Программная модель линии цифровой связи VDL режима 2 Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

УДК 621.396.74

ПРОГРАММНАЯ МОДЕЛЬ ЛИНИИ ЦИФРОВОЙ СВЯЗИ VDL РЕЖИМА 2

Е. А. Серебренников, С. В. Туринцев

Иркутский филиал Московского государственного технического университета

гражданской авиации Российская Федерация, 664047, г. Иркутск, ул. Коммунаров, 3 E-mail: jenyaserebrennikov@gmail.com

Рассмотрено создание модели линии цифровой связи VDL-2 (с использованием сигнала с дифференциальной 8-позиционной фазовой манипуляцией) с целью более глубокого понимания принципов построения и работы данной линии передачи данных.

Ключевые слова: VDL-2, дифференциальная 8-позиционная фазовая манипуляция (D8PSK), локальная контрольно-корректирующая станция (ЛККС).

SOFTWARE MODEL OF VDL-2

E. A. Serebrennikov, S. V. Turincev

Irkutsk branch of Moscow State Technical University Civil Aviation 3, Kommunarov Str., Irkutsk, 664047, Russian Federation E-mail: jenyaserebrennikov@gmail.com

The authors consider creation of software model of VDL-2 (the use of a signal with differential 8 phase-shift keying modulation). The purpose is a better understanding of creation and work of data link.

Keywords: VDL-2, Differential 8 Phase-Shift Keying (D8PSK), local monitoring and correcting station.

Авиация играет существенную роль в развитии научного и технического прогресса, а также в обеспечении устойчивого экономического и социального развития, обеспечивая при этом занятость, прямо или косвенно, 56,6 млн человек. Поэтому, для организации и эффективной деятельности данной системы необходимо обеспечивать надежную и оперативную связь между наземными и воздушными пунктами. Для решения данной задачи, в 1977 году компанией ARINC была разработана цифровая линия передачи данных «земля-воздух», которая получила название ACARS (Aircraft Communication Addressing And Reporting System - самолетная система связи «запрос-ответ»). С целью повышения производительности линии передачи, комиссией по аэронавигационной мобильной связи (AMCP) разработана бит-ориентированная система передачи данных в ОВЧ-диапазоне VDL (VHF Data link). VDL работает в нескольких режимах, одним из которых является VDL режима 2, при котором обеспечивается передача данных в диапазоне 117,975-137 МГц в пределах ширины полосы канала в 25 кГц с символьной скоростью (частота передачи символов) - 10500 символов/с, что соответствует номинальной скорости передачи 31500 бит/с.

В VDL режима 2 используется дифференциальная 8-позиционная фазовая манипуляция (D8PSK - Differential 8 Phase Shift Keying) с применением приподнято-косинусоидального фильтра. Схема модуляции VDL режима 2 использует метод кодирования Грея для преобразования 3-битовых информационных символов в одну из восьми возможных фаз. Кодирование Грея представляет собой метод, при котором соседние фазы отличаются друг от друга на одну двоичную цифру.

Таким образом, биты заданного символа определяются изменением фазы от предыдущего символа. Данный вид модуляции имеет ряд преимуществ:

Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2017. Том 2

1) поскольку в модуляции D8PSK используется 3 бита на один символ, то каждый символ может передавать 8 различных значений, таким образом можно повысить скорость передачи данных;

2) за счет использования кодирования Грея, появляется возможность значительно понизить количество ошибок в битах, так как наиболее вероятные ошибки, обусловленные шумом, связаны с неправильным выбором соседней фазы по отношению к фазе передаваемого сигнала. Поэтому модуляция D8PSK широко применяется в авиационных линиях передачи данных, в том числе в сигналах дифференциальных поправок ЛККС (локальная контрольно-корректирующая станция), которая предназначена для обеспечения спутниковой навигации для полетов методом зональной навигации и точного захода на посадку по GPS/ГЛОНАСС.

Для более глубокого понимания принципов построения и работы цифровой линии передачи данных VDL режима 2 предлагается разработать программную модель в среде программирования LabView, использование данной модели в учебных целях позволит повысить качество обучения студентов по специальности «Техническая эксплуатация транспортного радиоэлектронного оборудования» и появляется возможность более глубокого анализа цифровой линии передачи данных с целью выявления ее недостатков и последующего улучшения в будущих разработках. Пользователи спутниковых навигационных приемников, используя данную модель, смогут реализовать прием сигналов дифференциальных поправок от ЛККС (Локальная контрольно-корректирующая станция) с целью повышения точности бытовых приемников GPS/ГЛОНАСС.

Разрабатываемая модель включает в себя формирующую часть (модулятор) и приемную часть (демодулятор).

Передача данных начинается с выполнения последовательности настройки демодулятора, которая включает в себя пять сегментов:

1) линейно нарастающая характеристика и стабилизация мощности передатчика;

2) синхронизация и разрешение неоднозначности (данный сегмент состоит из кодового слова: 000 010 011 110 000 001 101 110 001 100 011 111 101 111 100 010 и передается слева направо для I (рис. 1) и Q (рис. 2) компонент);

3) Резервный символ (осуществляется передача одного символа, представленного 000);

4) Длина передачи (данный сегмент предназначен для того, чтобы на приемной стороне можно было определить длину заключительного блока Рида-Соломона (код, позволяющий исправлять ошибки в символах). Передатчик направляет 17-битное слово, начиная с самого младшего бита и кончая самым старшим битом, указывающее общее число информационных бит после FEC (Forward Error Correction - прямая коррекция ошибок) - заголовка);

5) FEC заголовка (для исправления ошибок в битах заголовка по сегментам резервного символа и длины передачи рассчитывается (25, 20) блочный код. Кодирование FEC осуществляется с помощью систематического 28-кода Рида-Соломона фиксированной длины).

¡н

Рис. 2. Настроечная последовательность для Q-компоненты

Также на передающей стороне, для восстановления синхронизации и стабилизации формы переданного спектра применяется скремблирование бит. В общем случае, под скремблированием понимается шифрование потока данных, в результате которого он выглядит как поток случайных бит (псевдошумовая последовательность).

1

0,3

Рис. 1. Настроечная последовательность для I-компоненты

Скремблирование бит на передающей стороне позволяет с высокой точностью восстановить информационную последовательность на приемной стороне. Операция скремблирования реализуется путем сложения информационных бит с псевдошумовой последовательностью по модулю 2.

Псевдошумовая (PN) последовательность получается с помощью 15-разрядного генератора реализующего полином:

X15 + X + 1.

На приемной стороне решаются следующие задачи:

1) обнаружение сигнала;

2) перенос сигнала на нулевую промежуточную частоту;

3) выполнение синхронизации внутреннего генератора с частотой следования импульсов принятого сигнала;

4) выделение информационной составляющей.

Библиографические ссылки

1. Авиационная электросвязь. Т. 3 Системы связи // Прил. 10 к Конвенции о междунар. гражданской авиации, 2-е изд. 2007. 276 с. // [Электронный ресурс]. 2007. URL: http://airspot.ru/ book/file/585/an10_v3_cons_ru.pdf (дата обращения: 05.04.2017).

2. Прокис Дж. Цифровая связь : пер с англ. / под ред. Д. Д. Кловского. М. : Радио и связь, 2000. 800 с.

3. Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение / 2-е изд., испр. / пер. с англ. М. : Вильямс, 2003. 1104 с.

© Серебренников Е. А., Туринцев С. В., 2017