Оценка помехоустойчивости алгоритмов корректирующего кодирования данных в системах телекоммуникаций декаметрового диапазона тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.12.13, кандидат наук Шмырин, Евгений Валерьевич

• Шмырин, Евгений Валерьевич
• кандидат наук
• 2014

Оглавление диссертации кандидат наук Шмырин, Евгений Валерьевич

ОГЛАВЛЕНИЕ

Список сокращений и обозначений

ВВЕДЕНИЕ

1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СИСТЕМ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ 18 ДЕКАМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНА РАДИОВОЛН

1.1 Назначение и применение систем телекоммуникаций в декаметровом

диапазоне

1.2 Статистические характеристики сигналов передачи данных систем

телекоммуникаций декаметрового диапазона

1.3 Характеристика помех, наиболее опасных для радиолиний

декаметрового диапазона

1.4 Постановка научной задачи исследования

Выводы по первому разделу

2 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОМЕХОУСТОЙЧИВЫХ КАНАЛОВ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ ДЕКАМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНА

2.1 Модель канала передачи данных с жестким декодированием сигнала

для земной волны

2.2 Модель канала передачи данных с мягким декодированием сигнала

для земной волны

2.2.1 Структурная схема канала передачи данных

2.2.2 Аналитическая зависимость Рь = /(/г^) для мягкого декодирования

45

сигнала

2.3. Модель канала передачи данных для ионосферной волны

2.3.1 Модель распространения ионосферной волны

2.3.2 Аналитические выражения для оценки вероятности ошибки в приёме бита сообщения и коэффициента исправного действия в

канале передачи данных

2.3.3 Оценка коэффициента исправного действия канала передачи

данных при мягком декодировании сигнала

2.3.4 Помехоустойчивость канала передачи данных с мягким декодированием сигналов

Выводы по второму разделу

3 МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ АЛГОРИТМОВ КОРРЕКТИРУЮЩЕГО КОДИРОВАНИЯ ДАННЫХ В СИСТЕМАХ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ ДЕКАМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНА

3.1 Оценка влияния параметров корректирующих кодов на

помехоустойчивость систем телекоммуникаций декаметрового диапазона

3.2 Алгебраический синтез недвоичных корректирующих кодов,

исправляющих пакеты ошибок

3.3 Оценка статистических характеристик жесткого декодирования

недвоичных кодов по алгоритму максимального правдоподобия

3.4 Перспективные алгоритмы каскадного кодирования данных и оценка

их помехоустойчивости в системах телекоммуникаций

декаметрового диапазона

3.4.1 Структурная схема алгоритма каскадного кодирования данных с мягким декодированием сигнально-кодовой конструкции

3.4.2 Оценка помехоустойчивости каскадного кодирования данных при мягком декодировании сигналов с относительной фазовой манипуляцией

3.4.3 Оценка помехоустойчивости каскадного кодирования данных при мягком декодировании избыточных сигналов с частотной манипуляцией

Выводы по третьему разделу

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ

ДКМ - декаметровый диапазон радиоволн

КИД - коэффициент исправного действия декаметрового канала передачи данных

КИК - композиционный итеративный код ИКН - измеритель канальных напряжений

ВЛОП - вычислитель логарифмического отношения правдоподобия

РУ - решающее устройство

ОФМ - относительная фазовая манипуляция

МДК - мягкий декодер

ПД - радиопередатчик

ПМ - радиоприемник

НКУ - недвоичное кодирующее устройство ДКУ - декодирующее устройство Ш - шифратор

Ь(х) - значение логарифмического отношения правдоподобия М- основание модуляции сигнала q - основание кода т - избыточность сигнала ип - пороговое напряжение

Рч - вероятность искажения недвоичного символа кода помехами Р0 - вероятность искажения двоичного символа кода помехами Рь - вероятность битовой ошибки ки - коэффициент исправного действия

-Рдкм - вероятность сохранения декаметрового канала радиосвязи в нестационарной ситуации и,и),д - амплитуда, частота и фаза, соответственно, сигнала (помехи)

•у

а - дисперсия сигнала (шума)

/0 (•) - модифицированная функция Бесселя первого рода нулевого порядка \у(и) - плотность вероятностей величины II

- отношение сигнал/шум Рх - мощность радиопередатчика

Е - напряжённость электрического поля в точке приёма Ес — энергия сигнала Тс - длительность сигнала

п,к,с1т¡п - параметры кода (длина, число информационных симвовлов,

минимальное кодовое расстояние) г - дальность радиосвязи

О) - коэффициент усиления передающей антенны

кх, /?2 - высоты поднятия передающей и приёмной антенн

X - длина волны

П - помехоустойчивость

аэ - эквивалентный радиус Земли

F - множитель ослабления сигнала

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Оценка помехоустойчивости алгоритмов корректирующего кодирования данных в системах телекоммуникаций декаметрового диапазона»

ВВЕДЕНИЕ

Радиосвязь в декаметровом (ДКМ) диапазоне играет важную роль как средство магистральной, зоновой, подвижной и производственно-диспетчерской связи общего и ведомственного пользования. Несмотря на то, что в условиях быстрого развития высокоэффективных кабельных, в том числе и волоконно-оптических, сотовых, радиорелейных и спутниковых систем связи удельный вес и назначение ДКМ радиосвязи изменяются, возросла необходимость в её технической реконструкции. Причиной этого является высокая эффективность ДКМ радиосвязи как главного резервного средства связи, что делает ее в определённых условиях незаменимой.

За последние годы в отечественной и зарубежной литературе [1,12,17] появилось много новых фундаментальных работ, относящихся как к теории, так и к технической реализации систем ДКМ радиосвязи. Причиной этого являются положительные свойства ДКМ радиосвязи. Например, повреждение отдельных промежуточных станций радиорелейных линий, базовых станций сотовых систем связи при стихийных бедствиях или по другим причинам, выход из строя спутника-ретранслятора могут привести к полному и частичному нарушению функционирования единой взаимоувязанной сети связи России на значительных участках территории. В аналогичных условиях ДКМ радиосвязь может быть восстановлена в кратчайшие сроки при наименьших материальных затратах.

При возникновении сильной ионизации атмосферы ДКМ радиосвязь нарушается не в большей степени, чем другие радиоэлектронные системы, адаптируется же и восстанавливается быстрее других систем. Кроме этого необходимо иметь ввиду, что ДКМ радиосвязь играет важную роль в решении задачи обеспечения спутниковой связи наземными средствами связи -служебной и синхронизации [12,17].

Достаточно широко применяют средства ДКМ радиосвязи и в ряде отраслей народного хозяйства (железнодорожный, морской транспорт, воздуш-

ное сообщение). В военных системах связи для обеспечения достаточной надежности передачи управляющей информации применяются одновременно различные средства связи: проводные, радиорелейные метрового и сантиметрового диапазонов, спутниковые, а также декаметрового диапазона.

Декаметровая связь, осуществляемая на больших расстояниях с помощью мобильных станций небольшой мощности, имеет значительное преимущество перед проводной, сотовой, радиорелейной или спутниковой. Актуальность темы исследования

Декаметровая связь земной волной, осуществляемая на дальности до сотни километров с помощью мобильных станций небольшой мощности, практически не уступает проводной или радиорелейной. Ситуация ухудшается при использовании ионосферных волн, когда из-за замирания сигнала, наличия «зон молчания» надежность канала ДКМ невысока. Именно поэтому обычно ДКМ радиосвязь используют в качестве резервной для более надежных систем связи. Однако, если основная система передачи данных функционируют в условиях, когда вероятна нестационарная ситуация (природные катаклизмы, чрезвычайные условия , военно-политической обстановки), то живучесть (и надежность) проводных линий связи, сотовых, радиорелейных и спутниковых систем связи оказывается намного ниже, чем декаметровых. Покажем это на следующем примере [18].

Обозначим вероятность того, что радиоканал передачи данных в течение заданного времени обеспечивает передачу дискретных сообщений с вероятностью ошибки в приёме бита не хуже требуемого значения Рь < р™Реб-;

вероятности существования канала передачи или коэффициенты исправного действия &идкм для системы ДКМ радиосвязи и кир п для радиорелейной и

проводных систем.

Предположим, что &идкм = 0,5...0,8; а £ирп = 0,95...0,98. Вероятности

возникновения нестационарной и стационарной ситуации соответственно Р Р -\-Р

х нет' СТ * нет •

Вероятности того, что в нестационарной ситуации радиоканал сохранится:

Рс дкм - для систем ДКМ радиосвязи;

Рс р п - для систем радиорелейной и проводной связи.

Предположим, что Рсдкм =0,8...0,9; Рср п =0,1...0,2.

Надёжность системы передачи данных в условиях возможной нестационарности, определяемая вероятностью того, что система связи в течение заданного времени обеспечивает передачу дискретных сообщений с вероятностью ошибки в приёме бита не хуже заданной Рь < Р™реб', равна:

- для системы декаметровой связи

-^ДКМ ~~ "^СТ^И дкм Л, СТ^С ДКМ ^И ДКМ ~ К ДКМ (^СТ Р» СТ^С ДКМ ) ' • ^ )

- для систем радиорелейной и проводной связи

р _ р ь. , р р к (р+рр ) ГВ24»

* р.П 1 ст^ир.п ^ 1 нет-1 ср.п^ир.п аир.пг СТ 1 1 НСТ^ ср.п/'

Преимущество в надежности сравниваемых систем связи удобно оценивать отношением

А =

р к (Р 4- Р Р \ к

_ ДКМ _ и ДКМ V"4 СТ нет-4 С ДКМ / _ ДКМ

1 _ р (1 _ р )]

,А 1 нет V 1 С ДКМ у] ^ ^

^ ЫРс р.п)]

Р'р.п ^и р.п (-^ст -^нст-^с р.п ) К р.п

В таблице В.1 представлены оценки выигрыша в надёжности А в зави симости от вероятности возникновения нестационарности Рнст.

Таблица В.1-Оценки выигрыша А от вероятности Рнст

^И ДКМ 0,8 , к и р.п = 0,98; Рсдкм=0,9; р А с р.п 0,4

р 1 нет 0,6 0,7 0,8 0,9 0,95

А 1,12 1,3 1,44 1,56 1,72

К ДКМ ~ 0,8 , Ъ- Ли р.п = 0,98; Рсдкм= 0,9 р с р.п од

р х нет 0,5 0,6 0,7 0,8 0,85 0,9 0,95 0,975

А 1,4 1,66 2 2,7 3,22 4,0 4,95 6

Анализ таблицы В.1 показывает:

- с увеличением вероятности возникновения нестационарности Рнст выигрыш в надёжности декаметровой связи повышается по отношению к другим родам связи;

- при увеличении ки дкм (ки дкм =0,9) выигрыш в надёжности декаметровой связи увеличивается при прочих равных условиях (таблица В.2). Таблица В.2- Оценки выигрыша А при ки = 0,9

к — 0 Р- ""идкм ~ ' К р.п = 0?98; Рсдкм= 0,9 Р л с р.п 0,1

р -1 нет 0,5 0,6 0,7 0,8 0,85 0,9 0,95 0,975

А 1,52 1,87 2,34 3,0 3,6 4,4 6,0 6,8

Выигрыш А приближается к единице при увеличении вероятности Рс р п > 0,5, которую невозможно реализовать при вероятности Рнст > 0,5.

Таким образом, при высокой вероятности возникновения нестационарной ситуации надежность систем телекоммуникаций, использующих дека-метровый диапазон волн выше, чем проводных, радиорелейных и спутниковых систем передачи данных.

Современный этап развития ДКМ связи характеризуется исследованиями и работами, направленными на повышение устойчивости (живучести, помехоустойчивости, надёжности), высокоэффективной адаптации к изменяющимся условиям распространения радиоволн (поддержание коэффициента исправного действия в допустимых пределах) и помеховой обстановки.

Поскольку связь в ДКМ диапазоне подвержена влиянию ионосферных возмущений, а сам диапазон чрезвычайно перегружен сигналами мешающих станций, особые требования предъявляют к помехоустойчивости и высокой надёжности существования радиолиний (коэффициент исправного действия ки > 0,9), эффективности использования частотного ресурса.

Объект исследования - каналы передачи данных систем телекоммуникаций декаметрового диапазона.

Предмет исследования - математические модели каналов передачи данных, алгоритмы корректирующего кодирования и их статистические характеристики декодирования в системах телекоммуникаций декаметрового диапазона.

Цель исследования - оценить помехоустойчивость каналов передачи данных систем телекоммуникаций ДКМ диапазона с учётом коэффициента исправного действия и разработать технические предложения по её повышению.

В процессе исследования установлена противоречивость требований к параметрам кодирования данных, обеспечивающих заданные показатели помехоустойчивости и коэффициента исправного действия систем телекоммуникаций декаметрового диапазона, и сформулировано научное противоречие: с одной стороны, для повышения помехоустойчивости и коэффициента исправного действия канала передачи данных декаметрового диапазона необходимо обеспечить их работу при невысоких значениях отношения сигнал/шум на входе радиоприёмника, а с другой стороны, при невысоких отношениях сигнал/шум увеличивается вероятность ошибки в приёме бита сообщения (уменьшается достоверность информационного обмена), увеличение отношения сигнал/шум повышает достоверность информационного обмена, но снижает коэффициент исправного действия канала передачи данных.

Так как параметры корректирующего кодирования при фиксированной энергии сигнала (Ес = const) на передачу сообщения определяют отношение сигнал/шум на входе радиоприёмника, следовательно, и коэффициент исправного действия канала передачи данных декаметрового диапазона, то актуальной является научная задача - разработать математические модели помехоустойчивых каналов передачи данных для земной и ионосферной радиоволн, эффективные алгоритмы корректирующего кодирования данных с исправлением пакетов ошибок и методику оценки их помехоустойчивости для систем телекоммуникаций декаметрового диапазона.

Методология исследования и научная новизна полученных результатов

Первый раздел диссертации посвящен общей характеристике систем телекоммуникаций декаметрового диапазона. Установлено, что оперативные и эксплуатационные характеристики и параметры современных ДКМ систем телекоммуникаций повышаются благодаря использованию автономных источников питания, созданию радиостанций небольшой мощности с небольшими габаритами контейнерного размещения и совмещёнными приёмной и передающей частью. При работе с широкополосными логопериодическими антеннами такие радиостанции позволяют строить как узкополосные, так и широкополосные системы телекоммуникаций с весьма высокими оперативными показателями (скорость передачи данных, число каналов связи, дальность радиосвязи, помехоустойчивость, коэффициент исправного действия). Применительно к объекту исследования определены два уровня для анализа:

- физический уровень, на котором электрические сигналы, переносящие информационные сообщения, существуют с некоторой вероятностью, определяющей коэффициент исправного действия;

- канальный уровень, где контролируются (обнаруживаются и исправляются) ошибки в принятых данных.

При анализе статистических характеристик сигналов передачи данных систем телекоммуникаций декаметрового диапазона определены математические модели сигналов и помех и установлено, что замирания и многолуче-вость, возникающие при распространении ионосферной волны, вызывают амплитудно-частотные и временные искажения импульсов телекодовой информации, которые порождают пакеты ошибок.

В разделе представлена формулировка решаемой научной задачи.

Второй раздел диссертации посвящён математическому моделированию помехоустойчивых каналов передачи данных декаметрового диапазона.

В результате исследования разработаны следующие математические модели, которые представляются к защите.

1. Модели каналов передачи данных с жёстким и мягким декодированием сигнала для земной радиоволны.

2. Модель канала передачи данных с мягким декодированием сигнала для ионосферной радиоволны.

Научной новизной математической модели канала передачи с жёстким декодированием сигнала для земной радиоволны являются новые аналитические выражения для оценки вероятности битовой ошибки, которые, в отличие от известных, определяют функциональные взаимосвязи между параметрами радиопередатчика, радиолинии и радиоприёмника на заданной дальности радиосвязи.

Научной новизной математической модели канала передачи данных с мягким декодированием сигнала для земной радиоволны являются:

- алгоритм формирования проверочных символов для двоичного композиционного итеративного кода с байтовой структурой информационных посылок;

- новые аналитические зависимости вероятности битовой ошибки при мягком декодировании сигналов от отношения сигнал/шум для сигналов с относительной фазовой и частотной манипуляцией;

- новые аналитические выражения для оценки вероятности битовой ошибки, которые, в отличие от известных, устанавливают функциональные взаимозависимости между параметрами модуляции и кодирования сигнала, радиопередающего и радиоприёмного трактов на заданной дальности радиосвязи и позволяют прогнозировать возможное увеличение дальности радиосвязи при заданной мощности радиопередатчика.

Научной новизной математической модели канала передачи данных с мягким декодированием сигнала для ионосферной радиоволны являются:

- результаты оценки коэффициента исправного действия и выявленное противоречие между требованиями по достоверности принимаемого сообщения (или вероятности битовой ошибки) и по отношению сигнал/шум на входе радиоприёмника;

|ц

и

I '

- выражения для оценки помехоустойчивости ДКМ канала передачи данных с мягким декодированием сигналов, которые, в отличие от известных, учитывают не только отношение сигнал/шум на входе радиоприёмника, но и параметры модуляции и кодирования сигнала при заданных требованиях на вероятность ошибки и значение КИД канала передачи.

В третьем разделе диссертации разработана методика оценки помехоустойчивости алгоритмов корректирующего кодирования данных в системах телекоммуникаций декаметрового диапазона. В ходе исследования установлено, что нестационарность параметров ионосферной волны вызывает пакетирование ошибок в канале передачи данных.

В разделе представлен математический аппарат алгебраического синтеза новых недвоичных эквидистантных корректирующих кодов, исправляющих пакеты ошибок. В отличие от известных недвоичных кодов Рида-Соломона, такие коды имеют кодовое расстояние, равное длине кодовой комбинации, число разрешённых кодовых комбинаций равно основанию кода и, что весьма важно, они допускают оптимальное декодирование в реальном масштабе времени.

Методом имитационного моделирования получены новые аналитические выражения для статистических характеристик оптимального декодирования недвоичных кодов, имеющих кодовое расстояние, равное длине кода.

Разработаны перспективные алгоритмы каскадного кодирования данных и методика оценки их помехоустойчивости в системах телекоммуникаций декаметрового диапазона, которые имеют научную новизну:

- во-первых, реализована новая идея каскадного кодирования данных, где в качестве внешнего кода (кода первой ступени) используются новые недвоичные коды с кодовым расстоянием, равным длине кода, и допускающие оптимальное декодирование, а в качестве внутреннего кода (кода второй ступени) используются двоичные композиционные коды, которые обеспечивают существенный энергетический выигрыш кодирования за счёт мягкого итеративного декодирования;

- во-вторых, методика оценки помехоустойчивости алгоритмов каскадного кодирования данных, в отличие от известных, использует новые аналитические выражения для статистических характеристик декодирования и для оценки эффективности каскадного кодирования данных в системах телекоммуникаций декаметрового диапазона.

Таким образом, содержание диссертации представляется к защите следующими научными результатами:

1. Математические модели помехоустойчивых каналов передачи данных декаметрового диапазона для земной и ионосферных радиоволн.

2. Методика оценки помехоустойчивости алгоритмов корректирующего кодирования данных в системах телекоммуникаций декаметрового диапазона.

Достоверность полученных научных результатов подтверждается использованием апробированного математического аппарата теории вероятностей, статистической теории связи и передачи данных, теории кодов, исправляющих ошибки, сходимостью аналитических результатов с результатами имитационного моделирования, проведённого в ходе исследования, а также с известными оценками, опубликованными в центральной печати отечественными зарубежными исследователями.

Теоретическая значимость диссертации

Применительно к системам телекоммуникаций ДКМ диапазона доказано важное утверждение о существовании эквидистантных недвоичных кодов, у которых кодовое расстояние равно длине кода, и допускающих оптимальное декодирование принятых данных с исправлением пакетов ошибок.

Практическая значимость диссертации

Применение разработанных моделей каналов передачи данных и технических решений на их основе в системах телекоммуникаций декаметрового диапазона позволяет увеличить дальность радиосвязи в 1,22 раза при работе земной волны за счёт мягкого декодирования принимаемой сигнально-

кодовой конструкции. При этом мощность радиопередатчика остается неизменной, а требуемая полоса рабочих частот увеличивается в 2 раза.

При работе ионосферной волной применение мягкого декодирования позволяет обеспечить требуемое значение коэффициента исправного действия при значительно меньших мощностях радиопередатчика (в 3 - 5 раз) по сравнению с жёстким декодированием. В частности, вероятность битовой

—5 2

ошибки Рь < 10 , отношение сигнал/шум на входе радиоприёмника /г0 < 2, значение коэффициента исправного действия ки > 0,9, а требуемая мощность радиопередатчика не превышает 10 кВт, при этом помехоустойчивость канала передачи данных увеличивается на 4,2 дБ по отношению к жёсткому декодированию данных.

Разработанная методика оценки помехоустойчивости алгоритмов корректирующего кодирования данных в системах телекоммуникаций ДКМ диапазона позволяет:

- определить статистические характеристики оптимального декодирования недвоичных кодов и на их основе оценить выигрыш оптимального декодирования по помехоустойчивости по сравнению с применяемыми алгоритмами декодирования (Рида-Соломона, Берлекэмпа-Месси), выигрыш оптимального декодирования по помехоустойчивости составляет не менее 3 дБ;

- построить новые недвоичные эквидистантные корректирующие коды, у которых кодовое расстояние равно длине кода, и допускающие оптимальное декодирование с исправлением пакетов ошибок (длина исправляемого пакета ошибок составляет свыше 500 двоичных символов);

- научно обосновать перспективные алгоритмы каскадного кодирования данных, позволяющие повысить помехоустойчивость систем телекоммуникаций ДКМ диапазона на 5 дБ при вероятности битовой ошибки 10"3 и обеспечивающие заданную достоверность приёма данных при поражении помехами до 45% рабочей полосы частот.

Апробация работы

Результаты диссертационного исследования докладывались и обсуждались на Международных, Всероссийских и региональных научно-технических конференциях и семинарах Военной академии РВСН им. Петра Великого (филиал в г. Серпухове Московской области), МОУ «Институт инженерной физики», Калужского НИИ телемеханических устройств, Воронежского военного авиационного инженерного университета, ГСКБ «Концерна «Алмаз-Антей» им. академика A.A. Расплетина.

Публикации

По результатам исследования опубликовано 5 научных статей в рецензируемых изданиях и 17 научных работ в других изданиях, получено 3 патента на полезные модели и 2 свидетельства о государственной регистрации программы для ЭВМ.

Реализация

Научные результаты реализованы:

- в МОУ «Институт инженерной физики» (г. Серпухов Московской области) в ОКР «Жасмин-Д-ИИФ» для разработки кодека повышенной помехозащищённости;

- в образовательном процессе Учебного центра «Интеграция» Московского авиационного института.

Личный вклад соискателя

По первому научному результату личный вклад состоит в следующем:

- разработаны математические модели каналов передачи данных дека-метрового диапазона для земной и ионосферной радиоволн;

- получены аналитические выражения для оценки коэффициента исправного действия канала передачи данных с ионосферной волной и исследована его зависимость от мощности радиопередатчика, отношения сигнал/шум на входе радиоприёмника и коэффициента ослабления сигнала в ионосфере [71];

- разработана методика оценки помехоустойчивости канала передачи данных с мягким декодированием сигналов при работе ионосферной волной [56].

По второму научному результату личный вклад состоит в следующем:

- проведена оценка влияния параметров корректирующих кодов на помехоустойчивость систем телекоммуникаций декаметрового диапазона [55];

- разработана структурная схема алгоритма каскадного кодирования данных с мягким декодированием сигнально-кодовой конструкции [65];

- разработана методика оценки помехоустойчивости каскадного кодирования данных при мягком декодировании сигналов избыточных сигналов частотной манипуляции [69].

Совместные разработки, использованные в диссертации

1. Расчёты статистических характеристик мягкого декодирования сигналов (п.п. 2.2.2, 3.4.2, 3.4.3), материалы научных статей (ктн Зеле-невский Ю.В., ктн Наконечный Б.М) [67,71].

2. Алгебраический синтез недвоичных корректирующих кодов, исправляющих пакеты ошибок (п.3.2), материалы научных статей (ктн Зеленевский Ю.В., дтн Зеленевский В.В.) [65,66,73], патенты на полезные модели и свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ [54,55,70,72].

1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СИСТЕМ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ ДЕКАМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНА РАДИОВОЛН

1.1 Назначение и применение систем телекоммуникаций в декаметровом диапазоне

Несмотря на наличие космических, кабельных и других систем телекоммуникаций, используется большое число средств декаметровой радиосвязи, отличающихся структурами сетей (радиальные, кустовые, линейные, радиально-кольцевые и др.), числом радиостанций, каналов связи, скорости передачи информации, размерами обслуживаемых зон, дальностью действия, типами используемого оборудования и другими показателями [18].

Оперативные и эксплуатационные качества современных ДКМ систем телекоммуникаций повышаются благодаря использованию для передающих и приёмных радиостанций автономных источников питания; созданию радиостанций небольшой мощности с небольшими габаритами для легкого и быстрого укрытия и приведения их в действие; разработке транспортабельного оборудования (предпочтительно контейнерное размещение для легкой транспортировки в требуемый район вертолётом или автотранспортом); созданию простых антенных устройств, работающих в режиме приёма и передачи; совмещению приёмной и передающей частей радиостанций с учётом электромагнитной совместимости.

Оборудование для систем телекоммуникаций ДКМ диапазона производят фирмы различных стран, однако его показатели и характеристики в значительной степени унифицированы. Это объясняется тем, что большая часть этого оборудования предназначена для специальных систем телекоммуникаций (военных, морских и др.), для которых выработаны международные требования (например, в рамках военного блока НАТО) [18].

Наиболее важными тактико-техническими характеристиками (на примере оборудования фирмы «Маркони») являются [18]:

- радиопередатчики имеют оконечные усилители мощности с выходной мощностью 1 кВт и 10 кВт;

- устройство сложения мощностей двух усилителей позволяет получить в антенне мощность 20 кВт;

- предусмотрена автоматическая настройка выходных каскадов усилителей мощности на заданную частоту в диапазоне 1,5 ... 30 МГц;

- возбудители имеют в своем составе частотный синтезатор с шагом сетки частот 10 Гц; предусмотрены различные виды модуляции сигналов (амплитудная с независимыми боковыми полосами, квадратная амплитудная модуляция, узкополосная фазовая и частотная модуляция);

- предусмотрено наличие полосовых фильтров с коррекцией фазо-частотных характеристик, что позволяет работать в современных высокоскоростных системах передачи данных;

- приёмники рассчитаны на работу в диапазоне 0,015 ... 30 МГц, имеется возможность непрерывной перестройки для работы в режиме поиска с шагом сетки частот 1 Гц;

- быстродействующая система дистанционного управления не требует специальных блоков сопряжения, для её работы используются линии связи, где скорость передачи сигналов управления может изменяться от 50 до 2400 Бод;

- в системах ДКМ радиосвязи используются различные оконечные устройства (оконечное оборудование передачи данных, компьютеры, телеграфная аппаратура, различные телефонные аппараты);

- отдельные образцы радиопередатчиков имеют сквозной широкополосный тракт (предварительные усилители широкополосные, а выходной каскад выполнен по схеме усилителя с распределённым усилением), что позволяет серьезно сократить время перехода с одной рабочей частоты на другую.

При работе с широкополосными логопериодическими антеннами эти радиопередатчики позволяют строить как узкополосные системы радиосвязи, так и широкополосные с высокими оперативными показателями (скорость передачи данных, число каналов связи, дальность радиосвязи, помехоустойчивость, коэффициент исправного действия) [1,18].

В общем случае построение сети устойчивой ДКМ радиосвязи при значительном числе корреспондентов и управление этой сетью представляет собой очень сложную задачу. Поэтому для организации информационного обмена с заданным качеством в сети радиосвязи ДКМ диапазона используют известный принцип деления отдельных частей сети на несколько уровней [1,18]. Общее число уровней обычно не превышает 7 ... 9 и определяется разрешённой долей самостоятельности отдельных элементов сети, а также сложностью микропроцессорных блоков, установленных в отдельных устройствах.

Применительно к объекту исследования будем рассматривать два уровня:

- физический уровень, на котором электрические сигналы, переносящие информационные сообщения, подводят к радиопередатчику и идентифицируют при приёме передаваемые сообщения;

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Шмырин, Евгений Валерьевич, 2014 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Абрагин, Д. Телекоммуникационные сети нового поколения: решения НТЦ «Натеке» - Первая миля, 2009г., №2, С. 28-31.

2. Алгозин, Е.И. Оценка помехоустойчивости инвариантной системы связи при когерентном приёме / Е.И. Алгозин, А.П. Ковалевский, В.Б. Малинкин. // Электросвязь. 2009 г. - №> 8. С. 48-50.

3. Архангельский, А.Я., Тагин, М.А. Программирование в С++ Builder 6 и 2006. - М.: Бином, 2007. - 1182 с.

4. Ашимов, Н.М. Помехоустойчивость М-ных систем передачи информации / Н.М. Ашимов, И.В. Грачев // Электросвязь. 2009 г. - № 8. С. 45-48.

5. Баклашов, Н.И. и др. Натурный эксперимент: Информационное обеспечение экспериментальных исследований. - М.: Радио и связь, 1982 - 321 с.

6. Банкет, В.А. Сигнально-кодовые конструкции на основе двоичных 4M сигналов с непрерывной фазой и свёрточных кодов / В.А. Банкет, A.B. Салабай, H.A. Угрелидзе // Радиотехника. 1988 г. - №3. - С. 52-53.

7. Батько, Б.М. Соискателю учёной степени. Практические рекомендации. - 4-е изд./ Б.М. Батько. - М.: СИП РИА, 2002г. - 288 с.

8. Берлекэмп, Э. Алгебраическая теория кодирования / Э. Берлекэмп. Пер. с англ. - М.: Мир, 1971 г.

9. Блейкут, Р. Теория и практика кодов, контролирующих ошибки / Р. Блейкут. Пер. с англ. - М.: Мир, 1986 г. - 564 с.

10. Борисов, В.И. Помехозащищённость систем радиосвязи с расширением спектра сигналов методом псевдослучайной перестройки рабочей частоты / В.И. Борисов, - В.М. Зинчук, А.Е. Лимарев. М.: РадиоСофт, 2008 г. - 512 с.

11. Борисов, В.И. Помехозащищённость систем радиосвязи с прямым расширением спектра сигналов / В.И. Борисов, - В.М. Зинчук, А.Е. Лимарев. М.: РадиоСофт, 2001 г. - 387 с.

12. Бузин, А.Ю., Гревцев, А.И. Распределение потока ошибок в негауссовском канале декаметровой связи. // Сб. научн. ст. Всероссийский НПК. - Воронеж: ВАИУ. - 2012.

13. Ван Трис, Г. Теория обнаружения, оценок и модуляции. - М.: Сов. радио, 1972г. - 460 с.

14. Варакин, JI.E. Теория систем сигналов / JI.E Варакин. М.: Сов. радио, 1978 г. -314 с.

15. Вентцель, Е.С. Теория случайных процессов и её инженерные приложения / Е.С. Вентцель, Л.А.Овчаров. - М.: Наука, 1991. - 384 с.

16. Вернер, М. Основы кодирования. Учебник для ВУЗов / М. Вернер. Пер. с нем. М.: Техносфера, 2004 г. - 288 с.

17. Волков, JI.H. Системы цифровой радиосвязи / JI.H. Волков, М.С. Немировский, Ю.С. Шинаков. М.; Экотрендд, 2005 г. - 392 с.

18. Головин, О.В. Декаметровая радиосвязь. - М.: Радио и связь, 1990. - 240 с.

19. Градштейн, И.С. Таблицы интегралов, сумм, рядов и произведений / И.С. Градштейн, И.М. Рыжик. М.: Наука, 1971 г. - 1108 с.

20. Грудинская, Г.П. Распространение радиоволн/ Г.П. Грудинская. -М.: Высшая школа, 1975г. - 280 с.

21. Деев, В.В. Методы модуляции и кодирования в современных системах связи. - М.: Наука, 2007г. - 267 с.

22. Засецкий, A.B. Контроль качества в телекоммуникациях и связи. Часть II/ A.B. Засецкий, А.Б. Иванов, С.Д. Постников, И.В. Соколов - М.: Компания САИРУС СИСТЕМС, 2001г. - 335 с.

23. Зеленевский, В.В. Помехоустойчивость приёма избыточных час-тотно-манипулированных сигналов на фоне гармонических помех / В.В. Зеленевский // Радиотехника. 2002 г. - №7. - С. 32-36.

24. Зеленевский, В.В., Сивов A.B. Оценка статистических характеристик синхронизации робастного приёмника сигналов с ППРЧ / В.В. Зеленевский, В.А. Сивов. // Электросвязь. 2003 г. - № 12. С. 31-35.

25. Зеленевский, Ю.В. Энергетическая эффективность недвоичного кодирования информации в ЦСП / Ю.В. Зеленевский, A.B. Зеленевский // М.: Электросвязь. 2009 г. -№8. - С. 52-54.

26. Зеленевский, Ю.В. Энергетические характеристики радиолиний и радиоканалов// Учебник «Системы и средства связи». Доп. МО РФ в качестве учебника для ВУЗов РВСН. - МО РФ. - 2008. - С.147-190.

27. Золотарёв, В.В. Помехоустойчивое кодирование. Методы и алгоритмы: Справочник / В.В. Золотарёв, Г.В. Овечкин. М.: Горячая линия -Телеком, 2004 г. - 126 с.

28. Золотарёв, В.В. Теория и алгоритмы многопорогового декодирования / В.В. Золотарёв, М.: Радио и связь, Горячая линия - Телеком, 2006 г.-232 с.

29. Квашенников, В.В. Адаптивное помехоустойчивое кодирование в технических системах / В.В. Квашенников, А.Д. Кухарев. М.: Радио и связь, 2001 г.-245 с.

30. Кларк, Дж. Кодирование с исправлением ошибок в системах цифровой связи / Дж. Кларк, Дж. Кейн. Пер. с англ. - М.: Радио и связь, 1987. - 354 с.

31. Кловский, Д.Д. Передача дискретных сообщений по радиоканалам/ Д.Д. Кловский. - М.: Радио и связь, 1969. - 304 с.

32. Котельников, В.А. Теория потенциальной помехоустойчивости / В.А. Котельников. - М.: Госэнергоиздат, 1956 г. - 285 с.

33. Крук, Б.И. Телекоммуникационные системы и сети. Том 1. Современные технологии. - 3-е изд. / Б.И. Крук, В.Н. Попантонопуло, В.П. Шувалов. - М.: Горячая линия - Телеком, 2003 г. - 647 с.

34. Куликов, Г.В. Влияние гармонической помехи на помехоустойчивость корреляционного демодулятора сигналов с МЧМ /Г.В. Куликов. // Радиотехника. 2002 г. - № 7. - С. 42-44.

35. Куприянов, А.И. Радиоэлектронная борьба. Основы теории/ А.И. Куприянов, JI.H. Шустов. - М.: Вузовская книга, 2011г. - 403 с.

36. Мак-Вильямс, Ф.Дж. Теория кодов, исправляющих ошибки / Ф.Дж. Мак-Вильямс, Н.Дж.А. Слоэн. Пер. с англ. - М.: Связь, 1979г. 744 с.

37. Максимей, И.В. Имитационное моделирование на ЭВМ. - М.: Радио и связь, 1988г. - 232 с.

38. Морелос-Сарагоса, Р. Искусство помехоустойчивого кодирования. Методы, алгоритмы, применение / Р. Морелос-Сарагоса. М.: Техносфера, 2006 г. - 320 с.

39. Наконечный, Б.М. Помехоустойчивые алгоритмы и процедуры отображения и передачи цифровой информации в телекоммуникационных системах с ограниченными энергетическими и частотными ресурсами.//Дисс. на соиск. уч. ст. канд. техн. наук. - Серпухов: МОУ «ИИФ». - 2012г. - 142 с.

40. Поршев, C.B., Беленкова, И.В. Численные методы на базе MathCad. - Спб.: БХВ - Петербург. 2012г. - 450 с.

41. Прокис, Дж. Цифровая связь / Дж. Прокис. Пер. с англ. М.: Радио и связь, 2000 г.

42. Ржаных, A.B. Оценка статистических характеристик энергетического обнаружения сигналов с ППРЧ при воздействии преднамеренных узкополосных помех/ A.B. Ржаных, С. А. Осюнин. Серпухов: Известия Института инженерной физики. - 2011г. - №2 - С. 59-62.

43. Сидельников, В.М. Теория кодирования / В.М. Сидельников. М.: Радио и связь, 2006 г. - 289 с.

44. Скляр, Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. 2-е изд., испр. / Б. Скляр. Пер. с англ. - М.: Издат. дом «Вильяме», 2003 г. - 1104 с.

«

45. Сердюков, П.Н. Защищенные радиосистемы цифровой передачи информации/ П.Н. Сердюков, A.B. Бельчиков, А.Е. Дронов и др. - М.: ACT, 2006г. - 403 с.

46. Строганов, М.П. Информационные сети и телекоммуникации: Учебн. пособие/ М.П. Строганов, М.А. Щербаков. - М.: Высшая школа, 2008г.- 151 с.

47. Тихонов, В.И. Статистический анализ и синтез радиотехнических устройств и систем: Учебное пособие для ВУЗов / В.И. Тихонов, В.Н. Харисов. М.: Радио и связь, 1997 г. - 247 с.

48. Точчи, Р.Дж. Цифровые системы. Теория и практика, 8-е изд. / Р.Дж. Точчи, Н.С. Уидмер. Пер. с англ. М.: Издат. дом «Вильяме», 2004г. -1024 с.

49. Феер, К. Беспроводная цифровая связь. Методы модуляции и расширения спектра / К. Феер. Пер. с англ. М.: Радио и связь, 2000г. - 520 с.

50. Финк, Л.М. Теория передачи дискретных сообщений / Л.М. Финк. М.: Сов. радио, 1970 г. - 745 с.

51. Шеннон, К. Математическая теория связи / К. Шеннон. М.: ИЛ, 1963 Г.-458 с.

52. Шмырин, Е.В. Статистический анализ платформы каскадного кодирования данных в сетях 1ЕЕЕ802.16/ В.В. Зеленевский, Ю.В. Зеленевский, Е.В. Шмырин// Сб. научн. тр. - Воронеж: Военный авационный университет, 2013. - С.92-94.

53. Шмырин, Е.В. Статистический анализ низкочастотных кодов Р. Галлагера/ Е.В. Шмырин, В.В. Зеленевский, Ю.В. Зеленевский, // Сб. научн. тр. - Воронеж: Военный авационный университет, 2013. - С.95-96.

54. Шмырин, Е.В. Активный полосовой фильтр/ Е.В. Шмырин, Ю.В. Зеленевский, // Патент на полезную модель №132652. Патентообладатель: МОУ «Институт инженерной физики» (RU). Опубл. 09.2013 г.

55. Шмырин, Е.В. Влияние основания корректирующего кода на статистические характеристики оптимального декодирования/Е.В. Шмырин,

В.В. Зеленевский, Ю.В. Зеленевский. К.В. Савельев// Сб. научн. тр. 1-й Всероссийской НТК «Расилетинские чтения» ОАО «Концерн ГСКБ «Алмаз-Антей» им. академика А.А. Расплетина. - 2014 с.

56. Шмырин, Е.В. Вывод аналитических выражений для экспонент вероятностных характеристик мягкого декодирования/ Е.В. Шмырин, В.В. Зеленевский// Тр. XXXII Всероссийской НТК. - Серпухов: 2013г.

57. Шмырин, Е.В. Генератор кодовых комбинаций/ Е.В. Шмырин, Ю.В. Зеленевский, // Патент на полезную модель № 136604. Патентообладатель: МОУ «Институт инженерной физики» (1Ш). Опубл. 01.2014 г.

58. Шмырин, Е.В. Декодирование недвоичных кодов по максимуму правдоподобия/ Е.В. Шмырин, В.В. Зеленевский// Сб. научн. тр. XII Российской НТК «Новые информационные технологии в системах связи и управления» - Калуга: ОАО НИИ Телемеханических Устройств ФГУП, 2013г. -С.90-92.

59. Шмырин, Е.В. Имитационная модель генерации и мягкого декодирования двоичного композиционного итеративного кода/ Е.В. Шмырин, Ю.В. Зеленевский// Тр. XXXII Всероссийской НТК. - Серпухов: 2013г.-С.

60. Шмырин, Е.В. Компьютерное моделирование композиционного кодирования данных/Е.В. Шмырин, В.В. Зеленевский. Ю.В. Зеленевский// Сб. тр. VII Международной НПК «Информационные и коммуникационные технологии в образовании, науке, и производстве». -Протвино, 2013. - С.

61. Шмырин Е.В. Программа оценивания статистических характеристик мягкого итеративного декодирования двоичных композиционных кодов /В.В. Зеленевский// Свидетельство государственной регистрации программы для ЭВМ №2014616475. Правообладатель: МОУ «ИИФ» (ГШ). Дата регистрации 25.06.2014 г.

62. Шмырин, E.B. Метод линеаризации данных для оценки характеристик декодирования / Е.В. Шмырин, Ю.В. Зеленевский// Сб. тр. VII Международной НПК «Информационные и коммуникационные технологии в образовании, науке, и производстве». - Протвино, 2013.

63. Шмырин, Е.В. Недвоичные кодеры систем передачи данных/ Е.В. Шмырин, В.В. Зеленевский// Сб. научн. тр. XII Российской НТК «Новые информационные технологии в системах связи и управления» - Калуга: ОАО НИИ Телемеханических Устройств ФГУП, 2013г. - С.93-95.

64. Шмырин, Е.В. Оценка помехоустойчивых каскадных кодов/Е.В. Шмырин, В.В. Зеленевский, Ю.В. Зеленевский. К.В. Савельев// Сб. научн. тр. 1-й Всероссийской НТК «Расплетинские чтения» ОАО «Концерн ГСКБ «Алмаз-Антей» им. академика A.A. Расплетина. - 2014 с.

65. Шмырин, Е.В. Оценка эффективности каскадных кодов с мягким декодированием в стандарте передачи данных с широкополосным доступом/ Е.В. Шмырин, Ю.В. Зеленевский// Сб. тр. участников III Всероссийской НПК «Современное непрерывное образование и инновационное развитие». -Серпухов: МОУ «ИИФ», 2013г. - С. 129-132.

66. Шмырин, Е.В. Синтез недвоичных корректирующих кодов преобразованиями двоичных последовательностей Рида-Маллера/ Е.В. Шмырин, Ю.В. Зеленевский// Серпухов: Известия Института инженерной физики. - 2013 - №2 - С. 36-39.

67. Шмырин, Е.В. Статистический анализ воздействия импульсных помех на мягкое декодирование двоичных ФМ сигналов/ Е.В. Шмырин, Ю.В. Зеленевский// Серпухов: Известия Института инженерной физики. - 2013 -№1 - С. 47-49.

68. Шмырин, Е.В. Статистический анализ низкоплотностных корректирующих кодов и их помехоустойчивость в стандарте связи с широкополосным доступом/ Е.В. Шмырин, Ю.В. Зеленевский//Сб. научн. тр. МОУ «ИИФ» - 2012.

69. Шмырин, Е.В. Эффективность преобразованных недвоичных кодов Рида-Маллера/ Е.В. Шмырин, Ю.В. Зеленевский// Серпухов: Известия Института инженерной физики. - 2013 - №3 - С. 41-43.

70. Шмырин, Е.В. Декодирующее устройство/ Е.В. Шмырин, Ю.В. Зеленевский, К.В. Савельев// Патент на полезную модель №134378. Патентообладатель: МОУ «Институт инженерной физики» (RU). Опубл. 10.11.2013г. Бюл. №31.

71. Шмырин, Е.В. Оценка параметров радиоканалов передачи данных с замираниями сигнала/ Е.В. Шмырин, Ю.В. Зеленевский// Серпухов: Известия Института инженерной физики. - 2013 - №4 - С. 64-66.

72. Шмырин, Е.В. Программа оценивания статистических характеристик декодирования недвоичных помехоустойчивых кодов/ Е.В. Шмырин, Ю.В. Зеленевский, К.В. Савельев// Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2014612398. Правообладатель: МОУ «ИИФ» (RU). Зарег. 25.02.2014г.

73. Шмырин, Е.В. Имитационное моделирование оптимальных недвоичных декодеров/ Е.В. Шмырин, В.В. Зеленевский, Ю.В. Зеленевский, К.В. Савельев // Серпухов: Известия Института инженерной физики. - 2014 - №2 - С. 33-38.

74. Berrou, С. Near Shannon Limit Error Correcting Coding and Decoding: Turbo-Codes / C. Berrou, A. Glavieux, P. Thitimajshima. // Proceeding of ICC'98, Geneva, Switzerland. - May 1998. - P. 1064-1070.

75. Dolinar. S. Weight Distribution for Turbo Codes iJsing Random and Nonrandom Permutation / S. Dolinar, D. Divsalar. / TDA Progress Report. Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, California. - August, 15. 1999. - P. 42-122.

76. Gulliver, T.A. Diversity Combining and Reed-Solomon Coding for Fast Frequency-Hopping Noncoherent MFSK / T.A. Gulliver. // IEEE Milcom'90, Conf. 1990.-P. 4.1.1-4.1.5.

77.Signal Processing for Mobile Communications handbook / Edited by M. Ibnkahla. -N.Y.: CRC Press. 2004.