Применение алгоритма адаптивной экспоненциальной минимальной суммы для декодирования в системе связи низколетящих беспилотных летательных аппаратов

DOI: 10.21293/1818-0442-2026-29-1-40-45

Скачать текст статьи в формате PDF

Скачать JATS xml

Аннотация: Актуальность. Затухания Рэлея снижают надёжность связи низколетящих беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), приводя к росту вероятности битовых ошибок (BER). Коды с низкой плотностью проверок на чётность (LDPC-коды), высокоэффективные для канального кодирования, уменьшают влияние помех, вызванных такими затуханиями. Однако общая производительность системы зависит не только от схемы кодирования, но и от алгоритма декодирования. Алгоритм смещённой минимальной суммы (OMS) хотя и обладает низкой вычислительной сложностью, демонстрирует недостаточно малую BER. В то же время алгоритм адаптивной экспоненциальной минимальной суммы (AEMS), сохраняя низкую сложность, повышает помехоустойчивость благодаря адаптивному механизму коррекции. Цель исследования – сравнить BER алгоритмов AEMS и OMS в канале БПЛА с затуханиями Рэлея. Методы. Использованы модель канала затуханий Рэлея для БПЛА и имитационное моделирование. Результаты. Представлено снижение средней BER AEMS по сравнению с OMS при разных отношениях сигнал/шум (SNR) и порядках квадратурной амплитудной модуляции (QAM). Оно значительно, особенно при высоких SNR: почти до 12 раз при SNR=16 дБ для 8-QAM. Практическая значимость. Хотя алгоритм AEMS имеет более высокую вычислительную сложность, чем OMS, он улучшает декодирование. Следовательно, для БПЛА с достаточными вычислительными ресурсами AEMS эффективен для повышения надёжности канала связи. Полученные результаты можно использовать при разработке БПЛА.

Ключевые слова: алгоритм декодирования, LDPC-коды, БПЛА, затухания Рэлея, вероятность битовой ошибки

Сведения о финансировании: Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского научного фонда по гранту № 25-29-00139 (https://rscf.ru/project/25-29-00139/) в ТУ-СУРе.

Библиография статьи:
Чжан В. Применение алгоритма адаптивной экспоненциальной минимальной суммы для декодирования в системе связи низколетящих беспилотных летательных аппаратов / В. Чжан, Т. Р. Газизов // Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники. – 2026. – Т. 29, № 1. – С. 40–45. DOI: 10.21293/1818-0442-2026-29-1-40-45

Авторы и правообладатели:

  • Чжан В. , Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники (Томск, Россия)
  • Газизов Т. Р. , Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники (Томск, Россия)

  • 1. Макаренко С.И. Анализ средств и способов противодействия беспилотным летательным аппаратам. – Ч. 4: Функциональное поражение сверхвысокочастотным и лазерным излучениями // Системы управления, связи и безопасности. – 2020. – № 3. – С. 122–157. DOI: 10.24411/ 2410-9916-2020-10304.
  • 2. Белоусов А.О. Подходы к созданию методологии обеспечения электромагнитной совместимости средств функционального поражения электромагнитным излучением с другими радиоэлектронными средствами в составе комплекса противодействия беспилотным летательным аппаратам / А.О. Белоусов, Т.Р. Газизов // Матер. XI Междунар. науч.-техн. конф. «Проблемы совершенствования робототехнических и интеллектуальных систем летательных аппаратов». – г. Москва, 10–11 декабря, 2020. – М.: МАИ-ПРИНТ, 2020. – С. 1–5.
  • 3. Белоусов А.О. Повышение помехозащищенности беспилотного летательного аппарата в условиях воздействия мощного электромагнитного излучения: комплексный подход / А.О. Белоусов, А.В. Носов // Системы управления, связи и безопасности. – 2025. – № 1. – С. 10–47. DOI: 10.24412/2410-9916-2025-1-010-047.
  • 4. Мазунов Д.А. Помехоустойчивость бортовой электроники беспилотных летательных аппаратов при мощных электромагнитных воздействиях: уязвимости, оценка и меры защиты / Д.А. Мазунов, Е.Б. Черникова, Т.Р. Газизов // Успехи современной радиоэлектроники. – 2026. В печати.
  • 5. Газизов Т.Т. Методология проектирования критичных узлов печатных плат беспилотных авиационных систем // Инженерное образование. – 2026. – № 40. В печати.
  • 6. Chen L. Near-Shannon-limit quasicyclic low-density parity-check codes / L. Chen, J. Xu, I. Djurdjevic, S. Lin // IEEE Transactions on Communications. – 2004. – Vol. 52. – P. 1038–1042.
  • 7. Zhang W. On the competitiveness of LDPC codes in wireless / W. Zhang, D.N.K. Jayakody // 2022 2th International Research Conference of SLTC (IRC). – 2022. – P. 93–95.
  • 8. Чжан В. LDPC and polar codes in 6G: A comparative study and unified frameworks / В. Чжан, Т.Р. Газизов // Труды учебных заведений связи. – 2025. – Т. 11, № 5. – С. 42‒59.
  • 9. Чжан В. Применение QC-LDPC-кодов в системе связи БПЛА / В. Чжан, Т.Т. Газизов // Доклады ТУСУР. – 2025. – Т. 28, № 2. – С. 14–21.
  • 10. Чжан В. Разработка адаптивного экспоненциального алгоритма декодирования минимальной суммы / В. Чжан, И. Мухамад, В.М. Саклаков // Моделирование, оптимизация и информационные технологии. – 2024. – Т. 12, № 4. – С. 1–11.
  • 11. Tanner R. A recursive approach to low complexity codes / R. Tanner // IEEE Transactions on Information Theory. – 1981. – Vol. 27. – P. 533–547.
  • 12. Jadhav M. Analysis and implementation of soft decision decoding algorithm of LDPC / M. Jadhav, A. Pancholi, A. Sapkal // International Journal of Engineering Trends and Technology. – 2013. – Vol. 4, No. 6. – P. 2380–2384.
  • 13. Chen J. Near optimum universal belief propagation based decoding of low-density parity check codes / J. Chen, M.P. Fossorier // IEEE Transactions on Communications. – 2002. – Vol. 50. – P. 406–414.
  • 14. Fossorier M.P. Reduced complexity iterative decoding of low-density parity check codes based on belief propagation / M.P. Fossorier, M. Mihaljevic, H. Imai // IEEE Transactions on Communications. – 1999. – Vol. 47. – P. 673–680.
  • 15. Chen J. Density evolution for two improved BP-based decoding algorithms of LDPC codes / J. Chen, M.P. Fossorier // IEEE Communications Letters. – 2002. – Vol. 6. – P. 208–210.
  • 16. Zeng Y. Wireless communications with unmanned aerial vehicles: Opportunities and challenges / Y. Zeng, R. Zhang, T.J. Lim // IEEE Communications Magazine. – 2016. – Vol. 54. – P. 36–42.
  • 17. Mozaffari M. A tutorial on UAVs for wireless networks: Applications, challenges, and open problems / M. Mozaffari, W. Saad, M. Bennis, Y.-H. Nam, M. Debbah // IEEE Communications Surveys & Tutorials. – 2019. – Vol. 21. – P. 2334–2360.
  • 18. Ali M.F. Revolutionizing firefighting: UAV–based optical communication systems for wildfires / M.F. Ali, D.N.K. Jayakody, P. Muthuchidambaranathan // Photonics. – 2024. – Vol. 11. – P. 656.
  • 19. Cai X. Characterizing the small-scale fading for low altitude UAV channels / X. Cai, J. Song, J. Rodríguez-Piñeiro // Proc. 17th Int. Conf. Wireless Mobile Commun. – Nice, France: IARIA, 2021. – С. 16–19.
  • 20. Singya P.K. A survey on higher-order QAM constellations: Technical challenges, recent advances, and future trends / P.K. Singya, P. Shaik, N. Kumar, V. Bhatia, M.-S. Alouini // IEEE Open Journal of the Communications Society. – 2021. – Vol. 2. – P. 617–655.
  • 21. Rybalov D.V. Formation of extended modulation code schemes based on the LDPC codec 5G NR / D.V. Rybalov, A.A. Moiseenko, D.A. Pokamestov, Y.V. Kryukov, A.V. Filatov, and A.M. Zabolotsky // T-Comm. – 2024. – Vol. 18, No. 12. – P. 41–46.
  • 22. Чжан Вэйцзя. Оптимизированные алгоритмы декодирования для кодов с низкой плотностью проверок на четность и их применение в системах связи: дис. … канд. техн. наук. – Томск: ТУСУР, 2025. – 140 с.
Адрес редакции

  634050, г. Томск, пр. Ленина, 40, МК, каб. 310/2

  (3822) 701-582, внутр.: 1456

  journal@tusur.ru