Использование ортогонального кодирования для повышения помехоустойчивости систем передачи информации

• Автор: Рабин, Алексей Владимирович
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 200 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ ГЮМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ

1.1. Общие положения.

1.2. Основные методы повышения помехоустойчивости в космических и спутниковых системах связи
1.3. Ортогональное кодирование как метод повышения помехоустойчивости с максимально возможной скоростью передачи.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 1.

ГЛАВА 2. ОРТОГОНАЛЬНОЕ КОДИРОВАНИЕ КАК АНАЛОГ СВЕРТОЧНОГО КОДИРОВАНИЯ НАД ПОЛЕМ РАЦИОНАЛЬНЫХ ЧИСЕЛ

2.1. Сверточное кодирование над двоичным полем

2.2. Способ задания ортогональных кодов.

2.3. Свойства системных и обратных системных матриц ортогональных кодов.

2.4. Реализация операций ортогонального кодирования и ортогонального декодирования.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 2.
ГЛАВА 3. ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ В КАНАЛАХ С АДДИТИВНЫМ БЕЛЫМ ГАУССОВСКИМ ШУМОМ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ОРТОГОНАЛЬНОГО КОДИРОВАНИЯ
3.1. Основные типы полосовой модуляции
3.2. Фазовая модуляция
3.3. Относительная фазовая модуляция
3.4. Оценка характеристик систем передачи информации с ортогональным кодированием и относительной фазовой модуляцией.
3.5. Исследование характеристик помехоустойчивости в канале с аддитивным белым гауссовским шумом при совместном использовании корректирующих и ортогональных кодов
3.3.1. Совместное рассмотрение модуляции и линейного блокового кодирования
3.5.2. Помехоустойчивость в канале с АБГШ при совместном использовании линейных блоковых и ортогональных кодов
3.5.3. Помехоустойчивость в канале с АБГШ при совместном использовании сверточных и ортогональных кодов.
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
ГЛАВА 4. ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ В КАНАЛАХ С ЗАМИРАНИЯМИ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ОРТОГОНАЛЬНОГО КОДИРОВАНИЯ
4.1. Характеристики многопутевых каналов с замираниями.
4.1.1. Крупномасштабные и мелкомасштабные замирания
4.1.2. Распределения Релея и Райса.
4.1.3. Статистическое описание многопутевых каналов
4.2. Основные модели многопутевых каналов с мелкомасштабными замираниями
4.2.1. Расширение сигнала во времени.
4.2.2. Нестационарное поведение канала вследствие изменения расстояния между передатчиком и приемником
4.3. Помехоустойчивость при двоичной передаче в канале с АБГШ и неселективными по частоте и медленными замираниями.
4.4. Применение ортогонального кодирования в канале с АБГШ и неселективными
по частоте и медленными замираниями
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 4.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК.
Приложение 1. Нахождение величины угла между принятыми векторами при осуществлении демодуляции на приемной стороне системы связи.
Приложение 2. Синхронизация передачи при использовании ортогонального кодирования
Приложение 3. Программа имитационного моделирования, реализованная с помощью системы Мар1е
Введение


Вовторых, на сегодняшний день ни одна используемая на практике схема кодирования не может обеспечить значительный энергетический выигрыш при высокой спектральной эффективности. Канал дальней космической связи явился идеальным каналом связи, который был выбран для демонстрации преимущества кодирования. Канал дальней космической связи может быть практически точно смоделирован как канал с АБГШ без памяти, который формирует основные положения теоремы К. Шеннона о пропускной способности . Поскольку передача данных велась на большие расстояния, что было связано с существенным ослаблением сигнала, требовались низкоскоростные помехоустойчивые коды со сложными методами декодирования. Рассмотрим схему модуляции с двоичной ФМ и когерентным детектированием. Аналитические вычисления и результаты моделирования показали, что двоичная ФМ без кодирования обеспечивает вероятность ошибки на бит 5 при отношении сигналшум ЕьЫ0 9,6 дБ . На рис. ФМ2. Отметим, что все графики и точки на рис. Рис. На рис. Б. Следовательно, при скорости кодирования г теоретически возможна экономия мощности в 9,6 дБ. ЕьМ0 0,2 дБ. Таким образом, для скорости кода меньше либо равной г при двоичной ФМ потенциальный выигрыш от кодирования уменьшается за счет использования данного вида модуляции. Одной из первых попыток улучшить характеристики двоичной ФМ без кодирования было применение биортогонального блокового кода РидаМалера со скоростью г 6 . Этот код был использован в г. Маринер7 в сочетании с двоичной ФМ и декодированием по максимуму правдоподобия с мягкими решениями. Код состоял из кодовых слов длины бита с минимальным расстоянием Хэмминга между кодовыми словами с. М1 . Поэтому код и был назван биортогональным. Система на станции Маринер7 имела скорость кода г 6 бигизмерение и обеспечивала вероятность ошибки на бит 5 при отношении сигналшум ЕьМ0 6,4 дБ. На рис. Маринер. Отметим, что в системе на станции Маринер7 использовалась двоичная ФМ, а каждый бит кодового слова передавался отдельным сигналом. Маринер7, обеспечивает вероятность ошибки на бит 5 при отношении сигнапшум на 3,2 дБ меньшем, чем двоичная ФМ без кодирования, но, тем не менее, при этом требуется отношение сигналшум, на 7,5 дБ превышающее минимально возможное при использовании двоичной ФМ и том же значении спектральной эффективности. Существенным достижением в применении кодирования в системах дальней космической связи явилось использование в конце х гг. Последовательное декодирование было впервые применено в г. Пионер9 . В системе на станции Пионер9 использовалось модифицированная версия систематического сверточного кода со скоростью г , предложенного С. Лином и X. Лайиом . Станции Пионер и Пионер в г. Дж. Мэсси и Д. Костелло . Этот код был выбран несистематическим, чтобы обеспечить большее минимальное свободное расстояние Хэмминга й. Для данного кода 1 . Для декодирования кода 2,1, был выбран последовательный декодер, использующий модифицированную версию алгоритма Фано поиска по дереву с трехбитовыми мягкими решениями . ЕьЫ0 2,7 дБ. На рис. Пионер. Таким образом, энергетический выигрыш по сравнению с двоичной ФМ без кодирования при увеличении ширины полосы пропускания вдвое составил 6,9 дБ. В этом состоит существенное преимущество по сравнению с системой на станции Маринер7 требуется отношение сигналшум, всего на 2,5 дБ превышающее минимально возможное при использовании двоичной ФМ и том же значении спектральной эффективности см. В системах дальней космической связи последующих поколений стали использовать алгоритм декодирования по максимуму правдоподобия Витерби . Алгоритм Витерби, так же, как и алгоритм последовательного декодирования, совместим со многими схемами модуляции и квантования . П 1 Э Э6 , ч
0 1 0 и минимальным свободным расстоянием Хэмминга с1своб . I О3 О О5 О6 1. Хэмминга Зсиоб были выбраны Консультативным комитетом по космическим системам данных в качестве кодов планетарного стандарта Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства далее НАСА и Европейского космического агентства далее ЕКА. Витерби с трехбитовыми мягкими решениями.