CC BY
57
prices may make the use of biofuels as harsh on the economy as the rising gas prices are doing right now.
2. Shortage of Food: Biofuels are extracted from plants and crops that have high levels of sugar in them and which are used as food. Even if it does not cause an acute shortage of food, it will definitely put pressure on the current growth of crops. One major worry being faced by people is that the growing use of biofuels may just mean a rise in food prices as well.
3. Water Use: Large quantities of water are required to irrigate the biofuel crops and it may impose strain on local and regional water resources, if not managed wisely. In order to produce corn based ethanol to meet local demand for biofuels, massive quantities of water are used that could put unsustainable pressure on local water resources.
4. Use of Fertilizers: Biofuels are produced from crops and these crops need fertilizers to grow better. The downside of using fertilizers is that they can have harmful effects on surrounding environment and may cause water pollution. Fertilizers contain nitrogen and phosphorus. They can be washed away from soil to nearby lake, river or pond. [2]
Thus biofuels produce less greenhouse gas emissions than fossil fuels, but this can only slow down global warming, and can not stop or reverse it. Biofuels can only be replaced for a short time, as we invest in other technologies. The key to their implementation is mitigation of the environmental impact.
In accordance with my analysis, it should be assumed that biofuels have their drawbacks, but in my opinion there are more advantages, and the most important thing is to continue moving in this direction, creating new more environmentally friendly fuels, because caring for the environment is caring for the future.
References:
1.Aviation Industry Looks to Solve a Carbon Problem. AUTHOR: Scott Detrow. https: //www .scientificamerican.com.
2.Are Advanced Biofuels for Airplanes Ready for Takeoff? AUTHOR: John Fialka. https: //www .scientificamerican.com.
© Сергеева Г.В., Стрельникова Д.В., 2020
УДК62
Р.Р. Харисов
сотрудник Академии ФСО России,
г. Орел, РФ Е-mail: [email protected]
ОЦЕНКА ВЫИГРЫША ОТ КОДИРОВАНИЯ И АЛГОРИТМИЧЕСКОЙ СЛОЖНОСТИ ПОМЕХОУСТОЙЧИВЫХ КОДОВ ДЛЯ ЗЕМНОГО КВ-РАДИОКАНАЛА
Препятствиями на пути активного применения средств специальной декаметровой радиосвязи до недавнего времени были их громоздкость, сложность в эксплуатации, низкие пропускная способность и надежность связи. Развитие схемотехники и микроэлектроники стимулировало успехи в развитии технологии передачи, особенно в части построения модемного оборудования декаметровой радиосвязи.
Стремительно развивающиеся технологии цифровой обработки и передачи пакетных данных в канале декаметровой радиосвязи позволяют в общем случае реализовать современные методы повышения помехоустойчивости и помехозащищенности, однако ценой низкой энергетической эффективности передачи радиосигналов. В работе выдвигается гипотеза о возможности повышения энергетической эффективности в канале декаметровой радиосвязи при предоставлении услуг телефонии за счёт согласования статистических свойств канала КВ-радиосвязи и параметров помехозащищенных радиосигналов, канальных кодов и адаптации их к сигнально-помеховой обстановке.
Земной канал декаметровой радиосвязи (далее земной КВ-радиоканал) - радиоканал в диапазоне декаметровых радиоволн, передача информации в котором осуществляется посредством распространения земной радиоволны. Вероятность ошибочного приема символа в земном КВ-радиоканале описывается нормальным гауссовским распределением, поэтому для расчетов воспользуемся известными выражениями из [2].
Энергетический выигрыш - отношение превышение уровня сигнала над уровнем шумов с применением метода повышения помехоустойчивости и без него.
Процессорная задержка обработки сигнала - задержка, вносимая процессором цифровой обработки сигналов (ПЦОС) при выполнении запрашиваемого алгоритма. Величина процессорной задержки зависит от технических характеристик ПЦОС, таких как объем параллельно выполняемых операций, алгоритмической сложности операции, пиковой производительности процессора и др.
Алгоритмическая сложность операции - относительная величина, выражаемая в требуемом количестве выделяемых для выполнения данной операции ресурсов ПЦОС.
Помехоустойчивые коды являются одним из известных методов повышения помехоустойчивости за счет внесения избыточности в информационную последовательность. Данный метод требует введения в структурную схему тракта образования и обработки радиосигнала схему помехоустойчивого кодера, способной по известному алгоритму построения кодовой конструкции дополнить информационное сообщение проверочными символами.
Наиболее оптимальным для исправления ошибок потока кодера МБЬР 2400 является сочетание блочного кода Хэмминга (8, 4, 4) или совершенного кода Голея (23, 12, 7) и сверточного кода со скоростью
В современных условиях наибольшую популярность в системах спутниковой связи нашли ЬБРС коды или коды с малой плотностью проверок на четность, которые обладают меньшей по сравнению с блочными кодами Хэмминга алгоритмической сложностью, а следовательно и меньшей процессорной задержкой обработки. Хорошей альтернативой блочным линейным кодам могут выступить недвоичные циклические коды Рида-Соломона, получившие применение в системах архивирования и записи данных благодаря возможностям восстановления потерянных блоков данных и исправления пачек ошибок. Оценка выигрыша в помехоустойчивости и алгоритмической сложности для данных классов кодов будет представлена ниже.
Блочные коды Хэмминга являются наиболее простым классом блочных кодов, предназначенных для исправления одиночных ошибок в блоке данных длиной п, и определять блоки ошибок длиной 2 и менее бит. В целях увеличения обнаруживающей способности до 3 бит было предложено удлинение кодовой комбинации кода Хэмминга (7, 4, 3) на 1 бит с целью расширения минимального Хэммингового расстояния с 3 до 4. Таким образом был получен код Хэмминга (8, 4, 4).
Алгоритмическая сложность кода Хэмминга определяется длиной кодовой комбинации следующим образом
где п - длина кодовой комбинации. Выигрыш в помехоустойчивости определяется требуемой вероятностью битовой ошибки определяемой из выражения 2:
R=1/3.
L = log2 (n),
(1)
(2)
Вместо выражения 2 можно применять эквивалентное выражение 3:
Pb = Ps-Ps(l-Ps)n 1,
где - вероятность ошибки в символе демодулятора.
~ 60 ~
Распределение вероятностей канальной ошибки имеет случайный характер, однако может быть аппроксимирована известным законом. Так, например, для гауссовского канала вероятность битовой ошибки при демодуляции QPSK символа имеет вид:
Рь qpsk — Q i
2Ес Nп
(4)
где Q(x) - нормальная гауссовская функция равная
1
QW — -
erf[m
1 ( X
— -erfc\j-.
(5)
где erf и erfc - функция ошибок и дополнительная функция ошибок соответственно. Вероятности символьной и битовой ошибки для М-позиционной фазовой модуляции связанны между собой выражением
Psqpsk —
2рь(М-1)
М '
(6)
Энергетический выигрыш для помехоустойчивого кодирования определяется как отношение
превышение уровня сигнала над уровнем шумов при наличии и отсутствии кодирования:
ЕК,
'Nt
о
рк
Е,
бк
Е
бк
(7)
'Nn
С учетом выражений 3,4 и 6 энергетический выигрыш можно определить как обратную нормальную гауссовскую функцию от отношения вероятностей битовых ошибок при наличии и отсутствии кодера. Для упрощения выражения 7 введем введем параметр выигрыша по исправлению ошибок:
Рбьк
-PbQPSK(M-l)
м
2рь qpsk(m-1)
М
2рь opsk(m-1)
М
п-1
(8)
Pb QPSK
2(М-1) 2(М-1)
М
М
1-
-рь qpsk(m-1)
М
п-1
Чтобы связать отношение сигнал/шум, приходящееся на канальный символ к одному биту воспользуемся следующим вражением:
El — iEl
N0~nN0'
С учетом выражения 8 энергетический выигрыш равен:
(9)
k^Q-
2(М-1) 2(М-1)
М
М
1
-рь qpsk(m-1)
М
п-1
2п
1
пэ —
1
™ио
1
Пэ —
Пример расчета:
В отсутствии внешних помех (Ып = 0) СПМ шума определяется:
Ы0 = 10^(кТ0) = 10^(4,11 • Ю-21) = -203,862 [дБ]
На рисунке 1 представлено семейство кривых помехоустойчивости MPSK.
Рисунок 1 - Семейство кривых помехоустойчивости (BER) сигналов MPSK
Скорость кодирования для кода Хэмминга (8, 4, 4) составляет 1/2, таким образом отношение сигнал/шум для битовой вероятности ошибки составит:
Еь _ 2ЕС
Для обеспечения требуемого качества (достоверности) передачи цифрового трафика необходимо обеспечить отношение сигнал/шум не менее 11,2 дБ для демодулятора сигналов QPSK. Энергетический выигрыш для блочного кода Хэмминга (8, 4, 4) составит:
1 2J4-1) 2 • (4 - 1) Q {-4---4-
. 2•10-6•(4 — 1)
1--4-
8-1
1
= - • Q-1(2,25 • 10-6) = 0,810 дБ
э 4 4
Алгоритмическая сложность составит:
I = ^(8) = 3
Двоичный код Голея - линейный помехоустойчивый код, кодирующий информационный блок размером 12 бит в кодовое слово, состоящее из 23 бит для совершенного и 24 бит для расширенного кодов. Минимальное кодовое расстояние для совершенного кода Голея составляет 7 бит, корректирующая способность кода составляет 3 бита.
Основу кода Голея составляет поле порождающий полином степени 11. Алгоритмическая сложность определяется аналогично коду Хэмминга:
! = ^(П), (11)
Вероятность битовой ошибки для кода Голея (23, 12, 7) составляет:
23
Рь = (у) РЛ1 - Р*)23-У- (12)
7=4 7
Энергетический выигрыш определяется:
23
р£
Рьбк
1
23 • рь
23
к 1 I 1
пэ ---Q-1
2П I 23 • pö
=4 23
ж:
2рь OPStf (M — 1)
2рь
м
QP5^(M — 1)
2рь OPStf (M — 1)
M
1—
M
2рь QP5^(M — 1>
23—7
23—7
M
(13)
(14)
Пример расчета:
Скорость кодирования для кода Голея (23, 12) составляет 12/23, таким образом отношение сигнал/шум для битовой вероятности ошибки составит:
•п
23ЯГ
N0 • к 12N,
0
1
23
12
пэ ---Q-1
46 I 23 • Pb
12
2рь OPStf (М — 1)
М
2рь 0Р5^(М —1>
М
23-У
= 77 • ^-1(1,49 • 10-3) = 2,3 дБ 46
Алгоритмическая сложность составит:
1 = ^2(211) = 11
Коды Рида-Соломона - класс недвоичных циклических кодов, представляющих собой последовательности длиной га, определяется следующими параметрами:
• степенью полинома поля Галуа - т;
• длиной блока - п;
• минимальным кодовым расстоянием - = п — к + 1.
Коды Рида-Соломона являются частным случаем БЧХ-кодов. Типовое строение кодера представляет собой следующее:
(п,к) = (2т — 1,2т — 1 — 20, (15)
где ^ - количество ошибочно принятых бит в символе, определяемое из выражения:
t =
d-n
1 п — к
(16)
22 где к - длина информационного блока; п - длина кодированного блока. Еще одним важным свойством данных кодов является возможность восстановления стираний в последовательности, при этом способность коррекции стираний определяется:
р =
1 = п — к
(17)
При этом способность одновременной коррекции и восстановления бит последовательности выражается в виде требования:
2а + 7 < < п — (18)
где а - количество символьных моделей ошибки (синдромов ошибки); 7 - количество комбинаций символьных стираний.
В отличии от линейных кодов, способных восстановить до с — V комбинаций стираний в символе при условии, что все комбинации приходятся на проверочные символы, коды Рида-Соломона могут исправить любой набор с — V стираний в символе.
Алгоритмическая сложность кода Рида-Соломона определяется размерами матрицы поля Галуа:
I = 2т,
где п - длина кодовой комбинации.
Вероятность появления в декодированном символе ошибки определяется из выражения:
(19)
2' —1
Ря
2т — 1 L—t
J=t+1
2r
-)РЛ1 — ps)2m
~ 63 ~
-1—7
(20)
]
1
"•ио
J
]
1
Энергетический выигрыш определяется:
Рбк
1
(2т — 1)Рь
2т—1 Z'
QP5*y=t+1
2т — 1
2рь ор5^(М —1У
2т—1—У
2Pb QP5^(W — 1)
м
(21)
М
= TT" • Q э 2n v
—1
1
(2т — 1)Рь
Z
«ржу=+1
2т —1
2pöQP5^(W—1)
М
(22)
М I
1—
Пример расчета:
Для обеспечения требуемой помехоустойчивости определим код Рида-Соломона с параметрами (63, 55), способный исправить до 4 ошибок или стираний в информационном блоке длиной 55 бит.
Скорость кодирования для кода Хэмминга (63, 55) составляет 7/8, таким образом отношение сигнал/шум для битовой вероятности ошибки составит:
Ei
Wo
8£V
N0 • к 7M
0
1
26—1
(26 — 1)•10—6 ,
Z
=4+1
26 — 1
2 • 10 (4 — 1)
4
2 • 10—6(4 — 1)
4
26—1—У
7
= — • ^-1(81,442 • 10-9) = 12 дБ 16
Алгоритмическая сложность составит:
I = 2т = 64
Симуляция полученных значений в среде Matlab показало, что расчетные значения энергетического выигрыша от кодирования совпадает с теоретическим распределением (рисунок 2):
1
п =
ио
ш
1
2
1
1
Рисунок 2 - Семейство кривых помехоустойчивости (BER) сигналов некодированной QPSK, кодированный кодом Хэмминга (8, 4, 4), кодированный кодом Голея (23, 12) и кодированный кодом Рида-Соломона (63, 55).
~ 64 ~
ISSN 2410-6070 ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА №4 / 2020
Заключение:
Согласно известным формулам можно проанализировать энергетическую эффективность любого метода повышения помехоустойчивости с учетом процессорной задержки обработки. Анализ помехоустойчивых кодов остается наиболее популярным среди разработчиков эффективных систем передачи. Необходимость расчета процессорной задержки обработки сигналов необходима для оценки качества предоставленных абоненту услуг. Алгоритмическая сложность помехоустойчивого кодера может различаться в зависимости используемых алгоритмов декодирования, что в свою очередь напрямую влияет на энергетический выигрыш.
Список использованной литературы:
1. Патент RU 2683598 С1 от 10.01.2018 г. Шадрин Б.Г., Дворянчиков В.А., Зачатейский Д.Е. - О. : АО «ОНИИП»
2. Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. Изд. 2-ое испр. : Пер. с англ. - М. : Издательский дом «Вильямс», 2003. - 1003 с.
3. Панфилов И.П., Дырда В.Е. Теория электрической связи: Учебник для техникумов. - М : Радио и связь, 1991 - 344 с.
4. Золотарев В.В., Овечкин Г.В. Алгоритмы многопорогового декодирования для гауссовских каналов. Информационные процессы. 2008, том 8, №1, С.68-93.
5. Золотарев В.В., Овечкин Г.В. Помехоустойчивое кодирование. Методы и алгоритмы. Справочник. М.: Горячая линия - Телеком, 2004.
6. Форни Д. Каскадные коды // Пер. с англ. под ред. Самойленко С.И. М.: Мир, 1970.
7. Золотарев В.В. Теория и алгоритмы многопорогового декодирования. М.: Радио и связь, Горячая линия - Телеком, 2006.
10. В.М. Охорзин, Д.С. Кукунин, М.С. Новодворский Построение каскадных кодов на основе кодов Боуза - Чоудхури - Хоквингема и Рида - Соломона.
11. Trifonov, P. Chained successive cancellation decoding of the extended Golay code / P. Trifonov // Proceedings of Iran Workshop on Communication and Information Theory. - Tehran, Iran: Sharif University of Technology, 2018.
12. Sorger, U. The star trellis of the Golay code / U. Sorger, S. Fedorenko // Proceedings of Seventh International Workshop on Algebraic and Combinatorial Coding Theory. - 2000.
© Харисов Р.Р., 2020
УДК 331.45
Ю.О. Хлыбова
магистрант 2 курса ФГБОУ ВО УГНТУ,
г. Уфа, РФ
e-mail: [email protected] Научный руководитель: Р.А. Сулейманов
д.м.н., проф. ФБУН «УфНИИ медицины труда и экологии человека»,
г. Уфа, РФ
АНАЛИЗ УСЛОВИЙ ТРУДА НА РАБОЧЕМ МЕСТЕ ЭЛЕКТРОГАЗОСВАРЩИКА НА ПРИМЕРЕ
ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ
Аннотация
Статья посвящена анализу результатов специальной оценки условий труда на рабочем месте электрогазосварщика на примере газораспределительной организации. Рассмотрено влияние вредных
