Кодирование и шифрование информации в системах связи. Часть 1. Кодирование

301

Рис. 4.33. Результат работы схемы при первом измерении Далее необходимо поменять число антенн на 4 и повторить измерение. На рисунке

4.32 представлен результат работы схемы.

Рис. 4.34. Результат работы схемы при втором измерении

302

По полученным графикам можно сделать следующие выводы:

Пропускная способность канала (а следовательно и максимальная скорость передачи)

при использовании 4-х антенн увеличивается в два раза;

При использовании 4-х антенн количество ошибок при увеличении отношения сигнал/шум уменьшается заметно быстрее и в итоге их число меньше, чем в ситуации использования 2-х антенн.

Далее будет исследована модуляция QPSK. Для этого необходимо выставить на панели управления модуляцию QPSK и переключить тумблер на 2 антенны. На рисунке 4.35

представлен результат работы схемы.

Рис. 4.35. Результат работы схемы при третьем измерении Повторим измерение, используя 4 антенны. На рисунке 4.36 представлен результат

работы схемы.

303

Рис.4.36. Результат работы схемы при четвертом измерении

Из полученных графиков можно сделать следующие выводы:

Как и в предыдущем случае пропускная способность канала при использовании 4-х

антенн увеличивается в два раза. Однако на этот раз скорость нарастания зависимости пропускной способности канала от SNR чуть выше;

Крутизна функции зависимости BER от SNR различается. При использовании 4-х

антенн функция падает быстрее.

Далее проведем исследование модуляции 16-QAM, выставив соответствующее значение

на панели управления. На рисунке 4.37 представлен результат работы схемы.

304

Рис. 4.37. Результат работы схемы при пятом измерении Повторим измерение, используя 4 антенны. На рисунке 4.38 представлен результат

работы схемы.

Рис. 4.38. Результат работы схемы при шестом измерении Из полученных графиков можно сделать следующие выводы:

305

Функция зависимости SNR от BER при использовании 2-х антенн выглядит заметно лучше, чем при использовании 4-х антенн;

Разница пропускной способности канала составляет те же 2 раза, но на этот раз при использовании 2-х антенн функция быстрее стремится вверх.

Далее исследуем влияние PDPR на передачу. Для этого произведем измерения с активированной кнопкой «Optimal PDPR» и с выставленным вручную значением PDPR.

На панели управления выставим модуляцию – BPSK, выберем число антенн – 2 и

активируем кнопку «Optimal PDPR».

На рисунке 4.39 представлен результат работы схемы.

Рис. 4.39. Результат работы схемы при седьмом измерении

А теперь выставим значение PDPR вручную, равное = 0,005. Не забудем при этом выключить кнопку «Optimal PDPR».

На рисунке рис. 4.40 представлен результат работы схемы.

306

Рис. 4.40. Результат работы схемы при восьмом измерении Из полученных графиков можно сделать следующие выводы:

При оптимальном соотношении PDPR пропускная способность канала составляет около 8-ми бит/сек, тогда как при низком значении PDPR, равном 0,005 она составляет около

0,8 бит/сек. Т.е. уменьшение составляет в 10 раз;

Зависимость BER от SNR при низком значении PDPR заметно хуже, нежели при оптимальном PDPR;

При оптимальном значении PDPR функция зависимости SNR от BER круче падает вниз и число ошибок резко уменьшается, тогда как при низком значении PDPR ошибки практически не уменьшаются, а сама функция падает очень медленно.

307

В ходе данной работы были исследованы различные виды модуляций при различных режимах работы – 2 или 4 антенны. Были сделаны соответствующие выводы относительно каждого случая.

Наилучшие показатели были замечены при использовании модуляции QPSK в режиме работы 4-х антенн. Функция зависимости SNR от BER падает быстрее, а пропускная способность растет быстрее. Кроме того, пропускная способность составляет около 16-ти бит/сек, что позволяет добиться очень высоких скоростей при передаче.

Необходимо относиться серьёзно к выбору отношения PDPR, т.к. неверно выбранное значение в десятки раз уменьшит пропускную способность, а, следовательно, и скорость передачи. Также, низкие показатели PDPR не позволят системе избавляться от ошибок даже при высоких значениях отношения сигнал/шум.

Данная работа позволяет проводить измерения схемы MIMO-OFDM, проводить лабораторные работы по дисциплинам, изучающим передачу и приём сигналов в современных системах передачи данных.

5. ОПТИМИЗАЦИЯ МЕТОДОВ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОГО КОДИРОВАНИЯ ДЛЯ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ (ЗАДАНИЕ НА САМОСТОЯТЕЛЬНУЮ РАБОТУ)

Помехоустойчивое кодирование является эффективным способом оптимизации ТКС. На практике инженеру проектровщику ТКС приходится решать задачи оптимизации на основе численных расчетов и соответствующего сравнения методов помехоустойчивого кодирования и выбора конкретных методов и соответствующим им кодов. Решение именно такой задачи положено в основу СР [1].

Исходные данные заданы в таблице вариантов 5.2:

1. Цифровая информация передается двоичным кодом. Виды передаваемой цифровой информации:

ДК - данные компьютерного обмела;

ЦТЛФ - цифровая телефония;

ЦТВ - сообщения цифрового ТВ;

ЦЗВ - сообщения цифрового звукового вещания.

2. Канал святи - канал с постоянными параметрами и аддитивным белым гауссовым шумом.

3.Отношение с/ш на входе демодулятора hб Eб / N0 .

4.Методы модуляции: ФМ-2, ФМ-4.

308

5.Прием - когерентный.

6.Производительность источника Rист (бит / с).

7.Полоса пропускания канала FK (кГц ).

8.Вероятность ошибки бита в сообщениях, отдаваемых получателю, не более р.

9.Допустимая сложность декодера СК (показатель сложности решетки кода) - не

более W.

Необходимо:

1.Выбрать и обосновать выбор корректирующего кода для проектируемой ТКС,

обеспечивающего требуемую вероятность ошибки бита р в сообщениях, отдаваемых

получателю, при условии выполнения следующих ограничений:

1.1.Полоса частот кодированного сигнала не должна превышать полосу пропускания канала FK.

1.2.При использовании сверточных кодов показатель сложности решетки кода должен быть не более величины W.

2.Разработать и дать подробное описание структурной и функциональных схем кодера и декодера выбранного кода и обосновать их параметры.

3.Проанализировать показатели энергетической и частотной эффективности телекоммуникационной системы и сравнить их с предельными значениями эффективности.

4.Сделать заключение по выполненной работе.

Содержание пояснительной записки работы:

1.Задание и исходные данные.

2.Описание структурной схемы проектируемой телекоммуникационной системы с указанием мест включения кодера помехоустойчивого кода, модулятора, демодулятора и декодера с подробными пояснениями выполняемых ими функций.

3.Классификация корретирующих кодов по структуре. Сравнительный анализ преимуществ и недостатков помехоустойчивых блоковых и сверточных кодов. Обоснование применения в проекте сверточных кодов.

4.Классификация и сравнительный анализ алгоритмов декодирования сверточных кодов. Обоснование выбора алгоритма Витерби для декодирования СК.

5.Расчет ширины спектра цифрового сигнала с заданным видом модуляции.

6.Расчет ширины спектра кодированного цифрового сигнала с заданным

видом модуляции в зависимости от скорости кода.

309

7.Определение допустимой скорости кода RКОД из условия непревышения полосой

частот кодированного сигнала полосы пропускания канала (ограничение 1.1).

8.Определение перечня кодов со скоростями, превышающими допустимую скорость

RКОД , которые могут быть использованы для решения поставленной задачи.

9.Выбор СК из этого перечня, обеспечивающего заданную вероятность ошибки бита

(условие 1) и удовлетворяющего требованию ограничения по сложности декодера

(ограничение 1.2).

10.Проверочный расчет зависимости вероятности ошибки на выходе декодера выбранного СК.

11.Разработка и описание структурных и функциональных схем кодера и декодера выбранного СК.

12.Заключение с подведением итогов выполненной работы.

13.Список использованных источников.

Методические указания к выполнению КР Расчет ширины спектра сигнала ФМ-2 (ФМ-4) следует производить по рекомендациям

корректирующая способность кода возрастает с уменьшением скорости кода (т.е. с

увеличением избыточности). Поэтому задача оптимизации параметров корректирующего кода состоит в выборе кода со скоростью, при которой ширина спектра кодированного сиг-

нала не превышает заданную полосу пропускания канала. Если требуемая полоса

пропускания канала для передачи ФМ сигнала с информационной скоростью RИСТ равна

Тогда из условия непревышения этой полосой частот сигнала полосы пропускания

310

Сказанное иллюстрируется рисунком 5.1. Ширина спектра кодированного ФМ сигнала

пропорциональна коэффициенту расширения полосы. По мере снижения скорости кода

(возрастания K F ) полоса расширяется и достигает значения полосы пропускания канала. На

кода.является выбор класса кодов (класс блоковых либо непрерывных (сверточных) кодов).

Используя материалы разделов 8 и 11, рекомендуется аргументированно обосновать выбор класса сверточных кодов для применения в своей работе. Среди алгоритмов декодирования СК по широте практического применения лидирующее место занимает алгоритм Витерби.

Рекомендуется в работе применить именно алгоритм Витерби. В разделе проекта с обоснованием применения этого алгоритма следует привести сведения о сложности реализации алгоритма. Среди кодов, отобранных по критерию скорости в соответствии с формулой (5.1), могут оказаться коды с различной длиной кодового ограничения (и,

соответственно, с различной сложностью декодера). Помехоустойчивость декодирования СК характеризуется величиной ЭВК. В таблицах кодов не приводятся значения ЭВК при определенном уровне вероятности ошибки декодирования. В то же время, величина асимптотического энергетического выигрыша (АЭВК) является верхней оценкой ЭВК.

Поэтому при отборе кодов рекомендуется использовать величины АЭВК, значения которых имеются в таблицах приложения А. Среди отобранных кодов-кандидатов следует применить код, обеспечивающий максимальный АЭВК и удовлетворяющий требованиям по скорости и слоэ/сности декодера. Окончательные данные о вероятности ошибки на выходе декодера следует получить на основе расчетов зависимости вероятности ошибки декодирования от отношения сигнал/шум для выбранного кода. В случае невыполнения требований задания рекомендуется применить код с большей величиной АЭВК.

Пример расчетов и процедуры оптимизации кода Исходные данные:

1. Вид передаваемой цифровой информации - ЦТЛФ.

3.Отношение с/ш hб = 4 дБ.

4.Метод модуляции: ФМ-4.

5.Прием-когерентный.

6.Производительность источника RИСТ = 64 кбит/с