Способ обработки бинарных сигналов данных, принимаемых на фоне шумов

Изобретение относится к технике электрической связи и может быть использовано в любых информационных системах. Технический результат состоит в повышении помехоустойчивости, пропускной способности и качества информационной продукции. Для этого способ обработки бинарных сигналов данных, принимаемых на фоне шумов, содержит процедуры преобразования входного сигнала в электрические заряды, индивидуальные оценки состояния символов запоминают в аналоговой или цифровой форме, а затем из них формируют обобщенные оценки состояния для каждого символа посредством добавления к их удвоенным индивидуальным оценкам оценок сходства-различия с соседними по потоку данных символами, которые определяют путем выбора по критерию максимальной абсолютной величины суммы или разности индивидуальных оценок сравниваемых символов, а обобщенные оценки сравнивают с нулевым порогом и выносят решения о состоянии принятых символов.

 

Изобретение относится к технике электрической связи и может быть использовано в любых информационных системах для повышения помехоустойчивости, пропускной способности и качества информационной продукции.

Известен способ обработки бинарных сигналов данных, принимаемых на фоне шумов, который реализуют при частотной манипуляции посредством пропускания входного сигнала параллельно через два частотных фильтра с различными резонансными частотами, выпрямления и сглаживания выходных сигналов с фильтров. По величине и знаку выпрямленных и сглаженных электрических токов принимают решение о состоянии принимаемых символов [Теория оптимальных методов радиоприема при флуктуационных помехах. Гуткин Л.С. Госэнергоиздат, 1961].

Известен способ обработки бинарных сигналов данных, принимаемых на фоне шумов, выбранный за прототип [Котельников В.А. Теория потенциальной помехоустойчивости. Госэнергоиздат, 1956]. Входной сигнал преобразуют в двух параллельных ветвях обработки в электрические заряды посредством умножения его на ожидаемые сигналы и накопления результатов умножения в течение длительности символа. На основе соотношения величин и знаков накопленных электрических зарядов формируют индивидуальные оценки состояния символов и вырабатывают решение о состоянии принятого символа.

Недостатки способа: недостаточная помехоустойчивость приемников. Принимается решение только на основе обработки одиночных символов (посимвольная обработка). Не учитываются сходства и различия состояний обрабатываемого символа с состояниями соседних по информационному потоку символов, что ведет к потере ресурсов повышения помехоустойчивости.

Задачей является повышение помехоустойчивости.

Для решения задачи предложен способ обработки бинарных сигналов данных, принимаемых на фоне шумов, который состоит в следующем.

На первом этапе обработки осуществляют посимвольное преобразование входного сигнала в электрические заряды и формирование индивидуальных оценок состояния символов посредством умножения его на ожидаемые сигналы и накопления результатов умножения в течение длительности символа. Затем запоминают значения индивидуальных оценок символов в аналоговой или цифровой форме. Определяют оценки символов сходства-различия формируемого символа с соседними по потоку данных символами путем выбора по критерию максимума абсолютной величины суммы или разности индивидуальных оценок сравниваемых символов, соблюдая условие, что уменьшаемым является индивидуальная оценка формируемого символа, а вычитаемым - оценка символа, с которым его сравнивают, если формируемый символ опережает по времени поступления символ, используемый для сравнения, в противном случае оценки символов меняются местами. Формируют обобщенную оценку состояния для каждого символа посредством суммирования в накопителе-формирователе удвоенной оценки его индивидуального состояния и всех оценок сходства-различия данного символа с другими символами блока данных. Завершается обработка тем, что обобщенные оценки сравнивают с нулевым порогом и выносят решение: 1, если оценка больше порога, или 0, если она меньше порога.

Смысл формирования обобщенных оценок в том, что при сходных состояниях символов суммы их индивидуальных оценок увеличиваются по абсолютной величине, а разности уменьшаются. При различных состояниях - все наоборот. В формирователь-накопитель обобщенных оценок попадают с большей вероятностью оценки сходных по состоянию символов. Эта процедура увеличивает полезную составляющую формируемого символа пропорционально числу совместно обрабатываемых символов, а вклады от шумов усредняет, поскольку шумы на различных символах взаимно независимы. На выходе приемника получается существенный выигрыш в соотношении сигнал/шум по энергии и, как следствие, повышение верности принимаемых данных, что подтверждает достижение заявленных целей и изобретательский уровень предлагаемого способа.

Входной сигнал с аддитивными шумами преобразуют в электрические заряды путем умножения на ожидаемый сигнал и накапливают результаты умножения в течение длительности символа в интеграторе.

На выходе интегратора получают величину заряда, являющуюся индивидуальной оценкой состояния принятого символа. (В данном случае допускаем, что способ реализован для фазовой манипуляции на 180 градусов, который по В.А. Котельникову считается оптимальным по помехоустойчивости).

По знаку полученной оценки в известном способе принимают решение о состоянии принятого символа.

В предлагаемом способе индивидуальные оценки символов запоминают и формируют из них обобщенные оценки состояния для всех символов посредством суммирования их удвоенных индивидуальных оценок с оценками сходства-различия их состояний с состояниями соседних символов.

Указанные процедуры могут быть реализованы путем преобразования непосредственно электрических зарядов, накопленных на первом этапе обработки, а также путем преобразования зарядов в отображающие их электрические сигналы (например, методом преобразования «аналог-код») и обработки их соответствующими методами. Запоминание индивидуальных оценок, попарное сравнение их и выбор результата по критерию максимума абсолютной величины, а также суммирование оценок осуществляется с использованием простейших логических и арифметических элементов вычислительной техники. Обобщенные оценки сравнивают с нулевым порогом и выносят решение: 1, если оценка больше порога, или 0, если она меньше порога.

Полезный эффект от применения предлагаемого способа оценивается по уровню достигаемой помехоустойчивости относительно помехоустойчивости известного способа в аналогичных условиях. Помехоустойчивость определяется уровнем вероятности ошибок или уровнем отношения энергий сигнал/шум на выходе приемника, эквивалентным вероятности ошибок, что проще для анализа.

Известно, что вероятность ошибочного приема при реализации известного способа в данном варианте технического решения определяется по формуле

Вероятность ошибочного приема при реализации предлагаемого способа в том же приемнике в аналогичных условиях определяется по формуле:

где Q_Σ=2Q[1+(n-1)(1-P_{ош.совп})] - энергия полезной составляющей сигнала на выходе приемника,

- энергия шумовой составляющей сигнала на выходе приемника,

P_{ош.совп.} - вероятность ошибочного выбора оценок сходства-различия.

n - количество совместно обрабатываемых символов.

Энергетический выигрыш от применения совместной обработки определяется отношением подкоренных величин в формулах оценивания вероятностей ошибочного приема в известном и предлагаемом вариантах обработки:

при

P_{ош.совп.}<<1.

При n=1 выигрыш δ=1; при n=2 он равен δ=8/5=1,6; при n=3 δ=12/6=2; при n=4 δ=16/7≅2,286 и т.д. с уменьшением прибавочной доли выигрыша. Таким образом, взаимный учет оценок сходства и различия апостериорных состояний совместно обрабатываемых символов дает существенный выигрыш в помехоустойчивости приемников сигналов данных, что подтверждает полезность предлагаемого способа.

Способ обработки бинарных сигналов данных, принимаемых на фоне шумов, содержащий процедуры преобразования входного сигнала в электрические заряды, определения индивидуальных оценок состояния символов на основе сравнения величин и знаков накопленных электрических зарядов, отличающийся тем, что индивидуальные оценки состояния символов запоминают в аналоговой или цифровой форме, а затем из них формируют обобщенные оценки состояния для каждого символа посредством добавления к их удвоенным индивидуальным оценкам оценок сходства-различия с соседними по потоку данных символами, которые определяют путем выбора по критерию максимальной абсолютной величины суммы или разности индивидуальных оценок сравниваемых символов, а обобщенные оценки сравнивают с нулевым порогом и выносят решения о состоянии принятых символов.