RU2522300C1 - Manipulation coding method - Google Patents

Manipulation coding method Download PDF

Info

Publication number
RU2522300C1
RU2522300C1 RU2013101655/08A RU2013101655A RU2522300C1 RU 2522300 C1 RU2522300 C1 RU 2522300C1 RU 2013101655/08 A RU2013101655/08 A RU 2013101655/08A RU 2013101655 A RU2013101655 A RU 2013101655A RU 2522300 C1 RU2522300 C1 RU 2522300C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
vector
points
signal constellation
graph
minimum
Prior art date
Application number
RU2013101655/08A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013101655A (en
Inventor
Александр Александрович Батенков
Леонид Иванович Подрябинкин
Александр Витальевич Чуев
Кирилл Александрович Батенков
Андрей Геннадьевич Богачев
Петр Александрович Филимонов
Original Assignee
Государственное казенное образовательное учреждение высшего профессионального образования Академия Федеральной службы охраны Российской Федерации (Академия ФСО России)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное казенное образовательное учреждение высшего профессионального образования Академия Федеральной службы охраны Российской Федерации (Академия ФСО России) filed Critical Государственное казенное образовательное учреждение высшего профессионального образования Академия Федеральной службы охраны Российской Федерации (Академия ФСО России)
Priority to RU2013101655/08A priority Critical patent/RU2522300C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2522300C1 publication Critical patent/RU2522300C1/en
Publication of RU2013101655A publication Critical patent/RU2013101655A/en

Links

Abstract

FIELD: information technology.
SUBSTANCE: manipulation coding method includes first establishing a number of signal constellation points and ordering said points for Gray coding; establishing a number of points in the signal constellation equal to any natural number; determining the Euclidean distance between signal constellation points and generating a vector of Euclidean distances between signal constellation points; setting a graph incidence matrix, a source and drain vertex and a plurality of vertices that are compulsory for passage; determining the initial vector of graph edge allocations using a Hungarian method of solving the allocation problem; calculating the gradient vector for the initial vector; finding the minimum in the direction of the gradient vector using a one-dimensional search method; recalculating the gradient vector at the minimum point; determining the minimum in a new direction using the one-dimensional search method; obtaining an improved approach of the allocation vector, and using the Newton-Raphson method to find the optimum routing solution in Euclidean space; generating a graph vertex bypass sequence and determining code combinations corresponding to signal constellation points in accordance with the Gray coding rule.
EFFECT: high noise-immunity of transmitting discrete information.
1 dwg

Description

Изобретение относится к области кодирования информации для передачи дискретных сообщений по каналам связи.The invention relates to the field of encoding information for transmitting discrete messages over communication channels.

Известен способ манипуляционного кодирования [Нечаев Ю.Б. Манипуляционные коды для систем с итеративной обработкой принимаемого сигнала. / Нечаев Ю.Б., Малютин А.А. Инфокоммуникационные технологии. - 2009. №2. - с.70-74], основанный на компьютерном переборе всех возможных вариантов отображения блока кодовых символов в передаваемый сигнал. Недостатком способа является низкая помехоустойчивость передачи дискретной информации.A known method of manipulation coding [Nechaev Yu.B. Manipulation codes for systems with iterative processing of the received signal. / Nechaev Yu.B., Malyutin A.A. Infocommunication technologies. - 2009. No. 2. - p. 70-74], based on computer enumeration of all possible options for displaying a block of code symbols in a transmitted signal. The disadvantage of this method is the low noise immunity of the transmission of discrete information.

Известен способ согласования модуляции и кодирования [Васильев К.К. Теория электрической связи: учебное пособие / Васильев К.К., Глушков В.А., Дормидонтов А.В., Нестеренко А.Г.; под общ. ред. Васильева К.К. - Ульяновск: УлГТУ, 2008. - с.387-388] на основе разбиения ансамбля сигналов на вложенные подансамбли. Способ согласования модуляции и кодирования на основе разбиения ансамбля сигналов на вложенные подансамбли снижает размерность переборной задачи синтеза сигнально-кодовой конструкции, но не обеспечивает гарантированное построение сигнально-кодовой конструкции с максимальными частотно-энергетическими характеристиками и не всегда позволяет согласовать евклидовы и хэмминговы расстояния, что определяет низкую помехоустойчивость этого способа согласования модуляции и кодирования. Другим существенным ограничением применения этого способа является требование четности общего числа точек в ансамбле сигналов и четности числа точек в каждом из подансамблей, получаемых при разбиении, что определяет возможность его применения только для сигнально-кодовых конструкций с числом точек, кратным степени числа 2.A known method of matching modulation and coding [Vasiliev K.K. Theory of electrical communication: textbook / Vasiliev K.K., Glushkov V.A., Dormidontov A.V., Nesterenko A.G .; under the general. ed. Vasilyeva K.K. - Ulyanovsk: UlSTU, 2008. - p. 387-388] based on the partition of the ensemble of signals into nested sub-ensembles. The method of matching modulation and coding based on dividing the ensemble of signals into nested sub-ensembles reduces the dimension of the exhaustive task of synthesizing the signal-code structure, but does not provide guaranteed construction of the signal-code structure with maximum frequency-energy characteristics and does not always allow matching Euclidean and Hamming distances, which determines low noise immunity of this method of matching modulation and coding. Another significant limitation of the application of this method is the requirement of parity of the total number of points in the ensemble of signals and the parity of the number of points in each of the subassemblies obtained by splitting, which determines the possibility of its use only for signal-code constructions with the number of points multiple of the power of 2.

Наиболее близким по технической сущности (прототипом) к заявленному способу является способ модуляции и демодуляции, устройство модуляции и устройство демодуляции (RU 2384960 С2 20.03.2010), в формуле изобретения которого представлен способ модуляции и демодуляции, при котором передаются данные (2n+1) битов (где "n" - целое число, больше 1), и многоуровневое значение установлено в 2(2n+1), причем способ содержит: разделение сигнальных точек, упорядоченных в каждом из четырех квадрантов на 8 подгрупп, соответствующих 3 битам из данных (2n+1) битов, причем четыре квадранта разделены синфазной осью и ортогональной осью, перпендикулярными друг другу; кодирование 3 битов таким образом, чтобы среднее расстояние Хэмминга между соседними сигнальными точками в 8 подгруппах стало минимальным; выполнение кодирования Грея для 2 битов из данных (2n+1) битов, в качестве сигнала, обеспечивающего возможность идентификации четырех квадрантов.The closest in technical essence (prototype) to the claimed method is a modulation and demodulation method, a modulation device and a demodulation device (RU 2384960 C2 03/20/2010), in the claims of which a modulation and demodulation method is presented in which data is transmitted (2n + 1) bits (where "n" is an integer greater than 1), and the multilevel value is set to 2 (2n + 1) , the method comprising: dividing the signal points ordered in each of the four quadrants into 8 subgroups corresponding to 3 bits from the data ( 2n + 1) bits, with four the quadrants are separated by a common-mode axis and an orthogonal axis perpendicular to each other; encoding 3 bits so that the average Hamming distance between adjacent signal points in 8 subgroups becomes minimal; performing Gray coding for 2 bits from the data of (2n + 1) bits, as a signal enabling the identification of four quadrants.

Недостатком известного прототипа является то, что он применим только к сигналам с многоуровневой квадратурной амплитудной модуляцией, при этом общее число точек должно определяться формулой 2(2n+1), при этом описанный в прототипе способ модуляции и демодуляции обладает низкой помехоустойчивостью передачи дискретной информации.A disadvantage of the known prototype is that it is applicable only to signals with multi-level quadrature amplitude modulation, and the total number of points should be determined by the formula 2 (2n + 1) , while the modulation and demodulation method described in the prototype has a low noise immunity for transmitting discrete information.

Задачей изобретения является создание способа манипуляционного кодирования, позволяющего повысить помехоустойчивость передачи дискретной информации посредством манипуляционного кодирования для сигнальных созвездий с произвольным числом точек и произвольным расположением сигнальных точек на сигнальной диаграмме.The objective of the invention is to provide a method of manipulation coding, which improves the noise immunity of the transmission of discrete information through manipulation coding for signal constellations with an arbitrary number of points and an arbitrary arrangement of signal points on the signal diagram.

Эта задача решается тем, что способ манипуляционного кодирования, заключающийся в том, что устанавливают число точек сигнального созвездия и упорядочивают их для кодирования по Грею, согласно изобретению дополнен тем, что устанавливают число точек в сигнальном созвездии равным любому натуральному числу, определяют евклидово расстояние между точками сигнального созвездия, формируют вектор евклидовых расстояний между точками сигнального созвездия, задают матрицу инциденций графа, вершину истока и стока, множество вершин, обязательных для прохода, определяют начальный вектор назначений дуг графа с помощью венгерского метода решения задачи о назначениях, вычисляют вектор градиента для начального вектора, находят методом одномерного поиска минимум в направлении вектора градиента, повторно вычисляют вектор градиента в точке минимума, методом одномерного поиска определяют минимум в новом направлении, получают улучшенное приближение вектора назначения, с помощью метода Ньютона-Рафсона находят оптимальное решение задачи маршрутизации в евклидовом пространстве, формируют последовательность обхода вершин графа, в соответствии с правилом кодирования по Грею определяют кодовые комбинации, соответствующие точкам сигнального созвездия.This problem is solved in that the method of manipulation coding, which consists in setting the number of points of the signal constellation and arranging them for coding according to Gray, according to the invention is supplemented by setting the number of points in the signal constellation equal to any natural number, determining the Euclidean distance between the points of the signal constellation, form a vector of Euclidean distances between the points of the signal constellation, specify the incidence matrix of the graph, the source and drain vertices, the set of vertices required for the passage, determine the initial vector of assignments of the graph arcs using the Hungarian method of solving the assignment problem, calculate the gradient vector for the initial vector, find the minimum in the direction of the gradient vector by the one-dimensional search method, recalculate the gradient vector at the minimum point, determine the minimum in the new one by the one-dimensional search method direction, get an improved approximation of the destination vector, using the Newton-Raphson method find the optimal solution to the routing problem in Euclidean space, form Coziness The sequence of traversal of graph vertices, in accordance with the Gray coding rule, determines the code combinations corresponding to the points of the signal constellation.

Перечисленная новая совокупность существенных признаков обеспечивает возможность повышения помехоустойчивости передачи дискретной информации за счет получения возможности манипуляционного кодирования для сигнальных созвездий с произвольным числом точек и их произвольным расположением на сигнальной диаграмме.The listed new set of essential features provides the possibility of increasing the noise immunity of the transmission of discrete information by obtaining the possibility of manipulation coding for signal constellations with an arbitrary number of points and their arbitrary location on the signal diagram.

Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностью признаков, тождественных всем признакам заявленного решения, отсутствуют, что указывает на соответствие заявленного способа условию патентоспособности "новизна".The analysis of the prior art made it possible to establish that analogues that are characterized by a combination of features that are identical to all the features of the claimed solution are absent, which indicates the compliance of the claimed method with the condition of patentability "novelty".

Результаты поиска известных решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного объекта, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из уровня техники также не выявлена известность влияния, предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности "изобретательский уровень".Search results for known solutions in this and related fields of technology in order to identify features that match the distinctive features of the claimed object from the prototype showed that they do not follow explicitly from the prior art. The prior art also did not reveal the popularity of the influence provided by the essential features of the claimed invention of the transformations to achieve the specified technical result. Therefore, the claimed invention meets the condition of patentability "inventive step".

На чертеже представлена блок-схема последовательности действий, реализующих заявленный способ манипуляционного кодирования.The drawing shows a block diagram of a sequence of actions that implement the claimed method of manipulation coding.

Реализация изобретения достигается следующим образом.The implementation of the invention is achieved as follows.

1. Устанавливают число точек сигнального созвездия, равным V, и упорядочивают их, нумеруя от 1 до V, задавая тем самым V вершин графа. Определяют евклидово расстояние между точками сигнального созвездия, формируют вектор евклидовых расстояний (весов дуг) между точками сигнального созвездия и задают матрицу инциденций полносвязного графа I. Задают вершину истока и стока, при этом вершиной истока и стока может быть любая вершина графа, например первая. Множеством вершин графа, обязательных для прохода по замкнутому пути, будут все вершины графа, так как определить способ манипуляционного кодирования, как соответствие между точками сигнального созвездия и передаваемыми кодовыми комбинациями, необходимо для всех точек сигнального созвездия.1. Set the number of points of the signal constellation equal to V, and arrange them, numbering from 1 to V, thereby setting the V vertices of the graph. The Euclidean distance between the points of the signal constellation is determined, the vector of Euclidean distances (the weights of the arcs) between the points of the signal constellation is formed, and the incident matrix of the fully connected graph I is set. The source and sink vertices are specified, and the vertex of the source and sink can be any vertex of the graph, for example, the first. The set of graph vertices that are required to go through a closed path will be all vertices of the graph, since it is necessary to determine the manipulation coding method as a correspondence between the points of the signal constellation and the transmitted code combinations for all points of the signal constellation.

Евклидово расстояние между i-ой и j-ой точками сигнального созвездия рассчитывается по формуле:The Euclidean distance between the i-th and j-th points of the signal constellation is calculated by the formula:

T i j = i j k = 1 P ( a i k a j k ) 2

Figure 00000001
, T i j = i j k = one P ( a i k - a j k ) 2
Figure 00000001
,

где i , j = 1, V ¯

Figure 00000002
,Where i , j = one, V ¯
Figure 00000002
,

a i k

Figure 00000003
, a j k
Figure 00000004
- k-я координата i-ой (j-ой) точки в сигнальном пространстве, a i k
Figure 00000003
, a j k
Figure 00000004
- k-th coordinate of the i-th (j-th) point in the signal space,

Р - размерность сигнального пространства (например, для квадратурно-амплитудной модуляции Р=2).P is the dimension of the signal space (for example, for quadrature amplitude modulation P = 2).

Матрица I инциденций состоит из матриц инциденций исходящих дуг графа Iисх и матриц инциденций входящих дуг графа Iвх, при этомThe incident matrix I consists of the incident matrices of the outgoing arcs of the graph I ex and the incident matrices of the incoming arcs of the graph I in ,

I=Iисх+Iвх.I = I out + I in .

Исходные данные:Initial data:

- матрица инциденций исходящих дуг графа Iисх;- incidence matrix of outgoing arcs of graph I ref ;

- матрица инциденций входящих дуг графа Iвх;- incidence matrix of incoming arcs of graph I in ;

- вектор величины евклидовых расстояний (весов дуг графа) T = [ t 1 , , t D ] T

Figure 00000005
, где D - число дуг;is the vector of the magnitude of the Euclidean distances (weights of the arcs of the graph) T = [ t one , ... , t D ] T
Figure 00000005
where D is the number of arcs;

- номера вершин истока и стока выбираемого пути b и с х i = 1

Figure 00000006
, b в х j = 1
Figure 00000007
;- the number of vertices of the source and drain of the selected path b and from x i = one
Figure 00000006
, b at x j = - one
Figure 00000007
;

- множество вершин, обязательных для прохода {Vpr};- the set of vertices required for the passage {V pr };

- множество свободных для прохода вершин {Vsw}.- the set of free vertices {V sw }.

Задачу маршрутизации по вершинам графа представляют в следующей формулировке:The task of routing along the vertices of the graph is presented in the following formulation:

k = 1 D T k ƒ k min ƒ T = ( ƒ 1 , , ƒ k , , ƒ D )                                                                     ( 1 )

Figure 00000008
k = one D T k ƒ k min ƒ T = ( ƒ one , ... , ƒ k , ... , ƒ D ) ( one )
Figure 00000008

где Tk - евклидово расстояние между сигнальными точками,where T k is the Euclidean distance between the signal points,

ƒ

Figure 00000009
- вектор назначений дуг графа, k = 1, D ¯
Figure 00000010
. ƒ
Figure 00000009
is the vector of assignments of the arcs of the graph, k = one, D ¯
Figure 00000010
.

Целевая функция (1) отражает необходимость минимизации суммарного евклидова расстояния в маршруте, образованном последовательным прохождением дуг в векторе ƒk.The objective function (1) reflects the need to minimize the total Euclidean distance in the route formed by the successive passage of arcs in the vector ƒ k .

Вспомогательные структурные переменные x

Figure 00000011
свяжем с декомпозированной матрицей инциденций для V-узлов и D-дуг, вектором истоков b и с х ( i , j )
Figure 00000012
и вектором стоков b в х ( i , j )
Figure 00000013
с помощью соотношений:Auxiliary structural variables x
Figure 00000011
we associate with the decomposed incident matrix for V-nodes and D-arcs, the source vector b and from x ( i , j )
Figure 00000012
and stock vector b at x ( i , j )
Figure 00000013
using the ratios:

I и с х ƒ x и с х = b и с х ;                                                                                             ( 2 )

Figure 00000014
I and from x ƒ - x and from x = b and from x ; ( 2 )
Figure 00000014

I в х ƒ + x и с х = b в х .                                                                                                ( 3 )

Figure 00000015
I at x ƒ + x and from x = b at x . ( 3 )
Figure 00000015

При задании векторов истоков и стоков необходимо положить b и с х i = 1

Figure 00000016
, b в х j = 1
Figure 00000017
.When specifying the source and sink vectors, it is necessary to put b and from x i = one
Figure 00000016
, b at x j = - one
Figure 00000017
.

Пусть для формирования вариантов выборов маршрутов заданы множества:Let for the formation of options for the selection of routes given sets:

{Vpr} - множество вершин, обязательных для прохода по маршруту i→j;{V pr } - the set of vertices required to pass along the route i → j;

{Vsw} - множество вершин, свободных для прохода по маршруту i→j (т.е. маршрут может проходить, а может и не проходить через вершину, принадлежащую этому множеству).{V sw } is the set of vertices that are free to pass along the route i → j (that is, the route may or may not pass through a vertex belonging to this set).

Очевидно: {Vpr}∪{Vsw}={V}.Obviously: {V pr } ∪ {V sw } = {V}.

Тогда: b и с х k = 1

Figure 00000018
, ∀k∈{Vpr}; b в х l = 1
Figure 00000019
, ∀l∈{Vpr}.Then: b and from x k = one
Figure 00000018
, ∀k∈ {V pr }; b at x l = - one
Figure 00000019
, ∀l∈ {V pr }.

В процессе решения задачи маршрутизации необходимо найти вспомогательные структурные переменные, которые отражают использование свободных вершин для формирования маршрутов:In the process of solving the routing problem, it is necessary to find auxiliary structural variables that reflect the use of free vertices to form routes:

x и с х n = { 1,  если путь проходит через n-ую свободную вершину; 0 , если путь не проходит через n-ую свободную вершину; n { V sw } .

Figure 00000020
x and from x n = { one, if the path passes through the nth free vertex; 0 if the path does not pass through the nth free vertex; n { V sw } .
Figure 00000020

Ограничение на отсутствие циклов в путях графа записывается в виде:The restriction on the absence of cycles in the graph paths is written as:

E d T ( I и с х d i a g ( ƒ ) d i a g ( ƒ ) T I в х T ) V + 1  E d = 0,                                                              ( 4 )

Figure 00000021
E d T ( - I and from x d i a g ( ƒ ) d i a g ( ƒ ) T I at x T ) V + one E d = 0 ( four )
Figure 00000021

где E d T = 1 ( 1, ,1, ,1 ) V

Figure 00000022
- вектор размерности V×1.Where E d T = one ( one, ... ,one, ... ,one ) V
Figure 00000022
is a vector of dimension V × 1.

Фиксированность маршрутизации введем с помощью булевости переменныхWe introduce routing fixity using Boolean variables

ƒ k { 0,1 } ,  k = 1 ,D ¯ ;                                                                                              ( 5 )

Figure 00000023
ƒ k { 0.1 } , k = one , D ¯ ; ( 5 )
Figure 00000023

x n { 0,1 } ,  n { V sw } .                                                                                            ( 6 )

Figure 00000024
x n { 0.1 } , n { V sw } . ( 6 )
Figure 00000024

Используем свойство идемпотентности ограничения: х2=х, которое допускает лишь булевость переменной х (х=0 или 1). Тогда ограничения (5, 6) на континуальных множествах переменных ƒ

Figure 00000025
, x
Figure 00000026
записываются в видеWe use the property of idempotency of the constraint: x 2 = x, which allows only the Booleanness of the variable x (x = 0 or 1). Then the constraints (5, 6) on the continuum sets of variables ƒ
Figure 00000025
, x
Figure 00000026
are written as

ƒ k 2 = ƒ k ,  k = 1, D ;                                                                                                  ( 7 )

Figure 00000027
ƒ k 2 = ƒ k , k = one, D ; ( 7 )
Figure 00000027

x n 2 = x n ,  n { V sw } ,                                                                                                ( 8 )

Figure 00000028
x n 2 = x n , n { V sw } , ( 8 )
Figure 00000028

и таким образом целочисленная задача (1), (2-6) преобразована (погружена) в общую задачу нелинейного программирования (1), (2-4, 7, 8).and thus the integer problem (1), (2-6) is transformed (immersed) into the general nonlinear programming problem (1), (2-4, 7, 8).

Эта задача является задачей оптимизации при наличии ограничений в виде равенств. Поэтому к ней применим метод множителей Лагранжа. Тогда запишем функцию Лагранжа в виде: лямбда - множители ЛагранжаThis problem is an optimization problem with constraints in the form of equalities. Therefore, we apply the method of Lagrange multipliers to it. Then we write the Lagrange function in the form: lambda - Lagrange multipliers

F ( ƒ , x , λ ƒ , λ x , λ p , λ ƒ c ) = T T ƒ + λ ƒ T [ [ I и с х I в х ] 2 V D ƒ [ x и с х x и с х ] 2 V 1 [ b и с х b в х ] 2 V 1 ] + + i = 1 n λ x i ( x i 2 x i ) + λ p [ E d T ( I и с х d i a g ( ƒ ) d i a g ( ƒ ) T I в х T ) V + 1 E d ] + j = 1 D λ ƒ c j ( ƒ j 2 ƒ j ) ( 9 )

Figure 00000029
F ( ƒ , x , λ ƒ , λ x , λ p , λ ƒ c ) = T T ƒ + λ ƒ T [ [ I and from x ... I at x ] 2 V D ƒ - [ x and from x ... - x and from x ] 2 V one - [ b and from x ... b at x ] 2 V one ] + + i = one n λ x i ( x i 2 - x i ) + λ p [ E d T ( - I and from x d i a g ( ƒ ) d i a g ( ƒ ) T I at x T ) V + one E d ] + j = one D λ ƒ c j ( ƒ j 2 - ƒ j ) ( 9 )
Figure 00000029

Введем общий вектор искомых переменных в виде составного вектора X T = ƒ T , x T , λ ƒ T , λ x T , λ p , λ ƒ c

Figure 00000030
размерностью D+n+2V+n+1+D.We introduce the general vector of the desired variables in the form of a composite vector X T = ƒ T , x T , λ ƒ T , λ x T , λ p , λ ƒ c
Figure 00000030
dimension D + n + 2V + n + 1 + D.

Необходимые условия экстремума запишем в виде системы уравнений:We write the necessary conditions for the extremum in the form of a system of equations:

F ƒ = 2 × λ p × d g [ B [ j = 0 V { [ A × d i a g ( ƒ ) d i a g ( ƒ ) T B ] V j E d E d T [ A × d i a g ( ƒ ) d i a g ( ƒ ) T B ] j } ] A ] ƒ + + T + [ I и с х I вх ] 2 V D λ ƒ + [ λ ƒ c 1 ( 2 ƒ 1 1 ) λ ƒ c D ( 2 ƒ D 1 ) ] = 0

Figure 00000031
; F ƒ = 2 × λ p × d g [ B [ j = 0 V { [ A × d i a g ( ƒ ) d i a g ( ƒ ) T B ] V - j E d E d T [ A × d i a g ( ƒ ) d i a g ( ƒ ) T B ] j } ] A ] ƒ + + T + [ I and from x ... I in ] 2 V D λ ƒ + [ λ ƒ c one ( 2 ƒ one - one ) ... ... ... ... ... ... λ ƒ c D ( 2 ƒ D - one ) ] = 0
Figure 00000031
;

F x = [ λ ƒ n + λ ƒ n + V ] + [ λ x n ( 2 x n 1 ) ] = 0 ,   n { V sw }

Figure 00000032
; F x = [ ... ... ... ... ... ... - λ ƒ n + λ ƒ n + V ... ... ... ... ... ... ] + [ ... ... ... ... ... ... λ x n ( 2 x n - one ) ... ... ... ... ... ... ] = 0 , n { V sw }
Figure 00000032
;

F λ ƒ = [ I и с х I в х ] 2 V D ƒ [ x n x n + V = x n ] 2 V 1 1 [ b и с х b в х ] 2 V 1 1 = 0 ,   n { V sw } ; ( 10 )

Figure 00000033
F λ ƒ = [ I and from x ... I at x ] 2 V D ƒ - [ ... x n ... x n + V = - x n ... ] 2 V one one - [ b and from x b at x ] 2 V one one = 0 , n { V sw } ; ( 10 )
Figure 00000033

F λ x = [ x n 2 x n ] = 0 ,   n { V sw }

Figure 00000034
; F λ x = [ ... ... ... x n 2 - x n ... ... ... ] = 0 , n { V sw }
Figure 00000034
;

F λ p = E d T ( I и с х d i a g ( ƒ ) d i a g ( ƒ ) T I в х T ) W + 1  E d = 0

Figure 00000035
; F λ p = E d T ( - I and from x d i a g ( ƒ ) d i a g ( ƒ ) T I at x T ) W + one E d = 0
Figure 00000035
;

F λ ƒ c = [ ƒ 1 2 ƒ 1 ƒ D 2 ƒ D ] = 0 .

Figure 00000036
F λ ƒ c = [ ƒ one 2 - ƒ one ... ... ... ƒ D 2 - ƒ D ] = 0 .
Figure 00000036

Таким образом, сформирована система из m=D+n+2V+n+1+D уравнений с m=D+n+2V+n+1+D неизвестных.Thus, a system is formed of m = D + n + 2V + n + 1 + D equations with m = D + n + 2V + n + 1 + D unknowns.

Выберем метод Ньютона-Рафсона [Хэмди А. Таха. Введение в исследование операций, 6-е издание: Пер. с англ. - М.: Издательский дом "Вильяме", 2001. - С.744-745] (второго порядка) для решения системы нелинейных уравнений. При этом в качестве целевой функции эквивалентной задачи минимизации положим минимум невязки между левой и правой частями системы уравнений (10):We choose the Newton-Raphson method [Hamdy A. Taha. Introduction to Operations Research, 6th edition: Per. from English - M .: Publishing house "Williams", 2001. - S.744-745] (second order) for solving a system of nonlinear equations. Moreover, as the objective function of the equivalent minimization problem, we put the minimum discrepancy between the left and right sides of the system of equations (10):

( F X ) T × ( F X ) min X .                                                                                         ( 11 )

Figure 00000037
( F X ) T × ( F X ) min X . ( eleven )
Figure 00000037

Алгоритмы, построенные на основе метода Ньютона-Рафсона, сходятся при хорошем начальном приближении к точному решению. Поэтому разрабатываемый алгоритм должен содержать операции определения начального приближения.Algorithms based on the Newton-Raphson method converge with a good initial approximation to the exact solution. Therefore, the developed algorithm should contain operations for determining the initial approximation.

В общем случае использование необходимого условия экстремума (10) для нахождения стационарных точек функции Лагранжа (9) сопряжено с трудностями, возникающими при численном решении соответствующей системы уравнений. Метод Ньютона-Рафсона предлагает итерационную процедуру решения системы нелинейных уравнений. Он относится к числу градиентных методов численного поиска экстремума функции при отсутствии ограничений.In the general case, using the necessary extremum condition (10) to find the stationary points of the Lagrange function (9) is fraught with difficulties arising in the numerical solution of the corresponding system of equations. The Newton-Raphson method offers an iterative procedure for solving a system of nonlinear equations. It belongs to the number of gradient methods for the numerical search for the extremum of a function in the absence of restrictions.

Так, для системы уравнений ƒ i = ( X ) = 0

Figure 00000038
, i=1, 2, …, m, метод использует итерационную процедуру X k + 1 = X k J ( X k ) 1 F X k
Figure 00000039
, где: J ( X k ) = 2 F ( X k ) X k X k T
Figure 00000040
- матрица якобиана.So, for a system of equations ƒ i = ( X ) = 0
Figure 00000038
, i = 1, 2, ..., m, the method uses an iterative procedure X k + one = X k - J ( X k ) - one F X k
Figure 00000039
where: J ( X k ) = 2 F ( X k ) X k X k T
Figure 00000040
- Jacobian matrix.

Алгоритмы, построенные по методу Ньютона-Рафсона, имеют малый радиус сходимости [Хэмди А. Таха. Введение в исследование операций, 6-е издание: Пер. с англ. - М.: Издательский дом "Вильяме", 2001. - С.745]. Поэтому будем использовать двухэтапную процедуру поиска начального приближения. На первом этапе применим полиномиальный алгоритм венгерского метода [Пападимитриу X. Комбинаторная оптимизация. Алгоритмы и сложность / Пападимитриу X., Стайглиц К. - М.: Мир, 1985. - с.255-262] решения задачи о назначениях, которая не содержит ограничения на цикличность пути, сформулированной в виде:Algorithms constructed by the Newton-Raphson method have a small radius of convergence [Hamdy A. Taha. Introduction to Operations Research, 6th edition: Per. from English - M .: Publishing house "Williams", 2001. - S.745]. Therefore, we will use the two-stage procedure for finding the initial approximation. At the first stage, we apply the polynomial algorithm of the Hungarian method [Papadimitriou X. Combinatorial optimization. Algorithms and complexity / Papadimitriou X., Steiglitz K. - M .: Mir, 1985. - p.255-262] solving the assignment problem, which does not contain restrictions on the cyclicity of the path, formulated as:

i = 1 V j = 1 V c i j x i j min x i j

Figure 00000041
, i = one V j = one V c i j x i j min x i j
Figure 00000041
,

i = 1 V x i j = 1,      j = 1 ,V , ¯                                                                                         ( 12 )

Figure 00000042
i = one V x i j = one, j = one , V , ¯ ( 12 )
Figure 00000042

j = 1 V x i j = 1,      i = 1 ,V ¯

Figure 00000043
. j = one V x i j = one, i = one , V ¯
Figure 00000043
.

2. Определяют начальный вектор назначений дуг графа ƒ 1

Figure 00000044
с помощью венгерского метода решения задачи о назначениях на основе матрицы евклидовых расстояний между вершинами графа. Таким образом, получают начальное приближение общего вектора искомых переменных X 1 T = ( ƒ 1 T , 0 T , 0 T , 0 T ,0, 0 T )
Figure 00000045
.2. Determine the initial vector of assignments of the arcs of the graph ƒ one
Figure 00000044
using the Hungarian method of solving the assignment problem based on the matrix of Euclidean distances between the vertices of the graph. Thus, an initial approximation of the general vector of the desired variables is obtained X one T = ( ƒ one T , 0 T , 0 T , 0 T , 0, 0 T )
Figure 00000045
.

3. Вычисляют вектор градиента для начального вектора.3. Calculate the gradient vector for the initial vector.

Вектор коррекции градиента g r a d S T R A F = T

Figure 00000046
Gradient correction vector g r a d S T R A F = T
Figure 00000046

На втором этапе используем наискорейший градиентный спуск первого порядка, при этом алгоритм второго этапа включим в алгоритм метода Ньютона-Рафсона.At the second stage, we use the fastest gradient descent of the first order, while the algorithm of the second stage is included in the algorithm of the Newton-Raphson method.

4. Находят методом одномерного поиска минимум в направлении вектора градиента. Для этого:4. Find by the method of one-dimensional search a minimum in the direction of the gradient vector. For this:

- положим U=∞;- put U = ∞;

- зададим номер шага i=1, точность работы алгоритма: Тосп=10-3;- set the step number i = 1, the accuracy of the algorithm: Tosp = 10 -3 ;

- вычислим суммарную временную задержку для первого этапа начального приближения C e l i = T T ƒ i

Figure 00000047
;- calculate the total time delay for the first stage of the initial approximation C e l i = T T ƒ i
Figure 00000047
;

- вычислим вектор градиента J ( X ) F X + g r a d S T R A F

Figure 00000048
;- calculate the gradient vector J ( X ) F X + g r a d S T R A F
Figure 00000048
;

- проверим условие |Celi-U|>Tосп, если оно выполняется, то перейдем к следующему пункту, а если нет, то определим значение вспомогательной переменной i1=1 и методом одномерного поиска определим минимум в новом направлении;- check the condition | Cel i -U |> Tsp, if it is satisfied, then go to the next step, and if not, then determine the value of the auxiliary variable i1 = 1 and determine the minimum in a new direction by the one-dimensional search method;

- положим U=Celi;- put U = Cel i ;

- увеличим значение i на 1;- increase the value of i by 1;

- проведем одномерный поиск точки минимума ( X )

Figure 00000049
модифицированной функции невязки ( F X ) T × ( F X ) + T T × ƒ
Figure 00000050
в направлении градиента ( J ( X ) F X + g r a d S T R A F )
Figure 00000051
системы нелинейных уравнений F X = 0
Figure 00000052
.- conduct a one-dimensional search for the minimum point ( X )
Figure 00000049
modified residual function ( F X ) T × ( F X ) + T T × ƒ
Figure 00000050
in the direction of the gradient ( J ( X ) F X + g r a d S T R A F )
Figure 00000051
systems of nonlinear equations F X = 0
Figure 00000052
.

Исходные данные для одномерного поиска точки минимума:Input data for one-dimensional minimum point search:

- X

Figure 00000053
- общий вектор исходных переменных;- X
Figure 00000053
- the general vector of the source variables;

- grad - градиент ( J ( X ) F X + g r a d S T R A F )

Figure 00000051
;- grad - gradient ( J ( X ) F X + g r a d S T R A F )
Figure 00000051
;

- T

Figure 00000054
- вектор евклидовых расстояний (весов дуг графа). - T
Figure 00000054
is the vector of Euclidean distances (weights of the arcs of the graph).

Порядок одномерного поиска точки минимумаMinimum one-dimensional search order

Шаг 1. Присвоить номер шага: i=1.Step 1. Assign a step number: i = 1.

Шаг 2. Задать пороговое значение: Porog = 1013.Step 2. Set the threshold value: Porog = 10 13 .

Шаг 3. Присвоить W x = ( F X ) T × ( F X ) + T T ƒ

Figure 00000055
; min=Wx.Step 3. Assign W x = ( F X ) T × ( F X ) + T T ƒ
Figure 00000055
; min = W x .

Шаг 4. Задать значение шага градиента: Δ=-1×10-0, t e k a = 0

Figure 00000056
.Step 4. Set the value of the gradient step: Δ = -1 × 10 -0 , t e k a = 0
Figure 00000056
.

Шаг 5. Проверка условия |Wx-Porog}>10-3, если да, то перейти к шагу 6, если нет, то к шагу 14.Step 5. Check the condition | W x -Porog}> 10 -3 , if so, go to step 6, if not, then go to step 14.

Шаг 6. Присвоить i=i+1.Step 6. Assign i = i + 1.

Шаг 7. Пороговое значение Porog=Wx.Step 7. Threshold value Porog = W x .

Шаг 8. Проверка условия ( F X ) T × ( F X ) + T T ƒ min

Figure 00000057
, если да, то к шагу 9, если нет, то к шагу 10.Step 8. Verify the condition ( F X ) T × ( F X ) + T T ƒ min
Figure 00000057
if yes, then to step 9, if not, then to step 10.

Шаг 9. Вычислить значение шага: Δ=Δ×10-3.Step 9. Calculate the value of the step: Δ = Δ × 10 -3 .

Шаг 10. Вычислить значение вектора: t e k a p = t e k a + Δ g r a d

Figure 00000058
.Step 10. Calculate the value of the vector: t e k a p = t e k a + Δ g r a d
Figure 00000058
.

Шаг 11. Вычислить: W x = ( F X ) T × ( F X ) + T T ƒ

Figure 00000059
.Step 11. Calculate: W x = ( F X ) T × ( F X ) + T T ƒ
Figure 00000059
.

Шаг 12. Проверка условия Wx<min.Step 12. Checking the condition W x <min.

Шаг 13. Присвоить значения: min=Wx, t e k a = t e k a + Δ g r a d

Figure 00000060
и перейти к шагу 5.Step 13. Assign values: min = W x , t e k a = t e k a + Δ g r a d
Figure 00000060
and go to step 5.

Шаг 14. Формирование выходных данных: X + t e k a

Figure 00000061
.Step 14. Generation of output data: X + t e k a
Figure 00000061
.

5. Повторно вычисляют вектор градиента в точке минимума.5. Recalculate the gradient vector at the minimum point.

Вычислить новое значение градиента J ( X ) F X + g r a d S T R A F

Figure 00000062
.Calculate new gradient value J ( X ) F X + g r a d S T R A F
Figure 00000062
.

Вычисляют значение целевой функции C e l i = T T ƒ

Figure 00000063
.The value of the objective function is calculated. C e l i = T T ƒ
Figure 00000063
.

Определяют значение вспомогательной переменной i1=1.The value of the auxiliary variable i1 = 1 is determined.

6. Методом одномерного поиска определяют минимум в новом направлении.6. The one-dimensional search method determines the minimum in a new direction.

7. Получают улучшенное приближение вектора назначения.7. Get improved destination vector approximation.

N e w L a g r i 1 = ( F X ) T × ( F X )

Figure 00000064
N e w L a g r i one = ( F X ) T × ( F X )
Figure 00000064

8. Находят оптимальное решение задачи маршрутизации в евклидовом пространстве с помощью метода Ньютона-Рафсона.8. Find the optimal solution to the routing problem in Euclidean space using the Newton-Raphson method.

X k T = ƒ T , x T , λ ƒ T , λ x T , λ p , λ ƒ c T

Figure 00000065
X k T = ƒ T , x T , λ ƒ T , λ x T , λ p , λ ƒ c T
Figure 00000065

Далее введем обозначение матриц с указанием их размерности, так:Next, we introduce the notation of matrices with an indication of their dimension, as follows:

A m 1 n

Figure 00000066
- матрица размера m×n. A m one n
Figure 00000066
- a matrix of size m × n.

J ( X k ) = [ [ 2 F ƒ ƒ T ] D 1 D [ 2 F ƒ x T ] D 1 n [ 2 F ƒ λ ƒ T ] D 1 2 V [ 2 F ƒ λ ƒ T ] D 1 n [ 2 F ƒ λ p ] D 1 1 [ 2 F ƒ λ ƒ c T ] D 1 D [ 2 F x ƒ T ] n 1 D [ 2 F x x T ] n 1 n [ 2 F x λ ƒ T ] n 1 2 V [ 2 F x λ ƒ T ] n 1 n [ 2 F x λ p ] n 1 1 [ 2 F x λ ƒ c T ] n 1 D [ 2 F λ ƒ ƒ T ] 2 V 1 D [ 2 F λ ƒ x T ] 2 V 1 n [ 2 F λ ƒ λ ƒ T ] 2 V 1 2 V [ 2 F λ ƒ λ ƒ T ] 2 V 1 n [ 2 F λ ƒ λ p ] 2 V 1 1 [ 2 F λ ƒ λ ƒ c T ] 2 V 1 D [ 2 F λ x ƒ T ] n 1 D [ 2 F λ x x T ] n 1 n [ 2 F λ x λ ƒ T ] n 1 2 V [ 2 F λ x λ ƒ T ] n 1 n [ 2 F λ x λ p ] n 1 1 [ 2 F λ x λ ƒ c T ] n 1 D [ 2 F λ p ƒ T ] 1 1 D [ 2 F λ p x T ] 1 1 n [ 2 F λ p λ ƒ T ] 1 1 2 V [ 2 F λ p λ x T ] 1 1 n [ 2 F λ p λ p ] 1 1 1 [ 2 F λ p λ ƒ c T ] 1 1 D [ 2 F λ ƒ c ƒ T ] D 1 n [ 2 F λ ƒ c x T ] D 1 n [ 2 F λ ƒ c λ ƒ T ] D 1 2 V [ 2 F λ ƒ c λ x T ] D 1 n [ 2 F λ ƒ c λ p ] D 1 1 [ 2 F λ ƒ c λ ƒ c T ] D 1 D ] m 1 m

Figure 00000067
, J ( X k ) = [ [ 2 F ƒ ƒ T ] D one D [ 2 F ƒ x T ] D one n [ 2 F ƒ λ ƒ T ] D one 2 V [ 2 F ƒ λ ƒ T ] D one n [ 2 F ƒ λ p ] D one one [ 2 F ƒ λ ƒ c T ] D one D [ 2 F x ƒ T ] n one D [ 2 F x x T ] n one n [ 2 F x λ ƒ T ] n one 2 V [ 2 F x λ ƒ T ] n one n [ 2 F x λ p ] n one one [ 2 F x λ ƒ c T ] n one D [ 2 F λ ƒ ƒ T ] 2 V one D [ 2 F λ ƒ x T ] 2 V one n [ 2 F λ ƒ λ ƒ T ] 2 V one 2 V [ 2 F λ ƒ λ ƒ T ] 2 V one n [ 2 F λ ƒ λ p ] 2 V one one [ 2 F λ ƒ λ ƒ c T ] 2 V one D [ 2 F λ x ƒ T ] n one D [ 2 F λ x x T ] n one n [ 2 F λ x λ ƒ T ] n one 2 V [ 2 F λ x λ ƒ T ] n one n [ 2 F λ x λ p ] n one one [ 2 F λ x λ ƒ c T ] n one D [ 2 F λ p ƒ T ] one one D [ 2 F λ p x T ] one one n [ 2 F λ p λ ƒ T ] one one 2 V [ 2 F λ p λ x T ] one one n [ 2 F λ p λ p ] one one one [ 2 F λ p λ ƒ c T ] one one D [ 2 F λ ƒ c ƒ T ] D one n [ 2 F λ ƒ c x T ] D one n [ 2 F λ ƒ c λ ƒ T ] D one 2 V [ 2 F λ ƒ c λ x T ] D one n [ 2 F λ ƒ c λ p ] D one one [ 2 F λ ƒ c λ ƒ c T ] D one D ] m one m
Figure 00000067
,

гдеWhere

2 F ƒ ƒ T = 2 × λ p ƒ T I D × d g { ( A T B j = 0 W ( k 2 + k 1 ) + A A A ( ƒ ) ) } + 2 [ λ ƒ c 1 0 0 λ ƒ c D ]

Figure 00000068
, 2 F ƒ ƒ T = 2 × λ p ƒ T I D × d g { ( A T B j = 0 W ( k 2 + k one ) + A A A ( ƒ ) ) } + 2 [ λ ƒ c one 0 0 λ ƒ c D ]
Figure 00000068
,

здесь символом ⊗ обозначено кронекеровское произведение матриц А и В:here the symbol ⊗ denotes the Kronecker product of the matrices A and B:

A m 1 n B p 1 q = ( a 11 B a 1 n B a m 1 B a m n B ) m × p 1 n × q

Figure 00000069
, A m one n B p one q = ( a eleven B a one n B a m one B a m n B ) m × p one n × q
Figure 00000069
,

A A A ( ƒ ) = d g [ B [ j = 0 W { [ A × d i a g ( ƒ ) d i a g ( ƒ ) T B ] W j E d E d T [ A × d i a g ( ƒ ) d i a g ( ƒ ) T B ] j } ] A ] ƒ

Figure 00000070
A A A ( ƒ ) = d g [ B [ j = 0 W { [ A × d i a g ( ƒ ) d i a g ( ƒ ) T B ] W - j E d E d T [ A × d i a g ( ƒ ) d i a g ( ƒ ) T B ] j } ] A ] ƒ
Figure 00000070

dg() - оператор формирования диагональной матрицы с элементами равными диагональным элементам матрицы ().dg () is the operator of forming a diagonal matrix with elements equal to the diagonal elements of the matrix ().

A=-Iисх;A = -I ref ;

B=Iвх.B = I in .

k 1 = [ I V { W ( ƒ ) W j × E V E V T } ] × { i = 1 j ( W ( ƒ ) T ) j i W ( ƒ ) i 1 } × ( B T A ) × × { 2 I D d i a g ( ƒ ) } × d i a g ( v e c I D ) × ( I D E D )

Figure 00000071
; k one = [ I V { W ( ƒ ) W - j × E V E V T } ] × { i = one j ( W ( ƒ ) T ) j - i W ( ƒ ) i - one } × ( B T A ) × × { 2 I D d i a g ( ƒ ) } × d i a g ( v e c I D ) × ( I D E D )
Figure 00000071
;

k 2 = { [ E D E D T × W ( ƒ ) j ] T I V } × { i = 1 W j ( W ( ƒ ) T ) W j i W ( ƒ ) i 1 } × × ( B T A ) { 2 I D d i a g ( ƒ ) } × d i a g ( v e c I D ) × ( I D E D )

Figure 00000072
; k 2 = { [ E D E D T × W ( ƒ ) j ] T I V } × { i = one W - j ( W ( ƒ ) T ) W - j - i W ( ƒ ) i - one } × × ( B T A ) { 2 I D d i a g ( ƒ ) } × d i a g ( v e c I D ) × ( I D E D )
Figure 00000072
;

IL - единичная матрица размера L×L;I L is the identity matrix of size L × L;

EL - единичный вектор размера L×1;E L is a unit vector of size L × 1;

W ( ƒ ) = A × d i a g ( ƒ ) d i a g ( ƒ ) T × B

Figure 00000073
; W ( ƒ ) = A × d i a g ( ƒ ) d i a g ( ƒ ) T × B
Figure 00000073
;

d i a g ( ƒ )

Figure 00000074
- диагональная матрица с вектором ƒ
Figure 00000075
на главной диагонали; d i a g ( ƒ )
Figure 00000074
- diagonal matrix with vector ƒ
Figure 00000075
on the main diagonal;

vecID - оператор векторизации матрицы ID.vecI D is the vectorization operator of the matrix I D.

2 F ƒ x T = [ 0 ]

Figure 00000076
; 2 F ƒ λ ƒ T = [ I и с х I в х ]
Figure 00000077
; 2 F ƒ λ x T = [ 0 ]
Figure 00000078
; 2 F ƒ λ p = 2 × A A A × ƒ
Figure 00000079
; 2 F ƒ x T = [ 0 ]
Figure 00000076
; 2 F ƒ λ ƒ T = [ I and from x ... ... I at x ]
Figure 00000077
; 2 F ƒ λ x T = [ 0 ]
Figure 00000078
; 2 F ƒ λ p = 2 × A A A × ƒ
Figure 00000079
;

2 F ƒ λ ƒ c T = [ 2 ƒ 1 1 0 0 2 ƒ D 1 ]

Figure 00000080
; 2 F ƒ λ ƒ c T = [ 2 ƒ one - one 0 0 2 ƒ D - one ]
Figure 00000080
;

2 F x ƒ T = [ 0 ]

Figure 00000081
; 2 F x x T 2 [ 0 λ x n 0 ]
Figure 00000082
, n∈{Vsw}; 2 F x ƒ T = [ 0 ]
Figure 00000081
; 2 F x x T 2 [ 0 λ x n 0 ]
Figure 00000082
, n∈ {V sw };

2 F x λ ƒ T = [ 0 1 n , n 0 0 0 0 1 n + V , n + V 0 ]

Figure 00000083
; 2 F x λ x T = [ 0 2 x n 1 0 ]
Figure 00000084
, n∈{Vsw}; 2 F x λ ƒ T = [ 0 ... - one n , n ... 0 ... 0 ... ... ... ... ... ... ... ... 0 ... 0 ... one n + V , n + V ... 0 ]
Figure 00000083
; 2 F x λ x T = [ 0 2 x n - one 0 ]
Figure 00000084
, n∈ {V sw };

2 F x λ p = [ 0 ]

Figure 00000085
; 2 F x λ ƒ c T = [ 0 ]
Figure 00000086
; 2 F x λ p = [ 0 ]
Figure 00000085
; 2 F x λ ƒ c T = [ 0 ]
Figure 00000086
;

2 F λ ƒ ƒ T = [ I и с х I в х ]

Figure 00000087
; 2 F λ ƒ x T = [ 0 1 n , n 0 0 0 0 1 n + V , n + V 0 ]
Figure 00000088
; 2 F λ ƒ λ ƒ T = [ 0 ]
Figure 00000089
; 2 F λ ƒ ƒ T = [ I and from x ... ... I at x ]
Figure 00000087
; 2 F λ ƒ x T = [ 0 ... - one n , n ... 0 ... 0 ... ... ... ... ... ... ... ... 0 ... 0 ... one n + V , n + V ... 0 ]
Figure 00000088
; 2 F λ ƒ λ ƒ T = [ 0 ]
Figure 00000089
;

2 F λ ƒ λ x T = [ 0 ]

Figure 00000090
; 2 F λ ƒ λ p = [ 0 ]
Figure 00000091
; 2 F λ ƒ λ ƒ c T = [ 0 ]
Figure 00000092
; 2 F λ ƒ λ x T = [ 0 ]
Figure 00000090
; 2 F λ ƒ λ p = [ 0 ]
Figure 00000091
; 2 F λ ƒ λ ƒ c T = [ 0 ]
Figure 00000092
;

2 F λ x ƒ T = [ 0 ]

Figure 00000093
; 2 F λ x x T = [ 0 2 x n 1 0 ]
Figure 00000094
; n∈{Vsw}; 2 F λ x λ ƒ T = [ 0 ]
Figure 00000095
; 2 F λ x ƒ T = [ 0 ]
Figure 00000093
; 2 F λ x x T = [ 0 2 x n - one 0 ]
Figure 00000094
; n∈ {V sw }; 2 F λ x λ ƒ T = [ 0 ]
Figure 00000095
;

2 F λ x λ x T = [ 0 ]

Figure 00000096
; 2 F λ x λ p = [ 0 ]
Figure 00000097
; 2 F λ x λ ƒ c T = [ 0 ]
Figure 00000098
; 2 F λ x λ x T = [ 0 ]
Figure 00000096
; 2 F λ x λ p = [ 0 ]
Figure 00000097
; 2 F λ x λ ƒ c T = [ 0 ]
Figure 00000098
;

2 F λ p ƒ T 2 ƒ T [ A A A ( ƒ ) ] T

Figure 00000099
; 2 F λ p x T = [ 0 T ]
Figure 00000100
; 2 F λ p λ ƒ T = [ 0 T ]
Figure 00000101
; 2 F λ p λ x = [ 0 T ]
Figure 00000102
; 2 F λ p ƒ T 2 ƒ T [ A A A ( ƒ ) ] T
Figure 00000099
; 2 F λ p x T = [ 0 T ]
Figure 00000100
; 2 F λ p λ ƒ T = [ 0 T ]
Figure 00000101
; 2 F λ p λ x = [ 0 T ]
Figure 00000102
;

2 F λ p λ p = [ 0 ]

Figure 00000103
; 2 F λ p λ ƒ c T = [ 0 T ]
Figure 00000104
; 2 F λ p λ p = [ 0 ]
Figure 00000103
; 2 F λ p λ ƒ c T = [ 0 T ]
Figure 00000104
;

2 F λ ƒ c ƒ T = [ 2 ƒ 1 1 0 0 2 ƒ D 1 ]

Figure 00000105
; 2 F λ ƒ x T = [ 0 ]
Figure 00000106
; 2 F λ ƒ λ ƒ T = [ 0 ]
Figure 00000107
; 2 F λ ƒ λ x T = [ 0 ]
Figure 00000108
; 2 F λ ƒ c ƒ T = [ 2 ƒ one - one 0 0 2 ƒ D - one ]
Figure 00000105
; 2 F λ ƒ x T = [ 0 ]
Figure 00000106
; 2 F λ ƒ λ ƒ T = [ 0 ]
Figure 00000107
; 2 F λ ƒ λ x T = [ 0 ]
Figure 00000108
;

2 F λ ƒ λ p = [ 0 ]

Figure 00000109
; 2 F λ ƒ λ ƒ c = [ 0 ]
Figure 00000110
. 2 F λ ƒ λ p = [ 0 ]
Figure 00000109
; 2 F λ ƒ λ ƒ c = [ 0 ]
Figure 00000110
.

U=∞U = ∞

Проверить условие: |NewLagri1-U|>Тосп; если нет, то переходят к формированию последовательности обхода вершин графа.Check condition: | NewLagr i1 -U |>Tosp; if not, then proceed to the formation of a sequence of traversal of the vertices of the graph.

i1=i1+1i1 = i1 + 1

Δ X = J ( X ) 1 × ( F X )

Figure 00000111
Δ X = J ( X ) - one × ( - F X )
Figure 00000111

X = X + Δ X

Figure 00000112
X = X + Δ X
Figure 00000112

N e w L a g r i 1 = ( F X ) T × ( F X )

Figure 00000113
N e w L a g r i one = ( F X ) T × ( F X )
Figure 00000113

возвращаются к проверке условия |NewLagri1- U|>Тосп.return to check conditions | NewLagr i1 - U |> Tosp.

9. Формируют последовательность обхода вершин графа9. Form a sequence of traversal of the vertices of the graph

X * T = ( ƒ * T , x * T , λ ƒ * T , λ x * T , λ p * , λ ƒ c * T )

Figure 00000114
. X * T = ( ƒ * T , x * T , λ ƒ * T , λ x * T , λ p * , λ ƒ c * T )
Figure 00000114
.

10. В соответствии с правилом кодирования по Грею определяют кодовые комбинации, соответствующие точкам сигнального созвездия.10. In accordance with the Gray coding rule, code combinations corresponding to the points of the signal constellation are determined.

В источнике [Dayan Adionel Guimaraes. Digital Transmission: A Simulation-Aided Introduction with VisSim/Comm. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2009. - С.397] предложена оценка границы вероятности ошибки в случае применения манипуляционного кода и в альтернативном случае:In the source [Dayan Adionel Guimaraes. Digital Transmission: A Simulation-Aided Introduction with VisSim / Comm. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2009. - P.397] an estimate of the boundary of the probability of error in the case of using a manipulation code and in the alternative case is proposed:

P e log 2 M P b M P e 2 M 2

Figure 00000115
, P e log 2 M P b M P e 2 M - 2
Figure 00000115
,

где Pb - вероятность ошибочного приема бита (ошибка в одном двоичном разряде кодовой комбинации),where P b is the probability of erroneous reception of a bit (error in one binary bit of the code combination),

Pe - вероятность ошибочного приема символа,P e is the probability of erroneous reception of a symbol,

М - число точек в сигнальном созвездии (позиционность системыM - the number of points in the signal constellation (positioning system

модуляции).modulation).

Определим выигрыш в помехоустойчивости как отношение вероятности ошибочного приема бита с применением наихудшего способа манипуляционного кодирования к вероятности ошибочного приема бита с использованием предложенного способа манипуляционного кодированияWe define the gain in noise immunity as the ratio of the probability of erroneous reception of a bit using the worst method of manipulation coding to the probability of erroneous reception of a bit using the proposed method of manipulation encoding

M P e 2 M 2 P e log 2 M = M log 2 M 2 M 2

Figure 00000116
M P e 2 M - 2 P e log 2 M = M log 2 M 2 M - 2
Figure 00000116

Так, например, при применении описанного способа манипуляционного кодирования для М=256 вероятность ошибочного приема бита снизится приблизительно в 4 раза.So, for example, when using the described method of manipulation coding for M = 256, the probability of erroneous reception of a bit will decrease by about 4 times.

Таким образом, при такой совокупнослти существенных признаков при манипуляционном кодировании достигается повышение помехоустойчивости передачи дискретной информации за счет получения возможности манипуляционного кодирования для сигнальных созвездий с произвольным числом точек и произвольным расположением сигнальных точек на сигнальной диаграмме.Thus, with such a combination of essential features during manipulation coding, an increase in the noise immunity of the transmission of discrete information is achieved by obtaining the possibility of manipulation coding for signal constellations with an arbitrary number of points and an arbitrary arrangement of signal points on the signal diagram.

Claims (1)

Способ манипуляционного кодирования, заключающийся в том, что устанавливают число точек сигнального созвездия и упорядочивают их для кодирования по Грею, отличающийся тем, что устанавливают число точек в сигнальном созвездии равным любому натуральному числу, определяют евклидово расстояние между точками сигнального созвездия, формируют вектор евклидовых расстояний между точками сигнального созвездия, задают матрицу инциденций графа, вершину истока и стока, множество вершин, обязательных для прохода, определяют начальный вектор назначений дуг графа с помощью венгерского метода решения задачи о назначениях, вычисляют вектор градиента для начального вектора, находят методом одномерного поиска минимум в направлении вектора градиента, повторно вычисляют вектор градиента в точке минимума, методом одномерного поиска определяют минимум в новом направлении, получают улучшенное приближение вектора назначения, с помощью метода Ньютона-Рафсона находят оптимальное решение задачи маршрутизации в евклидовом пространстве, формируют последовательность обхода вершин графа, в соответствии с правилом кодирования по Грею определяют кодовые комбинации, соответствующие точкам сигнального созвездия. The method of manipulation coding, which consists in setting the number of points of the signal constellation and arranging them for gray coding, characterized in that setting the number of points in the signal constellation equal to any natural number, determines the Euclidean distance between the points of the signal constellation, forms a vector of Euclidean distances between points of the signal constellation, specify the incidence matrix of the graph, the source and drain vertices, the set of vertices required for passage, determine the initial destination vector using the Hungarian method of solving the assignment problem, calculate the gradient vector for the initial vector, find the minimum in the direction of the gradient vector by the one-dimensional search method, recalculate the gradient vector at the minimum point, determine the minimum in the new direction by the one-dimensional search method, get an improved vector approximation destinations, using the Newton-Raphson method, find the optimal solution to the routing problem in Euclidean space, form a sequence of traversal of graph vertices, in In accordance with the Gray coding rule, code combinations corresponding to the points of the signal constellation are determined.
RU2013101655/08A 2013-01-11 2013-01-11 Manipulation coding method RU2522300C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013101655/08A RU2522300C1 (en) 2013-01-11 2013-01-11 Manipulation coding method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013101655/08A RU2522300C1 (en) 2013-01-11 2013-01-11 Manipulation coding method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2522300C1 true RU2522300C1 (en) 2014-07-10
RU2013101655A RU2013101655A (en) 2014-07-20

Family

ID=51215341

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013101655/08A RU2522300C1 (en) 2013-01-11 2013-01-11 Manipulation coding method

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2522300C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2321951C2 (en) * 2002-10-25 2008-04-10 Квэлкомм Инкорпорейтед Method for processing spatial distribution for multi-antenna communication system
US7586991B2 (en) * 2006-03-16 2009-09-08 Posdata Co., Ltd. Method and apparatus for calculating likelihood metric of a received signal in a digital communication system
RU2384960C2 (en) * 2005-10-21 2010-03-20 Нек Корпорейшн Modulation and demodulation method, modulation device and demodulation device
RU2439819C1 (en) * 2010-11-24 2012-01-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военная академия связи имени С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации Method and device to generate signals of quadrature amplitude manipulation

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2321951C2 (en) * 2002-10-25 2008-04-10 Квэлкомм Инкорпорейтед Method for processing spatial distribution for multi-antenna communication system
RU2384960C2 (en) * 2005-10-21 2010-03-20 Нек Корпорейшн Modulation and demodulation method, modulation device and demodulation device
US7586991B2 (en) * 2006-03-16 2009-09-08 Posdata Co., Ltd. Method and apparatus for calculating likelihood metric of a received signal in a digital communication system
RU2439819C1 (en) * 2010-11-24 2012-01-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военная академия связи имени С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации Method and device to generate signals of quadrature amplitude manipulation

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013101655A (en) 2014-07-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kalmykov et al. Application of modular technologies in the large-scale analysis of signals
Soleymani et al. Analog lagrange coded computing
EP2924912A2 (en) Ciphertext processing device, ciphertext processing method, ciphertext processing program, and information processing device
Boender et al. Formalization of quantum protocols using Coq
CN113468382B (en) Knowledge federation-based multiparty loop detection method, device and related equipment
Globerson et al. Approximate inference using planar graph decomposition
Ahangar et al. On the forcing connected geodetic number and the connected geodetic number of a graph.
Ramazanov On stability of the gradient algorithm in convex discrete optimisation problems and related questions
RU2522300C1 (en) Manipulation coding method
Madras A lower bound for the end-to-end distance of the self-avoiding walk
Soltanalian et al. On prime root-of-unity sequences with perfect periodic correlation
Hardy et al. Computer Algebra with SymbolicC++
Peppas et al. High-order statistics for the channel capacity of EGC receivers over generalized fading channels
Thakor et al. On complexity reduction of the LP bound computation and related problems
Liu et al. Two privacy-preserving protocols for point-curve relation
Ballico Finite subsets of projective spaces with bad postulation in a fixed degree
Sun et al. Efficient source positioning method based on two stations using GROA and AOA measurements
Khrennikov Contextual measurement model and quantum theory
Huang et al. Copula–to model multi‐channel fading by correlated but arbitrary Weibull marginals, giving a closed‐form outage probability of selection‐combining reception
Levandovskyy et al. The cyclicity of a cubic system
Lavrovska et al. The method of pseudorandom codes decoding on the basis of the modified method of branches and boundaries
Mclachlan Introduction to arithmetic Fuchsian groups
Zhang Existence and multiplicity of fast homoclinic solutions for a class of damped vibration problems with impulsive effects
CN113065661B (en) Quantum state measurement method, device, equipment, storage medium and system
JP7380843B2 (en) Secure computation system, secure computation server device, secure computation method, and secure computation program

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20150112