Устройство для приема избыточных сигналов

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРИЕМА ИЗБЫТОЧНЫХ СИГНАЛОВ, содержащее приемник , вход которого является входом устройства, выход приемника соединен с входом блока памяти, первый выход которого соединен с первым входом формирователя управляющего сигнала и через пороговый селектор - с входом первого декодера, первьм выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ,второй выход - с входом первого регистра и с первым входом второго декодера, выход второго декодера соединен с первым входом блока регистров, первый выход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ, вторые выход и вход подключены соответственно к второму входу и к выходу формирователя управляющего сигнала, вторые выходы блока памяти соединены через формирователь импульса с соответствующими первыми входами блока сумматоров, второй вход которого подключен к первому выходу первого регистра, выходы блока сумматоров соединены с соответствующими входами третьего декодера, первые выходы которого соединены с соответствующими входами второго регистра, выход которого соединен с вторым входом второго декодера, второй выход третьего декодера соединен с третьим входом элемента РШИ, выход § которого является выходом устройства, отличающееся .тем, что,с целью повьшения помехоустойчивости приема сигналов, в него введены блок элементов И, сумматор, третий регистр и пороговьй элемент, выходы третьего регистра соединены с соответствующими nepBbiNiH вxoдa пi блока к элементов И, вторые входы которого подключены к соответствующим вторымвыходам первого регистра, выходы соединены с соответствующими-вхо 4 СП дами сумматора, выход сумматора соединен через пороговый элемент с первым входом третьего регистра, второй вход которого подключен к выходу второго декодера, а выход соединен с четвертым входом эле мента ИЛИ.

C0t03 СОНЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) 3(Я) G 08 С 19/28

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTMA (21) 3586184/18-24 (22) 29.04.83 (46) 07. 08.84. Бюл. № 29 (72) Ю. П. Зубков, В. И. Кпючко, A. К. Грешневиков, A.М. Александров и Ю.И. Николаев (53) 621.398 (088.8) (56) 1. Бородин Л.Ф. Введение в теорию помехоустойчивого кодирования. М., "Советское радио", 1968, с. 271> рис. 3.05.

2. Авторское свидетельство СССР

¹ 424216, кл . G 08 С 19/28, 1972.

3. Авторское свидетельство СССР по заявке ¹- 3329860/24, кл. С 08 С 19/28, 1981 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРИЕМА ИЗБЫТОЧНЫХ СИГНАЛОВ, содержащее приемник, вход которого является входом устройства, выход приемника соединен с входом блока памяти, первый выход которого соединен с первым входом формирователя управляющего сигнала и через пороговый селектор — с входом первого декодера, первый выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ,второй выход — с входом первого регистра и с первым входом второго декодера, выход второго декодера соединен с первым входом блока регистров, первый выход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ, вторые выход и вход подключены соответственно к второму входу и к выходу формирователя управляющего сигнала, вторые выходы блока памяти соединены через формирователь импульса с соответствующими первыми входами блока сумматоров, второй вход которого подключен к первому выходу первого регистра, выходы блока сумматоров соединены с соответствующими входами третьего декодера, первые выходы которого соединены с соответствующими входами второго регистра, выход которого соединен с вторым входом второго декодера, второй выход третьего декодера соединен с третьим входом элемента ИЛИ, выход

С2 которого является выходом устройства, Щ о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью повышения помехоустойчивости приема сигналов, в него введены блок С элементов И, сумматор, третий регистр и пороговый элемент, выходы третьего регистра соединены с соответствующими первыми входами блока элементов И, вторые входы которого подключены к соответствующим вторым выходам первого регистра, выходы соединены с соответствующими =входами сумматора, выход сумматора соединен через пороговый элемент с первым входом третьего регистра, второй вход которого подключен к выходу второго декодера, а выход соединен с четвертым входом элемента ИЛИ. 3В

»О»4

Изобретение относится к электросвязи и может бьггь использовано н системах передачи информации для приема составных сигналов с избьггочностью, использующих длинные и сверхдлинные помехоустойчивые коды.

Известно устройство для приема избыточных сигналов, содержащее пороговый селектор, блок сравнения и решающий блок P1) .

Недостатком известного устройства является низкая помехоустойчивость приема сигналов, поскольку н «ем недостаточно полно используется апостериарная информация о принятом сложном сигнале с избыточностью.

Известно также устройство для приема,дискретной информации, содержащее блок отсчета сигнала, блок сравнения, блок памяти, блок пороговых уровней напряжений, блок опроса и решающий блок (21.

Недостатком данного устройства является ограниченная область функ25

-пго«альных возможностей, так как устройство обрабатывает ограниченный класс сигналов, формируемых IIa основе мажоритарно декодируемых кодов.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для приема избыточных сигналов, содержащее прием= ник, вход которого является входом устройства, выход приемника соединен с входом блока памяти, первый выход которого соединен с первым входом формирователя управляющих сигналон и через пороговый селек- 4О тор — с входом первого декодера, первый выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ, второй выход — с входом первого регистра и с первым входом второго декодера, ны- 45 ход второго декодера соединен с первым входом блока регистров, первый выход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ, вторые выход и вход подключены соответственно к второму входу и к выходу формирователя управляющего сигнала, вторые выходы блока памяти соединены через формирователь импульса с соответствующими пернь|ми входами блока сумматоров, второй вход которого подключен к выходу первого регистра, выходы блока сумматоров соединены с соответствующими входами третьего декадера, первые выходы которого соединены с соответствующими входами второго регистра, выход которого соединен с вторым входом второго декодера,второй выход третьего декодера соединен с третьим входом элемента ИЛИ, выход которого является выходом устройства.

Известное устройство обладает высокой оперативностью приема сообщений f3) .

Однако известному устройству свойственен недостаток, для выявления которого рассмотрим геометрическую модель процесса обработки составного сигнала с избьггочностью.

Изображенная на фиг.2 область соответствует части области сигнальных точек, каждая из которых определяет аналоговый сигнал на выходе аналогового демодулятора известного устройства. В частности, изображены сигнальные точки, которые в одном случае (если они расположены левее линии А — прием в целом) отождествляются с разрешенной кодовой комбиi нацией Y1, а в другом (если они находятся правее линии АВ, а процедура приема — прием н целом) — с разр решенной кодовой комбинацией

Ломанная линия 1-2-3-4-5 — 6-7-8 есть граница областей отождествления сигнальных точек с разрешенными коР P комбинациями Y H 1 2 посимвольном приеме.

Как известно, процедура посимвольного приема включает две операции .

Первая операция реализуется в так называемой первой решающей схеме, состоящей из аналогового демодулятора (на выходе его формируются сложные аналоговые сигналы Х) и однопорогового кнантизатора (аналогоO цифрового преобразователя), на выходе которого формируется двоичная кодовая комбинация 1, Вторая операция — декодирование комбинации Y в ближайшую разрешенную двоичную кодовую комбинацию 1

Она реализуется с помощью декодера, исправляющего ошибки.

Рассмотрим некоторые частные случаи. Будем считать, что передавалась двоичная кодовая комбинация (1. Выходной аналоговый сигнал демодулятора Х1. С помощью первой решающей схемы (однопорогового селектора) сигнал X 1 отождествляется с

1107145 — если Ж четно (6

Д ) максимальному удалению двоичной KQM

1 бинации 1„от своей разрешенной комбинации

2. На выходе аналогового демодулятора формируется сигнал Х 2 7 который квантизатором (т.е. однопороговым селектором) преобразуется в комбинацию 1, отождествляемую де"1 кодером с 1 Z . .Тогда можно заключить, P что посимвольное решение безошибочно.

Заметим, что хэммингово расстояние между и Y g максимально pGB но

3. Выходным сигналом аналогового демодулятора является Х . При посимвольной обработке он преобразуется соответственно в 11 и в 1 1 что также соответствует безошибочному решению. Хэммингово расстояние между Y u Y „равно

Лнализ рассмотренных случаев позволяет сделать следующие ьыводы: в области отождествления каждой разрешенной комбинации имеют;я двоичные комбинации, удаленные -от разрешенных на максимально возможное (в пределах исправляющей способности кода) расстояние равное t, посимвольное решение только в случае, когда указанное расстояние равно двоичной кодовой комбинацией У, которая декодером преобразуется в разрешенную кодовую комбинацию Y р

Прием в целом закпючается в сравнении расстояний между аналоговым сигналом и всеми используемыми в системе разрешенными кодовыми комбинациями с последующим принятием решения в пользу той из разреi шенных комбинаций, для которой указанное расстояние наименьшее. При приеме в целом сигнальная точка Х1 отождествляется с ближайшей разрешенной кодовой комбинацией У (точки, расположенные левее АБ наР

У ходятся ближе к Y а точки, которы расположены правее линии А — блиP

У же к Y2 ). Можно заключить, что посимвольный прием приводит к ошибочному решению, а прием в целом для данного случая — к безошибочному решению. Отметйм, что,хэммингово расстояние между Y1 и Ч „ равно

Р а. -! если печетно, именно t может быть или ошибочным (случай 1) или безошибочным (случаи 2 и 3).

Из данных выводов следует, что в случае, когда расстояние между выходной комбинацией порогового селектора и ей соответствующей выходной разреше.1ной комбинацией декодера равно

° решение посимвольной процедуры неод10 нозначно и с помощью алгоритма, реализуемого в известном устройстве, необходимо сформировать другую разрешенную кодовую комбинацию, с помощью которой и разрешается указанная не15 однозначность. е Если же расстояние между указанными комбинациями меньше t, то алгоритм, связанный с формированием второй разрешенной комбинацией, применять не

20 имеет смысла, так как в этом случае выходная комбинация (первая) с высокой степенью достоверности соответствует переданной.

Теперь рассмотрим основные момен25 ты обработки избыточных сигналов в известном устройстве: а) если выходной аналоговый сигнал демодулятора есть Х, то на выходе однопорогового квантизатора формиЗ0 руется разрешенная двоичная кодовая

Р комбинация У2, что фиксируется декодером, обнаруживающим ошибки. В данном случае ошибки отсутствуют и разрешенная кодовая комбинация У выдаР ется через элемент ИЛИ на ныход известного устройства; б) выходной аналоговый сигнал соответствует сигнальной точке Х5 (фиг.2). В этом случае на выходе

40 квантизатора формируется двоичная кодовая комбинация 1 2,, не являющаяся

8 разрешенной. Поэтому через декодер, обнаруживающий ошибки У подается

2 в декодер, исправляющий ошибки. Вы45 ходная разрешенная кодовая комбина, Р ция 1 декодера, исправляющего ошибки, записывается в блок регистров памяти. B известном устройстве не сразу анализируют тот факт что явР

50 ляется Y переданной или нет.

Прежде выполняют следующие операции.

С помощью двоичного регистра, решающего блока и сумматора по модулю два

С из Х> и Y формируют двоичную кодовую

55 комбинацию Уу„ В случае, когда является разрешенной комбинацией,она через декодер, обнаруживающий ошибки, и элемент ИЛИ выдается на выход

1107145 ч аюшихся ситуациях .

20

25 устройства. Б противном случае с помощьн> декодера, исправляющего ошибки, преобразуют в разрешенттую двоичную кодовую комбинацию, например, Yg, Далее т сс записывают в

P блок регистров памяти. В известном устройстве не сразу анализируют тот

; P факт, что является т „ переданной или нет, и) сигнал Хтаков,,что ему соответствует двоичная кодовая комбинация (> ° 3 этом случае крат— ность т оттотбки, которая перевела

Y и 1 равна 1с r z t. Это наиболее вероятная ситуация при обработIIе составных сигналов с избито тттостыо, формируемых на основе

II;lI! IIIII!x и сверхдлинных кодов, для которых максимальная кратность IIc— ттрттштттеьтьтх ошибс>к т: > . Ллт-ортттм обработки соотиетствует аттгоритму и. Pi, В этом случае переданной (с

IIaIтбольшей вероятностью) будет являться первая выходная комбинация декодера, пс равлятощегo ошибки, г) сигналу Х1/Х, соответствует дтзоичная кодовая комоиттация YI / т / т.е. имеет место тот случай, когда кратность отштбки раина г = t. И в этом случае в известном устройстве реализуется алгоритм п.тт, что является целесообразным.

Следовательно, в известном устройстие в случае ситуации по п. т>, 1 принятие решения является излишне длтттеттт ттт.ы. Достаточно устаттоиить, что r C t, и тогда выходная разрешенная комбинация декодера, исправляющего ошибки, будет являться переданной (вероятность этого события велика) .

Таким образом, в известном устройстве в наиболее часто встре— чатощихся ситуациях формируют вторую двоичную разрешенную кодовую комбинацию, что не является необходимым

Пртт этом функционирует декодер, исправляющий ошибки, формирователь импульса (решающий блок), являющиеся достаточно сложными устройствами.

Это вызывает увеличение вероятности ошибочного приема составного сигнала с избыточностью в результате увеличения вероятности сбоя в декодере, исправлятощем ошибки, или и решающем блоке, что является недостатком известного устройства.

Цель изобретения — повышение помехоустойчивости приема составных сигналов с избыточностью за счет уменьшения вероятности сбоя в декодере, исправляющем ошибки, и в решающем блоке путем исключения из процесса обработки сигналов указан»ых блоков в наиболее час о встреУказанная цель достигается тем, что в устройство для приема избыточных сигналов„ содержащее приемник, вход которого является входом устройства, выход приемника соединен с входом блока памяти,первый иыход которого соединен с первым входом формирователя управляющего сигнала и через пороговый селектор — с входом первого декодера, первый выход которого соединен с пертзытт входом элемента И тИ, второй выход — с входом первого регистра и с первым входом второго декодера, выход тзторого декодера соединен с ттерит>тм входом блока регистров, первый выход которого соединен с вторым входом элс мента ИЛИ, вторые выход и вход подключены соответственно к второму входу и к выходу формирователя угравляющего сигнала, вторые выходы блока памяти соединены через форьзтроиатель импульса с соответствующими первыми входами блока сумматоров, второй вход которого подключен к первому выходу первого регистра, выходы блока сумматоров соединены с

c oo TBQ Tcтвующими входами третьего декодера, перине выходы которого соединены с соответствутощттми входами второго регистра, выход которого соединен с вторым входом второго деко— дера, второй выход третьего декодера соецинен с третьим входом элемента ИЛИ, выход которого является вы— ходом устройства, введены блок элементов И, сумматор, третий регистр и пороговый элемент, выходы третьего регистра соединены с соответствующими первыми входами блока элементов И, вторые входы которого подключены к соответствующим вторым выходам первого регистра, выходы соеди— пены с соответствутощими входами сумтатора, выход сумматора соединен через пороговый элемент с первым входом третьего регистра, второй вход которого подключен к выходу второго! 107145

15

Составной сигнал с избыточностью из канала связи поступает в аналоговый демодулятор 1, в котором преобразуется в выходную совокупность разностных элементарных сигналов

Х = (Х1,Х,...,ХП), где n — количество элементарных сигналов в составном избыточном сигнале или коли50 чество двоичных сигналов в кодовых комбинациях. Аналоговая коибинация Х запоминается в блоке 2 памяти. Далее аналоговые сигналы Х„ поступают на вход. порогового селектора 3, который преобразует их в двоичные символы (; декодера, а выход соединен с четвертым входои элемента ИЛ!.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства для приема избыточных сигналов1 на фиг.2 — геометрическая модель, поясняющая работу устройства

Устройство содержит приемник 1 (аналоговый демодулятор), блок 2 памяти, пороговый селектор 3, декодер 4, исправляющий ошибки, блок 5 регистров, формирователь 6 управляющего сигнала, регистр 7, формирователь 8 импульса, блок 9 сумматоров по модулю. два, регистр 10, декодеры 11 и 12, обнаруживающие ошибки, элемент ИЛИ 13 и аналнза— тор 14, в который входят блок 15 элементов И, р егистр 16, сумматор

17 и пороговый элемент 18.

Блок 5 регистров состоит из двух регистров сдвига, в которые последовательно записывают две разре— шенные комбинации. По управляющему сигналу из формирователя 6 эти 25 комбинации считываются из блока 5 в формирователь 6. По другому уп— равляющему сигналу комбинация с одного из регистров считывается на выход устройства. 30

Формирователь 6 управляющего сигнала определяет ту из двух разрешенных комбинаций блока 5, которая в наибольшей степени коррелирована с аналоговым сигналом Х. Формирователь

6 выполнен на двух корреляторах и вычитателе.

Формирователь 8 импульса определяет номер разряда минимального элементарного сит нала с выхода ана- 40 логового демодулятора 1 и ставит на его место единичный импульс.

Устройство работает следующим образом. (i = 1,n) . Зти двоичные символы Y, образуют двоичную кодовую комбинацию (= (, (,, Y2,,„., Ч„) которая поступает на декодер 11. Если в декодере 11 не будет обнаружено ошибки, т.е. комбинация является разрешенной кодовой комбинацией, то она через элемент ИЛИ 13 выдается на выход устройства, после чего все блоки приводятся в исходное состояние, и устройство готово к обработке следующего входного сигнала.

При обнаружении ошибок в она подается на вход регистра 7, где запоминается, и на вход декодера 4, D котором отождествляется с ближайшей разрешенной кодовой коибпнацнеи

Комбинация записывается в блок

5 регистров и в анализатор 14.В анализаrope вычисляют хэимингово расP стояние между комбинациями и

Если это расстояние меньше кратности исправляемой кодом ошибки, то У выдается из анализатора через элемент ИЛИ 13 на выход устройства и все блоки приводятся в исходное состояние, и устройство готово к обработке следующего входного сигнала.

В противном случае из буферного блока 2 памяти аналоговые разностные сигналы параппельно считываются в формирователь 8 импульса, B котором определяется наименьший из аналоговых сигналов. На выходе формирователя 8 формируется двоичная кодовая комбинация Y в которой

1 1 единичный символ находится в разряде с теи же номером, что и наименьший аналоговый символ. Другие (n-1) разрядов нулевые. После этого из регистра 7 в блок 9 сумматоров по модулю два поступает двоичная кодовая комбинация („, Номер единичного разряда соответствует номеру наименьшего разностного сигнала на выходе аналогового демодулятора. В блоке 9 сумматоров суммируются в параллельном коде двоичная кодовая комбинация < и поступающая из регистра 7 кодовая комбинация Y являющаяся грубой оценкой составного сигнала с избыточностью. В результате суммирования на выходе блока 9 образуется двоичная кодовая комбинация У, Двоичная кодовая комбинация (2 подается в декодер 12, обнаруживающий ошибки. В декодере 12 коибина-

9 11071 ция 1 анализируется на наличие оши2 бок. Если их нет, то комбинация (2 через элемент ИЛИ 13 вьдается на с выход устройства, после чего все блоки привоцятся в исходное состояние и начинается цикл обработки следующего составного сигнала с избьггочностью.

Если ошибки в У2 имеются, то эта комбинация записывается в ячейки

10 памяти регистра 10. Двоичная кодовая комбинация Р отличается от

Ч двоичной кодовой комбинации регистра 7 в одном разряде, номер которого определяется номером единичного 15 разряда выходной двоичной кодовой комбинации У1 формирователя 8.

Счптываясь иэ регистра 10,комбинация 1> отождествляется в декодере

4, исправляющем ошибки, с ближайшей 20 разрешенной двоичной кодовой комбинацией Y > . Эта разрешенная комбинация также записывается в блок 5 регистров и в анализатор 14, сбрасывая в анализатор е 14 комбинацию 1, 8 анализаторе 14 вычисляется ° P хэммин гово расстояние между комби Р нациями Х и z . Если это расстояние то комбинация g вьдается пз

Р анализатора 14 на выход устройства 30 через элемент ИЛИ 13, после чего все блоки приводятся в исходное состояние и устройство готово к обработке следующего сигнала. Если укаэанное расстояние равно или больше t, то из блока 2 памяти в формирователь 6 управляющего сигнала поступает точная оценка X составного сигнала с избыточностью, а из блока

5 считываются двоичные разрешенные 10 кодовые комбинации 1 и 1, В форР мирователе 6 определяется, какая из двух разрешенных кодовых комбинаций в наибольшей степени соответствует сигналу точной оценки Х (в наибольшей степени коррелирована с Х). Эта комбинация по управляющему сигналу из формирователя 6 в блок 5 считы- - вается из последнего на выход устройства. После этого все блоки устройства приводятся в исходное состояние, и устройство готово к обработке следующего составного сигнала с избьггочностью.

Техническое преимущество изобретения по сравнению с прототипом

10 заключается н уменьшении количества операций при обработке составных сигналов с избыточностью при наиболее вероятньгх конфигурациях векторов ошибок (их вес меньше, чем максимальная кратность исправляемьгх кодом ошибок 1.). Это дает возможность уменьшить влияние сбоен (особенно в декодере 4, исправляющем ошибки, который является достаточно сложным устройством в случае обработки длинных и сверхдлинных помехоустойчиных кодов с высокой корректирующей способностью) на процесс обработки избыточных сигналов, Ориентировочный выигрыш по помехоустойчивости приема составных сиг" палов с избыточностью может бьггь определен следующим образом.

Пусть К является коэффициентом, 1 учитывающим влияние сбоев (например, в декодере 4, исправляющем ошибки) при весе вектора ошибок равFIoM w = > и последуюц>ем исправлении этой ошибки декодером 4. Тогда для известного устройства можно выражение, определяюц|ее вероятпость правильного приема составного сигнала с избыточностью, представить в виде Ь

P=X. a," С „. Р (1-Р1 ", k; « . (1) =0

Так как вероятность сбоев для кратности ошибок i c t в декодере, исправляющем ошибки, существенно уменьшена, то выражение для вероятности правильного приема составного сигнала с избыточностью с помощью предлагаемого устройства может быть определено как (г) (1 Р1 kt C,, Р 1-р)"

Из сравнения выражений (1) и (2) следует, что

P) > Р это означает, что предлагаемое устройство обладает более высокой помехоустойчивостью по сравнению с известным.

Очевидно также, что преимущество предлагаемого устройства тем существеннее, чем мощнее помехоустойчиный код (т.е. больше значения и и t) и выше качество канала связи.

1 107165

Фиг. 1

1107145

Составитель М. Никуленков

Техрсд М.Гергель Корректор А. Тяско

Репактор С. Пекарь

Тираж 568 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открьггий

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

Заказ б477„

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4