ДОСЛІДЖЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ЗАСТОСУВАННЯ ПРИСТРОЇВ ПЕРЕМІШУВАННЯ ТА ВІДНОВЛЕННЯ ДЛЯ БОРОТЬБИ З ПАКЕТНИМИ ПОМИЛКАМИ.. Методичні вказівки з Методи кодування інформації. Робота № 203566

Перехід до торгівельного партнера Binance

ДОСЛІДЖЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ЗАСТОСУВАННЯ ПРИСТРОЇВ ПЕРЕМІШУВАННЯ ТА ВІДНОВЛЕННЯ ДЛЯ БОРОТЬБИ З ПАКЕТНИМИ ПОМИЛКАМИ.

Інформація про навчальний заклад

ВУЗ:

Національний університет Львівська політехніка

Інститут:

Не вказано

Факультет:

Не вказано

Кафедра:

Кафедра Телекомунікацій

Інформація про роботу

Рік:

2001

Тип роботи:

Методичні вказівки

Предмет:

Методи кодування інформації

Завантажити

Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ Національний університет “Львівська політехніка” Кафедра “Телекомунікації” ДОСЛІДЖЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ЗАСТОСУВАННЯ ПРИСТРОЇВ ПЕРЕМІШУВАННЯ ТА ВІДНОВЛЕННЯ ДЛЯ БОРОТЬБИ З ПАКЕТНИМИ ПОМИЛКАМИ Методичні вказівки до лабораторної роботи № 7 з курсу «Методи кодування інформації» для студентів базового напрямку «Телекомунікації» Львів 2001 “Дослідження ефективності застосування пристроїв перемішування та відновлення для боротьби з пакетними помилками”. Методичні вказівки до лабораторної роботи № 7 з курсу “Методи кодування інформації” для студентів базового напрямку 0924 - “Телекомунікації”. - Львів 2001. – 7 с. Автори: доцент Коваль Б.В. ст. викладач Чайковський І.Б. Рецензенти: професор, д.т.н. Оганесян А.Г. доцент, к.т.н. Волочій Б.Ю. У лабораторній роботі розглянуто принципи побудови, досліджуються алгоритми роботи та параметри пристроїв перемішування/відновлення, які широко застосовуються в сучасних телекомунікаційних системах для боротьби з пакетними помилками. Методичні вказівки затверджено на засіданні кафедри “Телекомунікації” Національного університету “Львівська політехніка” 04.04.2001 р., протокол № 8. Мета роботи Навчитися ефективно застосовувати пристрої перемішування та відновлення для боротьби з пакетними помилками, дослідити вплив параметрів перемішування на розподіл помилок. Теоретичні відомості Для боротьби з пакетними помилками є два основні методи Використання схем перемішування/відновлення у поєднанні з кодерами/декодерами для некорельованих помилок. Використання кодерів/декодерів, призначених безпосередньо для корекції пакетних помилок. На рис.1 показана структурна схема телекомунікаційної системи звязку, в якій використовуються пристрої перемішування і відновлення. Кодер Пристрій перемішування КАНАЛ Пристрій відновлення Декодер Ввід даних Вивід даних Завади Рис. 1.Структурна схема телекомунікаційної системи звязку. Пристрій перемішування перевпорядковує (переставляє) символи в послідовності деяким детермінованим способом. З пристроєм переміщування логічно звязаний пристрій відновлення, з допомогою якого здійснюється зворотня перестановка і відновлюється вихідний порядок символів. Існує багато типів таких пристроїв. Два важливих класа пристроїв переміщування  це періодичні і псевдовипадкові. Періодичним пристроям в багатьох випадках надають перевагу через простоту їх реалізації. Але псевдовипадкові пристрої переміщування характеризуються більшою стійкістю, ніж періодичні. Тому псевдовипадкові пристрої переміщування можуть виявитись ефективнішими в деяких практичних ситуаціях, коли характеристики пакетів в каналі можуть з часом змінюватись. Періодичні пристрої перемішування Перестановка є періодичною функцією часу. Звичайно використовуються пристрої двох типів блокові та згорткові. На вхід блокових пристроїв перемішування символи потрапляють блоками і пристрій виконує одну і ту ж перестановку кожного блоку символів. Згорткові пристрої перемішування не мають фіксованої блокової структури. Вони здійснюють перестановку напівскінченної послідовності кодових символів. Різниця між пристроями перемішування двох типів подібна на різницю між блоковими і згортковими кодами. Блокові пристрої перемішування Типові блокові пристрої перемішування працюють слідуючим чином. Кодові символи записуються в стовпці матриці, яка складається з N стрічок і B стовпців. Перестановка заклбчається в тому, що для передачі по каналу символи зчитуються з матриці по стрічках. Такий пристрій називають блоковим (B,N)  пристроєм перемішування. Пристрій відновлення здійснює зворотню операцію: записує символи по стрічках, а зчитує по стовпцях. Ясно, що такі пристрої перемішування і відновлення легко реалізувати з допомогою сучасної цифрової техніки, а також програмно. Найбільш важливі властивості при такому способі полягають в слідуючому: Любий пакет помилок довжиною b EMBED Equation.2 B переходить на виході пристроя відновлення в одиночні помилки, кожні дві з яких відділені не менш ніж N символами. Любий пакет помилок довжиною b = r*B (r>1) переходить в пакети помилок довжиною, не більшою [ r ] символів, кожні два з яких відділені не менш ніж N  [ r ] символами. Періодична послідовність одиночних помилок, розділених B символами переходить в один пакет довжиною N на виході пристроя перемішування. Затримка пристроя складає 2NB символів (в доповнення до затримки каналу), і кожний з пристроїв вимагає памяті місткістю NB символів. В типових випадках параметри пристроїв перемішування вибирають такими, щоб довжина b всіх очікуючих пакетів не перебільшувала B. Але, якщо характеристики пакетів помилок суттєво не стаціонарні, то пристрої перемішування такого типу згідно властивості 3 можуть бути нестійкі. Вибір параметра N залежить від схеми кодування, яку використовують. В переважних випадках вплив памяті в каналі не проявляється на будь-якому відрізку з N символів на виході пристроїв відновлення. Тому параметр N повинен бути вибраний більший, ніж довжина відрізка, на якому проводиться декодування. Для блокових кодів значення N повинне бути більше довжини блока, а для згорткових кодів  більше довжини кодового обмеження. При цьому кожний пакет помилок довжиною b EMBED Equation.2 B приведе не більше, ніж до одної помилки в кожному кодовому слові блокового коду. Аналогічно для згорткових кодів існує не більше одної помилки на кожному відрізку, довжина якого рівна довжині кодового обмеження. Згорткові пристрої перемішування Згорткові пристрої перемішування були запропоновані Ремсі і Форні. Пристрій працює слідуючим чином. Кодові символи попадають послідовно в набір з B регістрів зростаючих довжин. При поступленні кожного нового кодового слова комутатор перемикається на новий регістр, куда потрапляє слідуючий кодовий символ, в той же час самий старий символ цього регістра потрапляє в канал. Пристрій відновлення здійснює зворотню операцію. Найбільш важливі властивості згорткових пристроїв полягають в слідуючому: Мінімальна відстань між будь-якими двома символами, відстань між якими на вході пристрою меньше, ніж N символів, на виході рівна B. З цього витікає, що будь-який пакет з b<B помилок в каналі переводиться пристроєм відновлення в одиночні помилки, розділені не менш, ніж N символами. Періодична послідовність одиночних помилок, які знаходяться на відстані N+1 символів одна від одної, переводиться пристроєм відновлення в пакет довжиною B. Загальна затримка рівна N(B  1) символів і потрібна місткість памяті в кожному пристрої перемішування і відновлення складає N(B  1)/2 символів. Затримка і місткість памяті в цьому випадку вдвічі меньша, ніж для блокових пристроїв перемішування і відновлення. Параметри B i N вибираються так само, як і для блокових пристроїв. Параметр B повинен бути більше довжини блока при блокових кодах і більше довжини кодового обмеження при згорткових кодах. При такому виборі характеристики блокових і згорткових (B,N)  пристроїв перемішування дуже близькі. Псевдовипадкові пристрої перемішування Псевдовипадкові пристрої перемішування представляють собою блокові пристрої, які беруть блоки з L символів каналу після декодування і переставляють псевдовипадковим чином. Це можна зробити, записавши L символів в память з довільною вибіркою і потім зчитавши їх псевдовипадковим чином. Потрібну перестановку можна записати в постійну память і використати для адресації памяті пристроїв перемішування. Пристрій відновлення проводить зворотню перестановку. Іншими словами, якщо для деякої перестановки символи каналу псевдовипадково зчитуються з памяті, то в пристрої відновлення ті ж символи записуються в память з допомогою тої ж перестановки. Коли ці символи зчитуються з памяті, то адресація повинна бути послідовна. Для породження множин послідовностей існує багато способів. Але такі множини потрібно провірити для того, щоб зясувати,чи досягнута потрібна ступінь стійкості. В якості способу перестановки Ріхтер запропонував використовувати лінійні порівняння. Псевдовипадкова послідовність цілих чисел Такий метод забезпечує високу ступінь стійкості при зміні параметрів пакетів, але його складність перевищує звичайно складність блокового або згорткового пристроїв перемішування того ж обєму. Вплив перемішування Метод псевдовипадкового перемішування дозволяє забезпечувати велику ступінь стійкості при зміні параметрів пакетів, але його складність перевищує складність блокового або згорткового перемішування того ж обєму. Періодичні пристрої виробляють максимально розділене стирання, в той же час як псевдовипадкові подають на вхід декодера випадкові стирання. Широко поширена точка зорк полягає в тому, що періодичний підхід являється більш вигідним, якщо параметри пристроїв перемішування точно узгодженні з параметрами пакетів стирань (B i P). Але це приводить до меньшої стійкості до зміни цих параметрів, ніж псевдовипадковий підхід. Але періодичне перемішування нестійке при організованих завадах, оскільки організатор завад може використовувати значення структури пристрою відновлення. При організованих завадах можна стирати одиночні символи, відстань між якими рівна деякому невеликому кратному числу B. Вмикаючи і вимикаючи цей процес, можна отримувати будь-яке значення інтенсивності. При відновленні всі стирання будуть розміщені в одному і тому же стовпці, так що на вході декодера виникне один довгий пакет стирань, що приведе до значного погіршення. При наявності випадкових пакетів перемішування необхідно, а при обмеженні максимальної довжини пакету найкращі характеристики досягаються при перідичному перемішуванні. Параметр перемішування B повинен бути вибраний рівний максимальній довжині пакету. На відміну від попереднього прикладу, пакет не може покривати кілька стрічок матриці перемішування. Вибір занадто великого значення B нічого не погіршить (якщо пакети випадкові, то малість довжини пакету в порівнянні з B не приводить до погіршення характеристик). Число стрічок в матриці перемішування повинна бути не меньше довжини відрізка декодування. Псевдовипадкові пристрої перемішування являють цікавість в тому випадку, коли параметри процесу, який визиває стирання, відомі недостатньо точно або взагалі невідомі (наприклад, при організованих завадах). Якщо перемішування є дійсно випадковим, то характеристики залежать тільки від Eb/N0 і від середньої інтенсивності  . Потрібна довжина псевдовипадкового перемішування завжди більша періодичного перемішування для правильно визначеного періодичнрго процесу появи пакетів стирань, але вона може виявитись так і меньше довжини, яка потрібна при наявності випадкових пакетів стирань. Це залежить від глубини декодування і від інтенсивності . Але періодичні пакети стирань обробляються набагато легше, і приведені результати показують, що для пакетів стирань помірної довжини (не більше половини довжини кодового обмеження в переданих символах) при низькій інтенсивності погіршення незначне навіть без перемішування. Для більш довгих пакетів, коли перемішування необхідно, періодичні пристрої перемішування, параметри яких узгоджені з параметрами пакетів, виявляються стійкими до порівняно великим змінам довжин пакетів ( при постійному  ). Але є випадки, коли періодичне перемішування не володіє достатньою стійкістю (наприклад, при організованих завадах). Випадкове перемішування володіє більшою ступінню стійкості. Його рекомендується застосовувати в випадках, коли умови інтерференції невідомі. Завдання 1. Дослідити ефективність застосування пристроїв перемішування та відновлення для боротьби з пакетними помилками. 2. Навчитися ефективно застосовувати пристрої перемішування та відновлення для боротьби з пакетними помилками, дослідити вплив параметрів перемішування на розподіл помилок. Порядок виконання роботи. Ознайомитись з теоретичною частиною. Запустити програму Luchana.exe: в меню вибрати “Режим відображення”, “Пакетні помилки”. У вікні, що з’явиться, натиснути кнопку “Перемішування”. вибрати вхідний файл (вже готовий чи власно створений), задати назву вихідного файлу; в меню “Задання глибини перемішування” задати для всіх трьох варіантів значення параметрів N та B, де N і B - кількість стрічок і стовпців в матриці перемішування відповідно. Вибрати перемикач “Перемішати” і натиснути кнопку “Ok”; натиснути кнопку “Канал”. В меню “Вхідний файл” вказати назву закодованого файлу. В меню “Вихідний файл” вказати назву вихідного файлу; в розділі “Тип каналу” вибрати перемикач “Симетричний”; в розділі “Тип помилки” вибрати перемикач “Пакетні”; натиснути кнопочку “Параметри”. У вікні, що з’явиться, ввести значення імовірністі помилок в пакеті, між пакетами та ін. Натиснути кнопку “Ok”; натиснути кнопку “Передати”. Натиснути кнопку “Відновлення”; в меню “Вхідний файл” вказати назву файла, який пройшов через канал зв’язку. В меню “Вихідний файл” вказати назву вихідного файлу; параметри N і B встановити такі ж, як і при перемішуванні; встановити перемикач в положення “Відновити”, натиснути кнопку “Ok”. Натиснути кнопку “Прогляд/побітовий”. У вікні, що з’явиться, вказати для прогляду назву вхідного файла. Натиснути кнопочку “ОК”. Прогляути файли на всіх етапах роботи. Подивитися, як впливають різні параметри перемішування на розподіл пакетних помилок після відновлення. Повторити для несиметричного каналу, та при інших параметри перемішування. Провести процеси кодування, перемішування, внесення помилок, відновлення, декодування кодеками (задані викладачем) та проглянути файли на всіх етапах процесу роботи . Порівняти результати та зробити висновки. Рекомендації: Для наглядності найзручніше використовувати вхідні тестові файли, які заповнені нулями. Для зручності користування файли рекомендується називати систематично. Наприклад, 111, 222, 333, ..., ХХХ , ... , де Х- номер контрольної точки макету. Контрольні питання. Які існують методи боротьби з пакетними помилками ? Приведіть порівняння випадків, при яких дані методи є найбільш ефективними ? Які існують методи перемішування та відновлення ? Як вибираються параметри перемішування ? Як впливають дані параметри на розподіл пакетних помилок після відновлення ? Література Цымбал В.П. Теория информации и кодирование. - 1992. Кузьмин И.В., Кедрус В.А. Основы теории информации и кодирования: Учебник для вузов, 2-е изд., перераб. и доп. -1986. Кларк Д., Кейн Д. Кодирование с исправлением ошибок в системах цифровой связи. - 1987. Кодирование информации (двоичные коды). Справочник/ Березюк Н.Т., Андрущенко А.Г., Мощицкий С.С. и др. - 1978. Коваль Б.В. Конспект лекцій з курсу „Методи кодування інформації” для студентів базового напрямку „Телекомунікації”. – Львів, 2001. Підписано до друку 14.05.2001. Папір офсетний. Друк офсетний. Умов.-друк. арк. 0,44. Формат 60х84 1/16. Наклад 100 прим. Зам. 1021. Віддруковано в НВМ Поліграфічного технікуму УАД 79008, м. Львів, пл. Митна, 1

Методичні вказівки Методи кодування інформації

01.01.1970 03:01-

Коментарі

Ви не можете залишити коментар. Для цього, будь ласка, або зареєструйтесь.

Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!

Маєш корисні навчальні матеріали, які припадають пилом на твоєму комп'ютері? Розрахункові, лабораторні, практичні чи контрольні роботи — завантажуй їх прямо зараз і одразу отримуй бали на свій рахунок! Заархівуй всі файли в один .zip (до 100 МБ) або завантажуй кожен файл окремо. Внесок у спільноту – це легкий спосіб допомогти іншим та отримати додаткові можливості на сайті. Твої старі роботи можуть приносити тобі нові нагороди!

поділитись