РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА СИНХРОНИЗАЦИИ ДЛЯ ПСП-ОРИЕНТИРОВАННЫХ ПРОТОКОЛОВ МНОЖЕСТВЕННОГО ДОСТУПА

Аннотация: В работах  предложен метод синхронизации, который может быть применен в системах связи, использующих протоколы множественного доступа МАС (Media access control), алгоритмы которых реализованы на базе псевдослучайных последовательностей (ПСП) - ПСП-ориентированные протоколы множественного доступа. Данный метод обеспечивает повышенную точность синхронизации ПСП при ухудшении качества канала в сравнении с методом Уорда (или методом «зачетного отрезка» - метод ЗОТ). В статье предлагается разновидность метода , которая может быть реализована в МАС-контроллере в виде программного алгоритма. Для оценки эффективности алгоритма проводится его исследование с помощью имитационного моделирования.

Ключевые слова: МАС, ПСП, синхронизация, метод Уорда

Существуют протоколы множественного доступа к среде передачи МАС (media access control), в основе которых лежит применение числовых последовательностей . Некоторые из них используют последовательности максимальной длины (М-последовательности), позволяющие реализовать распределенный механизм управления доступом к среде передачи . Применение М-последовательности как правило требует повышения точности ее синхронизации . Самым простым методом, который может использоваться для синхронизации ПСП является метод Уорда (метод ЗОТ)  – он позволяет реализовать подсистему синхронизации ПСП в виде простого программного алгоритма, не требующего значительной вычислительной мощности. В работах  предложен метод синхронизации ПСП, который обладает более высокой помехоустойчивостью. Метод может быть также легко реализован на подуровне доступа к среде передачи МАС.

Описание метода синхронизации

Суть метода заключается в подгоне фазы ПСП, декодированной с помощью мажоритарного метода, предложенного в работе . Так если рассматривать последовательность максимальной длины (М-последовательность), как циклический код (2k-1, k), то для каждого принятого символа последовательности можно составить систему проверочных уравнений и соответствующую проверочную матрицу, которая в силу своей цикличности может быть преобразована к виду :где   I-единичная подматрица.

Если Н' (1) записать в развернутом виде, то легко заметить, что последняя строка будет задавать соотношение, связывающее различные фазы ПСП с некоторой начальной фазой. Тогда мажоритарный алгоритм декодирования можно представить, как :где: -l+i  - вектор столбца матрицы.

На рисунке 1 представлен функциональный алгоритм, который может быть реализован в подсистеме синхронизации МАС-контроллера, построенный на основе изложенного подхода к синхронизации ПСП.

Алгоритм, представленный на рисунке 1, работает следующим образом: сначала в подсистему синхронизации вводятся некоторые фиксированные значения длин обрабатываемого сегмента ПСП, которые обеспечивают требуемую вероятность ошибки декодирования, после чего запускается цикл по длине обрабатываемого сегмента ПСП Ni и начинается запись ПСП из канала в массив памяти. После приема первых «k» бит ПСП запускается цикл генерации проверок, в процессе которого генерируются проверочные последовательности и декодируется начальная фаза ПСП. Когда цикл генерации проверок заканчивается, из канала принимается следующий бит ПСП и снова запускается цикл генерации проверок. После приема Ni бит ПСП из канала цикл приема заканчивается, декодированная фаза записывается в генератор ПСП, подгоняется на величину Ni-k=m и сравнивается с фазой ПСП из канала. Если фаза ПСП не совпала или произошла ложная синхронизация, то процесс приема ПСП повторяется для следующего значения длины сегмента Ni+1.

Очевидно, что для реализации алгоритма необходимо определить массив длин, обрабатываемого сегмента ПСП Ni. Так сложно получить точную аналитическую оценку , данную задачу можно решить с помощью имитационного моделирования.

Имитационная модель метода синхронизации

Модель была разработана в виде отдельных блоков, написанных в среде Simulink, с целью компьютерного моделирования.  Блок-схема модели представлена на рисунке 2. Основными блоками являются: блок «Базовой станции», содержащий генератор ПСП, блок биномиального канала «Канал связи» и блок «Абонентской станции».

На рисунке 3 изображена блок схема «Абонентской станции», которая содержит следующие блоки: мажоритарный декодер, датчик ПСП, ключ и селектор.

На рисунке 4 представлена блок-схема датчика ПСП, основными элементами которой являются: генератор ПСП, ключ и два контроллера.

Верификация модели и проведение исследования. Верификация имитационной модели метода синхронизации на основе мажоритарного декодирования для исследования временных характеристик проводилась путем простого сравнения фазы генерируемой датчиком ПСП с фазой сгенерированной генератором ПСП при нулевой вероятности ошибки в блоке двоичного симметричного канала «BSC». На рисунке 5 представлена экранная форма, отображающая процесс вывода генерируемых фаз ПСП для последовательности, генерируемой ЛРР длиной k=29. Так на рисунке видно совпадение фазы «iz_kanala», подаваемой из декодера ПСП (переменная «air» на рисунке 5), и фазы «ot_generatora», подаваемой из блока «Генератор ПСП» (переменная «u» на рисунке 5). Длина сегмента ПСП задавалась равной N=35. Из рисунка 6 видно, что при приеме 36-го бита ПСП, система выдает сообщение, что она вошла в синхронизм (флаг «sinkh» равен единице).

При верификации также проводилась аналогичная процедура проверки фаз, только с установленной ошибкой в блоке двоичного симметричного канала BSC. Так при возникновении ошибок фазы «iz_kanala» и «ot_generatora» могут не совпадать, и система не входит в синхронизм. На рисунке 6 представлена экранная форма, на которой видно несовпадение фаз при приеме 36-го бита ПСП (переменная «et2» равна 36) и вероятности ошибки Р=0.1. После сравнения система продолжает поиск кода.

В таблицах 1 и 2 представлены результаты моделирования для метода синхронизации на основе мажоритарного декодирования ПСП и метода Уорда (метод ЗОТ) для последовательности с длиной ЛРР k=29. Доверительный интервал (ДИ) при обработке экспериментальных результатов рассчитывался для доверительной вероятности α=0.95 через среднеквадратическую ошибку (СКО).