Приемно-декодирующее устройство

Полезная модель относится к технике передачи сообщений с помощью дискретных сигналов и может быть использована в системах связи, передачи данных и им подобных.

Задачей полезной модели является повышение достоверности информации, принимаемой и декодируемой с помощью приемно-декодирующего устройства, за счет перебора вариантов изменения символов, принадлежность которых к логическому нулю или к логической единице не является достоверным событием.

Для решения этой задачи в состав известного приемно-декодирующего устройства предлагается ввести последовательно соединенные блок хранения недостоверных символов (БХНС) и блок инвертирования недостоверных символов (БИНС), причем дополнительно предлагается вход БХНС связать с выходом приемного блока, а выход БИНС соединить со вторым входом регистра сдвига, 2-й вход БИНС подключить к выходу решающего блока, а первый выход регистра сдвига соединить со входом блока декодирования. Предложенное построение схемы позволяет в процессе декодирования информации устранять ошибки, связанные с недостаточно обоснованным присвоением некоторым принимаемым сигналам значений логического нуля или единицы, т.к. уровень этих сигналов в виду наличия шумов, помех и других искажающих факторов близок к пороговому уровню, разделяющему сигналы логических нулей и единиц.

Предложенное приемно-декодирующее устройство подобно прототипу [1] устраняет ошибки заданной кратности, выделяет ошибки, кратность которых превышает корректирующие возможности кода, а в отличие от прототипа за счет выделения и вариантного инвертирования недостоверно определенных логических символов устраняются наиболее вероятные ошибки, связанные с помеховыми и шумовыми воздействиями в канале передачи.

Полезная модель относится к технике передачи сообщений с помощью дискретных сигналов и может быть использована в системах связи, передачи данных и им подобных.

Известно приемно-декодирующее устройство [1], включающее последовательно соединенные приемный блок, регистр сдвига, блок выделения информационных символов, сумматор, блок сравнения, а также включающее блок декодирования, решающий блок и последовательно соединенные блок сглаживания и предсказания отсчетов и дополнительный сумматор, второй вход которого связан с выходом блока декодирования и четвертым входом решающего блока, третий вход которого соединен с выходом блока сглаживания и предсказания отсчетов и с вторым входом сумматора, первый вход которого соединен с входом блока сглаживания и предсказания отсчетов и первым входом решающего блока, второй вход которого связан с выходом блока сравнения, второй вход которого подключен к выходу дополнительного сумматора, причем второй выход регистра соединен со входом блока декодирования.

Данное устройство после приема кодовых комбинаций осуществляет преобразование потока i-х дискретных, но следующих непрерывно отсчетов Z(t _i). В потоке отсчетов (символов) имеются как информационные, так и дополнительные символы корректирующего кода. Устройство выделяет из кодовых комбинаций принятых отсчетов информационные символы и формирует из них в блоке выделения информационных символов некорректированные отсчеты Z(t_i), в блоке сглаживания и предсказания - предсказанные отсчеты Z_пр(t_i ), а в блоке декодирования после исправления (в пределах корректирующей способности помехоустойчивого кода) ошибок сообщений вследствие наличия помех - корректированные отсчеты Z_к(t _i). Сравнивая отклонения (невязки) некорректированных и корректированных отсчетов от предсказанных, а также сравнивая лучшую из последовательностей отсчетов с допустимым порогом ошибок _пор, определяемым статистическими характеристиками передаваемого дискретного сигнала (сообщения) и помехами в канале связи, принимается решение о пропуске наилучших по информативности отсчетов на выход решающего блока и далее - к потребителю информации. Устройство позволяет выявлять в процессе декодирования ошибки, кратность которых превышает корректирующую способность кода.

Однако описанное устройство не обеспечивает высокую достоверность принимаемой информации, так как за счет шумов и помех в канале передачи сигналы низкого уровня могут быть ошибочно отнесены при оцифровке к сигналам высокого уровня, т.е. к сигналам логической единицы и т.д.

Задачей полезной модели является повышение достоверности информации, принимаемой и декодируемой с помощью приемно-декодирующего устройства, за счет перебора вариантов изменения символов, принадлежность которых к логическому нулю или к логической единице не является достоверным событием и требует уточнения.

Для решения этой задачи в состав известного приемно-декодирующего устройства предлагается ввести последовательно соединенные блок хранения недостоверных символов и блок инвертирования недостоверных символов, причем дополнительно предлагается вход блока хранения недостоверных символов (БХНС) связать с выходом приемного блока, а выход блока инвертирования недостоверных символов (БИНС) соединить со вторым входом регистра сдвига, 2-й вход БИНС подключить к выходу решающего блока (РБ), а первый выход регистра сдвига соединить со входом блока декодирования (БД). Предложенное построение схемы позволяет в процессе декодирования информации устранять ошибки, связанные с недостаточно обоснованным присвоением некоторым принимаемым сигналам значений логического нуля или единицы, т.к. уровень этих сигналов в виду наличия шумов, помех и других искажающих факторов близок к пороговому уровню, разделяющему сигналы логических нулей и единиц.

На фиг.1 представлена структурная схема приемно-декодирующего устройства. Согласно схеме приемно-декодирующее устройство содержит приемный блок 1, блок выделения информационных символов (БВИС) 2, сумматор 3, регистр сдвига 4, блок сглаживания и предсказания отсчетов (БСПО) 5, блок сравнения (БС) 6, решающий блок 7, БИНС 8, БД 9, дополнительный сумматор 10 и БХНС 11.

Приемно-декодирующее устройство работает следующим образом. Принятые приемным блоком 1 аналоговые сигналы (включающие в себя как информационные сигналы, так и символы корректирующего кода) сравниваются в блоке 1 с заранее установленным и адаптивно изменяющимся с течением времени пороговым уровнем, позволяющим определять в поступающей символьной последовательности (сообщении) сигналы логических нулей и единиц. Если принятый сигнал превышает пороговый уровень, то ему присваивается логическая единица, в противном случае - логический ноль. С выхода приемного блока 1 последовательность логических символов поступает на вход регистра сдвига 4, который, сдвигая поступающую последовательно цифровую информацию с каждым тактом ее поступления, формирует на своем выходе готовое цифровое слово, состоящее из логических нулей и единиц (например, 1010110111010100011 01).

Двоичный код, используемый для хранения переданного и принятого сообщения, позволяет извлекать полезную информацию путем преобразования последовательностей нулей и единиц в цифры и буквы. Совместно с каждым символом, поступающим в регистр сдвига 4, на выходе приемного блока 1 формируется дополнительная метка достоверности, позволяющая различать достоверно извлеченные логические символы от недостоверно извлеченных. Для пояснения такой селекции символов рассмотрим фиг.2. На ней показана последовательность из нескольких аналоговых сигналов, поступивших в приемный блок 1. Первые 7 сигналов отображены, остальные обозначены многоточием. На оси ординат показана величина порога принятия решения S. Также с помощью пунктирных линий показана зона неопределенности (недостоверности) шириной Y. Эта зона характеризуется тем, что, попадая в нес, аналоговый сигнал не может быть достоверно и однозначно отнесен к области логических единиц или нулей, так как шумовые флюктуации могут равновероятно отклонить любой из сигналов в сторону превышения порога S и наоборот - в сторону недостижения порога S.

Наличие зоны неоднозначности в виде полосы с верхним пределом, равным S+Y/2, и нижним пределом, равным S-Y/2, приводит к тому, что третий и шестой сигналы (на фиг.2 они заштрихованы) при переводе в логический символ получат метку достоверности в виде логического нуля, что означает отсутствие достоверности. Первый и четвертый сигналы будут преобразованы в логические единицы и получат единичную метку достоверности, что означает однозначность решения. Такую же метку достоверности получат второй, пятый и седьмой сигналы, преобразуемые в сигналы логического нуля. Третий сигнал будет определен как недостоверная логическая единица, а шестой - как недостоверный логический ноль.

Все оцифрованные сигналы, с нулевыми метками достоверности вместе со своими логическими значениями и порядковыми номерами поступают с выхода приемного блока 1 в БХНС 11.

Блок 11 записывает в память слово, сформированное из логических символов, которым соответствует нулевая метка достоверности, т.е. из логических символов, достоверность которых подлежит сомнению (недостоверных символов). Недостоверные символы могут быть единичными и нулевыми. Это слово может быть разной длины в зависимости от числа сигналов, попавших в зону неоднозначности (см. фиг.2). В БХНС 11 для любого числа символов в слове недостоверных символов должны храниться все возможные варианты сочетаний двоичного кода. Например, для трех символов в слове это следующие сочетания: 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111. Число таких сочетаний всегда равно 2^R где R - число символов в слове. В этих используемых в дальнейшем сочетаниях логический ноль будет обозначать команду на неизменность соответствующего (стоящего на том же месте) недостоверного символа в слове, а логическая единица будет обозначать команду на смену соответствующего логического символа на противоположный. Например, при получении блоком 11 слова 1110 и использовании соответствующего ему сочетания 0011, в дальнейшем в БИНС 8 предполагается коррекция слова к виду 1101.

Первое полученное сочетание всегда игнорируется, так как оно соответствует неизменности первоначально используемых символов, т.е. исходному первоначальному виду слова из недостоверных символов.

Сохраненное слово из недостоверных символов и все соответствующие ему сочетания двоичного кода с выхода БХНС 11 поступают на первый вход БИНС 8. В блоке 8 из первоначального слова (недостоверных символов) с помощью двоичных кодовых сочетаний формируются варианты изменения структуры первоначального слова, которые сохраняются в памяти БИНС 8. Правило получения вариантов таких слов - при наличии в соответствующем сочетании на определенном месте единичного символа соответствующий символ исходного (первоначального) слова инвертируется, т.е. заменяется противоположным.

С выхода регистра сдвига 4 принятая и оцифрованная информация в виде двоичного кода поступает на вход БВИС 2 и БД 9. В прототипе [1] для передачи информации в БД 9 использовался 2-й выход регистра сдвига, что принципиально неверно, так как в блоках 2 и 9 должна использоваться одна и та же первоначальная цифровая информация. В блоке 9 осуществляется декодирование поступившего сообщения, причем в процессе декодирования корректируются ошибки в пределах корректирующей способности кода [1]. Эти ошибки являются следствием наличия шумов и помех в канале связи. Сформированная в процессе декодирования последовательность символов двоичного кода считается в [1] корректированной, т.е. состоящей из корректированных отсчетов Z_к(t_i ). Сформированные корректированные символы двоичного кода в виде потока отсчетов передаются с выхода БД 9 на второй вход дополнительного сумматора 10.

Исходная последовательность символов, поступившая на вход БВИС 2, подвергается специальной обработке, в результате которой из кодовых комбинаций выделяются информационные символы. Совокупность этих символов представляет собой множество некорректированных отсчетов Z(t_i), которое с выхода БВИС 2 передастся на первый вход сумматора 3, вход БСПО 5 и первый вход РБ 7.

На основе ранее полученных данных БСПО 5 предсказывает (аппроксимирует) возможные реальные значения принятых информационных сигналов, используя алгоритмы минимизации погрешности предсказания. Сформированные предсказанные блоком 5 информационные отсчеты Z_пр(t_i) со своими номерами (i - номер символа в сообщении) поступают на 2-й вход сумматора 3, первый вход дополнительного сумматора 10, а также на третий вход РБ 7.

В сумматоре 3 на основе поступающих по 1-му и 2-му входам символов вычисляется усредненная невязка принятых и предсказанных отсчетов ₁ по формуле

где N - число информационных символов в принятом сообщении. Сумматор 3 предполагается цифровым с прямым и инвертирующим (для вычисления разности) входами, реализующим операцию вычисления модуля разности перед сложением и усреднения ошибок по числу символов N. Усреднение необходимо для того, чтобы уровень порога, с которым сравнивается величина невязки, был универсален, т.е. не зависел от длины сообщения.

Аналогичным образом на выходе дополнительного сумматора 10 формируется невязка ₂ вида

Обе невязки поступают с выходов блоков 3 и 10 соответственно на 1-й и 2-й входы БС 6. Этот блок предназначен для сравнения ошибок ₁ и ₂ между собой. С выхода БС 6 на второй вход РБ 7 поступает сигнал с информацией о величинах ошибок ₁ и ₂ и взаимном соотношении их величин, т.е. с указанием меньшей из ошибок. Этот сигнал используется при функционировании РБ 7. В блоке 7 хранится значение допустимой удельной пороговой ошибки _пор. Меньшая из невязок (из ₁ и ₂) сравнивается в РБ 7 с пороговой ошибкой _пор.

Если невязка корректированного сигнала 82 меньше невязки ₁(₂<₁), то после сравнения ее с величиной порога _пор и при выполнении условия ₂<_пор в РБ 7 регистрируются и фиксируются как результирующие корректированные отсчеты сообщения. Эти корректированные отсчеты поступают на 4-й вход РБ 7 с выхода БД 9. Если же ₂>_пор или ₂>₁, то на выходе РБ 7 формируется сигнал управления «смена варианта», который поступает на 2-й вход БИНС 8. По приходу этого сигнала БИНС 8 подключает к своему выходу очередное частично инвертированное слово из недостоверных символов, которое затем используется в регистре сдвига 4 для коррекции соответствующих символов в принятом сообщении. Для нахождения мест расположения символов передаваемого (с выхода блока 8 на вход блока 4) слова в более длинном сообщении вместе с символами передаются их номера в сообщении. Номера должны передаваться вместе с начальными и измененными символами слова из приемного блока 1 через блоки 11 и 8.

При изменении (коррекции) в блоке 8 сообщения в регистре сдвига 4 и т.д. процедуры выделения информационных символов, их сглаживания для предсказания возможного сообщения, декодирования и предсказания, вычисления невязок ₁ и ₂ (в блоках 2, 5, 9, 3, 10) повторяются. При выполнении критерия ₂<₁<_пор в РБ 7 регистрируется и признается итоговым корректированное сообщение, которое в последствии передается потребителю. В противном случае снова вырабатывается сигнал управления «смена варианта», и весь процесс извлечения информации возобновляется. Циклы извлечения, сглаживания, вычисления и сравнения повторяются до тех пор, пока не будет выполняться условие ₂<₁<_пор.

Если все варианты инвертирования символов в слове из недостоверных символов исчерпаны, а соотношение ₂>₁ не изменилось, то при ₁<_пор в качестве итогового сообщения в РБ 7 регистрируется предсказанное сообщение, поступающее на 3-й вход РБ 7. В противном случае регистрируется исходное выделенное в БВИС 2 сообщение, поступающее на 1-й вход РБ 7.

Предложенное приемно-декодирующее устройство подобно прототипу [1] устраняет ошибки заданной кратности, выделяет ошибки, кратность которых превышает корректирующие возможности кода, а в отличие от прототипа за счет выделения и вариантного инвертирования недостоверно определенных логических символов устраняет наиболее вероятные ошибки, связанные с помеховыми и шумовыми воздействиями в канале передачи.

Источники информации

1. А.С. СССР 568182 от 8.09.1977 г. Кл. Н04L 3/02. Заявлено 12.05.1975. Бюллетень 1977 г. 29 (прототип).

Приемно-декодирующее устройство, содержащее последовательно соединенные приемный блок, регистр сдвига, блок выделения информационных символов, блок сглаживания и предсказания отсчетов и дополнительный сумматор, а также содержащее сумматор, блок сравнения, блок декодирования и решающий блок, первый вход которого соединен с выходом блока выделения информационных символов и первым входом сумматора, второй вход которого связан с выходом блока сглаживания и предсказания отсчетов и третьим входом решающего блока, а выход подключен к первому входу блока сравнения, второй вход которого связан с выходом дополнительного сумматора, второй вход которого соединен с выходом блока декодирования и четвертым входом решающего блока, второй вход которого подключен к выходу блока сравнения, отличающееся тем, что в состав устройства дополнительно вводят последовательно соединенные блок хранения недостоверных символов и блок инвертирования недостоверных символов, выход которого связывают со вторым входом регистра сдвига, первый вход которого соединяют со входом блока хранения недостоверных символов, причем вход блока декодирования подключают к выходу регистра сдвига, а второй вход блока инвертирования недостоверных символов соединяют с выходом решающего блока.