Способ контроля качества канала связи
Владельцы патента RU 2321176:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Калужский научно-исследовательский институт телемеханических устройств" (RU)
Сущность изобретения заключается в том, что на передающей стороне сообщение кодируют помехоустойчивым кодом, который затем передают в канал связи, на приемной стороне помехоустойчивый код декодируют и, при успешном декодировании, определяют количество ошибок в принятых словах помехоустойчивого кода, а затем вычисляют коэффициент ошибок канала связи как отношение количества ошибок к количеству символов кода. В случае отказа от декодирования сообщение, закодированное помехоустойчивым кодом, передают повторно. При успешном декодировании повторно принятого кода восстановленное сообщение на приемной стороне снова кодируют тем же помехоустойчивым кодом, затем вычисляют поразрядную сумму по модулю два первого и второго принятых кодов и восстановленного кода и получают последовательности ошибок в принятых помехоустойчивых кодах, далее подсчитывают количество ошибок в этих последовательностях и определяют коэффициент ошибок в канале связи как отношение количества ошибок к удвоенному количеству символов помехоустойчивого кода. В случае отказа от декодирования помехоустойчивого кода, при его повторной передаче, первый и второй принятые коды складывают поразрядно по модулю два. Затем подсчитывают количество ошибок в полученной последовательности и коэффициент ошибок определяют как отношение количества ошибок к удвоенному количеству символов помехоустойчивого кода. Технический результат изобретения способа заключается в повышении точности контроля качества канала связи.
Изобретение относится к области техники связи и может быть использовано в системах передачи дискретной информации для контроля качества канала, в котором передают сообщения, защищенные помехоустойчивым кодом.
Способ, описанный в настоящей заявке, может применяться в системах с квитированием сообщений. В таких системах после успешного декодирования кода и приема сообщения по каналу обратной связи передают квитанцию. При отсутствии квитанции сообщения, закодированные помехоустойчивым кодом, передают повторно. Многие технологии пакетной передачи сообщений, такие как МСЭ-Т Х.25, TCP/IP и другие предусматривают квитирование и повторную передачу сообщений, за счет чего обеспечивается высокая вероятность доведения сообщений.
В канале связи передают символы помехоустойчивого кода, полученные в результате кодирования символов исходного сообщения. На приемной стороне при декодировании помехоустойчивого кода исходное сообщение однозначно восстанавливается, если количество ошибок в символах помехоустойчивого кода не превышает корректирующей способности кода. Поэтому в канале связи передают сообщения, защищенные помехоустойчивым кодом.
Предлагаемый способ позволяет осуществлять процесс постоянного слежения за приемом информации (мониторинг) и с высокой точностью контролировать качество канала связи. Он может использоваться в адаптивных системах передачи информации для выбора оптимальной рабочей частоты, скорости передачи, параметров помехоустойчивого кода (информационной длины и избыточности кода) при изменении помеховой обстановки в канале связи. Для осуществления способа не требуется передача специальных тестовых последовательностей, определение качества канала связи выполняется в рабочем режиме под полезной нагрузкой и без снижения скорости передачи информации в канале связи.
Качество канала связи в рассматриваемом способе оценивается коэффициентом ошибок p канала связи, равном отношению количества ошибок r в принятом из канала сообщении к общему количеству m символов в этом сообщении
Известен способ контроля качества канала связи, при котором осуществляют передачу испытательной последовательности по каналу связи. На выходе канала из принятой испытательной последовательности вычитают передаваемую испытательную последовательность и в результате получают последовательность ошибок, с помощью которой затем вычисляют параметры канала связи, характеризующие его качество (Элементы теории передачи информации, под ред. Л.П.Пуртова, М.: Связь, 1972, стр.39).
Недостатком этого способа является снижение точности контроля качества канала связи, обусловленное тем, что в случае неприема испытательной последовательности ошибки в непринятой последовательности не учитываются при определении качества канала связи.
Наиболее близким к предлагаемому способу является способ (прототип), при котором на передающей стороне сообщение кодируют помехоустойчивым кодом, который затем передают в канал связи, на приемной стороне помехоустойчивый код декодируют и, при успешном декодировании, определяют количество ошибок в принятом помехоустойчивом коде, а затем вычисляют коэффициент ошибок канала связи как отношение количества ошибок к количеству символов помехоустойчивого кода [Советов Б.Я., Стах В.М. Построение адаптивных систем передачи информации для автоматизированного управления. Л.: Энергоиздат. Ленингр. отделение, 1982, стр.41].
Недостатком этого способа является низкая точность контроля качества канала связи, поскольку количество ошибок определяют только в успешно декодированном помехоустойчивом коде.
Цель изобретения - повышение точности контроля качества канала связи за счет того, что в каналах связи с квитированием сообщений количество ошибок в помехоустойчивом коде определяют с учетом повторения помехоустойчивых кодов, которые вначале не были декодированы.
Для достижения цели предложен способ, заключающийся в том, что на передающей стороне сообщение кодируют помехоустойчивым кодом, который затем передают в канал связи, на приемной стороне помехоустойчивый код декодируют и при успешном декодировании определяют количество ошибок в принятом помехоустойчивом коде, а затем вычисляют коэффициент ошибок канала связи как отношение количества ошибок к количеству символов помехоустойчивого кода. Новым является то, что с приемной стороны канала связи при успешном декодировании помехоустойчивого кода передают квитанцию на передающую сторону. В случае отсутствия квитанции на передающей стороне помехоустойчивый код передают повторно. При успешном декодировании повторно принятого помехоустойчивого кода на приемной стороне получают сообщение, которое затем снова кодируют тем же помехоустойчивым кодом, восстанавливают помехоустойчивый код и затем вычисляют поразрядные суммы по модулю два первого принятого помехоустойчивого кода и восстановленного помехоустойчивого кода, второго принятого помехоустойчивого кода и восстановленного помехоустойчивого кода, получают последовательности ошибок в первом и во втором помехоустойчивых кодах, далее подсчитывают общее количество ошибок в этих последовательностях и определяют коэффициент ошибок в канале связи как отношение количества ошибок к удвоенному количеству символов помехоустойчивого кода. В случае отказа от декодирования помехоустойчивого кода, при его повторной передаче, первый и второй принятые помехоустойчивые коды складывают поразрядно по модулю два. Затем подсчитывают количество ошибок в полученной последовательности и коэффициент ошибок определяют как отношение количества ошибок к удвоенному количеству символов помехоустойчивого кода.
Предлагаемый способ контроля качества канала связи реализуется следующим образом.
На передающей стороне сообщение кодируют помехоустойчивым кодом, например двоичным помехоустойчивым циклическим кодом.
Для этого исходное сообщение представляют в виде информационного полинома f(x), коэффициентами которого являются информационные символы.
Помехоустойчивый код в полиномиальной форме записи имеет вид
где g(x) порождающий полином помехоустойчивого кода, n - блоковая длина, a k - информационная длина кода.
Далее двоичные символы помехоустойчивого кода, преобразованные в сигнал, поступают в канал связи. В канале связи возможно искажение передаваемого сигнала. Это может привести к тому, что на приемной стороне системы связи помехоустойчивый код будет принят с ошибками. При этом на приемной стороне будет получена последовательность
где e(x) - последовательность ошибок,
⊕ означает операцию поразрядного сравнения (поразрядную сумму по модулю два).
На приемной стороне осуществляют сначала прием, а затем декодирование помехоустойчивого кода.
Прием помехоустойчивого кода возможен лишь при установлении цикловой синхронизации кода. Поэтому для контроля качества канала связи необходимо наличие надежной цикловой синхронизации помехоустойчивого кода, которая позволяет с высокой достоверностью установить факт передачи кода и определить начало помехоустойчивого кода в том массиве символов (информационных или шумовых), которые непрерывно поступают на вход приемной части канала связи. При использовании помехоустойчивого циклического кода возможно применение кодовой цикловой синхронизации [Бек Г.В., Богданович В.Н., Киреев О.П. Метод синхронизации сообщений. Сб.: Построение и анализ систем передачи информации. М.: Наука, 1980, стр.84], которая обеспечивает высокую вероятность установления цикловой синхронизации.
Далее осуществляют декодирование помехоустойчивого кода. Декодирование кода выполняют с обнаружением и исправлением ошибок. Если помехоустойчивый код гарантированно исправляет t и менее ошибок в кодовом слове, то при декодировании кода с t и менее ошибками получают правильно принятое сообщение. При количестве ошибок в коде, большем t, но меньшем или равном s (s≥t) ошибок, ошибки гарантированно обнаруживают, и происходит отказ от декодирования кода. При количестве ошибок во внутреннем коде, большем величины s, возможен либо отказ от декодирования кода, либо возможно неверное декодирование (трансформация) кода, то есть принятое сообщение будет неверным (ложным).
В случае успешного декодирования кода (правильный прием сообщения) полученное сообщение заново кодируют тем же помехоустойчивым кодом аналогично тому, как это выполняют на передающей стороне канала связи, и при этом получают последовательность r(x). Последовательность r(x) полностью совпадает с последовательностью, которая передавалась по каналу связи. Далее складывают поразрядно по модулю два принятую последовательность q(x) и восстановленную последовательность r(x) и в результате получают последовательность ошибок
Последовательность ошибок e(x) будет содержать единицы на местах, где произошли ошибки в последовательности r(x), и будет состоять из нулей в остальных позициях. Теперь подсчитывают количество ошибок t в последовательности e(x), то есть в помехоустойчивом коде.
Коэффициент ошибок канала связи будет равен отношению числа ошибок t к общему количеству символов n в коде
При передаче сообщений в каналах связи низкого качества ошибки возникают в большом числе символов помехоустойчивого кода. При декодировании это может привести к стиранию или трансформации помехоустойчивого кода и, как следствие, к отказу от декодирования кода. В этом случае в каналах связи с квитированием сообщений помехоустойчивый код передают повторно. В результате на приемной стороне получают последовательность
которая в общем случае будет отличаться от ранее принятой последовательности q(x).
При успешной попытке декодирования повторно переданного кода сообщение заново кодируют тем же помехоустойчивым кодом и получают последовательность r(x). Последовательность r(x) совпадает с последовательностью, которая передавалась по каналу связи. Далее поразрядно складывают принятые последовательности q(x) и q1(x) с восстановленной последовательностью r(x) и получают две последовательности ошибок:
Затем подсчитывают количество ошибок t1 в последовательностях e(x) и e1(x), то есть в помехоустойчивых кодах, которые передавались в первый и во второй раз.
Коэффициент ошибок в этом случае будет равен отношению числа ошибок t1 к общему количеству символов в двух кодах 2·n, то есть
И, наконец, в случае отказа от декодирования помехоустойчивого кода, при его повторной передаче, принятые последовательности q(x) и q1(x), представляющие собой первый и второй помехоустойчивые коды с ошибками, складывают поразрядно по модулю два
В результате получают последовательность ошибок, содержащую ошибки первого и второго помехоустойчивого кода. В том случае, если позиции ошибок в двух кодах отличаются друг от друга, суммарная последовательность ошибок будет содержать точно такое же количество ошибок t2, что и в обеих кодах. Вероятность же совпадения ошибок в двух кодах имеет второй порядок малости (˜р2), и поэтому при малых коэффициентах ошибок (p<10-2) событиями совпадения ошибок в двух кодах можно пренебречь. В этом случае приближенная формула для оценки коэффициента ошибок запишется в виде
то есть коэффициент ошибок определяют как отношение количества ошибок к удвоенному количеству символов помехоустойчивого кода.
Для последней формулы получается поправочное слагаемое, приближенно учитывающее совпадение позиций ошибок в двух кодах. Вероятность совпадения ошибок в одной позиции оценивается величиной р2, всего позиций ошибок n, и среднее число совпадений ошибок будет равно n·р2, следовательно, число ошибок следует увеличить на эту величину, умноженную на 2. Таким образом, уточненную оценку коэффициента ошибок можно представить в виде
В качестве примера рассмотрим случай, когда в канале связи сообщения передают двоичным циклическим помехоустойчивым кодом Боуза - Чоудхури - Хоквингема (63,45) (кодом БЧХ) с исправлением тройных ошибок. При первой и повторной передаче кода произошли отказы от его декодирования. Причем были приняты следующие две последовательности ошибок
q(x)=000010000000000000000100000000000000100000100000000000000000000
q1(x)=000000001000000010000000000001000000000000000000001000000000000
Складывая поразрядно по модулю два принятые последовательности q(x) и q1(x), получим последовательность
h(x)=000010001000000010000100000010000000100000100000001000000000000,
содержащую 8 ошибок. Тогда по формуле (10) коэффициент ошибок запишется в виде
р=8/(2·63)=0.0635,
а уточненная оценка по формуле (11)
р=0.0635+(0.0635)2=0.0675,
что и будет искомым параметром канала связи, характеризующим его качество.
В предлагаемом способе качество канала связи определяют для канала с квитированием сообщений, в котором помехоустойчивые коды, которые сначала не были декодированы, передают повторно. При этом возможны следующие три случая:
- помехоустойчивый код был успешно декодирован после первой его передачи;
- помехоустойчивый код сначала не был декодирован, но был успешно декодирован при его повторной передаче;
- помехоустойчивый код не был декодирован и при его повторной передаче.
Учет всех этих трех возможных вариантов результатов декодирования помехоустойчивого кода позволяет повысить точность контроля качества канала связи. Немаловажное значение для реализации предлагаемого способа имеет наличие надежной цикловой синхронизации помехоустойчивого кода. Высокая точность контроля качества канала связи возможна лишь при правильном определении начала кода.
Достигаемым техническим результатом предлагаемого способа является повышение точности контроля качества канала связи.
Способ контроля качества канала связи, заключающийся в том, что на передающей стороне сообщение кодируют помехоустойчивым кодом, затем двоичные символы помехоустойчивого кода, преобразованные в сигнал, поступают в канал, на приемной стороне помехоустойчивый код декодируют и при успешном декодировании определяют количество ошибок в принятом помехоустойчивом коде, а затем вычисляют коэффициент ошибок канала связи как отношение количества ошибок к количеству символов помехоустойчивого кода, отличающийся тем, что с приемной стороны канала связи при успешном декодировании помехоустойчивого кода передают квитанцию на передающую сторону, в случае отсутствия квитанции на передающей стороне помехоустойчивый код передают повторно, при успешном декодировании повторно принятого помехоустойчивого кода на приемной стороне получают сообщение, которое затем снова кодируют тем же помехоустойчивым кодом, что на передающей стороне, при этом восстанавливают помехоустойчивый код без ошибок и затем вычисляют поразрядные суммы по модулю два первого принятого помехоустойчивого кода и восстановленного помехоустойчивого кода, второго принятого помехоустойчивого кода и восстановленного помехоустойчивого кода, получают последовательности ошибок в первом и во втором помехоустойчивых кодах, далее подсчитывают общее количество ошибок в этих последовательностях и определяют коэффициент ошибок в канале связи как отношение количества ошибок к удвоенному количеству символов помехоустойчивого кода, в случае отказа от декодирования помехоустойчивого кода при его повторной передаче первый и второй принятые помехоустойчивые коды складывают поразрядно по модулю два, затем подсчитывают количество ошибок в полученной последовательности и коэффициент ошибок определяют как отношение количества ошибок к удвоенному количеству символов помехоустойчивого кода.
