Сверточные коды. 4 Дисер с 15 СК и Мягкое дек с 55. Программноаппаратная реализация оптимального алгоритма декодирования каскадных кодов на базе кодов рида соломона в адаптивных системах обмена данными

• Название: Программноаппаратная реализация оптимального алгоритма декодирования каскадных кодов на базе кодов рида соломона в адаптивных системах обмена данными
• Анкор: Сверточные коды
• Дата: 09.03.2020
• Размер: 5.5 Mb.
• Имя файла: 4 Дисер с 15 СК и Мягкое дек с 55.docx
• Тип: Диссертация; #111324
• страница: 3 из 21

ВВЕДЕНИЕ

Помехоустойчивое кодирование является неотъемлемой частью современных цифровых систем управления. Требуемое качество дискретной информации, используемой в цикле управления, обеспечивается за счет коррекции ошибок, которые объективно возникают в каналах связи. При этом главной тенденцией многих важных систем управления является сокращение временных интервалов обмена данными [123]. В этой связи поиск оптимальных в смысле минимизации временных и вычислительных ресурсов кодеков является неотъемлемой потребностью перспективных управляющих комплексов.

Актуальность темы исследования

Применение тех или иных методов кодирования способно в значительной степени повысить достоверность принимаемой информации и обеспечить энергетический выигрыш кода (ЭВК) в канале связи до 10 дБ, приблизившись вплотную к порогу Шеннона, например, при использовании турбокодов или кодов с малой плотностью проверок на четность [7, 22, 37, 45, 46, 54]. Недостатком таких мощных кодов является большая избыточность, вносимая в передаваемое сообщение, применение итеративных преобразований, что приводит к существенному увеличению цикла управления на этапе обработки данных [1, 9, 96, 119, 126].

В связи с широким развитием мобильных средств связи, каналы которых подвергаются большому количеству деструктивных факторов, в том числе создаваемых преднамеренно [25, 68], важно учитывать возможность использования адаптивных алгоритмов защиты данных, которые способны гибко реагировать на изменения условий передачи и обработки управляющей информации.

Для учета нестабильности передающей среды разрабатываются адаптивные системы кодирования (АСК), способные динамически подстраивать уровень вносимой избыточности в зависимости от текущего состояния канала связи.

Существуют различные подходы к реализации АСК, наиболее простым из которых является предварительная подготовка набора кодеков с динамическим переключением между ними. Такой метод не всегда является оптимальным, так как при переходе с одного кода на другой изменять зачастую необходимо лишь некоторые параметры кода [97]. Гораздо более эффективным методом реализации АСК является динамическая перестройка только тех параметров кода, которые отвечают за его избыточность [120]. В этой связи исследования, направленные на разработку гибких адаптивных алгоритмов применения помехоустойчивых кодов, и их реализация на современной (перспективной) элементной базе, несомненно, являются актуальными.

Степень разработанности темы

Концептуальные принципы развития цифровых систем связи заложены в основополагающих работах В.А. Котельникова, К.Е. Шеннона, Р.М. Фано и П. Элайеса. Значительный вклад в разработку теории повышения спектральной и энергетической эффективности систем обмена данными внесли такие зарубежные авторы как E.R. Berlekamp, R.C. Bose, R.W. Hamming, R.E. Blahut, J. Massey,

I.S. Reed, G. Solomon, M. Sudan, G.D. Forney, R.G. Gallager, A.J. Viterbi, а также ряд отечественных ученых: В.И. Коржик, Э.Л. Блох, В.В. Зяблов, К.Ш. Зигангиров, В.В. Золотарев, Г.В. Овечкин, Л.Е. Варакин, в работах которых раскрываются теоретические основы построения различных классов избыточных кодов. Вместе с этим, применение помехоустойчивых кодов в адаптивных системах связи в указанных работах рассматривается в самых общих чертах и основывается на дискретной элементной базе, не отвечающей современным требованиям.

Цели и задачи исследования

Целью работы является разработка и исследование адаптивных алгоритмов мягкого декодирования каскадных кодов на основе кодов Рида - Соломона (РС) и

выработка рекомендаций по их реализации на программируемых логических интегральных схемах (ПЛИС).

Для достижения указанной цели в диссертационной работе были поставлены следующие задачи:

1. 
   Анализ существующих методов защиты цифровых данных с использованием избыточных кодов в процедуре обмена информацией и выявление характерных недостатков таких решений применительно к организации циклов управления систем реального времени.
   
2. 
   Исследование методов формирования мягких решений в системах со сложными видами модуляции применительно к задачам каскадных кодеков на основе кодов РС при обосновании конкретных решений для достижения требуемых значений ЭВК.
   
3. 
   Разработка и реализация программно-аппаратным методом алгоритмов адаптивных кодеков каскадных кодов с учетом возможностей современной элементной базы, в том числе ПЛИС.
   
4. 
   Разработка конструктивных решений программно-аппаратной реализации адаптивных кодеков каскадных кодов на ПЛИС и получение оценки их эффективности на основе методов компьютерного моделирования с подтверждением полученных теоретических результатов.
   
5. 
   Разработка макета адаптивного кодека и выполнение лабораторных и натурных испытаний разработанного оборудования, обработка и обобщение полученных данных.