МЕТОДЫ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА КАНАЛА СВЯЗИ ПРИ АДАПТИВНОМ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОМ КОДИРОВАНИИ

Реальные каналы связи, например коротковолновые радиолинии, характеризуются тем, что условия распространения сигнала могут меняться, а это может привести к увеличению количества ошибок в принимаемом сообщении. Поэтому заранее подобрать параметры помехоустойчивого кода, которые бы при любом состоянии канала обеспечивали помехоустойчивость системы, сложно. Следовательно, адаптивное кодирование является перспективным направлением разработок в области техники связи.

Адаптивное кодирование позволяет подстраивать код в зависимости от изменения качества канала связи. Различают алгоритмическую, структурную и параметрическую адаптацию. В случае алгоритмической адаптации происходит изменение алгоритмов кодирования и декодирования кода. Структурная адаптация применяется тогда, когда прежняя конструкция кода при любых ее параметрах и алгоритмах кодирования и декодирования не обеспечивает заданной вероятности  доведения сообщений. Параметрическая адаптация предусматривает изменение основных параметров кода, например блоковой и информационной длин. Выбор той или иной адаптации зависит от разрабатываемой системы и дальнейших условий ее эксплуатации. Однако, несомненно, немаловажной задачей при применении адаптивного кодирования является получение характеристик канала связи.

Согласно известным способам адаптивного кодирования оценивание качества канала можно выполнять на передающей и приемной сторонах. Известен способ, при котором непрерывный контроль уровня шумов, помехи осуществляется на передающей стороне [1]. По результатам данного контроля происходит выбор параметров кодов с обнаружением и исправлением ошибок, которые в дальнейшем используются для кодирования и декодирования сообщения.

 Достоинством данного метода является то, что нет необходимости организовывать обратный канал связи, что упрощает структуру системы передачи информации. Однако в случае, если передача данных осуществляется на большие расстояния, условия распространения сигнала на приемной стороне могут отличаться от условий на передающей стороне, что приведет к неоптимальному приему защищенной помехоустойчивым кодом информации. Также при разработке системы необходимо предусмотреть, с помощью чего будет осуществляться контроль качества. Такой метод целесообразно применять там, где сложно организовать канал обратной связи, и передача информации осуществляется на небольшие расстояния.

Таким образом, при передаче данных на большие расстояния применение контроля качества канала связи на передающей стороне не позволяет в полной мере обеспечить помехоустойчивость системы передачи информации.  Поэтому в таких ситуациях необходимо подстраивать параметры кода под помеховую обстановку на приемной стороне [2]. При этом контроль качества канала на стороне приемника проводится на основании результатов декодирования полученной кодовой комбинации. В свою очередь, такие методы оценивания качества канала связи при адаптивном кодировании можно разделить на две группы: прямые и косвенные. К первой из них относятся методы, основанные на подсчете количества ошибок в кодовых словах и вычислении частоты этих ошибок. Но в каналах низкого качества такие методы дают погрешность, так как трудно точно оценить число ошибок в стертых и трансформированных словах. Поэтому применяют методы второй группы, где коэффициент ошибок и показатели группирования ошибок рассчитывают по распределению блоковой статистики ошибок в словах кода [3].

Известен способ адаптивного кодирования, при котором по каналу связи на приемную сторону передают служебный сигнал [4]. На приемной стороне по результатам приема данного сигнала контролируется качество канала связи. В зависимости от этого выбираются параметры помехоустойчивого кода, которые обеспечивают требуемую вероятность доведения сообщений. Далее данные параметры доводятся до передающей стороны по каналу обратной связи, после чего происходит кодирование сообщения кодом с полученными параметрами.

Достоинствами данного метода можно считать то, что он достаточно прост и не требует дополнительного устройства для получения данных о качестве канала связи. Также, в отличие от вышеуказанного метода [1],  наличие канала обратной связи позволяет учитывать условия распространения сигнала на приемной стороне. Однако использование служебного сигнала ведет к увеличению количества передаваемых по каналу связи символов без повышения корректирующей способности кода, что влечет за собой  снижение скорости передачи информации. Таким образом, в мобильных системах связи, где скорость и оперативность доставки сообщений играют немаловажную роль, данный метод применять нецелесообразно.

Помимо вышеуказанного метода известен способ адаптивного кодирования, где контроль качества канала связи осуществляется на приемной стороне по отношению оценки амплитуды к оценке среднеквадратичного отклонения сигнала (оценке отношения сигнал/шум) [3]. Берется выборка из N принятых сигналов, для каждого из которых производится оценка амплитуды принимаемого сигнала. Если считать, что произведено N независимых опытов над случайной величиной A, то оценки математического ожидания и дисперсии можно вычислить следующим образом.

                                                                 (1)

 – оценка математического ожидания случайной величины A;

A_i – значение случайной величины A, полученное в результате i-го опыта, i=;

N – число независимых опытов.

                                                       (2)

 – оценка дисперсии случайной величины A.

Отношение оценки амплитуды принимаемого сигнала  к оценке среднеквадратического отклонения  и является оценкой отношения сигнал/шум.

                                                               (3)

 – оценка отношения сигнал/шум.

Далее это значение сравнивается с заданным пороговым значением . Если оно больше порогового значения, то принимается решение об отказе от кодирования. В случае, когда полученное значение меньше порогового, тогда используется помехоустойчивое кодирование с теми параметрами, которые были зафиксированы в памяти до отказа от кодирования.

Данный метод применим для передачи информации между мобильными объектами, так как при близком расстоянии между ними качество канала высокое, и отказ от кодирования позволяет сократить время на обработку данных.

Помимо вышеуказанных к методам оценивания качества канала связи на приемной стороне относится также метод, при котором состояние канала непрерывно отслеживается в «скользящем окне приема» [5]. Длина окна обеспечивает принятие верного решения о новых параметрах кода. По результатам декодирования полученного кода рассчитывается величина избыточности кода, обеспечивающая заданную вероятность правильного приема, оценивается вероятность правильного приема кода с выбранными параметрами, которая сравнивается с заданной. На основании полученного отклонения происходит коррекция величины избыточности кода, которая используется для выбора новых параметров.  

Непрерывная оценка состояния канала позволяет более точно оценить качество и рационально выбрать параметры помехоустойчивого кода, что повышает помехоустойчивость системы передачи информации. Данный метод позволяет передавать информацию на длительные расстояния при различной помеховой обстановке.

По результатам проведенного обзора методов можно сказать, что при применении адаптивного помехоустойчивого кодирования информации существенную роль играет контроль качества канала связи, который рационально проводить на приемной стороне. При этом на этапе разработке структуры системы передачи данных необходимо предусмотреть канал обратной связи для доведения параметров помехоустойчивого кода на передающую сторону для дальнейшего кодирования.

Список литературы:

1. Патент № 6044485 США, МПК 7 G06F 11/10, 28.03.2000.
2. Зюльков А.В., Солодов Р.А., Сидоров Ю.В., Ефанов А.А., Кудаев В.С. Способ передачи информации с использованием адаптивного помехоустойчивого кодирования // Патент РФ № 2321180,  27.03.2008.
3. Квашенников В.В., Кухарев А.Д., Шабанов А.К. Методы адаптивного помехоустойчивого кодирования и их применение в перспективных комплексах авиационной радиосвязи // III Всероссийская научно-техническая конференция «Радиолокация и радиосвязь» - ИРЭ РАН. – 2009. – с. 474 – 487.
4. Габе Н. Р., Лебедев Ю.М., Опаринский П. П., Семенович Д. Н. Исследование адаптивных блоковых корректирующих кодов в информационных каналах с помехами. //Вопросы радиоэлектроники, Сер. ОВР. 1990. – вып. 14 – с. 25-35.
5. Квашенников В.В., Кухарев А.Д. Способ адаптивного помехоустойчивого кодирования // Патент РФ № 2375824,  10.12.2009.