Повышение информационной надежности цифровых систем передачи информации Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

Серия 4. Химическое машиностроение и инженерная экология

P =(1 - qApB - pAqB Y , (24)

г n

P, (1" qApB0 - pA qB У TT + 5Xp* (l" «APBo ~ PUB Y^ , (25)

TT =1 =г+1

r/j

P,n, = Ib^ (1 -qApB -pAqB}T'T. (26)

St =г+1

При этом справедливо соотношение (16).

Заключение

Разработанные варианты моделей приема информации в системах передачи информации с различными типами ^-каналов без нуля для всех возможных режимов приема позволяют определить вероятности исходов приема информации и определить показатели систем по достоверности передачи. Анализ вариантов моделей исходов приема дает возможность не только количественно оценить статистику систем, но и предложить наиболее эффективные методы и алгоритмы повышения их информационной надежности.

Литература

1. Голяницкий И.А. Математические модели и методы в радиосвязи / И.А. Голяницкий // Под ред. Ю.А. Громакова. - М.: Эко-трендз, 2005. - 440 с.

2. Васильев К. К., Глушков В. А., Дормидонтов А. В. Нестеренко А. Г. Теория электрической связи: учебное пособие / К. К. Васильев, В. А. Глушков, А. В. Дормидонтов, А. Г. Нестеренко; под общ. ред. К.К. Васильева. - Ульяновск: УлГТУ, 2008. - 452 с.

3. Светлов М.С., Ульянина Ю.А Оценка помехозащищенности сложных информационно-измерительных систем / М.С. Светлов, Ю.А. Ульянина // ММТТ-25 [текст]: сб. трудов XXV Междунар. науч. конф.: в 10 т. Т. 6. Секция 10 / под общ. ред. A.A. Большакова. -Волгоград: Волгогр. гос. техн. ун-т, 2012; Харьков: Национ. техн. ун-т «ХПИ», 2012. - С. 175-179.

Повышение информационной надежности цифровых систем

передачи информации

д.т.н. проф. Львов A.A., д.т.н. доц. Светлов М.С., Руденко А.Е., Мартынов П.В.

Саратовский государственный технический университет им. Гагарина Ю.А.

8927153277, lordae@yandex.ru

Аннотация. В настоящей статье показано преимущество применения принципа самосинхронизации на базе динамических запоминающих устройств (ДЗУ). Предложены математическая модель и вариант реализации принципа самосинхронизации с использованием n-позиционного ДЗУ, позволяющий существенно повысить помехозащищенность цифровых систем.

Ключевые слова: цифровые сети, помехоустойчивые коды, синхронизация, самосинхронизирующиеся коды, динамическое запоминающее устройство.

Важнейшей задачей, стоящей перед разработчиками цифровых систем, является повышение уровня помехозащищенности передаваемой информации. При подготовке потока данных к передаче по каналу связи информация подвергается различным видам обработки, основными из которых являются кодирование и модуляция. В настоящее время, как правило, используются корректирующие коды в режимах исправления ошибок, позволяющие исправлять наиболее правдоподобные комбинации ошибок, возникающих в кодовых словах в результате воздействия на них определенного вида помех [1].

Серия 4. Химическое машиностроение и инженерная экология

Для повышения информационной надежности при реализации процессов модуляции и демодуляции в настоящее время в большинстве систем используется COFDM модуляция (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing - кодированное ортогональное частотное мультиплексирование) с применением при передаче информации квадратурно-амплитудно модулированного сигнала (QAM). Главная особенность такого вида модуляции заключается в том, что последовательный цифровой поток преобразуется в большое число параллельных потоков (субпотоков), каждый из которых характеризуется своей поднесущей частотой. Число поднесущих частот определяет режим модуляции. Переход к модуляционным режимам с большим количеством поднесущих частот (128-QAM и 256-QAM) потенциально снижает помехозащищенность систем. Однако при этом, что крайне важно с точки зрения эффективного использования каналов, увеличивается пропускная способность канала (до 33%), а также существенно уменьшается влияние эхо-сигналов, возникающих из-за отражений и множественных переотражений транслируемого сигнала в канале.

В связи с этим при таких режимах модуляции в цифровых системах обязательно используют каскадное кодирование, при котором первый каскад кодирования (внешнее кодирование) реализуется на базе того или иного блокового кода (чаще всего - циклического), второй каскад кодирования (внутреннее кодирование) реализуется с применением непрерывного кода (например, сверточного).

Процедуры кодирования-декодирования и модуляции-демодуляции в таких системах характеризуются использованием последовательного синхронного интерфейса, и одной из ключевых задач при разработке цифровых систем является задача обеспечения надежной синхронизации работы всех ее элементов, в первую очередь кодеков и модемов.

Существенное повышение информационной надежности систем может быть обеспечено в результате применения самосинхронизирующихся кодов. Как показал анализ возможных способов обеспечения самосинхронизации, наилучшие результаты может дать применение принципа самосинхронизации с распределителями на базе динамических запоминающих устройств (ДЗУ). Использование такого способа позволяет представить двоичные символы, подлежащие передаче по каналу, в виде серий жестко связанных между собой временными задержками бесконечно малых по длительности импульсов, величины интервалов между которыми кратны некоторому значению At, находящемуся желательно в наносекундном диапазоне. По сути, такое представление кодовых сигналов может рассматриваться как вторичное (защитное) кодирование.

Структурная схема кодирующего устройства с n-позиционным распределителем на базе ДЗУ приведена на рисунке 1. Блок управления в данной схеме выполняет следующие функции:

- определение моментов подачи кодовых символов на вход ДЗУ;

- определение закона коммутации выходов ДЗУ;

- осуществление коммутации элементов &1 и &0 посредством формирования управляющих сигналов 1,т или 1„0„, в зависимости от текущего входного двоичного символа.

Входная последовательность символов длиной m может быть представлена в полиномиальной форме относительно некоторой фиктивной переменной x:

f ( x) = amxm1 + am_j xm~2 +... + a2 x + a1. (1)

Характерной особенностью такой полиномиальной записи является условие, чтобы степень полинома была на единицу меньше числа его членов.

Сигнал на нулевом выходе ДЗУ формируется с задержкой At0 по отношению к входному сигналу ДЗУ. Для обеспечения корректной работы ДЗУ интервалы At должны быть строго постоянными, и при этом должно выполняться условие некратности величины задержки At0 интервалу времени At [2]. Сигналы с выходов ДЗУ проходят через коммутатор,

Серия 4. Химическое машиностроение и инженерная экология

реализующий закон формирования кодовых последовательностей, соответствующих сигналам 1„г и 1„0„, который задается блоком управления.

Рисунок 1. Реализация кодирующего устройства с «-позиционным распределителем на базе ДЗУ

Последовательность символов на выходе кодирующего устройства на базе п-позиционного ДЗУ может быть представлена в полиномиальной форме:

/ \ п—1 п—2

у( х) = апх + ап_1 х +... + а2 х + а1 (2)

Коэффициенты данного полинома могут быть представлены как функции задержек

ДЗУ: _

ал = /(Дг0 + (п - г)Аг), I = 1, п . (3)

Таким образом, полином, описывающий кодовую серию для одного символа, поступающего в канал связи с выхода кодирующего устройства ДЗУ, примет вид:

У(х, г) = /(Дг0)хп 1 + /(Дг0 + Аг)хп 2 +... + /(кг0 + (п - 2)At)х + /(Ах0 + (п - 1)А?).

(4)

Структурная схема декодирующего устройства представлена на рис. 2. На его вход поступают кодовые серии, пришедшие из канала, описываемые полиномами вида:

у1( х, г) = Ьпхп-1 + Ьп1 хп-2 +... + Ь2 х + Ь1, (5)

где Ь1 = /(Аг0 + (п - ¡)Аг + гк) (/ = 1, п), гк - временная задержка, возникающая при передаче

кодовой серии по каналу.

В состав входного сигнала декодирующего устройства, помимо кодовых серий, входит управляющий сигнал, обеспечивающий закон коммутации, аналогичный закону, реализованному в схеме кодирующего устройства. В соответствии с данным законом осуществляется коммутация импульсов с выходов ДЗУ с входами логических элементов &1 и &0. Эти сигналы могут быть представлены в виде:

Серия 4. Химическое машиностроение и инженерная экология

с, = МЬ ),

где f1 - функция, описывающая преобразование сигналов с выходов ДЗУ.

(6)

Рисунок 2. Реализация декодирующего устройства с п-позиционным распределителем на базе ДЗУ

Срабатывание логического элемента «И» на выходе декодирующего устройства (рисунок 2) происходит в моменты совпадения импульсов с,, номера которых в кодовой импульсной последовательности совпадают с номерами выходов ДЗУ, на которых они появляются.

Таким образом, применение устройств кодирования и декодирования на базе ДЗУ позволяет осуществлять передачу информации в цифровых системах с радиоканалами (в том числе и в одночастотных сетях) с модуляцией QAM/COFDM без использования каких-либо специальных синхросигналов, что позволяет существенно повысить информационную надежность систем с последовательным синхронным интерфейсом.

Литература

1. Питерсон У. Коды, исправляющие ошибки / У. Питерсон, Э. Уэлдон, пер. с англ. под редакцией Р.Л. Добрушина и С.И. Самойленко // М.: Мир, 1976.

2. Светлов М.С. Об одном способе исключения защитных интервалов в системах цифрового телерадиовещания стандарта DVB / М.С. Светлов, C.B. Спиридонов// Сб. трудов II Международной научной конференции "Проблемы управления, передачи и обработки информации" (АТМ-2011), т. 2, секция 2, 2012. - С. 43-46.