СПОСОБ КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ КАНАЛА ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ ПО ВЕРОЯТНОСТИ НЕОБНАРУЖЕННОЙ ОШИБКИ Российский патент 1998 года по МПК H04B3/46 

Изобретение относится к электросвязи и может использоваться в системах передачи данных для оценки качества канала связи по вероятности необнаруженной ошибки и выбора требуемых параметров помехоустойчивого кодирования.

Известен способ оценки вероятности необнаруженной ошибки, основанный на определении ее с использованием выражения:
P_НО = 2^-(п-к)•(1-Р_БО),
где4 n - длина кодовой комбинации; k - количество информационных символов кода; (n-k) - количество контрольных символов кода; P_БО - вероятность безошибочного приема кодовой комбинации (Коржик В.И., Финк Л.М., Помехоустойчивое кодирование дискретных сообщений в каналах со случайной структурой. Статистическая теория связи. Вып. 4. - М.: Связь, 1975).

В системах передачи данных с высокой степенью защиты от ошибок P_ОО >> P_НО, (1-P_БО) = P_ОО+P_НО ≈ P_ОО, где вероятность обнаруженных ошибок определяется как
Однако данная оценка является слишком грубой и не учитывает ни весовой структуры помехоустойчивого кода, ни характеристик потока ошибок в дискретном канале связи.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ контроля состояния канала передачи данных, основанный на процедуре поэтапного декодирования каскадного кода с обнаружением ошибок и использованием статистики обнаруженных ошибок по каждому этапу декодирования для оценки вероятности необнаруженной ошибки:

где N_Σ - общее количество принятых блоков; N_ooi - количество кодовых блоков, принятых с обнаруженными ошибками; i = 1...М - номер этапа декодирования (авт. св. СССР N 1594708, кл. H 04 B 3/46 1990).

Оценка вероятности необнаруженной ошибки основывается на том, что вероятность обнаружения ошибок на каждом последующем этапе декодирования является величиной, на которую уменьшается вероятность необнаруженных ошибок по отношению к предыдущему этапу декодирования:

Оценка вероятности необнаруженной ошибки - P_НО как функции количества контрольных символов кода - r в точке осуществляется либо путем линейной аппроксимации P_НО в логарифмическом масштабе

где i - номер этапа декодирования, для которого осуществляется оценка; k - количество этапов декодирования? дополнительно необходимых для обеспечения требуемой точности контроля, либо определяется выражением:

где - коэффициент пропорциональности, учитывающий уменьшение вероятности необнаруженной ошибки на один контрольный символ кода для (i-1)-го этапа декодирования.

Для минимально необходимой двухэтапной процедуры декодирования

Данный способ контроля состояния канала передачи данных при оценке вероятности необнаруженной ошибки из всех параметров помехоустойчивого кода оперирует только с количеством контрольных символов и дает хорошие результаты по точности контроля при использовании дискретных каналов связи с пакетами ошибок. При более сложном характере потока ошибок в дискретном канале связи точность контроля может снижаться, а вероятность необнаруженной ошибки начинает в большей степени зависеть от кодового расстояния помехоустойчивого кода d. Аналогичный эффект проявляется и при введении до контроля достоверности информационного режима коррекции ошибок, например, мажоритарного декодирования. Мажоритарный декодер прореживает и декоррелирует поток ошибок.

Задачей изобретения является повышение точности контроля состояния канала передачи данных по вероятности необнаруженной ошибки при использовании дискретных каналов связи со сложным характером потока ошибок.

Повышение точности контроля достигается тем, что в способ контроля состояния канала передачи данных, включающий формирование на передаче блоков информации, кодирование их М-каскадным кодом, обнаруживающим ошибки, передачу по дискретному каналу связи последовательности кодовых блоков, на приеме декодирование каждого кодового блока осуществляют поэтапно и завершают либо по обнаружению ошибок на очередном этапе, либо после М-го этапа декодирования, в течение цикла контроля для каждого этапа декодирования подсчитывают количество кодовых блоков с обнаруженными ошибками, по которым определяют вероятность необнаруженной ошибки для каждого из этапов с первого по (М-К)-й и прогнозируют вероятность необнаруженной ошибки для каждого из этапов с (М-К+1)-го по М-й по формуле, использующей статистику обнаруженных ошибок и количество контрольных символов кода по соответствующим этапам декодирования, дополнительно вводится параметр, характеризующий кодовое расстояние кода по соответствующим этапам декодирования.

Сущность предлагаемого способа контроля состояния канала передачи данных по вероятности необнаруженной ошибки состоит в следующем.

Для получения оценки вероятности необнаруженной ошибки как функции двух параметров -количества контрольных символов кода r и минимального кодового расстояния кода d используется статистика обнаруженных ошибок по этапам декодирования М-каскадного кода:

Каждому этапу декодирования соответствует код, который имеет свое количество контрольных символов Δr_i и гарантированно обнаруживает Δτ_i= d_i-1 ошибок, где d_i - минимальное кодовое расстояние данного кода, i - номер этапа декодирования, а знак Δ говорит о том, что указанные параметры являются соответствующими приращениями этих параметров для М-каскадного кода:

Оценка вероятности необнаруженной ошибки для каскадов кода с первого по (М-К)-й определяется как:

где K - минимально необходимое количество слагаемых (последующих этапов декодирования) для удовлетворения требуемой точности оценки.

Оценка вероятности необнаруженной ошибки для последующих каскадов кода осуществляется следующим образом (фиг. 1).

Дополнительно для (М-К)-го этапа определяется вторая оценка вероятности необнаруженной ошибки через P_НОМ-К-1 (на основе статистики обнаруженных ошибок) и зависимость P_НО от приращения количества контрольных символов кода для (M-K)-го каскада:

Естественно P_НОМ-К и будут отличаться друг от друга, вторая не учитывает реальный характер потока ошибок и обнаруживающие свойства кода (М-К)-го этапа (кодовое расстояние).

Для сравнительной оценки влияния этих факторов относительно фактического значения , полученного на основе статистики обнаруженных ошибок на последующих этапах декодирования, вводится коэффициент пропорциональности

учитывающий уменьшение вероятности необнаруженной ошибки на единицу приращения количества гарантированно обнаруживаемых ошибок кодом (M-K)-го каскада (Δσ_м-к= d_м-к-1).

Далее, полагая монотонный характер зависимости P_НО, считаем, что
γ_м-к+1≈ γ_м-к
тогда вероятность необнаруженной ошибки для (M-K+1)-го этапа может быть определена как:

Для других возможных значений вероятность необнаруженной ошибки относительно (М-К)-го этапа будет определяться по формуле:

При этом следует заметить, что Δr и Δσ являются взаимно зависимыми величинами, характеризующими параметры конкретного возможного кода, и могут задаваться только в паре.

Совместный учет двух основных параметров помехоустойчивого кода - минимального кодового расстояния и количества контрольных символов по сравнению с прототипом, учитывающим только количество контрольных символов кода, позволяет существенно повысить точность оценки вероятности необнаруженной ошибки.

Предложенный способ контроля реализуется устройством контроля состояния канала передачи данных (фиг. 2.).

Устройство содержит М-каскадный декодер 1, счетчик 2 числа принятых блоков, группу счетчиков 3 числа блоков с обнаруженными ошибками для каждого каскада декодера 1, блок 4 сравнения, блок 5 управления, группу регистров 6 для временного хранения числа блоков с обнаруженными ошибками для каждого этапа декодирования, вычислитель (микроЭВМ) 7 для вычисления вероятностей необнаруженных ошибок и блок 8 регистрации и отображения состояния канала передачи данных.

Изобретение поясняется на фиг. 1 - 2.

Устройство работает следующим образом. По сигналу "Пуск" блок 5 управления формирует сигнал, по которому устанавливаются в исходное состояние счетчик 2 числа принятых блоков и все счетчики 3 числа блоков с обнаруженными ошибками за соответствующие каскады декодирования. Одновременно в блоке 5 управления устанавливается начальный объем выборки по числу принятых блоков и код этого числа подается в блок 4 сравнения.

Далее начинается цикл контроля, в ходе которого на вход М-каскадного декодера 1 поступают кодовые блоки, сопровождаемые синхросигналом (СС). Одновременно синхросигналы приема кодовых блоков подаются на суммирующие вход счетчика 2 числа принятых блоков. Каждая кодовая комбинация сначала декодируется декодером 1 каскада и, если при декодировании обнаружатся ошибки, то дальнейшее декодирование прекращается и сигнал обнаружения ошибки суммируется первым счетчиком 3 числа блоков с обнаруженными ошибками. Если первый каскад декодера 1 ошибок не обнаружил, то кодовая комбинация передается во второй каскад декодера 1 и т.д. до обнаружения ошибок на одном из последующих этапов декодирования, либо до полного декодирования М-каскадным декодером 1 без обнаружения ошибок.

В течение цикла контроля в счетчиках 3 накапливаются данные о количество кодовых блоков, принятых с ошибками и обнаруженными на соответствующих этапах декодирования. Блок 4 сравнения сравнивает содержимое счетчика 2 числа принятых блоков с кодом начального объема выборки, поступающим из блока 5 управления и при совпадении формирует сигнал, по которому содержимое счетчиков 3 переписывается в соответствующие регистры 6 для временного хранения. Этим же сигналом запускается вычислитель 7, который в соответствии с рабочей программой проверяет достаточность выборки - коды числа блоков с обнаруженными ошибками за соответствующие этапы декодирования в регистрах 6 сравниваются с минимально допустимыми значениями. Если объем выборки оказывается недостаточным, то вычислитель 7 увеличивает объем выборки по числу принятых блоков и заносит новое значение выборки в блок 5 управления. Цикл контроля продолжается до появления следующего сигнала совпадения на выходе блока 4 сравнения. При накоплении достаточной выборки вычислитель 7 считывает параметры кодов М-каскадного декодера 1 и по рабочей программе последовательно для каждого этапа декодирования вычисляет оценку (i = 1...M-K) и прогноз для последующих этапов декодирования (i = M-K+1...М).

Результаты вычислений выдаются в блок 8 регистрации и отображения состояния канала передачи данных.

После окончания вычислений вычислитель 7 заносит в блок 5 управления код начального объема выборки по числу принятых блоков, блок 5 управления формирует сигнал начальной установки счетчиков 2 и 3 и начинается новый цикл контроля.

Положительный эффект от предложенного способа контроля состояния канала передачи данных по вероятности необнаруженной ошибки подтверждается результатами имитационного статистического моделирования на примере минимально необходимой для контроля двухэтапной процедуры декодирования (M=2, K=l).

При выполнении условия Δr₂≥ 3 , необходимого для получения приемлемой точности, вероятность необнаруженной ошибки в точке r₂= Δr₁+Δr₂ и σ = Δσ₁+Δσ₂ = (d₁-1)+(d₂-1) определялась по формуле:

В качестве исходной модели дискретного канала связи взята модель Гильберта с двумя состояниями - хорошим, когда ошибок нет, и плохим, когда возникают независимые ошибки, имеющие вероятность 1-h, а вероятности смены состояний при передаче каждого символа характеризуются графом

Для моделирования задавались параметры модели, соответствующие невысокому качеству дискретного канала связи.

В качестве каскадного кода использована система вложенных циклических кодов (коды Хемминга, дополненные проверкой на четность (нечетность)). Во внутреннем кодеке (на первом этапе декодирования) использовался код с проверкой на четность (нечетность) g₁(x) = x + 1; минимальное кодовое расстояние d₁ = 2; количество контрольных символов Δr₁= 1 . Во внешнем кодеке (на втором этапе декодирования) - код с образующим многочленом g₂(x) в зависимости от длины информационной части кода k, с минимальным кодовым расстоянием d₂ = 3.

На первом этапе декодирования минимальная кратность гарантированно обнаруживаемых ошибок равна Δσ₁ =2-1=1, для второго этапа минимальная кратность гарантированно обнаруживаемых ошибок равна Δσ₂ =3-1=2, в целом такая система вложенных кодов гарантированно обнаруживает трехкратные ошибки σ = Δσ₁+Δσ₂ = 1+2=3
Данный вариант каскадного кода обеспечивает минимальное время контроля для набора необходимой статистики .

Имитационное статистическое моделирование проводилось как на исходном дискретном канала, так и с применением предварительной коррекции ошибок мажоритарным декодером о выборкой 2 из 3 и 3 из 5. Сведения о результатах моделирования приведены в таблице.

В таблице приняты следующие обозначения: PHOR - оценка P_НО, полученная с использованием только количества контрольных символов кода, PHOD - оценка P_НО, полученная с использованием двух параметров кода r и σ = d-1, PHOF - фактическая частость необнаруженных ошибок, полученная при моделировании,

соответственно представляют относительную погрешность оценок, полученных известным способом (3) и предлагаемым способом (6).

Усредненные значения относительных погрешностей при использовании дискретных каналов связи невысокого качества, для разных кодов и разных процедур декодирования показывают, что предложенный способ контроля канала передачи данных по вероятности необнаруженной ошибки в 1,5 - 2 раза уменьшает относительную погрешность контроля.

Таким образом предложенный способ контроля позволяет существенно повысить точность контроля состояния канала передачи данных по вероятности необнаруженной ошибки.

Сопоставительный анализ о прототипом показывает, что предлагаемый способ контроля при оценке вероятности необнаруженной ошибки дополнительно учитывает влияние приращений минимального кодового расстояния по соответствующим каскадам кода.

Таким образом, предлагаемый способ контроля состояния канала передачи данных соответствует критерию "новизна".

Сравнение предлагаемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями и способами не позволяет выявить в них признаки, отличающие предлагаемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия".

Изобретение относится к электросвязи. На передаче блоки информации кодируют М-каскадным кодом, а на приеме декодируют поэтапно, завершая декодирование либо при обнаружении ошибок, либо по окончании М-го этапа. На интервале контроля для каждого этапа декодирования подсчитывают число блоков с обнаруженными ошибками, по которым определяют вероятность необнаруженной ошибки для каждого из этапов с первого по (М-К)-й и прогнозируют с помощью математического выражения вероятность необнаруженной ошибки для каждого из этапов с (М-К+1)-го по М-й как функцию двух параметров - количества контрольных символов и кратности гарантированно обнаруживаемых ошибок соответствующих каскадов кода, чем достигается повышение точности контроля состояния канала передачи данных по вероятности необнаруженной ошибки. 2 ил., 1 табл.

Способ контроля состояния канала передачи данных, включающий формирование на передаче блоков информации, кодирование их с образованием кодовых блоков М-каскадным кодом, обнаруживающим ошибки, передачу по дискретному каналу связи последовательности кодовых блоков, на приеме декодирование каждого кодового блока осуществляют поэтапно и завершают либо по обнаружении ошибок на очередном этапе, либо после М-го этапа, в течение цикла контроля для одноименных этапов с первого по (М К)-й (где К количество этапов декодирования, дополнительно необходимых для требуемой точности контроля), подсчитывают количество кодовых блоков с обнаруженными ошибками, по которому определяют вероятность необнаруженной ошибки для каждого из этапов с первого по (М К)-й, определяют вероятность необнаруженной ошибки для каждого из этапов с (М К + 1)-го по М-й, отличающийся тем, что при определении вероятности необнаруженной ошибки каждого из этапов с (М К + 1)-го по М-й учитывают параметр, характеризующий минимальное кодовое расстояние кода по соответствующим этапам декодирования, при этом вероятность необнаруженной ошибки для каждого из этапов с (М К + 1)-го по М-й для r суммарных значений количества контрольных символов кода и кратности гарантированно обнаруживаемых ошибок σ определяют по формуле

где Δr_М-К - приращение количества контрольных символов кода;
Δσ_М-К = d_М-К-1 - приращение кратности гарантированно обнаруженных ошибок;
d_М-К минимальное кодовое расстояние кода (М - К)-го каскада;
Δr, Δσ - приращения соответствующих параметров кода.