Помощь в написании студенческих работ
Антистрессовый сервис

Повышение достоверности передачи информации в радиолиниях коротковолновой радиосвязи на основе применения эффективных сигнально-кодовых конструкций

Диссертация: Повышение достоверности передачи информации в радиолиниях коротковолновой радиосвязи на основе применения эффективных сигнально-кодовых конструкций
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Анализ адекватности разработанной имитационной модели проводился путем сравнения ранее известных результатов, полученных аналитическим методами, с результатами, полученными с помощью имитационной модели. В результате сделан вывод об адекватности разработанной имитационной модели реальным процессам, что подтверждается совпадением полученных с помощью имитационной модели результатов с известными… Читать ещё >

Повышение достоверности передачи информации в радиолиниях коротковолновой радиосвязи на основе применения эффективных сигнально-кодовых конструкций (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Содержание

  • 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ СУЩЕСТУЮЩИХ СИСТЕМ КОРОТКОВОЛНОВОЙ РАДИОСВЯЗИ
    • 1. 1. Анализ условий функционирования коротковолновых радиолиний
    • 1. 2. Основные показатели качества системы
      • 1. 2. 1. Удельные показатели эффективности Сандерса
      • 1. 2. 2. Процедура сравнения и выбора необходимых систем
    • 1. 3. Анализ требований к современным системам коротковолновой радиосвязи
    • 1. 4. Анализ существующих сигнально-кодовых конструкций, используемых в современных системах КВ связи и рекомендованных международными стандартами
      • 1. 4. 1. Анализ сигнально-кодовых конструкций, применяемых в существующих комплексах КВ радиосвязи
        • 1. 4. 1. 1. Используемые в современных КВ системах виды манипуляции
        • 1. 4. 1. 2. Используемые в современных системах КВ связи виды помехоустойчивого кодирования
        • 1. 4. 1. 3. Виды сигнальных созвездий, позволяющих повысить помехоустойчивость канала связи
      • 1. 4. 2. Сигнальные конструкции, рекомендованные международными стандартами
      • 1. 4. 3. Сигнальные конструкции, используемые в современных российских комплексах коротковолновой радиосвязи
    • 1. 5. Анализ путей повышения достоверности передачи информации по КВ радиолиниям
    • 1. 6. Постановка задачи исследования
  • 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПОМЕХОУСТОЙЧИВЫХ КОРОТКОВОЛНОВЫХ РАДИОЛИНИЙ
    • 2. 1. Исследование вариантов взаимного обмена ресурсов радиолинии для обеспечения требуемой достоверности передачи информации
      • 2. 1. 1. Обеспечение требуемой достоверности за счет выбора метода модуляции сигнала в СКК
        • 2. 1. 1. 1. Без изменения метода модуляции в радиолиниях
        • 2. 1. 1. 2. Выбор более эффективного метода модуляции
      • 2. 1. 2. Обеспечение требуемой достоверности за счет выбора метода помехоустойчивого кодирования
      • 2. 1. 3. Метод поиска сигнально-кодовых конструкций
    • 2. 2. Выбор метода модуляции
    • 2. 3. Исследование параметров помехоустойчивости КВ радиолинии при использовании помехоустойчивого кодирования
      • 2. 3. 1. Недостатки аналитической оценки помехоустойчивости радиолиний, использующих помехоустойчивое кодирование
      • 2. 3. 2. Оценка помехоустойчивости радиолиний использующих помехоустойчивые коды с помощью имитационной модели
        • 2. 3. 2. 1. Экспериментальное исследование параметров сверточных кодеров и перемежителей
        • 2. 3. 2. 2. Экспериментальное исследования помехоустойчивости сигналов СКК в зависимости от длины пакета ошибок
        • 2. 3. 2. 3. Оценка помехоустойчивости радиолинии при использовании ПК Рида-Соломона
        • 2. 3. 2. 4. Сравнительный анализ помехоустойчивости радиолиний,. использующих предложенные и стандартные помехоустойчивые коды
        • 2. 3. 2. 5. Помехоустойчивость КВ радиолинии при использовании сигнала КИМ16 — КАМ4/ЧМ4 и каскадного кода
      • 2. 3. 3. Построение графиков зависимости помехоустойчивости радиолиний от скоростей используемых помехоустойчивых кодов
  • 3. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТРЕБУЕМОЙ ДОСТОВЕРНОСТИ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ В РАДИОЛИНИЯХ КОРОТКОВОЛНОВОЙ РАДИОСВЯЗИ
    • 3. 1. Методика обеспечения требуемой достоверности радиолиний коротковолновой радиосвязи за счет использования эффективных СКК
      • 3. 1. 1. Экспериментальная оценка помехоустойчивости системы КВ радиосвязи
        • 3. 1. 1. 1. Определение объёма данных, необходимых для проведения физического эксперимента
        • 3. 1. 1. 2. Тестирование канала связи
        • 3. 1. 1. 3. Обработка результатов физического эксперимента
      • 3. 1. 2. Выбор метода модуляции
      • 3. 1. 3. Определение необходимых корректирующей способности кода и размеров перемежителя
      • 3. 1. 4. Определение скорости помехоустойчивого кода и скорости передачи информации при его применении
      • 3. 1. 5. Проверка адекватности выбранной СКК
    • 3. 2. Пример расчета радиолиний по приведенной комплексной методике
      • 3. 2. 1. Определение исходных данных
      • 3. 2. 2. Определение объёма данных, необходимых для проведения физического эксперимента
      • 3. 2. 3. Физический эксперимент
      • 3. 2. 4. Обработка результатов физического эксперимента
        • 3. 2. 4. 1. Выбор метода модуляции
        • 3. 2. 4. 2. Структурирование принятых и переданных массивов данных
        • 3. 2. 4. 3. Нахождение числа ошибок, содержащихся во всех блоках с ошибками фиксированной кратности
      • 3. 2. 5. Определение требуемой корректирующей способности помехоустойчивого кода
      • 3. 2. 6. Определение скорости помехоустойчивого кода и скорости передачи информации при его применении
  • 4. ИМИТАЦИОНАЯ МОДЕЛЬ КОРОТКОВОЛНОВОЙ РАДИОЛИНИИ
    • 4. 1. Цели и особенности моделирования
    • 4. 2. Особенности применяемых помехоустойчивых кодов в стандарте MIL-STD-188−110В
    • 4. 3. Разработка программно реализуемой имитационной модели радиолинии
    • 4. 4. Результаты исследований, подтверждающие адекватность работы имитационной модели

Актуальность темы

диссертации.

Системы телекоммуникаций государства, в том числе и системы связи Вооруженных сил, являются основой системы государственного управления, уровень их развития определяет степень оборонной готовности страны.

К преимуществам коротковолновой (КВ) радиосвязи следует отнести оперативность установления прямой связи на большие расстояния, простоту организации радиосвязи с подвижными объектами, возможность обеспечения связи с объектами в труднодоступных районах. Высокая мобильность средств КВ радиосвязи, быстрая восстанавливаемость связи в случае нарушения в результате воздействия как случайных, так и преднамеренных помех, а также в условиях экстремальных ситуаций делают эту связь единственно возможной.

Особое значение приобретает КВ радиосвязь в чрезвычайных ситуациях в мирное время при организации и проведении аварийно-спасательных работ, координации действий, различных организаций и служб в районах стихийных бедствий (землетрясений, наводнений, крупных снежных и селевых лавин на промышленные и жилые районы).

Одновременно КВ связи присущи и такие недостатки, как возможное резкое затухание сигнала на трассе радиосвязи, различный характер замирания сигнала, ограниченная емкость используемого диапазона частот. Качество связи существенно зависит также от времени суток, года и состояния ионосферы. Кроме того, системы КВ радиосвязи характеризуются чувствительностью к случайным и преднамеренным помехам. Распространение радиоволн КВ диапазона на трассах большой протяженности (1500—4000 км), как правило, является многолучевым. Это приводит к изменениям глубины и частоты интерференционных замираний в точке приема, которые в основном и определяют качество радиоканалов, ограничивая скорость и качество передачи сообщений по ним.

В зарубежной печати отмечается, что возрождение интереса к КВ связи в настоящее время объясняется еще и установленной в ходе исследований [56, 57] уязвимостью в военное время спутниковых систем связи, получивших в 80-е годы весьма широкое распространение.

В начале 80-х годов в печати появились сообщения, свидетельствующие о возрождении интереса к цифровой КВ радиосвязи [56—60]. Этот интерес был вызван, прежде всего, тем, что в отличие от аналоговых сигналов цифровые сигналы позволяют значительно увеличить среднюю мощность передатчиков и повысить соотношение сигнал-помеха в точке приема, т. е. улучшить помехоустойчивость систем радиосвязи. Преимуществом цифровой радиосвязи является также отсутствие накоплений помех при ретрансляции в результате регенерации сигналов на линии связи, повышение надежности аппаратуры и возможность использования для обработки сигналов микропроцессорных устройств и ЭВМ.

В то же время специалистами отмечаются ограниченные возможности применения цифровых методов передачи в КВ диапазоне из-за специфических условий распространения радиоволн в этом диапазоне. Эта ограниченность проявляется, прежде всего, в предельно достижимых скоростях передачи дискретных сигналов, обусловленных многолучевостью и большим ослаблением энергии радиоволны на трассах радиосвязи.

В настоящее время к системам КВ радиосвязи со стороны пользователей и заказчиков предъявляются все новые требования. В особенности это касается радиотрасс большой протяженности, а также радиотрасс государственного масштаба, для осуществления связи по которым в качестве основных и резервных средств связи предусмотрены коротковолновые системы. При этом разработчикам необходимо учитывать особенности распространения радиоволн данного частотного диапазона 1,5−30 МГц.

Перспективные системы КВ радиосвязи должны обеспечивать в каждом сеансе связи значение вероятности ошибки на бит рб = 10″ 4.

Существующие системы КВ радиосвязи работают в условиях ограничений на частотные и энергетические ресурсы, поскольку зафиксированы значения выделенной ширины полосы частот (3,2 кГц) канала и мощности (1, 5, 10, 20 кВт) передатчика. При этом в силу непредсказуемости условий распространения радиоволн от сеанса к сеансу связи изменяется значение отношения сигнал/шум и в конкретном сеансе связи оно заранее не известно.

В результате существующие системы КВ радиосвязи обеспечивают среднее значение вероятности ошибки на бит в течение суток р^ = 10″ 2.

Таким образом, имеется противоречие между возможностями существующих систем КВ радиосвязи и предъявляемыми к ним требованиями по достоверности передачи информации.

Перспективным направлением повышения помехоустойчивости систем КВ радиосвязи условиях ограниченных энергетических и частотных ресурсов представляется поиск эффективных сигнально-кодовых конструкций (СКК).

Изложенное выше обусловило выбор объекта и предмета исследования.

Объект исследования — радиолинии коротковолновой связи.

Предметом являются методы передачи и приема информации по радиолиниям коротковолнового диапазона в условиях ограниченных частотных и энергетических ресурсов.

Анализ степени разработки темы диссертации в ранее выполненных работах показал, что вопросы поиска СКК в диссертационных работах, НИР отражались недостаточно полно и системно. Следует отметить, что во всех работах рассматривались отдельные сигнальные конструкции и различные конкретные помехоустойчивые коды, использование которых могло бы помочь справиться с возникшей проблемой. Однако методические рекомендаций по поиску и последующему выбору СКК в известных автору работах не отражались.

Целью диссертационного исследования является обеспечение требуемой достоверности передачи информации по КВ радиолиниям коротковолновой радиосвязи в условиях ограничений на занимаемую полосу частот и отношение сигнал/шум.

Научная задача диссертационной работы заключается в повышении достоверности передачи информации в КВ радиолиниях в условиях ограничений на частотные и энергетические ресурсы на основе адаптации к помеховой обстановке за счет применения эффективных СКК.

Практическая задача — обеспечение требуемой достоверности передачи информации в радиолиниях КВ диапазона при ограничениях на занимаемую полосу частот и отношение сигнал/шум.

Решение научной и практической задачи осуществлено путем деления их на ряд частных задач, взаимосвязь которых определила структуру исследования.

Частные задачи исследования:

1. Разработка методики обеспечения требуемой помехоустойчивости передачи информации по радиолиниям специальной КВ радиосвязи.

2. Разработка имитационной модели радиолинии специальной КВ радиосвязи с использованием помехоустойчивого кодирования.

3. Поиск новых СКК для радиолиний специальной КВ радиосвязи и оценка их потенциальной помехоустойчивости.

Методы исследования: в качестве основных методов исследования использовались анализ, синтез, методы математической статистики. Экспериментальное исследование проводилось путем имитационного моделирования работы КВ радиолинии в системе МАТЬАВ.

Достоверность и обоснованность полученных результатов и выводов обеспечен непротиворечивостью результатов имитационного моделирования и результатов применения предлагаемой методики с известными теоретическими положениями.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложений.

Выводы по главе 4:

1. Проведен анализ ограничений и особенностей моделирования, в результате которого выявлены требования к имитационной модели, обеспечивающие адекватность оценки потенциальной помехоустойчивости л| та * кам4 сигнала КИМ16 —и некоторых помехоустойчивых кодов.

2. Предложена общая структура имитационной модели, позволяющей осуществлять оценивание потенциальной помехоустойчивости СКК, использующихся в современных системах КВ радиосвязи и рекомендованных международными стандартами.

3. Предложенная имитационная модель реализована в виде программного комплекса на ПЭВМ и позволяет осуществлять имитационное моделирование:

• выполнение операций кодирования и декодирования в соответствии с форматом используемого кода;

• осуществлять оценку собственной потенциальной помехоустойчивости используемого в радиолинии сигнала и помехоустойчивость радиолинии в целом, с учётом использования помехоустойчивых кодов.

4. Анализ адекватности разработанной имитационной модели проводился путем сравнения ранее известных результатов, полученных аналитическим методами, с результатами, полученными с помощью имитационной модели. В результате сделан вывод об адекватности разработанной имитационной модели реальным процессам, что подтверждается совпадением полученных с помощью имитационной модели результатов с известными теоретическими положениями.

5. Разработанную имитационную модель радиолинии можно использовать для решения поставленных задач по оценке потенциальной помехоустойчивости радиолинии.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В результате проведённых исследований в диссертационной работе решена актуальная научно-техническая задача разработки по обеспечению достоверности передачи информации в КВ радиолиниях в условиях ограничений на частотные и энергетические ресурсы на основе адаптации к помеховой обстановке за счет применения эффективных СКК.

Получены следующие основные научные и практические результаты:

1. Методика обеспечения требуемой достоверности передачи информации по радиолиниям КВ радиосвязи.

2. Программно реализованная модель радиолинии, позволяющая оценивать потенциальную помехоустойчивость КВ радиолинии при использовании помехоустойчивых кодов и перемежителей.

3. Полученные с помощью разработанной имитационной модели оценки помехоустойчивости коротковолновой радиолинии с сигналами.

1УТЛЛД КАМ4.

КИМ16- и различными помехоустойчивыми кодами, в том числе:

ЧМ4.

— зависимости вероятностей ошибки на бит для КВ радиолинии от скорости используемых помехоустойчивых кодов при фиксированной мощности сигнала;

— зависимости вероятностей ошибки на бит от удельного расхода энергии в КВ радиолинии с сигналами КИМ16-^р в зависимости от длины пакета ошибок и используемого типа перемежителя.

Показать весь текст

Список литературы

  1. В.А., Дулькейт И. В., Савицкий O.K. Современная декамертовая радиосвязь: оборудование, системы и комплексы / Под ред. В. А. Березовского. М.:Радиотехника, 2011. — 44 е.: ил.
  2. A.B. Оптимальная простраственно временная обработка двоичных сигналов с межсимвольной нтерференцией при перемежении кодовых символов. // автореферат. Самара 2004. — С. 3−10.
  3. М.А. Оценка вероятности ошибочного приема в многопозиционных системах связи // Труды НИИР, № 4, 1973.
  4. М. Основы кодирования. Учебник для ВУЗов. М.: Техносфера, 2006. -288 с.
  5. М.В., Журавлев В. И., Кунегиин C.B. Системы и сети передачи информации. М.: Радио и связь, 2001. — 336 е.: ил.
  6. В.В. Многомерные сигналы для непрерывного канала // Проблемы передачи информации, № 1, 1981.
  7. О.В., Простов С. П. Системы и устройства коротковолновой радиосвязи / Под ред. профессора О. В. Головина М.: Горячая линия -Телеком, 2006. — 598 е., ил
  8. ГОСТ 23 611–79. Совместимость радиоэлектронных средств электромагнитная, термины и определения. М.: Гос. Стандарт СССР, 1979.
  9. ГОСТ 27.002−89 Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения.
  10. ГОСТ 51 820–2001 Государственный стандарт российской федерации устройства преобразования сигналов для радиоканалов тональной частоты. Типы, технические характеристики и параметры сопряжения.
  11. ГОСТ Р 51 820−2001 Устройства преобразования сигналов для радиоканалов тональной частоты.
  12. В. МРТ 1327 или TETRA: что выбрать? //Мобильные системы, 2000, № 3, с. 17.
  13. К.Г., Любомудров Д. Ю. Новые возможности транкинговой связи.// Вестник связи, 1999, № 1,с.27−28.
  14. Зарубежная связь: Учеб. Пособие / Под ред. В. А. Григорьева. СПб.: ВАС, 2004. 476 е.: ил.
  15. А.Г., Кловский Д.Д" Назаров Н. В., Финк Л. М. Теория передачи сигналов Изд.2-е перераб. и доп. М.: Радио и связь, 1986.
  16. A.A. Исследование и разработка сигналов со многими несущими частотами для передачи цифровой информации по КВ каналу// автореферат. Ижевск 2007. С. 3−7.
  17. Д.Т. Теория передачи сигналов. М.: Связь., 1973 — 376 с.
  18. В.И., Березняков В. И. Применение свёрточных кодов для передачи информации: Учеб. пособие. Харьков .: ХВВКИУ, 1974.
  19. В.А. Теория потенциальной помехоустойчивости. Дисс. на соиск. уч. ст. д.т.н., 1956 г. — 152 с.
  20. Международный Союз Электросвязи. Регламент радиосвязи. Статьи. Издание 2004.
  21. A.C. «Измерение параметров ЭМС РЭС» М. Связь 1980. — 200 с. Ил.
  22. Надёжность и эффективность в технике .: Справочник в 10 томах/ Под ред. А. И. Рембезы, т.1. М.: Машиностроение, 1986.
  23. O.A. Помехоустойчивость и энергетическая эффективность систем цифровой связи с помехоустойчивым кодированием и многопозиционной модуляцией в многолучевом канале с замираниями. Дисс. на соиск. уч. ст. к.т.н., Самара, ПГАТИ, 2003, 175 с.
  24. А.Б. Цифровая обработка сигналов. Изд.2 СПб: — Питер, 2007. — 751 е.: ил.
  25. Скляр Берн. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. Изд. 2-е, испр.: Пер. с анг. М.: Издательский дом «Вильяме», 2003.
  26. Д.А. Применение ранговых кодов в системах связи с ортогональным частотным уплотнением. // автореферат. Москва 2005. С 51
  27. Ю.Ф. Теория помехозащищённых радиоканалов управления и связи: Учебное пособие. М.: МО СССР, 1991.
  28. Федчун А. А, Способы формирования OFDM радиосигнала./ Журнал радиоэлектроники — Электронный научный журнал, 2010. — № 1.
  29. М.М. Теория передачи дискретных сообщений. 2-е изд. М.: Советское радио, 1970. — 728 с.
  30. B.C. Разработка и реализация алгоритма функционирования модема коротковолновой радиосвязи на цифровом процессоре обработки сигналов с фиксированной точкой. Дисс. на соиск. уч. ст. к.т.н., Санкт -Петербург, СПГУТ, 2003,156 с.
  31. И.В. Современные технологии беспроводной связи: издание 2-е, испр. И доп. М.: Техносфера, 2006. — 288 с.
  32. Н.П., Баранов Н. В. «Основы надежности электронных средств»: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений. М.: Издательский центр «Академия», 2010. -240 с.
  33. Bogousch R.L., Guigliano F.W. and Knepp D.L. Frequncy-Selective Scintillation Effects and Decision Feedback Equalization in High Data-Rate Satellite Links. Proceedings of the IEEE, vol 71, n. 6, June, 1983, pp. 754−767.
  34. C.R., «Combinined Digital Phase and Amplitude Modulation Communication Systems», IRE Trans, CS-8, 1960, Sept.
  35. Campopiano C.N. and Glazer B.G. A coherent Digital Amplitude and Phase modulation Scheme. IRE Trans. On Commun. Sys., vol. CS-10, June, 1962, pp. 90−95.
  36. M. — 2 Int. Conf. Antennas and Propag., Heslington. 13—16 Apr., 1981, Pt. 2, London — New-York, 1981.
  37. EARL McCUNE. Practical Digital Wireless Signals. The Cambridge RF and microwave engineering series. Cambridge University Press 2010.
  38. Electronic Engineering, 1980. v. 52, N 644, p. 25. 116.
  39. J. — Corn munica lions International, 1981, v. 7, N 12.
  40. A., «The Joint Tactical Radio System (JTRS) and the Army’s Future Combat System (FCS): Issues for Congress,» in Library of Congress. Congressional Research Service., 2005.
  41. A.G., «A Simple Derivation of the Coding Theorem and Some Applications», IEEE Trans, IT-11, 1965, Jan.
  42. International defense review.— 1986,. N 3, p. 357.
  43. Kurdziel M., Beane J., and Fitton J., «Ansca security supplement compliant radio architecture,» in Military Communications Conference, 2005. MILCOM 2005. IEEE, pp. 2244 2250 Vol. 4, 17−20 2005.
  44. MIL-STD-188−110B, «INTEROPERABILITY AND PERFORMANCE STANDARDS FOR DATA MODEMS», 27 APRIL 2009.
  45. A.H., " Error Probabilities for Equcorrelated M-ary Signals Under Phase-coherent and Phase-incoherent Reception", IRE Trans, IT-9, 1962, July.
  46. Recommendation ITU-R F.763−5. Data transmission over HF circuits using phase shift keying or quadrature.
  47. Renfree P. The U.S. navy returns to HF with STANAG 5066 as the path, Proc. MILCOM 2001, vol. 1, IEEE, McLean, VA, USA, pp. 471−476.
  48. J.G., «Odd Bit Quadrature Amplitude Shift Keying, IEEE Trans, COM -23, 1975, pp. 561 — 580.
  49. STANAG 4528 Characteristics of 1200/2400/3600 bits per second single tonemodulators/demodulators for HF radio links.
  50. STANAG 4539. Technical standards for non-hopping HF communications waveforms.
  51. STANAG 5066 (EDITION 2), PROFILE FOR HF RADIO DATA COMMUNICATIONS, 5 DECEMBER 2008.
  52. Thomas C.M., Weidner M.Y. and Durrani S.H. Diggital Amplitude-Phase Keying with M-ary Alphabets. IEEE Trans. Commun., COM-22, n. 2, February, 1974, pp. 185- 192.
  53. Thomson S. C, Proakis J. G, Zeidler J.R. Constant Envelope Binary OFDM Phase Modulation: Spectral Containtment, Signal Space Properties and Performance./ in Proc. IEEE MILCOM, Monterey, Nov. 2004.
  54. J. — Elektrotechn. und Maschi-nenbau, 1987. v. 104, N 4.
Заполнить форму текущей работой

Сессия? Спокойно!