Сравнительный анализ использования различных способов обработки сигналов применительно к относительной амплитудной модуляции

2.4. Анализ помехоустойчивости инвариантного метода передачи

2.5. Выводы.

3. Экспериментальное исследование ИСПИ методом статистических испытаний.

3.1. Общие вопросы организации эксперимента.

3.2. Разработка имитационной модели исследуемой ИСПИ.

3.3. Анализ экспериментальных результатов

3.4. Выводы.

4. Техническая реализация инвариантной системы передачи информации

4.1. Разработка структурной схемы ИСПИ.

4.2. Разработка алгоритма работы передающей части ИСПИ

4.3. Разработка алгоритма работы приемной части ИСПИ.

4.4. Оценка требуемого быстродействия и объема памяти аппаратных средств.

4.5. Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Инвариантная система передачи информации по каналам с переменными параметрами»

Актуальность темы. Современный уровень развития систем обработки информации ставит задачу высокопомехоустойчивой передачи сигналов (информации).

Одним из аспектов этой задачи является безыскаженная передача информации по каналам с переменными параметрами.

Вопросам передачи информации по каналам с переменными параметрами посвящены многие исследования, проведенные отечественными учеными: Кремером И.Я., Владимировым В.И., Карпухиным В.И., Васильевым К.К., Петровичем Н.Т., Кловским Д.Д., Сифоровым В.И., и многими другими отечественными и зарубежными учеными.

Полученные этими учеными результаты относятся к передаче бинарного сигнала при воздействии комплекса мультипликативной и аддитивной помех.

Вопросами инвариантности занимались отечественные ученые: Окунев Ю.Б., Петров М.Н., Лебедянцев В.В., Малинкин В.Б.

Окунев Ю.Б. впервые рассмотрел принципы построения и характеристики систем передачи информации, обладающих свойствами нечувствительности (инвариантности) к некоторым типам помех.

Д.т.н., профессор Петров М.Н., разработал теорию управления информационными сетями на основе использования тензорной теории.

Д.т.н., профессор Лебедянцев В.В., выявил инвариант как отношение длин векторов информационного и опорного сигналов на входе и выходе канала передачи информации.

Д.т.н., профессор Малинкин В.Б. разработал теорию построения адаптивных фильтров на основе использования инвариантов.

Существующие способы передачи сигналов управления и информации в системах обработки информации зачастую не отвечают жестким требованиям по вероятности ошибки при заданной скорости передачи, ограничении ширины полосы пропускания канала и случайным изменениям параметров канала.

Существующие методы повышения достоверности сводятся к использованию всевозможных способов кодирования информации. Это приводит к удорожанию оборудования, снижению скорости передачи, использованию дорогостоящих алгоритмов обработки информации.

Все это привело к поиску новых путей решения данной задачи.

Одним из возможных подходов к решению данной задачи является совместное использование метода относительной амплитудной модуляции, предложенного Петровичем Н.Т., и инвариантного подхода при передаче информации.

Совокупность этих двух методов позволяет системе обработки информации быть устойчивой к воздействию мультипликативной помехи и иметь достаточно большой набор передаваемых значений инвариантов.

Такой подход позволяет упростить структуру системы обработки информации при улучшении качественных показателей: например, уменьшении вероятности ошибки.

Цель работы. Основной целью работы является разработка алгоритма безыскаженной передачи информации по каналам с переменными параметрами.

В соответствии с поставленной целью в работе формируются и решаются следующие основные задачи:

- анализ геометрической модели канала с переменными параметрами;

-исследование возможности использования метода относительной амплитудной модуляции в сочетании с использованием инвариантов и мерами по повышению помехоустойчивости;

- разработка методики оценки помехоустойчивости инвариантной системы передачи информации (ИСПИ);

- исследование возможности технической реализации инвариантной системы передачи информации по результатам оценки помехоустойчивости;

- разработка структурной схемы инвариантной системы передачи информации .

Методы исследования. В работе использовался математический аппарат ^ теории вероятностей, линейной алгебры, вычислительной математики. Экспериментальное исследование инвариантной системы передачи информации проводилось методом статистического моделирования на ПЭВМ.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Проведен анализ геометрической модели канала передачи информации с переменными параметрами.

2. Предложено использовать метод относительной амплитудной модуляции, как устойчивый к воздействию мультипликативной помехи, в сочетании с заданием инвариантов при формировании сигнала.

3. На основании метода преобразования случайных величин получено выражение плотности вероятности оценки инварианта, что позволило оценить помехоустойчивость инвариантной системы передачи информации.

4. Разработана структурная схема инвариантной системы передачи информации для случая обработки поднесущей расширенным синхронным детектированием.

Практическая ценность. Реализация результатов исследования вопросов построения инвариантной системы передачи информации позволит на практике добиться существенного снижения влияния мультипликативной и флук-1 туационной помех на верность передачи информации по каналам с переменными параметрами, и тем самым уменьшить вероятность ошибки.

Предложена методика оценки помехоустойчивости инвариантной системы передачи информации по каналам с переменными параметрами.

Внедрение работы. Исследования, проведенные в ходе работы над темой, являются составной частью НИР по теме «Фундаментальные аспекты новых информационных и ресурсосберегающих технологий». Получен акт о внедрении в производственную деятельность ООО «Лифт-комплекс ДС».

Апробация работы. Результаты, полученные в работе на разных этапах ее выполнения, докладывались и обсуждались на

- Российской научно-технической конференции «Информатика и проблемы телекоммуникаций», Новосибирск, 1997;

- Международной научно-технической конференции «Информатика и проблемы телекоммуникаций», Новосибирск, 1997;

- Международной научно-технической конференции «Информатика и проблемы телекоммуникаций», Новосибирск, 1998;

- Третьей международной конференции «Современные информационные технологии СИТ-98», Новосибирск, 1998;

- Российской научно-технической конференции «Информатика и проблемы телекоммуникаций», Новосибирск, 2004;

- Российской научно-технической конференции «Информатика и проблемы телекоммуникаций», Новосибирск, 2005.

- Международной конференции «2005 Microwave Electronics, Measurement, Identification, Application - МЕМ1А2005», Новосибирск, 2005.

Публикации.

По теме диссертации автором опубликовано одиннадцать работ, в том числе четыре статьи.

Основные положения диссертационной работы, выносимые на защиту:

1. Инвариантная система передачи информации, основанная на использовании относительной амплитудной модуляции, устойчивой к воздействию мультипликативной помехи.

2. Методика расчета помехоустойчивости инвариантной системы передачи информации, основанная на методе преобразования случайных величин.

3. Устройство, реализующее инвариантные алгоритмы обработки информации.

Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка литературы, приложений.

Заключение диссертации по теме «Системный анализ, управление и обработка информации (по отраслям)», Алгазин, Евгений Игоревич

4.5 Выводы

1. Показано, что процесс передачи информационных последовательностей будет происходить с последующей повторной передачей заново искаженных мультипликативной помехой информационных последовательностей до тех пор, пока не будут переданы все информационные последовательности без искажений. Это позволяет повысить помехоустойчивость ИСПИ.

2. Доказано, что необязательно использовать АРУ в приемнике прямого канала ИСПИ. Это сильно упрощает структурную схему.

3. Время оцифровывания результирующей работы расширенного синхронного детекторах помощью АЦП меньше длительности интервала дискретизации поднесущей.

4. Разработана структура ИСПИ на известных узлах и составляющих.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Подводя итоги работы, которой посвящен предыдущий материал, можно сказать следующее: проблема безыскаженной передачи информации всегда была одной из важнейших при разработке инвариантной системы передачи информации.

В диссертационной работе рассмотрено решение данной задачи за счет совместного использования инвариантности, относительной амплитудной модуляции и мер по повышению помехоустойчивости ИСПИ (накоплению с усреднением опорных посылок).

К основным результатам работы можно отнести следующие:

1. Исследована геометрическая модель канала с переменными параметрами.

2. Использована относительная амплитудная модуляция, устойчивая к воздействию мультипликативной помехи, при обработке сигнала расширенным синхронным детектором.

3. Получено выражение плотности вероятности оценки инварианта для расчета вероятности ошибки, матожидания и дисперсии этой величины при наличии в канале мультипликативной и аддитивной помех.

4. Результаты имитационного моделирования ИСПИ свидетельствуют о следующем:

Моделирование показало приемлемую вероятность ошибки при заданных отношениях сигнал/шум.

Машинное моделирование подтверждает результаты, полученные на основе выражения плотности вероятности оценки инварианта.

5. Структурная схема ИСПИ проста и позволяет реализовать на практике метод ОАМ в сочетании с инвариантностью и мерами по повышению помехоустойчивости.

Все вышесказанное позволяет сделать предположение о работоспособности синтезированного метода передачи на реальных каналах передачи информации.

Предложенные в диссертационной работе решения соответствуют существующей в настоящее время тенденции в технике передачи информации, направленной на повышение безыскаженности передачи информации.

Рассмотрены вопросы быстродействия потребности памяти и погрешно

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Алгазин, Евгений Игоревич, 2006 год

1. Окунев Ю.Б. Системы связи с инвариантными характеристиками помехоустойчивости. М.: Связь, 1974. - 80 с.

2. Беклемишев Д.В. Курс аналитической геометрии и линейной алгебры. -М.: Наука, 1984.-320 с.

3. Левин Б.Р. Теоретические основы статистической радиотехники. Книга первая. М.: Сов. радио, 1969. - 752 с.

4. Дьяконов В.П. Справочник по алгоритмам и программам на языке бейсик для персональных ЭВМ. М.: Наука, 1987. 240 с.

5. Бусленко Н.П. Моделирование сложных систем. М.: Наука, 1968. 355 с.

6. Поляков П.Ф. Прием сигналов в многолучевых каналах. М.: Радио и связь, 1986.-247 с.

7. Соболь Н.М. Метод Монте-Карло. М.: Наука, 1968. 217 с.

8. Смирнов В.А. Основы радиосвязи на ультракоротких волнах. М.: Связь-издат, 1957.-819 с.

9. Зюко А.Г. Помехоустойчивость и эффективность систем связи. Изд. 2-е переработ, и доп. М.: Связь, 1972. 359 с.

10. Зюко А.Г. Основы теории передачи сигналов. Том 1. Теория сигналов. Учебное пособие. Одесса, 1968. 94 с.

11. Зюко А.Г. Основы теории передачи сигналов. Том 2. Теория информации и теория помехоустойчивости. Учебное пособие. Одесса, 1967. 175 с.

12. Курицин С.А. Теоретические основы построения адаптивных систем передачи. Ленинград.: изд. ЛЭИС, 1983. 180 с.

13. Г.Корн и Т.Корн. Справочник по математике для научных работников и инженеров. Под ред. И.Г. Арамановича. М.: Наука, 1968. 720 с.

14. Заездный A.M., Окунев Ю.Б., Рахович Л.М. Фазоразностная модуляция и ее применение для передачи дискретной информации. М.: Связь, 1967. -304 с.

15. Теплов Н.Л. Помехоустойчивость систем передачи дискретной информации. М.: Связь, 1964. 359 с.

16. Алгазин Е.И. Пути повышения скорости передачи и обработки информации в высокоскоростных СПД. // Российская научно-техническая конф. «Информатика и проблемы телекоммуникаций».- Новосибирск, 1996. ~ с. 58.

17. Алгазин Е.И. Обработка сигналов на базе отказоустойчивых танспьютерных систем // Российская научно-техническая конф. «Информатика и проблемы телекоммуникаций». — Новосибирск, 1996. с. 59.

18. Передача информации с обратной связью. Под ред. З.М. Каневского. М.: Связь 1976

19. Алгазин Е.И. Оценка эффективности оптимизации сигналов для кабельных линий связи. // Международная науч.-техн. конф. «Информатика и проблемы телекоммуникаций». Новосибирск, 1997. - с. 154.

20. Алгазин Е.И. Каноническая модельканала связи с переменными параметрами. // Международная науч.-техн. конф. «Информатика и проблемы телекоммуникаций». Новосибирск, 1998. - с. 28.

21. Алгазин Е.И. Оптимизация спектра группового сигнала инвариантной системы передачи сообщений. // III Международная конференция «Современные информационные технологии СИТ-98». Новосибирск, 1998. -с. 153.

22. Алгазин Е.И. Анализ помехоустойчивости инвариантного метода передачи сообщений методами статистического моделирования. // Российская науч.-техн. конф. «Информатика и проблемы телекоммуникаций». Новосибирск, 2004. - с. 43.

23. Алгазин Е.И. Оценка помехоустойчивости инвариантной системы передачи сообщений. // Российская науч.-техн. конф. «Информатика и проблемы телекоммуникаций». Новосибирск, 2005. - с. 32.

24. Кремер И.Я. и др. Модулирующие (мультипликативные) помехи и прием радиосигналов. Под ред. И.Я. Кремера. М.: Сов. радио, 1972. 480 с.

25. Васильев К.К. Прием сигналов при мультипликативных помехах. Саратов. Издательство саратовского университета, 1983. 128 с.

26. Кловский Д.Д. Вопросы поменциально помехоустойчивости при замираниях сигнала. Радиотехника, 1960, т.15, № 5. - с. 17-25.

27. Кириллов Н.Е. Помехоустойчивая передача сообщений по линейным каналам со случайно изменяющимися параметрами. М.: Связь, 1971. 256 с.

28. Сифоров В.И. Об условиях получения высокой пропускной способности каналов связи со случайными изменениями параметров. Электросвязь,1958, № 1.

29. Дехтяренко П.И. Синхронное детектирование в измерительной технике и автоматике. Киев.: Техника, 1965. 314 с.

30. Костас Дж. Синхронная связь. Перевод № 6206. Новосибирск, 1977.

31. Системы фазовой автоподстройки частоты с элементами дискретизации. Под ред. Шахгильдяна B.B. М.: Связь, 1979. 224 с.

32. Пуртов Л.П., Пушкин В.М. Синхронизация и фазирование в аппаратуре передачи дискретных сообщений. ЛЭИС, Ленинград, 1985. 65 с.

33. Шварцман В.О., Емельянов Г.А. Теория передачи дискретной информации. М.: Связь, 1979. 424 с.

34. Шляпоберский В.П. Основы техники передачи дискретных сообщений. М.: Связь, 1973.-480 с.

35. Первачев C.B., Валуев A.A., Чиликин В.М. Статистическая динамика радиотехнических следящих систем. М.: Сов. радио, 1973. 488 с.

36. Шахгильдян В.В., Лохвицкий М.С. Методы адаптивного приема сигналов. М.: Связь, 1974. 159 с.

37. Кульман Н.К. Оптимальное выделение амплидутномодулированного сигнала из шумов при помощи синхронного детектирования. «Радиотехника и электроника», 1964, Выпуск 5.

38. Гнатек Ю.Р. Справочник по цифроаналоговым и аналогоцифровым преобразователям. Перевод с англ. под ред. Рюжина Ю.А. М.: Радио и связь, 1982.-552 с.

39. Петрович Н.Т., Чуйко Э.А. Относительные методы передачи информации. Письменная лекция. Редакционно-издательский отдел ВЗЭИС. Москва, 1972.-39 с.

40. Петрович Н.Т. Передача дискретной информации в каналах с фазовой манипуляцией. М.: Сов. радио, 1965. - 263 с.

41. Лебедянцев В.В. Разработка и исследование методов анализа и синтеза инвариантных систем связи. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук, Новосибирск, СибГАТИ, 1995.

42. Малинкин В.Б. Повышение помехоустойчивости принимаемых сигналов на основе модифицированных фильтров Калмана в относительных компенсационных методах. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. Омск, ОмГТУ. 2003.

43. Yu.I. Algazin. Geometrical Model of Communication Channels with Variable Parameters. // Microwave electronics: Measurements, Identification, Applications / MEMIA, 2005. Novosibirsk, Russia, 2005. - p. 119-121.

44. Yu.I. Algazin, V.B. Malinkin. Estimation of Noise Immunity of Invariant Message Transfer System. // Microwave electronics: Measurements, Identification, Applications / MEMIA, 2005. Novosibirsk, Russia, 2005. - p. 138141.

45. Окунев Ю.Б., Яковлев Л.Я. Широкополосные системы связи с составными сигналами. М.: Связь 1968.

46. Кловский Д.Д., Николаев Б.И. Инженерная реализация радиотехнических систем. М.: Связь 1975.

47. Феллер В. Введение в теорию вероятностей и ее приложения. Пер. с англ. Ю.В. Прохорова. М.: Мир 1976.

48. Крамер Г. Случайные величины и распределения вероятностей. М.: ГИ-ИЛ 1947.

49. Болыпев Л.Н. О преобразваниях случайных величин. Теория вероятностей и ее применения. IV вып. 2 1959.

50. Хворостенко Н.П. Оценка качества радиосвязи по каналам с переменными параметрами // Радиотехника 1976 №8 стр. 18-21.

51. Бухвинер В.И. Оценка качества радиосвязи. М.: связь 1974.

52. Казаков В.А. Помехоустойчивость оптимальных приемников, находящихся под воздействием белого шума и меняющегося сигнала. Известия вузов, серия Радиоэлектроника 1974, т 17, №10 стр. 16-22.

53. Гольденберг Л.М. и др. Цифровая обработка сигналов. Учебное пособие для вузов. М.: Радио и связь, 1990 г.

54. Чуркин Е.И. Следящие фазовые системы и помехоустойчивость радиосвязи. Саратов, издательство Саратовского университета, 1983.

55. Кловский Д.Д. О помехоустойчивости систем прерывистой связи. Труды учебных институтов связи. Вып. 8 1961.

56. Немировский М.С. Помехоустойчивость радиосвязи. М.: Энергия 1966.

57. Дорман М.И., Поддубный В.Н. О структуре решающих устройств для распознавания сигналов. Радиотехника и электроника. Том 14, №5 1969.

58. Коржик В.И., Финк JI.M., Шелкунов К.Н. Расчет помехоустойчивости систем передачи дискретных сообщений: Справочник. М.: Радио и связь, 1981 -231 с.

59. Поляков П.Ф. Прием сигналов в многолучевых каналах. М.: Радио и связь, 1986.

60. Алгазин Е.И. Геометрическая модель канала связи с переменными параметрами // Вестник университетского комплекса. Выпуск 6 (20), Красноярск: НИИ СУВПТ, 2005.

61. Алгазин Е.И., Малинкин В.Б. Оценка помехоустойчивости инвариантной системы обработки информации. // Вестник университетского комплекса. Выпуск 6 (20). Красноярск: НИИ СУВПТ, 2005.

62. Боккер П. Передача данных. Техника связи в системах телеобработки данных: в 2х томах. / Пер. с нем. С.М. Широкова под ред. Д.Д. Кловско-го. М.: Связь, 1980 264 с.

63. Виноградов Р.И., Курицын С.А. Новые технические средства СПД. Современные устройства преобразования сигналов 2305, 2306: Учебное пособие /Ленинградский электротехнический институт связи им. М.А. Бонч-Бруевича. Л.: ЛЭИС, 1990.

64. Зелигер Н.Б. Основы передачи данных. М.: Связь, 1974 200 с.

65. Пенин П.И., Филиппов Л.И. Радиотехнические системы передачи информации: Учебное пособие для вузов. М.: Радио и связь, 1984, - 256 с.

66. Архипов М.Н. Передача дискретной информации по низкоскоростными каналам связи. М.: Связь, 1980 - 127 с.

67. Григоровский Л.Ф. и др. Разработка и реализация алгоритмов цифровой обработки и передачи сигналов в системах связи. Ленинград. ЛЭИС, 1988-62 с.

68. Долуханов М.П. Оптимальные методы передачи сигналов по линиям радиосвязи. М. «Связь», 1965 172 с.

69. Колтунов М.Н. и др. Синхронизация по циклам в цифровых системах72.73,74.75,76,77,7879,80