Оценка эффективности использования сигнально-кодовых конструкций на примере технологии DVB-T2 | Статья в сборнике международной научной конференции

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 17 августа, печатный экземпляр отправим 21 августа.

Опубликовать статью в журнале

Библиографическое описание:

Пешкин А. М., Грязнов Д. А. Оценка эффективности использования сигнально-кодовых конструкций на примере технологии DVB-T2 [Текст] // Технические науки: проблемы и перспективы: материалы VI Междунар. науч. конф. (г. Санкт-Петербург, июль 2018 г.). — СПб.: Свое издательство, 2018. — С. 24-27. — URL https://moluch.ru/conf/tech/archive/288/14426/ (дата обращения: 18.10.2019).



Ключевые слова: сигнально-кодовые конструкции, информационная эффективность, энергетика, модуляция, QAM

Базовым инструментом удовлетворения требований к передаче информации при ограниченном ресурсе канала связи является применение информационно ёмких сигналов — сигналов многопозиционной модуляции. Вопросами обработки и передачи сигналов занимается теория потенциальной помехоустойчивости, основателем которой является Котельников В. А. В современных телекоммуникационных системах широко используются такие виды модуляции, как QPSK, QAM-16, QAM-64, QAM-256.

В то же время применение многопозиционной модуляции приводит к ухудшению качества связи. Данная проблема решается применением помехоустойчивых кодов, вопросами формирования которых занимается теория помехоустойчивого кодирования. Однако, при помехоустойчивом кодировании ресурсы канала используются как для передачи сообщений источника, так и для передачи избыточных сообщений, в результате чего уменьшается информационная ёмкость сообщений, передаваемых по каналу связи.

Наиболее распространенными видами помехоустойчивого кодирования, которые используются в современных телекоммуникационных системах, являются непрерывные коды, двоичные блочные коды (БЧХ, LDPC), недвоичные блочные коды Рида-Соломона, каскадные коды. Выбор в канале связи с известными параметрами рационального сочетания в одном сигнале вида модуляции с максимально допустимой кратностью и эффективностью исправляя кода, который обеспечивает необходимую достоверность, приводит к понятию сигнально-кодовой конструкции.

Рассмотрим эффективность использования сигнально-кодовых конструкций на примере стандарта DVB-T2. Для оценки информационной эффективности сигнально-кодовых конструкций, используемых в стандарте DVB-T2, приведем таблицу комбинаций помехоустойчивых кодов и видов модуляции, используемых в стандарте:

Таблица 1

Наборы значений кодовых скоростей от модуляции втехнологии DVB-T2

Модуляция

Кодирование, rc

QPSK

1/2

3/5

2/3

3/4

4/5

5/6

QAM-16

1/2

3/5

2/3

3/4

4/5

5/6

QAM-64

1/2

3/5

2/3

3/4

4/5

5/6

QAM-256

1/2

3/5

2/3

3/4

4/5

5/6

Как видно из таблицы 1, для каждого вида модуляции может использоваться кодовая конструкция с любой из перечисленных кодовых скоростей. Очевидно, что выбор конкретной СКК зависит от отношения сигнал / шум в канале связи. Поэтому, для оценки информационной эффективности зададимся рабочим диапазоном отношение сигнал / шум [h2min; h2max] на входе демодулятора и для каждого набора СКК определим, для которого значения h2 информационная эффективность будет наибольшая. Пусть необходимо обеспечить достоверность на выходе декодера на уровне P=10–7

Приведем алгоритм определения информационной эффективности СКК DVB-T2.

Первый шаг. Для заданного диапазона отношение сигнал / шум [h2min; h2max] определим канальную вероятность ошибки для каждого вида модуляции используя выражения [1–3]. Для примера приведем выражения для поиска канальной вероятности ошибки для QPSK и QAM-16:

,(3)

где Pош_б_1 та Pош_б_2 вычисляются на основании выражений:

Второй шаг. Для каждой вероятности ошибки определим вероятность ошибки после внутреннего декодера БЧХ pin. Для этого воспользуемся выражением для биномиального распределения [4], где P = pin:

(4)

Третий шаг. Для каждой pin определим вероятность ошибки после внутреннего декодера LDPC, которая и будет результирующей вероятностью ошибки каскадного кода P. Для определения вероятности на выходе декодера аналогично предыдущему шагу воспользуемся выражением (4), в котором pб= pin.

Четвертый шаг. Построим зависимость информационной эффективности от энергетики для каждого вида модуляции и каждого каскадного кода — рис.1.

Отметим, что рис.1 построен при условии обеспечения необходимой достоверности. Из рисунка видно, что существуют пороговые значения энергетики h2, для которых невозможно обеспечить необходимую достоверность, используя выбранный помехоустойчивый код. Например, для модуляции QAM-16 и каскадного кода со скоростью rc=1/2 можно достичь необходимой достоверности при энергетике , для для rc=3/5 — и т. д.

Рис. 1. Зависимость информационной эффективности от энергетики при модуляции QAM-16 и каскадном кодировании для стандарта DVB-T2

Рис. 2. Зависимость информационной эффективности от энергетики для модуляций QPSK, QAM-16, QAM-64, QAM-256 и каскадном кодировании, которое применяется в стандарте DVB-T2 с кодовыми скоростями: 1/2, 3/5, 2/3, 3/4, 4/5, 5/6

С другой стороны, использование помехоустойчивого кода с большей кодовой скоростью позволяет повысить информационную эффективность. Таким образом, для каждого h2, при , существует лучший помехоустойчивый код, который позволяет передавать сообщения с максимальной информационной эффективностью и заданной достоверностью. Последовательность переходов между видами модуляции и кодирования с увеличением энергетики показана на рис. 2 красными стрелками.

На рис. 2. изображена информационная эффективность для различных видов модуляции и помехоустойчивых кодов. Из рисунка видно, что с увеличением энергетики для достижения максимума информационной эффективности целесообразно делать постепенные переходы от менее скоростных помехоустойчивых кодов к более скоростным, и от менее информационно ёмких видов модуляции к более информационно ёмким.

Пятый шаг. Находятся экстремумы полученных линий информационной эффективности и осуществляется их сравнение с реальными значениями энергетики, при которых происходят переходы от одной СКК к другой. Найденные экстремумы приведены в таблице 2.

Таблица 2

Пороговые значения переходов h2, при которых целесообразно переключение вида модуляции или кодирования для стандарта DVB-T2

Модуляция

Кодирование, rc / Энергетика переходов h2

QPSK

1/2

3/5

3

2/3

3/4

4

4/5

5/6

5

QAM-16

1/2

9

3/5

13

2/3

14

3/4

16

4/5

19

5/6

23

QAM-64

1/2

28

3/5

45

2/3

47

3/4

58

4/5

71

5/6

84

QAM-256

1/2

85

3/5

155

2/3

161

3/4

203

4/5

255

5/6

>300

Литература:

  1. Прокис Д. Цифровая связь [Текст] / Д. Прокис; пер. с англ. — М.: Радио и связь, 2000. — 800 с.
  2. Прокопенко Е. А. Повышение информационных возможностей каналов с многопозиционными сигналами в системах беспроводной связи [Текст]: диссертация кандидата технических наук: 05.12.02 / К. А. Прокопенко; Киев, НТУУ «КПИ». — К.: 2011. — 175 с..
  3. Рубцов А. Е. Влияние неточности оценки канала на вероятность битовых ошибок систем связи с М-QAM модуляцией [Текст] / А. Е. Рубцов, В. С. Шпагина // Труды (седьмой) научной конференции по радиофизике, 7 мая 2003. Ред. А. В. Якимов. — Нижний Новгород: ТАЛАМ, 2003. — c. 216–217.
  4. Морелос-Сарагоса Р. Искусство помехоустойчивого кодирования. Методы, алгоритмы, применение. -М.: Техносфера, 2005–320с.
Основные термины (генерируются автоматически): информационная эффективность, QPSK, вид модуляции, LDPC, необходимая достоверность, код, каскадный код, канал связи, вероятность ошибки, помехоустойчивое кодирование.

Ключевые слова

энергетика, модуляция, QAM, сигнально-кодовые конструкции, информационная эффективность

Похожие статьи

Формирование и обработка OFDM сигналов | Статья в журнале...

Помехоустойчивое кодирование необходимо для нахождения и исправления одиночных ошибок [4]. При передаче

На рис. 4 представлен график зависимости вероятности битовой ошибки от отношения сигнал/шум для системы связи, схема которой приведена на рис. 1–3.

Исследование LDPC декодеров | Статья в журнале...

Основные термины (генерируются автоматически): ASIC, код, LDPC

− используемое помехоустойчивое кодирование — (8176,7154) LDPC с относительной...

Наземная аппаратура ВРЛ обеспечивает прием ИП с КА с заданной вероятностью ошибки, регистрацию.

Разработка предложений по решению ключевых проблем создания...

− используемое помехоустойчивое кодирование — (8176,7154) LDPC с относительной скоростью 7/8 согласно стандарту CCSDS 131.0-B-2; − вид модуляции QPSK/8-PSK/16-QAM/64QAM

Алгоритмы помехоустойчивого кодирования и их аппаратная...

Важнейший вклад в решение данной проблемы вносит теория помехоустойчивого кодирования.

Поэтому этот код является популярным, а также хорошим средством для обнаружения ошибок на практике, например, когда возникают ошибки из-за наличия в канале...

Исследование помехоустойчивости каналов связи...

Исследование помехоустойчивости каналов связи с уплотнением по мощности.

Результатом моделирования является график зависимости вероятности битовой ошибки (BER — bit error rate) от отношения сигнал/шум (SNR) для каждой из видов модуляции и для разных...

Применение помехозащищённого кодирования для повышения...

необходим код обладающий возможность обнаруживать и исправлять ошибки

Алгоритмы помехоустойчивого кодирования и их аппаратная реализация на основе ПЛИС.

Исследование LDPC декодеров | Статья в журнале...

Моделирование дальности действия и пропускной способности...

В технологии LTE спектральная эффективность в 2-4 раза лучше, чем в сетях 3G, описанных в релизе 6 проекта 3GPP.

Предполагая, что будет использована модуляция QPSK со степенью кодирования 1/3

Исследование помехоустойчивости каналов связи с уплотнением...

Оценивание параметра задержки, не управляемое решениями

С помощью данной программы мы сможем количественно оценить эффективность

Модуляция QPSK и 8-PSK с коэффициентом прямоугольности спектра 0,2 имеют пик-фактор 3,5 дБ

Помехоустойчивое кодирование и защитные интервалы снижают информационную...

Критерии качества связи цифровых радиорелейных линий связи

...объем и виды передаваемой информации, схема связи (схема распределения каналов

Поэтому эффективность использования частотного диапазона стала одним из важнейших

Они также используют модуляцию QPSK, имеют встроенный синтезатор частоты...

Похожие статьи

Формирование и обработка OFDM сигналов | Статья в журнале...

Помехоустойчивое кодирование необходимо для нахождения и исправления одиночных ошибок [4]. При передаче

На рис. 4 представлен график зависимости вероятности битовой ошибки от отношения сигнал/шум для системы связи, схема которой приведена на рис. 1–3.

Исследование LDPC декодеров | Статья в журнале...

Основные термины (генерируются автоматически): ASIC, код, LDPC

− используемое помехоустойчивое кодирование — (8176,7154) LDPC с относительной...

Наземная аппаратура ВРЛ обеспечивает прием ИП с КА с заданной вероятностью ошибки, регистрацию.

Разработка предложений по решению ключевых проблем создания...

− используемое помехоустойчивое кодирование — (8176,7154) LDPC с относительной скоростью 7/8 согласно стандарту CCSDS 131.0-B-2; − вид модуляции QPSK/8-PSK/16-QAM/64QAM

Алгоритмы помехоустойчивого кодирования и их аппаратная...

Важнейший вклад в решение данной проблемы вносит теория помехоустойчивого кодирования.

Поэтому этот код является популярным, а также хорошим средством для обнаружения ошибок на практике, например, когда возникают ошибки из-за наличия в канале...

Исследование помехоустойчивости каналов связи...

Исследование помехоустойчивости каналов связи с уплотнением по мощности.

Результатом моделирования является график зависимости вероятности битовой ошибки (BER — bit error rate) от отношения сигнал/шум (SNR) для каждой из видов модуляции и для разных...

Применение помехозащищённого кодирования для повышения...

необходим код обладающий возможность обнаруживать и исправлять ошибки

Алгоритмы помехоустойчивого кодирования и их аппаратная реализация на основе ПЛИС.

Исследование LDPC декодеров | Статья в журнале...

Моделирование дальности действия и пропускной способности...

В технологии LTE спектральная эффективность в 2-4 раза лучше, чем в сетях 3G, описанных в релизе 6 проекта 3GPP.

Предполагая, что будет использована модуляция QPSK со степенью кодирования 1/3

Исследование помехоустойчивости каналов связи с уплотнением...

Оценивание параметра задержки, не управляемое решениями

С помощью данной программы мы сможем количественно оценить эффективность

Модуляция QPSK и 8-PSK с коэффициентом прямоугольности спектра 0,2 имеют пик-фактор 3,5 дБ

Помехоустойчивое кодирование и защитные интервалы снижают информационную...

Критерии качества связи цифровых радиорелейных линий связи

...объем и виды передаваемой информации, схема связи (схема распределения каналов

Поэтому эффективность использования частотного диапазона стала одним из важнейших

Они также используют модуляцию QPSK, имеют встроенный синтезатор частоты...