Устройство оценки вероятности ошибки на бит по результатам анализа искаженных кодовых слов

Полезная модель относится к области электрорадиотехники и связи, и может быть использована в системах передачи данных, использующих помехоустойчивое кодирование, а именно кодирование с помощью линейного блокового кода, образованного с помощью порождающей матрицы, для оценки вероятности ошибки на бит для текущего режима. Основной задачей, на решение которой направлено предлагаемое устройство, является получение оценки вероятности ошибки на бит по потоку искаженных кодовых слов, которые были образованы с помощью линейного блокового кода с параметрами (n, k, d) не прерывая при этом передачу полезной информации. Устройство оценки вероятности ошибки на бит содержит блок формирования последовательностей бит 1, являющийся входом устройства, m выходов которого подключены к соответствующим m входам параллельно включенных блоков оценки 2(1)2(m), каждый из которых состоит из последовательно соединенных первого сумматора 3(1)3(m), блока накопления 4(1)4(m), второго сумматора 5(1)5(m), делителя 6(1)6(m) и блока вычисления оценки вероятности ошибки на бит 7(1)7(m), а выходы с m блоков оценки 2(1)2(m) подключены к соответствующим m входам блока обработки 8, выход которого является выходом устройства. Заявляемое устройство оценивает вероятность ошибки на бит по потоку искаженных кодовых слов независимо от количества ошибок, содержащихся в принятых кодовых словах без использования при этом любых тестовых последовательностей, 2 ил.

Полезная модель относится к области электрорадиотехники и связи, и может быть использована в системах передачи данных, использующих помехоустойчивое кодирование, а именно кодирование с помощью линейного блокового кода, образованного с помощью порождающей матрицы, для оценки вероятности ошибки на бит для текущего режима.

В процессе функционирования адаптивных систем передачи данных возникает задача выбора режима работы для обеспечения необходимого уровня достоверности принимаемых сообщений. Для этого необходимо производить оценку качества канала связи для текущего режима. Часто для этого используются различные тестовые или служебные сигналы. Однако, это приводит к необходимости прерывать поток полезной информации что снижает информационную скорость передачи, поэтому необходимо применять подходы, которые позволяют сформировать оценку и принять решение по информационному сигналу без использования каких-либо тестов. При достоверной передаче данных по ненадежным каналам связи часто используют помехоустойчивое кодирование на основе линейных блоковых кодов с параметрами (n, k, d). Такой вид кодирования всегда можно представить умножением информационного слова на порождающую матрицу определенного вида. На приемной стороне, после демодуляции получают искаженные кодовые слова. Тогда возникает задача оценить вероятность ошибки на бит по результатам анализа искаженных кодовых слов.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является патент РФ на полезную модель 136662 от 10.01.2014 «Устройство оценки вероятности ошибки на бит при кодировании с помощью бита четности», который принят за прототип. Устройство содержит последовательно соединенные первый сумматор, блок накопления, второй сумматор, делитель и блок вычисления оценки вероятности ошибки на бит. Предложенное устройство не позволяет оценить вероятность ошибки на бит, если принятые кодовые слова кодированы кодом отличным от одного вида, а именно с помощью добавления бита четности.

Целью полезной модели является получение оценки вероятности ошибки на бит по потоку искаженных кодовых слов, которые были образованы с помощью линейного блокового кода с параметрами (n, k, d).

Поставленная цель достигается тем, что в устройство оценки вероятности ошибки на бит, содержащее последовательно соединенные первый сумматор, блок накопления, второй сумматор, делитель и блок вычисления оценки вероятности ошибки на бит, введены: блок формирования последовательностей бит, являющийся входом устройства, в котором из каждого кодового слова формируют m новых кодовых слов в соответствии с порождающей матрицей используемого в данный момент линейного блокового кода с параметрами (n, k, d), где m=n-k, m выходов которого подключены к соответствующим m входам параллельно включенных блоков оценки, в которые подают новые кодовые слова, при этом, вход каждого блока оценки является входом соответствующего первого сумматора, в котором вычисляют сумму по модулю два значений всех бит каждого принятого кодового слова и передают результат суммирования в блок накопления, в котором накапливают последние N полученных значений, где N - общее количество кодовых слов, на основе анализа которых формируется оценка вероятности ошибки на бит, при этом накопленный массив передают во второй сумматор, в котором суммируют полученные значения и передают их в делитель, в котором производят деление полученной величины на N, а результат деления передают в блок вычисления оценки вероятности ошибки на бит, в котором получают оценку вероятности ошибки на бит по таблице соответствия, вычисленной заранее, а выход блока вычисления оценки вероятности ошибки на бит является выходом соответствующего блока оценки, при этом выходы каждого из m блоков оценки подключены к соответствующим m входам блока обработки, выход которого является выходом устройства, в котором любым методом статистического усреднения, например, выбором медианы из всех полученных оценок, получают искомую оценку вероятности ошибки на бит. Структурная схема предлагаемого устройства изображена на фиг. 1 и фиг. 2.

Устройство оценки вероятности ошибки на бит содержит блок формирования последовательностей бит 1, являющийся входом устройства, m выходов которого подключены к соответствующим m входам параллельно включенных блоков оценки 2(1)2(m), каждый из которых состоит из последовательно соединенных первого сумматора 3(1)3(m), блока накопления 4(1)4(m), второго сумматора 5(1)5(m), делителя 6(1)6(m) и блока вычисления оценки вероятности ошибки на бит 7(1)7(m), а выходы каждого из m блоков оценки 2(1)2(m) подключены к соответствующим m входам блока обработки 8, выход которого является выходом устройства.

Предлагаемое устройство может быть использовано для систем связи, в которых используется помехоустойчивое кодирование с помощью линейного блокового кода. Отличительной особенностью описанного устройства является возможность оценивать вероятность ошибки на бит по потоку кодовых слов, которые могут содержать ошибки, без введения дополнительной избыточности и вне зависимости от действительного количества ошибок в кодовых словах, а также не зависимо от вида используемой модуляции. Наличие такого устройства позволяет отказаться от применения тестовых сигналов для оценки качества канала связи в режиме использования помехоустойчивого кодирования. При этом время передачи можно использовать полностью для передачи данных, что приводит к повышению скорости передачи данных.

Структура предлагаемого устройства оценки вероятности ошибки на бит получена из следующих предположений.

Процесс кодирования состоит в получении кодового слова из информационного. Кодирование линейным блоковым кодом можно представить перемножением информационного слова длиной k на порождающую матрицу систематического вида размером k×n. При этом, матрицу можно представить в каноническом виде. Такое представление позволяет наглядно увидеть, что в кодовом слове присутствуют элементы, которые являются результатом сложения определенных элементов информационного слова по модулю 2. Рассмотрим более подробно процесс кодирования на примере кода Хэмминга (7, 4, 3).

Получить кодовое слово из информационного, можно следующим образом:

,

при этом,

r₁ =(i₁i₂i₃),

r₂=(i₂i₃i₄),

r₃=(i₁i₂i₄),

где знак обозначает сложение по модулю 2.

Таким образом, для данного кода можно составить три последовательности бит, которые представляют собой кодовые слова, кодированные с помощью добавления бита четности:

Далее можно воспользоваться известными зависимостями, указанными в прототипе для оценки вероятности ошибки на бит.

Таким образом, для любого линейного блокового кода можно составить последовательности бит определенной длины в соответствии с используемой порождающей матрицей, содержащих один проверочный бит четности.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

Последовательность кодовых слов длиной n бит, которые могут содержать ошибки, поступает на вход блока формирования последовательностей бит 1, в котором из каждого кодового слова формируют m новых кодовых слов в соответствии с порождающей матрицей используемого в данный момент линейного блокового кода с параметрами (n, k, d), где m=n-k. m новых кодовых слов представляют собой кодовые слова, кодированные с помощью добавления бита четности. Далее m новых кодовых слов одновременно подают с m выходов в параллельно включенные блоки оценки 2(1)2(m). Вход каждого блока оценки 2(1)2(m) является также входом соответствующего первого сумматора 3(1)3(m). Соответственно, поступающие новые кодовые слова в блок оценки 2(1)2(m) подают на первый сумматор 3(1)3(m), в котором вычисляют сумму по модулю два значений всех бит каждого принятого кодового слова. Далее в блок накопления 4(1)4(m) передают результат суммирования, в котором накапливают последние N полученных значений, где N - общее количество кодовых слов, на основе анализа которых формируется оценка вероятности ошибки на бит. Далее накопленный массив передают во второй сумматор 5(1)5(m), в котором суммируют полученные значения и передают их в делитель 6(1)6(m). Далее в делителе 6(1)6(m) производят деление полученной величины на N. Затем результат деления передают в блок вычисления оценки вероятности ошибки на бит 7(1)7(m), в котором получают оценку вероятности ошибки на бит по таблице соответствия, вычисленной заранее. Выход блока вычисления оценки вероятности ошибки на бит 7(1)7(m) является также выходом блока оценки 2(1)2(m). m полученных оценок вероятности ошибки на бит с выходов каждого блока оценки 2(1)2(m) передают на m входов блока обработки 8, в котором любым методом статистического усреднения, например, выбором медианы из всех полученных оценок, получают искомую оценку вероятности ошибки на бит.

Предлагаемое устройство по сравнению с прототипом обладает следующим преимуществом: обеспечивает получение оценки вероятности ошибки на бит для текущего режима при использовании кодирования с помощью любого линейного блокового кода вне зависимости от количества ошибок содержащихся в принятых кодовых словах.

Устройство оценки вероятности ошибки на бит по результатам анализа искаженных кодовых слов, содержащее последовательно соединенные первый сумматор, блок накопления, второй сумматор, делитель и блок вычисления оценки вероятности ошибки на бит, отличающееся тем, что в него введены блок формирования последовательностей бит, являющийся входом устройства, в котором из каждого кодового слова формируют m новых кодовых слов в соответствии с порождающей матрицей используемого в данный момент линейного блокового кода с параметрами (n,k,d), где m=n-k, m выходов которого подключены к соответствующим m входам параллельно включенных блоков оценки, в которые подают новые кодовые слова, при этом вход каждого блока оценки является входом соответствующего первого сумматора, в котором вычисляют сумму по модулю два значений всех бит каждого принятого кодового слова, и передают результат суммирования в блок накопления, в котором накапливают последние N полученных значений, где N - общее количество кодовых слов, на основе анализа которых формируется оценка вероятности ошибки на бит, при этом накопленный массив передают во второй сумматор, в котором суммируют полученные значения и передают их в делитель, в котором производят деление полученной величины на N, а результат деления передают в блок вычисления оценки вероятности ошибки на бит, в котором получают оценку вероятности ошибки на бит по таблице соответствия, вычисленной заранее, а выход блока вычисления оценки вероятности ошибки на бит является выходом соответствующего блока оценки, при этом выходы каждого из m блоков оценки подключены к соответствующим m входам блока обработки, выход которого является выходом устройства, в котором любым методом статистического усреднения из всех полученных оценок, получают искомую оценку вероятности ошибки на бит.