ФАКТОРИАЛЬНОЕ КОДИРОВАНИЕ С ИСПРАВЛЕНИЕМ ОШИБОК
Uloženo v:
| Název: | ФАКТОРИАЛЬНОЕ КОДИРОВАНИЕ С ИСПРАВЛЕНИЕМ ОШИБОК |
|---|---|
| Autoři: | Faure, E. V. |
| Zdroj: | Radio Electronics, Computer Science, Control; № 3 (2017): Radio Electronics, Computer Science, Control; 130-138 Радиоэлектроника, информатика, управление; № 3 (2017): Радиоэлектроника, информатика, управление; 130-138 Радіоелектроніка, iнформатика, управління; № 3 (2017): Радіоелектроніка, інформатика, управління; 130-138 |
| Informace o vydavateli: | Zaporizhzhya National Technical University, 2017. |
| Rok vydání: | 2017 |
| Témata: | Надлишковість, факторіальний код, перестановка, завадостійке кодування, виправлення помилок, виявлення помилок, достовірність передавання, відносна швидкість передавання, Redundancy, factorial code, permutation, error control coding, error correction, error detection, reliability of data transmission, relative transmission rate, Избыточность, факториальный код, помехоустойчивое кодирование, исправление ошибок, обнаружение ошибок, достоверность передачи, относительная скорость передачи |
| Popis: | Актуальность. Факториальное кодирование данных позволяет совмещать операции крипто- и имитозащиты, а также помехоустойчивого кодирования, что приводит к уменьшению вносимой передатчиком избыточности, повышению быстродействия и увеличению эффективной пропускной способности. Вместе с тем описанные методы факториального кодирования не позволяют исправлять ошибки, что ограничивает область их использования.Целью данной работы является разработка метода факториального кодирования с восстановлением данных по перестановке, обеспечивающего комплексное решение задач криптографической защиты и помехоустойчивого кодирования и позволяющего совместить функции исправления и обнаружения ошибок канала связи.Метод. Основная идея предложенного метода кодирования состоит в увеличении расстояния между разрешенными кодовыми словами, представляющими собой перестановки, вычисленные по всем информационным битам блока данных и представленные в двоичном виде. Исследованы методы увеличения расстояния на основе метрик Эвклида и Хэмминга. Для каждого из этих методов определены основные свойства факториального кода с исправлением ошибок, в том числе выполнена оценка достоверности передачи при независимости и биномиальном распределении возникающих в канале связи ошибок, разработаны структурные схемы приемника. Правила декодирования, реализованные в приемнике, основываются на критерии максимального правдоподобия и предусматривают как прямое исправление ошибок, так и их обнаружение с последующим исправлением путем переспроса поврежденного блока.Результаты. Реализованы факториальные коды с исправлением ошибок, использующие метрики Эвклида и Хэмминга. Для этих кодов выполнен сравнительный анализ вероятности необнаруженной ошибки, остаточной вероятности ошибочного приема, энергетического выигрыша и относительной скорости передачи. Показано, что характеристики кода не являются инвариантными по отношению к множеству разрешенных кодовых слов, а из рассмотренных в работе кодов более эффективными являются коды, использующие метрику Хэмминга.Выводы. Получил дальнейшее развитие метод факториального кодирования с восстановлением данных по перестановке, который за счет совмещения функций исправления и обнаружения ошибок позволяет повысить динамическую составляющую потери скорости и, как следствие, относительную скорость передачи, по сравнению с обнаруживающим ошибки факториальным кодированием за счет снижения его помехоустойчивости. Проведенные эксперименты подтвердили эффективность факториальных кодов с исправлением ошибок. Актуальність. Факторіальне кодування даних дозволяє поєднувати операції крипто- й імітозахисту, а також завадостійкого кодування, що призводить до зменшення внесеної передавачем надлишковості, підвищення швидкодії та збільшення ефективної пропускної здатності. Разом з тим описані методи факторіального кодування не дозволяють виправляти помилки, що обмежує область їх використання.Метою роботи є розробка методу факторіального кодування з відновленням даних за перестановкою, що забезпечує комплексне вирішення задач криптографічного захисту та завадостійкого кодування і дозволяє поєднати функції виправлення та виявлення помилок каналу зв’язку.Метод. Основна ідея запропонованого методу кодування полягає в збільшенні відстані між дозволеними кодовими словами, які являють собою перестановки, обчислені за всіма інформаційними бітами блоку даних і представлені в двійковому вигляді. Досліджено методи збільшення відстані на основі метрик Евкліда і Хеммінга. Для кожного з цих методів визначено основні властивості факторіального коду з виправленням помилок, у тому числі виконано оцінку достовірності передавання при незалежності і біноміальному розподілі помилок у каналі зв’язку, розроблено структурні схеми приймача. Правила декодування, реалізовані в приймачі, ґрунтуються на критерії максимальної правдоподібності і передбачають як пряме виправлення помилок, так і їх виявлення з наступним виправленням шляхом перезапиту пошкодженого блоку.Результати. Реалізовано факторіальні коди з виправленням помилок, які використовують метрики Евкліда і Хеммінга. Для цих кодів виконано порівняльний аналіз ймовірності невиявленої помилки, залишкової ймовірності помилкового прийому, енергетичного виграшу та відносної швидкості передавання. Показано, що характеристики коду не є інваріантними щодо множини дозволених кодових слів, а з розглянутих кодів більш ефективними є коди, які використовують метрику Хеммінга.Висновки. Отримав подальший розвиток метод факторіального кодування з відновленням даних за перестановкою, який за рахунок поєднання функцій виправлення та виявлення помилок дозволяє підвищити динамічну складову втрати швидкості і, як наслідок, відносну швидкість передавання, в порівнянні з виявляючим помилки факторіальним кодуванням за рахунок зниження його завадостійкості. Проведені експерименти підтвердили ефективність факторіальних кодів з виправленням помилок Context. Factorial data coding allows combining operations of cryptographic protection, intentional alteration of data, and errorcorrecting coding which leads to the decrease of redundancy introduced by transmitter and to the increase of data rate and effective throughput. At the same time, the described methods of factorial coding do not correct errors, which limits their use.Objective of this work is to develop a method of factorial coding with data recovery that provides a comprehensive solution of cryptographic protection and error control coding and allows combining the functions of communication channel errors detecting and correcting.Method. The basic idea of the proposed coding method is to increase the distance between the allowed code words that represent permutations calculated for all information bits of a data block and represented in a binary form. The methods of distance increasing based on Euclidean and Hamming metrics are investigated. The basic properties of factorial code with error correction are defined for each of these methods. The estimate of probability characteristics is done on the condition of independence of communication channel errors and their binomial distribution. The receiver structures are developed. Decoding rules implemented in receiver are based on the maximum likelihood criteria and provide both forward error correction and error detection with further correction by retransmission of damaged data block.Results. The factorial error-correcting codes using Euclidean and Hamming metrics are implemented. The comparative analysis of the probability of an undetected error, the residual probability of erroneous reception, energy gain, and the relative transmission rate is done for these codes. It is shown that code characteristics are not invariant to the set of allowed code words, and the codes that use Hamming metric are the most efficient codes between the presented codes.Conclusions. The method of factorial coding data recovery by permutation has been further developed. Due to the combination of error correction and detection functions, it can increase the rate loss dynamic component and, consequently, the relative transmission rate, compared to error-detecting factorial coding by reducing its noise immunity. The experiments confirmed the effectiveness of the factorial error-correcting codes. |
| Druh dokumentu: | Article |
| Popis souboru: | application/pdf |
| Jazyk: | Russian |
| ISSN: | 1607-3274 2313-688X |
| Přístupová URL adresa: | http://ric.zntu.edu.ua/article/view/115871 |
| Rights: | CC BY SA |
| Přístupové číslo: | edsair.scientific.p..169d061b84c1a747f0892a2d15c2096c |
| Databáze: | OpenAIRE |
Nájsť tento článok vo Web of Science | Abstrakt: | Актуальность. Факториальное кодирование данных позволяет совмещать операции крипто- и имитозащиты, а также помехоустойчивого кодирования, что приводит к уменьшению вносимой передатчиком избыточности, повышению быстродействия и увеличению эффективной пропускной способности. Вместе с тем описанные методы факториального кодирования не позволяют исправлять ошибки, что ограничивает область их использования.Целью данной работы является разработка метода факториального кодирования с восстановлением данных по перестановке, обеспечивающего комплексное решение задач криптографической защиты и помехоустойчивого кодирования и позволяющего совместить функции исправления и обнаружения ошибок канала связи.Метод. Основная идея предложенного метода кодирования состоит в увеличении расстояния между разрешенными кодовыми словами, представляющими собой перестановки, вычисленные по всем информационным битам блока данных и представленные в двоичном виде. Исследованы методы увеличения расстояния на основе метрик Эвклида и Хэмминга. Для каждого из этих методов определены основные свойства факториального кода с исправлением ошибок, в том числе выполнена оценка достоверности передачи при независимости и биномиальном распределении возникающих в канале связи ошибок, разработаны структурные схемы приемника. Правила декодирования, реализованные в приемнике, основываются на критерии максимального правдоподобия и предусматривают как прямое исправление ошибок, так и их обнаружение с последующим исправлением путем переспроса поврежденного блока.Результаты. Реализованы факториальные коды с исправлением ошибок, использующие метрики Эвклида и Хэмминга. Для этих кодов выполнен сравнительный анализ вероятности необнаруженной ошибки, остаточной вероятности ошибочного приема, энергетического выигрыша и относительной скорости передачи. Показано, что характеристики кода не являются инвариантными по отношению к множеству разрешенных кодовых слов, а из рассмотренных в работе кодов более эффективными являются коды, использующие метрику Хэмминга.Выводы. Получил дальнейшее развитие метод факториального кодирования с восстановлением данных по перестановке, который за счет совмещения функций исправления и обнаружения ошибок позволяет повысить динамическую составляющую потери скорости и, как следствие, относительную скорость передачи, по сравнению с обнаруживающим ошибки факториальным кодированием за счет снижения его помехоустойчивости. Проведенные эксперименты подтвердили эффективность факториальных кодов с исправлением ошибок.<br />Актуальність. Факторіальне кодування даних дозволяє поєднувати операції крипто- й імітозахисту, а також завадостійкого кодування, що призводить до зменшення внесеної передавачем надлишковості, підвищення швидкодії та збільшення ефективної пропускної здатності. Разом з тим описані методи факторіального кодування не дозволяють виправляти помилки, що обмежує область їх використання.Метою роботи є розробка методу факторіального кодування з відновленням даних за перестановкою, що забезпечує комплексне вирішення задач криптографічного захисту та завадостійкого кодування і дозволяє поєднати функції виправлення та виявлення помилок каналу зв’язку.Метод. Основна ідея запропонованого методу кодування полягає в збільшенні відстані між дозволеними кодовими словами, які являють собою перестановки, обчислені за всіма інформаційними бітами блоку даних і представлені в двійковому вигляді. Досліджено методи збільшення відстані на основі метрик Евкліда і Хеммінга. Для кожного з цих методів визначено основні властивості факторіального коду з виправленням помилок, у тому числі виконано оцінку достовірності передавання при незалежності і біноміальному розподілі помилок у каналі зв’язку, розроблено структурні схеми приймача. Правила декодування, реалізовані в приймачі, ґрунтуються на критерії максимальної правдоподібності і передбачають як пряме виправлення помилок, так і їх виявлення з наступним виправленням шляхом перезапиту пошкодженого блоку.Результати. Реалізовано факторіальні коди з виправленням помилок, які використовують метрики Евкліда і Хеммінга. Для цих кодів виконано порівняльний аналіз ймовірності невиявленої помилки, залишкової ймовірності помилкового прийому, енергетичного виграшу та відносної швидкості передавання. Показано, що характеристики коду не є інваріантними щодо множини дозволених кодових слів, а з розглянутих кодів більш ефективними є коди, які використовують метрику Хеммінга.Висновки. Отримав подальший розвиток метод факторіального кодування з відновленням даних за перестановкою, який за рахунок поєднання функцій виправлення та виявлення помилок дозволяє підвищити динамічну складову втрати швидкості і, як наслідок, відносну швидкість передавання, в порівнянні з виявляючим помилки факторіальним кодуванням за рахунок зниження його завадостійкості. Проведені експерименти підтвердили ефективність факторіальних кодів з виправленням помилок<br />Context. Factorial data coding allows combining operations of cryptographic protection, intentional alteration of data, and errorcorrecting coding which leads to the decrease of redundancy introduced by transmitter and to the increase of data rate and effective throughput. At the same time, the described methods of factorial coding do not correct errors, which limits their use.Objective of this work is to develop a method of factorial coding with data recovery that provides a comprehensive solution of cryptographic protection and error control coding and allows combining the functions of communication channel errors detecting and correcting.Method. The basic idea of the proposed coding method is to increase the distance between the allowed code words that represent permutations calculated for all information bits of a data block and represented in a binary form. The methods of distance increasing based on Euclidean and Hamming metrics are investigated. The basic properties of factorial code with error correction are defined for each of these methods. The estimate of probability characteristics is done on the condition of independence of communication channel errors and their binomial distribution. The receiver structures are developed. Decoding rules implemented in receiver are based on the maximum likelihood criteria and provide both forward error correction and error detection with further correction by retransmission of damaged data block.Results. The factorial error-correcting codes using Euclidean and Hamming metrics are implemented. The comparative analysis of the probability of an undetected error, the residual probability of erroneous reception, energy gain, and the relative transmission rate is done for these codes. It is shown that code characteristics are not invariant to the set of allowed code words, and the codes that use Hamming metric are the most efficient codes between the presented codes.Conclusions. The method of factorial coding data recovery by permutation has been further developed. Due to the combination of error correction and detection functions, it can increase the rate loss dynamic component and, consequently, the relative transmission rate, compared to error-detecting factorial coding by reducing its noise immunity. The experiments confirmed the effectiveness of the factorial error-correcting codes. |
|---|---|
| ISSN: | 16073274 2313688X |