Кодирование и шифрование информации в системах связи. Часть 1. Кодирование
.pdf
321
Определение кода
Полученный результат позволяет сформировать список подходящих сверточных кодов в виде, представленном в таблице 5.6.
Таблица 5.6. Характеристики СК для выбора кода
Вар |
Условия |
|
иант |
||
|
||
|
|
|
16 |
СК со скоростями 1/2 и сложностью решетки W не более 150 |
|
|
|
|
3 |
Все СК со сложностью решетки W не более 170 |
|
|
|
|
8 |
СК со скоростями ½ и сложностью решетки W не более 200 |
|
|
|
Произведен выбор СК из перечня, обеспечивающего заданную вероятность ошибки бита и удовлетворяющего требованию ограничения по сложности декодера.
Вар
Выбранный СК
иант
Код с порождающими многочленами (133, 171), который при скорости 1/2
16
обеспечивает АЭВК = 6,99 дБ
Код с порождающими многочленами (133, 171), который при скорости 1/2
3
обеспечивает АЭВК = 6,99 дБ
Код с порождающими многочленами (133, 171), который при скорости 1/2
8
обеспечивает АЭВК = 6,99 дБ
Расчет ширины спектра кодированного цифрового сигнала с заданным видом
модуляции в зависимости от скорости кода
Вар |
|
|
|
Расчеты |
|||||||
иант |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
16 |
Ф |
|
|
|
|
|
|
|
кГц |
||
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
код |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
кГц |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
код |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
кГц |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
код |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
322
Рисунок 5.7 позволяет сделать вывод о том, что применение выбранного кода обеспечивает выполнение поставленной задачи, так как
Вариант |
Отношение С/Ш hб |
2, дБ |
Вероятность |
ошибки |
|
декодирования меньше |
|||||
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
16 |
7,0 |
|
10-6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
6,0 |
|
10-5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
6,0 |
|
10-6 |
|
|
|
|
|
|
||
Сравнение с кривыми помехоустойчивости некодированной ФМ показывает, что |
|
||||
|
|
|
|
||
Вариант |
Вероятность ошибки |
АЭВК, дБ |
|
||
|
|
|
|
|
|
16 |
10-6 |
|
более 10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
10-5 |
|
9,4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
10-6 |
|
более 10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 5.7. Помехоустойчивость декодирования сверточных кодов
323
Проверочный расчет зависимости вероятности ошибки на выходе декодера
В результате получим (примерно для заданной вероятности ошибки бита):
Вариант |
|
|
|
|
|
|
Расчеты |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
16 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3
8
Расчет показал, что реальное значение вероятности ошибки кодера меньше теоретического значения, следовательно, условия задачи были выполнены.
Разработка кодера и декодера СК 133, 171
В предыдущем разделе был описан выбор сверточного кодера (133,171).
1338 = 10110112;1718 = 11110012
Функциональная и структура схема кодера/декодера может быть представлена в следующем виде:
Рис. 5.8. Структурная схема сверточного кодера
324
Рис. 5.9. Функциональная схема сверточного кодера 133,171
Рис. 5.10. Структурная схема декодера Витерби
Рис. 5.11. Функциональная схема декодера Витерби кодера со скоростью 1/2.
В результате выполнения данного индивидуального задания было выполнено следующее:
325
Спроектирована телекоммуникационная система с использованием сверточного кодера;
Рассчитаны и оптимизированы параметры сверточного кода используемого в ТКС в целях повышения ее эффективности и помехоустойчивости при различных начальных заданных условиях (ширина спектра, скорость кода, битовая вероятность ошибки в зависимости от заданного значения отношения сигнал/шум);
Предложены структурные и функциональные схемы кодера и кодера,
используемых в разработанной ТКС.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В представленном учебном пособии впервые рассмотрены основные виды модуляции, кодирования и сигнально-кодовые конструкции.В учебном пособии рассмотрена теория и практика моделирования модемов сотовой связи FSK, MSK GMSK
и модемы спутниковых систем связи M-QAM, M-PSK. Для анализа использавано программное обеспеченире NI LabVIEW. Показана возможность создания созвездий различных видов модуляции, спектры сигналов с использованием различных фильтров,
получены глазковые диаграммы и фазовые зависимости от отношения отношения сигнал/шум. Для каждого вида модуляции проведен численный анализ вероятности символьной ошибки от отношения сигнал/шум.
Рассмотрены вопросы пропускной способности канала связи, рассмотрены методы кодирование источника (Шеннона-Фано, алгоритмы сжатия Лемпеля - Зива,
вейвлет-фрактальное сжатие). Проведены численные оценки коэффициентов сжатия,
полученные с использаванием современного программного обеспечения.
Проведено иммитационное моделирование и исследование помеххоучтойчивых кодов Хемминга, БЧХ (Боуза-Чоудхури-Хоквенгема), Рида-Соломона на базе MATLAB 2015 Simulink, исследовано сверточные кодирование и декодирование. Проведено моделирование декодирование сверточных кодов по методу Витерби с использованием ПО MATLAB. Исследование турбокодирование, рассмотрена обобщенная схема турбокодера с параллельным каскадированием, сверточные турбокоды, декодирование турбокодов. Характеристики помехоустойчивости сверточных турбокодов исследованы с использованием ПО MATLAB 2015 Simulink. Впервые использовано ПО NI LabVIEW
для исследования низкоплотностных кодов - разработан программный комплекс для
326
визуализации и исследования LDPC-кодов. Проведена оценка помехоустойчивости
LDPC-кодов в зависимости от отношения сигнал/шум и параметров кода.
Рассмотрены сигнально-кодовые конструкции на основе Треллис кодовой
модуляции (ТСМ) и их анализ с использованием MATLAB. Исследование сигнально-
кодовой конструкции |
на базе системы с ортогональным частотным |
мультиплексированием и |
пространственно-временным кодированием OFDM - MIMO с |
использованием NI LabVIEW.
В главе 5. представлено задание на самостоятельную работу "Оптимизация методов помехоустойчивого кодирования для телекоммуникационных систем" - 32
варианта для самостоятельного расчета и примеры расчета для нескольких вариантов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Банкет В.Л. Помехоустойчивое кодирование в телекоммуникационных системах:
учебн. пособие. - Одесса: ОНАС им А.С. Попова, 2011. - 104 с.
2.Зюко А.Г., Фалько А.И., Панфилов И.П., Банкет В.Л., Иващенко П.В.
Помехоустойчивость и эффективность систем передачи информации. М.:Радио и связь. 1985.
3.Методы повышения энергетической и спектральной эффективности цифровой радиосвязи: учеб. пособие / В. А. Варгаузин, И. А. Цикин. — СПб.: БХВ-Петербург, 2013. — 352 с.
4.Банкет В.Л. Сигнально-кодовые конструкции в телекоммуникационных системах. -
Одесса: Фешкс, 2009. - 180 с.
5. Мелихов С.В. Аналоговое и цифровое радиовещание: Учебное пособие. Издание второе, исправленное. - Томск: Томск. гос. ун-т систем управления и радиоэлектроники,
2012. – 233 с.
6. Голиков А.М., Уваровский В.Д. Исследование многоуровневых методов модуляции сигналов, используемых в космических системах связи, на базе аппаратуры и ПО labVIEW
2010. Методические указания по лабораторным работам – Томск: Том. гос. ун-т систем управления и радиоэлектроники, 2011. – 50 с.
7. Галкин В.А. Цифровая мобильная радиосвязь. Учебное пособие для вузов. – М.:
Горячая линия-Телеком, 2007. – 432 с..
8. Федосов В. П., Нестеренко А. К. Цифровая обработка сигналов в LabVIEW: учеб.
пособие / под ред. В. П. Федосова. – М.: ДМК Пресс, 2007. – 456 с.
9.Теория и техника передачи информации : учебное пособие /Ю. П. Акулиничев, А. С.
Бернгардт. — Томск: Эль Контент, 2012. — 210 с.
10. Скляр Б. Цифровая связь. — М.: Издательский дом Вильямс. 2003 — 1104с
327
11. Феер К.: Беспроводная цифровая связь. М.: Радио и связь, 2000. - 520 с.
12. Крейнделин В.Б., Колесников А.В. Оценивание параметров канала в системах связи с ортогональным частотным мультиплексированием. Учебное пособие / МТУСИ.-М.,
2010. -29 с.
13.Д. Ватолин, М. Смирнов «Методы сжатия данных: Сжатие изображений»
//http://www.compression.ru/book/part2/part2__3.htm
14.С. Уэлстид. “Фракталы и вейвлеты для сжатия изображений в действии”. Москва. “Издательство ТРИУМФ” 2003. 360 .
15.https://sites.google.com/site/szatieinformacii/lekcii/tema13
16.Дворкович В.П., Дворкович А.В. Цифровые видеоинформационные системы (теория
ипрактика) Москва: техносфера, 2012. – 1008 с.
17.LabVIEW. Справочник по функциям. [Электронный ресурс]. – Режим доступа:http://chaos.sgu.ru/library/programms/progr/labVIEW/LabVIEW_suranov.pdf
18. Майков, Д.Ю. Оценка сдвига частоты для процедуры Initial Ranging в системе «мобильный WiMax» / Д.Ю. Майков, А.Я. Демидов, Н.А. Каратаева, Е.П. Ворошилин // Доклады ТУСУРа. – 2011. – №2 (24). – 59-63 с.
19. Серов А. В. Эфирное цифровое телевидение DVB-T/H. - БХВ-Петербург, 2010
– 465 с.
20 . Стандарт DVB-H. Система мобильного ТВ вещания. [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.konturm.ru/tech.php?id=dvbh
21.http://www.mathworks.com/examples/simulink-communications/mw/comm_product- LTEDownlinkExample-lte-phy-downlink-with-spatial-multiplexing
22. J. H. Yuen, et. al. Modulation and Coding for Satellite and Space Communications. Proc. IEEE,vol. 78., n. 7, July, 1990, pp. 1250-1265.
23.Forney G. Concatenated Codes. Cambridge, Massachusetts: M. I. T. Press, 1966.
24.Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. [2-е
изд., испр.]: пер. с англ. - М.: Изд. дом "Вильяме", 2003. - 1104 с.