Delist.ru

Комплекс решений по оптимизации передачи данных в радиоканалах с замираниями (30.08.2007)

Автор: Мелентьев Олег Геннадьевич

Разработать математические модели, связывающие вероятностно-временные характеристики (ВВХ) систем с их внутренними параметрами и параметрами дискретного канала.

Разработать методики оптимизации внутренних параметров систем передачи данных, позволяющие обеспечить заданные внешние качественные показатели при работе по каналу с известными параметрами.

Разработать имитационные модели систем передачи данных, пригодные для оценки состоятельности полученных аналитических выражений.

Методы исследований

В диссертации представлены результаты исследований, полученные с помощью аппарата теории вероятностей, математической статистики, теории марковских цепей, имитационного и математического моделирования.

Научная новизна полученных результатов

Разработаны метод расчёта точных значений вероятности появления ошибок заданной кратности в блоке фиксированной длины для дискретного канала с двумя состояниями и упрощённый метод, обеспечивающий существенное снижение затрат вычислительных ресурсов при сохранении приемлемой точности результатов.

Получены аналитические выражения для расчёта модифицированных параметров модели Гилберта, описывающей результирующий дискретный канал после применения хоппинга с заданной длиной слота, а также после совместного применения хоппинга и поэлементного перемежения.

Разработаны методики, позволяющие определить области значений внутренних параметров системы (глубины перемежения, длин слотов хоппинг-процесса, исправляющей способности кода и длин передаваемых блоков), для которых применение операций перемежения и хоппинга обеспечивает повышение относительной скорости передачи информации.

Разработан комплекс математических и имитационных моделей, позволяющих оценивать ВВХ и оптимизировать параметры как классических систем передачи данных с обратной связью, так и систем с гибридной обратной связью с блочным, свёрточным и комбинированным корректирующим кодированием.

Разработаны обобщённые методики анализа и оптимизации адаптивных систем передачи данных с изменением длины блока, учитывающие: время, затрачиваемое на определение состояния дискретного канала; ошибки в определении состояния канала и исходные вероятностные характеристики дискретного канала, отражающие процесс изменения его состояний. Методики позволяют анализировать производительность различных алгоритмов адаптации при работе по дискретному каналу с двумя и тремя состояниями. В отличие от известных, в данных методиках использовано масштабирование дискретного шага системы, описываемой марковской цепью, позволяющее упростить имитационные модели и сократить время моделирования.

Разработаны аналитические и имитационные модели алгоритмов адаптации с оценкой успешных и ошибочных приёмов (ОУОП), со скользящим окном наблюдения (СОН), со скользящим окном наблюдения переменной длины (СОН-ПД), с фиксированным периодом наблюдения (ФПН) и с переменным периодом наблюдения (ППН), позволяющие получать оценки производительности адаптивной системы в зависимости от параметров алгоритма и параметров дискретного канала с двумя и тремя состояниями.

Практическая значимость работы

Результаты диссертационной работы использованы: в Уральском конструкторском бюро связи (УКБС) Екатеринбургского филиала электросвязи ОАО «Уралсвязьинформ» при разработке абонентских устройств в рамках реализации проектов «Организация широкополосного доступа к ресурсам сети Интернет для общеобразовательных учреждений» и «Организация связи к службе 112» в Свердловской области; в Объединённом Макро Региональном Центре по Уральскому федеральному округу в ООО «Эквант» при решении технических проблем и проектировании систем передачи данных; в СибГУТИ при разработке лекционных курсов по дисциплинам: «Системы и сети передачи дискретных сообщений», «Основы построения телекоммуникационных систем и сетей».

Предложенные методы и методики могут быть использованы при проектировании телекоммуникационных систем передачи данных следующих поколений.

Основные результаты, выносимые на защиту

Методы расчёта значений вероятности ошибок заданной кратности в блоке фиксированной длины для дискретного канала с двумя состояниями.

Теорема о том, что значение модифицированного коэффициента группирования модели Гилберта равно значению исходного коэффициента группирования, возведённого в степень, равную глубине поэлементного перемежения.

Аналитические выражения для расчёта модифицированных параметров модели Гилберта после применения операций перемежения и хоппинга.

Методики оценки относительной скорости передачи по каналам с группирующимися ошибками в системах, использующих перемежение и хоппинг.

Математические и имитационные модели систем передачи данных, позволяющие получать оценки ВВХ систем передачи данных с классической и с гибридной обратной связью блочным, свёрточным и комбинированным корректирующим кодированием, а также результаты моделирования систем передачи данных с различными видами обратной связи.

Обобщённые методики анализа и оптимизации адаптивной системы с изменением длины блока, позволяющие анализировать производительность различных алгоритмов адаптации при работе по дискретному каналу с двумя и тремя состояниями.

Методика масштабирования дискретного шага системы, описываемой марковской цепью, позволяющая упростить модели систем с адаптивными алгоритмами и сократить время моделирования.

Аналитические модели систем с алгоритмами адаптации ОУОП, СОН, СОН-ПД, ФПН и ППН, позволяющие получать оценки производительности адаптивной системы в зависимости от параметров данного алгоритма и параметров дискретного канала с двумя состояниями.

Аналитическая модель системы с алгоритмом адаптации ОУОП, позволяющая получить оценку производительности адаптивной системы в зависимости от параметров алгоритма и параметров дискретного канала с тремя состояниями.

Достоверность полученных результатов обеспечена обоснованным применением методов теории вероятности, математической статистики, теории цепей Маркова, сравнением аналитических результатов с результатами имитационного моделирования, а также сравнением с результатами, полученными другими авторами.

Апробация

Основные результаты диссертационной работы были доложены на:

Российской научно-технической конференции «Информатика и проблемы телекоммуникаций» – Новосибирск, 1996, 2005гг.

Международной научно-технической конференции «Информатика и проблемы телекоммуникаций» – Новосибирск, 2001, 2002, 2003, 2004гг.

III Международной конференции «Современные информационные технологии – СИТ-98» – Новосибирск, 1998г.

Международной научно-технической конференции «Microwave electronics: Measurements, Identifications, Applications – MEMIA 2001» – Новосибирск, 2001г.

Международных научно-технических конференциях «Siberian Russian Workshops and Tutorials on Electron Devices and Materials – EDM-2002, EDM-2003, EDM-2004, EDM-2005» – Эрлагол, 2002, 2003, 2004, 2005гг.

Международной научно-технической конференции «Перспективы развития современных средств и систем телекоммуникаций» – Томск, 2003г.

Международной научно-технической конференции «Современные проблемы телекоммуникаций» – Одесса, 2003г.

Международной научно-практической конференции «Информационные технологии нового поколения в индустриальном регионе» – Кемерово, 2004г.

Международной научно-практической конференции «Перспективы развития современных средств и систем телекоммуникаций» – Екатеринбург, 2005г.

IX Международной научно-технической конференции «Проблемы функционирования информационных сетей» – Новосибирск, 2006г.

Публикации. По результатам исследований опубликовано 45 работ, из них одна монография, 9 статей в реферируемых журналах, рекомендованных ВАК РФ для публикаций материалов, отражающих основные результаты докторских диссертаций, 7 работ, депонированных в ВИНИТИ, учебное пособие СибГУТИ с грифом УМО, 2 свидетельства о регистрации в ОФАП и 25 докладов на международных и всероссийских конференциях.

Личное участие. В совместных публикациях автору диссертации принадлежат постановки задач, разработка методов исследования, трактовка полученных результатов. Программы для ПК и расчёты, представленные в главах 5 и 6, выполнены совместно с аспирантами диссертанта П.А. Коноваловым и С.Н. Мякишевым.

загрузка...