Iv халықаралық Ғылыми-практикалық конференция еңбектері

«ҚОҒАМДЫ АҚПАРАТТАНДЫРУ»  IV ХАЛЫҚАРАЛЫҚ ҒЫЛЫМИ-ПРАКТИКАЛЫҚ КОНФЕРЕНЦИЯ 
 
 
319
 
 
Микроконтроллер  Выводы  Порты  Тактовая 
частота, МГц 
Память 
программы 
ОЗУ 
Типы 
корпусов 
SX18AC 
18 
12 
50, 75 
2048x12 
136x8 
DIP, 
SOIC 
SX20AC 
20 
12 
50, 75 
2048x12 
136x8 
SSOP 
SX28AC 
28 
20 
50, 57 
2048x12 
136x8 
DIP, 
SOIC, 
SSOP 
SX48BD 
48 
36 
50 
4096x12 
262x8 
TQFP 
SX52BD 
52 
40 
50, 100 
4096x12 
262x8 
PQFP 
 
Небольшие  программы  для  микроконтроллеров  SX  эффективнее  всего  писать  на 
ассемблере.  Фирма  Ubicom  поддерживает  бесплатный  SASM  [2]  -  полноценный 
макроассемблер,  имеющий  все  необходимые  функции.  Все  примеры  применения  Ubicom  
также 
скомпилированы 
им. 
Ассемблер 
SASM 
поддерживается 
большинством 
внутрисхемных эмуляторов и программаторов для SX. 
Более  сложные  программы  можно  писать  на  C.  Для  микроконтроллеров  Ubicom  SX 
существует  компилятор  SXC  фирмы  Byte  Craft  и  компилятор  С2С,  однако  наиболее 
компактный  и  эффективный  код  получается  при  использовании  компилятора  Hitech  C, 
бесплатная версия которого входит в комплект внутрисхемного эмулятора SX-DEV [3]. 
Программные  симуляторы  для  микроконтроллеров  SX  не  пользуются  особой 
популярностью  из-за  того,  что  аппаратные  внутрисхемные  эмуляторы  для  них  дешевы  и 
удобны  в  использовании.  Можно  отметить  бесплатный  программный  симулятор  SxSim    и 
популярный  универсальный симулятор UMPS , также поддерживающий микроконтроллеры 
SX. 
1.1  Примеры  применения:  фирма  Ubicom  опубликовала  обширную  библиотеку 
примеров  применения  микроконтроллеров  SX  для  различных  приложений.  Благодаря 
фиксированному  времени  входа  в  прерывание  (3  такта  для  внутренних  прерываний)  и 
аппаратному  сохранению  контекста  при  входе  в  прерывание,  микроконтроллеры  SX 
позволяют  программно  обрабатывать  многие  функции,  ранее  выполнявшиеся  в  виде 
аппаратных  модулей.  Такие  отлаженные  программные  модули  собраны  в  библиотеку 
виртуальных периферийных устройств. Уже опубликовано большое число модулей: 
- 
2400...230,4K асинхронный последовательный интерфейс; 
- 
8-канальный 19,2-K асинхронный последовательный интерфейс; 
- 
8-разрядный ШИМ; 
- 
несколько ШИМ выходов; 
- 
8-разрядный АЦП; 
- 
16-разрядный таймер; 
- 
I2C ведущий и ведомый; 
- 
SPI/mWire ведущий и ведомый; 
- 
управление шаговым двигателем; 
- 
сканирование клавиатуры 4x4; 
- 
формирование FSK; 
- 
формирование DTMF; 
- 
формирование синусоидального сигнала; 
- 
часы реального времени; 
- 
8- и 4-разрядные интерфейсы ЖКИ на HD44780; 
- 
BELL-202 FSK модем на 1200 бод; 
- 
ввод/вывод DTMF; 
- 
детектирование Caller ID; 
- 
детектор вызова; 

«ҚОҒАМДЫ АҚПАРАТТАНДЫРУ»  IV ХАЛЫҚАРАЛЫҚ ҒЫЛЫМИ-ПРАКТИКАЛЫҚ КОНФЕРЕНЦИЯ 
 
 
320
 
 
- 
детектор поднятой трубки; 
- 
ввод/вывод линейных сигналов; 
- 
импульсный набор номера и другие. 
 
Область  коммуникационных  технологий  сегодня  является  предметом  пристального 
внимания многих производителей микроконтроллеров. Совершенствование характеристик и 
значительное  расширение  функциональных  возможностей  коммуникационных  процессоров 
происходит на фоне сокращения среднего времени обновления их поколений до одного года, 
что  свидетельствует  о  бурном  развитии  сетевых  и  интернет-технологий  и  возрастающем 
спросе на них. 
Литература 
1.  Atanov  S.K.  Software  and  algorithms  with  indistinct  logic//  Publishing  house  Education  and 
Science s.r.o., Praha8, 2010, s 33-36 
2.  А.  Владимиров.  Виртуальная  периферия  становится  реальностью  //  Инженерная 
микроэлектроника. 1998. № 4. С. 24-25. 
3. Ubicom Application Notes, Ubicom SASM Assembler. 
 
 
УДК  004.056.55 
 
САТЫБАЛДИНА Д.Ж., ТАШАТОВ Н.Н., ВАРЛАМОВ О.С. 
 
ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА С ФУНКЦИЯМИ ПОСТРОЕНИЯ И 
АНАЛИЗА КАСКАДНЫХ КОНСТРУКЦИЙ КОДИРОВАНИЯ ДВОИЧНЫХ ДАННЫХ 
И ИХ ДЕКОДИРОВАНИЯ 
 
(Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева, Астана, Республика 
Казахстан) 
 
В настоящее время известно большое количество достаточно мощных кодов с высокой 
исправляющей  способностью  при  высоких  информационных  скоростях.  Однако  их 
применение  ограничено  сложностью  реализации  оптимальных  декодеров,  обеспечивающих 
минимум вероятности ошибочного декодирования. По этой причине на практике чаще всего 
используются  составные  или  каскадные  коды.  В  таких  конструкциях  множество  символов 
кодового слова может быть разбито на различные подмножества, сформированные на основе 
коротких кодов, допускающих простые в реализации процедуры декодирования. 
Наиболее  распространенными  составными  конструкциями  являются  схема  каскадного 
кодирования (АВ-РС), в которой для внутреннего кода применяется сверточное кодирование 
и  декодирование  по  алгоритму  Витерби  (AВ),  а  для  внешнего  –  коды  Рида-Соломона  (РС) 
[1],  а  также  различные  способы  каскадирования  на  основе  турбо  кодов  (ТК)  [2]. 
Энергетический выигрыш кодирования (ЭВК), получаемый при использовании ТК в канале с 
АБГШ,  составляет  от  2  до  4  дБ  по  сравнению  с  каскадный  кодом  (АВ-РС)  [3].  Для 
телекоммуникационных  систем  это  создает  эффект  увеличения  мощности  передатчика  или 
допустимый  коэффициент  шума  приемника,  что  и  обуславливает  технический  эффект  от 
использования  кодирования.  Так  при  ЭВК  в  3  дБ  мощность  передатчика  может  быть 
уменьшена  в  2  раза  при  прочих  равных  условиях  или  допустимый  коэффициент  шума  в 
канале может быть увеличен на 3 дБ [4]. Технические характеристики передатчика являются 
параметрами  для  вычисления  дальности  радиосвязи  [4].  Легко  получить,  что  ЭВК  в  3  дБ 
позволяет  увеличить  дальность  связи  на  40%,  либо  сократить  размеры  приемной  или 
передающей антенны на 30%. Кроме того, при прочих равных условиях кодирование может 
обеспечить  значительное  повышение  скорости  обработки  данных,  надежности  и 

«ҚОҒАМДЫ АҚПАРАТТАНДЫРУ»  IV ХАЛЫҚАРАЛЫҚ ҒЫЛЫМИ-ПРАКТИКАЛЫҚ КОНФЕРЕНЦИЯ 
 
 
321
 
 
достоверности  их  хранения,  а  также  множество  других  полезных  технологических 
преимуществ. 
Для 
улучшения 
характеристик 
многопорогового 
декодирования 
(МПД) 
для 
самоортогонального кода (СОК) представляется возможным его использование в каскадной 
схеме совместно с коротким внутренним сверточным кодом (СК), декодируемым с помощью 
декодера  Витерби  [5].  В  данном  случае,  в  отличие  от  ранее  предложенных  методов,  МПД 
будет являться внешним кодеком, а Витерби – внутренним (см. рисунок 1). 
 
 
 
Рисунок 1 – Каскадная схема кодирования/декодирования 
 
В  процессе  работы  предлагаемой  схемы  в  условиях  большого  шума  сначала 
выполняется  декодирование  короткого  сверточного  кода  с  помощью  декодера  Витерби, 
который  в  силу  своей  оптимальности  даже  в  сложных  условиях  способен  несколько 
уменьшить  канальную  вероятность  ошибки.  После  этого  с  помощью  жесткого  МПД  для 
внешнего  длинного  СОК  возможно  существенное  уменьшение  вероятности  ошибки 
декодирования.  Отметим,  что  совместно  со  сверточным  кодом,  декодируемым  алгоритмом 
Витерби, следует применять только высокоскоростные СОК (например, с R  = 4/5 или  даже 
большей)  для  того,  чтобы  потери  в  энергетике  из-за  уменьшения  кодовой  скорости 
каскадного кода были незначительными. 
Разработана 
программная 
реализация 
алгоритма 
мягкого 
многопорогового 
декодирования 
и 
новых 
методов 
организации 
каскадных 
схем, 
в 
составе 
многофункциональной  информационной  системы  (ИС)  «Система  исследование  и  анализа 
каскадных  кодов»,  обеспечивающей  автоматизацию  построения  и  тестирования  каскадных 
конструкций кодирования двоичных данных и их декодирования.  
Для 
создания 
ИС 
использовалась 
технология 
визуального 
и 
объектно-
ориентированного  программирования  на  платформе  .NET  Framework  4.5  (Microsoft  Visual 
Studio Professional 2013). Исходный код написан на языке высокого уровня C#. Для создания 
форм  пользовательского  интерфейса  использовался  внутренний  дизайн.    Для  хранения 
создаваемых  объектов  кодирующих  и  декодирующих  алгоритмов,  а  также  результатов 
работы  программы  используется  СУБД  MS  SQL  SERVER  2012.  Для  доступа  к  базе 
используется ORM EntityFramework 6. 
В соответствии с требованиями к системе разработано клиентское Desktop-приложение 
с тремя слоями: 
- слой обработки входящих данных; 

«ҚОҒАМДЫ АҚПАРАТТАНДЫРУ»  IV ХАЛЫҚАРАЛЫҚ ҒЫЛЫМИ-ПРАКТИКАЛЫҚ КОНФЕРЕНЦИЯ 
 
 
322
 
 
- слой хранения данных; 
- слой представления данных и результатов работы системы. 
Данное  разделение  на  слои  позволит  в  дальнейшем  при  необходимости  осуществить 
простой перенос системы на клиент-серверную архитектуру.  
Функционал ИС: 
- возможность использования любого количества элементов каскада; 
- возможность  использования  в  качестве  элементов  каскада  любого  кодирующего  и 
декодирующего алгоритма; 
- возможность задания настроек алгоритмов используемых в системе; 
- возможность повторного использования созданных схем; 
- автоматизации подбора оптимальных параметров кодирующих и декодирующих схем; 
- хранение результатов работы схем для анализа эффективности; 
- в системе должны быть реализованы базовые алгоритмы декодирования данных; 
- анализ  и  сравнение  каскадных  схем  по  эффективности  исправления  ошибок  и 
скорости кодирования и декодирования. 
Целевыми показателями при реализации ИС являются: 
– скорость кодирования данных,  
– скорость декодирования данных,  
–  производительность  системы,  которая  не  должна  уменьшаться  при  различных 
входных данных, но одинаковых настройках (параметров) системы. 
Основными  элементами  системы  являются  классы  алгоритмов  кодирования  и 
алгоритмов  декодирования,  класс  канала  передачи  данных,  классы  настроек  для 
кодирующих и декодирующих алгоритмов.  
В ИС реализованы следующие линейные коды: 
– самоортогональный  код; 
– сверточный код; 
– код с проверкой четности; 
– код Хэмминга. 
ИС поддерживает работу данного алгоритма с кодами скорости R = 1/k. Ограничений 
на  другие  параметры  кодов  не  имеется,  однако  стоит  иметь  ввиду,  что  при  больших 
значениях  длины  сдвиговых  регистров  (n  >  20000)  работа  алгоритма  может  существенно 
снизиться. 
Базовые алгоритмы декодирования, реализованные в ИС: 
–  алгоритм  многопорогового  декодирования,  не  рекомендуется  устанавливать 
количество  порогов  больше  40,  т.к.  скорость  работы  алгоритма  существенно  снижается,  а 
эффективность от увеличения количества порогов невысока; 
– алгоритм Витерби, скорость работы алгоритма напрямую зависит от выбранного СОК 
или СК, которым осуществляется кодирование в схеме; 
–    отсутствие  декодирования,  применяется  в  качестве  базового  показателя 
эффективности схем. 
На  рисунке  2  представлено  окно  Конструктора  каскадных  схем.  Как  видно,  имеется 
возможность создать новую схему либо отредактировать имеющуюся, если по ней не было 
проведенных  испытаний.  Кроме  того,  в  окне  дополнительная  информация  представлена 
некоторая  информация о  проведенных  испытаниях,  в  которых  участвовала  данная  схема.  В 
случае,  если  схема  участвовала  хотя  бы  в  одном  испытании,  настройка  ее  параметров 
блокируется для соблюдения чистоты экспериментов. 
 

«ҚОҒАМДЫ АҚПАРАТТАНДЫРУ»  IV ХАЛЫҚАРАЛЫҚ ҒЫЛЫМИ-ПРАКТИКАЛЫҚ КОНФЕРЕНЦИЯ 
 
 
323
 
 
 
 
Рисунок 2 – Окно создания и редактирования схемы каскадирования 
 
Для  того  чтобы  добавить  кодирующий  алгоритм  в  схему  необходимо  нажать  кнопку 
«Выбрать  кодер»  (см.  рисунок  2,  п.4).  В  открывшемся  окне  из  библиотеки  созданных 
алгоритмов нужно выбрать алгоритм кодирования (см. рисунок 3, п.1). Краткая информация 
по каждому алгоритму представлена в текстовом окне в нижней части окна (см. рисунок 3, 
п.3).  
 
 
 
Рисунок  3 – Окно выбора алгоритма кодирования 
 

«ҚОҒАМДЫ АҚПАРАТТАНДЫРУ»  IV ХАЛЫҚАРАЛЫҚ ҒЫЛЫМИ-ПРАКТИКАЛЫҚ КОНФЕРЕНЦИЯ 
 
 
324
 
 
В  случае  если  нужного  алгоритма  нет,  есть  возможность  создать  новый  алгоритм или 
использовать базовый алгоритм с настройкой параметров работы. Как только в схему будет 
добавлен  кодирующий  элемент,  станет  доступно  добавление  соответствующего  ему 
декодирующего  устройства. Нажатие кнопки «Выбрать декодер» (см. рисунок 2) открывает 
диалоговое окно, содержащее зарегистрированные в системе экземпляры декодеров, имеется 
возможность  создать  новый  экземпляр  алгоритма    декодирования  с  нужным  набором 
настроек. В случае выбора МПД в качестве базового, есть возможность задания количества 
порогов МПД, а также величины порогов и веса проверок, идущих с разностного регистра к 
каждому из порогов. 
В  ИС  имеется  возможность  одновременной  работы  нескольких  каскадных  схем, 
параметры работы которых выбираются пользователем (см. рисунок 4).   
В блоке «Настройки испытания» задаются настройки для проведения испытания: 
1) мощность канала, в котором будут анализироваться выбранные схемы кодирования; 
2) размер потока информации, чем больше данная величина, тем дольше будет длиться 
эксперимент, однако тем точнее будут его результаты; 
3) количество итераций; 
4) количество потоков, количество параллельно работающих потоков, анализирующих 
работу схем; количества процессоров на целевой машине. 
Для  того  чтобы  сохранить  созданную  схему  необходимо  нажать  кнопку  «Сохранить 
схему»  (см.  рисунок  2).  Если  вся  необходимая  информация  для  схемы  задана  корректно 
система уведомит об успешном создании схемы соответствующим сообщением, иначе будет 
выведена  информация  о  недостающих  настройках  схемы.  Созданная  схема  отобразится  в 
общем списке зарегистрированных схем (см. рисунок 2, п.1).  
Для  того  чтобы  отредактировать  любую  из  зарегистрированных  схем  необходимо 
выбрать  ее  из  списка  и  изменить  данные  следуя  тем  же  путем,  что  и  при  создании  нового 
экземпляра схемы. Чтобы перейти к проведению испытаний алгоритмов необходимо нажать 
кнопку «Далее» (см. рисунок 2). 
 
 
 
Рисунок 4 – Установка начальных параметров работы каскадных схем 
 
Следующим  этапом  исследований  является  подготовка  программы  испытаний  и 
тестирование  ИС.  Для  этого  проведены  эксперименты  по  определению  характеристик 

«ҚОҒАМДЫ АҚПАРАТТАНДЫРУ»  IV ХАЛЫҚАРАЛЫҚ ҒЫЛЫМИ-ПРАКТИКАЛЫҚ КОНФЕРЕНЦИЯ 
 
 
325
 
 
различных каскадных конструкций в различных каналах связи. Интерфейс окна пользователя 
для экспериментальных исследований представлен на рисунке 4. 
На  предыдущем  этапе  исследований  было  показано,  что  изменение  способа 
вычисления  весовых 
коэффициентов 
проверок 
позволяет 
существенно 
улучшить 
характеристики используемых кодов при их многопороговом декодировании [6, 7, 8]. В ИС 
реализованы  возможности  изменения  параметров  оптимизации  (начальное  количество 
ошибок,  веса  проверок  разностного  регистра  на  каждом  пороговом  элементе,  величины 
порогов).  Это  дало  возможность  на  основе  программной  реализации  предложенного 
алгоритма  мягкого  многопорогового  декодирования  и  анализа  результатов  имитационного 
моделирования  получить  более  улучшенные  параметры  по  скорости  и  коррекции  ошибок 
при большом уровне шума в каналах с аддитивным белым гауссовским шумом. Результаты 
исследований опубликованы в [9, 10]. 
 
 
 
Рисунок 5 – Тестирование последовательного каскада из сверточного кодера и 
модифицированного многопорогового декодера. 
 
Оптимизированный  способ мягкого  многопорогового  декодирования  был  использован 
при реализации каскадных схем (последовательных и параллельных) кодирования данных и 
декодирования сверточных и самоортогональных кодов.  
Проведенные  испытания  показали,  что,  используя  ИС,  можно  проводить  оценки 
различных  схем  с  различным  составом  и  типом  кодирующих  и  декодирующих  устройств. 
Результаты проведенных экспериментов представляются как в графическом виде (рисунки 6, 
7), так и в табличном представлении (рисунок 8). Кроме того, система позволяет сравнивать 
схемы  не  только  по  эффективности  декодирования  и  восстановления  поврежденной 
информации, но и по временным характеристикам схем.  

«ҚОҒАМДЫ АҚПАРАТТАНДЫРУ»  IV ХАЛЫҚАРАЛЫҚ ҒЫЛЫМИ-ПРАКТИКАЛЫҚ КОНФЕРЕНЦИЯ 
 
 
326
 
 
Анализ  статистических  данных  показывает,  что  последовательные  каскадные  схемы  с 
использованием  многопороговых  декодеров  превосходят  по  скорости,  но  при  этом  более 
весомые аргументы лежат на стороне МПД с параллельным кодированием, поскольку МПД 
с  параллельным  каскадированием  заметно  больше  исправляет  количество  ошибок  в 
закодированных  данных  и  уменьшают  частоту  и  вероятность  конечной  ошибки,  что 
подтверждается данными рисунка 7. 
 
 
 
Рисунок 6 – Окно с представлением графической информации по проведенным испытаниям 
 
 
 
Рисунок 7 – Графики сравнения схем МПД с параллельным кодированием 

«ҚОҒАМДЫ АҚПАРАТТАНДЫРУ»  IV ХАЛЫҚАРАЛЫҚ ҒЫЛЫМИ-ПРАКТИКАЛЫҚ КОНФЕРЕНЦИЯ 
 
 
327
 
 
 
 
Рисунок 8 – Статистическая информация по проведенным испытаниям 
 
Литература 
1  Форни Д. Каскадные коды. – М.: Мир, – 1970. 
2  Berrou  C.,  Glavieux  A.,  Thitimajshima  P.  Near  Shannon  Limit  Error-Correcting  Coding  and 
Decoding: Turbo-Codes // Proceeding of ICC’93. – Geneva, 1993 May, Switzerland. – PP.1064-1070.  
3    Архипкин  А.  Турбокоды  –  мощные  алгоритмы  для  современных  систем  связи  // 
Беспроводные технологии. – 2006. – №1. – С.36-37. 
4  Волков  Л.  Н.,  Немировский  М.  С.,  Шинаков  Ю.,  Системы  цифровой  радиосвязи:  базовые 
методы и характеристики. – М.: ЭкоТрендз. – 2005. 
5  Витерби  А.Дж.  Границы  ошибок  для  сверточных  кодов  и  асимптотически  оптимальный 
алгоритм декодирования // В сб.: «Некоторые вопросы теории кодирования». – М.: Мир, – 1970. 
6  Разработка  методов  и  алгоритмов  защиты  информации  в  облачных  системах  хранения  и 
обработки данных на основе кодов, исправляющих ошибки: отчет о НИР (промежуточный) / ЕНУ им. 
Л.Н. Гумилева; рук. Ташатов Н.Н. – Астана. – 2013. – 54 с. – Инв. № 0213РК01594. 
7  Золотарев  В.В.,  Ташатов  Н.Н.,  Сатыбалдина  Д.Ж.  Метод  улучшения  характеристик  мягких 
многопороговых  декодеров  //  Цифровая  обработка  сигналов  и  ее  применение:  доклады  15-й 
Международной конференции. – Москва. – 2013. – Т.1– С.259-263. 
8 Zolotaryov, V. V., Satybaldina, D., Tashatov, N., Sautbekova, Z.Soft Decision Decoding Techniques 
in Multithreshold Decoding of Self-Orthogonal Codes // Proceedings of the 18th International Conference on 
Digital Signal Processing (DSP2013). Santorini, Greece, 1-3 July, 2013. 1-4 p. Available from IEEE Xplore: 
http://ieeexplore.ieee.org/xpl/mostRecentIssue.jsp?punumber =6599036. 
9  Варламов  О.С.  Исследование  каскадных  кодов,  декодируемых  с  использованием 
многопрогового декодера /Диссертация на соискание академической степени магистра а технических 
наук. – Астана: ЕНУ им. Л.Н. Гумилева, 2014. – 64 с. 
10 Сатыбалдина Д.Ж., Ташатов Н.Н., Варламов О.С.Оптимизация параметров многопорогового 
декодера.  //  Европейская  наука  –  2014:  Х  Международная  научно-практическая  конференция.  – 
Przemysl. – Nauka i studia, 2014. – tym 30. – S.12-15. 
 
 
УДК 004 

жүктеу/скачать 19,29 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: