Устройство для адаптивного мажоритарного декодирования телемеханических дублированных сигналов

 

Изобретение относится к телеметрии и может использоваться в системах передачи и обработки дискретной информации. Устройство осуществляет мажоритарное декодирование кодов, используя сигнал стирания и регулировку ширины полосы стираний, что повьшает помехоустойчивость устройства. Устройство содержит ключ 1, счетчик 2, элементы И 3-5, регистры 6 сдвига, опознаватель 7 символов, решающий блок 8, блок 9 исправления ошибок, входы 10-16 и выход 17 решающего блока и анализатор 18 помех, вьтолненный на усилителях 19, 20, пороговом блоке 21, переключателе 22, сумматоре 23 и вычитателе 24. 2 табл., 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) А2 (51) 4 Н 03 М 13/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (61) 1005151 (21) 4258367/24-24 (22) 08.06.87 (46) 23.01.89. Бюл. Р 3 (72) Ю.И. Николаев, 0.1Т. Малофей, О.Н, Жуков, Л.С. Сорока и А.П. Коваленко (53) 621.398(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 1005151, кл. С 08 С 25/ОО, Н 04 L 1/08, Н 03 М 13/02, Н 04 L 17/30, 1981. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АДАПТИВНОГО МАЖОРИТАРНОГО ДЕКОДИРОВАНИЯ ТЕЛЕМЕТРИЧЕС-

КИХ ДУБЛИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ (57) Изобретение относится к телеметрии и может использоваться в системах передачи и обработки дискретной информации. Устройство осуществляет мажоритарное декодирование кодов, используя сигнал стирания и регулировку ширины полосы стираний, что повышает помехоустойчивость устройства. Устроиство содержит ключ l, счетчик 2, элементы И 3-5, регистры 6 сдвига, опознаватель 7 символов, решающий блок 8, блок 9 исправления ошибок, входы 10-16 и выход 17 решающего блока и анализатор 18 помех, выполненный на усилителях 19, 20, пороговом блоке

21, переключателе 22, сумматоре 23 и вычитателе 24. 2 табл., 3 ил.

1453599

Изобретение относится к телеметрии:, может использоваться в системах передачи и обработки дискретной информации и является усовершенствованием устройства по авт, св. !I 1005151

Целью изобретения является повышение помехоустойчивости устройства °

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 — функци- !О ональная схема блока исправления ошибок; на фиг, 3 — функциональная схема решающего блока. !

Устройство для адаптивного мажоритарного декодирования телеметрических !5 дублированных сигналов содержит (фиг. 1) ключ !, счетчик 2, элементы

И 3-5, регистры 6 сдвига, опознаватель 7 символов, решающий блок 8, блок 9 исправления ошибок, входы 1О- 2<>

16 и выход 17 решающего блока 8 и анализатор 18 помех, выполненный на первом и втором усилителях 1 9 и 20, ! пороговом блоке 21, переключателе ! 22, сумматоре 23 и вычитателе 24. 25

Блок 9 исправления ошибок содержит (фиг. 2) переключатель 25, элементы И 26-30, элемент ИЛИ-НЕ 31, сумматор 32 по модулю два, элемент

ИЛИ 33, элемент И 34-40, сумматор

41 по модулю два, элементы ИЛИ 42, 43, элементы 44, 45 ЗАПРЕТ и элемент

ИЛИ 46.

Решающий блок 8 содержит (фиг. 3) переключатели 47-49, элементы И 50-53, элементы ИЛИ 54-56, ключи 57-62 и

35 элемент ИЛИ 63..

Анализатор 18 помех реализует процедуру обучения с выравненными ошибками, которая описывается следующим математическим выражением:

V(n+1) = V(n) + p„ Q(n), Y(n), V (n)Y „(IT; где С!(и) = т

V(n) — коэффициенты усиления усилителя 19 с регулируе50 мым коэффициентом усиления;

1"

„ — шаг, с которым данная процедура сходится к минимуму вероятности ошибки и реализуется коэффи55 циентом усиления усилителя 20 с постоянным коэффициентом усиления, выставляемым вручную или автоматически в зависимости от характера нестационарной помехи в канале связи, P „«V(n);

Y(n) - образцы канальных сигналов, искаженные помехой и поступающие на вход анализатора 18 помех;

П - величина порога блока 21, и сходимость которой к минимум вероятности ошибки доказана.

По указанному алгоритму в зависимости от уровня помех в канале связи на выходе анализатора 18 помех вырабатывается сигнал, уровень которого пропорпионален изменению помехи, действующей в данный момент времени в канале связи. Этот сигнал регулирует ширину полосы "стираний" опознавателя 7 символов.

Опоэнаватель 7 символов предназначен для анализа каждого принимаемого элемента кодовой комбинапии и выработки сигнала стирания (1 +) в том случае, если принятый элемент не может быть отождествлен ни с "!", ни с О

Блок 9 исправления ошибок выпол няет следующие функции. При приеме первого и второго повторений блок .9 производит их поэлементное сравнение, учитывая сигнал стирания для соответствующего элемента второго повторения, указывающий на искажение данного элемента, затем искаженный элемент инвертируется, при приеме третьего, четвертого, пятого, шестого, седьмого повторений работа блока 9 задана в табл. 1.

В табл. 1 приняты следующие обозначения: N — указывает количество принятых повторений сообщения; У.<, Х, Х > — код максимального числа единиц или нулевой код в одноименных элементах соответствующего числа повторений; Х4 — сигнал стирания, вырабатываемый, если принятый элемент не может быть отождествлен ни с 1 ни с "0" g; (i = 3, 4, 5, 6, 7) сигнал управления, действуюший во время следования третьего — седьмого повторений соответственно; 2 — выходной сигнал блока 9 исправления ошибок.

Ключ 1 предназначен для ввода информации в счетчик 2. Счетчик 2 содержит три двоичных разряда 2,, 2, 3 145

2> и предназначен для подсчета числа (И) принятых "I" для одноименных разрядов принимаемых повторений.

Элементы И 3-5 предназначены для считывания разрядов счетчика 2, результат считывания записывается в одноименные разряды регистров 6 сдвига, задерживается в них на время приема одного повторения сообшения и с их выходов подается на установочные входы счетчика 2. Принимаемый одноименный элемент очередного повторения определяет очередное состояние счетчика 2.

Решающий блок 8 после приема (2 m — 1, где ш = 2, 3, 4, 5, б, 7) одноименных элементов по состоянию разрядов счетчика 2 принимает решение о приеме "0" или "I если

W (m то формирует "0", а если W m то — "I

Переключатели 47-49 в исходном состоянии подключают решающую схему блока 8 к входам, а при подаче управляющего синхросигнала — к выходам регистров 6 сдвига. Результат мажоритарной обработки после приема трех повторений определяется только состоянием второго разряда счетчика 2 и соответственно состоянием разрядов регистра 6., поэтому в его формировании логические элементы блока 8 не участвуют и он непосредственно через ключ 58 и элемент ИЛИ 63 выдается на выход устройства.

В формировании и выдаче результата мажоритарной обработки по критерию "три из пяти" участвуют элементы

И 50, ИЛИ 54, ключ 57 и элемент ИЛИ

63, по критерию "четыре из пяти" ключ 62 и элемент ИЛИ 63, по критерию "пять иэ девятин — элементы И

5l, 53, ИЛИ 55, 56, ключ 61 и элемент ИЛИ 62, по критерию "шесть из одиннадцати" — элементы И 51, 53, ИЛИ 56, 63 и ключ 59, по критерию

- "семь из тридцати" — элементы И 51, 53, ключ 60 и элемент ИЛИ 63.

Устройство работает следующим образом.

Исходное состояние счетчика 2 и регистров 6 — нулевое, ключ 1 открыт. Сигнал Y(n), искаженный помехой, поступает на вход опоэнавателя 7 символов и вход анализатора 18 помех, где подается на выходы усилителей 19 и 20. С выхода усилителя

19 усилений в V раз аналоговый сиг3599 4 нал поступает на вход порогового блока 21, где производится сравнение полученного произведения V(n) Y(n) с порогом П, уровень которого.выставляется при настройке устройства путем подачи на вход анализатора IS известных сигналов беэ помехи и регулировки порога П по минимуму сигна10 ла на выходе анализатора 18. По результатам сравнения блок 21 управляет переключателем 22, коммутируя его вход, либо на первый, либо на второй выход, подавая тем самым сиг15 нал p„ Y(n) с выхода усилителя 20 на прямой или инверсный входы сумматора 23. В результате сигнал p„ Y(n) в сумматоре 23 либо складывается с сигналом V(n) Y(n), поступающим на его первый вход, либо от него вычитается, т.е. на выходе сумматора 23 получают V(n) Y(n) + P„ Y(n). Этот сигнал и сигнал с выхода усилителя

19 V(n) Y(n) поступают соответствен25 но на входы вычитателя 24, на выходе которого формируется сигнал с приращением, пропорциональным величине

+ „ Y(n) т.е. пропорциональный изменению помехи на входе анализатора

18. Сигнал с выхода анализатора 18 помех поступает на управляющий вход опознавателя 7 символов, где регулирует ширину полосы стираний пропорционально изменяющейся помехе.

В это же время первое повторение поступает на вход блока 9 исправления ошибок, где через переключатель

25 по первому открытому выходу и элементы ИЛИ 43, ЗАПРЕТ 44, .ИЛИ 46 выдается на выход блока 9. С выхода

40 блока 9 элементы первого повторения через открытый ключ 1 поступают на вход счетчика 2. Если принимаемый элемент "1", то в первый разряд счетчика 2 записывается "1". Синхроим45 пульс СИ 1 на элементе И 3 считывает и записывает "1" в регистр 6<, а СИ

2 устанавливает счетчик 2 в состояние "0", подготавливая к приему очередного элемента. Синхроимпульс СИ 3 обеспечивает сдвиг "1" из первого

I I ФФ разряда во второй. При приеме 0 элемента состояние счетчика 2 не меняется, а в регистр 6 записывается

"0" (имеет место только сдвиг инфор55 мации). Таким образом, по окончании приема первого повторения оно оказывается записанным в регистр 6i . Состояние регистров 6, бз нулевое.

5 14

Синхроимпульс СИ 3 сдвигает информацию в регистре 6 на один разряд и первый элемент первого повторения с выхода регистра 6 поступает на установочный вход первого разряда счетчика 2 и на вход блока 9. Если этот элемент "!", то первый разряд счетчика 2 .устанавливается в то же состояние. Первый элемент второго понторения через переключатель 25 по второму (открытому на время следования элементов второго повторения сигналом управления ) выходу поступает на вход сумматора 32, на второй вход которого поступает элемент первого повторения по четвертому входу блока 9 исправления ошибок. На сумматоре 32 по модулю два происходит поразрядное сравнение обоих элементов, Результат сравнения поступает на один из входов элемента И 34, на другой вход которого подается сигнал стирания, если опознаватель 7 определил, что данный элемент не надежен и выдал сигнал на второй вход блока 9 исправ ления ошибок, Инвертирование элемента второго повторения на сумматоре

41 происходит в случае, когда на обоих входах элемента И 34 одновременно появляется сигнал несовпадения двух повторений, формируемый сумматором

32, и сигнал стирания, выявленный опознавателем 7 символов. Результат обработки с выхода сумматора 41 через элементы ИЛИ 43, ЗАПРЕТ 44, ИЛИ

46 поступает на счетчик 2. Если результат обработки первого элемента второго повторения также "!", то состояние счетчика 2 изменяется первый разряд устанавливается в "0", а второй разряд — в "1". Действующий вслед эа этим СИ 1 считывает состояние счетчика 2, гри этом в первый разряд регистра 6, записывается "0", а в первый разряд регистра 6 — "1".

Далее СИ 2 сбрасывает счетчик 2 в

"0", а СИ 3 двигает информации в регистрах 6 на один разряд и устанавливает счетчик 2 в состояние, соответствующее второму элементу первого повторения. Далее на вход блока 9 поступает второй элемент второго повторения, где сравнивается с одноименным элементом первого повторения аналогично изложенному. Результат сравнения поступает на вход счетчика

2 и переводит его в соответствующее состояние, которое считывается СИ 1

53599 6 и записывается в регистры 6,, 6 после чего СИ 2 сбрасывает счетчик

2 в "0", а СИ 3 сдвигает информацию в регистрах 6„, 6 и подготавливает счетчик 2 к приему очередного элемента и т.д.

С началом приема третьего повторения закрывается второй выход переключателя 25 и открывается первый выход. Код числа единиц, считываемый с выходов регистров 6», 6, кроме установки счетчика 2 в соответствующее состояние, поступает на входы блока 9 исправления ошибок. В случае, если упомянутый код имеет максимальное значение 01 (что аналогично наличию двух 1 в одноименных элементах двух повторений) и присутствует сигнал стирания, соответствующий одноименному ненадежному элементу третьего повторения, то эти условия вызывают срабатывание элемента И 26, с выхода которого единичный сигнал поступает на вход элемента И 35. На другой вход элемента И 35 подается управляюший сигнал dI >, открывающий

его на время следования элементов третьего повторения, что приводит к появлении сигнала на его выходе, откуда через элемент ИЛИ 42 единичный сигнал запрещает прохождение ненадежного элемента третьего повторения через элемент ЗАПРЕТ 44 на выход устройства, В то же Время через элемент ЗАПРЕТ 45 и элемент ИЛИ 46 этот сигнал поступает на вход счетчика 2, увеличивая код числа единиц до величины 11. В случае, когда с выхода

40 регистров 6 снимается нулевой код

000, срабатывает элемент ИЛИ-НЕ 31, сигнал с выхода которого поступает через открытый, если есть сигнал стирания, элемент ИЛИ 33 на первый

45 вход элемента И 40, на второй вход которого поступают управляющие сигналы, где i = 3, 4, 5, 6, 7, открывающие его на время следования третьего-седьмого повторения. Сигнал с выхода элемента И 40 через элемент

ИЛИ 42 подается одновременно на информационный вход элемента ЗАПРЕТ 45 и на запрещающий вход элемента ЗАПРЕТ

44, препятствуя прохождению соответ55 ствующего элемента 1.-г0 повторения на выход блока 9. В то же время, наличие сигнала на запрещающем входе элемента ЗАПРЕТ 5 препятствует прохождению сигнала с выхода элемента

1453599 8

ИЛИ 42 чере.<:а<вне«т ЗАИРЕ 45 на выход блока 9, в< ледствие чего состояние разряд<ив счетчика 2 не меняется, остава«с1 нулевь«<.

При приеме каждо< о элемента гретьего повторении состояние первого и второго разрядов счетчика 2 может оказаться в одном из следующих состояний: 00,10,01,11. Синхросигнал

II, соответствующий окончанию приема второго повторения и необходимому качеству канала связи, открывает ключ 58 решающего блока 8. Информационная "1" формируется и выдается на выход устройства для состояний

01 и 11 счетчика 2 (две или три единицы из трех возможных). Информационный "01 формируется и выдается на выход устройства для состояний 00 и 10 счетчика 2 (три или два нуля из трех возможных). Если результат мажоритарной обработки два из трех" необходимо выдать повторно, то на вход 16 блока 8 подается синхросигнал III, который поступает на управляющие входы переключателей 47-49 и на управляющий вход клича 58. Переключатели 47-49 подключают решаемук схему блока 8 к выходам регистров 6, ключ 58 открывается. Содержимое регистров 6<, 6 поступает в решающий блок 8, где формируется мажоритарный результат, выдаваемый (повторно) через ключ 58 на выход устройства.

Продолжается прием четвертого повторения, которое обновляет содержимое регистра 6 сдвига. Так, например, если для j-ro элемента сообщения после приема трех повторений зафиксировано состояние 11 (принято

1" во всех трех повторениях), то при поступлении "1" и в четвертом повторении без сигнала стирания, она проходя через переключатель 25, элементы ИЛИ 43, ЗАПРЕТ 44, ИЛИ 46 блока 9, переведет счетчик 2 в состояние 001, и в регистры 6<, 61 при считывании информации СИ 1 запишется "0", а в регистр 6 — "1".

В случае, когда в четвертом повто

11 l l ренин в j -м ра зряде следует 0 и присутствует сигнал стирания, то сра батываит элементы И 27, 36, ИЛИ 42, сигнал с выхода которого запрещает

11 11 прохождение информационного 0 через элемент ЗАПРЕТ 44. В то же время, проходя через элементы ЗАПРЕТ

45, ИЛИ 46 на выход блока 9, сигнал

55 изменяет <.о<тояние счетчика Z. После окончания приема IV повторения состояния регистров 6 сдвига будет характеризовать число принятых "1" для каждого разряда сообщения (табл. 2) °

При приеме пятого повторения в блоке 9 по коду максимального числа единиц четырех повторений и при наличии сигнала стирания срабатывают элементы И 28, 27, формируя сигнал

"1", увеличиваищий значение разрядов счетчика 2 до величины 101. При необходимости выдачи результата мажоритарной обработки три из пяти синхросигнал IV открывает ключ 57 и с поступлением очередных элементов пятого повторения обновляется состояние счетчика 2, результат считывается, запоминается в регистрах 6 и одновременно проходит в решающий блок

8. Для состояний 110, 001 и 101 формируется "1", а для состояний 000, 100 и 010 — "0". Результат через клич 57 выдается на выход устройства.

Повторная выдача производится при подаче синхросигнала V, который подключает решающую схему блока 8 к выходу регистров 6 и открывает ключ

57. Запомненный в регистрах 6 двоичный код, соответствующий числу принятых единиц для каждого разряда сообшений, выдается в решающий блок 8, где формируется и выдается (повторно) на выход устройства результат мажоритарной обработки "три из пяти".

В блоке 9 исправления ошибок, при наличии кода максимального числа единиц в пятых повторениях (101) и сигнала стирания, срабатывают элементы

И 29,- 38, сигнал с выхода которых, проходя на выход блока 9, увеличивает содержимое разрядов счетчика 2 на единицу, делая код равным 110. При приеме седьмого повторения в блоке 9 срабатывают элементы И 30, 39, если есть условие максимального кода числа единиц в одноименных разрядах шести повторений и присутствует сигнал стирания. Сигнал на выходе решающего блока 8 в этом случае формирует в счетчике 2 код 111, так как максимальная емкость счетчика 2

И „ = 7 (состояние разрядов 111), то пе будет иметь место эффект исправления стираний при дальнейшем приеме очередного повторения, но продолжается работа схемы мажоритарной обработки принимаемых повторений.

0 0 0

40 2

1 1 0 0 0 0

О 0 0

0 0 0

1 0 1 0 0 0

45 1 1 0

0 О О

0 0 1

0 0 1 0 О

0 0 0

1 0 0 0 I О

1 0 1

0 О 0

1 1 1

1 0 0 0 0 1

9 1453

Результат мажоритарной обработки по критерию "четыре из семи" полностью определяется состоянием третьего разряда счетчика 2 после приема соответствующего элемента седьмого по5 вторения, а следовательно, содержимым регистра 6 сдвига. Поэтому этот результат снимается или с выхода разряда 2) счетчика 2 через элементы

И 5, переключатель 49 и ключ 62 на выход устройства (при действии синхросигнала VI), или с выхода регистра 6 через переключатель 49, ключ

62 на выход устройства (при деflcTBHH синхросигнала VII), Аналогично происходит прием и обработка по критерию "пять из девяти", шесть иэ одиннадцати" и семь из тринадцати". Отличие состоит в том, что при приеме числа "1" V+ V »(lУ„„=

=7) состояние счетчика 2 не доляно меняться, Это достигается подачей

СИ 3 на управляющие входы переключателей 47-49. При этом на время считывания информации с регистров 6 решающий блок 8 подключается к выходам последних. Если считывается состояние 111, то появляется сигнал на выходе 17 (срабатывают элементы И 51, ИЛИ 54) блока 8, который размыкает ключ 1, исключая возможный прием "1" очередного повторения. Состояние счетчика 2 (ill) не меняется и вновь переписывается в регистры 6 ° При счи35 тывании СИ 1 открывает ключ 1, подготавливая к приему очередного сообщения, Таким образом, устройство обладает более высокой помехоустойчивостью, так как при выполнении мажоритарного декодирования кодов с (2m-1) повторением, где m = 2, 3, 4, 5, 6, 7, используется сигнал стирания.

Причем ширина полосы стираний, от которой зависит вероятность повторения сигнала стирания Р и вероятность появления необнаруженной ошибки Р„„ (вероятность непоявления сигнала стирания при искажении элемента кодовой комбинации) в случае воздействия нестационарных помех является оптимальной, так как для ее регулировки используется алгоритм минимума среднего квадрата ошибки.

При приеме .со стиранием вероятность правильного приема равна Р„„ — 1 - P — Р„ . Отсюда видно, что при

599 10 оптимизации ширины полосы стираний уменьшаются Р, P„ H oabllll e ll P„„ .

Формула изобретения

Устройство для адаптивного мажоритарного декодирования телемеханических дублированных сигналов по авт, св. У 1005151, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения помехоустойчивости устройства, в него введен анализатор помех, выполненный на усилителях, пороговом блоке, переключателе, сумматоре и вычитателе, выход первого усилителя соединен непосредственно с первым входом вычитателя, первым прямым выходом сумматора и через пороговый блок с управляющим входом переключа— теля, выход второго усилителя соединен с информационным входом переключателя, первый и второй выходы которого соединены соответственно с вторым прямым и инверсным входами сумматора, выход сумматора соединен с вторым входом вычитателя, выход которого соединен с управляющим входом первого усилителя и вторым входом опознавателя символов, информационные входы первого и второго усилителей анализатора помех объединены и подключены к второму информацион-. ному входу устройства.

Таблица l

N Х„Х Х Х4 (!! !! 2

f45 3599

Тд блина 2

0

1453599

Составитель M. Никуленков

Техред М.Ходанич Корректор Г. Решетник

Редактор Н. Гунько

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 7301/55 Тираж 879 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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