Системотехника. Проектирование радиотехнических систем

вещания DVB-Н и системы высокоскоростного цифрового мобильного ТВ-вещания

DVB-Н2.

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 - представлен курс лекций и компьютерный практикум для каждой из проектируемых защищенных систем.

В приложении даны задания на самостоятельную работу: 1. Оптимизация методов помехоустойчивого кодирования я телекоммуникационных систем. Проведен анализ этапов проектирования РТС, а также вопросы организации НИОКР современных РТС.

К учебному пособию прикладывается CD-диск с программным обеспечением для всех комплексов, включенных в пособие, а также пакетами MATLAB и NI LabVIEW со всем установочным ПО. Программные комплексы позволят читателю самостоятельно провести моделирование для РТС со своими характеристиками.

ЛИТЕРАТУРА

1. Витерби А. Д., Омура Дж. К. Принципы цифровой связи и

2. , 2012. – 401 стр.

3. Морело с - кодирования /Пер. с англ. под ред . К . Ш . Зигангирова. –

М.: Радио и связь, 1982. – 536 с.

4. Г.В. Мамчев . Цифровое телевизионное вещание: Учебное по собие.

– Ново сибирск: СибГУТИ Сараго са Р. Искусство помехоустойчивого кодирования. Методы, алгоритмы, применение / пер. с англ. В. Б.

Афанасьева. – М.: Техносфера, 2006 г. – 320 с.

5. Алгоритм Витерби [Элект ронный ре сурс]. – Режим до ступа:

https://ru.wikipedia.org/wiki/Алгоритм_Витерби (Дат а обращения

25.10.2016)

6. Декодирование сверточных кодов по максимуму правдоподобия.

Алгоритм Витерби [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://k14.spb. ru/cm/uploads /109/004 (Дата обращения 27.10.2016)

421

6.Bulyakulov R.R. The adaptive threshold device // Processing of the 2014 IEEE North West Russia Section Young Researches in Electrical and Electronic Engineering Conference. P.165. doi: 10.1109/EIConRusNW.2016.7448237

7.Бакулев, П.А. Радиолокационные системы. Учебник для ВУЗов / П.А. Бакулев; М.: Радиотехника, 2004. – 46 с.

8.Юревич, Е.И. Теория автоматического управления / Е.И. Юревич; М.: Энергия,

1969

9.Богатырев, А.А. Стандартизация статистических методов управления качеством

/А. А. Богатырев, Ю. Д. Филиппов; М.: Изд-во стандартов, 1989. – 42 с.

10.Храменков, А.С. Сопоставительный анализ радиолокационных обнаружителей, основанных на критерии неймана-пирсона и последовательном критерии отношения вероятностей /А.С. Храменков, С.Н. Ярмолик // доклады БГУИР №6(76) Минск, 2013.

11.Васильев, К.К. Методы обработки сигналов: Учебное пособие / К.К. Васильев; Ульяновск, 2001.

12. Акулиничев Ю.П., А.М.Голиков. Анализ эффективности пеленгования сканирующих по углу источников СВЧ излучения на загоризонтных морских трассах// Доклады Томского гос. ун-та систем управления и радиоэлектроники. Том 4. Радиотехнические системы и распространение радиоволн. Сборник трудов.

Томск:.2000.C. 171-182.

13.Акулиничев Ю.П., Голиков А.М., Елисеенко А.В., Морозов А.И. Свойства загоризонтных тропосферных каналов, содержащих разнесенные в пространстве и остронаправленные антенные системы. //15 Всесоюзная конф. по распространению радиоволн. Тез. докл. Ч.2. -Алма-Ата.: Наука, 1987. - с.309.

14.Акулиничев Ю.П., Голиков А.М., Мещереков А.А. Статистическая модель искажений диаграмм направленности антенн на загоризонтных трассах в тропосфере и

ееэкспериментальная проверка. //16 Всесоюзная конф. по распространению радиоволн. Тез. докл. Ч.2. - Харьков: АН СССР, 1990. - с.73.

15.Акулиничев Ю.П., Голиков А.М, Стракевич Л.Г. Оценка формы функции пространственной когерентности по сигналам сканирующего источника. //Областная научно-техническая конф. Тезисы докл. - Томск: Изд-во Томского ун-та, 1987. - с.48.

16.Акулиничев Ю.П., Голиков А.М. О потерях усиления направленных антенн в линии. //Областная научно-техническая конф. Тезисы докл. - Томск: Изд-во Томского ун-та, 1987. - с.53

17.Акулиничев Ю.П. Коэффициенты передачи загоризонтной тропосферной линии при движении, сканировании и разнесении антенн. //Радиотехника, 1991, №12. с.71 - 75.

422

18.Акулиничев Ю.П., Голиков А.М. Анализ корреляционных характеристик случайно-неоднородных каналов при комплексном разнесении источников и приемников. //Радиотехника и электроника, 1987, т.32, Вып.8, с.1646 -1654.

19.Акулиничев Ю.П., Голиков А.М. Предельная форма функции когерентности поля в слоисто-неоднородной среде. //Оптика атмосферы, 1990, ТЗ, №10, с. 969 - 971.

20.Akulinichev Yu.P., Golikov A.M., Sharygin G.S. Wave scattering from moving turbulence and wind velocity measurements. //Journal of atmospheric and terrestrial phjsics ( Great Britain), 1996, v.58, N8/9, p.1039 - 1045.

21.Шарыгин Г .С. Статистическая структура поля УКВ за горизонтом. - М.: Радио

исвязь, 1983. - 140 с.

22.Златин И.Л. System View 6/0 (System VueТМ) – системное проектирование радиоэлектронных устройств. – М.: Горячая линия – Телеком, 2006. – 424 с.

23.Зябликов С.Ю., Алыбин В.Г., Антонов Ю.Н., Зильберг М.Б., Сизякова А.Ю. Трофилеев А.А. Оптимизация передатчика спутникового ретранслятора по критерию минимума вероятности ошибки демодуляции сигнала //Радиотехника, 2011. №9.

24. . Зябликов С. Ю., Алыбин В. Г., Антонов-Антипов Ю. Н., Зильбер М. Б., Сизякова А.Ю., Трофилеев А. А. Расчёт характеристик нисходящей линии связи спутникового ретранслятора с транзисторным усилителем мощности // Crimean

Conferenc “Microwaveѝ& Telecommunication Technology” 2010, 13-17 September, Sevastopolhttp://www.telecomnetworks.ru/support/discription/dvbrcs/ – Спутниковые и телекоммуникационные системы.

25.Скляр Бернард Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. Изд. 2.-е, испр.: Пер. с англ. – М. : Издательский дом “Вильямс”, 2003. – 1104 с.

26.http://patft.uspto.gov Matthew P. Donadio. CIC filter introduction. – 6p.

27.Голиков А.М., Кожин А.М. Модель адаптивной двухсторонней широкополосной спутниковай системы передачи данных для магистрального газопровода "Сила Сибири" на базе геостационарных КА "Ямал-401", Институт нефти

игаза, 26 апреля 2017 г., г. Красноярск.

28.Голиков А.М., Кожин А.М. Модель двухсторонней широкополосной спутниковой системы передачи данных. // Современные проблемы радиоэлектроники / сб. науч. тр. - Красноярск: Сиб. федер. ун-т, 2017. С. 229 - 232, ISBN 978-5-7638-3646-2

29.. Голиков А.М., Кожин А.А., Медведев М.Д., Дудкин Д.В., Карпачев К.Д., Лемешевский А.А. Модель двусторонней широкополосной спутниковой системы

связи VSAT. Радиотехника, электроника и связь // Сборник докладов IV Междун. Конф.

(РЭиС 2017), г.Омск, 15-16 ноября 2017, ISBN 978-5-99090318-4-8

423

30. Проектирование и техническая эксплуатация цифровых телекоммуникационных систем и сетей. Учебное пособие для вузов / Е.Б. Алексеев, В.Н. Гордиенко, В.В.

Крухмалев и др.; Под редакцией В.Н. Гордиенко и М.С. Тверецкого. - М.: Горячая линия - Телеком, 2008. - 392 с.

31. Росляков А.В., Самсонов М.Ю., Шибаева И.В. IP-телефония. – М.: Эко-Трендз,

2003.-250с.

32.Жданов А. Г., Смирнов Д. А., Шипилов М. М. Передача речи по сетям с коммутацией пакетов (IP-телефония). - СПб, 2001. – 148с.

33.Гольдштейн Б. С., Пинчук А. В., Суховицкий А. Л. IP-телефония. - М.: Радио и связь, 2001.-336с.

34.Гольдштейн Б.С., Зарубин А.А., Саморезов В.В., Протокол SIP, Справочник., -

СП.: БХВ, 2005.-456с.,

35. IPTop. Протокол инициирования сеансов связи - SIP. [Электронный ресурс]/ –

Режим доступа: http://www.iptop.net/sip/. Дата обращения: 1.04.2014.

36.Официальный сайт компании ОАО «ИнфоТеКС». ViPNetOFFICE.

[Электронный ресурс] / – Режим доступа: http://infotecs.ru/products/catalog.php?SECTION_ID=&ELEMENT_ID=411

37. ОАО "Инфотекс", Москва, Россия. Межсетевой экран / ViPNet Office Firewall /

Руководство администратора.

38.http://web-in-learning.blogspot.ru/2012/02/openmeetings.html (дата запроса

31.10.2015)

39.http://old.stel.ru/videoconference/tech_vc/podrobno/vks-management.php (дата запроса 31.10.2015)

40.http://wiki.first-leon.ru/index.php/OpenMeetings (дата запроса 31.10.2015)

41.https://ru.wikipedia.org/wiki/видеоконференция (дата запроса 31.10.2015)

42. Современные методы и средства управления в сетях видеоконференцсвязи

/ М.В. Виноградов – 2013. стр. 7

43. Л.А. Макриденко, С.Н. Волков, В.П. Ходненко. Концептуальные вопросы создания и применения малых космических аппаратов // Вопросы электромеханики.

Труды ВНИИЭМ. 2010 г. Т. 114. С. 15-26. [Электронный ресурс] режим доступа к сайту: http://jurnal.vniiem.ru/.

44. Фатеев В.Ф. Малые космические аппараты информационного обеспечения//Перспективные сети передачи данных.//Москва “Радиотехника” 2010г

с 191.

45. Банкет В.Л. Помехоустойчивое кодирование в телекоммуникационных системах: учебн. пособие. - Одесса: ОНАС им А.С. Попова, 2011. - 104 с.

424

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

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

48.Голиков А.М. Модуляция, кодирование и моделирование в телекоммуникационных системах. Теория и практика: Учебное пособие. - СПб. : Издательство "Лань", 2018. - 452 с. ил. - (Учебники для вузов. Специальная литература). ISBN 978-5-8114-2748-2

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

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

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

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

53. 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.

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

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

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

425

ПРИЛОЖЕНИЕ А. ЗАДАНИЯ НА САМОСТОЯТЕЛЬНУЮ РАБОТУ

Оптимизация методов помехоустойчивого кодирования для

телекоммуникационных систем

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 П1.2:

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.

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.

426

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.

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.

скорости кода (т.е. с увеличением избыточности). Поэтому задача оптимизации

параметров корректирующего кода состоит в выборе кода со скоростью, при которой ширина спектра кодированного сигнала не превышает заданную полосу пропускания канала. Если требуемая полоса пропускания канала для передачи ФМ сигнала с

информационной скоростью RИСТ равна F(ФМ ) , а скорость кода выбрана равной RКОД ,

то полоса пропускания канала, необходимая для передачи кодированного ФМ сигнала,

будет равна

Тогда из условия непревышения этой полосой частот сигнала полосы пропускания

канала ( FК (ФМ СК ) FK ) получаем простое условие для выбора скорости кода

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 этом же рисунке показана зависимость АЭВК от K F (что

этапом выбора корректирующего 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

428

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

7.Ширина полосы частот канала FK= 100 кГц.

8.Допустимая вероятность ошибки бита р =10 5 .

9.Допустимая сложность решетки кода W = 150.

коды-кандидаты на выбор Рис. П1.1. К процедуре оптимизации кода

1. Расчет полосы пропускания канала связи, необходимой для передачи цифровой информации с заданной скоростью методом ФМ-4, производим по формуле

429

2.В соответствии с формулой (5.1) определяем предельное значение скорости С

К

З. По таблицам СК отбираем коды, удовлетворяющие требованию по скорости.

Данные об этих кодах сведены в таб. П1.1.

Таблица П1.1. Характеристики СК для выбора кода

ждающими многочленами (133, 171), который при скорости RКОД 0,5 обеспечивает

АЭВК = 6,99 дБ. Данные расчета вероятности ошибки приведены в главе 1.

Видно, что применение выбраного кода обеспечивает выполнение задания: при

Номер варианта для выполнения СР должен соответствовать номеру фамилии

студента в журнале академической группы