обеспечение информационной эффективности дискретных

УДК 621.391.3
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИНФОРМАЦИОННОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ
ДИСКРЕТНЫХ КАНАЛОВ СВЯЗИ С ТЕХНОЛОГИЕЙ OFDM
Урывский Л.А., Прокопенко Е.А., Осипчук С.А.
Институт телекоммуникационных систем НТУУ «КПИ»
E-mail: leonid_uic@ukr.net, k.prokopenko@ukr.net
Increase of information efficiency on the basis
of error-correcting coding and OFDM
This article is devoted to evaluation of signal-code structures with specified
frequency-energy characteristics . The modified Zyuko’s procedure is presented.
The modified procedure enables to evaluate comprehensive systems by the set of
parameters.
Системы связи по-разному используют основной ресурс, отводимый
для передачи сообщений. В качестве показателей, используемых для
сравнения телекоммуникационных систем на физическом уровне, проф.
Зюко А.Г. предложены [1] коэффициенты энергетической β и частотной γ
эффективности, количественно оценивающие удельную энергетическую и
частотную эффективность систем передачи информации (СПИ), а также
обобщенный коэффициент информационной эффективности η:
b=
R
,
a
g=
R
,
F
h=
R
,
C
(1)
где α= Рс / N0 = h2 ∙V - энергетический параметр, N0 – спектральная
плотность мощности шума в канале связи; h2 = Рс / Рш – отношение
мощностей сигнала и шума в канале, V – скорость передачи символов в
дискретном канале, F = V – отводимая полоса частот канала, R – скорость
передачи информации по каналу, С – пропускная способность непрерывного
канала связи.
В модифицированной методике [2] для графического отображения
соотношений (1) вводится шкала численных градаций информационной
эффективности (η=0,…,1), которая позволяет количественно оценивать
информационную эффективность различных систем при любых значениях
показателей β и γ.
Кроме того, для дискретных сигналов вводится шкала значений
показателей достоверности (в методике проф. Зюко А.Г. численное значение
показателя достоверности дискретных сигналов фиксированное). При этом
значение пропускной способности канала связи определяется выражением:
C = V × [ log(1 + h2 ) ] .
(2)
484
Данные усовершенствования являются актуальными для технологий,
реализуемых в дискретных каналах связи: WiFi, WiMax, LTE – в которых
технология OFDM занимает особое место [3].
Последующая модификация известных методик [1-2] позволяет учесть
в (1) с учетом (2) фактор помехоустойчивого кодирования следующим
образом:
b=
r × log M × R
r × log M × R
, g = r × log M × R , h =
,
2
log(1 + h 2 )
h
R = [1 + Pош _ код log Pош _ код + (1 - Pош _ код ) log(1 - Pош _ код )] ,
(3)
где r – скорость кодирования помехоустойчивого кода, M –позиционноcть
манипуляции, Рош_код – вероятность ошибки приема двоичного символа на
выходе декодера, h2 – отношение мощностей сигнала и шума в канале, при
котором обеспечивается Рош_код .
b , дБ
-4
h =0.5
-8
1
h =0.25
-12
-16
2
h =0.12
5
-20
5 6
-24
3
4
-28
4
-2
0
2
4
g , дБ
Рис.1 Динамика показателей информационной эффективности дискретных
каналов связи с технологией OFDM (модуляция –QPSK).
На рис.1 отображены показатели эффективности использования
ресурсов системы передачи дискретных сигналов на одной несущей и с
OFDM на основе показателей (3).
Точке 1 соответствуют показатели эффективности канала с модуляцией
QPSK на одной несущей. Достоверность оценивается вероятностью битовой
ошибки на входе QPSK-демодулятора рош = 10-7.
Использование в структуре сигнала с OFDM 30 ортогональных
поднесущих частот, модулированных 30 параллельными потоками данных в
той же полосе с усилением, исключающим нелинейные искажения, и с тем
485
же энергетическим ресурсом канала (h2 = const) существенно изменяет
частотную и энергетическую эффективность (точка 2).
Показатели эффективности β и γ уменьшатся на 3дБ, при этом и
показатель помехоустойчивости сигналов снижается до рош=1,7*10-1. Таким
образом, применение OFDM без специальных приемов повышения
помехоустойчивости приводит к ухудшению всех показателей.
Использование допустимого усиления поднесущих OFDM, допускающим
нелинейные искажения в пределах норм достоверности, позволяет улучшить
показатель достоверности до рош = 10-3 (точка 3, КU =2,89). Чтобы добиться
исходной достоверности (вероятности ошибки рош = 10-7) сигналов с OFDM
можно увеличить мощность излучения этого сигнала (точка 4), что приводит
к существенному снижению энергетической эффективности.
Альтернативным приемом является применение помехоустойчивого
кодирования, которое повышает энергетическую эффективность. Одними из
эффективных помехоустойчивых кодов являются LDPC коды. В точках 5 и
6 отображены показатели эффективности сигналов OFDM с различными по
длине LDPC кодами (5 – длина кода n =200; 6 – n =1000), обеспечивающие
Рош_код = 10-7. Применение LDPC кодов большей длины приводит к
выигрышу по частотной и энергетической эффективности, поскольку эти
коды обладают большей скоростью кодирования.
Можно видеть, что точка 6 (OFDM с N =30, QPSK, LDPC с n =1000)
соответствует сигналу с высокой достоверностью (Рош_код = 10-7) и лучшей
энергетической β и общей информационной эффективностью η по сравнению
с сигналом без кодирования в точке 4 (OFDM с N =30, QPSK). Ценой
различия является выигрыш OFDM-сигнала без кодирования по показателю
частотной эффективности γ при неизменной достоверности. Это
свидетельствует о возможности выбора разработчиком той версии
предпочтительной эффективности, которая диктуется условиями синтеза
системы связи.
Литература
1. Теория электрической связи: Учебник для вузов / Зюко А.Г., Кловский Д.Д., Коржик
В.И., Назаров М.В./ Под ред. Д.Д. Кловского. – М: Радио и связь, 1999. – 432с.
2. Урывский Л.А. Расширение пространства отображения эффективности систем связи на
основе методики А.Г.Зюко [Текст]/ Урывский Л.А.,
Прокопенко Е.А. //
Інфокомунікації - сучасність і майбутнє: Друга міжнародна науково-практична
конференція молодих вчених, 11-12 жовт. 2012 р. – О.: ОНАЗ– 2012.– с.17-19.
3. Урывский Л.А. Исследование энергетических характеристик OFDM сигналов в канале с
постоянными параметрами [Текст] / Урывский Л.А., Осипчук С.А.// Telecommunication
sciences #2, 2013. – с.22-27.
486