Метод кадрової синхронізації на основі кортежів попарно відмінних елементів

Е.В. Фауре ¹, д-р.техн. наук, М.В. Махинько ², А.І. Щерба ¹, канд. фіз.-мат. наук,
Д.В. Фауре ³, аспірант, Б.А. Ступка ¹, аспірант
¹ Черкаський державний технологічний університет
  Україна, 18006, Черкаси, б-р Шевченка, 460
  e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам необхідно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.
² GoodLabs Studio Inc.
  Toronto, ON M5H 3E5, Canada
³ Національний університет «Одеська політехніка»
  Україна, 65044, Одеса, пр-т Шевченка, 1

Èlektron. model. 2023, 45(6):41-64

https://doi.org/10.15407/emodel.45.06.041

АНОТАЦІЯ

Представлено подальший розвиток методу кадрової синхронізації, який використовує як синхрослово перестановку елементів множини цілих чисел відрізку [0; М - 1]. Запропоновано використовувати як синхрослово кортеж з М - η попарно відмінних елементів множини цілих чисел відрізку [0; М - 1]. Елементи цієї множини кодують рівномірним двійковим кодом, а мінімальна двійкова відстань Хеммінга між синхрословом та всіма його циклічними зсувами набуває максимального значення. Встановлено, що максимальне значення мінімальної відстані Хеммінга для кортежів з 15 попарно відмінних елементів множини цілих чисел для М = 16 дорівнює 30. Виконано порівняльну оцінку ефектив­ності кадрової синхронізації на основі кортежів з 15 елементів, а також на основі перестановок довжини 16 і 8. Побудовано комп’ютерну імітаційну модель системи кадрової синхронізації в двійковому симетричному каналі зв’язку. Визначено показники синхро­нізації з параметрами, обчисленими для граничних імовірностей бітової помилки 0,4 і 0,495, а також вимогами до мінімальної ймовірності правильної синхронізації 0,9997 і максимальної ймовірності хибної синхронізації 3Е-4. Підтверджено ефективність вико­рис­тання кортежів попарно відмінних елементів у системах кадрової синхронізації. Показник ефективності залежить від імовірності бітової помилки в каналі зв’язку.

КЛЮЧОВІ СЛОВА:

кадрова синхронізація, структура кадру, короткий пакет, інтенсивна завада, достовірність передавання.

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

1. IEEE Standard for Ethernet. IEEE Std 8023-2018 Revis., 2018, pp. 1-5600. DOI: 10.1109/IEEESTD.2018.8457469
2. Peterson, L.L. (2022). Computer Networks. L. L. Peterson, B. S. Davie. Cambridge: Morgan Kaufmann, Elsevier. 817 p. DOI: 10.1016/C2018-0-01477-2
3. Adamy, D. (2014). Practical Communication Theory. D. Adamy. Institution of Engineering and Technology. 175 p. DOI: 10.1049/SBEW516E
4. Cheng, C.-H., & Tsui, J. (2021). An Introduction to Electronic Warfare; From the First Jamming to Machine Learning Techniques. S.l.: River publishers.
5. Bloessl, B., & Dressler, F. (2018). mSync: Physical Layer Frame Synchronization without Preamble Symbols. IEEE Trans. Mob. Comput., 17(10), 2321-2333. DOI: 10.1109/TMC.2018.2808968
6. Фауре, Э.В. (2016). Факториальное кодирование с восстановлением данных. Вісник Черкаського державного технологічного університету, 1(2), 33—39. DOI: 10.24025/2306–4412.2.2016.82932.
7. Al-Aazzeh, J., Ayyoub, B., Faure, E., et al. (2020). Telecommunication systems with multiple access based on data factorial coding. Int. J. Commun. Antenna Propag., 10(2), 102-113. DOI: 10.15866/irecap.v10i2.17216
8. Mahmood, N.H., Böcker, S., Moerman, I., et al. (2021). Machine type communications: key drivers and enablers towards the 6G era. EURASIP J. Wirel. Commun. Netw., 1, 134. DOI: 10.1186/s13638-021-02010-5
9. Durisi, D., Liva, G., Polyanskiy, Y., et al. (2022). Short-Packet Transmission. Inf. Theor. Perspect. 5G Syst. Beyond. Eds. I. Marić, S. Shamai (Shitz), O. Simeone. Cambridge University Press.
10. Xie, J., Chang, Z., Guo, X., & Hamalainen, T. (2023). Energy Efficient Resource Allocation for Wireless Powered UAV Wireless Communication System with Short Packet. IEEE Trans. Green Commun. Netw., 7(1), 101-113. DOI: 10.1109/TGCN.2022.3218314
11. Yang, Y., & Hanzo, L. (2023). Permutation-Based Short-Packet Transmissions Improve Secure URLLCs in the Internet of Things. IEEE Internet Things J., 10(12), 11024–11037. DOI: 10.1109/JIOT.2023.3243038
12. Schneier, B. (1996). Applied cryptography: protocols, algorithms, and source code in New York: Wiley. 758 p.
13. Shcherba, A., Faure, E., Lavdanska, O. (2020). Three-Pass Cryptographic Protocol Based on Permutations. In: 2020 IEEE 2nd International Conference on Advanced Trends in Information Theory (ATIT), Kyiv, Ukraine. IEEE, pp. 281-284. DOI: 10.1109/ATIT50783.2020.9349343
14. Faure, E., Shcherba, A., Makhynko, M., et al. (2023). Concept for Using Permutation-Based Three-Pass Cryptographic Protocol in Noisy Channels. In: Syst. Decis. Control Energy V. Cham: Springer International Publishing. DOI: 10.1007/978-3-031-35088-7_7
15. Al-Azzeh, J., Faure, E., Shcherba, A., Stupka, B. (2022). Permutation-based frame synchronization method for data transmission systems with short packets. Egypt. Inform. J, 23(3), 529-545. DOI: 10.1016/j.eij.2022.05.005
16. Фауре, Е.В., Швидкий, В.В., Щерба, А.І., та ін. (2020). Метод циклової синхронізації на основі перестановок. Вісник Черкаського державного технологічного універ­ситету, 4, 67-76. DOI: 10.24025/2306-4412.4.2020.222439.
17. Knuth, D. E. (2008). The Art of Computer Programming: Introduction to combinatorial algorithms and Boolean functions. Upper Saddle River, NJ: Addison-Wesley.
18. Schmidt, K.-U. (2016). Sequences with small correlation. Des. Codes Cryptogr, 78(1), 237-267. DOI: 10.1007/s10623-015-0154-7
19. Faure, E., Shcherba, A., Stupka, B., et al. (2021). Permutation-Based Frame Synchronisation Method for Short Packet Communication Systems. In: 2021 11th IEEE International Conference on Intelligent Data Acquisition and Advanced Computing Systems: Technology and Applications (IDAACS), Cracow, Poland. IEEE, pp. 1073-1077. DOI: 10.1109/IDAACS53288.2021.9660996
20. Waggener, W.N. (1995). Pulse code modulation techniques: with applications in communications and data recording. New York: Van Nostrand Reinhold. 368 p.
21. Al-Aazzeh, J., Faure, E., Makhynko, M., et al. (2023). Efficiency Assessment of the Permutation-Based Frame Synchronization Method. Int. J. Commun. Antenna Propag., 13(4).
22. Heap, B.R. (1963). Permutations by Interchanges. Comput. J., 6(3), 293-294. DOI: 10.1093/comjnl/6.3.293
23. Bodner, J. (2021). Learning Go: an idiomatic approach to real-world Go programming. Boston: O’Reilly.

Повний текст: PDF