Система передачи и приема дискретной информации с обнаружением и исправлением ошибок

Полезная модель относится к области техники связи и может быть использована при передаче сообщений фиксированной длины по каналам низкого качества.

Содержит на передающей стороне последовательно соединенные между собой источник дискретного сообщения 1, двоичный сверточный кодер 2, дешифратор 3, М-ичный модулятор 4 и оконечные каскады радиопередатчика 5, а на приемной стороне-последовательно соединенные блок регистрации декодированного сообщения 11 и переключатель на два выхода, включенные в разрыв последовательной цепи между шифратором 10 и получателем дискретного сообщения 13, блок регистрации обнаруженных ошибок 14, подключенный к выходу переключателя 12 и последовательно соединенные блок считывания последних m разрядов 15, вход которого подключен к блоку регистрации декодированного сообщения 11, блок сравнения с элементом двоичного кода «0» 16, блок принятия решения 17, что обеспечивает повышение достоверности приема информации.

Полезная модель относится к области техники связи и может быть использована при передаче дискретных сообщений фиксированной длины по каналам низкого качества.

Известно устройство для сверточного кодирования, содержащее регистр сдвига, n ₀ сумматоров по модулю «2» и коммутатор [1]. Количество ячеек регистра сдвига - длина кодового ограничения К и число сумматоров n определяют свободное расстояние кода d _free и скорость кодирования - отношение входных информационных символов k₀ к числу выходных кодовых символов n ₀ за один такт работы кодера (r=k₀/n₀ ).

Недостатком известного устройства для сверточного кодирования является увеличение длины передаваемой кодовой последовательности, вызванное необходимостью его приведения в исходное состояние, определяемое наличием нулевых бит в m=K-k₀ ячейках регистра сдвига кодера. Указанный недостаток приводит к снижению эффективной скорости сверточного кода, которая в зависимости от длины информационного сообщения N определяется выражением

Относительная потеря скорости кода равна

Анализ выражения (2) показывает, что для небольших значений N потери в эффективной скорости кода могут оказаться значительными, что приводит к снижению эффективности сверточного кодирования сообщений из-за уменьшения энергии символа сверточного кода также в раз.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению в качестве прототипа является система передачи и приема телекодовой информации, которая содержит на передающей стороне последовательно соединенные сверточный кодер и дешифратор, включенные в разрыв последовательной цепи между источником сообщения, М-ичным модулятором и оконечными каскадами радиопередатчика, и на приемной стороне - последовательно соединенные между собой сверточный декодер, дешифратор и шифратор, включенные в разрыв цепи между радиоприемником, М-ичным демодулятором и получателем дискретного сообщения [2].

Недостатком прототипа является низкая эффективность сверточного кодирования сообщений короткой длины из-за снижения эффективной скорости (1) сверточного кода, что приводит к снижению достоверности приема закодированных двоичным или недвоичным сверточным кодом коротких сообщений фиксированной длины.

Целью полезной модели является повышение достоверности приема информации при кодировании коротких сообщений фиксированной длины двоичным или недвоичным сверточным кодом.

Сущность полезной модели заключается в том, что кроме известных и общих отличительных признаков, которые характеризуются тем, что на передающей стороне система передачи данных содержит последовательно соединенные сверточный кодер и дешифратор, включенные в разрыв последовательной цепи между источником сообщения, М-ичным модулятором и оконечными каскадами радиопередатчика, и на приемной стороне содержит последовательно соединенные между собой сверточный декодер, дешифратор и шифратор, включенные в разрыв цепи между радиоприемником, М-ичным демодулятором и получателем дискретного сообщения, на приемной стороне, предполагаемая система передачи и приема дискретной информации с обнаружением и исправлением ошибок содержит последовательно соединенные блок регистрации декодированного сообщения и переключатель на два выхода, включенные в разрыв последовательной цепи между шифратором и получателем дискретного сообщения, блок регистрации обнаруженных ошибок, подключенный к выходу переключателя на два выхода, последовательно соединенные блок считывания последних m разрядов, вход которого подключен к блоку регистрации декодированного сообщения, блок сравнения с элементом двоичного кода «0», блок принятия решения, выход которого подключен к входу переключателя на два выхода.

Новизна полезной модели состоит в том, что предлагаемая система передачи и приема дискретной информации с обнаружением и исправлением ошибок содержит на приемной стороне последовательно соединенные блок регистрации декодированного сообщения и переключатель на два выхода, включенные в разрыв последовательной цепи между шифратором и получателем дискретного сообщения, блок регистрации обнаруженных ошибок, подключенный к выходу переключателя на два выхода и последовательно соединенные блок считывания последних m сообщения, блок сравнения с элементом двоичного кода «0», блок принятия решения, выход которого подключен к входу переключателя на два выхода, что обеспечивает повышение достоверности приема информации за счет обнаружения ошибок, решение о которых выносится в случае, если на приемной стороне m последних символов декодированного сообщения окажутся не нулями.

Функциональная схема предлагаемой системы передачи и приема дискретной информации с обнаружением и исправлением ошибок изображена на чертеже, где обозначено:

1 - источник дискретного сообщения;

2 - двоичный сверточный кодер;

3 - дешифратор;

4 - М - ичный модулятор;

5 - оконечные каскады радиопередатчика;

6 - аддитивная смесь помехи и шума;

7 - радиоприемник;

8 - М-чный демодулятор;

9 - сверточный декодер и дешифратор;

10 - шифратор;

11 - блок регистрации декодированного сообщения

12 - переключатель на два выхода

13 - получатель дискретного сообщения

14 - блок регистрации обнаруженных ошибок

15 - блок считывания последних m разрядов

16 - блок сравнения с элементом двоичного кода «О»

17 - блок принятия решения.

В исходном положении выход источника дискретного сообщения 1 подключен через двоичный сверточный кодер 2, дешифратор 3 и М-ичный модулятор 4 к входам оконечных каскадов радиопередатчика 5, выход которого совместно с аддитивной смесью помехи и шума 6 связан с входом радиоприемника 7, выход которого, в свою очередь, подключен через М-ичный демодулятор 8 и сверточный декодер 9, содержащий дешифратор, и шифратор 10, к входу блока регистрации декодированного сообщения 11, первый выход которого подключен через переключатель на два выхода 12 к получателю дискретного сообщения 13, а ко второму выходу подключен вход последовательно соединенной цепи, содержащей блок считывания последних m разрядов 15, блок сравнения с элементом двоичного кода «0» 16, блок принятия решения 17, выход которого подключен к входу переключателя на два выхода 12, один из которых подключен к получателю дискретного сообщения 12, другой подключен к входу блока регистрации обнаруженных ошибок 14.

Предлагаемая система передачи и приема дискретной информации с обнаружением и исправлением ошибок работает следующим образом.

Передаваемая последовательность информационных символов сообщения, поступающая от источника дискретных сообщений 1, кодируется двоичным сверточным кодом и поступает на вход дешифратора 3. Дешифратор 3 каждой n₀-разрядной последовательности двоичных символов с использованием элементов поля Галуа ставит в соответствие недвоичное кодовое слово из числа 2ⁿ⁰ и подает его на вход М-ичного модулятора 4, для последующей передачи радиосигналами.

Радиоприемник 7 осуществляет прием сообщения и подает на его на вход М-ичного демодулятора 8, который выносит решение о принятом символе кода с вероятностью ошибки ₀. Демодулированное сообщение поступает на вход декодера 9, осуществляющего его декодирование с вероятностью ошибки на бит, приближенное значение которой для декодера Витерби может быть рассчитано по формуле

где w_j - полный информационный вес всех путей весаj;

P_j -вероятность выбрать неправильный путь, отличающийся от правильного в j позициях, определяемая выражением:

- при нечетному j

- при четному j

Декодированное сообщение записывается в блок регистрации декодированного сообщения 14. Блок считывания последних m разрядов 15 подает последние m разрядов декодированного сообщения из блока регистрации 14 на блок сравнения с элементом двоичного кода «0» 16. В зависимости от результата сравнения блок принятия решения осуществляет подачу управляющего воздействия на переключатель 12. В случае, если хотя бы один из последних m разрядов декодированной последовательности окажется не равным элементу двоичного кода «0» блок принятия решения переведет выход переключателя 12 на вход блока регистрации ошибок. В противном случае - декодированное сообщение через переключатель с выхода блока регистрации декодированного сообщения будет передано получателю дискретного сообщения.

Вероятность обнаружения ошибок будет определяться выражением

Промышленная осуществимость полезной модели обосновывается тем, что в ней используются известные в аналоге и прототипе узлы и блоки по своему прямому функциональному назначению. В организации-заявителе изготовлена модель предлагаемой системы передачи и приема дискретной информации в 2010 году.

Положительный эффект от использования полезной модели состоит в уменьшении не менее чем на 1520% вероятности появления необнаруженной ошибки, приводящей к трансформации сообщения, за счет введения обнаруженной ошибки, решение о которой принимается в случае, если в декодированном сообщении m последних символов, добавленных для правильной работы сверточного кодера, окажутся не нулями. При появлении обнаруженной ошибки может быть вынесено решение о ее исправлении по отдельному алгоритму (стирание, переспрос и т.д.). Тем самым повышается не менее чем на 1520% достоверность приема информации. Применение обнаружения ошибок особенно актуально при использовании сверточного кодирования в системах передачи дискретных сообщений короткой длины и может быть использовано при декодировании двоичных и недвоичных сверточных кодов по любому из известных алгоритмов (Витерби, поиска на кодовом дереве).

Источники информации:

1. Вернер, М. Основы кодирования. Учебник для ВУЗов / М. Вернер, Пер. с нем. - М.: Техносфера, 2004 г. - 288 с (аналог).

2. Пат. 94385 Россия, Система передачи и приема телекодовой информации / В.А.Прасолов [и др.] - 2010102412 Приоритет от 27.01.2010 г, Зарегистр. 20.05.2010 г., (прототип).

Система передачи и приема дискретной информации с обнаружением и исправлением ошибок, содержащая на передающей стороне последовательно соединенные между собой источник дискретного сообщения, двоичный кодер, недвоичный кодер, М-ичный модулятор и оконечные каскады радиопередатчика, а на приемной стороне - получатель дискретного сообщения и последовательно соединенные между собой радиоприемник, М-ичный демодулятор и недвоичный декодер, отличающаяся тем, что содержит на приемной стороне последовательно соединенные блок регистрации декодированного сообщения и переключатель на два выхода, включенные в разрыв последовательной цепи между шифратором и получателем дискретного сообщения, блок регистрации обнаруженных ошибок, подключенный к выходу переключателя, и последовательно соединенные блок считывания последних m разрядов, вход которого подключен к блоку регистрации декодированного сообщения, блок сравнения с элементом двоичного кода «0», блок принятия решения, выход которого подключен к входу переключателя.