Разработка алгоритмов кодирования и декодирования для телекоммуникационных систем радиосвязи с ортогональными поднесущими

• Автор: Архипкин, Андрей Владимирович
• Шифр специальности: 05.12.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 136 с. : ил.

Глава
Принципы построения трактов кодирования и декодирования в телекоммуникационной системе радиосвязи с ортогональными поднесущими

1.1. Обобщенная схема телекоммуникационной системы радиосвязи

1.2. Основные принципы OFDM модуляции

1.3. Направления исследований

1.4. Анализ известных работ, посвященных разработке алгоритмов кодирования и декодирования

1.5. Задачи, решаемые в диссертационной работе

1.6. Выводы к главе

Глава

Синтез алгоритмов декодирования МСКК и их анализ

2.1. Побитовые оценки при декодировании МСКК иерархической структуры

2.2. Побитовые оценки при декодировании МСКК, основанных на кодах Грея
2.3. Описание особенностей манипулятора в стандарте IEEE802.16-2004
2.4. Разработка схемы вычислителя побитовых метрик в соответствии с синтезированными алгоритмами
2.5. Разработка блок-схемы практической реализации деманипулятора
2.6. Выводы к главе
Глава
Разработка экономичного алгоритма итеративного декодирования блоковых турбокодов
3.1. Причины применения турбокодов в современных системах связи
3.2. Итеративное декодирование двоичных блоковых турбокодов
3.3. Синтез оптимального посимвольного декодера апостериорных вероятностей двоичных линейных блоковых кодов
3.4. Синтез алгоритма приближенного вычисления кодовых добавок при итеративном декодировании блоковых турбокодов
3.5. Схема построения кодера и декодера блоковых турбокодов по стандарту 1ЕЕЕ 802.16-2004
3.7. Выводы к главе
Глава
Разработка методов моделирования трактов декодирования, моделирование и анализ полученных результатов
4.1. Оценка влияния неточности измерений на качество функционирования стационарной OFDM системы в условиях многолучевости
4.2. Компьютерное имитационное моделирование разработанных алгоритмов кодирования и декодирования
4.3. Моделирование деманипулятора в однолучевом зеркальном канале
4.4. Моделирование разработанного алгоритма итеративного декодирования блоковых турбокодов
4.5. Оценка минимально допустимой разрядности для всех узлов тракта декодирования
4.6. Сравнение эффективности каскадных кодов RS+Viterbi и блоковых турбокодов
4.7. Выводы к главе
Заключение
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ №1: «СПИСОК ОСНОВНЫХ СОКРАВДЕНИЙ»
ПРИЛОЖЕНИЕ №2: «АКТЫ ОБ ИСПОЛЬЗОВАНИИ И ВНЕДРЕНИИ РЕЗУЛЬТАТОВ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ»
ПРИЛОЖЕНИЕ №3: «РЕШЕНИЕ О ВЫДАЧЕ ПАТЕНТА НА ПОЛЕЗНУЮ МОДЕЛЬ «УСТРОЙС ТВО ИТЕРАТИВ!ЮГО ДЕКОДИРОВАНИЯ БЛОКОВЫХ ТУРБОКОДОВ»»
Общая характеристика работы
Диссертационная работа посвящена исследованию и разработке алгоритмов кодирования и декодирования для телекоммуникационных систем радиосвязи с ортогональными поднесущими. В работе обоснована актуальность теоретических исследований, направленных на совершенствование трактов кодирования и декодирования, как в части функционирования, так и снижения сложности технической реализации. Проведен анализ и синтез алгоритмов декодирования многоуровневых сигнально-кодовых конструкций (МСКК). Для блоковых турбокодов, с линейными двоичными парциальными кодами, синтезированы экономичные близкие к оптимальным алгоритмы мягкого декодирования.
Синтезированные в работе алгоритмы легли в основу разрабатываемых цифровых модемов телекоммуникационных систем радиосвязи с ортогональными поднесущими, обладающих высокими характеристиками спектральной эффективности и надежности обмена информацией.
Практическая ценность результатов диссертации подтверждена тремя актами об использовании и внедрении ее результатов.
Актуальность работы
В последнее время разработаны и рекомендованы к использованию
стандарты для беспроводных сетей цифровой радиосвязи различного назначения [1-3].
Для современных сетей цифровой радиосвязи характерны требования высокой пропускной способности и помехоустойчивости. Разработка высокоскоростных помехоустойчивых цифровых систем радиосвязи требует решения целого комплекса научно-техническим проблем, связанных с теорией и практикой цифровой обработки сигналов и помехоустойчивого кодирования [1-4,14].

Одним из путей решения данных проблем можно рассматривать использование рекомендаций принятого в 2004 году стандарта фиксированной радиосвязи IEEE 802.16-2004 [5].
В данном стандарте представлены наиболее перспективные технические и технологические решения в области радиодоступа, такие как устойчивый к многолучевости и замираниям метод модуляции OFDM, спектрально-эффективные многоуровневые сигнально-кодовые конструкции (МСКК), и эффективные методы помехоустойчивого кодирования [1,6]. Вышеуказанные особенности делают стандарт IEEE 802.16-2004 привлекательным для применения при разработке современных цифровых систем радиосвязи высокой пропускной способности (в том числе и специального назначения), а исследования и разработка новых помехоустойчивых кодеков, обеспечивающих высокую надежность обмена информацией в условиях воздействия внешних помех, актуальной научно-технической задачей.
На физическом уровне стандарт IEEE 802.16-2004 предусматривает три принципиально различных метода передачи данных [1,6]: метод модуляции одной несущей (SC), метод модуляции посредством ортогональных поднесущих (OFDM) и метод мультиплексирования (множественного доступа) посредством ортогональных поднесущих (OFDMA). Наиболее перспективным для использования представляется вариант с OFDM, который дает значительный выигрыш в помехоустойчивости по сравнению с SC и менее сложен в реализации, чем OFDMA. Общим для режимов OFDM и OFDMA является то, что каждая поднесущая модулируется с помощью бинарной фазовой манипуляции (ФМ-2), квадратурной фазовой манипуляции (ФМ-4), или квадратурной амплитудной манипуляции (КАМ) порядка 16 или 64.
Как правило, разработчики систем цифровой радиосвязи, в том числе и OFDM систем решают компромиссную задачу «сложность-эффективность». Таким образом, на программно-аппаратном уровне, решение этих задач

первое - величиной у =4 0 “А (дБ)- Из рис.2.2 видим, что эквивалентное отношение сигнал/помеха оценок §0 и §■ практически совпадают для АМ- 22 и АМ - 23, и с ростом номера / оценок ^ качество оценок улучшается, что согласуется с интуитивными представлениями.
Зависимость эквивалентного отношения С/П от входного отношения С/П

-о- Ь°
3 -ы- * Ь1: АМ-4 Ь°: АМ
2.5 Ь1: АМ
ч Ь2
2 ч. X 1
1.5 "Ч~ 1 -

ИОЛ. —Г)
I- ь —м р
— г
3 4 5 6
7 (ДБ)
10 11
Рис.2.2. Зависимость эквивалентного отношения сигнал/помеха от входного
отношения сигнал/помеха.
В стандартах [45], [46] предложены для использования МСКК, в которых все символы Ь‘р (I) принадлежат одному кодовому слову сверточного кода. Из рисунка следует, что при достаточно большом отношении сигнал/помеха в помехоустойчивом декодере могут быть использованы оценки с равными весами, а при малом — целесообразно вводить разные веса.