Современные информационные технологи/Вычислительная техника и программирование

Курінь К.О., Фролов О.В.

Національний авіаційний університет

Методи забезпечення завадостійкості в каналах передачі цифрових даних

В ході наукових досліджень, розглянутих в роботах [1,2] була запропонована технологія стиснення-відновлення даних на базі нового методу інваріантно-проторового кодування. Інтеграція даної технології в ІТКС вирішує задачу реалізації етапу кодування-декодування джерела даних.

Завдання кодера джерела – представити дані, що підлягають передачі, в максимально компактній і по можливості неспотвореній формі [2-3].

При передачі даних по цифровому каналу зв’язку на сигнал можуть діяти перешкоди різної фізичної природи. Це може призвести до того, що дані на приймаючій стороні з чималою ймовірністю міститимуть помилки. Водночас для багатьох практичних застосувань допустима лише дуже невелика доля помилок в передаваних дискретних даних. В результаті виникає проблема забезпечення надійної передачі цифрової інформації по каналах з шумами. Найсуттєвіший внесок у вирішення даної проблеми вносить теорія завадостійкого кодування. На її основі розробляються методи захисту від помилок, основані на використанні завадостійких кодів.

В даному підрозділі буде запропоновано вирішення задачі забезпечення зменшення числа помилок в прийнятих цифрових даних. Постановку задачі ілюструє рис. 1.

В рамках досліджень не проводилось дослідження завадостійкості технології стиснення зображень на базі ІПК з умов передачі зображень по небезпечних каналах і можливості відновлення зображення в разі його пошкодження в результаті передачі.

Тому вважатимемо, що забезпечення завадостійкості передаваних даних реалізовуватиметься шляхом інтеграції стандартних методів канального кодування в ІТКС.

Рис. 1. Структура схема, що ілюструє постановку задачі вибору методів завадостійкого кодування

Після аналізу ряду стандартів передачі даних [5-8], були визначені основні сучасні методи корекції помилок, рекомендовані даними стандартами: декодер Вітербі; каскадні коди (комбінація зовнішнього кода Ріда-Соломона та внутрішнього згорточного кода); багатопорогові декодери; турбо-коди: коди Turbo Convolutional Code (TCC) та коди Turbo Product Code (TPC); низькощільністні коди (Low-Density Parity-Check – LDPC) .

При проектуванні каналів передачі ефективність кодування каналу прийнято оцінювати за допомогою величини – ймовірності бітової помилки на вході декодера .

Величина оцінюється при заданому значенні відношення сигнал/шум на біт , яке визначається як відношення енергії, що приходиться на один біт інформаційного повідомлення до потужності шуму [3].

Значення визначається згідно співвідношенню:

де - пропускна здатніть каналу передачі, що характеризується потужністю інформаційного сигналу , – розмір простору символів, що використовується для передачі .

В таблиці 1 зведені значення ймовірності бітової помилки на вході декодера в залежності від відношення сигнал/шум на біт для різних методів завадостійкого кодування.

Таблиця 1.

Значення ймовірності бітової помилки на вході декодера в залежності від відношення сигнал/шум на біт для сучасних методів завадостійкого кодування

Мнтод кодування	Технологія передачі, що використовує меод кодування	Ймовірність бітової помилки,	Відношення сигнал/шум на біт, , дБ
Декодер Вітербі	802.11 802.16 СCSDS TIA-1008	4,5 3,7	10^-5 10^-4
Каскадні коди (коди Ріда-Соломона + згорточні коди)	DVB-H/T/S Gigabit Ethernet	2,7 2,5 2,3	10^-6 10^-4 10^-3
Багатопорогові коди	802.11 802.16 СCSDS TIA-1008	4,5 4,3	10^-7 10^-3
ТСС	СCSDS TIA-1008 CDMA200 UMTS	5 4,7 4,2 3,7	10^-8 10^-7 10^-6 10^-5
ТСР		3,7 3,5 3	10^-7 10^-5 10^-3
Низькощільністні коди LDPC	802.11 802.16 DVB-S2 Gigabit Ethernet	3,75	10^-7

Література:

1. Юдін О.К. Структурно-аналітична модель кодування двійкових послідовностей у складі трансформант зображення / О.К. Юдін, К.О. Курінь // Спеціальні телекомунікаційні системи та захист інформації : зб. наук. пр. – К. : Вид‑во ІСЗЗІ НТУУ «КПІ»,2014. – №2(26). – С. 36-42.

2. Юдін О.К. Інваріантно-просторовий метод кодування двійкових послідовностей / О.К. Юдін, К.О. Курінь, Р.В. Зюбіна // Наукоємні технології. – 2014. – № 4(24). – С. 98-107.

3. Золотарев В.В. Теория и алгоритмы многопорогового декодирования / В.В. Золотарев – М. : Радио и связь, Горячая линия – Телеком, 2006. – 202 с.

4. Битнер В.М. Сети нового поколения–NGN.Учебное пособие для вузов / В.М. Битнер, Ц.Ц. Михайлова. – М. : Горячая линия-Телеком, 2011.–226 с.

5. Consultative Committee for Space Data Systems, Draft CCSDS recommendation for telemetry channel coding (updated to include turbo codes), tech. rep., CCSDS, May 1998. Pink Paper, Rev. 4.

6. European Telecommunications Standards Institute. Digital video broadcasting (DVB); interaction channel for satellite distribution systems. ETSI EN 301 790 V1.2.2, (12-2000) 2000.

7. European Telecommunications Standards Institute. Digital video broadcasting (DVB) second generation framing structure, channel coding and modulation systems for broadcasting, interactive services, news gathering and other broadband satellite applications. DRAFT EN 302 307 (v. 1.1.2 06.2006).

8. European Telecommunications Standards Institute, Universal mobile telecommunications system (UMTS): Multiplexing and channel coding (FDD), 3GPP TS 125.212 version 3.4.0, pp. 14–20, Sept. 23, 2000.