СПОСОБ ОЦЕНКИ ДОСТОВЕРНОСТИ ПРИЕМА СИГНАЛОВ С МНОГОПОЗИЦИОННОЙ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ФАЗОВОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ Российский патент 2011 года по МПК H04L1/00 

Настоящее изобретение относится к области электрорадиотехники, а именно к технике радиосвязи, и может быть использовано в адаптивных системах пакетной передачи данных.

Для эффективной работы адаптивных систем передачи дискретной информации по нестационарным каналам на протяжении всего сеанса связи требуется обеспечить возможность своевременного перехода в наиболее выгодный режим работы, с точки зрения обеспечения максимальной скорости передачи полезной информации, при сохранении заданной достоверности принимаемых данных. Для этого необходимо осуществлять оперативный контроль качества приема данных в текущем режиме работы, а также производить оценку для качества приема данных для всех возможных режимов работы. В качестве одной из основных характеристик качества приема в современных цифровых системах передачи данных используется оценка вероятности ошибки на бит (bit error probability). В настоящее время для передачи данных по нестационарным каналам наиболее перспективным направлением представляется построение адаптивных систем, использующих относительную фазовую модуляцию (ОФМ). Для повышения скорости передачи данных в условиях хорошего канала связи желательно использовать ОФМ с числом позиций более двух, что позволяет передавать на длительности одной элементарной посылки более одного информационного бита. Поскольку передаваемая информация является дискретной, то для наиболее компактного представления применяется ОФМ с количеством позиций, кратным степени двойки, что позволяет использовать код Грея [Скляр, Бернард. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение, 2-е изд.: Пер. англ. - М.: Издательский дом «Вильямс», 2003], применение которого снижает количество побитовых ошибок, так как отклонение фазы в соседний сектор приводит к искажению только одного бита в символе. Для повышения эффективности адаптивных систем связи необходимо в процессе передачи сообщений на текущей канальной скорости передачи данных оценивать вероятности ошибок на бит для всех используемых системой связи скоростей (позиционности ОФМ).

Известен способ измерения вероятности ошибки на бит, описанный в патенте США №4100531. Он заключается в том, что на передающей стороне формируется тестовая псевдослучайная последовательность, представляющая собой на выходе передающей стороны модулированный псевдослучайный сигнал. При прохождении через канал связи в тестовый сигнал вносятся искажения, обусловленные свойствами канала связи, а также добавляется случайный шум. На приемной стороне осуществляется прием сигнала и его демодуляция, а затем реализуется побитное сравнение принятой последовательности с заранее известной на приемной стороне тестовой псевдослучайной последовательностью. Несовпадение сравниваемых бит считается ошибкой. Оценка вероятности ошибки на бит определяется как отношение количества зарегистрированных ошибок к длине последовательности. Данный способ требует прерывания передачи полезной информации на время, необходимое для передачи тестового сигнала с периодичностью, достаточной для получения объективной и своевременной оценки состояния канала.

Недостаток данного способа заключается в снижении скорости передачи полезной информации за счет введения избыточности. Помимо этого, необходимость периодического кратковременного прерывания приема данных для получения тестовой последовательности ограничивает возможность применения способа в системах непрерывной передачи данных.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является система, описанная в патенте США №4566100 [прототип]. Оценка вероятности ошибки на бит определяется посредством анализа флуктуаций положения фазы принимаемого полезного сигнала. Известная система оценки вероятности ошибки на бит работает следующим образом. На передающей стороне полезная информация преобразуется модулятором в М-позиционный фазомодулированный сигнал, поступающий в канал связи. На приемной стороне сигнал поступает параллельно на демодулятор и блок оценки. На выходе демодулятора получают полезную переданную информацию. В блоке оценки частота М-позиционного фазомодулированного сигнала умножается на М так, что фаза неискаженных символов в основном попадает в левую полуплоскость, а в правую полуплоскость попадает фаза искаженных символов. Подсчитав количество символов, фаза которых попала в правую полуплоскость, находят соответствующую вероятность ошибки на бит в сигнале из таблицы, которую получают заранее на приемной стороне посредством приема известной последовательности, вставленной в информацию.

Такой способ обеспечивает непрерывную передачу полезной информации. Однако при малых отношениях сигнал/помеха получаемая таким способом оценка является смещенной в меньшую сторону, поскольку некоторая часть фаз искаженных символов может попадать в левую полуплоскость и не учитываться при определении вероятности ошибки на бит.

Целью изобретения является обеспечение достоверной непрерывной передачи и приема полезной информации.

Поставленная цель достигается тем, что способ оценки достоверности приема сигналов с многопозиционной относительной фазовой модуляцией, состоящий в том, что на передающей стороне полезная информация преобразуется в М-позиционный фазомодулированный сигнал, поступающий в канал связи, а на приемной стороне сигнал поступает параллельно на демодулятор и блок оценки, причем на выходе демодулятора получают полезную информацию, при этом на передающей стороне для каждого поступающего от источника сообщений блока данных фиксированной длины производится вычисление циклической контрольной суммы (CRC), дописывающейся в конец блока. Затем блок данных с CRC кодируется помехоустойчивым кодом, после чего закодированный пакет данных поступает на модулятор, формирующий аналоговый сигнал, который передается в канал связи. На приемной стороне, при установленной тактовой и цикловой синхронизации, производится демодуляция поступающего сигнала, в результате которой вычисляются разности фаз между соседними элементарными посылками, а затем формируется пакет принимаемых данных, поступающих на декодер. Декодированные данные проходят проверку по CRC, и в случае совпадении контрольной суммы осуществляется передача информационной последовательности получателю сообщений, а декодированные данные заново проходят операции кодирования и модуляции, в результате чего восстанавливаются первоначально заданные, неискаженные каналом связи, значения разности фаз, на основании сравнения которых с разностями фаз, поступающими с демодулятора, производится вычисление значений ошибки для разности фаз принимаемого сигнала, по которым впоследствии вычисляются оценки вероятности ошибки на бит для всех режимов работы с ОФМ, отличающихся количеством позиций разности фаз на фазовой плоскости.

На чертеже представлена структурная схема способа оценивания вероятности ошибки на бит.

Она содержит:

1 - источник сообщений;

2 - устройство добавления CRC;

3, 11 - кодер;

4, 12 - модулятор:

4.1, 12.1 - блок формирования символов,

4.2, 12.2 - кодер Грея,

4.3, 12.3 - блок формирования разности фаз,

4.4 - блок формирования аналогового сигнала;

5 - канал связи;

6 - устройство установления и удержания тактовой и цикловой синхронизации;

7 - демодулятор:

7.1 - блок определения разности фаз,

7.2 - блок определения символов,

7.3 - декодер Грея,

7.4 - блок объединения символов;

8 - декодер;

9 - устройство проверки по CRC;

10 - получатель сообщений;

13 - блок определения ошибки разности фаз;

14 - блок вычисления оценки вероятности ошибки на бит.

На передающей стороне от источника сообщений 1 поступают информационные блоки фиксированной длины из L бит. Затем для каждого информационного блока в устройстве добавления CRC 2 производится вычисление циклической контрольной суммы, состоящей из С бит, которая дописывается в конец блока. Полученный таким образом блок данных размером K=L+C бит поступает на кодер 3, где на данные накладывается помехоустойчивый код с параметрами (N, К), где N>K:

N - количество бит данных, получаемых с выхода кодера,

К - количество бит данных, поступающих на вход кодера.

Пакет данных размером N бит поступает на модулятор 4, где в блоке формирования символов 4.1 производится разбиение поступившего пакета данных на последовательность из J=N/B_M информационных символов a _j, где В_м=log₂(М) - количество бит в информационном символе, М - кратное степени двойки количество позиций относительной фазовой модуляции для текущего режима работы. Затем кодер Грея 4.2 производит преобразование каждого символа по коду Грея b_j=G(a _j) в соответствии с таблицей для прямого и обратного кода Грея, после чего блок формирования разности фаз 4.3 ставит в соответствие каждому символу b_j значение разности фаз между двумя элементарными посылками Δφ_j=b_j·2 π/М. Далее блок формирования аналогового сигнала 4.4 на основании полученных разностей фаз формирует канальный блок данных s(_t) в аналоговом виде, подаваемый в канал связи 5, где в него вносятся искажения, обусловленные как параметрами канала, так и воздействием помех.

На приемной стороне принимаемый из канала связи 5 аналоговый сигнал поступает на устройство установления и удержания тактовой и цикловой синхронизации 6, где производится определение начала и конца каждой элементарной посылки аналогового сигнала, т.е. поддержание тактовой синхронизации, а также определение первой и последней элементарной посылки для каждого канального блока данных , т.е. поддержание цикловой синхронизации. Канальный блок данных поступает на демодулятор 7, где в блоке определения разности фаз 7.1 из аналогового сигнала производится выделение информации в виде последовательности из J разностей фаз между соседними элементарными посылками , приведенных к диапазону значений [0…27 π), затем в блоке определения символов 7.2 каждой разности фаз ставится в соответствие символ , где функция γ=abs(x) преобразует вещественное число x в целочисленное γ посредством отбрасывания значения после запятой, после чего декодер Грея 7.3 производит преобразование каждого символа в соответствии с обратным кодом Грея, образуя последовательность символов , из которой затем блок объединения символов 7.4 формирует пакет принимаемых данных размером N бит. С демодулятора пакет данных поступает на декодер 8, где производится операция декодирования для помехоустойчивого кода, использовавшегося на передающей стороне. С выхода декодера 8 блок данных размером К бит поступает на устройство проверки по CRC 9, где блок данных разделяется на информационную последовательность размером L бит, для которой вычисляется контрольная сумма, и состоящую из С бит циклическую контрольную сумму. Если при декодировании исходное сообщение не было полностью восстановлено, т.е. не были обнаружены и исправлены все вносимые каналом связи ошибки, проверка по CRC укажет на несовпадение контрольной суммы, то информационная последовательность размером L бит на приемник информации 10 не передается, оценка вероятности ошибки на бит не производится.

Если при проверке по CRC контрольная сумма совпадает, осуществляется передача с устройства проверки по CRC 9 информационной последовательности размером L бит на получатель сообщений 10, а также производится транзит блока данных размером К бит на кодер 11, где на поступивший блок данных накладывается использовавшийся на передающей стороне помехоустойчивый код, сформированный кодером 11 пакет данных размером N бит поступает на модулятор 12, где в блоке формирования символов 12.1 производится его разбиение на последовательность из J символов. Затем кодер Грея 12.2 производит преобразование каждого символа по коду Грея , после чего в блоке формирования разности фаз 12.3 каждому преобразованному символу ставится в соответствие восстановленное значение разности фаз между двумя элементарными посылками .

Значения разности фаз , сформированные блоком определения разности фаз 7.1 демодулятора 7, а также разности фаз , восстановленные блоком формирования разности фаз 12.3 модулятора 12, поступают на блок определения ошибки разности фаз 13, где производится вычисление углов , которые приводятся к диапазону значений [0…2π). Отклонение относительно нулевого угла на фазовой плоскости соответствует величине ошибки для разности фаз принимаемого сигнала.

Значения поступают на блок вычисления оценки вероятности ошибки на бит 14, где для оцениваемого режима работы, характеризуемого значением m - количеством позиций разности фаз ОФМ, производится их преобразование в символ ошибки , в точной аналогии с производимыми в блоках 7.2 и 7.3 демодулятора 7 действиями, в соответствии с выражением

.

Отличие символа ошибки от нуля означает, что прием информации в оцениваемом режиме работы привел бы к появлению ошибочных бит в принимаемом символе в количестве, соответствующем числу ненулевых бит в символе ошибки . Окончательно оценки вероятности ошибки на бит , для режима работы с m-позиционной ОФМ, формируются как отношение суммы ошибочно принятых бит к общему количеству принятых бит в соответствии с выражением

, где функция возвращает в качестве у число, равное количеству содержащихся в символе x бит, равных единице. Выдаваемые блоком 14 результаты оценок вероятности ошибки на бит могут использоваться для выбора адаптивной системой передачи данных оптимального для текущего состояния канала связи режима работы.

При приеме каждого последующего информационного блока описанные выше операции повторяются.

Положительным результатом способа является возможность оперативного получения при работе в режиме ОФМ оценок вероятности ошибки на бит для всех используемых адаптивной системой передачи данных режимов работы, отличающихся от текущего режима количеством позиций разности фаз ОФМ. Способ не требует введения в сигнал дополнительной избыточности в виде тестовых последовательностей, приводящих к снижению эффективной скорости передачи полезной информации.

Изобретение относится к технике связи и может быть использовано в адаптивных системах пакетной передачи данных, использующих помехозащищенное кодирование полезной информации, работающих в режимах с многопозиционной относительной фазовой модуляцией, и позволяет по рабочим сигналам получить оценку вероятности ошибки на бит в канале связи как для текущего режима работы, так и для других режимов с количеством позиций относительной фазовой модуляции, отличным от текущего режима. Оценка вероятности ошибки производится на основании сравнения восстановленных значений разностей фаз с разностями фаз, поступающими с демодулятора. Технический результат - обеспечение оперативной оценки вероятности ошибки на бит, в процессе ведения связи, для всех возможных режимов работы, имеющих количество позиций на фазовой плоскости, кратное степени двойки, без внесения в сообщение дополнительной избыточности в виде тестовых последовательностей. 1 ил.

Способ оценки достоверности приема сигналов с многопозиционной относительной фазовой модуляцией, состоящий в том, что на передающей стороне полезная информация преобразуется модулятором в М-позиционный фазомодулированный сигнал, поступающий в канал связи, а на приемной стороне сигнал поступает параллельно на демодулятор и блок оценки, причем на выходе демодулятора получают полезную переданную информацию, отличающийся тем, что на передающей стороне от источника сообщений поступают информационные блоки фиксированной длины, для каждого из которых производится вычисление циклической контрольной суммы (CRC), добавляемой в конце блока, после чего блок данных с CRC кодируется помехоустойчивым кодом, затем закодированный пакет данных поступает на модулятор, формирующий аналоговый сигнал, который передается по каналу связи на приемную сторону, где при установленной тактовой и цикловой синхронизации производится демодуляция поступающего аналогового сигнала, в процессе которой вычисляются разности фаз между соседними элементарными посылками, на основе которых формируется пакет принимаемых данных, поступающих на декодер, после чего декодированные данные проходят проверку по CRC и в случае совпадении контрольной суммы осуществляется передача информационной последовательности получателю сообщений, а декодированные данные заново проходят операции кодирования и модуляции, в результате чего восстанавливаются первоначально заданные, не искаженные каналом связи значения разностей фаз, на основании сравнения которых с разностями фаз, поступающими с демодулятора, производится вычисление отклонений для разностей фаз принимаемого сигнала от истинных значений, по совокупности которых впоследствии вычисляются оценки вероятности ошибки на бит для всех режимов работы с относительной фазовой модуляцией, отличающихся количеством используемых позиций разности фаз на фазовой плоскости.