Введение 3
1. Системы многолучевой генерации и распределения ключевых
последовательностей 5
1.1. Проблема распределения ключей шифрования 5
1.2. Генерация и распределение ключевых последовательностей на основе
случайных физических процессов 7
1.3. Генерация и распределение ключевых последовательностей на основе
многолучевого распространения радиоволн 9
1.4. Существующие проблемы многолучевого метода 12
1.5. Применение двоичного кода Грэя в цифровых системах с фазовой
модуляцией 14
2. Моделирование системы генерации ключевых последовательностей и
методика оценка её производительности 16
2.1. Алгоритм многолучевой генерации ключевой последовательности ... 16
2.2. Имитационная модель системы генерации ключевых
последовательностей 18
2.3. Методика обнаружения битовых ошибок 24
2.4. Методика оценки скорости генерации ключевой последовательности 25
3. Анализ повышения производительности системы при внедрении
двоичного кода Г рэя 30
3.1. Сравнительный анализ средней кратности битовой ошибки 30
3.2. Оценка снижения вероятности битовой ошибки 40
3.3. Оценка повышения скорости генерации ключевой последовательности 47
Заключение 55
ЛИТЕРАТУРА
В настоящее время активно развиваются системы многолучевой генерации и распределения ключевых последовательностей, позволяющие двум пунктам А и В создать общую ключевую последовательность, используя стохастичность многолучевого канала в условиях города. Одной из основных проблем при реализации этих систем является сложная помеховая обстановка и нестационарность канала, которые приводят к возникновению битовых ошибок в общей ключевой последовательности. Из теории цифровой связи известно, что для кодирования фазовых измерений целесообразно использовать код Грэя. В рамках данной работы впервые будет произведена оценка выигрыша от кодирования измерений случайной фазы многолучевого сигнала кодом Грэя по сравнению с использованием для этих целей стандартного двоичного кода.
Цель работы: оценка повышения производительности систем генерации и распределения ключевых последовательностей при внедрении кода Грэя в процесс кодирования измеренных данных.
Поставленная цель потребовала решения следующих задач:
1. Изучить основные принципы применения двоичного кода Грэя в цифровых системах с фазовой манипуляцией;
2. Программно реализовать генерацию двух согласованных экземпляров ключевой последовательности при кодировании измерений случайной фазы сигнала двумя различными способами (сплошным двоичным кодом и кодом Грэя);
3. Программно реализовать сверку симметрии двух согласованных экземпляров ключевой последовательности с использованием циклических избыточных кодов;
4. Оценить среднюю кратность и вероятность битовой ошибки при генерации двух согласованных экземпляров ключевой последовательности;
5. Оценить эффективность генерации ключевой последовательности;
6. Пункты 4 и 5 проделать для различных значений дисперсии ошибок фазовых измерений, законов её распределения, а также при различных разрядностях кодера.
7. Провести сравнительный анализ величин вероятности битовой ошибки и эффективности генерации ключевой последовательности для двух способов кодирования фазовых измерений.
В рамках данной бакалаврской работы впервые произведена количественная оценка выигрыша от внедрения кода Грэя в системы многолучевой генерации и распределения ключевых последовательностей по сравнению с использованием для этих целей стандартного двоичного кода.
В частности, получены следующие результаты:
• Разработана имитационная модель процесса кодирования измерений случайной фазы сигнала. Модель позволяет оценить распределение кратности битовой ошибки, вероятность битовой ошибки и эффективность генерации ключевой последовательности при различных разрядностях кодера измерений и дисперсии рассогласования фазовых измерений пунктов А и В;
• Реализована сверка симметрии двух экземпляров ключевой последовательности с использованием CRC-кодов;
• Построены гистограммы распределения кратности битовой ошибки при генерации двух экземпляров ключевой последовательности. На их основе произведены оценки средней кратности битовой ошибки для различных дисперсий рассогласования фазовых измерений сторон, разрядностей кодера (от 1 до 5 бит), типов кода (стандартный двоичный и код Г рэя) и законов распределения рассогласования фазовых измерений (Гаусса и Лапласа). Средняя кратность битовой ошибки варьировалась от 1,0 до 2,2.
• Произведена оценка выигрыша при внедрении кода Грэя в процесс кодирования измерений случайной фазы многолучевого радиосигнала:
■ показано, что кратность битовой ошибки при генерации двух экземпляров ключевой последовательности сокращается до 2-х раз;
■ что применение двоичного кода Грэя позволяет до 1,5 раз снизить вероятность битовой ошибки при генерации двух экземпляров ключевой последовательности. Наибольший выигрыш достигается при разрядности кодера m = 2 и некоторых промежуточных значения дисперсии рассогласования фазовых измерений а(Аф).
■ показано, что достигается выигрыш в скорости генерации ключевой последовательности от 30% до 50%. Максимальный выигрыш наблюдается при разрядности кодера m = 2. С повышением разрядности выигрыш от внедрения кода Грэя монотонно снижается.
На основе полученных путем имитационного моделирования количественных оценок, в рамках данной бакалаврской работы доказана целесообразность внедрения кода Грэя в системы многолучевой генерации и распределения ключевых последовательностей.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
