Пороговый декодер сверточного кода

 

ПОРОГОВЫЙ ДЕКОДЕР СВЕРТОЧНОГО КОДА,содержащий объединенные по входу кодер и корректор ошибок, а также анализатор синдрома, выходы которого через пороговый элемент и блок запрета коррекции подключены к входам корректора шибок и анализатора синдрома,о тличающийся тем,что,с целью повышения помехоустойчивости ,в него введены формирователь синдромной последовательности, муль-типлекс6р блок совпадения, пороговый счетчик, формирователь временного интервала , -триггер,блок формирования тактовых импульсов, К-1 группа, каждая состоящая из последовательно сГоединенных порогового элемента и блока запрета коррекции, при этом выход кодера подключен через формирователь синдромной .последовательности , к второму входу которого подключен проверочный выход дискретного канала,к соответствующему входу arriaлизатора синдрома,соотвётствующие выходы которого подключены к входам К-1 пороговых элементов, а выходы К -1 6Jloков запрета коррекции подключены к соответствующим входам корректора ошибок и анализатора синдрома, причем выходы К. пороговых элементов подключены к первым входам мультиплексора, к вторым входам которого и к тактовым входам блока совпадения и формирователя временного интервала подключе- «g ны выходы блока формирования такто (Л вых импульсов, выход мультиплексора подключен к первому входу блока совпадения , выход которогй через пороговый счетчик подключен к С -входу JJ- триггера, к R -входу которого, вто-S рым входам п6 огового счетчика и фор1«1ирователя временного интервсша подключен формирователя временного интервала, а выходЭ-триггера под ключей к третьему входу блока совпа00 ;дения, к вторым входам К--блоков запрета коррекции и к JD .-входу .Ф -тригW ел ;гера. 4

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1078654 А

Н 04 L 1/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ блока запрета коррекции, при этом выход кодера подключен через форми- ров атель синдромной .последовательностии, к второму входу которого подключен проверочный выход дискретного канала,к соответствующему входу а «ализатора синдрома соответствующие вы1 ходы которого подключены к входам K-1 пороговых элементов, а выходы K -1 б««оков запрета коррекции подключены к соответствующим входам корректора ошибок и анализатора синдрома, причем выходы К пороговых элементов подключены к первым входам мультиплексора, к вторым входам которого и к тактовым входам блока совпадения и формирователя временного интервала подключе- Pg ны выходы блока формирования тактовых импульсов, выход мультиплексора подключен к первому входу блока совпадения, выход которогб через пора- ф говый счетчик подключен к С -входу

Я- триггера, к к -входу которого, вто. рым входам порогового счетчика и фор мирователя временного интервала под- «««ы ключен выход форьярователя временна- „«, го интервала, а выход3-триггера под чи ключен к третьему входу блока совпа- а Д ,дения, к вторым входам g. блоков зап- () рета коррекции и к,3 -входу 3-триг,: гера.

Сл. (21) 3522140/18-09 (22) 13.12.82 (46) 07.03,84. Вюл, Р 9 (72) A.È,Êoðoëåâ и О.Д.Купеев (71) Минский радиотехнический институт .(53) 621,394.14(088.8) с (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ф 605324, кл. Н 04 L 1/10, 1978 °

2, Авторское свидетельство СССР

Р 586571, кл. Н 04 1 1/10, 1978 (пратотип) . (54) (57) ПОРОГОВЫЙ ДЕКОДЕР СВЕРТОЧНОГО КОДА, содержащий объединенные по входу кодер и корректор ошибок,а также анализатор синдрома, выходы которого через пороговый элемент и блок запрета коррекции подключены к входам корректора шибок и анализатора синдрома,отличающийся тем,что,с целью повышения помехоустойчивости, в него введены формирователь синдромной последовательности, муль-THIIJLGKcop «áëoê совпадения,пороговый счетчик, формирователь временного интервала,У-триггер, блок формирования тактовых импульсов,.К -1 группа, каждая состоящая из последовательно соединенных пороговвга элемента и..«;; л+q. °

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, 1078654

Изобретение относится к электросвязи и может использоваться для повышения достоверности в системах связи при передаче данных, цифровых сигналон радиовещания и телевидения при кодировании и декодировании их S сверточными кодами.

Известен кодек сверточного кода, L содержащий на передающей стороне входные и выходные полусумМаторы, синхрогенератор передачи и кодер, а на приемной стороне - формирователь сигнала синдрома, приемник синхросигнала, синхрогенератор приема, корректор сшибок,k входных и и — k выходных полусумматоров, где k -число информационных ветвей, ь - общее число ветвей сверточного кода 1 1, Недостаток укаэанного кодека низкая помехоустойчивость из-за эффекта размножения ошибок декодерам. 0

Наиболее близким к предлагаемому является пороговый декодер сверточного кода, содержащий объединенные по входу кодер и корректор ошибок, а также анализатор синдрома, выходы которого через пороговый элемент и блок запрета коррекции подключены к входам корректора ошибок и анализатора синдрома $2) °

Недостатком известного порогового декодера является наличие эффект а размножения ошибок, что снижает помехоустойчивость, так как если в случае появления одной ошибки в информационной последовательности производится коррекция в кодере (исправле-З5 ние ошибки) и коррекция н анализаторе синдрома АС (очищение регистра сдвига синдрома от размножения ошибки), то при появлении трех ошибок, из которых одна информационная, произ- 40 водится коррекция ошибочного символа, а коррекция регистра сдвига АС не производится, т, е. очищения регистра сдвига АС не происходит, следовательно, декодер способен к размно-45 жению. ошибок. По этой же причине декодер способен к размножению ошибок при поступлении четырех ошибок.

При возникновении в канале связи длительных пакетов ошибок мультиплексору (обнаружителю пакетов ошибок) потребуется дополнительно не менее л /2 тактов (т-длина регистра сдвига PCи AС и определяется максимальной степенью образующих многочленов) для обнаружения ошибок, так как информация об ошибках с выхода PC AC на вход мультиплексора(обнаружителя пакетов ошибок) поступает s последовательном коде и тем самым увеличивается вероятность пропуска ошибок и 60 уменьшение помехоустойчивости декодера. Известный пороговый декодер реализуют для низкочастотных свврточных кодов со скоростью кода

К = 1/п,n),2 3 65

Цель изобретения — повышение помехоустойчивости за счет устранения эффекта размножения ошибок, Указанная цель достигается тем, что пороговый декодер сверточного кода, содержащий объединенные по входу кодер и корректор ошибок, а также анализатор синдрома, выходы которого через пороговый элемент и блок запрета коррекции подключены к входам корректора ошибок и анализатора синдрома, введены формирователь синдромной последовательности, мультиплексор, блок совпадения, пороговый счетчик, формиронатель временного интервала, 9 -триггер, блок формирования тактовых импульсов, К-1 группа, каждая состоящая из последовательно соединенных порогового элемента и блока запрета коррекции, при этом выход кодера подключен через формирователь синдромной последовательности, к второму входу

I которого подключен проверочный выход дискретного канала, к соответствующему входу анализатора сйндрома, соответствующие выходы которого подключены к входам К-1 пороговых элементов, а выходы К-1 блоков запрета

1коррекции подключены к соответствующим входам корректора ошибок и анализатора синдрома, причем выходы

К пороговых элементов подключены к перным входам мультиплексора, к вторым входам которого и к тактовым входам блока совпадения и формирователя временного интернала подключены выходы блока формирования тактовых импульсов, выход мультиплексора подключен к первому вхоцу блока совпадения, выход которого через пороговый счетчик подключен к С-входу

D- триггера, к Д -входу которого, вторым входам порогового счетчика и формирователя временного интервала подключен выход формиронателя временного интервала, а выход Д -триггера подключен к третьему входу блока совпадения, к вторым входам К блоков запрета коррекции и к 1) -входу 3— триггера.

На чертеже приведена структурная схема предлагаемого порогового декодера, Пороговый декодер снерточного Кода содержит кодер 1, формирователь 2 синдрома, анализатор 3 синдрома, К пороговых элементов 4, К блоков 5 запрета коррекции, корректор 6 ошибок, мультиплексор 7, блок 8 формирования тактовых импульсов„ блок 9 совпадения, пороговый счетчик 10, формирователь ll временного интервала, D -триггер 12, Кодер 1 по принятым информационным символам формирует символы проверочной последовательности. В качестве кодера 1 используется регистр

1078654 сднига PC co встроенными сумматора.ми по модулю два, Длина PC определя-ется максимальной степенью порождающих полиномов и (), j - 1, 2, 3,, К „сверточного кода со скоростью о —, п =К,+1, а число сумматоров по модулю два равно (7 КΠ— 1), при этом выходной сумматор многоходовой (n входов), о

Формирователь 2 синдрома служит для формирования синдромной последо-. вательности иэ принятой проверочной последовательности и пронерочной последов ательности, сформированной на приемной стороне. В качестве формирователя 2 синдрома используется 15 сумматор по модулю два.

Анализатор 3 синдрома предназначен для обнаружения и исправления ошибок в информационных символах и ,представляет собой PC с обратными 20 связями и с встроенными сумматорами по модулю два. Принципиальная электрическая схема анализатора 3 синдрома полностью определяется порождающими полиномами G >, j =1,2,3, ° ...

К

Пороговые элементы 4 предназначены для принятия решения о достоверности принятых информационных символов, Связи пороговых элементов (ПЭ) с ячейками памяти PC анализатора 3 синдрома определяются соответствующими порождающими полиномами G (> ), Ко °

При числе ортогональных проверок

7 =4 порог устанавливается равным

Т),3. Следовательно, алгоритм работы

ПЭ следующий: при поступлении на вход ПЭ трех или четырех ненулевых символов (при 7 =4 и Т)3 таких комбинаций пять: 1-1110, 2-1101, 3-1011,40

4-0111, 5-1111) с соответствующих ячеек памяти PC анализатора синдрома принимается решение об исправлении информационного символа, С выхода ПЭ на корректор ошибок поступает 45 логическая единица, а во всех остальных случаях коррекция символа не произнодится.

Блок 5 запрета коррекции предназначен для запрета поступления коррек-50 ции с выхода соответствующего ПЭ на корректор ошибок при возникновении в канале связи ошибок, превосходящих корректирующую способность сверточного кода. 55

Корректор 6 ошибок представляет собой совокупность последовательных

PC число которых определяется скоростью кода, т.е. R =К /no, Длина

РС, т.е. количество разрядов или Я) ячеек памяти, определяется максимальиой степенью порождающих полиномов

G >, j = 1,2, ..., КО. PC заканчива й) ется сумматором по модулю два, на один вход которого поступают символы соответствующей информационной последов атель ности, а на второй входсимволы коррекции, МУльтиплексор 7 предназначен для преобразования j =1, 2, ... К входных параллельных потоков в один последовательный поток. Скорость передачи выходного потока в К раз больше скорости передачи входного потока.

Блок 8 формирования тактовых импульсов предназначен для формирования тактовых импульсов, необходимых для функционирования декодера и являющихся самостоятельным устройством декодера, Блок 9 совпадения предназначен для стробирования выходной информации мультиплексора при записи ее н пороговый счетчик 10 и блокировки входной информации порогового счетчика при превышении порога. Стробиронание информации осуществляется тактовой частотой с выхода блока 8 формирования тактовых частот, а блокировка — выходным импульсом 1) -триггера 12, . Пороговый счетчик 10 предназначен для блокировки выходов ПЭ 4 при возникновении в канале связи ошибок, превышающих корректирующую способ- ность сверточного кода. Пороговый счетчик состоит иэ собственно счетчика и дешифратора. Порог выбирается равным П) "; B -минимальное кодовое расстояние сверточного кода.

При превышении порога с выхода дешифратора на вход 3 -триггера 12 поступает импульс, переводящий )) -триггер в положение, когда с его инверсного выхода снимается логический ноль ° Триггер остается в таком положении до поступления на R-.вход импульса с выхода дешифратора формирователя 11 временного интервала, Коэффициент счета выбирается равным У

Формирователь 11 временного интервала служит для установления временного интерв ала анализ а информации, поступающей на вход порогового счетчика 10, и формирования импульсон, следующих с периодом, равным интервалу анализа. В качестве формирователя временного интервала анализа кода используется счетчик с коэффициентом счета равным (rn +1), т.е.

К cA --(п +1), rn -наивысшая степень порождающих полиномон g()), j =1, ° ° Ко °

Формирователь 11 временного интервала анализа состоит из собственно счетчика и дешифратора.

Р -триггер 12 предназначен для формирования импульса запрета коррекции принятой информации при возникновении в канале связи сшибок, прв107 8654 вышающих исправляющую способность сверточно го кода.

Рассмотрим принцип работы порогового декодера на примере r.âåðòî÷íoãо кода со скоростью кода R= М /n = Ф/5; о

3=4; d= 3+1=4+1=5, т, е кратностью исправляемых ошибок 6= =. (-=2 на

2 длине кодового расстояния Пд — (m+1)

x no =(26+1) - 5=135, m — максимальная степень порождающих полиномов GB)

) =1,2, 3 4. 10

Принятые символы К=4 информационных подпотоков одновременно поступают на входы соответствующих РС, корректора 6 ошибок и на соответствующие входы кодера 1. В кодере 1 15 из принятых информационных символов формируются символы проверочной последовательности, которые поступают на один из входов формирователя 2 синдрома, на второй вход которого с выхода дискретного канала связи поступают символы принятой проверочной последовательности, Производится формирование символов синдромной последовательности, структура которой зависит от типа ошибок как в информационных, так и проверочных символах, Символы синдромной последовательности поступают на вход анализатора 3 синдрома, производится заполнение символами РС анализатора синдрома в течение rn =26 тактов, На m+1 такте производится анализ пороговыми элементами структуры синдромной последовательности и принятие решения о достоверности первого блока из К=4 информационных символов. Решение о достоверности декодирования: если на вход ПЭ с ). С анализатора 3 синдрома поступит не- 40 нулевых символов больше установленного порога, т,е, более Т=З, то принимается решение, что информационный символ принят ошибочным и с выхода ПЭ одновременно на корректор 45

6 ошибок и на ссответствующие сумматоры по модулю два РС анализатора 3 синдрома поступает импульс коррекции (логическая единица) .

Предположим, что в принятой инфор-50 мации два ошибочных символа (пусть будут в первом и третьем информационных подпотоках), т,е. число ош@бок не превышает корректирующей способности кода. 55

В соответствии с алгоритмом порогового д кодирования с выхода первого и третьего пороговых элементов 4 импульсы коррекции (логическая единица) одновременно поступают на один ОО из входов первого и третьего блоков

5 запрета коррекции и на входы мультиплексора 7. С выходов второго и четвертого пороговых элементов 4 на входы соответствующих блоков 5 g5 запрета коррекции и на входы мультийлексора 7 поступают логические нули °

В мультиплексоре 7 производится объединение параллельных потоков в последовательный поток. Скорость вы: ходного последовательного потока в

К=4 раз больше скорости входных по" токов и тем самым достигается согласование работы порогового счетчика

10 и пороговых элементов 4.

Через блок Ъ совпадения, который .стробируется частотой равной К- импульсы с выходов пороговых элементов 4 поступают на вход порогового счетчика 10, который также тактируется частотой KEт . В связи с тем, что на длине кодового ограничения число ошибок, превышающих корректи рующую способность кода, может встречаться в любом месте, коэффициент счета выбирается равным К ч =зв, 2 т.е. максимальной степени образующего полинома, Порог дешифратора устанавливается равным трем, но установка в нулевое состояние производится формирователем временного интервала анализа, С выхода дешифратора порогового счетчика 10 на тактируемый вход С D -триггера 12 поступает логический ноль и с выхода

9-триггера 12 на вторые входы блоков 5 запрета коррекции логическая единица, импульсы коррекции поступят одновременно на корректор 6 ошибок и на соответствующие входы сумматоров по модулю два PC анализатора 3 синдрома, Производится одновременно коррекция ошибочных символов в первом и в третьем информационных подпотоках и коррекция символов синдромной пос-. ледовательности, Предположим, что на этой же длине . кодового ограничения и„ ошибочным принят еще один информационный символ (например, во втором информационном подпотоке). В зависимости от структуры синдромной последовательности в РС анализаторе 3 синдрома ошибочно сработают один или более пороговых элементов 4, При этом будет достигнут или превышен порог срабатывания дешифратора порогового счетчика 10. С выхода дешифратора на вход С 3 -триггера 12 поступит логическая единица, которая перебрасывает триггер во второе состояние.

С инверсного выхода 3 -триггера 12 поступает логический ноль одновременно на вход 3 -триггера 12 и блокирует его в этом состоянии, на вход блока 9 совпадения и блокирует. вход порогового счетчика 10, на входы бло ков 5 запрета коррекции и блокирует прохождение импульса коррекции с выходов пороговых элементов 4 на корректор 6 ошибок и на входы сум 0 )Нбс маторов ио модулю два PC анализатора 3 синдрома. За время блокировки происходит также полная или частич-. ная смена (перезапись) синдромной последовательности в PC анализатора 3 синдрома, уменьшается тем самым вероятность размножения ошибок. Таким образом, не происходит ошибочной коррекции информационных символов и символов синдромной последовательности, исключая тем самым возможность lo распространения ошибок на выходе декодера и обеспечивая реализацию корректирующей способности сверточного кода. В результате повышается помехоустойчивость порогового декодированияя, По окончании времени анализа, которое з адается формирователем 11 временного интервала анализ а, входным импульсрм дешифратора пороговый счетчик 10 и -триггер 12 устанавливаются в первоначальное состояние (установка в ноль) . С выхода Я -триггера 12 на вхбд блока 9 совпадения, н а входы блоков 5 запрета коррекции и на вход 1) 3-триггера поступает логическая единица и производится разблокировка данных устройств.

Предположим, что в принятой информации ошибочным являются три (пакет иэ трех ошибок) информационных символа.

В соответствии со структурой синдромной последовательности, записанной в PC анализатора 3 синдрома, пороговыми элементами 4 принимается 35 решение о достоверности принятых информационных символов и символов синдромной последовательности, т.е, к размножению ошибок, Однако размножения ошибок не происходит, так как 40 при поступлении на вход порогового счетчика 10 импульсов коррекции превышен порог (число ненулевых символов более Т=З). С выхода дешифратора порогового счетчика 10 на вход С 4

3-триггера 12 поступит высокий уровень (логический ноль) и блокирует прохождение импульсов коррекции с выходов пороговых элементов 4 на кор1 ректор б ошибок и на входы соответствующих сумматоров по модулю два

PC анализатора 3 синдрома. Таким образом, исключ ается ошибочная коррекция информационных символов и символов синдромной последовательности и, следовательно, исключается эффект размножения ошибок.

На выход декодера постуildc т только пакет ошибок из трех c:имволов. Одновременно блокируется вход блока 9 совпадения, Длительность блокировки входов блоков 5 запрета коррекции и блока 9 совпадения определяется работой формирователя временного ин— тервала анализа 11. По окончании времени анализа (К ц, формирователя временного интервала анализа равен

+1 такт) пороговый счетчик 10 и )0 -триггер 12 устанавливаются в первоначальное (нулевое) состояние.

3а время блокировки, как указы— валось выше> производится частичная или полная перезапись синдромной последовательности в PC анализатора

3 синдрома, что также приводит к уменьшению вероятности ошибочного цекодирования

Аналогичным образом устраняется ошибочное цекодирование и размножение ошибок при возникновении в канале связи больших пакетов ошибок, значительно превосходящих корректирующую способность сверточного кода °

Таким образом, блокировка импульсов коррекции с выходов пороговых элементов 4 при возникновении в канале связи ошибок, превосходящих корректирующую способность сверточного кода, т.е, Ь ) 3/2 (где b -величина пакета ошибок, 3/2 = 1 рш — кратность гарантированно исправляемых ошибок), исключает ошибочную коррекцию информационнных символов и символов синдромной последовательности и тем самым исключается эффект размножения ошибок и реализация корректирующей способности сверточного кода. Кроме того, блокировка соответствующих входов сумматоров по модулю два РС анализатора 3 синдрома позволяет произвести частичную или полную смену символов си ндромн ой последовательности PC анализатора 3 синдрома и уменьшить тем самым вероятность ошибочного декодирования и размножения ошибок, в результате чего повышается помехоустойчивость или корректирующая способность .порогового декодирования, Исследования корректирующей способности сверточного кода на лабораторном макете подтверждают то, что размножение ошибок практически устранено, Энергетический выигрыш кодирования — декодирования равняется 3 дБ.

107 86 54

Составитель С. Осмоловский

Редактор С.Квятковская Техред Ж.Кастелевич Корректор А Зимокосов

Заказ 987/54 )

4ь (ф «Ь

4 х

Тираж 635 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Филиал ППП Патент, г,ужгород, ул.Проектная, 4