Автореферат (Способ быстрого декодирования длинных псевдослучайных кодов на основе линейных рекуррентных последовательностей)

На правах рукописиПерцев Леонид ВикторовичСпособ быстрого декодирования длинныхпсевдослучайных кодов на основе линейныхрекуррентных последовательностейСпециальность:05.12.13 – Системы, сети и устройства телекоммуникацийАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква – 2013 г.Диссертационная работа выполнена на кафедре телекоммуникационныхсистем Национального исследовательского университета «МИЭТ»Научный руководитель:доктор технических наук, старшийнаучный сотрудникКузнецов Виталий СтепановичОфициальные оппоненты:Горгадзе Светлана Феликсовнадоктор технических наук, профессор,профессоркафедрырадиооборудования и схемотехникиМосковскоготехническогоуниверситета связи и информатикиРощин Андрей Борисовичкандидат технических наук, доценткафедры радиосистем управления ипередачи информации Московскогоавиационногоинститута(национальногоисследовательскогоуниверситета)Ведущая организация:ОАО «Радиотехнический институтимени академика А.Л.

Минца»Защита диссертации состоится « 26 » февраля 2013 г. в __ часов назаседании диссертационного совета Д.212.125.02 Московскогоавиационногоинститута(национальногоисследовательскогоуниверситета) по адресу: 125993, Москва, A-80, ГСП-3, Волоколамскоешоссе, д. 4.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московскогоавиационногоинститута(национальногоисследовательскогоуниверситета) «МАИ».Автореферат разослан «___» ____________ 2013г.Ученый секретарьдиссертационного совета Д.212.125.02кандидат технических наук, доцент2ПетраковА.М.ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность работы. В настоящее время для повышенияпомехозащищенности радиосистем передачи информации в условияхрадиоэлектронной борьбы используются шумоподобные сигналы(ШПС) с большой базой.

Такие сигналы формируются ортогональнымии квазиортогональными кодами, длина которых может намногопревышать 103символов. Широкое применение получиликвазиортогональные коды максимальной длины, коды Голда, кодымалого и большого семейств Касами. Оптимальный корреляционныйприемник для ШПС сигналов, осуществляющий процедуру приема "вцелом”, не всегда реализуем по причине экспоненциальной сложностиустройства обработки в функции от длины кода.

Для разрешенияпроблемы сложности используют регенерацию символов принимаемогосигнала (посимвольный прием), а затем обрабатывают полученнуюкодовую последовательность двоичных символов, используя цифровыесхемы. Разумеется, такая схемаприема проигрывает попомехоустойчивости оптимальному приемнику. Этот проигрыш служитплатой за упрощение практической реализации схемы приема “в целом”в непрерывном канале.Кодовые ансамбли, которые используются для формирования ШПСсигналов с большой базой, можно рассматривать также как блочныекорректирующие коды большой длины. В настоящее время растетинтерес и потребность в быстродействующих декодерах для обработкиочень длинных кодов ( = 103 ÷ 1012 ), так как прогресс в этой областиопределяет развитие систем спутниковой, космической и наземныхвидов связи.

Это обстоятельство подчеркивает, что применяемые втехнике связи алгоритмы коррекции ошибок должны быть максимальноупрощены, а поиск простых и эффективных алгоритмов декодирования– актуальная задача в современной теории помехоустойчивогокодирования.В диссертационной работе изучается проблема реализациипроцедуры декодирования псевдослучайных кодов большой длины, ипредлагается новый метод их цифровой обработки, который снимаетограничения по сложности декодирования при программно-аппаратнойреализации декодера длинных и сверхдлинных псевдослучайных кодов.3Цель и задачи работыЦелью диссертационной работы является разработка методабыстрогодекодированиядлинныхпсевдослучайныхкодов,образованных линейными рекуррентными последовательностями,устойчивого к воздействию шума и импульсной помехи, или шума ихаотической импульсной помехи и характеризуемого малойсложностью практической реализации.

Вычислительная сложностьразработанного метода должна быть не хуже вычислительнойсложности алгоритмов, которые реализуются при помощи быстрыхпреобразований над матрицами Адамара, вычислительная сложностькоторых растет пропорционально 2 .Для достижения поставленной цели необходимо решить следующиезадачи:1.

На основе исследования свойств псевдослучайных кодов,образованных линейными рекуррентными последовательностями, иметодов их декодирования разработать метод декодирования с малойвычислительной сложностью декодера.2. Исследовать помехоустойчивость разработанного метода привоздействии аддитивного белого гауссовского шума и непрерывнойхаотической импульсной помехи.3. Реализовать разработанный метод в виде программной модели.Методы исследованияПроводимые исследования основываются на методах иматематическом аппарате теории информации и помехоустойчивогокодирования, теории вероятностей, статистической радиотехники иматематической статистики.

Для моделирования и проведениячисленных расчетов использовались программные пакеты MATLAB7.6и MS Excel 2007.Научная новизна диссертационной работыНаучная новизна состоит в следующем:1. Разработанметодбыстрогодекодированиядлинныхпсевдослучайных кодов, в основе которого лежит обнаружениебезошибочного сегмента линейной рекуррентной последовательностина основе анализа импульсной характеристики согласованного фильтраи определения информационного блока по найденному сегменту спомощью зеркального генератора последовательности.2.

Исследованы три способа обнаружения безошибочногосегмента линейной рекуррентной последовательности, позволяющие4производить декодирование псевдослучайных кодов по сегменту длинымного меньшей длины кодового слова: 1) поиск «чистого» отрезкаимпульсной характеристики приемного согласованного фильтрасодержащей m+1 нулей; 2) поиск импульсной реакции приемногосогласованного фильтра; 3) по совместному поиску «чистого» сегментаи импульсной реакции. Эти способы позволяют реализовать декодер свычислительнойсложностьюв2 /разменьшейвычислительнойсложностидекодера,наосновебыстрогопреобразование над матрицами Адамара.3. Разработанный метод быстрого декодирования на основепассивной согласованной фильтрации позволяет сократить емкостьзапоминающего устройства в n раз.4.

Для симплексных (n,k) кодов с параметрами (213 − 1,13) и42(2 − 1,42) найдены оптимальные параметры длины сегментавынесения решения для декодирования при передаче по двоичномусимметричному каналу.5. Разработанный метод за счет вынесения решения на неполнойдлине выигрывает по отношению перед классическим приемом в0канале ДСК.6. Одновременное воздействие в канале шумовой и непрерывнойхаотическойимпульснойпомехиприводиткухудшениюкорректирующей способности кода (блоковой вероятности ошибки)всего лишь в 2-3 раза по сравнению со случаем воздействия толькошумовой помехи.Достоверность полученных результатовДостоверностьполученныхрезультатовподтверждаетсясопоставлением теоретических данных с результатами компьютерногомоделирования, полученными при помощи программного пакета,разработанного диссертантом в среде MATLAB 7.6.Личный вклад автораВсе основные результаты диссертационной работы, включаяположения, выносимые на защиту, получены лично авторомдиссертации.Практическая значимость результатов работыПрактическаязначимостьрезультатов,полученныхвдиссертационной работе, заключается в следующем:1.

Применение разработанного метода быстрого декодированияпозволяетреализоватьдекодерпсевдослучайныхкодов5схемотехнически или на цифровых процессорах с ограниченнымиресурсами для приема сверхдлинных кодовых последовательностей врежиме реального времени.2. По сравнению с известными методами, использующие быстрыепреобразования над матрицами Адамара, разработанный метод снижаетвычислительную сложность декодера в ≈ 2 / раз, где – длинакода, а ≪ , и сокращает в ≈ раз емкость запоминающегоустройства.3.

Появление хаотической импульсной помехи в канале ухудшаеткорректирующие характеристики декодера всего в 2-3 раза, чтосвидетельствует об устойчивости предложенного алгоритма квоздействию шумов типа ХИП.4. Разработанная программная модель для передачи идекодирования псевдослучайных кодов может быть использована приразработке цифровых систем передачи команд управления в сложнойпомеховой обстановке, а также в учебном процессе по курсу «Теорияинформации и помехоустойчивого кодирования».5.

Разработанный метод декодирования может применяться вбеспоисковых системах измерения дальности, в системах передачикоманд радиоуправления и персонального вызова, в системахпомехоустойчивого кодирования в широкополосных системах связиспециального назначения (структурная скрытность за счет переборабольшого числа проверочных многочленов ПС кодов, устойчиваяработа в условиях воздействия импульсных помех).Внедрение результатов работыРезультаты исследования внедрены в учебном процессе кафедрытелекоммуникационных систем Национального исследовательскогоуниверситета МИЭТ при проведении лекций и лабораторных работ покурсам «Основы теории информации и помехоустойчивогокодирования», «Проектирование модемов», «Встраиваемые системыреального времени для ТКС», а также в ОКР ОАО «Радиотехническийинститут имени академика А.Л.

Минца».Апробация работыРезультаты работы докладывались и обсуждались на научныхсеминарах кафедры телекоммуникационных систем Национальногоисследовательского университета МИЭТ и на 3-х научно-техническихконференциях: 16-ой Всероссийской межвузовской научно-техническойконференции студентов и аспирантов «Микроэлектроника иинформатика» (г.Москва, 2010 г.), 13-ой Международной конференции6«Цифровая обработка сигналов и ее применении – DSPA’2011»(г.Москва, 2011г.), 14-ой Международной конференции «Цифроваяобработка сигналов и ее применении – DSPA’2012» (г.Москва, 2012г.).ПубликацииОсновные результаты диссертации изложены в 11 работах.

Из них 4статьи в изданиях из перечня, рекомендованного ВАК.Основные положения, выносимые на защиту1. Метод декодирования длинных псевдослучайных кодов,образованных линейными рекуррентными последовательностями, наоснове анализа импульсной характеристики согласованного фильтра.2. Три способа обнаружения безошибочного сегмента линейнойрекуррентной последовательности позволяющие реализовать декодер свычислительнойсложностьюв2 /разменьшейвычислительнойсложностидекодеранаосновебыстрогопреобразование над матрицами Адамара.3. Энергетическаяэффективностьразработанногометодавынесения решения на неполной длине (выигрыш по отношению 0перед классическим приемом в канале ДСК).4.