Delist.ru

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

Автор: Мелентьев Олег Геннадьевич

наибольшую производительность среди рассматриваемых алгоритмов обеспечивает предложенный в работе алгоритм СОН-ПД;

алгоритм ОУОП является наиболее простым из рассмотренных с точки зрения аппаратной реализации;

алгоритм ФПН – с точки зрения аналитического описания.

Далее предлагается аналогичная обобщённая методика оценки производительности системы передачи данных, использующей различные адаптивные алгоритмы при работе по дискретному каналу с тремя состояниями. Состояния канала S1, S2 и S3 характеризуются соответствующей вероятностью ошибки по единичным элементам pош1, pош2 и pош3. Смена состояний описывается марковской цепью с тремя состояниями и соответствующими переходными вероятностями (рис. 21).

Рис 21. Модель дискретного канала с тремя состояниями

Модель работы адаптивной системы по дискретному каналу с тремя состояниями была описана марковской цепью с девятью состояниями и тридцатью тремя вероятностными переходами между ними. Были найдены соотношения между переходными вероятностями модели канала и системы, получены выражения для переходных и финальных вероятностей, приведённых к дискретному шагу, равному единичному элементу. Записано выражение для производительности анализируемой адаптивной системы.

Далее обобщённая методика применяется для анализа адаптивного алгоритма с оценкой успешных и ошибочных приёмов. В соответствии с данным алгоритмом решения в системе принимаются по результатам анализа ошибочно или правильно принятых подряд блоков. Если поражено подряд ? блоков, то система уменьшает длину блока; если правильно принято подряд ? блоков, то система увеличивает длину блока.

Оценка переходных вероятностей обобщённой модели проводилась на основе расчёта средних длин состояний. Поведение системы в переходном состоянии Sc (в котором возможно как увеличение, так и уменьшение длины блока) было представлено марковской цепью с двумя поглощающими состояниями. В зависимости от значений параметров алгоритма ОУОП возможны 4 варианта графов. Наиболее общим является граф для значений параметров ??>1 и ????1 (рис. 22).

Рис 22. Граф поведения системы в состоянии Sc при ???1 и ??>1

В качестве состояний системы выбрано количество правильно принятых подряд ((j) или поражённых ((i) блоков. Поглощающие состояния ?? и ?? соответствуют выполнению критериев изменения длины блока.

. Далее определена длина переходного состояния. Аналогично вычисляются длины других состояний.

После нахождения средних длин состояний переходные и финальные вероятности, а также производительность вычисляются в соответствии с обобщённой моделью.

Разработанная методика позволяет определить область значений параметров алгоритмов адаптации, в которой обеспечивается максимальная производительность системы.

В конце главы представлены имитационные модели для пяти алгоритмов адаптации при работе по дискретному каналу с двумя и тремя состояниями. Целью имитационного моделирования процесса являлась проверка аналитических моделей адаптивных алгоритмов. Относительное отличие производительностей, полученных методами имитационного моделирования и аналитического расчёта по предложенным выражениям, не превышало 2%. Данный факт иллюстрирует относительно высокую точность расчётов по предложенной методике и позволяет рекомендовать её для инженерного применения.

В заключении сформулированы основные результаты работы, которые состоят в следующем:

Предложен матричный метод определения вероятностей длин серий безошибочных элементов, следующих после элемента с ошибкой в дискретном канале, описываемом моделью Гилберта.

для дискретного канала, описываемого моделью Гилберта.

, обеспечивающая существенное снижение затрат вычислительных ресурсов при сохранении приемлемой точности результатов.

Предложен алгоритм работы генератора потока ошибок для модели Гилберта, позволяющий проводить имитационное моделирование процессов передачи.

Разработана методика определения параметров модели Гилберта по статистике средних длин состояний канала, позволяющая анализировать результаты статистических испытаний.

Проведён анализ алгоритма работы системы с корректировкой внутренних параметров для нестационарного радиоканала, описываемого моделью Гилберта. Обоснована требуемая точность оценок длин состояний Dg, Db для обеспечения заданных погрешностей, рассчитываемых на их основе параметров модели канала и получены оценки необходимых для этого объёмов испытаний и времени передачи обучающей последовательности.

Доказана теорема о связи значения модифицированного параметра группирования при заданной глубине перемежения в дискретном канале со значением параметра группирования для исходного канала без перемежения. Данный результат позволяет сократить количество операций, необходимых для вычисления модифицированных параметров модели Гилберта при перемежении, в 10 и более раз относительно известных методик.

Получены аналитические выражения для вычисления модифицированных параметров модели Гилберта при использовании в дискретном канале операций поэлементного и посимвольного перемежения или временного разделения.

Разработана методика оценки значений глубины перемежения и исправляющей способности кода, при которых достигается наибольшая относительная скорость передачи информации при известных параметрах исходного канала.

Получены аналитические выражения для расчёта модифицированных параметров модели Гилберта после применения хоппинга с заданной длиной слота к двум и более исходным каналам с разными параметрами.

Разработана имитационная модель хоппинг-процесса, позволяющая оценить значения параметров результирующего канала, полученного посредством хоппинга двух и более исходных каналов, описываемых моделью Гилберта, при разных длинах слота.

Разработана методика определения области значений длин слотов хоппинг-процесса, исправляющей способности кода и длин блоков, в которой применение хоппинга обеспечивает повышение относительной скорости передачи.

Получено выражение для расчёта модифицированного коэффициента группирования дискретного канала, образованного посредством хоппинга нескольких исходных каналов с последующим перемежением.

Показано, что при фиксированной длине слота зависимости модифицированного коэффициента группирования и средних длин состояний имеют периодический характер. При этом первый минимум зависимостей, а значит максимальная степень декорреляции, достигается при глубине перемежения, равной длине слота. Дальнейшее увеличение глубины перемежения не приводит к снижению степени группирования, но увеличивает задержку.

Разработаны имитационная модель и методика оценки параметров результирующего дискретного канала, образованного посредством хоппинга нескольких исходных каналов с последующим перемежением.

На основе аппарата марковских цепей разработана методика анализа вероятностно-временных характеристик систем с обратной связью и адресным переспросом, учитывающая вероятность необнаружения ошибок в блоке, которая в ряде случаев позволяет повысить точность расчётов.

Получены упрощённые формулы для расчёта основных ВВХ системы, позволяющие сократить время вычисления вероятности успешной доставки и затрат элементов на доставку сообщений.

Разработаны имитационные модели и получены аналитические выражения, позволяющие оценивать ВВХ и оптимизировать параметры систем передачи данных с гибридной обратной связью блочным, свёрточным или комбинированным корректирующим кодированием. Проведено сравнение ВВХ классических систем передачи данных с обратной связью и систем с гибридной обратной связью, которое показало преимущество последних.

Определены граничные значения производительности адаптивной системы передачи данных с изменением длины блока при работе по дискретному каналу с различным числом состояний.

Предложен метод масштабирования дискретного шага моделируемой системы, позволяющий уменьшить сложность моделей.

Разработаны обобщённые методики анализа адаптивной системы с изменением длины блока, позволяющие оценивать производительность различных алгоритмов при работе по дискретным каналам с двумя и тремя состояниями. Данные методики позволяют одновременно учитывать время, затрачиваемое на определение состояния дискретного канала, ошибки, возможные при оценке состояния, и исходные вероятностные характеристики дискретного канала.

Предложен адаптивный алгоритм оценки состояния дискретного канала со скользящим окном наблюдения переменной длины (СОН-ПД).

Разработаны аналитические и имитационные модели пяти адаптивных алгоритмов, позволяющие получать оценки производительности адаптивной системы в зависимости от параметров алгоритмов и параметров дискретного канала.

В приложении приведены акты внедрения, свидетельства об отраслевой регистрации разработок в отраслевом фонде алгоритмов и программ и распечатки листингов разработанных программ.

Список работ автора по теме диссертации

загрузка...