Устройство контроля качества дискретного канала связи

 

Изобретение относится к вычислительной технике и технике связи, может применяться в аппаратурах передачи данных, использующих сверточное кодирование, и позволяет повысить точность контроля и расширить область применения за счет использования любых классов сверточных кодов. Устройство содержит декодер 1 сверточного кода, блок 2 выделения тактовых импульсов, обратный сверточный кодер 3, блок 4 задержки и блок 5 выделения ошибок. Благодаря введению блока 6 стробирования, счетчика 7 ошибок, буферного регистра 8, табличного преобразователя 9 кода и формирователя 10 прореженных импульсов в устройстве обеспечивается точное определение вероятности ошибки в канале 12 связи при кодировании информации в сверточном кодере 11 любым сверточным кодом. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) «

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И О П(РЫТИЯМ

ПРИ П(НТ СССР (21) 4601760/24-24 (22) 02.11.88 (46) 15.10.90, Бюл. № 38 (71) Одесский электротехнический институт связи им. А.С. Попова и

Научно-исследовательский институт радио (72) А.В. Салабай, Д В. Орлов, Ю.Ф. Коновалов и А.В. Брукер (53) 621.395.664(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 847519, кл. Н 04 В 3/46, 1978.

IEEE Transactions on Communications. — 1975, v. СОИ вЂ” 23, № 7, р. 770, йод.4. (54) УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА

-ДИСКРЕТНОГО КАНАЛА СВЯЗИ (57) Изобретение относится к вычислительной технике и технике связи. МоЩ)5 Н 03 М 13/12, Н 04 В 3/46

2 жет использоваться в аппаратах передачи данных, использующих сверточное кодирование и позволяет повысить точность контроля и расширить область применения эа счет использования любых классов сверточных кодов. Уст" ройство содержит декодер 1 сверточного кода, блок 2 выделения тактовых импульсов, обратный сверточный кодер

3, блок 4 задержки и блок 5 выделения ошибок. Благодаря введению блока

6 стробирования, счетчика 7 ошибок, буферного регистра 8 табличного ,преобразователя 9 кода и формирователя 10 прореженных импульсов. в устройстве обеспечивается точное определе-. ние вероятности ошибки в канале 12 Е связи при кодировании информации в сверточном кодере 11 любым сверточным кодом. 4 ил. С:

1599997

Изобретение относится к вычислительной технике и технике связи и может быть использовано при разработке и эксплуатации аппаратуры переда- 5 чи данных, использующей сверточное кодирование„

Цель изобретения — повышение точности контроля и расширение области применения за счет использования лю- 1р бых классов сверточных кодов.

На фиг. 1 приведена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2 пример выполнения сверточного кодера; на фиг. 3 — то же, обратного сверточ-15 ного кодера; на фиг. 4 — график зависимости вероятности P ошибки в дискретном канале от соотношения Ер/N о сигнал-шум для разных каналов,.

Устройство содержит декодер 1 свер-2р точного кода, блок 2 выделения тактовых импульсов, обратный сверточный кодер 3, блок 4 задержки, блок 5 выделения ошибок, блок 6 стробирования, счетчик 7 ошибок, буферный регистр 8, 25 табличный преобразователь 9 кода и формирователь 10 прореженных импульсов. На фиг. 1 показаны также сверточный кодер 11 и канал 12 связи, Блок

5 выделения ошибок представляет собой полусумматор, Блок 6 стробирования является элементом И. Декодер 1 сверточного кода представляет собой декодер по максимуму правдоподобия, работающий на основе алгоритма Витер35 би, Принимаемый устройством и декодируемый в декодере 1 сверточный код формируется сверточным кодером 11, содержащим (фиг. 2) регистр 13 сдвига, полусумматоры 14 и коммутатор 15, 40

Длина регистра 13 определяет длину К кодового ограничения, а соединения разрядов регистра 13. с полусумматорами 14 задает вид используемого кода.

Кодер 11 (фиг.2) задает кодовые гене- 45 раторы в двоичном виде (11101, 11001) или в восьмеричном виде (35, 31).

Длина кодового ограничения такого кода равна 5 °

Информационная последовательность

I(D) поступает на вход регистра сдвига и в течение времени, равного длительности одного информационного символа, с помощью коммутатора генерируется два кодовых символа, которые пос- . тупают в канал 12 передачи данных.

Таким образом, скорость кода в данном случае равна R - =1/2, В общем случае скорость кода может быть равной R=k/и где k и и — целые положительные числа и k (и, Сверточный код, один из кодовых генераторов. которого в двоичной форме имеет вид 100,,О, называется систематическим, а сверточный код, не обладающий таким свойством, — несистематическим. Быстропросматриваемым называется несистематический сверточный код с К = 1/2, кодовые генераторы которого, представленные в двоичной форме, отличаются только в одной позиции„ Например, кодовые генераторы быстропросматриваемого кода (11101, 11001) отличаются только в третьей справа позиции.

В большом классе систем передачи данных применяются несистематические сверточные коды, не являющиеся быстропросматриваемыми и обеспечивающие больший энергетический выигрыш кодирования,, Однако быстропросматриваемые коды позволяют восстанавливать переданную информацию без декодирования (и, следовательно, без исправления ошибок) с минимальным коэффициентом размножения ошибок, равным двум. Например, небыстропросматриваемый код (23, 31) обеспечивает энергетический выигрыш кодирования на 0,5 дБ больше, чем быстропросматриваемый код (35, 31) при той же сложности аппаратуры декодирования, Однако коэффициент размноженпя ошибок для кода (23, 31) равен 6 вместо 2 для быстропросматриваемого сверточного кода (35, 31) .

Обратный сверточный кодер 3, как следует из его названия, предназначен

I для операции, обратной той, что выполняется кодером 11 и служит для восстановления последовательности

I(D) информационных символов без исправления ошибок. Поэтому выполнение кодера 3 также обратно выполнению кодера 11. Обратный кодер 3 включает в себя (фиг. 3) коммутатор 16, регистры 17 сдвига и полусумматор 18. На фиг. Зп показано выполнение обратного сверточного кодера 3 для кода (35, 31), на фиг, 3 о — для кода (23, 31) .

Формирователь 10 прореженных импульсов представляет собой последовательное соединение делителя частоты и формирователя коротких импульсов.

Табличный преобразователь 9 кода реализуется на программируемом ПЗУ.

Устройство работает следующим образом.

5 159999

На информационный вход кодера 11, являющийся входом системы передачи информации, поступает последовательность I(D) информационных символов.

На тактовый вход кодера 11 поступают тактовые импульсы F . Последовательность Т(П) кодовых символов с выхода кодера 11 передается по дискретному каналу 12, качество которого необхо10

I димо контролировать. С выхода дискретного канала 12 последовательность

А

T(D) кодовых символов с внесенными каналом 12 ошибками поступает на вход декодера 1, обратного кодера 3 и блока 2 выделения тактовых импульсов, 15 который выделяет из последовательности Т(П) тактовые импульсы Fт,с частотой и фазой, равными частоте и фазе импульсов F<. Тактовые импульсы F используются дпя синхронизации остальных блоков устройства.

Декодер 1 исправляет большинство ошибок, внесенных дискретным каналом 12, а на его

25 выходе существует хорошая оценка I(D) последовательности I (D) информационных символов, поступающей на вход кодера 11. Кодер 3 восстанавливает последовательность I(D) информационных символов без исправления ошибок

30 и при этом размножает ошибки, вносимые дискретным каналом 12, причем вероятность P ошибки на выходе кодера

3 будет в коэффициент размножения К раэ больше, чем на его входе. После- 35 довательность I(D) задерживается блоком 4 задержки с целью выравнивания л задержек последовательностей I(0) и л

I(D)„ относительно последовательности Т(Р) .

Блок 5 выделения ошибок выполняет л сравнение последовательности Х (Р) информационных символов на выходе дел кодера 1 с их оценкой I(D), получаемой на выходе блока 4 задержки. Та- 45 кое сравнение дает на выходе блока 5 оценку Е(0) количества ошибок, внесенных дискретным каналом 12. Последовательность Е(0) подается на блок 6 стробирования, где стробируется такто-50 выми импульсами F>, поступающими с блока 2. Благодаря стробированию количество импульсов на выходе блока 6 равно количеству ошибок, выделенных в последовательность Е(Э). 55

Формирователь 10 прореженных импульсов через каждые М тактовых импульсов F формирует короткие импульсы. Промежуток между импульсами

7 6 на выходе формирователя 10 назовем интервалом анализа, В течение этого интервала счетчик 7 ошибок подсчитывает количество импульсов на выходе блока 6 или, что то же самое, количество ошибок, выделенных в последова-. тельность L(D). Код количества ошибок с выхода счетчика 7 ошибок подается на входы буферного регистра 8. По фронту импульсов, формируемых формирователем 10, код количества ошибок запоминается в регистре 8, а счетчик 7 ошибок обнуляется. Код количества ошибок, хранимый в буферном регистре 8, выдается на его выходы и присутствует на них до прихода следующего фронта импульсов на управляющем входе регистра 8. Таким образом, на выходах регистра 8 постоянно присутствует код количества ошибок, накопленных счетчиком 7 на предыдущем интервале анализа.

Длительность интервала анализа и емкость счетчика 7 ошибок выбирается следующим образом. Для получения дос" товерных результатов о вероятности P ошибки в последовательности E(D) количество ошибок, накопленных счетчиком !

7 в течение интервала анализа, должно быть не менее ста. Тогда длительность интервала анализа может быть определ л лена как М ) 100/Р, где P — оценка вероятности ошибки в канале 12, полученная подсчетом ошибок в последовательности E(D), а значение M измеряется количеством информационных тактовых импульсов F, в течение которых производится накопление ошибок. Полученное значение M увеличивается до бли— жайшего числа, являющегося степенью числа два. Значение M определяет.--. коэффициент деления частоты в форми13овал теле 10. Значение оценки P определяется по графику зависимости оценки вероятности ошибки от соотношения сигнал-шум в дискретном канале 12 для максимального рабочего соотношения сигнал-шум в канале E /N<> = 6 дБ, P = 0,025, тогда M > 100/P =100!

/0,025 = 4000, Выбираем длительность интервала анализа И = 4096 тактовых импульсов. Емкость счетчика 7 ошибок

Ф I Wr определяется ax L = M P, где P —оценка вероятности ошибки в дискретном канале 12, определяемой при мини мальном соотношении сигнал-шум. Так, например, при Е,/N = 2 дБ вероятность г = 0,2) а емкость счетчика 7, ошибок 1 = М P = 4096 0,25 = 1024.

1599997

Для обеспечения требуемой емкости счетчик 7 ошибок должен быть десятиразрядным,, Зависимость между оценкой Р вероятности ошибки и вероятностью P ошибки 5 в дискретном канале 12 нелинейна.Следовательно, код количества ошибок на выходе буферного регистра 8, прямо пропорциональный оценке P вероятнос10 ти, неточно отражает значение вероятности P ошибки в дискретном канале

12. Для получения более точного представления значения P код количества ошибок с выходов регистра 8 подается

15 на входы табличного преобразователя

9 кода, который преобразует код количества ошибок в последовательности

E(D) в двоичный код вероятности ошибки в дискретном канале 12. Таким об20 разом, на выходах преобразователя 9, являющихся выходами устройства, постоянно существует двоичный код P вероятности ошибки., отражающей качество дискретного канала 12. Информация для 25 записи в ППЗУ преобразователя 9 определяется следующим образом. Для каждого возможного значения кода количества ошибок S на выходах буферного регистра 8 рассчитывается значение оценл кн вероятности ошибки по формуле P — S-И. Затем по графикам зависимостей вероятности P ошибки в дискретном кал нале 12 и ее оценки P от соотношения сигнал-шум в дискретном канале 12 определяется для каждого значения веро- 35 ятности P соответствующее значение вероятности ошибки в канале Р, Двоичный код, соответствующий вероятности

Р, записывается в ППЗУ по адресу, равному коду количества ошибок на вы40 л ходах регистра 8. Зависимость Р и P от соотношения сигнал-шум в канале передачи данных может быть определена путем расчетов, либо экспериментально.

На фиг. 4 для сравнения приведены 45 зависимости вероятности P ошибки на выходе дискретного канала с квадратичной фазовой модуляцией ФИ-4; кривая Л, на выходе декодера 1 для кода (35, 31) кривая В и для кода (23,31) 50 кривая С.

Увеличение точности контроля качества дискретного канала в предлагаемом устройстве достигается за счет компенсации нелинейной зависимости оценки вероятности ошибки от вероят— ности ошибки в дискретном канале.

Устройство рассчитано на использование любых классов сверточных кодов с декодированием по алгоритму

Витерби.

Формула и з о б р е т е и и я

Устройство контроля качества дискретного канала связи, содержащее декодер сверточного кода, информационный вход которого объединен с входом блока выделения тактовых импульсов и информационным входом обратного сверточного кодера и является входом устройства, выход блока выделения тактовых импульсов подключен к тактовым входам блока задержки, декодера сверточного кода и обратного сверточного кодера, выход которого соединен с информационным входом блока задержки, выход которого и выход декодера сверточного кода подключены к первому и второму входам блока выделения ошибок, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения точности контроля и расширения области применения эа счет использования любых классов сверточных кодов, в устройство введены счетчики ошибок, буферный регистр, табличный преобразователь кода, блок стробирования и формирователь прореженных импульсов, вход которого объединен с первым входом блока стробирования и подключен к выходу блока выделения тактовых импульсов, выход блока выделения ошибок соединен с вторым входом блока стробирования, выход которого подключен к счетному входу счетчика ошибок, выход формирователя прореженных импульсов соединен с входом разрешения записи буферного регистра и входом обнуления счетч..ка ошибок, выходы которого подключены к информационным входам буферного регистра, выходы которого соединены с входами табличного преобразователя кода, выходы которого являются выходами устройства.

1599997

Фиг. 2

1599997

Eb l+o. +E

-1 0 7 2 3 4 5 б 7 J Ю 10 71

4 10-1

Составитель О. Ревинский

Техред р.дццык Корректор Л.Пилипенко

Редактор l0. Середа

Тираж 667

Подпис> ое

Заказ 3151

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ. СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г ° Ужгород, ул. Гагарина, 101