Кодирование в телекоммуникационных системах.-2

341

Б) Алгоритм Витерби реализует поиск максимально правдоподобного пути на кодовой решетке с отбрасыванием части наименее правдоподобных вариантов путей на каждом шаге декодирования. Он характеризуется постоянством во времени затрат ресурсов процессора, однако сложность декодера Витерби растет, как при всех переборных алгоритмах, по экспоненциальному закону от длины кодового ограничения сверточного кода. Поэтому алгоритм Витерби используется для декодирования коротких сверточных кодов.

Расчет ширины спектра цифрового сигнала с заданным видом модуляции

На основании исходных данных произведём вычисления:

Вариант 4:

кГц;

Вариант 5:

кГц;

Вариант 14:

кГц;

Расчёт ширины спектра кодированного цифрового сигнала с заданным видом модуляции в зависимости от скорости кода

Вариант 4:

кГц;

Вариант 5:

кГц;

Вариант 14:

кГц;

Определение допустимой скорости кода из условия непревышения полосой частот кодированного сигнала полосы пропускания канала

Вариант 4:

343

Коды с порождающими многочленами (463,535,733,745) АЭВК = 8,29 дБ, (557, 663, 711)

АЭВК = 7,78 дБ.

Проверочный расчет зависимости вероятности ошибки на выходе декодера

б

В результате получим (примерно для заданной вероятности ошибки бита):

Вариант 4:

Вариант 5:

Вариант 14:

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

Вариант 4:

Кодер выглядит следующим образом:

Рис. 5.14. Структурная схема кодера

344

Свёрточный кодер состоит из регистра сдвига, блока сумматора по модулю 2, входы соединены с некоторыми выходами регистра сдвига. Таким образом, на каждом такте в регистр сдвига последовательно поступает блок из k исходных информационных символов.

В том же такте на выходе преобразователя формируется кодовая последовательность длиной n последовательных символов. С помощью мультиплексора они передаются в канал.

Рис. 5.15. Функциональная схема кодера с порождающими многочленами

(463,535,733,745)

Вариант 5:

Кодер выглядит следующим образом:

Рис. 5.16. Структурная схема кодера Свёрточный кодер состоит из регистра сдвига, блока сумматора по модулю 2, входы

соединены с некоторыми выходами регистра сдвига. Таким образом, на каждом такте в регистр сдвига последовательно поступает блок из k исходных информационных символов.

345

В том же такте на выходе преобразователя формируется кодовая последовательность длиной n последовательных символов. С помощью мультиплексора они передаются в канал.

Рис. 5.17. Функциональная схема кодера с порождающими полиномами (247, 371)

Вариант 14:

Кодер выглядит следующим образом:

Рис. 5.18. Структурная схема кодера Свёрточный кодер состоит из регистра сдвига, блока сумматора по модулю 2, входы

соединены с некоторыми выходами регистра сдвига. Таким образом, на каждом такте в регистр сдвига последовательно поступает блок из k исходных информационных символов.

В том же такте на выходе преобразователя формируется кодовая последовательность длиной n последовательных символов. С помощью мультиплексора они передаются в канал.

346

Рис. 5.19. Функциональная схема кодера с порождающими полиномами (557, 663, 711)

Общая структурная схема декодера:

Рис. 5.20. Структурная схема декодера сверточного кода.

Декодер состоит из АЦП в каналах Х и Y, вычислителя метрик ветвей, процессора, в

котором производятся операции сложения, сравнения и выбора, устройства памяти путей,

которые выжили, и мажоритарного элемента МЭ, в котором выбирается путь с наибольшей метрикой. Оптимальное значение шага квантования зависит от отношения сигнал/шум на входе АЦП.

В данном индивидуальном задании были исследованы внутренние составляющие телекоммуникационной системы (ТКС) при различных начальных заданных условий, а

именно были посчитаны: ширина спектра, скорость кода, битовая вероятность ошибки в зависимости от заданного значения отношения сигнал/шум.

Атакже было исследовано:

1.Работа кодера/декодера ТКС;

2.Модулятора/демодулятора ТКС;

3.Классификация корректирующих кодов;

4.Преимущества и недостатки корректирующих кодов;

5.Алгоритмы кодирования и декодирования сверточных кодов.

347

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В представленном учебном пособии впервые рассмотрены основные виды модуляции, кодирования и сигнально-кодовые конструкции.В учебном пособии рассмотрена теория и практика моделирования модемов сотовой связи FSK, MSK GMSK

и модемы спутниковых систем связи M-QAM, M-PSK. Для анализа использавано программное обеспеченире NI LabVIEW. Показана возможность создания созвездий различных видов модуляции, спектры сигналов с использованием различных фильтров,

получены глазковые диаграммы и фазовые зависимости от отношения отношения

сигнал/шум. Для каждого вида модуляции проведен численный анализ вероятности символьной ошибки от отношения сигнал/шум.

Рассмотрены вопросы пропускной способности канала связи, рассмотрены методы кодирование источника (Шеннона-Фано, алгоритмы сжатия Лемпеля - Зива,

вейвлет-фрактальное сжатие). Проведены численные оценки коэффициентов сжатия,

полученные с использаванием современного программного обеспечения.

Проведено иммитационное моделирование и исследование помеххоучтойчивых кодов Хемминга, БЧХ (Боуза-Чоудхури-Хоквенгема), Рида-Соломона на базе MATLAB 2015 Simulink, исследовано сверточные кодирование и декодирование. Проведено моделирование декодирование сверточных кодов по методу Витерби с использованием ПО MATLAB. Исследование турбокодирование, рассмотрена обобщенная схема турбокодера с параллельным каскадированием, сверточные турбокоды, декодирование

турбокодов. Характеристики помехоустойчивости сверточных турбокодов исследованы

с использованием ПО MATLAB 2015 Simulink. Впервые использовано ПО NI LabVIEW

для исследования низкоплотностных кодов - разработан программный комплекс для

визуализации и исследования LDPC-кодов. Проведена оценка помехоустойчивости

LDPC-кодов в зависимости от отношения сигнал/шум и параметров кода.

Рассмотрены сигнально-кодовые конструкции на основе Треллис кодовой

модуляции (ТСМ) и их анализ с использованием MATLAB. Исследование сигнально-

использованием NI LabVIEW.

В главе 5. представлено задание на самостоятельную работу "Оптимизация методов помехоустойчивого кодирования для телекоммуникационных систем" - 32

варианта для самостоятельного расчета и примеры расчета для нескольких вариантов.

348

ЛИТЕРАТУРА

1. Банкет В.Л. Помехоустойчивое кодирование в телекоммуникационных системах:

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

2.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.

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

4.Банкет В.Л. Сигнально-кодовые конструкции в телекоммуникационных системах. -

Одесса: Фешкс, 2009. - 180 с.

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

2012. – 233 с.

6.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.

7.Галкин В.А. Цифровая мобильная радиосвязь. Учебное пособие для вузов. – М.:

Горячая линия-Телеком, 2007. – 432 с..

8. Федосов В. П., Нестеренко А. К. Цифровая обработка сигналов в LabVIEW: учеб.

пособие / под ред. В. П. Федосова. – М.: ДМК Пресс, 2007. – 456 с.

9. Теория и техника передачи информации : учебное пособие /Ю. П. Акулиничев, А. С.

Бернгардт. — Томск: Эль Контент, 2012. — 210 с.

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

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

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

2010. -29 с.

13.Д. Ватолин, М. Смирнов «Методы сжатия данных: Сжатие изображений»

// http://www.compression.ru/book/part2/part2__3.htm

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

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

349

16.Дворкович В.П., Дворкович А.В. Цифровые видеоинформационные системы (теория

ипрактика) Москва: техносфера, 2012. – 1008 с.

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

18.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.

19. Серов А. В. Эфирное цифровое телевидение DVB-T/H. - БХВ-Петербург, 2010

– 465 с.

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

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

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

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

24.Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. [2-е

изд., испр.]: пер. с англ. - М.: Изд. дом "Вильяме", 2003. - 1104 с.