СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ СООБЩЕНИЙ В СИСТЕМАХ С ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ Российский патент 2004 года по МПК H04L1/16 

Изобретение относится к области техники связи и может быть использовано для передачи и приема сообщений, защищенных корректирующим кодом, в частности помехоустойчивым каскадным кодом.

Способ применяют в системах с обратной связью. В этих системах для повышения вероятности приема сообщения, по запросу приемной стороны, осуществляют повторную передачу непринятых сообщений. При этом для существенной части непринятых сообщений по результатам декодирования помехоустойчивого кода можно оценить качество приема сообщения и повторно передавать лишь ту часть информации, которая необходима для восстановления непринятых сообщений с учетом ранее переданной информации (прием с накоплением). Наиболее эффективно предлагаемый способ может использоваться в случае передачи сообщений, защищенных помехоустойчивым каскадным кодом. При этом качество приема сообщения оценивают по результатам декодирования слов внутреннего кода каскадного кода и можно определить не только число стертых слов внутреннего кода, но и примерно оценить число трансформированных слов. Способ может эффективно применяться для передачи больших массивов цифровой информации, например для передачи и приема видеоизображений в системах факсимильной связи. Значительную роль в таких системах играет время передачи видеоизображения. Время передачи видеоизображения складывается из времени передачи видеоизображения и времени повторной передачи непринятых фрагментов видео изображения. Предлагаемый способ направлен на решение актуальной задачи сокращения времени повторной передачи информации, в частности - непринятых фрагментов видеоизображения.

Известен способ передачи сообщений, при котором на передающей стороне массив входной информации разбивают на блоки определенной длины, которые кодируют помехоустойчивым кодом и далее передают в канал связи. На приемной стороне декодируют помехоустойчивый код с обнаружением ошибок. При обнаружении ошибок в помехоустойчивом коде формируют запрос на повторную передачу помехоустойчивого кода. Этот запрос передают по каналу обратной связи на передающую сторону. По запросу осуществляют повторную передачу непринятого помехоустойчивого кода [1].

Недостатком этого способа является снижение скорости передачи информации, обусловленное тем, что при повторной передаче непринятые кодовые слова передают целиком, что может привести к существенному увеличению общего объема информации, передаваемой по каналу связи.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ (прототип) передачи сообщений в системе с обратной связью, в соответствии с которым на передающей стороне системы связи массив входной информации разбивают на блоки определенной длины, которые кодируют помехоустойчивым кодом и далее передают в канал связи. На приемной стороне системы связи помехоустойчивый код декодируют с обнаружением и исправлением ошибок. При обнаружении ошибок в помехоустойчивом коде, кратность которых лежит за пределами исправляющей способности помехоустойчивого кода, формируют запрос на передачу дополнительных символов помехоустойчивого кода. Этот запрос передают по каналу обратной связи на передающую сторону. По запросу осуществляют передачу дополнительных символов помехоустойчивого кода. Далее при приеме дополнительных символов помехоустойчивого кода осуществляют повторное декодирование этого кода [2].

Недостатком этого способа является низкая скорость передачи информации по каналу связи и сложность реализации способа, поскольку не оценивается необходимое для правильного декодирования количество дополнительных символов помехоустойчивого кода и может потребоваться несколько передач дополнительных символов и соответственно несколько попыток декодирования помехоустойчивого кода. Это может привести к увеличению объема информации, передаваемой по каналу связи и к усложнению способа.

Цель изобретения - повышение скорости передачи информации и упрощение способа, за счет того, что в канале связи передают укороченный помехоустойчивый код и в зависимости от качества канала связи при повторной передаче передают лишь необходимое для повторного декодирования количество дополнительных символов помехоустойчивого кода, что уменьшает общий объем информации, передаваемой по каналу связи и сокращает количество повторных попыток декодирования помехоустойчивого кода.

Для достижения цели предложен способ, заключающийся в том, что на передающей стороне системы связи массив входной информации разбивают на блоки определенной длины, которые кодируют помехоустойчивым кодом и далее передают в канал связи. На приемной стороне системы связи декодируют помехоустойчивый код с обнаружением и исправлением ошибок. При обнаружении ошибок в помехоустойчивом коде, кратность которых лежит за пределами исправляющей способности помехоустойчивого кода, формируют запрос на повторную передачу помехоустойчивого кода. Этот запрос передают по каналу обратной связи на передающую сторону. По запросу осуществляют передачу дополнительных символов помехоустойчивого кода. Далее при приеме дополнительных символов помехоустойчивого кода осуществляют повторное декодирование этого кода. Новым является то, что в канал связи передают укороченный помехоустойчивый каскадный код, на приемной стороне системы связи по результатам декодирования внутреннего кода укороченного помехоустойчивого каскадного кода сначала определяют количество стертых слов внутреннего кода, далее оценивают количество трансформированных слов внутреннего кода, затем определяют количество дополнительных слов внутреннего кода помехоустойчивого каскадного кода, необходимых для правильного декодирования внешнего кода помехоустойчивого каскадного кода и формируют запрос на передачу этих дополнительных слов внутреннего кода помехоустойчивого каскадного кода.

На чертеже приведена последовательность операций, иллюстрирующая процесс обработки входной информации на передающей и приемной сторонах канала связи.

Предлагаемый способ передачи сообщений в системе с обратной связью реализуется следующим образом.

На передающей стороне формируют укороченный помехоустойчивый код, например укороченный помехоустойчивый каскадный код. Для этого на передающей стороне исходное сообщение, объемом k m-ичных (m>1) символов вначале кодируют m-ичным помехоустойчивым кодом, например, m-ичным помехоустойчивым кодом Рида-Соломона. Код Рида-Соломона является внешним кодом или кодом первой ступени помехоустойчивого каскадного кода. Код Рида-Соломона, определенный над полем Галуа GF(2^m), в общем случае состоит из 2^m-1 символов. Укороченный код Рида-Соломона образуют из n<2^m-1 символов кода Рида-Соломона. На практике для передачи сообщений в канале связи часто используют укороченные коды Рида-Соломона. Код Рида-Соломона является кодом с максимально достижимым минимальным кодовым расстоянием (МДР-кодом). В этом коде добавление каждого нового символа кода увеличивает минимальное кодовое расстояние кода на единицу. Поэтому помехоустойчивость кода Рида-Соломона определяется только его избыточностью, и использование укороченного кода не влияет на его свойства исправлять и обнаруживать ошибки, при условии, что укороченный код имеет ту же избыточность, что и полный код.

В результате кодирования информации получают слово кода Рида-Соломона (n, k), информационная длина которого равна k, а блоковая - n символов.

Далее информацию кодируют двоичным кодом, например двоичным кодом Боуза-Чоудхури-Хоквингема (БЧХ-коды). Код БЧХ является внутренним кодом или кодом второй ступени помехоустойчивого каскадного кода. Код БЧХ имеет параметры: n_b - блоковая длина кода, k_b - информационная длина кода.

Исходной информацией для каждого слова кода БЧХ являются символы укороченного кода Рида-Соломона, рассматриваемые как последовательность двоичных символов. В результате кодирования кодом БЧХ получают n двоичных слов кода БЧХ (n_b, k_b) или двоичную последовательность с₁. Эта последовательность является укороченным помехоустойчивым каскадным кодом.

Далее символы укороченного каскадного кода, преобразованные в сигнал, поступают в канал связи. В канале связи возможно искажение передаваемого сигнала. Это может привести к тому, что укороченный каскадный код будет принят с ошибками.

На приемной стороне сначала осуществляют прием укороченного каскадного кода. Далее выполняют декодирование каскадного кода. Каскадный код, поступающий на вход приемника, содержит n слов внутреннего кода каскадного кода. Декодирование каскадного кода начинают с декодирования слов внутреннего кода каскадного кода с обнаружением и исправлением ошибок. Внутренний код укороченного каскадного кода гарантированно исправляет t и менее ошибок в кодовом слове. При количестве ошибок во внутреннем коде, большем t, в случае использования неполного алгоритма декодирования внутреннего кода, будут иметь место стирания и трансформации кодовых слов.

В результате декодирования слов внутреннего кода каскадного кода получают символы внешнего кода каскадного кода. Если количество принятых символов внешнего кода каскадного кода достаточно для декодирования внешнего кода, далее осуществляют декодирование внешнего кода каскадного кода.

Отказ от декодирования укороченного каскадного кода возможен, если количество стертых s и трансформированных r слов внутреннего кода каскадного кода превышает корректирующую способность внешнего кода каскадного кода

где d_min - минимальное кодовое расстояние внешнего кода укороченного каскадного кода. В противном случае внешний код каскадного кода будет декодирован правильно. Отметим, что для внешнего кода Рида-Соломона справедливо уравнение

В случае отказа от декодирования укороченного каскадного кода, по результатам декодирования слов внутреннего кода укороченного каскадного кода, определяют количество непринятых (стертых) слов внутреннего кода s.

Далее определяют количество трансформированных слов внутреннего кода. Количество трансформированных слов внутреннего кода каскадного кода r приближенно можно оценить следующим образом.

Отношение числа r трансформированных кодовых слов к числу стертых s кодовых слов внутреннего кода приближенно оценивается коэффициентом трансформаций β по "объему сфер", исходя из следующих соображений.

При исправлении точно i ошибок в кодовом слове количество двоичных комбинаций, которые могут приводить к трансформации будет равно

Общее число двоичных комбинаций, которые могут приводить к стиранию принятых слов, будет равно

отсюда получим

Отсюда число трансформаций примерно будет равно

После получения оценки числа r трансформированных слов нетрудно определить количество w дополнительных слов внутреннего кода укороченного каскадного кода, необходимых для правильного декодирования каскадного кода

По каналу обратной связи информация о количестве дополнительных слов каскадного кода передается на передающую сторону. На передающей стороне по этому запросу требуемое число слов внутреннего кода передается на приемную сторону, и повторное декодирование каскадного кода осуществляется с учетом вновь принятых слов внутреннего кода.

При этом, на передающую сторону по каналу обратной связи могут передаваться номера стертых кодовых слов внутреннего кода и при повторной передаче стертые слова или часть их повторяются. В случае, если повторения ранее стертых слов внутреннего кода недостаточно для компенсации трансформированных слов внутреннего кода, номера которых неизвестны, дополнительно передаются слова внутреннего кода, которые ранее не передавались. Это возможно в силу того, что первоначально передавался укороченный каскадный код и некоторое количество слов каскадного кода осталось в запасе. Причем количество дополнительных кодовых слов для компенсации трансформированных слов равно удвоенному числу трансформированных слов внутреннего кода.

Отметим также, что при повторной передаче слов внутреннего кода в этих словах также возможны ошибки. С учетом этого обстоятельства количество повторно передаваемых слов внутреннего кода следует увеличить, причем увеличение должно быть примерно пропорционально доли числа стертых и трансформированных слов внутреннего кода каскадного кода.

Пример. В канале связи сообщения передаются укороченным помехоустойчивым каскадным кодом, внутренним кодом которого является двоичный код БЧХ (31, 16) с исправлением тройных ошибок, а внешним - код Рида-Соломона (32, 16), символами которого являются элементы поля Галуа GF(2⁸). Декодирование кода Рида-Соломона осуществляется с исправлением ошибок и стираний. Для передачи сообщений используются только 32 символа кода Рида-Соломона из 255 возможных для полного кода.

При передаче некоторого сообщения было принято 17 слов внутреннего кода, а остальные 15 - стерты. При декодировании кода Рида-Соломона произошел отказ от декодирования из-за обнаружения неисправимой комбинации ошибок (первые 16 символов внешнего кода не соответствуют 17 символу). Коэффициент трансформации внутреннего кода БЧХ, рассчитанный по формуле (3), составляет 0.18. Отсюда число трансформированных слов можно оценить сверху с учетом округления величиной r=15·0,18≈3. Число дополнительных слов внутреннего кода, необходимых для правильного декодирования, будет согласно формуле (5) равно

w=15+2·3-17+7=5

С учетом того, что при передаче примерно половина слов внутреннего кода не принимается, общее число слов, которые следует передавать дополнительно, будет примерно равно 8. Поэтому при формировании запроса на повторную передачу слов внутреннего кода достаточно указать номера восьми стертых при первой передаче слов.

В предлагаемом способе качество канала связи оценивают по результатам приема (статистике приема) слов внутреннего кода каскадного кода. При этом, в отличие от известного способа, нетрудно оценить количество стертых и трансформированных слов внутреннего кода каскадного кода и при повторении символов помехоустойчивого кода передавать лишь необходимое число слов внутреннего кода каскадного кода. В том случае, если количество ошибок в канале связи существенным образом превышает корректирующую способность кода, возможна компенсация этих ошибок за счет дополнительных слов внутреннего кода укороченного каскадного кода, которые раньше не передавались.

Предлагаемый способ позволяет обеспечить более высокую скорость передачи информации в канале связи за счет того, что по результатам декодирования укороченного каскадного кода оценивается число непринятых символов кода и при повторной передаче осуществляется передача только необходимых для правильного декодирования дополнительных символов помехоустойчивого кода. Кроме того, предлагаемый способ сокращает число повторных попыток декодирования, а значит, уменьшает его сложность.

Достигаемым техническим результатом предлагаемого способа передачи сообщений в системе с обратной связью является повышение скорости передачи информации в канале связи и уменьшение сложности реализации способа.

Источники информации

1. Элементы теории передачи информации. Под ред. Л.П.Пуртова. М.: Связь, 1972, стр.39.

2. Советов Б.Я., Стах В.М. Построение адаптивных систем передачи информации для автоматизированного управления. Л.: Энергоиздат, 1982, стр. 16.

Способ передачи сообщений в системе с обратной связью относится к области техники связи и может быть использовано для передачи и приема сообщений, защищенных корректирующим кодом, в частности помехоустойчивым каскадным кодом. Технический результат предлагаемого способа заключается в повышении скорости передачи информации в канале связи и упрощении аппаратной и программной реализации способа. Технический результат достигается за счет того, что в канал связи передают укороченный помехоустойчивый каскадный код, на приемной стороне системы связи по результатам декодирования внутреннего кода укороченного помехоустойчивого каскадного кода определяют количество дополнительных слов внутреннего кода помехоустойчивого каскадного кода, необходимых для правильного декодирования внешнего кода помехоустойчивого каскадного кода и затем формируют запрос на передачу этих дополнительных слов внутреннего кода помехоустойчивого каскадного кода. 1 ил.

Способ передачи сообщений в системе с обратной связью, заключающийся в том, что на передающей стороне системы связи массив входной информации разбивают на блоки определенной длины, которые кодируют помехоустойчивым кодом и далее передают в канал связи, на приемной стороне системы связи декодируют помехоустойчивый код с обнаружением и исправлением ошибок, при обнаружении ошибок в помехоустойчивом коде, кратность которых лежит за пределами исправляющей способности помехоустойчивого кода, формируют запрос на повторную передачу помехоустойчивого кода, этот запрос передают по каналу обратной связи на передающую сторону и по запросу осуществляют передачу дополнительных символов помехоустойчивого кода, далее при приеме дополнительных символов помехоустойчивого кода осуществляют повторное декодирование этого кода, отличающийся тем, что в канал связи передают укороченный помехоустойчивый каскадный код, на приемной стороне системы связи по результатам декодирования внутреннего кода укороченного помехоустойчивого каскадного кода сначала определяют количество стертых слов внутреннего кода, далее оценивают количество трансформированных слов внутреннего кода, затем определяют количество дополнительных слов внутреннего кода помехоустойчивого каскадного кода, необходимых для правильного декодирования внешнего кода помехоустойчивого каскадного кода и формируют запрос на передачу этих дополнительных слов внутреннего кода помехоустойчивого каскадного кода.