Применение турбокодов в системах связи с автоматическим запросом повторной передачи

С.Ю. Бобрус; В.А. Прасолов; А.А. Устимов

doi:10.18127/j00338486-201905(II)-12

Применение турбокодов в системах связи с автоматическим запросом повторной передачи

С.Ю. Бобрус¹, В.А. Прасолов², А.А. Устимов³

научная статья УДК 654.05 Страницы: 121-128 doi.org/10.18127/j00338486-201905(II)-12

¹ науч. сотрудник, Институт инженерной физики (Серпухов)
² к.т.н., начальник управления, Институт инженерной физики (Серпухов)
³ мл. науч. сотрудник, Институт инженерной физики (Серпухов)

Ключевые слова: Автоматический запрос повторной передачи последовательное повышение избыточности повторов турбо код

Аннотация

Постановка проблемы: рассмотреть вопросы повышения скорости передачи данных по протоколу декаметровой связи HDL, в котором для гарантированного доведения сообщений используется метод последовательного повышения избыточности (IR) в сочетании со сверточным кодированием.

Цель: провести исследование в условиях ассиметричного тракта доведения данных с низкой вероятностью приема квитанций по обратному каналу. Решение поставленной задачи осуществлено путем перехода к турбокодированию. Более высокая исправляющая способность турбокодов по отношению к сверточным позволяет сократить число повторов, требуемое для доставки пакета данных, следствием чего является увеличение информационной скорости передачи данных. Эффективное использование турбокодирования в составе IR-метода достигается модификацией протокола HDL в части обеспечения гарантированного приема квитанций за счет запроса их повторной передачи. Помимо увеличения надежности приема квитанций их перезапрос позволяет решить проблему применения турбокодов в составе IR-метода, связанную с необходимостью использования при декодировании систематических бит турбокода.

Результаты: дана оценка эффективности предлагаемых технических решений с использованием математического аппарата поглощающих конечных марковских цепей. Проведено математическое моделирование оценки, свидетельствующее о повышении пропускной способности в сравнении с оригинальной версией протокола HDL. Отмечено, что полученный выигрыш возрастает с ухудшением качества прямого и обратного каналов связи.

Практическая значимость: совокупный выигрыш от предлагаемых технических решений может доходить до ~383 бит/с или ~12 раз. Прирост в пропускной способности зависит от числа пакетов в HDL-кадре и будет снижаться с уменьшением их числа.

Для цитирования

Бобрус С.Ю., Прасолов В.А., Устимов А.А. Применение турбокодов в системах связи с автоматическим запросом повторной передачи // Радиотехника. 2019. № 5. С. 121–128. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-201905(II)-12

Список источников

Прасолов В.А., Токарев Д.А. Сверточное кодирование в системах передачи информации повторами // Вестник Рязанского государственного радиотехнического университета. 2017. № 61. С. 3−7.
Mukhtrar H., Al-Dweik A., Al-Mualla M. Hybrid ARQ with partial retransmission using turbo product codes // ICTRC2015. 2015. P. 28−31.
MIL-STD-188-141C. Interoperability and Performance Standards for Medium and High Frequency Radio Systems. 25.07.2011.
Морелос Р. Сарагоса. Искусство помехоустойчивого кодирования. Методы, алгоритмы, применение. М.:Техносфера. 2005. С. 320.
Garg D., Adachi F. Application of rate compatible punctured turbo coded hybrid ARQ to MC-CDMA mobile radio // ETRI Journal. 2004. V. 25, 5. P. 405−412.
Garg D., Adachi F. Rate comptatible punctured turbo-coded hybrid ARQ for OFDM in a frequency selective fading channel // The 57th IEEE Semiannual vehicular technology conference. 2003.
Бобрус С.Ю., Прасолов В.А., Токарев Д.А. Декодирование турбокодов с накоплением повторов // Сб. трудов Междунар. конф. «Радиоэлектронные устройства и системы для инфокоммуникационных технологий» (REDS-2017). М.: 2017. С. 406−409.
Прасолов В.А., Токарев Д.А. Турбокоды в системах передачи данных повторами // Инфокоммуникационные технологии. 2017. Т. 15. № 3. С. 257−261.
Кожурякин Д.А., Прасолов В.А., Токарев Д.А., Франков С.В. Метод определения дистанционных характеристик турбокодов // DSPA: Вопросы применения цифровой обработки сигналов. 2018. Т. 8. № 1. С. 100−104.
Кемени Джон Дж., Снелл Дж. Ларк. Конечные цепи Маркова: Пер. с англ. М.: Наука. 1970. 272 с.
Бобрус С.Ю., Попов М.Ю., Прасолов В.А., Токарев Д.А. Оценка скорости передачи данных по протоколу HDL стандарта ALE-3G // VI Междунар. научно-технич. конф. «Радиоэлектроника, электроника и связь», г. Омск. 2017. С. 156−160.
Шевченко В.А. Турбо коды в каналах связи со случайной импульсной помехой, вызывающей группирование ошибок // Информация и космос. 2009. № 4. С. 6−9.
Казаков В.А. Введение в теорию марковских процессов и некоторые радиотехнические задачи. М.: Сов. радио. 1973. 232 с.
Цимбал В.А. Информационный обмен в сетях передачи данных. Марковский подход. М.: Вузовская книга. 2014. 144 с.
Балахонов К.А., Шахтарин Б.И. Исследование эффективности сверточных турбокодов с кодовой скоростью 1/2 // Системы синхронизации, формирования и обработки сигналов. 2014. Т. 5. № 4. С. 154−157.
Бобрус С.Ю., Прасолов В.А., Рыженков В.А., Шиманов С.Н. и др. Модификация протокола HDL в части приема квитанций по обратному каналу // Известия института инженерной физики. 2019. № 1 (51). С. 27−31.

[1] Прасолов В.А., Токарев Д.А. Сверточное кодирование в системах передачи информации повторами // Вестник Рязанского государственного радиотехнического университета. 2017. № 61. С. 3−7.

[2] Mukhtrar H., Al-Dweik A., Al-Mualla M. Hybrid ARQ with partial retransmission using turbo product codes // ICTRC2015. 2015. P. 28−31.

[3] MIL-STD-188-141C. Interoperability and Performance Standards for Medium and High Frequency Radio Systems. 25.07.2011.

[4] Морелос Р. Сарагоса. Искусство помехоустойчивого кодирования. Методы, алгоритмы, применение. М.:Техносфера. 2005. С. 320.

[5] Garg D., Adachi F. Application of rate compatible punctured turbo coded hybrid ARQ to MC-CDMA mobile radio // ETRI Journal. 2004. V. 25, 5. P. 405−412.

[6] Garg D., Adachi F. Rate comptatible punctured turbo-coded hybrid ARQ for OFDM in a frequency selective fading channel // The 57th IEEE Semiannual vehicular technology conference. 2003.

[7] Бобрус С.Ю., Прасолов В.А., Токарев Д.А. Декодирование турбокодов с накоплением повторов // Сб. трудов Междунар. конф. «Радиоэлектронные устройства и системы для инфокоммуникационных технологий» (REDS-2017). М.: 2017. С. 406−409.

[8] Прасолов В.А., Токарев Д.А. Турбокоды в системах передачи данных повторами // Инфокоммуникационные технологии. 2017. Т. 15. № 3. С. 257−261.

[9] Кожурякин Д.А., Прасолов В.А., Токарев Д.А., Франков С.В. Метод определения дистанционных характеристик турбокодов // DSPA: Вопросы применения цифровой обработки сигналов. 2018. Т. 8. № 1. С. 100−104.

[10] Кемени Джон Дж., Снелл Дж. Ларк. Конечные цепи Маркова: Пер. с англ. М.: Наука. 1970. 272 с.

[11] Бобрус С.Ю., Попов М.Ю., Прасолов В.А., Токарев Д.А. Оценка скорости передачи данных по протоколу HDL стандарта ALE-3G // VI Междунар. научно-технич. конф. «Радиоэлектроника, электроника и связь», г. Омск. 2017. С. 156−160.

[12] Шевченко В.А. Турбо коды в каналах связи со случайной импульсной помехой, вызывающей группирование ошибок // Информация и космос. 2009. № 4. С. 6−9.

[13] Казаков В.А. Введение в теорию марковских процессов и некоторые радиотехнические задачи. М.: Сов. радио. 1973. 232 с.

[14] Цимбал В.А. Информационный обмен в сетях передачи данных. Марковский подход. М.: Вузовская книга. 2014. 144 с.

[15] Балахонов К.А., Шахтарин Б.И. Исследование эффективности сверточных турбокодов с кодовой скоростью 1/2 // Системы синхронизации, формирования и обработки сигналов. 2014. Т. 5. № 4. С. 154−157.

[16] Бобрус С.Ю., Прасолов В.А., Рыженков В.А., Шиманов С.Н. и др. Модификация протокола HDL в части приема квитанций по обратному каналу // Известия института инженерной физики. 2019. № 1 (51). С. 27−31.