Транспортные и мультисервисные системы и сети связи

Классификация корректирующих кодов Обнаружение ошибок в технике связи — действие, направленное на контроль

целостности данных при записи/воспроизведении информации или при её передаче по линиям связи. Исправление ошибок (коррекция ошибок) — процедура восстановления информации после чтения её из устройства хранения или канала связи.

Для обнаружения ошибок используют коды обнаружения ошибок, для исправления — корректирующие коды(коды, исправляющие ошибки, коды с коррекцией ошибок, помехоустойчивые коды).

Преимущества и недостатки блоковых кодов:

Блоковые коды, как правило, хорошо справляются с редкими, но большими пачками ошибок, их эффективность при частых, но небольших ошибках (например, в канале с АБГШ), менее высока.

Преимущества и недостатки свёрточных кодов:

Свёрточные коды эффективно работают в канале с белым шумом, но плохо справляются с пакетами ошибок. Более того, если декодер ошибается, на его выходе всегда возникает пакет ошибок. Выбор в индивидуальной работе сверточных кодов обосновывается тем, что свёрточное кодирование - очень простая операция. Кодирование свёрточным кодом производится с помощью регистра сдвига, отводы от которого суммируются по модулю два.

Таких сумм может быть две (чаще всего) или больше.

Классификация корректирующих кодов по структуре представлена на рисунке в.

Классификация методов декодирования сверточных кодов Классификация методов декодирования сверточных кодов имеет следующий вид:

Алгебраические методы декодирования;

Вероятностные методы декодирования:

Алгоритм последовательного декодирования;

Алгоритм Витерби.

Задача декодирования сверточного кода заключается в выборе пути (в этом и состоит отличие декодирования сверточных кодов) вдоль решетки наиболее похожего на принятую последовательность. Каждый путь вдоль решетчатой диаграммы складывается из ветвей соединяющих узлы. Каждой ветви решетки соответствует кодовое слово из двух бит.

Каждую ветвь на каждом периоде можно пометить расстоянием Хемминга между полученным кодовым словом и кодовым словом, соответствующим ветви. Складывая расстояния Хемминга ветвей, составляющих путь, получим метрику соответствующего пути.

Данная метрика будет характеризовать степень подобия каждого пути принятой последовательности. Чем меньше метрика, тем более похожи путь и принятая

381

последовательность. Таким образом, результатом декодирования будет информационная последовательность, соответствующая пути с минимальной метрикой. Если в одно и тоже состояние входят два пути выбирается тот, который имеет лучшую метрику. Такой путь называется выжившим. Отбор выживших путей проводится для каждого состояния. Это не иначе как алгоритм декодирования Витерби и он наиболее эффективный.

Определение допустимой скорости кода из условия непревышения полосой частот

кодированного сигнала полосы пропускания канала

Определение кода Полученный результат позволяет сформировать список подходящих сверточных кодов в

виде, представленном в таблице 8.6.

Таблица 8.6. Характеристики СК для выбора кода

Произведен выбор СК из перечня, обеспечивающего заданную вероятность ошибки бита и удовлетворяющего требованию ограничения по сложности декодера.

Вари

Выбранный СК

ант

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

Вари

Расчеты

ант

обеспечивает выполнение поставленной задачи, так как

383

3

8

384

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. 8.8. Структурная схема сверточного кодера

Рис. 8.9. Функциональная схема сверточного кодера 133,171

Рис. 8.10. Структурная схема декодера Витерби

385

Рис. 8.11. Функциональная схема декодера Витерби кодера со скоростью 1/2.

В результате выполнения данного индивидуального задания было выполнено следующее:

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

Сегодня Интернет не воспринимается как достаточно надежная сеть для передачи трафика реального времени. Но это происходит не из-за недостатка перспективных механизмов,

таких как потоковые слежение и ограничение (shaping/policing), а из-за сложности выбора метода обеспечения QoS сети и компромисса между простотой и большей управляемостью.

Хороший проект сети, простота, высокая доступность и обеспечение защиты являются ключевыми аспектами обеспечения QoS на магистралях Интернет. Хороший проект сети плюс некоторая степень резервирования ресурсов не только делают сеть более отказоустойчивой, но также и предотвращают многие проблемы, связанные с QoS, и

устраняют потребность в сложных механизмах, разработанных для их решения. Это делает сеть более простой и увеличивает ее доступность. Три класса трафика (Premium, Assured, и

Best effort) достаточны для удовлетворения обозримых потребностей клиентов. Различные классы трафика будут обслуживаться по-разному, особенно при неблагоприятных сетевых условиях. Быстрая перемаршрутизация MPLS или другие механизмы защиты могут

386

использоваться для защиты Premium-трафика при отказах маршрутизаторов или каналов.

При возникновении неисправностей в одной части сети инжиниринг трафика должен использоваться для перемещения трафика в другую часть сети. DiffServ инжиниринг трафика может использоваться для предотвращения концентрации высокоприоритетного трафика на любом канале, так что высокопроизводительный трафик будет иметь низкую задержку и джиттер, и при необходимости может обрабатываться предпочтительно за счет трафика других классов. Схемы управления трафиком на магистрали, такие как Policing и Shaping,

должны применяться для микроконтроля и использоваться, когда инжиниринг трафика становится недостаточным.

Проведено имитационное моделирование на базе MATLAB 2015b Simulink модемов и кодеков современных телекоммуникационных систем стандарта CDMA, системы мобильной связи стандарта IЕЕЕ 802.11 (WiFi), мобильной связи стандарта IEEE 802.15.4

ZigBee, системы мобильной связи стандарта IEEE 802.15.1 (Bluetooth), системы мобильной связи стандарта IEEE 802.16 (WiMAX), системы мобильной связи стандарта IEEE 802. 20 LTE. Получены основные характеристики ТКС в зависимости от параметров систем,

характеристик сигналов и влияния шумов и многолучевости (для CDMA). Представлены созвездия для модуляторов, спектры сигналов на входе и выходе канов связи, а также Зависимости вероятности битовой ошибки от отношения сигнал/шум и многолучевости.

Материалы учебного пособия могут быть использованы как для учебных целелей,

так и как справочный материал при проектировании ТКС.

ЛИТЕРАТУРА

1.Пакетная сеть связи общего пользования. Кучерявый А.Е., Гильченок Л.З., Иванов А.Ю. -

СПб.: НкТ, 2004.

2.Телекоммуникационные системы и сети: Учебное пособие. В 3 т. Том 1: Современные технологии / Б.И. Крук, В.Н. Попантонопуло, В.П. Шувалов; под ред. проф. В.П. Шувалова. - 3-е изд., испр. и доп. - M.: Горячая линия - Телеком, 2003. - 647 с.

3.Телекоммуникационные системы и сети_ Учебное пособие. В 3 т. Том 3 - Мультисервисные сети. В. В. Величко, Е. А. Субботин, В. П. Шувалов, А. Ф. Ярославцев. М.: Горячая линия – Телеком, 2005. – 592 с.

4.Банкет В.Л. Помехоустойчивое кодирование в телекоммуникационных системах: учебн.

пособие. - Одесса: ОНАС им А.С. Попова, 2011. - 104 с.

5.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.

387

6.Методы повышения энергетической и спектральной эффективности цифровой радиосвязи: учеб. пособие / В. А. Варгаузин, И. А. Цикин. — СПб.: БХВ-Петербург, 2013. — 352 с.

7.Банкет В.Л. Сигнально-кодовые конструкции в телекоммуникационных системах. - Одесса: Фешкс, 2009. - 180 с.

8.Мелихов С.В. Аналоговое и цифровое радиовещание: Учебное пособие. Издание второе, исправленное. - Томск: Томск. гос. ун-т систем управления и радиоэлектроники, 2012. – 233

с.

9.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.

10.Галкин В.А. Цифровая мобильная радиосвязь. Учебное пособие для вузов. – М.: Горячая линия-Телеком, 2007. – 432 с..

11.Федосов В. П., Нестеренко А. К. Цифровая обработка сигналов в LabVIEW: учеб. пособие / под ред. В. П. Федосова. – М.: ДМК Пресс, 2007. – 456 с.

12.Теория и техника передачи информации : учебное пособие /Ю. П. Акулиничев, А. С. Бернгардт. — Томск: Эль Контент, 2012. — 210 с.

13.Скляр Б. Цифровая связь. — М.: Издательский дом Вильямс. 2003 — 1104с

14.Феер К.: Беспроводная цифровая связь. М.: Радио и связь, 2000. - 520 с.

15.Крейнделин В.Б., Колесников А.В. Оценивание параметров канала в системах связи с ортогональным частотным мультиплексированием. Учебное пособие / МТУСИ.-М., 2010. -29

с.

16.Д. Ватолин, М. Смирнов «Методы сжатия данных: Сжатие изображений» // http://www.compression.ru/book/part2/part2__3.htm

17.С. Уэлстид. “Фракталы и вейвлеты для сжатия изображений в действии”. Москва. “Издательство ТРИУМФ” 2003. 360 .

18.https://sites.google.com/site/szatieinformacii/lekcii/tema13

19.Дворкович В.П., Дворкович А.В. Цифровые видеоинформационные системы (теория и практика) Москва: техносфера, 2012. – 1008 с.

20.LabVIEW. Справочник по функциям. [Электронный ресурс]. – Режим доступа:http://chaos.sgu.ru/library/programms/progr/

labVIEW/LabVIEW_suranov.pdf

21.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.

388

22.Серов А. В. Эфирное цифровое телевидение DVB-T/H. - БХВ-Петербург, 2010. – 465 с.

23.Стандарт DVB-H. Система мобильного ТВ вещания. [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.konturm.ru/tech.php?id=dvbh

24.http://www.mathworks.com/examples/simulink-communications/mw/comm_product- LTEDownlinkExample-lte-phy-downlink-with-spatial-multiplexing

25.J. H. Yuen, et. al. Modulation and Coding for Satellite and Space Communications. Proc. IEEE,vol. 78., n. 7, July, 1990, pp. 1250-1265.

26.Forney G. Concatenated Codes. Cambridge, Massachusetts: M. I. T. Press, 1966.

389