Исследование помехоустойчивости сверточного кода стандарта TETRA с декодированием по алгоритму Витерби

Содержание

Введение

Глава 1. Структура канала передачи данных в TETRA

1.1. Общая характеристика стандарта TETRA

1.2. Сверточное кодирование: принципы и параметры. Алгоритм декодирования Витерби

Глава 2. Разработка имитационной модели системы передачи данных TETRA

2.1. Общая характеристика модели. Реализация сверточного кодера

2.2. Реализация декодера Витерби. Расчет и накопление статистики BER

Глава 3. Экспериментальное исследование и анализ результатов

3.1. Результаты моделирования. Анализ энергетического выигрыша

3.2. Влияние параметров декодеров

Заключение

Список использованной литературы

ИССЛЕДОВАНИЕ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ СВЕРТОЧНОГО КОДА СТАНДАРТА TETRA С ДЕКОДИРОВАНИЕМ ПО АЛГОРИТМУ ВИТЕРБИ

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы курсовой работы определяется растущими требованиями к качеству и надежности систем профессиональной радиосвязи в Российской Федерации. Стандарт TETRA (Terrestrial Trunked Radio) активно внедряется в системах связи для нужд оперативных служб, транспортных предприятий, энергетических объектов и промышленных комплексов. Обеспечение высокой помехоустойчивости передачи данных в условиях сложной электромагнитной обстановки становится критически важной задачей для поддержания бесперебойной работы технологических процессов и безопасности объектов критической инфраструктуры.

Степень разработанности проблемы в отечественной научно-технической литературе характеризуется наличием фундаментальных работ по теории помехоустойчивого кодирования и цифровой обработки сигналов. Российские ученые внесли значительный вклад в развитие методов сверточного кодирования и алгоритмов декодирования. Вместе с тем, исследования специфики применения этих методов в системах TETRA остаются актуальными в связи с необходимостью оптимизации параметров передачи в различных условиях эксплуатации.

Современные системы профессиональной мобильной радиосвязи предъявляют жесткие требования к вероятности битовых ошибок при передаче данных. Сверточное кодирование в сочетании с алгоритмом декодирования Витерби обеспечивает эффективную защиту информации от воздействия помех в радиоканале. Параметры кодирования, заложенные в стандарте TETRA, требуют детального анализа для оценки достижимых характеристик помехоустойчивости и определения областей эффективного применения технологии.

Цель курсовой работы – исследование помехоустойчивости сверточного кода стандарта TETRA с декодированием по алгоритму Витерби на основе имитационного моделирования.

Задачи курсовой работы:

• изучить структуру канала передачи данных и параметры сверточного кодирования в стандарте TETRA;
• исследовать принципы функционирования алгоритма декодирования Витерби;
• разработать имитационную модель системы передачи данных с реализацией сверточного кодера и декодера Витерби;
• провести экспериментальное исследование зависимости вероятности битовых ошибок от отношения сигнал-шум;
• выполнить анализ энергетического выигрыша кодирования и влияния параметров декодера на характеристики системы.

Объект исследования – система передачи данных стандарта TETRA с помехоустойчивым кодированием.

Предмет исследования – характеристики помехоустойчивости сверточного кода при декодировании по алгоритму Витерби.

Методологическая база исследования включает теоретические основы цифровой обработки сигналов, теории информации и помехоустойчивого кодирования; методы имитационного моделирования систем связи; статистические методы обработки результатов экспериментов; нормативно-техническую документацию стандарта TETRA.

Научная новизна работы заключается в получении количественных характеристик помехоустойчивости конкретной реализации сверточного кода стандарта TETRA и анализе влияния параметров декодера на эффективность системы передачи данных.

Теоретическая значимость определяется систематизацией знаний о методах помехоустойчивого кодирования в профессиональных системах радиосвязи.

Практическая значимость состоит в возможности использования результатов моделирования для проектирования и оптимизации систем связи на базе стандарта TETRA.

Структура курсовой работы включает введение, три главы, заключение и список использованной литературы. Первая глава посвящена изучению структуры канала передачи данных TETRA и теоретических основ сверточного кодирования. Во второй главе описывается разработка имитационной модели системы передачи. В третьей главе представлены результаты экспериментального исследования и их анализ.

ГЛАВА 1. СТРУКТУРА КАНАЛА ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ В TETRA

1.1. Общая характеристика стандарта TETRA

Стандарт TETRA (Terrestrial Trunked Radio) представляет собой открытый европейский стандарт цифровой транкинговой радиосвязи, разработанный Европейским институтом телекоммуникационных стандартов (ETSI) в начале 1990-х годов для удовлетворения потребностей профессиональных пользователей мобильной радиосвязи. В Российской Федерации внедрение систем TETRA началось в середине 2000-х годов и получило широкое распространение в органах внутренних дел, на объектах транспортной инфраструктуры, в энергетическом секторе и на промышленных предприятиях [1, c. 15].

Архитектура сети TETRA включает базовые станции, коммутационную инфраструктуру и абонентские терминалы, объединенные в транкинговую систему с динамическим распределением каналов связи. Технология обеспечивает групповую связь, индивидуальные вызовы, передачу данных и диспетчерское управление в едином радиоинтерфейсе. Стандарт определяет работу в частотных диапазонах 380-400 МГц и 410-430 МГц с шириной канала 25 кГц, что позволяет обеспечить эффективное использование радиочастотного ресурса [3, c. 42].

Физический уровень TETRA использует четырехпозиционную фазовую манипуляцию (π/4-DQPSK) со скоростью передачи символов 18 кбод, обеспечивающую канальную скорость передачи данных 36 кбит/с на один временной слот. Система применяет технологию многостанционного доступа с временным разделением каналов (TDMA), при которой четыре временных слота формируют кадр продолжительностью 56,67 мс. Каждый абонентский терминал использует один временной слот для передачи и один для приема, что позволяет организовать одновременную работу четырех пользователей в одном радиоканале [5, c. 78].

Особенностью стандарта TETRA является комплексный подход к обеспечению помехоустойчивости передачи информации. На канальном уровне применяется каскадное кодирование, включающее сверточное кодирование с последующим перемежением битов для борьбы с пакетными ошибками. Параметры кодирования различаются для разных типов логических каналов в зависимости от требований к надежности передачи и допусти

…