Разработка программно-аппаратного стенда для исследования характеристик полярных кодов

DOI: 10.34759/trd-2021-116-07

Авторы

Волков А. С.^1*, Солодков А. В.^1**, Цымляков Д. В.^2***

1. Национальный исследовательский университет «МИЭТ», 124498, Москва, Зеленоград, пл. Шокина, д. 1
2. Национальный исследовательский университет «Московский институт электронной техники», площадь Шокина, 1, Москва, Зеленоград, 124498, Россия

*e-mail: leshvol@mail.ru
**e-mail: solodkov_aw@mail.ru
***e-mail: makrotheeast@gmail.com

Аннотация

Полярные коды – это относительно новый класс помехоустойчивых кодов, используемый в стандарте нового поколения мобильной связи. Поскольку такие коды из-за мягкого приема не являются алгебраическими, а значит, не имеют точно определяемых характеристик, все результаты следует получать только из математического моделирования либо по результатам испытаний на стенде, которое позволяет без сложных математических вычислений дать оценку эффективности кода в определенных условиях.

В статье описывается работа по построению испытательного стенда по принципам быстрого прототипирования для проведения натурного моделирования различных видов сигнально-кодовых конструкций, основанных на полярных помехозащищенных кодах и использующихся в системах мобильной связи нового поколения. Приведен обзор методов декодирования полярных кодов, которые участвовали в тестировании, в малой степени описана математическая основа этих методов.

Для создания стенда было использовано несколько средств разработки: Vivado, Matlab, а также язык Verilog. Аппаратной частью стенда является плата Digilent Zedboard на основе Zynq-7000 компании Xilinx.

Описаны ключевые моменты создания испытательного стенда. Продемонстрирована методика оценки эффективности кодирования сигнала при воздействии на него белого шума.

Получены данные по эффективности и аппаратным затратам для разных видов декодеров.

Ключевые слова:

помехоустойчивое кодирование, полярное кодирование, прототипирование систем связи, СнК, ПЛИС, натурные испытания

Библиографический список

1. Arikan E. Channel polarization: A method for constructing capacity-achieving codes for symmetric binary-input memoryless channels // IEEE Transactions on information Theory, 2009, vol. 55, no. 7, pp. 3051 - 3073. DOI: 10.1109/TIT.2009.2021379

2. Кузнецов В.С., Волков А.С., Быков А.В. Разработка и моделирование метода декодирования помехоустойчивого блокового кода с применением второго алгоритма Чейза // Наукоемкие технологии в космических исследованиях Земли. 2018. Т. 10. № 5. С. 46 – 55. DOI: 10.24411/2409-5419-2018-10165

3. Eslami A., Pishro-Nik H. A practical approach to polar codes // 2011 IEEE International Symposium on Information Theory Proceedings, Saint Petersburg, 2011, pp. 16 - 20. DOI: 10.1109/ISIT.2011.6033837

4. Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. - М.: Радио и связь, 1985. – 384 с.

5. Torrieri D. Principles of spread-spectrum communication systems, Springer, 2015, 641 p. DOI: 10.1007/978-1-4419-9595-7

6. Simon M.K., Omura J.K., Scholtz R.A., Levitt B.K. Spread Spectrum Communication Handbook, New York, McGraw-Hill, 1994, 1228 p.

7. Бородин В.В., Петраков А.М., Шевцов В.А. Анализ эффективности передачи данных в сети связи группировки беспилотных летательных аппаратов // Труды МАИ. 2015. № 81. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=57894

8. Бородин В.В., Петраков А.М., Шевцов В.А. Моделирование служебного канала передачи маршрутной информации адаптивной летающей сети связи // Электросвязь. 2016. № 11. С. 41 - 45.

9. Шевцов В.А., Бородин В.В., Крылов М.А. Построение совмещенной сети сотовой связи и самоорганизующейся сети с динамической структурой // Труды МАИ. 2016. № 85. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=66417

10. Chen K., Niu K., Lin J.R. List successive cancellation decoding of polar codes // Electronics letters, 2012, vol. 48, no. 9, pp. 500 - 501. DOI:10.1049/EL.2011.3334

11. Zhang Y. et al. A modified belief propagation polar decoder // IEEE communications letters, 2014, vol. 18, no. 7, pp. 1091 - 1094. DOI: 10.1109/LCOMM.2014.2316365

12. Li B., Shen H., Tse D. An adaptive successive cancellation list decoder for polar codes with cyclic redundancy check // IEEE Communications Letters, 2012, vol. 16, no. 12, pp. 2044 - 2047.

13. Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. - М.: Вильямс, 2003. - 146 с.

14. Zhan G. et al. High-speed FPGA-based phase measuring profilometry architecture // Optics express, 2017, vol. 25, no. 9, pp. 10553 - 10564. DOI: 10.1364/OE.25.010553

15. Кузнецов, В.С., Кузнецов В.С., Волков А.С., Солодков А.В., Cорока В.Г. Моделирование шумоподобной системы связи на основе ансамблей симплексных кодов // Труды МАИ. 2020. № 111. URL: http://www.trudymai.ru/published.php?ID=115131. DOI: 10.34759/trd-2020-111-9

16. Кузнецов В.С., Волков А.С., Солодков А.В., Чугунов И.В. Исследование воздействия преднамеренных помех на систему связи с применением симплексных кодов // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2020. Т. 14. № 7. С. 13 - 19.

17. Лялин К.С., Хасанов М.С., Мелёшин Ю.М., Кузьмин И.А. Спектральный метод подавления боковых лепестков автокорреляционной функции длинных псевдослучайных бинарных последовательностей // Труды МАИ. 2018. № 103. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=100800

18. Kaushal S., Kaur G. FPGA Implementation of MIMO System using Xilinx System for Video Transmission // IOSR Journal of Electronics and Communication Engineering, 2014, vol. 9, no. 3, pp. 41 – 44. DOI: 10.9790/2834-09324144

19. Широ Г.Э., Кузнецов М.С. Оценка реализации системы цифровой связи на основе шумоподобных сигналов типа М-последовательностей // Известия вузов. Электроника. 2014. № 6. С. 67 - 72.

20. Pamuk A. An FPGA implementation architecture for decoding of polar codes // 8th International Symposium on Wireless Communication Systems, Aachen, 2011, pp. 437 - 441. DOI: 10.1109/ISWCS.2011.6125398

21. Crockett L.H. et al. The Zynq Book: Embedded Processing with the Arm Cortex-A9 on the Xilinx Zynq-7000 All Programmable Soc, Strathclyde Academic Media, 2014, 484 p.

Скачать статью