Ako prebieha optimalizácia komunikačných sietí: systémový audit, rádiové merania, analýza dát. Cvičenie: Analýza a optimalizácia digitálneho komunikačného systému Optimalizácia načítania dát v mobilných sieťach

ANALÝZA A OPTIMALIZÁCIA DIGITÁLNEHO KOMUNIKAČNÉHO SYSTÉMU

1.3 Voľba typu modulácie a výpočet charakteristík kvality prenosu

Aplikácia

ÚVOD

Život modernej spoločnosti je nemysliteľný bez široko rozvetvených systémov prenosu informácií. Bez nej by nemohol fungovať priemysel, poľnohospodárstvo, doprava.

Ďalší rozvoj všetkých aspektov činnosti našej spoločnosti je nemysliteľný bez čo najširšieho zavedenia automatizovaných riadiacich systémov, ktorých najdôležitejšou súčasťou je komunikačný systém na výmenu informácií, ako aj zariadenia na ich uchovávanie a spracovanie.

Prenos, ukladanie a spracovanie informácií prebieha nielen pri používaní technických zariadení. Normálny rozhovor je výmena informácií. Existuje mnoho rôznych foriem prezentácie a uchovávania informácií, ako napríklad: knihy, diskety, pevné disky atď.

Technológia prenosu informácií, možno vo väčšej miere ako ktorákoľvek iná technológia, ovplyvňuje formovanie štruktúry svetového spoločenstva. Uplynulé desaťročie sa nieslo v znamení revolučných zmien na internete a s nimi aj radikálnych a často nepredvídateľných zmien v spôsobe nášho podnikania v celosvetovom meradle. Z toho vyplýva úplne prirodzený záver, že bez znalosti základov teórie prenosu signálu nie je možné vytvárať nové dokonalé komunikačné systémy a ich fungovanie. Preto je jeho štúdium neoddeliteľnou súčasťou teoretickej prípravy študentov.

Prenos správy z jedného bodu do druhého je základom teórie a technológie komunikácie. V kurze "Teória telekomunikácií" študujú jednotné metódy riešenia rôznych problémov vznikajúcich pri prenose informácií od zdroja k príjemcovi.

1.1 Bloková schéma digitálneho komunikačného systému

V mnohých prípadoch z praxe vzniká problém prenosu súvislých správ diskrétnym komunikačným kanálom. Tento problém je vyriešený použitím digitálneho komunikačného systému. Jedným z takýchto systémov je systém na prenos kontinuálnych správ metódou pulzno-kódovej modulácie (PCM) a harmonickej manipulácie nosnej. Bloková schéma takéhoto systému je znázornená na obr. 1. Pozostáva zo zdroja správ (IC), analógovo-digitálneho prevodníka (ADC), binárneho diskrétneho komunikačného kanálu (DCS), ktorého súčasťou je spojitý komunikačný kanál (NCS), digitálno-to- analógový prevodník (DAC) a prijímač správ (PS). Každá z vyššie uvedených častí systému obsahuje množstvo ďalších prvkov. Poďme sa im venovať podrobnejšie.

Zdrojom správ je nejaký objekt alebo systém, ktorého informácie o stave alebo správaní sa musia prenášať na určitú vzdialenosť. Informácie, ktoré sú prenášané z IS, sú pre príjemcu neočakávané. Preto je jeho kvantitatívna miera v teórii telekomunikácií vyjadrená prostredníctvom štatistických (pravdepodobnostných) charakteristík správ (signálov). Správa je fyzická forma prezentácie informácií. Správy sú často prezentované vo forme časovo premenného prúdu alebo napätia, ktoré odráža prenášané informácie.

Obrázok 1.1 - Bloková schéma digitálneho komunikačného systému

Vo vysielači (IS) sa správa najskôr filtruje, aby sa jej spektrum obmedzilo na určitú hornú frekvenciu f V. Je to potrebné na efektívne znázornenie odozvy LPF x (t) vo forme sekvencie vzoriek xk. = x (kT), k = 0, 1, 2,..., ktoré sú pozorované na výstupe vzorkovača. Všimnite si, že filtrovanie je spojené so zavedením chyby e f (t), ktorá odráža tú časť správy, ktorá je zoslabená dolnopriepustným filtrom. Ďalej sú počty (x k) kvantované za úrovňou. Proces kvantovania je spojený s nelineárnou transformáciou vzoriek so spojitou hodnotou (x k) na vzorky s diskrétnou hodnotou (x k l), čo tiež prináša chybu, ktorá sa nazýva chyba kvantovania (šum) e kv (t). Kvantové hladiny (y k = x k l) sú potom kódované binárnym neredundantným (primitívnym) alebo šumovo-imunitným kódom.

Sekvencia kombinácií kódov (b k l) tvorí signál PCM, ktorý je odoslaný do modulátora - zariadenia, ktoré je navrhnuté tak, aby zladilo zdroj správ s komunikačnou linkou. Modulátor generuje lineárny signál S (t, b i), čo je elektrická alebo elektromagnetická vibrácia, ktorá sa môže šíriť pozdĺž komunikačného vedenia a je jednoznačne spojená so správou, ktorá sa prenáša (v tomto prípade signál PCM). Signál S (t, b i) vzniká ako výsledok diskrétnej modulácie (manipulácie) - procesu zmeny jedného alebo viacerých parametrov nosnej vlny podľa signálu PCM. Pri použití harmonickej nosnej U H (t) = U m cos (2pf n t + j 0) sa rozlišujú signály: amplitúdové, frekvenčné a fázové kľúčovanie (AM, FM a FM).

Aby sa zabránilo emisiám mimo pásma pri jednokanálovej komunikácii alebo pri organizovaní viackanálovej komunikácie, ako aj na vytvorenie požadovaného odstupu signálu od šumu na vstupe prijímača, lineárny signál sa filtruje a zosilňuje vo výstupnom stupni integrovaného obvodu.

Signál S (t) z výstupu IC vstupuje do komunikačnej linky, kde je ovplyvnený rušením n (t). Na vstupe prijímača (Pr) pôsobí zmes z (t) = s (t) + n (t) prenášaného signálu a rušenia, ktorá je na vstupnom stupni Pr filtrovaná a privádzaná do demodulátora (detektora) .

Pri demodulácii sa z prijatého signálu extrahuje zákon zmeny informačného parametra, ktorý je v našom prípade úmerný PCM signálu. V tomto prípade je na rozpoznanie prenášaných binárnych signálov k výstupu demodulátora pripojené rozhodovacie zariadenie (VP). Pri prenose binárnych signálov bi, i = 0, 1 cez DCS vedie prítomnosť rušenia v NCC k nejednoznačným riešeniam (chybám) RU, čo následne spôsobuje nesúlad medzi prenášanými a prijímanými kombináciami kódov.

Nakoniec na obnovenie prenášanej súvislej správy a (t), t.j. po získaní jeho odhadu sa prijaté kódové slová podrobia dekódovaniu, interpolácii a dolnopriepustnej filtrácii. V tomto prípade sú L úrovne, m = 1 ... L-1, rekonštruované v dekodéri z kombinácií binárnych kódov.

Prítomnosť chýb v binárnom DCS vedie k chybám prenosu v L-m DCS a výskytu prenosového šumu e P (t). Kombinované účinky chyby filtrovania, kvantizácie a prenosového šumu vedú k nejednoznačnosti medzi prenášanými a prijímanými správami.

1.2 Stanovenie parametrov ADC a DAC

Vzorkovací interval v čase T d je vybraný na základe Kotelnikovovej vety. Hodnota inverzná k Td je vzorkovacia frekvencia fd = 1 / Td je vybraná z podmienky

f d ≥ 2F m, (1,1)

kde F m je maximálna frekvencia primárneho signálu (správy).

Zvýšenie vzorkovacej frekvencie zjednodušuje vstupný dolnopriepustný filter (LPF) ADC, ktorý obmedzuje spektrum primárneho signálu, a výstupný LPF prevodníka DAC, ktorý obnovuje spojitý signál zo vzorky. Ale zvýšenie vzorkovacej frekvencie vedie k zníženiu trvania binárnych symbolov na výstupe ADC, čo vyžaduje nežiaduce rozšírenie šírky pásma komunikačného kanála na prenos týchto symbolov. Typicky sa parametre vstupného dolnopriepustného filtra ADC a výstupného dolnopriepustného filtra DAC vyberajú rovnaké.

Na obr. 1.2 ukazuje: S (f) - spektrum vzoriek, ktoré sú zobrazené úzkymi impulzmi, S a (f) - spektrum spojitej správy a (t), A (f) - prevádzkový útlm dolnopriepustného filtra.

Aby LPF nezavádzalo lineárne skreslenie do spojitého signálu, obmedzujúce frekvencie LPF priepustných pásiem musia spĺňať podmienku

f 1 ≥ F m (1,2)

Aby sa vylúčilo aliasing spektier Sa (f) a S a (ff D), ako aj aby sa zabezpečilo zoslabenie obnovovacieho dolnopriepustného filtra kompozitu Sa (ff D), obmedzujúce frekvencie dolnopriepustný filter musí spĺňať podmienku

f 2 ≤ (f D - F m) (1,3)

Obrázok 1.2 - Spektrum vzoriek a frekvenčná charakteristika útlmu ADC a DAC filtrov

Aby dolnopriepustný filter nebol príliš zložitý, pomer obmedzujúcich frekvencií sa volí z podmienky

f 2 / f 1 = 1,3 ... 1,1 (1,4)

Po dosadení vzťahov (1.2) a (1.3) do (1.4) môžeme zvoliť vzorkovaciu frekvenciu f D.

V digitálnom prenosovom systéme PCM je výkon rušenia na výstupe DAC definovaný ako

,(1.5)

kde je priemerný výkon kvantizačného šumu;

Priemerná hlučnosť chýb merania.

(1.6)

Výkon kvantizačného šumu je vyjadrený ako veľkosť kvantizačného kroku Dx:

.(1.7)

Krok kvantovania závisí od počtu úrovní kvantovania N:

Dx = U max / (N-1) (1,8)

Z výrazu (1.8) určíme minimálny možný počet úrovní kvantizácie:

(1.9)

Dĺžka binárneho primitívneho kódu na výstupe ADC je celé číslo:

m = log2 N. (1,10)

Preto sa počet kvantizačných úrovní N volí ako celočíselná mocnina 2, pri ktorej

N ≥ N m i n. (1,11)

Trvanie binárneho symbolu (bitu) na výstupe ADC je definované ako

Tb = T D / m. (1,12)

Priemerné množstvo informácií prenesených cez komunikačný kanál za jednotku času - rýchlosť prenosu informácie Ht je určená vzorcom

,(1.13)

kde je vzorkovacia frekvencia;

- entropia.

, (1.14)

kde je distribučný zákon úrovne signálu, je počet úrovní kvantovania.

Vzorkovacia frekvencia sa rovná vzorkovacej frekvencii:

.(1.15)

1.3 Modulácia

Typ modulácie volíme tak, aby rýchlosť prenosu informácie po modulácii nebola menšia ako výkon zdroja, t.j.

,

kde je miera modulácie,

Počet pozícií signálu.

Pre AM, FM, OFM, KAM

Šírka pásma kanála.

,

kde je počet subkanálov.

potom ,

Po určení počtu pozícií signálu M vypočítame pravdepodobnosti chýb

Pravdepodobnosť chyby pre AM-M:

,

Pravdepodobnosť chyby pre FM-M:

Pravdepodobnosť chyby pre OFM-M:

Pravdepodobnosť chyby pre KAM-M:

M = 2 k, k je párne číslo.

Pravdepodobnosť chyby pre OFDM:

kde η je počet úrovní amplitúdy;

M = 2 k, k je párne číslo.

Voľba modulačnej metódy sa uskutočňuje v súlade s kritériom minimálnej pravdepodobnosti chyby.

1.4 Výber typu kódu na opravu chýb a určenie dĺžky kombinácie kódov

Kódovanie odolné voči šumu alebo redundantné kódovanie sa používa na detekciu a (alebo) opravu chýb, ktoré sa vyskytnú počas prenosu cez diskrétny kanál. Charakteristickou vlastnosťou kódovania na opravu chýb je to, že redundancia zdroja tvoreného výstupom kodéra je väčšia ako redundancia zdroja na vstupe kodéra. Kódovanie odolné voči šumu sa používa v rôznych komunikačných systémoch, pri ukladaní a prenose dát v počítačových sieťach, v domácich a profesionálnych audio a video zariadeniach založených na digitálnom zázname.

Ak ekonomické kódovanie znižuje redundanciu zdroja správ, potom kódovanie na opravu chýb naopak spočíva v účelnom zavedení redundancie, aby bolo možné odhaliť a (alebo) opraviť chyby, ktoré sa vyskytnú pri prenose cez komunikačný kanál. .

n = m + k je dĺžka kódového slova;

m je počet informačných symbolov (bitov);

k je počet kontrolných symbolov (číslic);

Pre charakterizáciu korekčných vlastností kódu má osobitný význam minimálna kódová vzdialenosť d min, ktorá je určená párovým porovnaním všetkých kombinácií kódov, ktorá sa nazýva Hammingova vzdialenosť.

V neredundantnom kóde sú povolené všetky kombinácie, a preto je jeho minimálna kódová vzdialenosť rovná jednej - d min = 1. Stačí teda skresliť jeden symbol tak, aby namiesto prenášanej kombinácie vznikla iná povolená kombinácia je prijatý. Aby mal kód korekčné vlastnosti, je potrebné doň zaviesť určitú redundanciu, ktorá by zabezpečila minimálnu vzdialenosť medzi ľubovoľnými dvoma povolenými kombináciami aspoň dve - d min> 2.

Minimálna kódová vzdialenosť je najdôležitejšou charakteristikou kódov na opravu chýb, ktorá označuje zaručený počet chýb zistených alebo opravených daným kódom.

Pri použití binárnych kódov sa berú do úvahy iba diskrétne skreslenia, pri ktorých jedna ide na nulu (1 → 0) alebo nula na jednotku (0 → 1). Prechod 1 → 0 alebo 0 → 1 iba v jednom prvku kombinácie kódov sa nazýva jediná chyba (jednoduché skreslenie). Vo všeobecnom prípade násobnosť chyby znamená počet pozícií kombinácie kódov, na ktorých boli pod vplyvom interferencie nahradené niektoré symboly inými. Možné dvojité (t = 2) a viacnásobné (t> 2) skreslenia prvkov v kombinácii kódov v rámci 0< t < n.

Minimálna kódová vzdialenosť je hlavným parametrom charakterizujúcim korekčnú schopnosť daného kódu. Ak sa kód používa len na zisťovanie chýb s násobnosťou t 0, potom je potrebné a postačujúce, aby minimálna vzdialenosť kódu bola rovná

d min> t 0 + 1. (1,29)

V tomto prípade žiadna kombinácia chýb t 0 nemôže preložiť jednu povolenú kombináciu kódu na inú povolenú. Teda podmienku na zistenie všetkých chýb s násobnosťou t 0 možno zapísať ako:

t 0 ≤ d min - 1. (1,30)

Aby bolo možné opraviť všetky chyby s násobnosťou t alebo menšou, je potrebné mať minimálnu vzdialenosť, ktorá spĺňa podmienku:

V tomto prípade sa akákoľvek kombinácia kódov s počtom chýb t a líši od každej povolenej kombinácie aspoň v pozíciách t a + 1. Ak podmienka (1.31) nie je splnená, je možný prípad, keď chyby násobnosti t skreslia prenášanú kombináciu tak, že sa priblíži k jednej z povolených kombinácií ako k prenášanej, alebo dokonca prejde k inej povolenej kombinácii. V súlade s tým môže byť podmienka na opravu všetkých chýb s násobnosťou najviac t a môže byť napísaná v tvare:

ta ≤ (d min - 1) / 2. (1,32)

Z (1.29) a (1.31) vyplýva, že ak kód opraví všetky chyby s násobnosťou t a, tak počet chýb, ktoré dokáže odhaliť, je t 0 = 2 ∙ t a. Treba si uvedomiť, že vzťahy (1.29) a (1.31) stanovujú len garantovaný minimálny počet zistených alebo opravených chýb pre danú d min a neobmedzujú možnosť odhalenia chýb väčšej násobnosti. Napríklad najjednoduchší kód kontroly parity s d mi n = 2 umožňuje odhaliť nielen jednotlivé chyby, ale aj akýkoľvek nepárny počet chýb v rámci t 0< n.

Dĺžka kódového slova n by mala byť zvolená tak, aby poskytovala maximálnu priepustnosť komunikačného kanála. Pri použití korekčného kódu obsahuje kombinácia kódov n bitov, z ktorých m bitov sú informačné bity a k bitov sú kontrolné bity.

Redundancia opravného kódu sa nazýva hodnota

,(1.33)

odkiaľ nasleduje

.(1.34)

Táto hodnota ukazuje, akú časť z celkového počtu symbolov kódového slova tvoria informačné symboly. V teórii kódovania sa hodnota Bm nazýva relatívna kódová rýchlosť. Ak sa výkon informačného zdroja rovná Ht symbolov za sekundu, potom sa prenosová rýchlosť po zakódovaní tejto informácie bude rovnať

pretože v kódovanej sekvencii každých n symbolov je iba m symbolov informačných.

Ak komunikačný systém používa binárne signály (signály typu „1“ a „0“) a každý prvok jednotky neprenáša viac ako jeden bit informácie, potom existuje vzťah medzi rýchlosťou prenosu informácií a rýchlosťou modulácie.

kde V je rýchlosť prenosu informácií, bit/s; B - modulačná rýchlosť, Baud.

Je zrejmé, že čím menšie k, tým viac sa pomer m / n blíži k 1, tým menej sa V líši od B, t.j. tým vyššia je priepustnosť komunikačného systému.

Je tiež známe, že pre cyklické kódy s minimálnou kódovou vzdialenosťou d min = 3 platí nasledujúci vzťah

k³log 2 (n + 1). (1,37)

Je možné vidieť, že čím väčšie n, tým bližšie je pomer m / n k 1. Napríklad pre n = 7, k = 3, m = 4, m / n = 0,571; pre n = 255, k = 8, m = 247, m/n = 0,964; pre n = 1023, k = 10, m = 1013, m/n = 0,990.

Vyššie uvedené tvrdenie platí aj pre veľké d min, aj keď neexistujú presné vzťahy pre súvislosti medzi m a n. Existujú iba horné a dolné hranice, ktoré stanovujú vzťah medzi maximálnou možnou minimálnou vzdialenosťou korekčného kódu a jeho redundanciou.

Takže, Plotkinova hranica dáva hornú hranicu pre kódovú vzdialenosť d min n pre daný počet bitov n v kódovej kombinácii a počet informačných bitov m a pre binárne kódy:

(1.38)

o .(1.39)

Horná hranica Hamminga nastavuje maximálny možný počet povolených kombinácií kódov (2 m) akéhokoľvek kódu na opravu chýb pre dané hodnoty n a d min:

,(1.40)

kde je počet kombinácií n prvkov pre i prvky.

Odtiaľ môžete získať výraz na vyhodnotenie počtu kontrolných znakov:

.(1.41)

Pre hodnoty (d min / n) ≤ 0,3 je rozdiel medzi Hammingovou hranicou a Plotkinovou hranicou relatívne malý.

Varshamov-Hilbertova hranica pre veľké hodnoty n definuje spodnú hranicu počtu kontrolných bitov potrebných na poskytnutie danej kódovej vzdialenosti:

Všetky vyššie uvedené odhady poskytujú predstavu o hornej hranici pre počet d min pre pevné hodnoty n a m alebo o dolnom odhade pre počet kontrolných symbolov k pre dané m a d min.

Z uvedeného môžeme usúdiť, že z hľadiska zavedenia konštantnej redundancie do kódového slova je výhodné voliť dlhé kódové slová, keďže so zvyšovaním n je relatívna priepustnosť

R = V / B = m / n (1,43)

sa zvyšuje a smeruje k hranici rovnajúcej sa 1.

V reálnych komunikačných kanáloch dochádza k rušeniu, ktoré vedie k výskytu chýb v kombináciách kódov. Keď dekodér v systémoch s POC deteguje chybu, znova sa zobrazí požiadavka na skupinu kombinácií kódov. Počas opätovného vyžiadania sa neprenášajú žiadne užitočné informácie, takže rýchlosť prenosu informácií klesá.

Dá sa ukázať, že v tomto prípade

,(1.44)

kde P oo je pravdepodobnosť detekcie chyby dekodérom (pravdepodobnosť opätovného opýtania):

;(1.45)

R pp - pravdepodobnosť správneho príjmu (bezchybného príjmu) kombinácie kódov;

M je pamäťová kapacita vysielača v počte kombinácií kódov

,(1.46)

kde t p je čas šírenia signálu cez komunikačný kanál, s;

t k - čas prenosu kódovej kombinácie n bitov, s.

Podpísať< >znamená, že pri výpočte M by sa mala brať väčšia najbližšia celočíselná hodnota.

Čas šírenia signálu cez komunikačný kanál a čas prenosu kódového slova sa vypočítajú v súlade s výrazmi

kde L je vzdialenosť medzi koncovými stanicami, km;

s - rýchlosť šírenia signálu pozdĺž komunikačného kanála, km/s (s = 3x10 5);

B - modulačná rýchlosť, Baud.

V prípade chýb v komunikačnom kanáli je hodnota R funkciou P 0, n, k, B, L, s. Preto existuje optimálne n (pre dané P 0, B, L, s), pri ktorom bude relatívna priepustnosť maximálna.

Na výpočet optimálnych hodnôt n, k, m je najvhodnejšie použiť softvérový balík na matematické modelovanie, ako je MathLab alebo MathCAD, vykresľujúci v ňom závislosť R (n). Optimálna hodnota bude v prípade, keď R (n) je maximum. Pri určovaní hodnôt n, k, m je tiež potrebné zabezpečiť, aby bola splnená táto podmienka:

kde je ekvivalentná pravdepodobnosť prijatia jednej bitovej chyby pri použití kódovania na korekciu šumu s DFB.

Hodnotu je možné určiť pomocou vzťahu, že pri prenose bez použitia kódovania na opravu chýb sa pravdepodobnosť chybnej registrácie kombinácie kódov Р 0кк dĺžky n rovná

.(1.48)

Zároveň pri použití kódovania na opravu chýb

,(1.49)

kde je pravdepodobnosť nezistených chýb

;(1.50)

Pravdepodobnosť zistených chýb

.(1.51)

Okrem splnenia podmienky (1.47) je potrebné zabezpečiť

V ³ H t. (1,52)

Z vyššie uvedeného vyplýva, že proces zisťovania hodnôt B, n, m, k je iteratívny a najvhodnejšie je usporiadať ho vo forme tabuľky, ktorej vzor je uvedený v tabuľke. 1.2

Tabuľka 1.2

Ht =, Padd =.
do	n	m	K		V	V
1
2
3
…

Na zistenie chýb vyberieme cyklický kód. Cyklické kódy sú najjednoduchšie a najefektívnejšie zo všetkých známych kódov na opravu chýb. Tieto kódy možno použiť ako na detekciu a opravu nezávislých chýb, tak najmä na detekciu a opravu sériových chýb. Ich hlavnou vlastnosťou je, že každú kombináciu kódov možno získať cyklickou permutáciou kombinačných symbolov patriacich do rovnakého kódu.

Cyklické kódy značne zjednodušujú popis lineárneho kódu, pretože namiesto špecifikovania prvkov binárnej matice Ρ vyžadujú špecifikáciu (n-k + 1) binárnych koeficientov polynómu g (D). Okrem toho zjednodušujú procedúru kódovania a dekódovania pri detekcii chýb. Na vykonanie kódovania totiž stačí vykonať násobenie polynómov, ktoré sa realizuje pomocou lineárneho registra obsahujúceho k pamäťových buniek a so spätnými väzbami zodpovedajúcimi polynómu h (D).

Slučovací kód je zaručený, že odhalí chyby v násobnosti a opraví ich. Preto sa v systémoch s rozhodovacou spätnou väzbou používa cyklické kódovanie.

Keď je chyba zistená na prijímacej strane, odošle sa požiadavka do bloku, v ktorom bola zistená, cez spätný komunikačný kanál a potom sa tento blok odošle znova. Toto pokračuje, kým tento blok nie je prijatý bez zistenej chyby. Takýto systém sa nazýva systém s rozhodujúcou spätnou väzbou (PFC), keďže rozhodnutie o prijatí bloku alebo o jeho opätovnom odoslaní sa robí na prijímacej strane. Systém POC predstavuje efektívny spôsob zvýšenia odolnosti voči šumu pri prenose informácií.

Pri popise postupu pri kódovaní a dekódovaní cyklickým kódom je vhodné použiť matematický aparát založený na porovnaní množiny kódových slov s množinou mocninných polynómov. Toto zariadenie umožňuje identifikovať jednoduchšie operácie kódovania a dekódovania pre cyklický kód.

Spomedzi všetkých polynómov zodpovedajúcich kódovým slovám cyklického kódu existuje nenulový polynóm P (x) najmenšieho stupňa. Tento polynóm úplne určuje zodpovedajúci kód a preto sa nazýva generátor.

Stupeň generujúceho polynómu P (x) je rovný n - m, priesečník je vždy rovný jednej.

Generátorový polynóm je deliteľom všetkých polynómov zodpovedajúcich kódovým slovám cyklického kódu.

Nulová kombinácia nevyhnutne patrí k akémukoľvek lineárnemu cyklickému kódu a možno ju zapísať ako (x n Å 1) mod (x n Å 1) = 0. Preto generujúci polynóm P (x) musí byť deliteľom binomu x n Å 1.

To umožňuje konštruktívne zostrojiť cyklický kód danej dĺžky n: ako generátor možno použiť ľubovoľný polynóm, ktorý je deliteľom binomu x n Å 1.

Pri konštrukcii cyklických kódov používajte tabuľky rozkladu binómov x n Å 1 na ireducibilné polynómy, t.j. polynómy, ktoré nemožno znázorniť ako súčin dvoch iných polynómov (pozri prílohu A).

Akýkoľvek neredukovateľný polynóm zahrnutý do rozkladu binómu x n Å 1, ako aj akýkoľvek súčin ireducibilných polynómov, možno vybrať ako generujúci polynóm, ktorý dáva zodpovedajúci cyklický kód.

Na zostavenie systematického cyklického kódu sa používa nasledujúce pravidlo na zostavenie kódových slov

kde R (x) je zvyšok po delení m (x) × x n - m P (x).

Stupeň R (x) je zjavne menší ako (n - m), a preto sa prvých m znakov v kódovom slove bude zhodovať s informačnými a posledných n - m znakov bude kontrolných.

Postup dekódovania pre cyklické kódy môže byť založený na vlastnosti ich deliteľnosti bezo zvyšku generujúcim polynómom P (x).

V režime detekcie chýb, ak je prijatá sekvencia bezo zvyšku deliteľná P (x), dôjde k záveru, že neexistuje žiadna chyba alebo nebola detegovaná. V opačnom prípade bude kombinácia zamietnutá.

V režime korekcie chýb dekodér vypočíta zvyšok R (x) z delenia prijatej sekvencie F ¢ (x) P (x). Tento zvyšok sa nazýva syndróm. Prijatý polynóm F ¢ (x) je súčet modulo dva prenášaného slova F (x) a chybového vektora E osh (x):

Potom syndróm S (x) = F ¢ (x) modP (x), keďže podľa definície cyklického kódu F (x) mod P (x) = 0. Určitý syndróm S (x) možno spájať s určitý vektor chýb E osh (x). Potom sa sčítaním nájde prenášané slovo F (x).

Rovnaký syndróm však môže zodpovedať 2 m rôznym vektorom chýb. Predpokladajme, že syndróm S 1 (x) zodpovedá chybovému vektoru E 1 (x). Ale všetky chybové vektory rovné súčtu E 1 (x) Å F (x), kde F (x) je ľubovoľné kódové slovo, dávajú rovnaký syndróm. Preto priradením chybového vektora E 1 (x) k syndrómu S 1 (x) vykonáme správne dekódovanie v prípade, keď sa chybový vektor skutočne rovná E 1 (x), vo všetkých ostatných 2 m - V 1 prípadoch bude dekódovanie chybné.

Aby sa znížila pravdepodobnosť chyby dekódovania, zo všetkých možných chybových vektorov poskytujúcich rovnaký syndróm by sa mal vybrať ten najpravdepodobnejší v danom kanáli ako opravený.

Napríklad pre DSC, v ktorom je pravdepodobnosť P 0 chybného príjmu binárneho symbolu oveľa menšia ako pravdepodobnosť (1 - P 0) správneho príjmu, pravdepodobnosť výskytu chybových vektorov klesá so zvyšujúcou sa ich hmotnosťou. i. V tomto prípade je potrebné opraviť v prvom rade vektor chýb nižšej hmotnosti.

Ak kód dokáže opraviť iba všetky chybové vektory s hmotnosťou i alebo menej, potom akýkoľvek chybový vektor s hmotnosťou od i + 1 do n povedie k chybnému dekódovaniu.

Pravdepodobnosť chybného dekódovania sa bude rovnať pravdepodobnosti P n (> i) výskytu chybových vektorov s váhou i + 1 a viac v danom kanáli. Pre DSC bude táto pravdepodobnosť rovná

.

Celkový počet rôznych chybových vektorov, ktoré môže cyklický kód opraviť, sa rovná počtu nenulových syndrómov - 2 n - m - 1.

V projekte kurzu je potrebné na základe hodnoty k vypočítanej v predchádzajúcom odseku zvoliť generujúci polynóm podľa tabuľky uvedenej v prílohe A. Pre zvolený generujúci polynóm je potrebné vyvinúť kodér. a dekódovací obvod pre prípad detekcie chyby.

1.5 Výkonnostné ukazovatele digitálneho komunikačného systému

Digitálne komunikačné systémy sa vyznačujú indikátormi kvality, jedným z nich je vernosť (správnosť) prenosu.

Na posúdenie účinnosti komunikačného systému sa zavádza faktor využitia komunikačného kanála na výkon (energetická účinnosť) a faktor využitia kanála vo frekvenčnom pásme (frekvenčná účinnosť):

kde V je rýchlosť prenosu informácií;

Odstup signálu od šumu na vstupe demodulátora

; (1.55)

Šírka pásma obsadená signálom

, (1.56)

kde M je počet pozícií signálu.

Všeobecnou charakteristikou je faktor využitia kanála z hľadiska priepustnosti (informačnej účinnosti):

Pre nepretržitý komunikačný kanál, berúc do úvahy Shannonov vzorec

dostaneme nasledujúci výraz

. (1.58)

Podľa Shannonových viet môžeme pre h = 1 získať vzťah medzi b a g:

b = g / (2 g - 1), (1,59)

ktorá sa nazýva Shannonova hranica, ktorá predstavuje najlepšiu výmenu medzi b a g v súvislom kanáli. Túto závislosť je vhodné znázorniť vo forme krivky v rovine b - g (obr. 1.6).

Obrázok 1.6 - Shannonova hranica

Efektívnosť systému je možné zvýšiť zvýšením rýchlosti prenosu informácií (zvýšenie entropie správ). Entropia správ závisí od zákona o rozdelení pravdepodobnosti. Na zlepšenie efektívnosti je preto potrebné prerozdeliť hustoty prvkov správy.

Elimináciou alebo oslabením vzťahu medzi prvkami správy možno tiež zlepšiť efektívnosť systémov.

Nakoniec, efektívnosť systémov možno dosiahnuť vhodnou voľbou kódovania, čo šetrí čas pri prenose správ.

V projekte kurzu je potrebné na vykreslenom grafe bodkou označiť efektívnosť navrhnutého digitálneho komunikačného systému (obrázok 1.6).

1. Metodické pokyny pre návrh kurzu v disciplíne "Teória elektrického spojenia" Bidny Yu.M., Zolotarev VA, Omelchenko A.V. - Charkov: KhNURE, 2008.

2. Omelčenko V.A., Sannikov V.G. Teória elektrickej komunikácie. Kap. 1, 2, 3 - Kyjev: ISDO, 2001.

3. Teória elektrickej komunikácie: Učebnica pre vysoké školy / A.G.Zyuko. D. D. Klovsky, V. I. Korzhik, M. V. Nazarov; Ed. D.D. Klokovský. - M .: Rádio a komunikácia. 1998.

4. Peterson W., Weldon E. Kódy na opravu chýb / Per, z angl. vyd. R.L. Dobrushina a S.I. Samoylenko. - M-: Mir, 1999 .-- 596 s.

5. Andreev B.C. Teória nelineárnych elektrických obvodov. Učebnica. manuál pre univerzity. - M .: Rádio a komunikácia, 1999 .-- 280 s.

APLIKÁCIA

Tabuľka ireducibilných generujúcich polynómov stupňa m

stupňa m = 7 x 7 + x 4 + x 3 + x 2 + 1 x 7 + x 3 + x 2 + x + 1	stupňa m = 13 x 13 + x 4 + x 3 + x + 1 x 13 + x 12 + x 6 + x 5 + x 4 + x 3 + 1 x 13 + x 12 + x 8 + x 7 + x 6 + x 5 + 1
stupňa m = 8 x 8 + x 4 + x 3 + x + 1 x 8 + x 5 + x 4 + x 3 + 1 x 8 + x 7 + x 5 + x +1	stupňa m = 14 x 14 + x 8 + x 6 + x + 1 x 14 + x 10 + x 6 + 1 x 14 + x 12 + x 6 + x 5 + x 3 + x + 1
stupňa m = 9 x 9 + x 4 + x 2 + x + 1 x 9 + x 5 + x 3 + x 2 + 1 x 9 + x 6 + x 3 + x + 1	stupňa m = 15 x 15 + x 10 + x 5 + x + 1 x 15 + x 11 + x 7 + x 6 + x 2 + x + 1 x 15 + x 12 + x 3 + x + 1
stupňa m = 10 x 10 + x 3 + 1 x 10 + x 4 + x 3 + x + 1 x 10 + x 8 + x h + x 2 + 1	stupňa m = 16 x 16 + x 12 + x 3 + x + 1 x 16 + x 13 + x 12 + x 11 + x 7 + x 6 + x 3 + x + 1 x 16 + x 15 + x 11 + x 10 + x 9 + x 6 + x 2 + x + 1
stupňa m = 11 x 11 + x 2 + 1 x 11 + x 7 + x 3 + x 2 + 1 x 11 + x 8 + x 5 + x 2 + 1	stupňa m = 17 x 17 + x 3 + x 2 + x + 1 x 17 + x 8 + x 7 + x 6 + x 4 + x 3 + 1 x 17 + x 12 + x 6 + x 3 + x 2 + x + 1
stupňa m = 12 x 12 + x 4 + x + 1 x 12 + x 9 + x 3 + x 2 + 1 x 12 + x 11 + x 6 + x 4 + x 2 + x + 1

23.05.2016

Cieľom každého operátora je poskytnúť svojim zákazníkom pokrytie a služby vyššej kvality ako konkurencia. Stabilný signál kdekoľvek v meste, vysoká rýchlosť prenosu dát a veľký balík služieb sú jedným z hlavných spôsobov, ako prilákať nových zákazníkov a zvýšiť zisk.

Ak urobíte hlbšiu analýzu situácie, môžete nájsť ďalšie faktory, ktoré prispievajú k zvýšeniu ziskovosti operátora. Medzi nimi - výrazné zníženie nákladov na údržbu siete, minimalizácia rizík a zabezpečenie plynulého chodu celého systému.

Ale akémukoľvek, čo i len miernemu zvýšeniu efektivity operátora predchádza dlhá príprava. Optimalizácia komunikačných sietí začína auditom a analýzou ich súčasného stavu, na čo si operátori najímajú outsourcingové spoločnosti.

Čo zahŕňa audit komunikačných služieb?

Presný zoznam prác je určený konečnými cieľmi, ktoré musí operátor dosiahnuť: modernizácia siete, zlepšenie kvality pokrytia na konkrétnom mieste atď. Spoločnosti poskytujúce takéto služby operátorom sú spravidla schopné vykonávať prieskum akejkoľvek zložitosti.

Obrátili sme sa na spoločnosť „Modern Communication Technologies“, ktorá má skúsenosti so spoluprácou s federálnymi operátormi. Podľa vedenia má spoločnosť inovatívne vybavenie a veľkú sadu softvéru na analýzu údajov. Vďaka tomu sa optimalizácia komunikačných systémov vykonáva čo najefektívnejšie, pretože operátor dostáva objektívne informácie o veľkom množstve parametrov.

Počas skúmania siete je možné vykonať nasledovné:

benchmarking alebo porovnávacie hodnotenie viacerých operátorov;

Analýza zákazníckych štatistík;

konfiguračná analýza (vykonáva sa audit objektov v sektoroch, merajú sa výšky, azimuty, uhly sklonu atď.);

kontrola frekvenčno-teritoriálnych plánov;

Posledný bod implikuje celý rad terénnych výskumov. Na základe získaných výsledkov sa ďalej rozvíjajú opatrenia na zlepšenie kvality prenosu hlasu a dát. Medzi hlavné merané parametre:

• parametre dostupnosti, zachovania hlasových služieb;
• parametre rádiových kanálov;
• Aktualizácia polohy;
• MeanOptionScore;
• rýchlosť prenosu dát;
• kvalita rádiového pokrytia v štandardoch UMTS, LTE, GSM.

Optimalizácia mobilnej komunikácie

Po prijatí veľkého objemu výsledkov meraní sú spracované pomocou špecializovaného softvéru. Spoločnosť Modern Communication Technologies používa produkty Anite Nemo Analyzer, Actix, Ascom Tems Discovery. Všetky programy umožňujú maximálnu vizualizáciu informácií v správe, vďaka čomu operátor získa jasný obraz o stave siete.

Technická optimalizácia komunikačných sietí umožňuje operátorovi efektívnejšie využívať dostupné zdroje, znižovať náklady na údržbu systému a riešiť mnohé interné problémy. Okrem toho sa výrazne zlepšuje kvalita poskytovaných služieb, čo umožňuje prilákať nových predplatiteľov a udržať existujúcich.

1.3 BLOKOVANIE OPTIMALIZÁCIE

Ako je uvedené v Ch. 2 je algoritmická zložitosť problému syntézy komunikačných sietí taká, že presné metódy jeho riešenia pomocou aparátu matematického programovania sú prakticky nepoužiteľné. Hlavné ťažkosti pri navrhovaní distribuovaných komunikačných sietí sú spôsobené týmito dôvodmi:

významný rozmer projektovaných sietí (napr. problém optimalizácie telefónnej komunikačnej siete podľa nákladového kritéria možno zredukovať na diskrétny problém nelineárneho programovania, avšak rozmery reálnych projektovaných sietí sú také, že priame využitie metódy na riešenie nelineárnych problémov vo všeobecnom prípade sú nemožné);

zložitosť úplného matematického popisu siete, ktorá si vyžaduje množstvo významných obmedzení problému syntézy.

Medzi hlavné obmedzenia problému syntézy patrí: predpoklad o stacionárnosti technickej základne siete a jej parametrov, predpoklad o stacionárnosti riadiacich postupov a štatistickej rovnováhy sieťových procesov, predpoklad o Poissonovej povahe siete. tok požiadaviek, exponenciálny charakter rozloženia dĺžok diskrétnych správ a čas, kedy je kanál obsadený telefonickou správou, predpoklad o absencii možnosti prerušenia prenosu a čas strávený hľadaním prenosovej cesty správy. Pri telefónnych sieťach s prepájaním okruhov sa predpokladá Poissonov charakter zmeškaného a nadmerného zaťaženia, absencia vnútorného blokovania v spojovacích uzloch a absencia opakovaných žiadostí o službu, pre siete s prepínacími správami a paketmi - absencia vzájomných závislostí časy oneskorenia danej správy (paketu) v rôznych frontoch, neexistencia závislosti, čas oneskorenia správy (paketu) v uzle a čas následného prenosu cez kanál; predpokladá sa, že správa (paket) nemá pevnú dĺžku a v každom tranzitnom uzle má priradenú novú dĺžku atď. Prirodzene, akceptovanie obmedzení určuje aproximáciu vykonaného výpočtu;

potreba celočíselného riešenia spôsobená diskrétnosťou množstva technických prostriedkov;

nelinearita nákladových funkcií sieťových prvkov, čo si vyžaduje ich aproximáciu, riešenie problému na úrovni aproximačných funkcií a výber riešenia problému diskretizáciou spojitých funkcií,

V súvislosti s vyššie uvedeným je v súčasnosti metodicky opodstatneným pravidlom riešenia problematiky syntézy komunikačných sietí kombinácia súboru heuristických postupov na optimalizáciu riešenia partikulárnych problémov syntézy so zapojením prvkov štatistického modelovania. Všimnite si, že napriek približnému charakteru heuristických algoritmov na budovanie komunikačných sietí, použitie heuristických optimalizačných postupov umožňuje znížiť náklady na navrhnutú komunikačnú sieť asi o 30%.

Keďže riešenie všeobecného problému syntézy komunikačnej siete by malo pozostávať zo súboru postupov na riešenie konkrétnych problémov, zdá sa byť vhodné preskúmať súbor konkrétnych konštrukčných problémov s cieľom určiť možnosť ich autonómneho zváženia a určiť najlepšiu postupnosť. ich aplikácie.

Zvážte problém syntézy komutovanej komunikačnej siete. Budeme predpokladať, že sú známe nasledujúce údaje:

štruktúru G (V, U) primárna sieť, kde V- veľa prepínacích uzlov siete; U- veľa komunikačných liniek siete;

matica Y = || || zaťaženia, charakteristiky aplikačných tokov, štruktúra priorít;

matica S = || || nájomné za použitie jednotky šírky pásma (kanála) medzi uzlami i,, a Sij- kroková funkcia vzdialenosti, nezávislá od ja j;

pravdepodobnosti (q (i), q (u)) poruchy uzlov a komunikačných liniek. ;

pravdepodobnosti (P ()) havarijné alebo úmyselné súčasné poškodenie komunikačných liniek n1, uzlov a m1.

Budeme predpokladať, že požiadavky, ktoré musí syntetizovaná sieť spĺňať, sú známe;

matice prípustné straty (meškania);

matica prípustných strát (oneskorení) pri súčasnom výpadku n1 uzlov a m1 komunikačných liniek;

obmedzenie l pre maximálny počet tranzitov (opätovných prijatí) pri prenose informácií medzi každým párom sieťových uzlov;

obmedzenia ω(λ) na počte vrcholových (okrajových) nezávislých ciest medzi každým párom uzlov syntetizovanej siete (obmedzenia l, ω, λ, môže vzniknúť, prirodzene a v snahe poskytnúť požadovanú kvalitu služby).

Pri syntéze komunikačnej siete je potrebné určiť: štruktúru siete (sieťový graf), kapacitu kanálov komunikačných liniek siete, spínacie a krížové požiadavky na uzly siete, požadovanú úložnú kapacitu v uzloch siete. (pre siete s prepínaním paketov a prepínaním správ);

graf riadenia komunikačnej siete s definíciou privátnych algoritmov na riadenie a riadenie (a ich vzájomnú závislosť) štruktúry (zdrojov) a zaťaženia siete, distribúciu a prenos informácií po sieti, vrátane algoritmov na výber cesty a disciplíny obsluhovaných požiadaviek .

Ako kritérium pre optimálnosť syntézy komunikačnej siete zoberme nájomné za celkovú kanálovú kapacitu komunikačných liniek siete pri absencii obmedzení kapacity liniek.

Problém syntézy budeme uvažovať za nasledujúcich predpokladov: za predpokladu, že tok požiadaviek na službu je stacionárny; za predpokladu, že neexistujú žiadne priority zaťaženia; za predpokladu stáleho (neplánovaného a nie na požiadanie) prenájmu primárnych sieťových kanálov; za predpokladu, že kanálové kapacity komunikačných liniek, prepínacie a prepojovacie schopnosti uzlov primárnej siete postačujú na obsluhu prezentovaného zaťaženia s požadovanou kvalitou služby.

Analýza problému syntézy pre distribuované komunikačné siete nám umožňuje vyčleniť tieto hlavné konkrétne konštrukčné problémy:

ГС - generovanie počiatočných sieťových štruktúr pre následnú fázu lokálnej optimalizácie. Počiatočné údaje HS sú číslo NS uzly syntetizovanej siete a požiadavky na hierarchiu siete, výsledkom je nejaký sieťový graf na NS vrcholy, ktoré spĺňajú požiadavky na hierarchiu. Spravidla, bez zohľadnenia požiadaviek na hierarchiu, sa ako počiatočná štruktúra berie minimum (pokiaľ ide o vzdialenosť, náklady, berúc do úvahy zaťaženie Y) spojovací strom, hviezdicový graf, úplný graf, prázdny graf, graf, ktorého okraje zodpovedajú nenulovým hodnotám matice Y, atď.;

AW - analýza konektivity siete podľa parametrov ω alebo λ (výber ω alebo λ definované podmienkami úlohy syntézy). Vo všeobecnosti je potrebná analýza každého požadovaného indikátora spoľahlivosti;

reklama - sieťová analýza pre metrické vlastnosti (maximálny počet opakovaní);

CW- syntéza siete parametrom ω alebo λ . Analýza a syntéza grafov so stupňom konektivity viac ako tri nemá praktický význam, čo sa vysvetľuje schopnosťami riadiacich systémov zvoliť si spôsoby prenosu informácií;

Cd- syntéza siete podľa parametra d;

RP- distribúcia prúdu cez komunikačnú sieť. Na skrátenie času implementácie fázy RP je vhodné použiť heuristické distribučné postupy. Treba tiež vziať do úvahy, že priepustnosť siete závisí najmä od celkového objemu prevádzky v sieti a v menšej miere závisí od charakteru rozloženia prevádzky v sieti;

PC- výpočet kanálových kapacít siete na zabezpečenie špecifikovanej kvality služby pre účastníkov siete.

V prípade použitia metód nahradenia (odstránenia, pridania) vetiev sú potrebné nasledujúce kroky:

VC- výber kandidátskej pobočky na nahradenie v súlade so špecifickým kritériom nahradenia;

ZV- skutočné nahradenie (výmaz, doplnenie) pobočky.

Jednou z najdôležitejších etáp syntézy komutovanej komunikačnej siete je CS - štatistické modelovanie procesu fungovania siete podľa rôznych zákonov riadenia komunikačnej siete. V súčasnosti neexistujú žiadne metódy na výpočet komunikačnej siete, ktoré by sa prispôsobili zákonom kontroly jej zdrojov a zaťaženia. Okrem toho neexistujú žiadne všeobecné metódy na výpočet kanálových kapacít siete pre ľubovoľné postupy na výber ciest prenosu informácií. V tomto ohľade sú veľmi zaujímavé simulačné programy, ktoré umožňujú určiť ukazovatele kvality služieb pre účastníkov komunikačnej siete pod rôznymi zákonmi kontroly a postupmi na výber ciest prenosu informácií. Patria sem napríklad programy na simuláciu metódy reliéfu, simulácia metódy hry na výber spojovacej cesty, simulácia riadenia izorytmickej siete, simulácia statickej a dynamickej stratégie výberu ciest (programy simulujú sieť prepínania paketov) atď. štatistické vyhodnotenie kvality služby spravidla určuje iba integrálny index kvality, pretože na výpočet s rovnakou presnosťou všetkých diferencovaných kritérií kvality je čas simulácie určený potrebnými štatistikami pre tok minimálnej intenzity príliš dlhý . V tomto smere sa rozšírili už spomínané programy. AS-analýza komunikačnej siete, umožňujúca vypočítať diferencované ukazovatele kvality služby.

Vo všeobecnosti postupy PC, SU a AS objektívne zamerané na vyriešenie toho istého problému - stanovenie súladu medzi požadovanými ukazovateľmi kvality služby pre účastníkov komunikačnej siete a parametrami siete (štrukturálne a kanálové) a prvé vykonanie postupu PC predchádza prvému vykonaniu postupov SU, AC(v procese iteratívneho návrhu sa postupy môžu opakovať). Vzhľadom na náklady na návrh sa zdá byť vhodné vykonať postupnosť PC, AC alebo PC, SU ako posledný krok každého kroku a postupnosti iteračného návrhu PC (AC a SU) ako posledná fáza posledného konštrukčného kroku.

Uvedené postupy sú zjavne hlavnými postupmi syntézy komunikačných sietí (otázka „funkčnej úplnosti“ prezentovaného súboru postupov je nezávislá a nie je tu uvažovaná). Pomocné postupy syntézy zahŕňajú postupy, ako je aproximácia nákladových funkcií, výpočet nákladov siete, kontrola počtu iteračných krokov atď.

Prirodzene, sú možné rôzne postupnosti konštrukčných postupov, avšak s prihliadnutím na to HS- úvodný postup, SU Hneď nasleduje „alternatíva“ AS, ZV. VC. postup CW (Cd) predchádzajúca procedúra AW (reklama), postup PC- postupy RP, reklama, cd, postup SU (AC) - AW, CW, PC, počet možných sekvencií postupov je výrazne znížený.

Za predpokladu, že:

proces syntézy komunikačnej siete je iteračný postup krok za krokom a počet krokov návrhu sa rovná počtu počiatočných sieťových štruktúr a počet iterácií v každom kroku je buď určený vopred, alebo závisí na výsledku porovnania nákladov sieťových možností [opakovania sa zastavia, ak sú náklady na sieťovú možnosť i-tý iteračný krok je väčší ako cena opcie; siete zapnuté (i-1) krok];

podsekvencia Reklama, CD, súvisiace s distribúciou tokov cez jednotlivé a spoločné zväzky kanálov komunikačnej siete by sa mali vykonať po procedúre RP;

postup nahradenia vetvy sa vykoná na konci každej iterácie (berúc do úvahy, že postupy CW, Cd sú v podstate náhradné postupy – v týchto prípadoch dodatky);

postup CS alebo AC sa vykonáva pri každej iterácii; Postupy CS a AS sa vykonávajú spoločne na konci každého konštrukčného kroku;

ako najvhodnejšia sa javí postupnosť postupov syntézy znázornená na obr. 3.1, kde C je postup znázornenia štruktúry

komunikačné siete, "cost" - postup výpočtu celkových nákladov na kapacitu kanálov komunikačnej siete, 1 - počítadlo počtu opakovaní, 2 - počítadlo počtu počiatočných sieťových štruktúr. Miesto poradia A W, CW bezprostredne pred RP alebo bezprostredne po PK je určená typom predkladaného variantu konštrukcie. Obmedzujúce prípady: ak S- teda drevo AW, CW nasleduje C, ak C je úplný graf, potom A W, CW nasleduje PC. V súlade s navrhovanou technikou syntézy sú hlavnými postupmi navrhovania postupy GS, AW, CW, RP, Ad, Cd, PC, AC, SU a ЗВ.

Ako ukazuje prax navrhovania distribuovaných nehierarchických komunikačných sietí veľkých rozmerov, voľba počiatočnej štruktúry štádia lokálnej optimalizácie - štruktúry minimálneho spojovacieho stromu alebo hviezdicového grafu - vedie k veľmi suboptimálnej finálnej štruktúre siete. Vysvetľuje to skutočnosť, že takýto výber počiatočnej štruktúry siete ukladá veľmi významné obmedzenia pre nasledujúce fázy optimalizácie a vo všeobecnosti tieto obmedzenia nie sú opodstatnené. Na druhej strane voľba druhého limitujúceho variantu počiatočnej štruktúry siete - kompletného grafu - pre veľkorozmerné siete je neprijateľná z dôvodu enormného množstva požadovaných výpočtov. Okrem toho dva označené obmedzujúce varianty počiatočnej štruktúry siete takmer nezohľadňujú charakter grafu zaťaženia prezentovaného implementácii. G (Y):úplný graf poskytuje priame zväzky kanálov všetkým požiadavkám na prenos informácií, možnosť minimálneho stromu neumožňuje distribúciu prenášaných informačných tokov cez rôzne prenosové cesty.

V súvislosti s vyššie uvedeným je najvhodnejším variantom počiatočnej štruktúry siete pri syntéze veľkorozmernej distribuovanej komunikačnej siete štruktúra grafu zaťaženia (za počiatočné štruktúry možno považovať minimálny strom, hviezdicový graf a úplný graf). centralizovaných sietí alebo ako počiatočné štruktúry distribuovaných sietí malých rozmerov). Keďže ako kritérium pre optimálnosť syntézy siete sa berie nájomné za kanál - kilometre siete, aplikácia všetkých postupov fázy lokálnej optimalizácie priamo do grafu G (Y) alebo na štruktúry odvodené od G (Y), je správne. V niektorých prípadoch graf G (Y) je účelné nahradiť grafom G (Y \ ε) získaným z G (Y) odstránením hrán spájajúcich vrcholy so vzájomným zaťažením menším ako ε *.

Pri zvažovaní grafu G (Y) (G (Y \ ε)) ako počiatočná štruktúra procesu návrhu distribuovanej komunikačnej siete

*) Keďže graf G (Y) pre komunikačné siete na všeobecné účely je spravidla plne prepojený, je potrebná jeho transformácia do grafu G (Y \ ε)..

postupnosť postupov sieťovej syntézy znázorňuje schéma na obr. 3.2 [tu: G (Y)- počiatočná štruktúra].

Za predpokladu dostupnosti AC programov (analýza siete) a SU ( simulácia rozloženia toku) a výber pobočiek-kandidátov na nahradenie na základe výsledkov postupov AS, SU

definícia procesu lokálnej optimalizácie spočíva vo výbere algoritmov postupov AW, CW, Ad, Cd a PC. Uvažujme o niektorých možnostiach riešenia tohto problému.

SIEŤOVÉ ZÓNOVANIE

Vo všeobecnom prípade riešenie problému syntézy distribuovaných sietí

pripojenia metódami výmeny vetvy (postupy CW, Cd, RP, ZV) vyžaduje 0 (n 3) -O (n 6) výpočty, kde n je počet uzlov siete a pre siete s viac ako stovkami uzlov to nie je možné. Jedným z možných spôsobov, ako znížiť zložitosť návrhu, je reprezentovať syntetizovanú veľkú sieť ako súbor menších sietí (zón) a zredukovať riešenie úlohy syntézy veľkej siete na riešenie úloh syntézy sietí, jej komponenty (zónové a medzizónové siete). Druhým dôvodom účelnosti rozdelenia (zonácie) komunikačnej siete je potreba vyčleniť kontrolné zóny pre komunikačnú sieť s lokalizáciou v rámci každej zóny riadiacich a riadiacich informácií.

Ak si želanie znížiť množstvo dizajnu vyžaduje implementáciu postupu zónovania siete podľa štruktúry ako predbežného postupu pre fázu jej lokálnej optimalizácie, potom sa postup zónovania siete na kontrolu spravidla vykonáva po syntéza štruktúry siete.

Etapa zónovania siete zahŕňa riešenie dvoch hlavných problémov - určenie počtu zón (rozdeľovacích blokov) siete a výber princípov zoskupovania uzlov podľa zón, pričom riešenie týchto problémov je najťažšie pre siete nehierarchického štruktúru. V prípade zónovania siete pre riadenie počet deliacich blokov vo všeobecnosti závisí od štruktúry siete a objemu prenášaných správ, prijatých princípov riadenia, výkonnostných charakteristík hardvérových a softvérových ovládacích prvkov atď. žiadna všeobecná metodika rozdelenia siete do kontrolných zón.optimálna voľba počtu kontrolných zón zostáva otvorená. V tomto prípade by sa nemala vylúčiť možnosť sčítania podľa počtu možných zón (vzhľadom na jednorazový charakter riešenia problému zónovania a malú hodnotu sčítania).

číslo Nc blokov na rozdelenie siete podľa štruktúry sa vyberá na základe minimálneho množstva návrhu a určuje sa ako, kde n- celkový počet uzlov syntetizovanej siete;

Počet centrálnych uzlov v každej zóne. Sieť je vybudovaná ako zbierka N c zónové siete a medzizónová sieť zapnutá, uzly (v prípade predpokladu rovnakého počtu centrálnych uzlov v každej zóne). Ak predpokladáme, že v každej zónovej sieti je len jeden centrálny uzol, a to spravidla platí pre málo zaťažené siete, potom N c = .

Definícia princípov zoskupovania uzlov siete podľa zón je vo všeobecnosti spojená s otázkami hodnotenia nákladov a kapacity komunikačných liniek, s úlohami distribúcie toku cez sieť a zabezpečenia štrukturálnej spoľahlivosti. Nedostatok teoretických výsledkov o probléme zoskupovania si vyžaduje hľadanie heuristických princípov zoskupovania. Prirodzeným princípom zoskupovania je požiadavka na minimálnu informačnú konektivitu tak medzi kontrolnými zónami, ako aj medzi zónami z hľadiska štruktúry, pretože takéto zoskupenie celkom správne lokalizuje problémy riadenia a štrukturálnej syntézy a umožňuje minimalizovať náklady na medzizónovú sieť a medzizónovú sieť. - zónové ovládanie.

Vhodnosť použitia grafu už bola uvedená vyššie G (Y) (G (Y \ ε)) ako počiatočná štruktúra procesu lokálnej optimalizácie komunikačnej siete. Keďže váhy hrán grafu G (Y) (G (Y \ ε)) sa rovnajú informačným gravitáciám medzi príslušnými uzlami siete, účelnosť ich použitia (pri zvolenom princípe zoskupovania) je celkom zrejmá a ako graf štruktúry siete prezentovaný na zónovanie (rezanie).

Problém rezania grafu patrí do triedy extrémnych kombinatorických problémov, teda problémov, v ktorých je potrebné určiť minimum (maximum) nejakej funkcie. F, definované v súhrne

Kvalita prevádzky systémov prenosu informácií je charakterizovaná súborom veľkého počtu ukazovateľov, z ktorých hlavnými sú odolnosť proti hluku, rýchlosť, šírka pásma, dosah, elektromagnetická kompatibilita, hmotnosť a rozmery zariadení, náklady, ekologická kompatibilita.

Súbor indikátorov kvality systému možno zapísať ako vektor

Za najlepší (optimálny) systém sa považuje systém, ktorý zodpovedá najväčšej (najmenšej) hodnote nejakej funkcie.

zo súkromných ukazovateľov kvality Hodnota sa nazýva efektívnosť alebo zovšeobecnený ukazovateľ kvality systému a funkcia je objektívna funkcia systému (kritérium kvality).

Jedným z centrálnych bodov metodiky pre optimálny návrh alebo porovnanie systémov je tvorba odhadov účinnosti – cieľových funkcií systému. Takéto hodnotenia sú absolútne nevyhnutné v systémových štúdiách súvisiacich s takými úlohami, ako je výber najlepšieho systému spomedzi existujúcich, hodnotenie úrovne rozvoja systému vo vzťahu k moderným svetovým štandardom, určenie optimálnej verzie nového (projektovaného) systému atď.

V najjednoduchších prípadoch sa účinnosť systémov posudzuje podľa jednotlivých najvýznamnejších parametrov, napríklad podľa rýchlosti, šírky pásma kanála, odstupu signálu od šumu atď.

Vo všeobecnom prípade je potrebný systematický prístup, pri ktorom sa účinnosť hodnotí ako celok súborom parametrov. V tomto prípade je v prvom rade potrebné vziať do úvahy všetky najvýznamnejšie parametre systémov. Túžba brať do úvahy všetky parametre, vrátane vedľajších a sekundárnych, vedie ku komplikácii objektívnej funkcie (kritérium kvality) a sťažuje vizualizáciu výsledkov hodnotenia. Prílišné obmedzenie počtu zohľadňovaných parametrov môže zároveň viesť k tomu, že kritérium je príliš hrubé.

Akékoľvek hodnotenie účinnosti systémov sa vykonáva s cieľom prijať určité rozhodnutie. Takže pri projektovaní je potrebné určiť súbor parametrov systému, pri ktorom sa dosiahne najväčšia účinnosť.

Kvantifikácia účinnosti musí spĺňať určité požiadavky. Malo by dostatočne charakterizovať systém ako celok a mať jasný fyzikálny význam, mať potrebnú flexibilitu a všestrannosť. Hodnotenie účinnosti systému by malo byť

konštruktívne - vhodné pre analýzu aj syntézu systémov. Napokon, hodnotenie výkonu by malo byť dostatočne jednoduché na výpočet a vhodné na praktické použitie. Rozšírené je hodnotenie účinnosti vo forme lineárnej funkcie.

kde sa berie do úvahy počet parametrov (ukazovateľov); váhové faktory; - relatívne hodnoty parametrov, ktoré sa berú do úvahy.

Pri takejto definícii parametrov zahrnutých v súčte (11.27) možno hodnotu určiť v rozsahu od 0 do 1. Najlepší systém bude ten, pre ktorý je hodnota väčšia.

Výber váhových faktorov X je do určitej miery ľubovoľný. To isté platí pre počet zohľadňovaných parametrov. Podiel svojvôle je však možné zredukovať na minimum vypracovaním racionálnej metodiky zisťovania týchto koeficientov (napr. metodiky pre znalecké posudky). Absolútne hodnoty váh sú irelevantné; relevantné sú iba relatívne váhy.

Moderné komplexné komunikačné systémy nemožno vždy plne charakterizovať jedným jediným ukazovateľom. Hodnotenie na základe viacerých ukazovateľov môže byť úplnejšie a zároveň vecnejšie, čo umožňuje charakterizovať rôzne vlastnosti systému. Je jasné, že veľký počet ukazovateľov je neprijateľný. Je potrebné mať niekoľko ukazovateľov charakterizujúcich hlavné najpodstatnejšie vlastnosti systému: informačné, technické, ekonomické atď. V mnohých prípadoch sa stačí obmedziť na dva ukazovatele, napríklad odolnosť proti hluku a prenosovú rýchlosť, frekvenciu a energetickú účinnosť, technický efekt a náklady.

Konečné rozhodnutie je spravidla založené nielen na kvantitatívnych výpočtových údajoch, ale aj na skúsenostiach, intuícii a iných heuristických kategóriách, ako aj na ďalších úvahách, ktoré nebolo možné vziať do úvahy pri zostavovaní matematického modelu.

Vo všeobecnom prípade sa problém optimalizácie SPI redukuje na nájdenie maxima cieľovej funkcie pri zmene systému (jeho štruktúry alebo hodnôt jeho parametrov), berúc do úvahy počiatočné údaje a obmedzenia štruktúry. a parametre systému.

Ak je daná účelová funkcia a je určená množina prípustných systémov (alebo ich variantov), ​​potom sa optimalizácia redukuje na problém diskrétneho výberu z konečného počtu daných systémov, t.j. na výber systému, ktorý zodpovedá najväčšej (najmenšej) z hodnôt

Zložitejšou úlohou je problém optimalizácie (syntézy) štruktúry systému. Ak je možné štruktúru systému adekvátne popísať známymi funkciami s konečným počtom parametrov, potom sa problém zredukuje na optimalizáciu týchto parametrov. V konkrétnom prípade, keď účelová funkcia a všetky funkcie, ktoré určujú obmedzenia lineárne závisia od parametrov, sa problém redukuje na lineárne programovanie. V niektorých

v prípadoch je možné riešiť problém analyticky na základe metód funkčnej analýzy.

Vo všeobecnosti sa riešenie problému optimalizácie SPI môže ukázať ako zložité a nie príliš vhodné na rozhodovanie. Preto sa zvyčajne uchyľujú k postupu optimalizácie krok za krokom. Najprv sa napríklad optimalizácia vykonáva podľa informačných parametrov a potom - podľa technických a ekonomických ukazovateľov. V prvej fáze sa určí štrukturálny diagram systému, ktorý umožňuje vyhodnotiť jeho hlavné potenciálne charakteristiky, zvoliť spôsoby modulácie a kódovania a spôsob spracovania signálu v prijímači. Potom sa určia algoritmy fungovania a parametre jednotlivých blokov systému (modem, kanálový kodek, zdrojový kodek atď.). Poslednou fázou je návrh systému.

Štúdia uskutočniteľnosti je založená minimálne na dvoch ukazovateľoch: efekt a náklady. Princíp maximálneho efektu alebo princíp minimálnych nákladov môžu byť zároveň základnými princípmi pre určenie efektívnosti SPI.

Náklady sú zvyčajne upravené ročné náklady na jednotku produkcie (v našom prípade náklady na prenos jedného bitu za sekundu).

Optimalizácia SPI.

Užitočný efekt (produkt) v SPI je množstvo informácií doručených spotrebiteľovi za jednotku času (prenosovú rýchlosť) pre danú vernosť prenosu, t.j. priemerná prenosová rýchlosť cez kanál v komunikačnej sieti s pravdepodobnosťou chyby Táto rýchlosť sa zvyčajne nazýva šírka pásma systému a označuje sa na rozdiel od Shannonovej šírky pásma kanála C. charakteristiky a vybavenie tohto systému.

A-priorstvo

Tu, počet bitov informácií prenášaných cez kanál v komunikačnej sieti počas doby, kedy je čas (trvanie) prenosu správy; čas oneskorenia vrátane času čakania; účinnosť zdrojového kodeku, redundancia správy (zdroja), účinnosť kanála vypočítaná s prihliadnutím na korekčný kód, typ modulácie a stratu kanála, účinnosť kodeku kanála, - účinnosť modulácie, účinnosť siete.

Ak vezmeme do úvahy výrazy (11.4) a (11.28), máme

kde podľa (11.23) a (11.24)

s; - ide o skutočné množstvo informácií, ktoré je spotrebiteľovi doručené za jednotku času pre danú kvalitu prenosu

Pri optimalizácii SPI možno za objektívnu funkciu brať výraz (11.29) pre Potom bude úlohou nájsť komunikačný systém, ktorý za daných podmienok a obmedzení poskytne maximum tejto funkcie. Matematicky ide o problém nelineárneho a v niektorých prípadoch lineárneho programovania. V niektorých špeciálnych prípadoch sa problém rieši analyticky, napríklad problém nájdenia extrému funkcionálu. V prípadoch, keď je potrebné poskytnúť danú dostatočne vysokú hodnotu, sa výber systému vykonáva analýzou (porovnávaním) možných možností, ktoré spĺňajú dané požiadavky. Požadovaná hodnota C sa v týchto prípadoch dosiahne kompromisným výberom ukazovateľov zahrnutých vo vyjadrení (11.29) s prihliadnutím na technické a ekonomické požiadavky.

Úloha optimalizácie SPI vyvstáva tak pri vývoji nových, ako aj pri zlepšovaní existujúcich systémov. V mnohých prípadoch sa kladie za úlohu zvýšiť účinnosť SPI. Riešenie tohto problému nie je jednoznačné. Vysoká (alebo požadovaná) hodnota C podľa (11.29) sa dá dosiahnuť rôznymi spôsobmi.

Uvažujme o tom na príklade systému na prenos diskrétnych správ (SPDS). Budeme predpokladať, že je známa komunikačná sieť, v ktorej má uvažovaný SPDS fungovať (je nastavená efektívnosť. Zvyčajne je známy aj zdroj správ (je nastavená redundancia).

Kapacita kanála C je informačným zdrojom systému. Zvyčajne sa špecifikuje alebo vyberá na základe existujúcich noriem. Tu sú pri výbere možné možnosti. Podľa Shannonovho vzorca je hodnota úplne určená zdrojom energie a frekvenčným zdrojom. Výber frekvenčného pásma kanála je veľmi obmedzený a regulovaný medzinárodnými dohodami. Pokiaľ ide o zdroj energie, závisí od výkonu vysielača a teploty šumu prijímača a v rádiových systémoch a od zisku antény O. kde A je konštantný koeficient. Z toho vyplýva možnosť zmeny hodnôt, aby sa získala požadovaná hodnota C. Použitie úzkolúčových antén teda môže výrazne zlepšiť energiu kanála pre daný vysielač a prijímač.

So zvolenou hodnotou C a danými hodnotami sa zvýšenie účinnosti SPI zníži na zvýšenie účinnosti kanála. Podľa (11.4) informačná účinnosť závisí od energetickej účinnosti a špecifickej rýchlosti y , ktorý možno vypočítať pomocou vzorcov (11.8) a (11.9). Potom si pre danú pravdepodobnosť chyby a vypočítanú hodnotu energie kanála z výmenných -nomogramov (obr. 11.6) môžete vybrať typ modulácie a metódu kódovania.