Транспортные и мультисервисные системы и сети связи.-5

Рис. 8.2. Помехоустойчивость декодирования сверточных кодов

Проверочный расчет вероятности ошибки на выходе декодера:

Q0.65 exp( 0.44 (z 0.75)2 ) 0.65

exp( 0.44 (5.01 0.75)2 ) 2.972 10 7

pд wdf Q (2 d f Rкод hб ) 36 2.972 10 7 (2 10 0.5 5) 7.56510 5

Расчет показал, что реальное значение вероятности ошибки кодера меньше теоретического значения, следовательно, условия задачи были выполнены.

Разработка кодера и декодера сверточного кода 133,171

Впредыдущем разделе был описан выбор сверточного кодера /133,171/. Функциональная

иструктура схема кодера/декодера может быть представлена в следующем виде:

Рис. 8.3. Структурная схема сверточного кодера

362

1338 10110112

1718 11110012

Рис. 8.4. Функциональная схема сверточного кодера 133,171

Рис. 8.5. Структурная схема декодера Витерби

Рис. 8.6. Функциональная схема декодера Витерби В результате выполнения данной индивидуальной работы было сделано следующее:

Спроектирована телекоммуникационная система с использованием сверточного кодера;

Рассчитаны и оптимизированы параметры сверточного кода используемого в ТКС в целях повышения ее эффективности и помехоустойчивости;

363

Предложены структурные и функциональные схемы кодера и кодера, используемых в разработанной ТКС.

Варианты № 16, 3, 8 Для решения поставленной задачи предложены общие параметры проектируемой ТКС,

которые представленные в таблице 8.5.

Таблица 8.5. Параметры проектируемой ТКС

Структурная схема проектируемой телекоммуникационной системы Структурная схема проектируемой телекоммуникационной системы представлена на

рисунке 8.2.

Источник сообщения генерирует бинарную последовательность с определенной скоростью . Курсивом отмечены блоки, которые кодируют и декодируют информацию с применением помехоустойчивых кодов (вводится избыточность при кодировании, например код Хемминга, БЧХ, сверточный код). Что касается источника, то он кодируется и декодируется с помощью таких алгоритмов как, Хаффмана, Шеннона-Фано или Лемпела-

Зива. В данных алгоритмах не вводится избыточность. Помимо кодирования система связи содержит в себе квадратурную модуляцию/демодуляцию. Где на выходе модулятора мы получаем сначала комплексные числа (квадратурные и синфазные составляющие), которые в свою очередь садятся на несущие, сдвинутые на 90 градусов и в конечном итоге суммируются. Демодуляция представляет собой обратный процесс. Варианты работы содержит в себе модуляцию ФМ-2 или BPSK, которая имеет только два синфазных значения постоянной амплитуды и фазы 0 и 180 градусов и ФМ-4 или QPSK, которая имеет четыре значения постоянной амплитуды и фазы. И, конечно же, любая система передачи не обходится без воздействия на нее шумов, в канале беспроводной сети (канал связи).

364

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

365

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

366

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

367

3

8

368

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

369

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

370

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.

371