Модель системы с адаптивным выбором кода Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Таким образом, рассмотренные вокодеры, использующие линейное предсказание с возбуждением от кода и совместимые со стандартами 15-96-А и 15-733, могут быть

рекомендованы к применению в системах связи общего и специального назначения, обеспечивающих пропускную способность 8000-13200 бит/с.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1 Рабинер Л.Р., Шафер Р.В. Цифровая обработка речевых сигналов: Пер. с англ. - М.: Радио и связь, 1981. -593 с.

2. Корогасв Г.А. Эффективный алгоритм кодирования речевого сигнала на скорости 4.8 кбит/с и ниже // Зарубежная радиоэлектроника. - 1996. -№3. - С. 52-68.

3. Максимов М. ИСидорова Н. А., Ч ернояров О. В. Проектирование низкоскоростных речепреобра-зуюших устройств для каналов с высоким процентом ошибок // Электросвязь. - 2008. - №7. -С. 48-50.

4. Невдяев Л.М. CDMA: IS-95 // Сети. - 2000. -№3. - С.6-8.

5. A.S. Spanias 'Speech coding: A tutorial review" // Proc. of the IEEE, Vol. 82. No. 10. October 1994. pp. 1541-1582.

6. TIA/EIA/IS-96-A Speech Service Option Standard for Wideband Spread Spectrum Digital Cellular System / Telecommunications Industry Association. 1995.-96 p.

7. T1A/EIA/IS-733 High Rate Speech Service Option 17 for Wideband Spread Communication System / Telecommunications Industry Association. 1998. -124 p.

8. Маркс, i Дж., Грэй A.X. Линейное предсказание речи. - М.: Связь, 1980. - 248 с.

9. Назаров М.В.. Прохоров IO.H. Методы цифровой обработки и передачи речевых сигналов. - М.: Радио и связь, 1985. - 176 с.

КукунинД. С.

Модель системы с адаптивным выбором кода

Существует огромное количество способов оценки качества канала, для которых разработаны схемы, содержащие оптимальные алгоритмы контроля статистических характеристик. Логические схемы предполагают использование наряду с блоками измерения также блоки принятия решения. В качестве решения может выступать запрос к передающей стороне о повторе поврежденного блока, удаление блока, а также более сложные реакции системы на состояние канала. Ведущиеся в настоящее время многочисленные поиски решения задачи адаптации системы передачи к состоянию канала подчеркивают актуальность проблемы эффективного распределения ресурсов системы. Построение адаптивной системы должно способствовать повышению скорости передачи данных по каналу и оптимальному расходованию ресурсов памяти с максимально возможным при этом уровнем достоверности, достигающейся за счет применения предложен-

ного в работе метода декодирования двоичных циклических кодов с использованием двойственного базиса поля Галуа [1].

Применение метода декодирования двоичных циклических (п,т) кодов с использованием двойственного базиса [1] обеспечивает высокий уровень достоверности передачи данных, приближаясь по данной характеристике к существующим методам декодирования, а в некоторых случаях превосходит их. Дополнительным преимуществом использования данного метода является анализ структуры "леса", по результатам которого определяется диапазон вероятности ошибки в канале [2].

Оценка канала при помощи рекуррентных последовательностей, обеспечивает требуемую точность определениярош и может быть использована при построении системы с адаптивным кодированием. В качестве базового метода для такой системы выберем метод с непрерывным накоплением элементов, обеспечивающий

4

наилучшие результаты оценки канала по сравнению с остальными. При этом кодирующее устройство данной системы будет осуществлять переключение режима кодирования между кодами БЧХ (15.4), (15.6) и (15,11) [3].

Для построения имитационной системы, соответствующей таким требованиям, воспользуемся функциями калькулятора Галуа [4], обеспечивающими управление системой и мониторинг ведущейся статистики в режиме реального времени.

Таким образом, структура программной модели адаптивной системы состоит из компонент. разработанных в среде Microsoft Visual С++ 6.0 с применением библиотек MFC и включает следующие модули [3]:

• система, содержащая приемник, передатчик. кодирующее и декодирующее устройство для кодов ( 15,4), ( 15,6) и ( 15,11 ), а также генератор ошибок стационарного двоичного симметричного канала;

• контроллер, обеспечивающий регулирование параметров системы: критерий оценки и вероятность ошибки в канале;

• монитор, на который поступает информация о состоянии системы в реальном режиме времени.

Рассмотрим схему взаимодействия модулей данной системы (рис. 1).

Как видно на схеме (рис. 1). в задачи передатчика входит формирование кодовой комбинации в соответствии с выбранным кодом. Приемник в свою очередь производит декодирование принятых комбинаций с использованием двойственного базиса поля Галуа и определяет диапазон (р0тп, Ротмх).

Задача элементов управления в Контроллере сводится к воздействию на генератор ошибок системы при помощи заданияр в канале. Здесь определяется критерий оценки: вероятность правильного Р или ложного Р декодирования. Также задается параметр ИЛ, определяющий длительность стационарного состояния системы, то есть количество принятых последовательностей N. свыше которого начинается проверка соответствия критерию оценки результатов работы используемого метода и становится возможным переход на более подходящий код.

_

Система

Передагчнк

формированис КК. выбор кода

I • -

Прячин канал

Обрати и канал

TT

Г«к«ра гор ошибок

Приемник

декодирование КК с использованием двойственного базиса . определение диапазона вероятности ошибки

Клиентская часть

Монитор

С ерверная часть

г

критерий Кол

ОюЛражение информации

NA Ршшш Р0ож

Серверная часть

Контроллер

Клиентская часть

Элементы управлении

__

Рис. 1. Структурная схема взаимодействия модулей имитационной модели системы

с адаптивным кодированием

Монитор, предназначенный для отображения статистической и управляющей информации. является связующим звеном между системой и контроллером и обеспечивает взаимодействие между ними при помощи со-кетов. После запуска всех модулей начинается

обработка принимаемых последовательностей с заданными по умолчанию параметрами: рош = 0; Р - 1: N А = 1000. При этом используется самый быстрый код (15.11).

Рассмотрим алгоритм работы данной системы с критерием Рс (рис. 2).

^ НАЧАЛО ^

I

Выбор критерия оценк и Р,

Задание МЛ Выборкоаа(15,11) ; ш=11

Рис. 2. Алгоритм работы адаптивной системы с критерием оценки Р

Определение диапазона p0mJ (рис. 2) производится при обработке /и-элементных участков двойственным базисом методом с непрерывным накопления элементов. В качестве анализируемого параметра выступает величина Potvz среднее значение в диапазоне. При выполнении условия N>NA начинается проверка соответствия вероятности критерия оценки Р, (р ) или Р, (р ) при р =р,%

tinош' if\n,ni( — oui' г г»01 г Oavg

соответственно заданной величине Р или Р. Таким образом, должно выполняться одно из двух условий:

c\njnv* Oavg' с tinjr.r* Qftvg' с v '

Зависимости P, ip ) и P, .(p ) можно

i'|/t."l) 1 О ¡11 ' f(njn ) 1 ОШ'

построить экспериментально, произвести набор статистики декодирования достаточно большого количества кодовых комбинаций (N= 105)(рнс. 3).

В случае невыполнения условий ( 1 ) осуществляется переход на более помехоустойчивый код, если такой доступен в системе. При этом происходит обнуление счетчика N, и снова начинается накопление элементов с обработкой ш-элементных участков принятых последовательностей. Покажем переходные процессы также на временной диаграмме (рис. 4).

Как видно (рис. 4). при рош=0,023 в системе использовался циклический код ( 15.11 ). В определенный момент времени значениерош выросло до 0.098. Для адаптивной системы канал является стационарным, поэтому реакция на данное событие потребовала некоторого времени. С накоплением /V>3000 (L>4.5T04) выяснилось.

что при Р =0.95 условия (1) не выполняются. В связи с этим принимается решение о переходе на более помехоустойчивый код (15.6). Дальнейший анализ при использовании кода (15,6) показал, что данный код также не удовлетворяет условиям (1) и, следовательно, требует перехода на еще более помехоустойчивый код (15,4).

Переход на более помехоустойчивый код целесообразен также и в случае получения />Цтах>0,5. когда большая вероятность ошибки в канале не позволяет с достаточной степенью точности определить (/?0тш;рШал) при

Таким образом, выбор наиболее помехоустойчивого кода при максимально допустимой информационной скорости передачи ставит целью не только повышение достоверности передачи. но и решает задачу оптимального расходования ресурсов системы. Поэтому целесообразно рассмотреть ситуацию, когда наблюдается улучшение состояния канала, характеризуемое уменьшением величины р , или происходит снижение требований к параметрам Р и Р, что способно привести к переходу на менее помехоустойчивый код, который должен повысить информационную скорость передачи.

Для этого сначала происходит проверка условий (1) для кода, по результатам которой может быть осуществлен переход на данный код. В случае перехода на другой код счетчик N обнуляется, и накопление элементов начинается сначала (рис. 5).

Видно (рис. 5), что при снижениирош с 0.083 до 0,018 произошел переход от кода (15.4) к

Рис. 3. Экспериментальные зависимости для различных кодов: а - Л ,(/>): б - Р [р )

сinjn)^ cuir ein.ml^ oui7

Рис. 4. Графическая диаграмма перехода системы на более помехоустойчивый код

Рош

0.001 0.1

Рис. 5. Графическая диаграмма перехода системы на менее помехоустойчивый код

коду (15.6) и далее к коду (15,11). При этом соблюдается условие (1). обеспечивающее заданный уровень достоверности, и достигается максимальная информационная скорость передачи. Необходимо отметить в том числе относительно рассмотренных примеров (рис. 5), что подобная система может быть построена

с учетом перехода от текущего кода к оптимальному. минуя промежуточные, но в данном случае ставилась цель показать процесс поэтапного перехода между кодами в соответствии с критерием оценки канала.

Рассмотренные примеры работы системы (рис. 4 и 5) демонстрируют применимость

метода непрерывного накопления элементов для оценки качества канала, позволяющего по достаточному числу обработанных т-элемент-ных участков сделать заключение о величине рош. что в дальнейшем позволяет данной системе адаптироваться к состоянию канала, поддерживая информационную скорость передачи при заданном уровне достоверности.

Вывод

Созданная для практических исследований имитационная модель системы с адаптивным кодированием позволяет наглядно продемонстрировать работу алгоритмов адаптации к состоянию канала. Как и ожидалось, с накоплением /»-элементных участков и соответственно

принятых последовательностей наблюдается сближение границ диапазона, в пределах которого лежит вероятность ошибки в канале, что повышает точность ее оценки.

С ростом вероятности ошибки в канале или при повышении требований к достоверности принимаемой информации возможна ситуация, когда используемый циклический код не обеспечивает заданный уровень достоверности. В этом случае система осуществляет переход на более помехоустойчивый код. Аналогично при улучшении состояния канала или снижении требований к его качеству может произойти переход на менее помехоустойчивый, но более быстрый код с меньшей избыточностью.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ко1 новкикий О.С. Алгебраический метод нахождения двойственного базиса в поле Галуа и его практическое применение // Сборник научных трудов учебных институтов связи. - Л.. 1982.

2. Когновннкий О.С., Кукунип Д.С. Метод оценки качества канала передачи данных при декодировании циклических кодов как рекурсивных

последовательностей//59-я НТК: мат. конф./СПб-ГУТ. СПб. 2007.

3. Кошовицкий О.С., Кукунин Д.С. Адаптация системы передачи к состоянию канала // 60-я НТК: мат. конф./ СПбГУТ. СПб. 2008.

4. Когновицкнй О.С., Кукунин Д.С. Сетевая версия калькулятора Галуа//57-я Юбилейная НТК: мат. конф./ СПбГУТ. СПб. 2005.

Кукунин Д.С., Когновицкий О. С. Методика оценки качества канала

в процессе передачи данных

Предлагаемая методика позволяет оценить вероятность ошибки в стационарном двоичном симметричном канале [1]. В ее основе лежит использование рекуррентных последовательностей и их обработка двойственным базисом поля Галуа [2].

Для примера приведем результат декодирования комбинации кода (15.6) методом, основанным на использовании двойственного базиса [3]. Верным решением в данном случае является совокупность элементов (е10, ц) (рис. 1).

Высота соответствующего им "дерева" превышает остальные "деревья" и равна 5. В случае отсутствия ошибок в принятой кодовой комбинации с(х) высота "дерева'' (г10, ц) должна строго равняться 15, то есть длине кода БЧХ (15,6).

Предлагается производить оценку качества канала на основании показателя У, который представляет собой среднюю скорость роста количества "деревьев" и определяется из формулы:

У^, (1)

где А', - количество "деревьев", полученное при обработке Ь /»-элементных участков двойственным базисом.

Показатель К1 представляет собой сумму

(2)

/=|

в которой каждое слагаемое К определяется следующим образом: