CC BY
40
ПОМЕХОУСТОЙЧИВЫЕ СИГНАЛЬНО-КОДОВЫЕ КОНСТРУКЦИИ НА ОСНОВЕ БОЛЬШИХ СИСТЕМ
ДИСКРЕТНЫХ ЧАСТОТНЫХ СИГНАЛОВ И ТУРБОПОДОБНЫХ КОДОВ ДЛЯ КВ КАНАЛА
ЭО! 10.24411/2072-8735-2018-10141
Даренскии Владимир Дмитриевич,
ФГУП "18 ЦНИИ" МО РФ, Россия
Капусткин Андреи Юрьевич,
ФГУП "18 ЦНИИ" МО РФ, Россия, [email protected]
Головкин Илья Владимирович,
НИЧ МТУСИ, Москва, Россия, [email protected]
Ключевые слова: большие системы дискретных частотных сигналов, турбоподобные коды, КВ канал.
Связь в КВ-диапазоне характеризуется особо сложной помеховой обстановкой. Поэтому для обеспечения требуемых характеристик помехоустойчивости и достоверности связи в информационных радиосистемах различного назначения в настоящее время применяются сложные сигналы (СС) [1]. Среди известных видов СС широкое распространение получили дискретные частотные сигналы (ДЧС) [2]. Улучшение характеристик радиолиний, использующих ДЧС, возможно за счет увеличения объема их систем. В работе [3] представлены правила построения и основные характеристики больших систем (БС) дискретных частотных сигналов, применение которых потенциально позволяет получить выигрыш в помехоустойчивости. Наибольший интерес для совместного использования с БС ДЧС представляют коды с итеративной обработкой. Однако высокая сложность реализации декодирования до последнего времени ограничивала возможности их использования в составе единой СКК. В работах [4-6] предложено использовать новый класс турбоподоб-ных кодов (ТПК), имеющих пониженную сложность декодирования и допускающих совместное использование в составе СКК с системами ДЧС объемом от 27 и выше. В канале с независимыми замираниями за счет сокращения числа временных позиций с N до Nakt такие сигналы позволяют сократить потери при некогерентном приеме, но при этом уменьшается минимальное расстояние по системе сигналов, что ухудшает помехоустойчивость. Поэтому существует оптимальное значение активных элементов Nakt opt, обеспечивающее минимум требуемого отношения сигнал/шум для приема с заданной достоверностью. Методом компьютерного моделирования проведено исследование характеристик помехоустойчивости СКК на основе БС ДЧС и ТПК, показан энергетический выигрыш от применения конструкций с оптимальным числом активных элементов ДЧС относительно известных решений в канале с независимыми замираниями.
Информация об авторах:
Даренский Владимир Дмитриевич, д.т.н., ведущий научный сотрудник, ФГУП "18 ЦНИИ" МО РФ, Капусткин Андрей Юрьевич, к.т.н., старший научный сотрудник, ФГУП "18 ЦНИИ" МО РФ, Москва, Россия Головкин Илья Владимирович, к.т.н., старший научный сотрудник, НИЧ МТУСИ, Москва, Россия
Для цитирования:
Даренский В.Д., Капусткин А.Ю., Головкин И.В. Помехоустойчивые сигнально-кодовые конструкции на основе больших систем дискретных частотных сигналов и турбоподобных кодов для КВ канала // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2018. Том 12. №9. С. 30-33.
For citation:
Darensky V.D., Kapustkin A.Yu., Golovkin I.V. (2018). Interference immunity signal-code structures generated on the big systems of discrete frequency signals and turbo-liked codes for HF-range channel. T-Comm, vol. 12, no.9, рр. 30-33. (in Russian)
T-Comm Том 12. #9-2018
Для передачи информации по КВ-каналам, отличающимся особо сложной помеховой обстановкой, используются сигнально-кодовые конструкции (СКК) построенные на базе дискретных частотных сигналов (ДЧС) [1, 2] и различных корректирующих кодов. Практическое применение получили композиционные системы (КС) ДЧС, которые по объему составляющих их сигналов относятся к классу нормальных []]. Однако для дальнейшего улучшения качества связи целесообразно использовать системы сигналов, которые имеют значительной больший объем и позволяют повысить помехоустойчивость приема за счет увеличения приведенного расстояния между сигналами. Правила построения и основные характеристики больших систем (БС) ДЧС представлены в работе [3].
Наибольший интерес для совместного использования с БС ДЧС представляют коды с итеративной обработкой. Однако высокая сложность реализации декодирования до последнего времени ограничивала возможности их использования в составе единой СКК.
В работах [4-6] предложено использовать новый класс турбоподобных кодов (ТПК), имеющих пониженную сложность декодирования. Это позволяет использовать их в составе СКК с системами ДЧС объемом от 27 и выше. Данные коды реализуют наиболее эффективную среди известных процедуру итеративного декодирования с оцениванием качества приема символов.
Рассматриваемые ДЧС формируются по правилам, опис-пым в работе [3], и имеют квадратную частотно-временную матрицу (ЧВМ), то есть количество частотных позиций совпадает с количеством временных и равно количеству элементов в сигнале N. Однако при построении СКК для достижения требуемой скорости в ряде случаев приходится укорачивать ЧВМ. Так, например, работе [5] ЧВМ с N — 29 сокращается до 4-х элементов. Сокращение числа временных позиций (активных элементов) сигнала, например, с N до Nak, приводит к уменьшению величины минимального расстояния по системе сигналов d,„¡„ =Na*- nsovp, что ухудшает помехоустойчивость особенно в условиях замираний. В то же время сокращение числа активных элементов позволяет уменьшить потери, вызванные некогерентным сложением составляющих. Поэтому существует оптимальное значение Nak<oph которое может отличаться от N.
Совместное применение в СКК ДЧС с оптимальными значениями числа активных элементов N„k,opi и ТПК позволит получить дополнительный энергетический выигрыш и использовать его для улучшения характеристик радиолиний.
Целью настоящей статьи является исследование характеристик помехоустойчивости СКК, построенных на основе использования больших систем ДЧС и ТПК, а также поиск оптимальных значений параметров матрицы сигналов в таких конструкциях в канале с независимыми замираниями.
Характеристики помехоустойчивости исследуемых СКК определим методом компьютерного моделирования с использованием основных алгоритмов кодирования и декодирования.
Для построения модели использованы следующие допущения и исходные данные:
- прием осуществляется в режиме установившейся синхронизации, а детектирование элементарных составляющих ДЧС осуществляется некогерентно;
- сигнально-шумовая смесь распределена по закону Релея, частотные каналы ДЧС подвержены независимым замираниям;
- для построения СКК на базе КС ДЧС используется система ДЧС-13 объемом Ус=27 и ДЧС-17 объемом Ус=28.
- для построения СКК на базе БС ДЧС используется система ДЧС-13 объемом Ус=2" и ДЧС-17 объемом Ус=212;
- в качестве помехоустойчивого кода используется последовательный турбоподобный код с применением биорто-гональных сигналов на основе функций Уолша в базисе 2 как составных кодов со скоростью /?ттж=1/2;
- декодер функционирует в условиях отсутствия априорной информации относительно характеристик помех и замираний сигнала.
Блок-схема имитационной модели представлена на рис. 1.
Вход _ Кодер Модулятор ДЧС
Выход
Декодер
Демодулятор ДЧС
Модель канала связи
Рис.
Сначала получим оценку энергетического выигрыша от применения СКК на базе БС ДЧС и ТПК относительно известных в настоящее время конструкций на основе КС ДЧС для случая использования неукороченных сигналов (Мак! На рисунках 2, 3 представлены кривые помехоустойчивости, полученные в результате моделирования.
Из рисунков видно, что выигрыш от применения больших систем вместо композиционных в СКК с использованием ТПК при Рь — 10"5 составляет 0.7-0.8 дБ.
5.4 5.6 SB 6
ОТНОШЕНИЕ СИГНАЛУ ШУМ, EbíNO(dB)
Рис.2
7Т\
У
Щ
Т-Сотт Том 12. #9-2018
INTERFERENCE IMMUNITY SIGNAL-CODE STRUCTURES GENERATED ON THE BIG SYSTEMS OF DISCRETE FREQUENCY SIGNALS AND TURBO-LIKED CODES FOR HF-RANGE CHANNEL
Vladimir D. Darensky, Andrei Yu. Kapustkin, 18th Central Research Institute, Moscow, Russia Ilya V. Golovkin, MTUCI, Moscow, Russia
Abstract
Radio waves of the HF-range are characterized by multipath propagation of radio waves, the presence of dispersion distortions, as well as high intensity of station and other types of interference. The urgency of the task of developing signal-code structures (SCS), functioning in such a complicated interference situation, is beyond doubt. Presently, aggregate signals (AS) are used in miscellaneous radio data systems for improving such characteristics of the radio lines as interference immunity, data rate, bandwidth efficiency, communication credibility [1]. Among the different types of the AS, the discrete frequency signals (DFS) are of particular interest. Further improvement of the characteristics of radio links using DFS is possible due to the increase in the volume of their systems. In work [2] the rules of construction and main characteristics of large systems (LS) of discrete frequency signals are presented, the application of which potentially allows to obtain a gain in noise immunity. Earlier, when constructing a SCS based on DFS, preference was given to codes with iterative processing [3,4]. However, the high resource intensity of implementation of such algorithms limited their application in conjunction with powerful signal systems. A new class of turbo-like codes (TLC) with a reduced processing complexity is proposed in [5]. It implements the iterative decoding procedure with an estimation of the reception quality of symbols and allows using them as part of a SCS with DFS systems with a volume of 128 and higher. In a channel with independent fading, by reducing the number of time positions from N to Nakt, such signals allow to reduce losses with non-coherent reception, but at the same time the minimum distance along the signal system decreases, which degrades the noise immunity. Therefore, there is an optimal value of the active elements Nakt opt, which provides the minimum required signal-to-noise ratio for reception with a given reliability. In the present article, the computer noise modeling method has been used to study the characteristics of the noise immunity of a SCS based on the DFS and TLC, the energy gain from the use of structures with the optimal number of active elements of the DFS relatively to known solutions is shown.
Keywords: large systems of discrete frequency signals, turbo-like code, shortwave channel. References
1. Varakin L. (1985). Communication Systems with Noise-Like Signals. Moscow. 384 p.
2. Bateneva T.V., Hmyrova N.P. (2015). Choosing the parameters for the noise-immunity code in radio communications using time-frequency signals. Radio communication, vol. 3(26). pp. 5-14.
3. Darensky V.D., Mishin M.Yu., Kapustkin A.Yu. (2017). Big systems of discrete frequency signals: generation rules and basic characteristics. Т-Соmm, vol. II, no.7, pp. 13-16.
4. Golovkin I.V. (2013). Signal-code structure using the discrete frequency signals for hard interference. Proceedings radar and communication. November 25-27, 2013. pp. 269-272.
5. Golovkin I.V., Elsykov B.A., Klokov S.S. (2016). Signal-code structure using the discrete frequency signals and turbo-like codes for HF- range. Telecommunication. No.6, pp. 40-47.
6. Nazarov L.E., Golovkin I.V. (2010). Serial turbo codes with low complexity algorithms reception. Technology and Electronics. Vol. 55, Nol0, pp. 1193-1199.
г Г\
