Методы повышения помехозащищенности и эффективности кодирования сетей связи абонентского доступа

УДК 658.512

МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ ПОМЕХОЗАЩИЩЕННОСТИ И ЭФФЕКТИВНОСТИ КОДИРОВАНИЯ СЕТЕЙ СВЯЗИ АБОНЕНТСКОГО ДОСТУПА А.А. Пирогов

Немаловажным фактором в обеспечении высококачественной связью играют методы и средства кодирования и преобразования передаваемого сигнала. Основной задачей помехоустойчивого кодирования является решение проблемы обеспечения высокой достоверности передаваемых данных за счет применения устройств кодирования/декодирования (кодеков) в составе системы передачи цифровой информации

Ключевые слова: структура, последовательность, алгоритм

Каналы связи в стандарте GSM разделяются на два типа: физические и логические. Физический канал образуется путем комбинирования временного (ВРК) и частотного (ЧРК) разделения сигналов.

До формирования физического канала сообщения данные, представленные в цифровом виде, группируются и объединяются в логические каналы двух типов:

• канал связи - для передачи кодированной речи и данных;

• канал управления - для передачи сигналов управления и синхронизации.

Кодирование и перемежение являются важными ступенями тракта обработки информационных цифровых сигналов и сигналов управления. В цифровых сетях связи осуществляется преобразование аналогового речевого сигнала в цифровую последовательность, которая подвергается шифрованию и кодированию, что необходимо для защиты информации от ошибок в процессе передачи и приема. Для этого используются:

• блочное кодирование - для быстрого обнаружения ошибок при приеме;

• сверточное кодирование - для исправления одиночных ошибок;

• перемежение - для преобразования пакета ошибок в одиночные ошибки.

В цифровых сетях связи кодируются все передаваемые по радиоканалу сигналы. В аналоговых сетях связи кодируют цифровые сигналы управления.

При кодировании преследуют различные цели. Самый низкий уровень имеет выявление (обнаружение) ошибок в полностью принятом сигнале. По сравнению с ним более высоким уровнем обладает обнаружение ошибок в отдельных сегментах сигнала, которое может быть выполнено с помощью простых блоковых кодов, например, с проверкой на четность. В современных системах используют коды с исправлением ошибок. Это могут быть блоковые коды и сверточные коды (GSM, системы с кодовым разделением - CDMA). Выбор кода определяет большое число факторов: характеристики

Пирогов Александр Александрович - ВГТУ, аспирант, тел. 8(904)214-56-29

каналов, скорость передачи, вид модуляции и т. п. Важное значение приобретает элементнотехнологическая база. Применение быстродействующих процессорных СБИС открыло путь к использованию мощных сверточных кодов при обработке сигналов в реальном времени. Сверточные коды хорошо исправляют случайные одиночные ошибки, но дают плохие результаты при пакетах ошибок. Поэтому сверточное кодирование и совмещают с перемежением (перетасовкой) информационных символов, которое обеспечивает преобразование пакетов ошибок в одиночные.

В различных логических каналах используются различные сверточные коды, поскольку скорости передачи и требования по защите от ошибок также различны. Для упрощения процедур кодирования и декодирования при формировании кодов используются только несколько полиномов. Это позволяет использовать в стандарте GSM сверточный код с одной скоростью R = 1/2. В ряде режимов для выравнивания скорости в речевом канале до R = 1/2 применяют прореживание, т. е. периодический пропуск (перфорацию) кодированных символов..

В стандарте GSM в речевом канале, в зависимости от скорости передачи сообщения, применяются следующие пары порождающих сверточный код многочленов (при R = 1/2):

G1(X)=1+X3 + X4;

G2(X)=1+X2 + X3 + X4;

G3(X) =1+ X+ X4 ;

G/(X)=1+X+X2 + X4;

G'2(X)=1+X+X4; G3'(X) =1+ X+ X3 + X4.

Одним из направлений развития сетей связи можно ожидать перехода к каскадному кодированию, например, внутреннему сверточному кодированию и внешнему, устраняющему ошибки при декодировании сверточных кодов, блоковому, с исправлением пакетов ошибок. Разумеется, такое сложное кодирование требует большой избыточности, что формально снижает эффективность использования систем, но существенно повышает достоверность информации [1].

Сверточные коды и рассмотренные алгоритмы декодирования находят основное применение в системах сотовой связи. Это объясняется тем, что каналы связи в этих системах близки по своим свойствам к каналам с белым гауссовским шумом, которые являются симметричными каналами без

памяти. Для подобных систем характерны жесткие ограничения по мощности передаваемого сигнала, поэтому для них важно осуществить наиболее эффективное кодирование и декодирование, позволяющее уменьшить вероятность ошибки на декодированный информационный символ при малом энергетическом потенциале.

Оптимальный вариант достижения поставленной цели может являться применение в структуре кодека структур каскадного кодирования/декодирования. В основе построения, которых лежит идея совместного использования нескольких составляющих кодов. Данный подход позволит существенно повысить эффективность применения кодирования по сравнению с базовыми некаскадными методами.

Декодирование каскадного кода осуществляется в обратном порядке, т.е. принятая из канала последовательность сначала декодируется декодером внутреннего кода, а затем полученная последовательность декодируется декодером внешнего кода. Подчеркнем, что это позволит применять два декодера с длинами кодов существенно меньших. Данное свойство позволит снизить сложность декодирования по сравнению с сопоставимыми по эффективности декодерами некаскадных блоковых или сверточных кодов [2].

Применение каскадного кодирования позволит построить декодер на основе более простого порогового алгоритма декодирования сверточных кодов по сравнению с алгоритмом Витерби, при этом, не снизив помехоустойчивости сети.

Наиболее подходящей в данном случае будет каскадная схема, в которой внешним кодом является код Рида-Соломона, а внутренним - сверточный код (далее будем рассматривать сверточный код Финка). Также целесообразно в схеме между внешним и внутренним кодером/декодером включить устройство перемежения и восстановления (депе-ремежения), осуществляющие псевдослучайную перестановку символов внешнего кода и восстановление исходного порядка символов соответственно. Это необходимо для устранения групповых ошибок в информационной последоваельности. А применение двоичного сверточного кода и каскадной недвоичной кодировки предотвратит появление единичных ошибок.

Для согласования работы системы кодер-декодер в сетях различных стандартов в8М, необходимо предусмотреть в кодере возможность изменения скорости кодирования и, соответственно, длину кода. Это осуществимо посредствам перфорации кода. Перфорация кода состоит в систематическом удалении из процесса передачи в канал некоторых битов данных с выхода низкоскоростного кодера. В результате, выходная последовательность принадлежит перфорированному коду более высокой скорости, что позволяет сделать универсальной систему кодер-декодер, с возможностью работы с разными скоростями кодирования информации в различных каналах связи. Схема кодека сети абонентского доступа представлена на рисунке.

Литература

1. Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. - М.: Вильяме 2003. С. 843 - 912.

2. Семенов Ю.А. Алгоритмы телекоммуникационных сетей. Ч. 1. Алгоритмы и протоколы каналов и сетей передачи данных. - М.: Бином, 2007. С. 146 - 152.

Воронежский государственный технический университет

METHODS OF INCREASE OF NOISE IMMUNITY AND EFFICIENCY OF CODING OF COMMUNICATION NETWORKS USER'S ACCESS

A.A. Pirogov

The important factor in maintenance with high-quality communication play methods and means of coding and transformation of a transferred signal. The primary goal of noiseproof coding is the solution of a problem of maintenance of high reliability of the transferred data at the expense of application of devices of coding/decoding (codecs) as a part of system of transfer of the digital information

Key words: structure, sequence, algorithm