Алгоритм декодирования действующего протокола передачи данных программно-конфигурируемого радиоканала Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

Заключение

Применение схем дистанционного питания становится все более актуальным. Это позволяет создавать электропитающие установки упрощенной конструкции на обслуживаемых и необслуживаемых усилительных пунктах.

Литература

1. Осипов О.В., Панин Д.Н., Никушин А.В. Метод оптимального параметрического синтеза широкополосных согласующих переходов // Письма в ЖТФ, 2013. - Т. 39 - Вып. 12. - С. 5056.

2. Семенов А.Б. Дистанционное питание по кабельным трактам СКС // Журнал сетевых решений LAN, 2005. - Т. 11. - № 2. - С. 34-43.

3. Семенов А.Б. Эволюция систем дистанционного питания // Журнал сетевых решений LAN, 2015. - № 10. - С. 51-55.

4. Учебное пособие для вузов / В М. Бушуев, В. А. Демянский, Л. Ф. Захаров. - Горячая линия -Телеком, 2009. - С. 384.

5. Шустов М.А. Практическая схемотехника. Источники питания и стабилизаторы. Кн. 2. - М.: Альтекс а, 2002. - С. 191.

6. Иванов-Цыганов А.И. Электротехнические устройства радиосистем: Учебник. - Изд. 3-е: Высшая школа. - С. 200.

7. Алексеев О.В., Китаев В.Е., Шихин А.Я. Электрические устройства/Под ред. А.Я. Шихина: Учебник. - М.: Энергоиздат, 200-336.

8. Https://www.osp.ru/lan/2005/02/140167/ (Дистанционное питание).

9. Https://www.dieselloc.ru/elektropitayushchie-ustrojjstva-zheleznodorozhnoj-avtomatiki-telemekhaniki-i-svyazi/distantsionnoe-pitanie-usilitelnykh-punktov-kabelnykh-linii-svyazi.html (Дистанционное питание усилительных пунктов кабельных линий связи)

10. Https://www.osp.ru/lan/2015/10/13047303/ (Эволюция дистанционного питания).

АЛГОРИТМ ДЕКОДИРОВАНИЯ ДЕЙСТВУЮЩЕГО ПРОТОКОЛА ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ ПРОГРАММНО-КОНФИГУРИРУЕМОГО РАДИОКАНАЛА

А.И. Рыбаков, Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М. А. Бонч-Бруевича, lexeus.r1@gmail.com.

УДК 681.51_

Аннотация. В настоящей статье рассмотрены принципы, по которым строится алгоритм принятия решений по качественному использованию канального ресурса с достаточным уровнем правдоподобия и надежности передачи информации. С целью проверки работоспособности предложенных алгоритма и протокола передачи разработано программное обеспечение (ПО) для приема и передачи информации посредством использования метеорных отражений.

Ключевые слова: схемы декодирования; система связи; канал передачи; программное обеспечение; сигнально-кодовые конструкции; полудуплексный протокол.

ALGORITHM FOR DECODING THE CURRENT DATA TRANSMISSION PROTOCOL OF THE SOFTWARE-CONFIGURABLE RADIO CHANNEL

Alexey Rybakov, St. Petersburg state university of telecommunications n/a prof. M. A. Bonch-Bruevich.

Annotation. This article discusses the principles by which the decision-making algorithm for the qualitative use of the channels' resource with a sufficient level of credibility and reliability of information transfer is built. In order to verify the operability of the proposed algorithm and transmission protocol, software was developed for receiving and transmitting information through the use of meteor reflections.

Keywords: decoding schemes; communication system; transmission channel; software; signalcode constructions; half-duplex protocol.

Введение

Поддержание связи в условиях существенно изменяющихся условий распространения сигнала, связанных с быстрым изменением параметров метеорного следа, должно сопровождаться оперативным изменением параметров и форматов кодирования передаваемых сигналов. Для этой цели в радиосистемах предусмотрено программное изменение конфигурации, поэтому их относят к программно-определяемым радиосистемам.

В настоящее время система SDR (Software-defined radio - программно определяемая радиосистема) представляет большой интерес как в теоретическом, так и в практическом аспекте: SDR выполняет значительную часть цифровой обработки сигналов на обычном персональном компьютере или на ПЛИС [2]. Данная технология позволяет заменить огромнейшее разнообразие существующих и разрабатываемых конструкций радиоприемников и трансиверов, как серийных, так и, прежде всего, любительских, построенных по сложной супергетеродинной схеме, на ограниченное число доступных аппаратных блоков, работающих под управлением разрабатываемого ПО. Цель такой схемы - радиоприемник или радиопередатчик произвольных радиосистем, изменяемый путем программной переконфигурации. Достоинства SDR-приемника:

• не требует настройки;

• низкая чувствительность к температуре и разбросу параметров компонентов;

• простота реализации перестраиваемых фильтров с подавлением более 80 дБ;

• высокая точность и широкий диапазон перестройки фазы и частоты гетеродина.

С целью реализации радиоканала исследовался алгоритм декодирования на приемной стороне.

В канале ионосферной связи мощность принимаемого сигнала существенно изменяется во времени. Поэтому возникает необходимость адаптации параметров передачи, таких как соотношение информационных символов (битов) и дополнительных битов в случае избыточного помехозащищенного кодирования, или скорости передачи, требующей выполнения следующих условий:

• быстрой и точной оценки характеристик канала;

• допустимых затрат на адаптивность.

Для задания кода и, следовательно, для вычисления контрольных символов по известным информационным символам можно использовать один из способов задания подпространства размера k в пространстве размера п. Отметим, что задание пространства предполагает и задание поля, откуда берутся коэффициенты разложения вектора по базису (координаты вектора). Рассмотренные ранее коды, кроме кода Рида-Соломона, заданы над

N-1

двоичным полем, а последний - над расширением двоичного поля, имеющим y0 1 элементов, совпадающим с размером вектора yN-1,, где N - натуральное число.

Пусть на приемной стороне принят вектор yN-1, характеризующий собой информационное сообщение. Для точного распознавания принятого информационного

47

сообщения необходимо и достаточно использовать последовательный алгоритм декодирования, состоящий из следующих шагов.

Шаг 1. В приоритетную очередь (т.е. абстрактная структура данных наподобие стека или очереди, где у каждого элемента есть приоритет) добавляется путь нулевой длины и вероятности 0(0). Длины путей обозначаются как I,у .

п( !)«П(1 - Р ), 0)

у <1,

уег

Функция О^) характеризует вероятность неправильного принятия решения относительно символа щ при известных значениях принятых символов (Ру - вероятность

ошибки при приеме ранее переданного у-го символа (у < г, у е Г)). Значения Ру вычисляются с помощью метода гауссовской аппроксимации [1].

Шаг 2. Из приоритетной очереди выбирается путь в кодовом дереве и^-1 с наибольшей

оценкой вероятности Ж (и0-1| у о -1). Если длина этого пути равна Ы, то соответствующее

кодовое слово возвращается и декодер завершает работу.

Если символ щ является (динамически) замороженным, вычисляется его значение согласно (1). В противном случае далее отдельно рассматриваются случаи щ = 0, щ = 1. Вычисляются оценки вероятности наиболее правдоподобного кодового слова ulоBmGN полярного кода, задаваемого вектором и0 :

ж(и0-1|уГ ) = р(и0-1|уГ )о(0. (2)

Векторы и0 помещаются в приоритетную очередь.

Шаг 3. Если количество путей и0-1 длины i, когда-либо извлеченных декодером, превышает заданный порог Ь, из приоритетной очереди удаляются все пути длины i и менее. Если количество путей в приоритетной очереди превышает некоторый параметр 0, пути с

наименьшими значениями Ж (и0-1| уЦ 1) удаляются, после чего происходит возврат на шаг 2.

При увеличении значений параметров Ь и 0 вероятности ошибки уменьшаются с одновременным увеличением сложности декодирования. При достаточно больших значениях этих параметров реализуется декодирование почти по максимуму правдоподобия.

В некоторых случаях возвращаемое алгоритмом кодовое слово не является наиболее правдоподобным. Как правило, это происходит вследствие отбрасывания правильного пути на шаге 3, что сопровождается резким увеличением числа итераций, выполняемых декодером. Это можно использовать для обнаружения ошибки декодирования: декодер возвращает флаг ошибки, если число итераций рассмотренного алгоритма превышает некоторое пороговое значение, зависящее от кода.

Таким образом, в настоящей статье рассмотрены принципы, по которым строится алгоритм принятия решений по качественному использованию канального ресурса с достаточным уровнем правдоподобия и надежности передачи информации, заключенной в использовании описанной кодовой конструкции. Для проверки работоспособности предложенных алгоритма и протокола передачи было разработано ПО для приема и передачи информации посредством использования метеорных отражений. ПО поддерживает управление аппаратными и программными средствами приемо-передающего модуля, включающего трансивер 8ип8ВК2 для обеспечения уверенной работы в режимах работы полудуплексном и полным дуплексом (в нашем варианте не рассматривается, поддерживается аппаратной частью трансивера) и антенный усилитель [8].

Для устойчивой работы ПО требуются следующие аппаратные средства:

ЭВМ, имеющая процессор архитектуры х86, оперативную память не менее 2 Гбайт, емкость жесткого диска не менее 100 Гбайт, монитор с разрешением экрана не ниже 1024x768 пикселей; антенно-фидерные устройства; трансивер 8ип8БЯ2.

Работа ПО осуществляется в ОС Windows 7 (и более новые версии) с разрядностью x32/x64 под управлением программного пакета Microsoft Visual C++ 2010. ПО построено на основе клиент-серверные архитектуры [10]. Клиентская часть выполняет функции индикации, настройки и управления комплексом, передачи данных, отображения пересылаемой/принимаемой информации на дисплейном модуле. Результирующие параметры и данные клиентской части передаются на серверную часть для управления трансивером SunSDR2 и передачи данных [9].

Таблица 1

Поле кадра: Заголовок кадра / Frame field: Frame header

Название / Name Размер, байт / Size, bytes

Преамбула / Preamble 6

ID кода / Code ID 2

Поле кадра: Кодовое слово / Frame field: Code word

Название / Name Размер, байт / size, bytes

CRC 2

ID пакета / Package ID 1

Поле данных / Data field Переменная длина / Variable length

На рис. 1 представлен интерфейс ПО при запуске серверной части с настройками адресной и протокольной информации комплекта базовой станции [6]. Согласно рис. 1, входными данными ПО (в зависимости от полукомплекта станции) являются:

• порт серверной части**;

• трасса радиоканала 2.

■ 1 Client Настройки

Старт

IP адрес: 192.168.16.109 Порт: 50001 -©

Модем: Скорость:

Z)

© © ©

* (D - (9)

Пред усилитель: О дБ 10

□ Внешний усилитель

Данные для передачи в эфир 11

12)

J И УВЧ (УКВ)

3 и (Щ

Ко/»1чество повторе^»»"«: 100

Начать тестирование

0!

Рисунок 1

** Указан на другой странице интерфейса. «ЭКОНОМИКА И КАЧЕСТВО СИСТЕМ СВЯЗИ» 3/2019

Заключение

Анализируя такую важную техническую характеристику радиосистем, как помехоустойчивость, можно сделать вывод, что радиосистемы с двухсторонним протоколом обмена имеют ряд неоспоримых технических преимуществ по сравнению с радиосистемами с односторонним протоколом обмена, и в настоящий момент являются единственно надежной альтернативой проводным системам. Если связь не может быть восстановлена даже после таких действий, как смена частотных каналов, изменение мощности излучения, изменение периода выхода в радиоэфир, то в данном случае имеет место преднамеренное технически подготовленное саботирование работы системы: постановка широкополосной помехи во всем разрешенном диапазоне частот.

В настоящей статье приведена структура и функциональное описание разработанного программно-конфигурируемого радиоканала и исследована имитационная модель радиоинтерфейса. В результате рассмотрения структуры и функционального описания разработанного ПО можно сделать вывод, что разработанное для исследования достоверности и работоспособности предложенного алгоритма и протокола передачи ПО может быть использовано для приема и передачи информации посредством использования ионосферных отражений. В дальнейшем планируется провести обзор и анализ архитектуры Ж^-радио в программной среде LabView [7], оценить устойчивость работы при передаче информации в условиях многолучевости. Также планируется провести исследования прохождения сигналов OFDM через многолучевые каналы связи с замираниями Релея и Райса.

Литература

1. Горелкин Г.А., Горшков А.В., Тулемисов У.М. Модель проектирования информационных систем в условиях потока новых информационных технологий // «Системы высокой доступности», 2011. - № 1. - C. 50-53.

2. Воробьев О.В., Рыбаков А.И. Универсальный блок беспроводного взаимодействия с корабельной системой управления // Неделя науки СПбПУ материалы научного форума с международным участием, 2015. - С. 43-45.

3. Воробьев О.В., Рыбаков А.И. Вариант реализации двунаправленной связи в смс (системе метеорной связи). Описание программно-аппаратного комплекса смс // Сборник материалов VII Международной научно-технической и научно-методической конференции «Актуальные проблемы инфокоммуникаций в науке и образовании», 2017.

4. Василевский В.В., Панюшкин В.А., Пузырев П.И. Оптимизация схемы тактовой синхронизации программно-конфигурируемого цифрового приемника на процессоре TMS320VC55XX. // Ползуновский вестник, 2010. - № 2. - С. 196-199.

5. Мэй Х., Го Я. Повсеместные операционные системы // Открытые системы, СУБД. 2018. - № 1. URL: https://www.osp.ru/os/2018/01/13053933/ (дата обращения 19.06.19).

6. Смелянский Р. Технологии реализации программно конфигурируемых сетей: overlay vs openflow // Журнал сетевых решений LAN, 2014. - № 4. - С. 53-55.

7. Петров С.А., Нефедьев А.И. Микроконтроллеры измерительных систем. Волгоград: ВолгГТУ, 2015. - 112 с.

8. Горячев Н.В., Танатов М.К., Юрков Н.К. Исследование и разработка средств и методик анализа и автоматизированного выбора систем охлаждения радиоэлектронной аппаратуры // Надежность и качество сложных систем, 2013. - № 3. - С. 70-75.

9. Солонина А.И., Клиоский Д. М. Цифровая обработка сигналов и Matlab. СПб.: БХВ -Петербург, 2013. - 512 с.

10. Рыбаков А.И. Программное обеспечение с многокритериальными алгоритмами обработки информации / Свид. о государственной регистрации программы для ЭВМ РФ № 2018615443. Опубл. 08.05.2018. Бюл. № 5.