Комбинированный универсальный способ исправления одиночных ошибок при передаче информации биимпульсным кодом манчестер ii

 

Изобретение относится к области систем обработки, хранения и передачи цифровых данных с возможностью обнаружения и исправления ошибок. Способ исправления одиночных ошибок при передаче информации биимпульсным кодом Манчестер II заключается в том, что определяют значение составляющих разрядов сигнала, передаваемого указанным кодом. В случае выявления одинаковых значений составляющих в каком-либо разряде фиксируют ошибку. Сигнал, передаваемый кодом Манчестер II, снабжен контрольным разрядом, значение которого устанавливают в зависимости от исходных значений информационных разрядов, задавая соответствующие характеристики указанного сигнала. Находят искаженную составляющую разряда, содержащего зафиксированную ошибку, по значениям других разрядов переданного сигнала с учетом указанных заданных характеристик и меняют ее значение. Техническим результатом, на достижение которого направлено данное изобретение, является повышение помехоустойчивости при передаче сигналов с возможностью исправления одиночных ошибок. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области систем обработки, хранения и передачи цифровых данных с возможностью обнаружения и исправления ошибок. Способ может быть осуществлен при передаче информации с использованием как проводных так и волоконнооптических канатов связи.

При оценке эффективности передачи информации по Манчестеру II последовательным кодом используют две характеристики: скорость передачи информации и информационную эффективность.

Скорость передачи информации характеризует предельные возможности передающей среды и технические возможности приемо-передающей аппаратуры и измеряется либо в бит/с или Гц/с и является величиной постоянной для конкретной реализации системы передачи информации.

Информационная эффективность передаваемой информации определяется, в основном, логической организацией обмена и зависит от форматов слов и сообщений, режимов работы, методов кодирования и поведения системы при отказах и сбоях и может быть измерена отношением полезной информации к общему объему передаваемой информации и определена как информационная эффективность слова, сообщения, массива информации, режима работы и т.д.

Информация в системах, выполненных в соответствии с ГОСТ 2675652-87, передается 20-разрядными словами, из которых три разряда отведены для передачи синхроимпульса и один контрольный разряд.

Таким образом, информационная эффективность слова (е) определяется как где m - число информационных бит в слове; N - общее число бит в слове.

Для передачи сообщения контроллер выдает командное слово, в ответ на правильно принятую информацию получает ответное слово, а количество информационных слов в одном сообщении может быть от 1 до 32.

В общем случае информационная эффективность сообщения определится следующим образом: где L - число информационных слов в сообщении, K - число служебных слов в сообщении. Для конкретного случая, когда e = 0,8, а К = 2 получим Анализ E_сб = E (L) показал, что при передаче информации короткими сообщениями (3-5 слов) величина информационной эффективности составляет около 50%, а при сообщениях длиной в 34 слова достигает 95% от максимального значения 0,8.

Появление ошибок при передаче информации вызывает необходимость повторения сообщений для локализации и идентификации искажений, что в свою очередь оказывает отрицательное влияние на информационную эффективность.

С точки зрения оценки надежности дискретного канала в целом необходимо учитывать, что ошибки могут возникнуть не только в линии связи, но и в устройстве кодирования (вероятность безоткатной работы которого равна P_код) и устройстве декодирования (которого равна P_декод), отказы в которых как принято считать, подчиняются экспоненциальному закону распределения, и тогда вероятность безотказной работы дискретного канала в целом P_канала определится как P_канала = P_код · P_л.с. · P_декод., где P_л.с. - вероятность безотказной работы линии связи.

Поведение последовательного канала информационного обмена при появлении помех только в линии связи с учетом того, что в каждом передаваемом слове введен один контрольный разряд, значение которого определяется суммой по модулю 2 информационных разрядов, т.е. 20 разряд в формате слов характеризуется следующим.

Введение дополнительного разряда снижает информационную эффективность слова, но с позиции теории помехоустойчивого кодирования, превращая 16-ти разрядные слова с кодовым расстоянием d = 1 в 17-ти разрядные слова с кодовым расстоянием d = 2, позволяет обнаруживать появление одиночных ошибок и всех ошибок нечетной кратности (3, 5, 7 и т. д).

Таким образом, наличие контрольного разряда в слове позволяет повторить передачу слова при его искажении.

Следовательно, при передаче N слов по линии связи N P_сл. слов будут переданы без искажений (где P_сл. - вероятность безошибочной передачи слова), а N (1-P_сл.) будут искажены и их придется повторить. При повторной передаче М(P_сл.) P_сл. слов будут переданы без искажений, а N (1-P_сл.) (1-P_сл.) будут искажены и их придется повторить и продолжать повторять передачу искаженных слов до полного их исчезновения.

Отметим, что заметное влияние на информационную эффективность оказывает вероятность искажения одиночного сообщения от величин 0,001 и ниже и наиболее существенно оно проявляется при большой длине сообщений (15-30 слов).

Исправление одиночных ошибок позволяет резко поднять информационную эффективность в условиях помех.

Полученные расчетным путем зависимости информационной эффективности с учетом возможной коррекции показывают, что исправление одиночных ошибок позволяет повысить информационную эффективность и делает канал практически чистым.

Известные методы исправления одиночных ошибок предполагают использование избыточных корректирующих кодов типа кодов Хэминга, Элай-есса, Рида-Мюллера и т.д.

Однако для реализации кодов Хэминга и Элайесса потребуется введение дополнительных разрядов (5 и 8 разрядов соответственно). Для передачи дополнительных разрядов необходимо использовать дополнительное слово или в лучшем случае половину слова. При введении дополнительных слов информационная эффективность упадет в 2 раза по сравнению с исходной, что сделает проведение исправления ошибок бессмысленным (E_сб = 0,5 · 0,8 L/L + 2, рис. 1). Использование полуслов является более эффективным способом, но это повлечет за собой существенное изменение протокола обмена, и в том и другом случае потребуется разработка дополнительной кодирующей и декодирующей аппаратуры.

Известны способы передачи информации с использованием кодов типа Манчестер, например способ, реализованный в устройствах, описанных в патентах США N 5007050 (публ. 09.04.1991), 5471462 (публ. 28.11.1995) и 5557280 (публ. 17.09,1996). В данных способах при передаче сигналов слова, передаваемые в коде Манчестер II, дополняются контрольным разрядом, предназначенным для проверки передаваемой кодовой комбинации по паритету. Однако такая проверка производится с целью обнаружения ошибки и повторения в этом случае передачи сигнала.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является реализованный в устройстве для декодирования сигналов способ исправления ошибок при передаче информации биомпульсным кодом Манчестер II, при котором определяют значение составляющих разрядов сигнала, передаваемого указанным кодом, и в случае выявления одинаковых значений составляющих в каком-либо разряде, фиксируют ошибку. В этом случае повторяют передачу сигнала (авторское свидетельство СССР N 1591189, публ. 07.09.1983).

Техническим результатом, на достижение которого направлено данное изобретение, является повышение помехоустойчивости при передаче сигналов с возможностью исправления одиночных ошибок.

Технический результат достигается тем, что в способе исправления одиночных ошибок при передаче информации биимпульсным кодом Манчестер II, при котором определяют значение составляющих разрядов сигнала, передаваемого указанным кодом, и в случае выявления одинаковых значений составляющих в каком-либо разряде, фиксируют ошибку, сигнал, передаваемый кодом Манчестер II, предварительно снабжают контрольным разрядом, значение которого устанавливают в зависимости от исходных значений информационных разрядов, задавая соответствующие характеристики указанного сигнала, находят искаженную составляющую разряда, содержащего зафиксированную ошибку, по значениям других разрядов переданного сигнала с учетом указанных заданных характеристик и меняют ее значение.

Значение контрольного разряда может быть задано суммированием по модулю два значений исходных информационных разрядов сигнала.

Зависимость информационной эффективности сообщения (E_сб) от числа информационных слов в сообщении (L) приведена на фиг. 1. На фиг. 2. показан сигнал, передаваемый с использованием комбинированного способа исправления одиночных ошибок. На фиг. 3 и 4 показана реализация методов кодирования информации при передаче ее по различным каналам связи.

Поскольку при кодировании одного бита исходной информации по существу используются два бита передаваемой информации, то есть 1=01, а 0=10, то запрещенными комбинациями в пределах разряда являются 11 и 00. Появление запрещенных комбинаций укажет на наличие ошибок, а значение контрольного разряда позволит восстановить искаженное значение.

При этом техническая реализация метода декодирования с исправлением одиночных ошибок не ухудшает информационную эффективность передаваемых сообщений и не требует доработки кодирующих устройств. Способ универсален, так как может быть использован на любых линиях связи: проводных, волоконно-оптических и т.д.

Формула изобретения

1. Комбинированный способ исправления одиночных ошибок при передаче информации биимпульсным кодом Манчестер II, при котором определяют значение составляющих разрядов сигнала, передаваемого указанным кодом, и в случае выявления одинаковых значений составляющих в каком-либо разряде фиксируют ошибку, отличающийся тем, что сигнал, передаваемый кодом Манчестер II, предварительно снабжают контрольным разрядом, значение которого устанавливают в зависимости от исходных значений информационных разрядов, задавая соответствующие характеристики указанного сигнала, находят искаженную составляющую разряда, содержащего зафиксированную ошибку, по значениям других разрядов переданного сигнала с учетом указанных заданных характеристик и меняют ее значение.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что значение контрольного разряда задают суммированием по модулю два значений исходных информационных разрядов сигнала.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4