Перов А.И., Харисов В.Н. ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования (4-е издание, 2010) (1142025), страница 20
Текст из файла (страница 20)
Важным классом блоковых кодов являются коды Хемминга, которые исторически появились раньше многих других. Число символов слова кода Хемминга определяется соотношениями ~6„=2" — 1; 1 =2" — 1 — и, где и — целое положительное число. Данные коды являются линейными циклическими кодами и формируются на основе 1 разрядного регистра сдвига, охваченного обратной связью, в цепи которой использованы сумматоры по птод 2 (рис. 5.3). Сначала в 1 ячеек регистра сдвига помещается блок информационных символов, затем замыкается обратная связь и производится Ц„сдвигов. Первые й символов, снимаемых с выхода, будут информационными, а остальные ~в„— й символов — проверочными.
Кодовое расстояние 0 щ = 3, поэтому коды Хемминга исправляют одиночные ошибки в кодовом слове. Коды Хемминга используются для помехоустойчивого кодирования данных в СРНС ГЛОНАСС ~см. гл. 11). Сверточные коды При сверточном кодировании последовательность информационных символов подвергается линейному преобразованию 1суммированию по птод 2 некоторых компонент последовательности), такому, что каждой совокупности из к входных (информативных) символов ставится в соответствие п > 1 выходных символов.
Таким образом, скорость сверточного кода равна г = 1/и. Линейное преобразование последовательности информационных символов реализуется на базе ( = рк разрядного регистра сдвига, где р — целое число, и п сумматоров по птод 2. 108 Радиосигналы и навигационные сообщения в СРНС Параметр 1 п~К называется длиной кодового ограничения и характеризует количество выходных символов, на которые оказывает влияние любой входной информационный символ.
Рассмотрим простейший (но часто используемый на практике) случай к=1, п=2 (скорость кода г=1/2), р =3. Возможная схема сверточного кодера для этого случая приведена на рис. 5.14 а). ао, а„. а) б) Рис. 5.14. Схема формирования сверточного кода с 1 =1, и = 2, р = 3, а) несистематического, б) систематического В выходной последовательности сверточного кодера рис.
5.14 а) отсутствует «в чистом виде» исходная информационная последовательность ао,а,, Такой сверточный код называют несистематическим. Систематическим сверточным кодом является такой код, для которого в выходной последовательности кодовых символов содержится без изменения исходная информационная последовательность ао,а,,.... Схема систематического сверточного кодера приведена на рис. 5.14 б). Как и в случае блочных кодов, корректирующая способность сверточного кода определяется кратностью а исправляемых ошибок.
При сверточном кодировании для исправления всех ошибок кратности а и менее, необходимо иметь Ы~ > 2а+1, где а~~ — минимальное свободное расстояние, определяемое как минимальное расстояние по Хеммингу между последовательностями сверточного кода на длине кодового ограничения. Турбокоды Турбокоды по своей сути являются параллельно-каскадными сверточными кодами [5.11~. Схема, поясняющая принцип формирования турбокода, приведена на рис. 5.15 при использовании систематического сверточного кода со скорость г = 1/2.
109 Глава 5 а РРо»АА-- Рис. 5.15. Схема формирования турбокода с использованием систематического сверточного кода с г = 1/2 В схеме формирования турбокода присутствуют два идентичных систематических сверточных кодера. На вход первого сверточного кодера поступает исходная информационная последовательность ао,а!,..., а с его выхода снимается последовательность проверочных символов Д,Д,.... На вход второго ! ! сверточного кодера подается последовательность символов, формируемая из исходной информационной последовательности ао,а!,...
в результате ее перемежения в пределах блоков фиксированной длины Е„. С выхода данного кодера снимается последовательность проверочных символов Д,Д,.... Выходная 2 2 последовательность турбокодера формируется в результате мультиплексирования последовательностеи ао,а!,...,,оо,Д,..., Д,,ф!,.... ! 1 2 2 5.6. Модуляция радиосигнала навигационным сообщением 5.6.1. Относительная фазовая манипуляция Сформированное тем или иным образом цифровое 1навигационное) сообщение д„,(г) с длительность информационных символов г„, должно быть передано с помощью излучаемого навигационным спутником радиосигнала. Как отмечалось в п. 5.3 в СРНС используются фазоманипулированные радиосигналы, для которых при передаче навигационного сообщения 3„, (~) можно записать выражение ю(~) = Асов(вог+ л!9„, (!)+ Ро) .
(5.39) !10 На приемной стороне для демодуляции навигационного сообщения может использоваться фазовый детектор (ФД), в котором реализуется умножение принятого сигнала (5.39) на опорный сигнал л,„(~) = сов(а!Ог+ р,„), где р,„— начальная фаза, и выделение постоянной составляющей (рис. 5.16).
Радиосигналы и навигационные сообщения в СРНС Рис. 5.16. Схема фазового детектора Если на интервале интегрирования г, значение цифрового символа равно О, на выходе фазового детектора формируется сигнал иф = ИУ соа((а „вЂ” (ао) .
(5.40) Если фаза опорного сигнала р,„стабильна на всем интервале наблюдения, то из (5.40) однозначно определяется информационный символ д. Однако, если фаза р,„по каким-либо причинам изменится на +л, то знак определяемого параметра д изменится на обратный.
Это явление называют обратной работой ФД. Очевидно, что такой режим работы фазового детектора недопустим, так как с момента перехода на обратную работу последовательность символов д„; к = 1, 2 ... будет приниматься неправильно до тех пор, пока не произойдет следующий скачок фазы на +г. Одним из путей устранения явления обратной работы ФД на приемной стороне является отказ от классического вида противофазных ФМ-сигналов и переход к относительной фазовой манипуляции (ОФМ) — методу русского ученого Н.Т. Петровича. Суть метода заключается в том, что отсчет фазы для каждого информационного символа 3~; к =1, 2 ...
производится не относительно начальной (для данного сеанса приема) фазы, а относительно фазы предыдущей посылки. Пусть р — фаза у'-й посылки, а (о,, — фаза (у' — 1)-й посылки. Так как для противофазного ФМ сигнала Зк = = (О или л~), разность фаз между двумя соседними посылками может также принимать только два значения О, ~(о = )Р~ (а~-1 ~ = если (а =р если (о =у~, +к (5.41) 111 Из (5.41) видно, что если скачок фазы опорного сигнала произойдет в пределах (~' — 1)-й посылки, то соответствующий импульс на выходе ФД "раздробится" на две части с разной полярностью.
Можно показать 15.81, что в ре- .Глава 5 зультате такого эффекта возможен ошибочный прием двух соседних символов. Если скачок фазы произойдет точно на границе двух посылок, то неправильно будет принят лишь один символ. Таким образом, перескок фазы опорного сигнала на +»г при приеме ОФМ-сигнала приводит к появлению только локальных ошибок, а не к переходу на обратную работу в течение длительного времени, как это имеет место при приеме ФМ сигнала. Относительную фазовую манипуляцию можно рассматривать как дополнительную перекодировку исходной последовательности двоичных символов 10 3» = ~ при /г = 1, 2, ... Действительно, пусть 3»; lг = 1, 2, ... — последовательность символов, полученная после перекодирования.
Тогда в соответствии с принципом формирования ОФМ совпадение двух символов Я, и 3», означает передачу исходного символа 3 = О, а в противном случае, когда символы 3» и 3» ~ различны, — передачу символа 9» — — 1. Формально это можно за- писать в виде алгоритмов: (5.42) 3»-1 е3» =3» (5.43) Алгоритм (5.43) используется для перекодировки исходного потока 3»; 1г = 1, 2,. символов в поток 3»; 1г =1, 2, ..., соответствующий ОФМ, а алгоритм (5.26) — для обратного перехода от,9„; 11 = 1, 2, ... к исходному потоку символов 3„; 7г = 1, 2, ... Оптимальный прием сигналов с ОФМ реализует устройство, приведенное на рис.
5.17, где УЗ вЂ” устройство задержки. Как следует из рисунка, приемное устройство состоит из двух частей: устройства оптимального приема противоположных сигналов (обведено штриховой линией) и устройства перекодировки последовательности 3»; 11 =1, 2, ... в исходную последовательность 3; к = 1, 2, ... Рис. 5.17. Схема оптимального приемника сигнала с ОФМ 112 Радиосигналы и навигационные сооби1ения в СРНС Наличие второго устройства, дополнительного к ФД, приводит к изменению (увеличению) вероятности ошибочного решения для всей схемы по сравнению с приемом ФМ-сигнала. Энергетический проигрыш ОФМ-метода по сравнению с ФМ не превосходит! дБ.
5.62. Фазовая манипуляция радиосигнала Ь(1) = 3,„(~) Ф 3„, (1). Излучаемый НС радиосигнал описывается соотношением в(г) = Асов(во1+ ггЬ(г)+ сво) . (5.44) (5.45) Учитывая, что Ь(г) — поток символов 0 и 1, (5.45) можно записать в виде в(~) = АЬл„(г)Ье, (г)соз(вог л- ~оо) (5.46) где Ь „(г) — функция амплитудной модуляции дальномерным кодом; Ь„,(г) — функция амплитудной модуляции навигационным сообщением.
Обе этих функции принимают значения +1 на длительностях г, дальномерного кода и г„, навигационного сообщения соответственно. 5.7. Синхронизация в приемнике сигналов СРНС Для приема сигналов с ОФМ, близкого к оптимальному, необходимо реализовать когерентный прием сигнала [5.13, 5.17), т. е. использовать фазовую 113 Сформированное тем или иным образом цифровое сообщение 3„,(г) должно быть передано с помощью излучаемого навигационным спутником радиосигнала. Как отмечалось в п. 5.3 в СРНС используются фазоманипулированные радиосигналы, в которых для расширения спектра (с целью обеспечения хорошей точности измерения задержки огибающей сигнала) используется манипуляция фазы сигнала на и бинарной кодовой последовательностью, которую называют дальномерным кодом.
Обозначим эту последовательность 3„„(~). Два цифровых потока 3 „(1), 3„,(~) формируются на борту НС синхронно, т.е. фронт каждого символа навигационного сообщения 3„, (~) совпадает с фронтом первого символа дальномерного кода 3 „(~) периодической последовательности А =(а,аз...а„...аг). Итоговая цифровая последовательность Ь(г), поступающая на модулятор гармонического сигнала, формируется в результате сложения по шоб 2 двух указанных последовательностей Глава 5 синхронизаиию, которая осуществляется путем использования системы слежения за фазой сигнала (ССФ). Более подробно вопросы построения ССФ рассмотрены в гл.
6. При демодуляции двоичных символов навигационного сообщения в приемнике необходимо выделить импульсы символьной (тактовой) частоты, определяющие границы принимаемых символов, т. е. осуществить тактовую синхронизаг/ию. Ввиду случайного характера передаваемой информации спектр радиосигнала не содержит составляющей тактовой частоты. Поэтому информацию о тактовой частоте можно выделить только из сигнала, в котором модулирующие посылки меняют свое значение, т.
е. при смене принимаемых символов от 0 к 1, и наоборот. Так как смена О и 1 имеет неравномерное распределение, то могут появиться длительные интервалы времени, когда отсутствует смена значений символов. При этом время установления тактовой синхронизации (нахождение правильной фазы символьной частоты) может существенно возрастать. Для устранения этого явления можно использовать дополнительный синхрокод, который складывается по гпос1 2 с символами навигационных данных. В СРНС ГЛОНАСС в качестве такого кода используется бидвоичный (манчестерский) код с длительностью посылки г,„= г„, /2 (частота 100 бод). Благодаря бидвоичному кодированию всегда осуществляется практически равномерное распределение переходов от 1 к О и наоборот, в том числе при передаче длинных массивов навигационных данных с преобладанием одинаковых символов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
