Пороговый декодер сверточного кода

 

Изобретение предназначено для использования в технике цифровой связи и нозволяет повысить помехоустойчивость . Пороговый декодер сверточного кода содержит первый кодер 1, корректор 4 ошибок, формирователь 3 синдрома, анализатор 5 синдрома , пороговый элемент 6, генератор 7 тактовых импульсов, пороговый счетчик 13 и формирователь 14 временного интервала. Благодаря введению сумматоров 2 и 9 по модулю два, элементов ИЛИ 10 и 12, элемента 11 ЗАПРЕТ и второго кодера 8, формирующего квазиортогональньй сверточньш код, в устройстве исправляются ошибки , для исправления которых недостаточно корректирующей способности используемого ортогонального сверточного кода. 3 ил. о (О

фф

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„1252944! ЛЫЫ2аз

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И д BTOPCHQMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3836495/24-24 (22) 02.01.85 (46) 23.08.86. Бюл. ¹ 31 (72) B,È,Êëþ÷êo, Г.Е.Березняков, С.И.Приходько, !О.И.Николаев и И.В.Чистяков (53) 681.325.5(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 586571, кл. Н 04 L 1/10, 19?8.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1078654, кл. Н 04 L 1/10, 1982. (54) ПОРОГОВЫЙ ДЕКОДЕР СВЕРТОЧНОГО

КОДА (57) Изобретение предназначено для использования в технике цифровой связи и позволяет повысить помехоустойчивость. Пороговый декодер свер точного кода содержит первый кодер

1, корректор 4 ошибок, формирователь 3 синдрома, анализатор 5 синдрома, пороговый элемент 6, генератор 7 тактовых импульсов, пороговый счетчик !3 и формирователь 14 временного интервала. Благодаря введению сумматоров 2 и 9 по модулю два, элементов ИЛИ 10 и 12, элемента 11

ЗАПРЕТ и второго кодера 8, формирующег0 квазиортогональныи сверточный код, в устройстве исправляются ошибки, для исправления которых недостаточно корректирующей способности используемого ортогонального сверточного кода. 3 ил.

1252944

Пороговый декодер сверточного кода содержит кодер 1, первый сумматор

2 по модулю два, формирователь 3 синдрома, корректор 4 ошибок, анализатор 5 синдрома, пороговый элемент 6, генератор 7 тактовых импульсов, второй кодер 8, второй сумматор 9 по модулю два, первый элемент

ИЛИ 10, элемент 11 ЗАПРЕТ, второй элемент ИЛИ 12, пороговый счетчик

13, формирователь 14 временного интервала. Вход первого кодера 1 яв,ляется информационным входом устройства, первый выход кодера 1 соединен с первым входом корректора 4 ошибок, выход которого подключен к входу второго кодера 8, первый выход

30 которого является информационным выходом уСтройства. Вторые выходы обоих кодеров 1 и 8 подключены к входам первого сумматора 2 по модулю два, выход которого соединен с вторым входом формирователя 3 синдрома, первый вход которого является проверочным входом устройства, выход формирователя 3 подключен к первому входу анализатора 5 синдрома, первые выходы которого соединены с входами по40 рогового элемента 6, выход которого подключен к вторым входам корректора

4 ошибок, анализатора 5 синдрома и к одним входам второго сумматора 9 по модулю два и первого элемента

ИЛИ 10, другие входы которых соединены соответственно с вторым выходом анализатора 5 и с выходом второго сумматора 9. Выход элемента ИЛИ

10 подключен к первому входу порогового счетчика 13 и первому разрешающему входу элемента,11 ЗАПРЕТ, второй разрешающий вход которого соединен с выходом генератора 7. Выход элемента 11 ЗАПРЕТ подключен к пер-, вому входу формирователя 14 временного интервала, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ

Пороговый элемент 6 предназначен для принятия решения о достоверности принятых символов. Уровень срабаты45 вания порогового элемента 6 выбирается исходя из свойств ортогонального сверточного кода.

Второй кодер 8 предназначен для формирования добавочных разрядов в порождающем полиноме квазиортогонального сверточного кода, позвбляющих обнаружить факты ошибочного декодирования принятых информационных сигналов, Второй кодер 8 представ55 ляет собой регистр сдвига, связанный с сумматорами по модулю два, число разрядов которого и связи обусловлены видом дополнительного полинома в

Изобретение относится к автоматике и может применяться в системах цифровой связи, использующих сверточные коды.

Пель изобретения — повышение помехоустойчивости.

На фиг,1 приведена блок-схема порогового декодера сверточного кода, на фиг.2 — пример выполнения части порогового декодера сверточного кода1 на фиг,3 — таблица работы анализатора синдрома, 12, выход которого подключен к вторым входам формирователя 14 и порогового счетчика 13 и к запрещающему входу элемента 11 ЗАПРЕТ. Выход счетчика 13 соединен с вторым входом элемента ИЛИ 12 и является выходом сигнала ошибок устройства.

Первый кодер 1 является кодером используемого в системе связи ортогонального -.сверточного кода 1 и предназначен для формирования по информационным символам проверочной последовательности. В качестве кодера 1 используется регистр сдвига, связанный с сумматорами по модулю два.

Длина регистра сдвига, число сумматоров по модулю два и их связи опре- деляются порождающим полиномом ортогонального сверточного кода, на фиг.2 изображены элементы 15 регистров сдвига и сумматоры 16 по модулю два.

Формирователь синдрома 3 служит для формирования синдромной последовательности из принятой проверочной последовательности и проверочной последовательности, сформированной на приемной стороне. В качестве формирователя синдрома 3 используется сумматор по модулю два. Корректор 4 ошибок также представляет собой сумматор по модулю два.

Анализатор 5 синдрома предназначен для обнаружения ошибок в информационных и проверочных символах и представляет собой регистр сдвига с обратными связями и сумматорами по модулю два, состав и количество которых определяется порождающим полиномом ортогонального сверточного кода.

125"9«4 порождающем полиноме кваэиортогонального сверточного кода.

Пороговый счетчик t3 предназначен для подсчета количества сигналов ошибок, поступающих с выхода перво- 5

ro элемента KIH 10, и выдачи сигнала ошибки в случае переполнения. Порог срабатывания порогового счетчика 13 выбирается исходя из корректирующих свойств квазиортогонального сверточного кода и требований по допустимой вероятности трансформации сообщений.

Формирователь 14 временного интервала предназначен для установления временного интервала анализа информации, поступающей на вход порогового счетчика 13. В качестве формирователя. 14 временного интервала используется счетчик, порог срабатывания которого выбирается исходя из допустимой вероятности трансформации сообщений, длины кодовых ограничений и корректирующей способности квазиортогонального сверточного 25 кода.

Ввиду того, что ортогональные сверточные коды имеют более низкую корректирующую способность, нежели лучшие неортогональные сверточные 30 коды при одинаковых скоростях и длинах кодовых ограничений, в пороговом декодере используется квазиортогональный код, корректирующая способность которого приближается к корректирующей способности лучших неортогональных сверточных кодов, а простота реализации процесса декодирования, присущая ортогональным сверточным кодам, сохраняется. 40

Обозначим через Р (х) порождающий полином ортогонального сверточного кода, а через Р„ (х} — порождающий полином квазиортогонального кода. Полином Р (х) получают с помощью 4 к добавления к полиному P (х} полинома P (х) дополнительного сверточного кода. При этом степень полинома

Р (х) увеличивается путем умножения о на х, где 1 de@ P> (х), что обеспе- 0 чивает сохранение структуры полинома Р (х) в составе Р, (х). Таким образом, можно записать

Р (х) = Р (х)х +Р (х).

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии в регистрах сдвига первого 1 и второго 8 кодеров и анализатора 5 синдрома записаны нулевьге сигналы. Содержимое порогового счетчика 13 и формирователя

14 временного интервала также равно нулю. Выход генератора 7 тактовых импульсов элементом 11 отключен от первого входа формирователя 14 временного интервала. В пороговом элементе б установлено пороговое значе— о т ние Z = ", где d . — минимальное -кодовое расстояние ортогонального сверточного кода, образующий полином Р (х) которого входит в состав о образующего полинома Р (х) квазиорток гонального сверточного кода. В поро-, говом счетчике 13 установлен порог

1 у > †-- †" допустимого числа ошибок

EIB HEE ep e W тактов и принимаемьгх из канала связи информационной и проверочной последовательностях, сигнал на выходе порогового счетчика 13 появится в том случае, если пороговое значение у окажется превышенным. В формирователе 14 временного интервала установлен порог W числа тактов, и сигнал на его выходе появится в случае, если число W окажется превышенным.

Из канала связи на информационный вход устройства (вход кодера 1 ортогонального сверточного кода) в последовательном коде поступают с тактовым периодом Т сигналы двоичной информационной последовательности

M(õ), искаженные воздействием помехи

Е (х), т.е. поступает двоичная по1 следовательность Я (x)=N(x) (+) Е, (x), где знак Q+) означает суммирование по модулю два. На проверочный вход устройства (первый вход формирователя 3 синдрома) в последовательном коде поступают с тем же тактовым периодом лТ сигналы двоичной прове- рочной последовательности M(x)P (х), искаженные воздействием помехи Е (х), т.е. поступает двоичная последовательность. (x} Y(x) P (x) (+) Г (x)..

В случае отсутствия ошибок, т.е. при Е, (x) = Е (х) = О, последовательность ".,(х) = И(х) . Эта последовательность продвигается с тактоТогдB последовательность

I N„(x) = M(х)Р (х) {+) F (x)=0, поскольку по условию F. (х)=0, а последовательность

У,,(x)=N(x)E {x)ôO, так как Е„(х)ФО.

Пусть последовательность Е,(х) представляет собой одиночную ошибку, !

О которую используемый ортогональный сверточный код позволяет исправить.

Эта одиночная ошибка, проходя через кодер 1, вызовет появление на его втором выходе последовательности сиг 5 налов, определяемой порождающим полиномом Р, (x). Через первый сумматор

2 по модулю два эта последовательность сигналов поступит на второй вход формирователя 3 синдрома, где

20 сложится по модулю два с проверочной последовательностью M (х), поступающей в последовательном коде на первый вход этого же формирователя 3.

Результатом последовательного покоипонентного сложения является сигнал синдрома, который с выхода формирователя 3 через первый вход запишется в анализатор 5 синдрома. В момент, когда сигнал ошибки появится на первом выходе кодера 1, сигнал с первых выходов анализатора 5 синдрома, поступающий на пороговый элемент 6, превысит порог последнего. На выходе порогового элемента 6 сформирует- 35 ся сигнал исправления, который пос".упит на второй вход корректора 4 ошибок и исправит сигнал ошибки, поступающий на его первый вход. Следовательно на выходе корректора 4 оши- 40 бок в последовательном коде будет сформирована последовательность

М,(х)=М(х). В данном случае M(x)=О, поэтому сигналы с второго выхода кодера 8, поступающие на второй вход 45 первого сумматора 2 по модулю, также будут нулевыми и, следовательно, складываясь с. нулевыми сигналами

M„{x) в формирователе 3 синдрома, они не вызывают изменения состояния 50 устройства. Помимо исправления ошибки в корректоре 4 сигнал с выхода порогового элемента 6, поступая на второй вход анализатора 5 синдрома, корректирует его содержимое (в дан- 55 ном варианте одиночной ошибки он переводит в нулевые значения все нулевые сигналы синдрома, исключая

944 8 сигнал с второго выхода анализатора

5 синдрома) . Неисправленный сигнал синдрома, появляющийся на втором выходе анализатора 5 синдрома, корректируе ся во втором сумматоре 9 по модулю два сигналом с выхода порогового элемента 6, поступающим на второй вход этого сумматора 9. Кроме указанных воздействий сигнал коррекции с выхода порогового элемента

6 поступает на второй вход первого элемента ИЛИ 10, с выхода которого поступает на первый вход порогового счетчика 13, где записывает единицу, и на первый разрешающий вход элемента 11, разрешая прохождение тактовых импульсов с выхода генератора 7 через элемент 11 на первый вход формирователя 14 временного интервала.

Поскольку по условию происходит исправляемая ошибка в информационной последовательности, пороговый счетчик 13 не переполнится, и в момент переполнения формирователя 14 выходной сигнал переполнения поступит на первый вход второго элемента ИЛИ

l2, с выхода которого сигнал очистит пороговый счетчик 13, переведет элемент 11 в исходное состояние, отключив выход r енератора тактовых импульсов 7 от первого входа формирователя 14 временного интервала, и по второму входу установит формирователь 14 в исходное состояние. Сигнал .ошибки на выходе порогового счетчика 13 не появится.

В случае, если F. (х)ФО и Е, {х)фО, причем ошибки в принимаемых последовательностях распределены так, что исправляющей способности ортогонального сверточного кода, входящего в состав квазиортогонального сверточного кода, достаточно для их коррекции, работа устройства осуществляется аналогично указанным вариантам и может быть описана как их суперпозиция. При этом на первый вход порогового счетчика 13 поступают с выхода порогового элемента 6 через элемент

ИЛИ 10 сигналы исправления ошибок

Е „(х) или сигнал ошибок E (х). Первыи появившийся на выходе первого элемента ИЛИ 1О сигнал через элемент

11 подключает выход генератора 7 к первому входу формирователя 14 временного интервала. Поскольку исправляющей способности ортогонального сверточного кода по условию достаточ12529 но дчя достонерного приема сообщения, сигнал на выходе формирователя

14 вырабатывается раньше, чем переполняется пороговый счетчик 13. Сигнал с. выхода формирователя 14 через второй элемент ИЛИ 12 устанавливает н исходное состояние пороговый счетчик 13, элемент 11 и формирователь

14, При этом на выходе порогового счетчика 13 сигнал ошибки не появляется. Первый сигнал, появившийся на выхоце первого элемента ИЛИ 10 после того, как сигналом с выхода формирователя 14 указанные элементы устанав1» линают в исходное состояние, вновь вызывает переключение и изменяет состояние порогового счетчика 13. Цикл работы повторяется.

11 случае, если Е „(х) O, Е (х)=0, причем исправляющей способности орто20 гонального снерточного кода, входящего в состав кназиортогонального снерточного кода, не достаточно для коррекции ошибок, что приводит к 2» трансформации принимаемого сообщения, работа устройства происходит так. Пороговый счет пп" 13 подсчитывает число импульсон коррекции с выхода порогового элемента 6 и число нулевых сигналов синдрома с второго выхода анализатора 5 синдрома и формирует сигнал ошибки, если происходит его переполнение на временном интервале. Сигнал ошибки не будет сформирован в том случае, если сами 3» ошибки Е,(х) и Е, (х) сформируют последовательность, являющуюся кодовым слоном кназиортогопального снерточного кода (т,е. ошибки переведут сигналы одного кодового слова в дру- <О

roe, трансформируют его), или посл»донательность, отличающуюся от кодового слова квазиортогонального сперточного кода в числе разрядон V

В первом случае на пороговый счет- <» чик 13 не поступит ни одно-о сигнала, а во втором поступит V сигналов, которые пе нызовут переполнения счетчика 13.

Для наглядности рассмотрим орто- »О гональный сверточный код со скоростью R--.1/2„ êîäîâûè ограничением

К=б, имеющий минимальное кодовое расстояние с1 . =5. Порождающий полио, 5 ном этого кода имеет нид: P (x)=x + о

+х +х+1. Приведем это" полином к порождающему полиному кназиортогонального снерточного кода, для чего

44 10 выберем Р (х)=х+1, а 1=3. Таким образом, P (х)=-P (x)x +Р (х)=(х +х +х+1)х +

К <>

+х+1=х +х +х +х +к+1 100111011

8 ьПусть в результате воздействия на проверочную последовательность, вес которой равен трем, в регистре анализатора 5 синдрома запишется полином синдрома У(х) вида у(x) 1+х+х

Причем элемент полинома с меньшим показателем степени соответствует содержимому (по фиг.2) левого разряда регистра. На очередном такте сигнала с первых выходов анализатора 5 синдрома поступят на входы порогового элемента б. Так как число единичных сигналов, поступающих на вход порогового элемента б, будет равно трем, то порог Z=2,5 будет превышен, и на входе порогового элемента 6 появится сигнал коррекции, который по тупит на корректор 4 ошибок и произведет ошибочное испранление сигнала в информационной последовательности. Одновременно сигнал коррекции по цепи обратной связи поступит на анализатор 5 синдрома и второй сумматор 9 по модулю два с целью устранения влияния ошибки, а также на элемент ИЛИ 10. На выходе элемента ИЛИ 10 появится первый признак наличия ошибок н принимаемой последовательности. При этом символ синдрома со старшим показателем степени будет скорректирован во втором сумматоре 9 по модулю два, а в йерньй разряд регистра, как в случае ортогонального декодирования, запишется сигнал коррекции. Одновременно с этим сигпап коррекции (ошибочный) поступит н регистр сдвига второго кодера 8. На следующих тактах работы устройстна ранее записанный сигнал коррекции из первой ячейки регистра сдвига переместится в последующие, а в первую и вторую ячейки запишутся символы с выхода второго кодера 8, т.е. н регистре анализатора 5 синдрома будут записаны сигна—

m> 1101. На следующем такте эти сигналы вызовут новую коррекцию информационного разряда и исправление синдрома ° На выходе элемента ИЛИ 10 появится признак наличия ошибок н

1252944! 2 принимаемой из канала связи последовательности.

Поскольку минимальное кодовое расстояние указанного квазиортогонального сверточного K(да равно 5

d . =7, а,в канале связи произойдет

K rnid по условию три ошибки, пороговый декодер проведет исправления в разрядах информационной последовательности, которые совместно с рядом дру- 10 гих сигналов из регистра сдвига анализатора 5 синдрома поступят через элемент 10 на его выход, т.е. число сигналов и, появляющихся на выходе элемента ИЛИ 10 в процессе исправле- 15 ния пачки ошибок веса f (в данном случае f=3) определяется согласно выражению и i ((1 -f). к nein

Для данного варианта содержимое регистра сдвига анализатора 5 синд рома описывается таблицей (фиг.3).

В таблице прямыми стрелками указаны сигналы коррекции с выхода порогового элемента .6, а волнистыми— сигналы, поступающие на вход элемента ИЛИ 10 из регистра сдвига анализатора 5 синдрома. За восемь тактов на выходе элемента ИЛИ 10 появится четыре сигнала ошибки, за 12 тактов— шесть сигналов ошибки, и т.д. Подсчитав число сигналов ошибок на заданном интервале (например, на дли- 35 не кодовых ограничений) и сравнив их;с допустимым значением, определяем, имела место трансформация или не

/ имела. В примере на длине кодовых ограничений (т.е. на 9 тактов) поя- 40 вилось четыре сигнала ошибки, тогда как используемый орто-ональный код исправляет не более двух, Возможен такой вариант распреде-. ления ошибок для порогового сверточ- 4 ного декодера, при котором трансформация сообщения не будет иметь место, а пороговый счетчик 13 переполнится и выдаст сигнал ошибки. В данном примере реализации устройства, (фиг.2) указанная ситуация возникнет, в частности, в случае, если с выхода формирователя 3 синдрома в . анализатор 5 синдрома начнет поступать последовательность вида ! 101010...,...... Поскольку на вход порогового элемента 6 от прохождения такого синдрома через анализатор 5 синдрома поступит в любой момент времени не более двух сигналов, а величина порога 7.=2,5, то на выходе порогового элемента 6 сигнал коррекции не сформируется. Однако с второго выхода анализатора 5 синдрома последовательность сигналов вида

101010 через сумматор 9 по модулю два и первый элемент ИЛИ 10 вызовет срабатывание элемента 11 и, кроме того, поступит на первый вход порогового счетчика 13. Пороговый счетчик 13 переполнится, если на интервала V, = 6 тактов на его вход поступит число сигналов 7 > -о ь . По2 скольку d, =5, пороговый счетчик

О гоп

13 при у--3 переполнится и сформирует на своем выходе сигнал ошибки, хотя сигнал вида !01010....... сформирован из-за ошибок в принимаемой проверочной последовательности

М„(х). Несмотря на то, что трансформации сообщения в данном случае не было, сигнал ошибки указывает на . резкое ухудшение состояния канала связи, при котором велика вероятность трансформации сообщения.

Формула изобретения

Пороговый декодер сверточного кода, содержащий корректор ошибок, формирователь синдрома, анализатор синдрома, пороговый элемент, пороговый счетчик, формирователь временного интервала, генератор тактовых импульсов и первый кодер, вход которого является информационным входом устройства, первый выход первого кодера соединен с первым входом корректора ошибок, первый вход формирователя синдрома является проверочным входом устройства, выход формирователя синдрома подключен к первому входу анализатора синдрома, второй вход которого объединен с вторым входом корректора ошибок, первые выходы анализатора синдрома подключены к входам порогового элемента, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, в него введены первый и второй сумматоры по модулю два, первый и второй элементы ИЛИ, элемент ЗАПРЕТ и второй кодер, вход которого соединен с выходом корректора ошибок, а первый выход является информационным выходом устройства, вторые выходы первого и

1252944

Фаз, Я

Е1 ОО1,-, 11 О 111 а О1 +

E 0

О1 ОО О

1О1ОО

ОTÎ

t с ьь во +

1 ÎÎÎ1

О1 ООО

191 ОО

161О

11611 1ОО 1

610 ОО

1 0100

1 016

1О111 ОО1 +

Ф =7y+58Т

t, Ty+ 55T

Ф 1у+ 7АТ

i 7 +887; е -,+мт и Ty+O87 и "- Г@+Щ7

Ф Ty +fZBT .

ВНИИПИ Заказ 4631/57 Тираж 816 Подпис но е

Производств. -полиграф. пред-е, г. Ужго род, ул. Проектная, 4 второго кодеров подключены к входам первого сумматора по модулю два, выход которого соединен с вторым входом формирователя синдрома, второй выход анализатора соединен с первым входом второго сумматора по модулю два, выход которого подключен к первому входу первого элемента ИЛИ, . второй вход которого объединен с вторыми входами анализатора синдрома и второго сумматора по модулю два и подключен к выходу порогового элемента, выход первого элемента ИЛИ соединен с первым входом порогового счетчика и первым разрешающим вхо1 дом элемента ЗАПРЕТ, второй разрешающий вход которого подключен к выходу генератора тактовых импульсов, выход элемента ЗАПРЕТ соединен с первым входом формирователя временного интервала, выход которого подключен к первому входу второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с запрещающим входом элемента ЗАПРЕТ

10 и вторыми входами формирователя временного интервала и порогового счетчика, выход которого подключен к второму входу второго элемента ИЛИ и является выходом сигнала ошибок

15 устройства.