Методы оптимизации передачи информации в системах спутниковой связи

Суть первого метода заключается в выборе оптимальной длины пакета согласно параметрам приемопередающей аппаратуры.

Введем параметры:

N _ПАК – общая длина передаваемого пакета [бит], содержащего информационную и служебную информацию;

N _ИНФ - длина информационного поля передаваемого пакета [бит];

N СЛУЖ — длина служебного поля передаваемого пакета [бит], в состав данного поля могут входить адреса отправителя и приемника ( N _АДР ), контрольные суммы и биты кодирования ( N _КОДИР ) в случае сверточного кодирования, кодирования Хаффмана, кодирования Шеннона или др.

N СЛУЖ = N АДР + N КОДИР = N АДР + kN ИНФ , ⁽¹⁾ где k – скорость (коэффициент) кодирования, обычно равная 1/2, 3/4, 5/6.

N ПАК = N ИНФ + N СЛУЖ - ⁽²⁾

Из формул (1) и (2) выразим длину информационного поля через общую длину пакета:

_N      N ПАК N АДР              (3)

N ИНФ         , , ,      .

1 + k

Вероятности повторной передачи пакета длиной N _ПАК , в случае если хотя бы один бит пакета передан с ошибкой:

P ПОВТ = 1 – (1 – P B ) ^N ПАК ,         (4)

М. Г. Поляк, А. В. Мишуров

Методы оптимизации передачи информации в системах спутниковой связи где PB - вероятность ошибки на бит, относительная величина, зависящая от параметров приемопередающей аппаратуры и параметров среды передачи радиоволн.

Теперь запишем общую вероятность необходимости повторной передачи пакета с первой, второй, третьей и т.д. попыток с учетом того, что при P _ПОВТ < 1 данная сумма образует сходящийся ряд геометрической прогрессии:

да

^{2     3}         ”   = У р =

1 ОБЩ.ПОВТ    ПОВТ + ПОВТ + ПОВТ + ... + ПОВТ Т.1 ПОВТ i =1

Х-Р

ПОВТ

- 1.

Запишем формулу среднего времени передачи пакета информации с учетом передачи с первой попытки, повторных передач и технических параметров:

Т

СР.ВР

ОБЩ.ПОВТ

NПАК v + Т ПР.РЕШ

S _Т

^N ПАК + ^S Т "  ^Т ПР.РЕШ S Т • (1 - Pb) N ПАК

где S _Т – техническая скорость передачи информации [бит/с]; Т _ПР.РЕШ – время принятия аппаратурой решения о необходимости повторной передачи [c].

С учетом формул (3), (5), (6) получим выражение для скорости передачи информационного поля пакета [бит/с]:

S = N инф = ( N ПАК - N АДР ) • S Т • (1 - P b ) N ПАК ^ИНФ Т СРВР    (1 + к ) • ( N ПАК + S Т Т ПР.РЕШ )

.

Нормируем скорость передачи информационного поля технической скоростью:

⁵ ИНФ = ⁽ N ^ПАК N АДР ) ■ ⁽¹ P B ) ^{N ПАК 5} Т     (1 + k ) • ^{( N} пак + ⁵ Т • Т пр. реш )

Построим зависимости отношения (8) от длины информационного поля пакета N _ПАК при разных вероятностях ошибки на бит P _B = 10 ^–4 ; 10 ^–5 ; 10 ^–6 . Для построения используем значения: N _АДР = 128, k = 0; S Т = 8 388 608; Т ПР.РЕШ = 10 ^–6 .

Проанализируем полученные графики и заметим, что каждая кривая имеет точку максимума. Для того, чтобы найти эту точку, найдем производную и приравниваем ее к нулю.

.                     d   Г S инф ) а

Решение уравнения —----- —— I - 0 с нормировкой по максимальному значению длины ин- d ( N ПАК ) V S Т )

формационного поля позволяет найти оптимальную длину пакета:

^N ПАК.ОПТ    ( ^N АДР "  ln ^{(1 P}B ) ^S Т "  ^Т ПР.РЕШ "  ^{ln(1 P} B )

- Vln(1 - Pb> ■ ( N АДР + 5Т'Т ПР.РЕШ ) • ( N АД Р' ln(1 - P b ) + S Т • Т ПР.РЕШ ■ ln(1 - P b ) - 4))/

/ . ln(1 - P B ).

Используя формулу (9) для данных значений определим оптимальные длинны пакетов при разных вероятностях ошибки на бит:

P	N ПАК. ОПТ
10–4	1 230
10–5	3 754
10–6	11 740

Итог: используя оптимальную длину пакета (9) вместо фиксированного значения, можно существенно увеличить эффективность работы линии спутниковой связи, особенно при малых значениях вероятности ошибки на бит.

Рассмотрим второй метод увеличения производительности системы связи с НКА (низкоорбитальный космический аппарат), основанный на реально существующем неравенстве трафиков на трассах Земля – НКА и обратно. В этом случае одна из радиолиний up или down, для работы ко-

Рис. 1. Зависимость отношения скорости передачи информационного пакета к технической скорости от размера пакета при разных вероятностях ошибки на бит: 1 – P B = 10^–4; 2 – P B = 10^–5; 3 – P B = 10^–6

U ИССЛЕДОВАНИЯ плуко____________ ■ ГРАДА торых используются различные несущие частоты, часть времени простаивает, особенно когда передаётся речевой трафик в телефонном режиме.

Пусть N 1 и N_г - объемы сообщений, которые предстоит передать, соответственно, от pемной станции и с НКА. Условно будем считать, что N 1 >  N ₂ . Максимальное время занятия канала Т МАКС определяется скоростью передачи информации R и значением в данном случае N ₁ :

Г МАКС = NT .               (10)

R

52         Передача трафика в обоих направлениях начинается с момента входа НКА в зону радиовидимости, т.е. практически одновременно. Резерв повышения производительности состоит в уменьшении времени занятия канала за счет использования освободившегося направления для передачи оставшейся части большего сообщения во

втором канале. В момент времени ² с начала передачи сообщений вторая линия передачи переключается с приема на передачу (или наоборот) и N - N остаток большего по объему сообщения ¹²

передается уже по двум каналам. Время передачи

в этом случае

т

^Т МИН

N N - N N + N

__ 2 +__1________ 2 __ 1 ________ 2

" R 2 • R ~ 2 • R

При N1 >> N2 МАКС = 2 . Таким образом, ТМИН при существенном неравенстве трафиков в прямом и обратном направлениях, что часто встречается на практике, производительность системы связи может быть увеличена в 2 раза.