Кодек несистематического сверточного кода
Изобретение относится к вычислительной технике и технике связи. Его использование в системах цифровой связи позволяет повысить помехоустойчивость. Кодек состоит из передающей стороны 1, приемной стороны 2 и канала 3 связи. Передащая сторона 1 имеет кодер 4. Приемная сторона 2 содержит вычислитель 6 синдрома, вычислитель 7 оценок, анализатор 9 синдрома, коммутатор 10 и мажоритарный элемент 11. Благодаря введению на передающей стороне кодера 5, на приемной сторонеблока 8 сумматоров по модулю два, декодеров 12, 13, генератора 14 импульсов, ключевого элемента 15, элемента ИЛИ 16, формирователя 17 временного интервала и порогового счетчика 18, кодек реализует получение квазиортогонального несистематического сверточного кода, минимальный вес кодовых слов которого больще, чем ортогонального несистематического сверточного кода. 2 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (ц) H 03 Yi !3/12
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
H А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ
ПРИ П1НТ СССР (21) 4398980/24-24 (22) 29.03.88 (46) 23.07.90. Бюл. В 27 (72) С.И.Приходько, Л.С.Сорока, А.С.Столяров, В.И.Глушков и А.Г.Снисаренко (53) 621.394.14 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
В 605324, кл. Н 03 M 13/12, 1976.
Авторское свидетельство СССР
К 777814, кл. Н 03 И 13/12, 1978.
Авторское свидетельство СССР
У 1327296, кл. Н 03 М 13/00, 1985.
Патент США Р 3662338, кл. С 06 F 11/12, опублик. 1972. (54) КОДЕК НЕСИСТЕМАТИЧЕСКОГО СВЕРТОЧНОГО КОДА (57) Изобретение относится к вычислительной технике и технике связи. Его
Г 1
„.,SU„„ (LG6Z А1
2 использование в системах цифровой связи позволяет повысить помехоустойчивость. Кодек состоит из передающей стороны 1, приемной стороны 2 и канала 3 связи. Передающая сторона 1 имеет кодер 4. Приемная сторона 2 содержит вычислитель б синдрома, вычислитель 7 оценок, анализатор 9 синдрома, коммутатор 10 и мажоритарный элемент 11, Благодаря введению на передающей стороне ко. åó а 5, на приемной стороне — блока 8 сумматоров по модулю цва, декодеров 12, 13, генератора 14 импульсов, ключевого элемента 15, элемента ИЛИ 16, формирователя 17 временного интервала и порогового счетчика !8, кодек реализует получение кваэиортогонального несистематического сверточного кода, минимальный вес кодовых слов которого больше, чем ортогонального несистематического сверточнога кода. 2 ил.
1580567
Изобретение относится к вычислительной технике и технике связи и может быть использовано в системах цифровой связи.
Цель изобретения - повьш ение помехоустойчивости.
На фиг.1 приведена блок-схема кодека, на фиг.2 - схема его конкретной реализации. 10
Кодек несистематического сверточного кода состоит из передающей 1 и приемной 2 сторон и канала 3 связи.
Передаюцая сторона 1 содержит первый
4 и второй 5 кодеры, приемная сторона 2 — вычислитель 6 синдрома, вычислитель 7 оценок, блок 8 сумматоров по модулю два,. анализатор 9 синдрома, коммутатор 10, мажоритарный элемент 11, первый 12 и второй 13 деко- 20 деры, генератор 14 импульсов, ключевой элемент 15, элемент ИЛИ 16, формирователь 17 временного интервала и пороговый счетчик 18. На фиг,1 показаны также вход 19, первый 20 и 25 второй 21 выходы кодека.
Первый кодер 4, генерирующий кодовые слова ортогонального несистематического сверточного кода, предназначен для формирования по информационным символам символов проверочной последовательности. В качестве
i,.ogepa используется (фиг.2} регистр
22,сдвига, связанный с сумматорами
23 и 24 по модулю два. Длина регистра сдвига, число сумматоров по модулю два и их связи определяются порождающими полиномами ортогонального
t несистематического сверточного кода.
Второй кодер 5 предназначен для формирования добавочных проверочных разрядов в порождающих полиномах квазиортогонального несистематического сверточного кода, позволяюц1их обнаружить факты ошибочного декодирования принятых информационных сигналов на приемной стороне 2. Второй кодер 5 представляет собой регистр 25 сдвига, связанный с первым 26 и вторым 27 сумматорами по модулю два число раз- 0 рядов регистра 25 и связи обусловлеHbI видом дополнительных полиномов в порождающих полиномах квазиортогонального несистематического сверточного кода.
Вычислитель. б синдрома предназначен для умножения принятых из канала
3 связи проверочных последовательностей квазиортогонального несистематического сверточного кода на порождающие полиномы ортогонального несистематического сверточного кода Р (х) и Р 1 (х) и для формирования синдромной последовательности из проверочной последовательности, которая принята, и проверочной последовательности, сформированной на приемной стороне 2. Вычислитель 6 синдрома представляет собой регистры 28 и 29 сдвига и сумматор 30 по модулю два, связи разрядов регистров 28 и 29 с сумматором 30 определяются порождающими полиномами Ро (х) и Рц (х) ортогонального несистематического сверточного кода.
Вычислитель 7 оценок предназначен для формирования сигналов оценок Е1, ортогональ ых относительно информационного символа> из кодовых слов ортогонального несистематического сверточного кода и представляет собой регистры 31 и 32 сдвига, связанные с сумматорами ЗЗ и 34 по модулю два, Длина регистров сдвига, число сумматоров по модулю два и их связи определяются структурой проверок для каждых конкретных полиномов ортогонального несистематического сверточного кода.
Блок 8 предназначен для исключения из рассмотрения на входах вычислителя 7 оценок дополнительных проверочных последовательностей M(x)«
«Г < (x) и M(x) Рр (х), образованных ум ожением информационной последовательности M(x) на дополнительные порождающие полиномы Р, (х) и P gz(x) в кодере, генерирующем кодовые слова квазиортогонального несистематического сверточного кода. Блок 8 представляет собой сумматоры 35 и Зб по модулю два.
Анализатор 9 синдрома предназначен для обнаружения ошибок в проверочных символах и представляет собои регистр 37 сдвига с обратными связями для записи последовательности синдромов S и соединенный с ним логический блок 38, вырабатывающий следующие сигналы:
Т,=$, $ $5 S6j
$4$5$6 +
Т,=$, + $1 $6 4 $„$Ф + $,$,$, °
Последовательный выход регистра
37 сдвига подключен к ключевому эле5 158 менту 15 и пороговому счетчику 18.
Коммутатор 10 предназначен для исключения иэ рассмотрения на входе мажоритарного элемента 11 той оценки Е
Э номер которой совпадает с номером отличной от нуля функции Т:, в случае, если Т,=1.
Иажоритарный элемент 1.1 предназначен для принятия решения о достоверности принятых символов по большинству оценок Е на первом выходе, а также формирования на втором выходе на основе оценок Е сигнала Т .
Таким образом, То (Е, Ег Ез Е ) + (Е, Ег Е Е )+
+ (Е, Ег Е Е ) + (Е, Е,.Е Е)+
+ (E ЕгЕзE+) +(Е, Ег ЕзЕ ) 0567 6
20 гонального несистематического сверточного кода.
Пороговый счетчик 18.предназначен для подсчета количества сигналов ошибок, поступающих с второго выхода анализатора 9 синдрома, и выдачи сигнала о наличии ошибок на выход 21 в случае переполнения. Порог срабатывания порогового счетчика 18 выбирается исходя из корректирующих свойств квазиортогонального несистематического сверточного кода и требований по допустимой вероятности трансформации сообщений.
При работе кодека возможны три случая: декодирование информации происходит при отсутствии ошибок; декодирование информации происходит при наличии ошибок, уровень которых меньше или равен корректирующей способ25
Первый 12 и второй !3 декодеры представляют собой схемы умножения декодированной информационной последовательности на полиномы вида P (х)=
=,Р„(х) - Р )g (х) и P (х) =Р„, P (х), P q, (х) и Р г (х) . Первый декоДер 12 ооразован регистром 39 сдвига и сумматорами 40 — 42 по модулю два, второй декодер 13 — регистром 43 сдвига и сумматором. 44 по модулю два (так как в этом примере P, (х) =Р . (х) ) .
Генератор 14 импульсов формирует импульсы, необходимые для работы формирователя 17 временного интервала.
Ключевой элемент t5 предназначен для подачи импульсов с выхода генератора
14 импульсов на вход формирователя
17 временного интервала в промежуток времени от момента поступления на первый управляющий вход ключевого элемента 15 сигнала о наличии ошибок с второго выхода анализатора 9 синдрома до момента поступления на его второй управляющий вход сигнала с выхода элемента ИЛИ 16.
Формирователь 17 временного интервала предназначен для установления временного интервала анализа информации, поступающей на вход. порогового счетчика 18. В качестве формирователя 17 временного интервала используется счетчик, порог срабатывания которого выбирается исходя из допусти мой вероятности трансформации сообщений, длины кодовых ограничений, корректирующей способности квазиорто40
55 ности ортогонального несистематического сверточного кода; декодирование информации происходит при наличии ошибок, уровень которых больше корректирующей способности ортогонального несистематического сверточного кода.
В рассматриваемом кодеке за счет введения дополнительных кодера и декодеров, незначительно увеличивающих длину кодовых ограничений получаемого квазиортогонального несистематического сверточного кода, появляется возможность получения такого кода, минимальный вес кодовых слов которого увеличивается по сравнению с кодовыми словами ортогонального несистематического сверточного кода, приближаясь к весу лучших несртогональных кодов. И если в первом и втором случаях кодек работает идентично известным кодекам ортогонального несистематического. сверточного кода, сохраняя основное преимущество ортогонального несистематического сверточного кода — простоту технической реализации, то в третьем случае благодаря возросшему минимальному весу кодовых слов квазиортогонального несистематического сверточного кода появляется возможность обнаружения ошибок, вес которых больше веса ошибок, которые способны исправлять несистематический сверточный код.
Кодек работает следующим образом.
В исходном состоянии в регистрах
22, 25, 28, 29, 31, 32, 37 сдвига кодеров 4 и 5, вычислителя 6 синдрома, вычислителя 7 оценок, анализато1580567 ра 9 и декодеров 12 и 13 синдрома записаны нулевые сигналы. Содержимое порогового счетчика 18 и формировате( ля 17 временного интервала также равно нулю. Выход генератора 14 импуль.сов ключевым элементом 15 отключен от входа формирователя 17 временного интервала. В мажоритарном элементе
11 устанбвлено пороговое значение помин
»
Е - "-, где Йо м„и — минимальное кодовое расстояние ортогонального несистематического сверточного кода.
В пороговом счетчике 18 установлен (Io мин порог Y - -†-"- допустимого числа
2 ошибок на интервале W тактов в принимаемых из канала 3 связи закодированных последовательностях, сигнал с выхода порогового счетчика 18 появится в том случае, если пороговое
: .значение Y окажется превышенным. В формирователе 17 временного интерва ла установлен порог числа тактов W, и сигнал на его выходе появится в случае, если число W окажется превышенным.
На вход 19 кодека (вход кодера 4) в последовательном коде поступают с тактовым периодом ()Т .сигналы двоичной информационной последовательности И(х). Эта последовательность продвигается с тактовой частотой по разрядам регистра 22 сдвига кодера 4 и далее по разрядам регистра 25 сдвига кодера 5. В процессе этого движения последовательность M(x) с помощью сумматоров 23, 24, 26, 27 по модулю два, входящих в состав кодеров 4 и 5,, преобразуется в последовательности вида
N(x) (Р (х) х + Р (х)1-М(х)» (x)
M(x) (Р„, (x) x + Р)»(x)j=N(x)» е хР, (х), (1) которые в последовательном коде поступают на входы канала 3 связи. При этом сигналы проверочных последовательностей И(х)-Р „(х) и И(х) ° P)((х) искажаются воздействием помех Е,(х) и Е (х), т.е. из канала 3 связи поступают двоичные последовательности вида П, = M(x) Р „, (х)® Е ) (х);
П = И(х) Р„ (х)ЮЕ (х). (2)
»
В случае отсутствия ошибок, т.е.
F.<,(х)=Е (х)=О, последовательности вида (1) поступают в разряды регистров 28 и 29 сдвига вычислителя 6
10 синдрома и продвигаются по ним с тактовой частотой, В процессе этого движения эти последовательности преобразуются в последовательности вида
15 П (Роя (II P(), (х) = M(x) Р (х) Ро, (х) ) (3) которые поступают на вход сумматора
30 по модулю два, в котором покомпонентно сравниваются с последовательI )( костью M(x) (P + P ), поступающей на третий вход вычислителя 6 с второго выхода декодера 12, т.е.
5 (х)=П, Ро (x)+II 2 P(), (x)+M(x ))( ф (х) + p" (х))=И(х) (Х„(х) Р (х)"
30 i х +Р, (х) Ро (х)+Ро .(х) Ро, (х) х +
+P (x) P (x)+P (х). Р, (х) +
+Рщ (х) Р » (х)} 0.
Таким образом, если в канале 3 связи ошибок не возникло, то в регистр 37 сдвига анализатора 9 синдрома записывается нулевой синдром, т.е.
S(x)=0. Одновременно.с этим последовательности вида (1) поступают на первый и второй входы блока 8 (сумматоры 35, 36 по модулю два), на третий и четвертый входы которого поступают последовательности M(x) Р >„(x) и M(x) Ð (õ) с выходов декодера 1 3 (на фиг.2 у декодера 13 первый и второй выходы объединены). На первом и втором выходах блока 8 формируются
0 последовательности ортогонального несистематического сверточного кода
И(х) P„,,х и И(х)-eîé х, которые поступают на входы вычислителя 7 оценок. На выходах вычислителя 7 оценок
55 на каждом такте работы происходит формирование сигналов оценок Е >, ортогональных относительно каждого информационного символа последовательности И(х). Эти оценки поступают на
1580567
П, Р,кх (х)= (И(х). Р к, (х)+Е < (х)> Pzz(x) К
П Р, (х)=(И(х) Рк (х} Ек(х)). P„ (x), (6) которые поступают на входы сумматора
30 по модулю два, на котором покомпонентно сравниваются с последова" тельностью M(x) (Р (х)+Р (х)1, поступающей на третий вход вычислителя
6 с выхода первого декодера 12, т.е.. ((х)=П (х). Рог(х)+П (х) Р„ (х)+
"
«Р х, (х) +Р,х (х) Р>к (х)j, (4) +E,(x)g Р, (х)+(И(х) Pzz(x)+Ez(x)J к к Р (х) +М(х) Р„(х) Р, (х) +М(х) к которая поступает на управляющий вход вычислителя 6 синдрома, на выходах второго декодера 13 — в последовательности вида
М(х) P (х);
М(х) Р> (х). (я 40 коммутатор 10, где происходит исключение из рассмотрения на входе мажоритарного элемента 11.той оценки Е> номер которой совпадает с отличной от нуля функцией Т, в случае, если T =
=1. Если в канале 3 связи нет ошибок, следовательно, ТО=О, и первые выходы анализатора 9 синдрома не подключаются к первым управляющим входам комму- 10 татора 10. Система оценок Е поступает на мажоритарный элемент 11 (здесь формируется функция T О), где на каждом такте работы происходит принятие решения о достоверности каждого символа информационной последовательности M(x) ° Далее информационная последовательность M(x) .поступает на входы декодеров 12 и 13, где она продвигается с тактовой частотой по раз- q0 рядам регистров. 39 и 43 сдвига и выходит на информационный выход 20 устройства. В процессе этого движения последовательность М(х) с помощью сумматоров 40 — 42 и 44 по модулю 25 два преобразуется на выходе первого декодера 12 в последовательность вида которые поступают на входы блока 8.
Нулевой синдром, записанньй в регистр
37 сдвига анализатора 9 синдрома, не оказывает влияния на остальные блоки 45 приемной стороны 2 : не изменяется содержимое порогового счетчика !Я и состояние формирователя 17 временного интервала и ключевого элемента 15.
Кроме того, сигнал "Ошибка" на выхо- 50 де 21 отсутствует, а также каждый символ информационной последовательности М(х) по цепи обратной связи с выхода мажоритарного элемента 11 поступает иа управляющий вход вычисли- 55 теля 7 оценок и соответствуиицие разряды регистров 31 и 32 сдвига одновременно сигнал Е с nepsoro выхода вычислителя 7 оценок поступает на управляк)щий вход анализатора 9 синдрома.
В случае, если в канале 3 связи на длине кодового ограничения возникла однократная или двукратная ошибка, кодек работает следующим образом.
Как и в предыдущем случае, последовательности вида (2) поступают в разряды регистров 28 и 29 сдвига вычислителя 6 синдрома и продвигаются по ним с тактовой частотой ДТ. В процессе движения эти последовательности преобразуются к виду кР„(х) Р,(х)Ф0.
Таким образом, в регистр 37 сдвига анализатора 9 синдрома записывается ненулевой синдром. Одновременно с этим последовательности вида- (2) поступают на первый и второй входы . блока 8, а с его выходов снимаются последовательности ортогонального несистематического сверточного кода, пораженные ошибками первой или второй кратности, которые поступают в вычислитель 7 оценок. Пусть для определенности в канале 3 связи возникла двукратная ошибка, тогда в соответствии с алгоритмом работы кодека в коммутаторе 10 происходит исключение из рассмотрения на входе мажоритарного элемента 11 той оценки
Е, номер которой совпадает с отлйчной от нуля функцией Т, формируемой в логическом блоке 3 анализатора 9 синдрома и подключаемой к первым управляющим входам коммутатора
15805б7
10 при Т =1. Скорректированная систе,о ма оценок Е поступает на мажоритар3 нЬй элемент 11, где происходит принятие решения о достоверности каждого
Информационного символа последова5 тельности И(х}. Так как кратность
Возникшей в канапе 3 связи ошибки не превышает корректирующей способности кода, то на приемной стороне 2 происходит исправление двукратной ошибки, и трансформации сообщения нет.
Далее информационная последовательность поступает на декодеры 12 и 13, продвигаясь по разрядам регистров
39 и 43 сдвига, и в последовательном
|cope выходит на выход 20 кодека. В
Процессе этого движения последовательность M(x) с помощью сумматоров
40 — 42 по модулю два преобразуется на выходе первого декодера 12 в по, следовательность вида (4), которая поступает на третий вход вычислителя
6 синдрома, на выходах второго декодера 13 — в последовательности вида 25 (5), которые поступают на входы бло-ка 8.
На выходах блока 8 формируются последовательности ортогонального »есистематического сверточного кода, пораженные двукратной ошибкой вида (7) (M(x) P „(x)+E.) (x))+M(x) P ), (х); (М(х) P «(x)+Ez(x))+M(x) Р)х(х) . (7) Так как синдром, записанный в регистре 37 сдвига анализатора 9 синдрома, ненулевой, то пороговый счетчик 18 осуществляет подсчет числа ошибок, поступивших с второго выхода анализатора 9 синдрома на его счетный вход. Одновременно сигналы оши-, бок с второго выхода анализатора 9 синдрома поступают на первый вход ключевого элемента 15, подключая выход генератора 14 импульсов к входу формирователя 17 временного интервала. Поскольку по условию количество ошибок мало, формирователь 17 временного интервала подсчитывает Ы тактов и формирует на своем выходе сигнал раньше чем переполнится порогоУ
55 вый счетчик 18. Сигнал с выхода фор мирователя 17 временного интервала через элемент ИЛИ 16 осуществляет сброс содержимого формирователя 17 временного интервала, порогового счетчика 18 и возвращает в исходное состояние ключевой элемент 15, отключив выход генератора 14 импульсов от входа формирователя 17 временного интервала. На выходе порогового счетчика 18 сигнал "Ошибка" не появляется, а достоверная информация с выхода .20 поступает к получателю.. Очередной сигнал вызывает повторение указанных операций.
В случае, если в канале 3 связи на длине кодового ограничения возникла трех- и более кратная ошибка, исправляющей способности ортогонального несистематического сверточного.кода, входящего в состав квазиортогонального несистематического сверточного кода, недостаточно для коррекции ошибок. Работа кодека аналогична.
Пороговый счетчик подсчитывает число импульсов ошибок с второго выхода анализатора 9 синдрома и формирует сигнал "Ошибка", если произойдет его переполнение на временном интервале
Сигнал "Ошибка" не формируется только в том случае, если сами ошибки Е < (х) и Е (х) формируют последовательность,.являющуюся кодовым словом квазиортогонального несистематического сверточного кода (т.е. ошибки переводят сигналы одного кодового слова в другое, трансформируют его), или последовательность, отличающуюся от кодового слова квазиортогонального несистематического сверточного кода в числе разрядов V . В первом случае на пороговый счетчик 18 не поступает ни одного сигнала, а во втором поступает Ч сигналов, которые не вызывают переполнения счетчика.
Таким образом, в предлагаемом кодеке достигается повышение помехоустойчивости.
Формула изобретения
Кодек несистематического сверточного кода, содержащий канал связи, на передающей стороне — первый кодер, вход которого является входом кодека, на гриемной стороне — вычислитель синдрома, первый и второй входы которого подключены к одноименным выходам канала связи, выход вычислителя синдрома подключен к информационному входу анализатора синдрома, первые выходы которого соединены с пер13
1580567 ход генератора импульсов соеди..ен с информационным входом ключевого элемента, выход которого подключен к ин-. формационному вхо-р фсрмирователя временного интервала, pûõîä которого соединен с первым нхадо:. эле. ента
ИЛИ, выход которого подключ; я к второму управляющему вход- ключевого элемента и входам обнуле|шя формирователя временного интервала и порогоного счетчика, выход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ и является вторь,м выходом кодска.
Рог. 2
Составитель О.Ревинский
Техред Л.Сердюкова Корректор И.Муска
Редактор И.Шулла
Заказ 2023 Тираж бб4 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", r. ужгород, ул. Гагарина, 101 выми управляющими входами коммутатора, выходы которого подключены к входам мажоритарного элемента, первый выход которого соединен с управляющим входом вычислителя оценок, выхо5 ды которого подключены к соответствующим информационным входам коммутатора, второй выход мажоритарного элемента соединен с вторым управляющим входом коммутатора, управляющий вход анализатора синдрома подключен к первому выходу вычислителя оценок, отличающийся тем, что, с целью повышения помехоустойчивос5 ти, на передающей стороне введен второй кодер, первый — третий выходы первого кодера соединены с одноименными входами второго кодера, первый и второй выходы которого подключены к одноимейным входам канала связи, на приемной стороне введены первый и второй декодеры, генератор импульсов, формирователь временного интервала, ключевой элемент, элемент ИЛИ, 25 пороговый счетчик и блок сумматоров по модулю два, первый и второй входы которого подключены к одноименным выходам канала связи, входы первого и второго декодеров объединены и под- 30 ключсны к первому DbKo„ y мажорн ар ного элемента, выход первого декодера соединен с трет .им взводом вычислителя синдрома, первый и второй гыходь. второго декодера полк.лечены к третьему и четвертому входам блока сумматоров по моду; !:; два, перв..|й второй выходы которого соединены с одноименными информацпоннь и ?3ходам вычислителя оценок, третий вы.".од ВТорого декодера является первым ".ыходом кодека, второй выход ялаллэатора синдрома подкл лчен к счетному ьхаду порогового сч тчика и первому )-правляющему Входу !,люче!н г:) злеi "..ел" а, в
