Введение
Актуальность проблемы
Активное развитие цифровых радиосистем передачи информации является одной из главных составляющих мирового прогресса в сфере телекоммуникаций. В настоящее время цифровые радиосистемы передачи информации вошли в повседневную жизнь миллионов людей. Трудно представить себе нашу действительность без сотовой связи, спутниковых систем цифрового телевидения, систем цифрового абонентского радиодоступа и т.д.
Решения по этим проблемам разработаны на уровне последних научно-технических и технологических достижений. По этим направлениям разработаны стандарты, принятые авторитетными международными организациями.Научно-технические достижения в области создания систем общего применения целесообразно использовать и при разработке ведомственных радиосистем передачи информации, которые применяются различными структурами, например, службами общественной безопасности.
В целом существует большое разнообразие цифровых систем ведомственной радиосвязи. В диссертации рассмотрение ограничено следующими радиосистемами: наземные системы подвижной радиосвязи УКВ диапазона, радиомодемы систем подвижной радиосвязи, системы передачи видео-аудио информации и командные радиосистемы.
Особенностью большинства ведомственных радиосистем являются требования по обеспечению заданной дальности действия при ограниченной мощности передатчика, минимизации габаритов и энергопотребления аппаратуры. Эта цель может быть достигнута только при использовании современных методов теории передачи цифровых сигналов, в частности, использования квазиоптимальных методов демодуляции и применения помехоустойчивого кодирования.
В связи с этим актуальной научной проблемой является анализ и оптимизация методов помехоустойчивого кодирования с целью получения максимального энергетического выигрыша от кодирования
- (ЭВК) в радиоканалах ведомственных систем передачи информации.
Эффективность помехоустойчивого кодирования впервые была доказана К. Шенноном в 1948 г. [1]. Основные задачи помехоустойчивого кодирования состоят в построении кодов с высокой корректирующей способностью, обеспечивающих максимальный энергетический выигрыш при требуемой вероятности ошибки, и разработке высокоэффективных и практически реализуемых алгоритмов их декодирования. Вопросами развития теории помехоустойчивого кодирования занимались такие зарубежные специалисты как Р. Галлагер [2], У. Питерсон, Э. Уэлдон [3], А.Д. Витерби, Дж.К. Омура [4], Р.К. Боуз, Д.К. Рой-Чоудхури [5], Э.Р. Берлекэмп [6], Дж. Месси [7], И.С. Рид, Г. Соломон [8], Р. Блейхут [9], Д. Форни [10], К. Беруа [11-12], Дж. Хагенауер [13] и др., а также российские ученые В.Д. Колесник, Е.Т. Мирончиков [14], К.Ш. Зигангиров [15], Э.М. Габидулин [16], Э.Л. Блох [17], В.В. Зяблов [17, 19], А.Г. Зюко [18], СЛ. Портной [17] и др.
В настоящее время существует множество кодов и алгоритмов их декодирования, различающихся но выигрышу от кодирования, сложности реализации и многим другим параметрам. Для каждой конкретной радиосистемы должен быть выбран собственный алгоритм помехоустойчивого кодирования и декодирования, учитывающий ее особенности.
Целью диссертации является исследование и оптимизация методов помехоустойчивого кодирования в ведомственных цифровых радиосистемах передачи информации по критерию максимального ЭВК с учетом специфики данных систем.
Основные задачи исследования. Для достижения поставленной цели исследований в работе решаются следующие задачи:
анализ специфики рассматриваемых ведомственных радиосистем, позволяющий определить требования к схемам помехоустойчивого кодирования;
анализ методов помехоустойчивого кодирования для борьбы с влиянием системных и индустриальных помех, а также с замираниями, вызванными многолучевым распространением радиосигналов;
сопоставление основных линейных блочных, сверточных, каскадных кодов и турбокодов с границей Шеннона при различных скоростях кодирования;
анализ отдельных кодовых конструкций, которые предусматриваются существующими международными стандартами;
выбор методов помехоустойчивого кодирования и декодирования по критерию максимума ЭВК для рассматриваемых ведомственных радиосистем с учетом их специфики.
Методы исследования.
В работе использовался математический аппарат алгебраической и вероятностной теории кодирования, теории вероятностей, статистической радиотехники и математической статистики. Для подтверждения теоретических результатов проведены натурные эксперименты и имитационное моделирование на ПЭВМ.Научная новизна работы заключается в следующем:
разработаны методики выбора параметров устройств кодирования и перемежения для систем подвижной радиосвязи при релеевских замираниях и при воздействии индустриальных помех;
получено выражение для определения вероятности ошибки на бит информации для кодов Рида-Соломона с учетом повторной проверки синдрома;
предложена схема кодера Рида-Соломона с блочным устройством перемежения, минимизирующая задержку на передающей стороне;
1. получены вероятностные характеристики приема для командных радиосистем, использующих различные форматы передачи.
Основные положения, выносимые на защиту:
- методика выбора параметров устройств кодирования и перемежения для систем подвижной радиосвязи при релеевских замираниях;
- методика выбора параметров устройств кодирования и перемежения для систем подвижной радиосвязи при
воздействии индустриальных помех;
алгоритм помехоустойчивого кодирования для наземных систем подвижной радиосвязи УКВ диапазона и радиомодемов;
алгоритмы помехоустойчивого кодирования для радиосистем передачи видео - аудио информации;
схема кодера кода Рида-Соломона с блочным устройством перемежения, минимизирующая задержку на передающей стороне;
методика выбора формата передачи и расчета вероятностных характеристик приема для командных радиосистем.
Личный вклад. Теоретические и практические исследования, расчеты, выводы и рекомендации, изложенные в диссертации, получены автором лично.
Практическая ценность работы. Изложенный в диссертации материал может использоваться при разработке и оптимизации помехоустойчивых кодеков для ведомственных радиосистем цифровой передачи информации, кроме того, проведенные исследования также представляют интерес и для проектирования широкого класса цифровых систем радиосвязи.
Реализация результатов работы. Отдельные результаты, полученные в диссертации, использованы в ОКР проводимой ГУ НПО «Специальная Техника и Связь» МВД России, что подтверждено соответствующим актом.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были представлены и обсуждались на международной конференции «Телекоммуникационные и вычислительные системы» (в рамках конгресса «Коммуникационные технологии и сети» 2003г.), на 12-ой межрегиональной конференции «Обработка сигналов и помех в системах телефонной связи и вещания» (Пушкинские Горы - Москва 2003г.), на научных конференциях профессорско-преподавательского, технического и инженерно-технического состава МТУСИ 2002, 2003 и 2004 годов.
Публикации. Основные результаты диссертации изложены в 17 опубликованных работах, в том числе в одной коллективной
монографии, находящейся в печати.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав заключения. Она включает 163 страницы машинописного текста.