Повышение информационной надежности цифровых систем передачи информации

Полный текст

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]. 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 , 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 и посредством формирования управляющих сигналов или , в зависимости от текущего входного двоичного символа. Входная последовательность символов длиной m может быть представлена в полиномиальной форме относительно некоторой фиктивной переменной x: . (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 по отношению к входному сигналу ДЗУ. Для обеспечения корректной работы ДЗУ интервалы должны быть строго постоянными, и при этом должно выполняться условие некратности величины задержки интервалу времени [2]. Сигналы с выходов ДЗУ проходят через коммутатор, реализующий закон формирования кодовых последовательностей, соответствующих сигналам и , который задается блоком управления. Рисунок 1. Реализация кодирующего устройства с n-позиционным распределителем на базе ДЗУ Последовательность символов на выходе кодирующего устройства на базе n-позиционного ДЗУ может быть представлена в полиномиальной форме: . (2) Коэффициенты данного полинома могут быть представлены как функции задержек ДЗУ: . (3) Таким образом, полином, описывающий кодовую серию для одного символа, поступающего в канал связи с выхода кодирующего устройства ДЗУ, примет вид: . (4) Структурная схема декодирующего устройства представлена на рис. 2. На его вход поступают кодовые серии, пришедшие из канала, описываемые полиномами вида: , (5) где (), – 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 и . Эти сигналы могут быть представлены в виде: , (6) где – функция, описывающая преобразование сигналов с выходов ДЗУ. Рисунок 2. Реализация декодирующего устройства с n-позиционным распределителем на базе ДЗУ Срабатывание логического элемента «И» на выходе декодирующего устройства (рисунок 2) происходит в моменты совпадения импульсов , 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.

Об авторах

А. А Львов

Саратовский государственный технический университет им. Гагарина Ю.А

Email: lordae@yandex.ru
д.т.н. проф.

М. С Светлов

Саратовский государственный технический университет им. Гагарина Ю.А

Email: lordae@yandex.ru

А. Е Руденко

Саратовский государственный технический университет им. Гагарина Ю.А

Email: lordae@yandex.ru

П. В Мартынов

Саратовский государственный технический университет им. Гагарина Ю.А

Email: lordae@yandex.ru

Список литературы

Дополнительные файлы