Выбор и использование программной архитектуры действующего протокола передачи данных программно-конфигурируемого радиоканала

Введение. Помехозащищенное кодирование используется во многих системах связи для обеспечения приемлемого уровня производительности. Особенность использования – во включении избыточных символов в закодированный пакет, что требует большего времени передачи и существенно большую пропускную способности канала, чем при передаче некодированного пакета. Перспективным здесь является программное изменение конфигурации системы радиосвязи и разработка протоколов связи для обеспечения максимального коэффициента загруженности канала при обеспечения приемлемого уров-ня производительности.

Цель работы. Повышение производительности радиосистемы путём совершенствования протоколов связи, решение вопроса обеспечения максимальной загруженности канала при формировании и приеме сигналов.

Материалы и методы. В работе приводится описание и структура протокола, разработанного авторами и применимого в части программного обеспечения (ПО) управления приемопередающего модуля системы ионосферной радиосвязи. ПО разрабатывается в кроссплатформенной программной среде LabView на языке VHDL и проходит исследования на имитационной модели радиоинтерфейса.

Результаты. Исследована корректирующая способность кодов, для случая аддитивного гауссовского канала с двоичной фазовой модуляцией (OFDM-модуляция совместно с абсолютной фазовой манипуляцией 2PSK и 4PSK) для выбора энергоэффективного подхода к проектированию системы ионосферной радиосвязи. Разработана структура и функциональноe описание протокола, используемого в ПО для имитационной модели программно-конфигурируемого радиоканала. Работа ПО осуществляется в ОС Windows 7 и более поздних версиях с разрядностью x32/x64 под управлением пакета MS VisualC++. Показано, что разработанное ПО может задействовать аппаратные и программные средства управления приемопередающего модуля, включающего трансивер SunSDR2 и антенный усилитель.

Заключение. Полученные результаты позволяют заменить отдельно настраиваемые радиоприемники и трансиверы, построенные по сложной супергетеродинной схеме, на ограниченное число аппаратных блоков, работающих под управлением разработанного ПО. В дальнейшем планируется провести исследования по оценке прохождения сигналов OFDM через многолучевые каналы связи с замираниями Релея и Райса. Получаемая модель позволит оценить помехоустойчивость при различной длине циклического префикса OFDM символа и пронаблюдать за поведением сигнального созвездия при воздействии различных нестабильностей.

1. Галкин В. А. Основы программно-конфигурируемого радио. М.: Горячая линия–Телеком, 2013. 372 с.

2. Трусов В. А., Горячев Н. В., Баннов В. Я. Программно-определяемые приемопередатчики и их применение // Молодой ученый. 2014. № 21. С. 234–236.

3. Воробьев О. В., Рыбаков А. И. Вариант реализации двунаправленной связи в СМС (системе метеорной связи). Описание программно-аппаратного комплекса СМС // Материалы VII Междунар. науч.-техн. и науч.-метод. конф. "Актуальные проблемы инфокоммуникаций в науке и образовании", СПб., 1–2 марта 2017 / СПбГУТ. СПб., 2017. Т. 1. С. 128–133.

4. Качнов А. В., Рыбаков А. И. Разработка мобильной системы информационного обеспечения с использованием каналов метеорной связи // Материалы V Междунар. науч.-техн. и науч.-метод. конф. "Актуальные проблемы инфокоммуникаций в науке и образовании", СПб., 10–11 марта 2016 / СПбГУТ. СПб., 2016. С. 177–181.

5. Горелкин Г. А., Горшков А. В., Тулемисов У. М. Модель проектирования информационных систем в условиях потока новых информационных технологий // Системы высокой доступности. 2011. № 1. С. 62–64.

6. Arikan E. Channel Polarization: a Method for Constructing Capacity-Achieving Codes for Symmetric Binary-Input Memoryless Channels // IEEE Trans. on Information Theory. 2009. Vol. IT-55, iss. 7. P. 3051–3073. doi: 10.1109/TIT.2009.2021379

7. Trifonov P. Efficient Design and Decoding of Polar Codes // IEEE Trans. on Communications. 2012. Vol. 60, iss. Com-11. P. 3221–3227. doi: 10.1109/TCOMM.2012. 081512.110872

8. Горячев Н. В., Танатов М. К., Юрков Н. К. Исследование и разработка средств и методик анализа и автоматизированного выбора систем охлаждения радиоэлектронной аппаратуры // Надежность и качество сложных систем. 2013. № 3. С. 70–75.

9. Солонина А. И., Клионский Д. М. Цифровая обработка сигналов и Matlab. СПб.: БХВ-Петербург, 2013. 512 с.

10. Петров С. А., Нефедьев А. И. Микроконтроллеры измерительных систем / ВолгГТУ. Волгоград, 2015. 112 с.

11. Мэй Х., Го Я. Повсеместные операционные системы // Открытые системы. СУБД. 2018. № 1. URL: https://www.osp.ru/os/2018/01/13053933/ (дата обращения 19.06.19)

12. Рыбаков А. И. Программное обеспечение с многокритериальными алгоритмами обработки информации / Свид. о государственной регистрации программы для ЭВМ РФ № 2018615443. Опубл. 08.05.2018. Бюл. № 5.

13. Trifonov P., Miloslavskaya V. Polar Codes with Dynamic Frozen Symbols and their Decoding by Directed Search // Proc. of IEEE Information Theory Workshop, Sevilla, Spain, 9–13 Sept. 2013. doi: 10.1109/ITW.2013.6691213

14. Василевский В. В., Панюшкин В. А., Пузырев П. И. Оптимизация схемы тактовой синхронизации программно-конфигурируемого цифрового приемника на процессоре TMS320VC55XX // Ползуновский вестн. 2010. № 2. С. 196–199.

15. Смелянский Р. Технологии реализации программно конфигурируемых сетей: overlay vs openflow // Журн. сетевых решений LAN. 2014. № 4. С. 53–55.

16. MacKay D. J. C. Encyclopedia of Sparse Graph Codes. URL: http://www.inference.phy.cam.ac.uk/mackay/codes/data.html (дата обращения 13.05.2019)