Устройство регистрации единичного элемента с использованием методов нечеткой логики

Полезная модель относится к технике связи, в частности, к устройствам, предназначенным для принятия решения о значении полученного дискретного двоичного сигнала. Устройство путем использования блока, задающего шкалу нечеткой плотности распределения моментов времени отсчетов, блоков, формирующих функции принадлежности о приеме «логического 0» и «логической 1», двух устройств макси-минной композиции и устройства коррекции позволяет повысить достоверность работы устройств, принимающих решение о регистрации единичного элемента (ЕЭ) - «логического 0» и «логической 1» - в условиях отсутствия априорной вероятностной и статистической информации о состоянии ЕЭ при наличии краевых искажений и дроблениях ЕЭ. Для этого в устройстве полученные после дискретизации сигнала отсчеты соотносятся с функциями принадлежности, характеризующими «хороший» прием «логической 1» или «логического 0»; осуществляется процедура решения нечеткого интеграла, после чего принимается решение о приеме двоичной единицы или нуля. Для увеличения достоверности приема ЕЭ на границе раздела принятия решения учитывается наличие зоны неопределенной регистрации, при попадании в которую выносится решение о приеме сигнала «стирание».

Полезная модель относится к технике связи, в частности, к устройствам, предназначенным для принятия решения о значении полученного дискретного двоичного сигнала.

Известен способ принятия решения о значении полученного двоичного сигнала по одному отсчету - метод стробирования (Теория передачи сигналов: Учебник для вузов / А.Г. Зюко, Д.Д. Кловский, М.В. Назаров, Л.М. Финк. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1986. - 304 с). Суть метода заключается в том, что значение единичного элемента проверяется в момент времени, наименее подверженный искажениям, т.е. в середине длительности единичного элемента путем подачи стробирующего импульса.

Недостатком этого способа является низкая помехозащищенность и относительно большая вероятность ошибки при наличии искажений в виде дробления сигнала или наличия импульсной помехи.

Известен способ принятия решения о значении полученного двоичного сигнала на основе метода многократных отсчетов - метод синхронного дискретного накопления (В.А. Котельников. Теория потенциальной помехоустойчивости. - М., Госэнергоиздат, 1956. - 152 с). Суть метода заключается в том, что для повышения помехоустойчивости приема двоичных импульсов решение о переданном символе принимается не по одному отсчету на длительности единичного импульса, а по нескольким, в общем случае по n некоррелированным отсчетам. Применение метода многократных отсчетов позволяет по сравнению с принятием решения по одному отсчету увеличить отношение сигнал/шум в n раз.

Недостатком этого способа является необходимость увеличения длительности элемента сигнала в n раз, что, в свою очередь, приводит к снижению скорости передачи сообщений также в n раз по сравнению с вариантом принятия решения по одному отсчету.

Известен способ принятия решения на основе интегрального метода, в котором регистрация элемента осуществляется в результате анализа процесса интегрирования в течение длительности его интервала ₀, который подвергся дроблению. (В.А. Котельников. Теория потенциальной помехоустойчивости. - М., Госэнергоиздат, 1956. - 152 с). Интегральный метод реализуется путем непрерывного интегрирования (аналоговое интегрирование) или дискретного сканирования отсчетами длительности ₀ и дальнейшего их суммирования.

Недостатком такого способа является недостаточный уровень защиты от краевых искажений и большого количества импульсных помех.

Существует способ приема сигналов с минимальной частотной модуляцией с учетом корреляционной связи между символами. При данном способе формируют первый и второй элементарные сигналы, соответствующие передаваемым логическим символам «0» и «1», формируют суммарный опорный сигнал, определяют значение суммарной корреляционной метрики входного сигнала, сравнивают значение суммарной корреляционной метрики с нулем и запоминают результат сравнения. Далее сравнивают между собой два последовательно полученных результата сравнения и принимают решение о приеме логического символа «0», если указанные результаты сравнения совпадают, либо решение о приеме логического символа «1», если указанные результаты сравнения не совпадают (патент РФ 2303855, кл. H04L 27/00, 2006).

Недостатком этого метода является высокая вероятность ошибки принятия решения о значении полученного сигнала логического «0» или «1» при оценке корреляционной метрики в момент фиксации длительности k-го (k+1) символа из-за краевых и (или) импульсных помех.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство распознавания сигналов со стиранием в качестве контроля качества приема (Шувалов В.П. Прием сигналов с оценкой их качества - М.: Связь, 1979. - 240 с). Устройство содержит первый счетчик значения длительности между соседними отчетами, второй счетчик значения длительности всего единичного элемента (ЕЭ), на входы которых подаются входной сигнал и тактовая частота задающего генератора; выход первого счетчика соединен с вычитателем, который, в свою очередь, соединяется с первым сумматором; выход с сумматора подается на первый вход перемножителя, на второй - выход со второго счетчика; перемножитель соединен со вторым сумматором, выход которого соединен с входом решающего устройства, сравнивающего полученные от сумматора значения с пороговыми и выносящее решение о приеме сигналов «логический 0», «логическая 1» или «стирание».

Недостатком данного устройства является существенная потеря информации о принятом символе (о форме сигнала) при регистрации ЕЭ после порогового устройства (ПУ), что приводит к увеличению вероятности ложных стираний. Такая ситуация может возникнуть из-за неоднозначности определения (или необоснованном выборе) уровня порога срабатывания ПУ как при краевых искажениях, так и при дроблениях ЕЭ. Кроме того, в данном устройстве отсутствует возможность адаптации к изменениям значения сигнал/шум.

Целью полезной модели является повышение достоверности работы устройств, принимающих решение о регистрации ЕЭ в условиях отсутствия априорной вероятностной и статистической информации о состоянии ЕЭ при наличии краевых искажений и дроблениях ЕЭ.

Указанная цель достигается применением в предлагаемой модели устройства блока дискретизации принятого сигнала, способа сканирования длительности ЕЭ и дальнейшего анализа отсчетов в дискретные моменты времени, решающего устройства, выносящего решение о приеме сигналов «логический 0», «логическая 1» или «стирание», отличающегося тем, что дополнительно снабжено блоком, задающим шкалу нечеткой плотности распределения моментов времени отсчетов; блоком, формирующим функции принадлежности о приеме «логического 0» и «логической 1»; двумя устройствами макси-минной композиции; устройством коррекции.

На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемой модели устройства регистрации двоичного сигнала. Модель реализует способ регистрации единичного элемента с использованием методов нечеткой логики (патент РФ 2473958, кл. G06F 17/00, G06N 7/02, 2013).

На вход устройства дискретизации 1 подается принимаемый сигнал u(t). Выход блока 1 соединен с первыми входами блоков 2 и 3. Выходы блока 2 соединены с первыми входами устройства макси-минной композиции 4 и 5. Выходы блока 3 соединены со вторыми входами устройства макси-минной композиции 4 и 5. Значение, полученное на выходе блока 4, подается на первый вход устройства коррекции 6 и на второй вход решающего устройства 7. Значение, полученное на выходе блока 5, подается на второй вход устройства коррекции 6 и на третий вход решающего устройства 7. Первый выход блока 6 соединен с первым входом блока 7, второй - со вторым входом блока 2, третий - со вторым входом блока 3. На выходе решающего устройства 7 выдается сигнал о приеме «логического 0» или «логической 1», либо формируется сигнал «стирание».

Устройство работает следующим образом (рассматривается когерентный канал связи).

Блок 1 осуществляет дискретизацию принятого сигнала u(t) в интервале длительности ЕЭ ₀, через дискретные моменты времени _i, i=0, 1, 2, 3, , n (где n - количество отсчетов на интервале ₀ ЕЭ).

Блок 2 априорно задает шкалу нечеткой плотности распределения моментов времени отсчетов g(_i)[0, 1], сумма которых соответствует условию 0<g(_i)1.

Блок 3 соотносит отсчеты u(_k), k=1, 2, 3, , n-1, (процедура фазификации) с априорной оценочной шкалой по правилу:

для решения о приеме «логической 1» -

,

для решения о приеме «логического 0» -

,

где - терм множеств, который характеризуется функцией принадлежности .

Функции принадлежности и , соответствующие «хорошему приему 1» и «хорошему приему 0» соответственно, формируются априорно на основании экспертной оценки.

Блок макси-минной композиции 4 выполняет процедуру свертки (дефазификации) путем решения нечеткого интеграла для значений и g(_k) по формуле:

,

где g(·) - мера сигнала логической единицы (1 или 0).

Блок 5 выполняет процедуру свертки (дефазификации) путем решения нечеткого интеграла для значений и g(_k) по формуле:

.

Устройство коррекции 6 по полученным данным от блоков 4 и 5 при необходимости выполняет коррекцию F-шкал и блоков 2 и 3 соответственно.

Решающее устройство 7 принимает решение о регистрации ЕЭ по правилу (фиг. 2):

где - знак эквивалентности.

Сигнал «стирание» вводится для увеличения достоверности приема ЕЭ на границе раздела принятия решения и учитывает наличие зоны неопределенной регистрации (ЗНПР) (фиг. 2). Область ЗНПР также является нечетким множеством D_З(u):

,

где - нормированная функция принадлежности.

Использование предлагаемой модели устройства позволяет в условиях наличия краевых искажений или дроблений принимаемого сигнала повысить достоверность принятия решения о регистрации единичного элемента («логического 0» или «логической 1») или вынести решение о плохом качестве принятого сигнала.

Устройство для регистрации двоичных сигналов на основе нечеткой логики, использующее способ сканирования длительности единичного элемента (ЕЭ) цифрового сигнала данных и дальнейшего анализа отсчетов в дискретные моменты времени, содержащее блок дискретизации принятого сигнала, решающее устройство, формирующее решение о приеме сигналов «логический 0», «логическая 1» или «стирание», отличающееся тем, что дополнительно снабжено блоком, задающим шкалу нечеткой плотности распределения моментов времени отсчетов (блок «шкалы »); блоком, формирующим функции принадлежности о приеме «логического 0» и «логический 1» (блок «шкалы »); двумя устройствами макси-минной композиции; устройством коррекции; выход блока дискретизации соединен с первыми входами блоков «шкалы » и «шкалы », выходы блоков «шкалы » и «шкалы » соединены с устройствами макси-минной композиции; выходы блоков макси-минной композиции подаются на первый и второй входы устройства коррекции и на второй и третий входы решающего устройства; первый выход устройства коррекции соединен с первым входом решающего устройства, второй - со вторым входом блока «шкалы », третий - со вторым входом блока «шкалы ».

РИСУНКИ