Статья

Название статьи МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ИНФОРМАЦИОННОГО КАНАЛА ПОВЫШЕННОЙ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ ЦИФРОВЫХ СИСТЕМ СТАНДАРТА DVB-T2
Автор М. С. Светлов, А. А. Львов, Д. В. Кленов, П. А. Львов, М. К. Светлова
Рубрика РАЗДЕЛ II. МОДЕЛИРОВАНИЕ СЛОЖНЫХ СИСТЕМ И ПРОЦЕССОВ
Месяц, год 05, 2018
Индекс УДК 51-74:621.397.2
DOI
Аннотация Рассматривается вариант стандарта DVB-T2 для систем наземного цифрового телерадиовещания (СЦТРВ). Анализируется структура каскадного кодирования, заложенная в основу стандарта. Выделяются ключевые каскады кодирования, определяющие основные показатели по помехоустойчивости: кодирование кодом Боуза-Чоудхури-Хоквингема (БЧХ), кодирование низкоплотностным кодом с множественными проверками на четность (кодом Галлагера c малой плотностью проверок – МПП), COFDM модуляция, вставка защитных межсимвольных интервалов. В работе предлагается математическая модель информационного канала (ИК) повышенной помехоустойчивости для цифровых систем передачи информации (ЦСПИ), построенных на основе стандарта DVB-T2. Модель отличается наличием каскада защитного кодирования на основе кода с кодовым сигнальным признаком (КСП) и заменой COFDM модуляции одним из вариантов более простой позиционно-импульсной модуляции (ПИМ). Дана краткая характеристика кода на базе КСП и рассмотрены свойства его кодовых слов. Основной целью работы является исследование помехоустойчивости ИК, построенного по предложенной математической модели, и оценка его энергетической эффективности. Задача состоит в определении минимального значения отношения сигнал/шум (ОСШ), гарантированно обеспечивающего заданное или желаемое значение битового коэффициента ошибок (БКО), с последующим сравнением полученного значения этого отношения с известными данными для типовых СЦТРВ стандарта DVB-T2. С целью решения указанной задачи построенная модель упрощается исключением из нее некоторых каскадов кодирования за счет введения дополнительных предположений о свойствах входных данных. Упрощенная структура модели ИК содержит три кодека: на базе кодов БЧХ и МПП, а также кода с КСП. В качестве модели сигнала помех в канале связи (КС) рассматриваются случайные аддитивные импульсные помехи с пуассоновским законом распределения и амплитудами, распределенными по закону Гаусса с нулевым математическим ожиданием и ненулевой дисперсией, что соответствует белому гауссовскому шуму. Для расчета энергетической эффективности формулируются прямая и обратная задачи. Прямой задачей является определение искомого минимального значения ОСШ при заданной величине БКО. Обратной задачей – вычисление величины БКО по известной статистике помех в КС и параметрам кодов каждого каскада. Аналитическое решение прямой задачи получить достаточно сложно, поэтому сначала осуществляется решение обратной задачи на базе формул, позволяющих найти величины БКО последовательно для каждого кодека, а затем используется монотонная зависимость величины БКО от значения ОСШ для решения прямой задачи методом двоичного поиска. В работе вычисляются значения ОСШ для зафиксированных в стандарте настроек кодовых каскадов. Полученные расчетные данные соответствуют улучшенной энергетической эффективности предложенной модели ИК ЦСПИ по сравнению с типовыми СЦТРВ стандарта DVB-T2.

Скачать в PDF

Ключевые слова Кодирование; декодирование; математическое моделирование; кодовый сигнальный признак; DVB-T2; энергетическая эффективность.
Библиографический список 1. Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2). – DVB Document Final draft ETSI EN 302 755 V1.3.1 (2011-11).
2. Карякин В.Л. Цифровое телевидение: учеб. пособие для вузов. – 2-е изд., переработанное и дополненное. – М.: СОЛОН-ПРЕСС, 2013. – 448 с.
3. Дворкович В.П., Дворкович. А.В. Цифровые видеоинформационные системы (теория и практика). – М.: Техносфера, 2012. – 1008 с. ISBN 978-5-94836-336-3.
4. Peterson W.W., Weldon E.J. Error-correcting codes. – Cambridge, Massachusetts and London, England: The MIT Press Publ., 1972. – 593 p.
5. Юргенсон Р.И. Помехоустойчивость цифровых систем передачи телемеханической информации. – Л.: Энергия, 1971. – 250 с.
6. Гладких А.А. Основы теории мягкого декодирования избыточных кодов в стирающем канале связи. – Ульяновск: УлГТУ, 2010. – 379 с.
7. Форни Д. Каскадные коды. – М.: Мир, 1970. – 207 с.
8. Золотарев В.В., Овечкин Г.В. Помехоустойчивое кодирование. Методы и алгоритмы: Справочник / под ред. чл.-корр. РАН Ю.Б. Зубарева. – М.: Горячая линия-Телеком, 2004. – 126 с.
9. Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. – 2-е изд. – М.: Издательский дом "Вильямс", 2003. – 1104 с.
10. Светлов М.С., Львов А.А., Кленов Д.В. Принципы обеспечения повышенной надежности дистанционного тестового контроля // Мат. 13 Междунар. конф. "Актуальные проблемы электронного приборостроения". – Саратов, 2017. – С. 403-408.
11. Львов А.А., Светлов М.С., Мартынов П.В. Повышение информационной надежности цифровых систем с QAM/COFDM модуляцией // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: "Математика. Механика. Информатика". – 2014. – Т. 14, № 4, Ч. 1.
– С. 473-482.
12. L’vov A.A., Klenov D.V.,Svеtlоv M.S., Sytnik A.A., Dolinina O.N. Increasing of information reliability of digital communication channels under conditions of high intensity noise // Proc. of the X Internat. Scientific and Technical Conf. "Dynamics of Systems, Mechanisms and Machines(Dynamics)". – Omsk: Omsk State Technical University, Omsk, Russia, – November 15-17, 2017. IEEE Catalog Number: CFP17RAB-CDR.
13. Шахнович И. Современные технологии беспроводной связи. – М.: Техносфера, 2006.
– 288 c. ISBN: 5-94836-070-9.
14. Мартынов П.В., Светлов М.С. Повышение помехоустойчивости в цифровых системах передачи информации с радиоканалами // Вестник Саратовского государственного технического университета. – 2012. – № 1 (64). – Вып. 2. – С. 328-331.
15. Львов А.А., Светлов М.С., Мартынов П.В. Исключение защитных интервалов при передаче сигналов в системах с QAM/COFDM модуляцией // Сб. тр. III Междунар. науч. конф. "Проблемы управления, передачи и обработки информации" (АТМ-2013). – 2013. – Т. 2. – С. 39-44.
16. Svetlov M.S., L'vov A.A., Klenov D.V., Dolinina O.N. Algorithms of Coding and Decoding for Code with Code Signal Feature // Proc. of the 2017 IEEE Conf. of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (EIConRus), St. Petersburg, Russia. – 2017. – P. 748-752. DOI: 10.1109/EIConRus.2017.7910666.
17. Светлов М.С., Львов А.А., Кленов Д.В., Балабан О.М. Некоторые свойства кода на основе кодового сигнального признака // Мат. 13 Междунар. конф. "Перспективные информационные технологии" (ПИТ 2017). – Самара, 2017. – С. 992-995. ISBN: 978-5-93424-784-4.
18. Кленов Д.В., Светлов М.С., Львов А.А., Львов П.А., Светлова М.К. Математическая модель информационного канала с кодеком на базе кодового сигнального признака // Мат. 8-й Всерос. науч. конф. "Системный синтез и прикладная синергетика" (ССПС-2017).
– пос. Нижний Архыз, 2017. – С. 322-330.
19. Светлов М.С., Львов А.А., Кленов Д.В. Влияние интервального условия на помехоустойчивость информационного канала // Мат. Междунар. конф. "Информационно-коммуникационные технологии в науке, производстве и образовании" (ICIT-2017).
– Саратов, 2017. – С. 144-150. ISBN: 978-5-9758-9676-4.
20. Frequency and network planning aspects of DVB-T2. REPORT, VERSION 4.1.1. – Geneva, October 2014.
21. Шахнович И. DVB-T2 — новый стандарт цифрового телевизионного вещания // Электроника: Наука, Технология, Бизнес. – 2009. – №6. – С. 30-35.
22. Светлов М.С., Львов А.А., Кленов Д.В., Мельникова Н.И. Оптимизация параметров вторичного кода с кодовым сигнальным признаком в каналах с заданной статистикой // Мат. 5-й Междунар. юбилейн. науч. конф. "Проблемы управления, обработки и передачи информации" (УОПИ-2017). – Саратов, 2017. – С. 182-188.
23. Digital Video Broadcasting (DVB); Implementation guidelines for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2). ETSI TS 102 831 V1.2.1 (2012-08).
24. Математическая энциклопедия / Главный редактор И.М. Виноградов. – М.: Советская энциклопедия, 1979. – 1104 с.
25. Uryvsky L., Osypchuk S. The analytical description of regular LDPC codes correcting ability // Transport and Telecommunication. – 2014. – Vol. 15, No. 3. – P. 177-184.

Comments are closed.