СПОСОБ КОДОВОЙ ЦИКЛОВОЙ СИНХРОНИЗАЦИИ МНОГОБЛОЧНЫХ СООБЩЕНИЙ Российский патент 2024 года по МПК H04L7/08 

Изобретение относится к способам кодовой цикловой синхронизации сообщений при передаче цифровой информации и может быть использовано для цикловой синхронизации многоблочных сообщений.

Для повышения вероятности доведения сообщения в каналах связи применяют помехоустойчивое кодирование. Достаточно эффективным с точки зрения соотношения помехоустойчивости приема сообщений и сложности технической реализации является применение каскадных помехоустойчивых кодов. Однако, объем сообщения каскадной кодовой конструкции в силу сложности технической реализации ограничен некоторой величиной, обычно не превышающей от нескольких сотен до нескольких тысяч бит.В настоящее время часто возникает потребность передавать и более длинные сообщения. Большие объемы сообщений возникают при передаче телеметрической и измерительной информации, аудио и видео файлов, при организации видеоконференций. В этом случае помехоустойчивый код должен обеспечивать гарантированное доведение длинного многоблочного сообщения, объем которого может составлять 1 Мбит и более. Одним из путей решения задачи передачи длинных сообщений является разбиение сообщения на небольшие блоки, кодирование каждого блока своим каскадным кодом, формирование проверочных каскадных кодов и передача всех полученных каскадных кодов по каналу связи. На приемной стороне канала связи каждый каскадный код сначала синхронизируют, а затем в случае успешной синхронизации выполняют декодирование каскадного кода. Однако, некоторые из каскадных кодов при передаче по каналу связи невысокого качества могут не синхронизироваться, что может приводить к неприему этих каскадных кодов, а также и всего многоблочного сообщения. В описанном способе предлагается вычислять суммарные достоверности для каждого каскадного кода, на ихоснове формировать интегральную достоверность всего многоблочного сообщения и синхронизировать многоблочное сообщение с учетом величины этой интегральной достоверности. При этом синхронизация будет возможна даже при отсутствии синхронизации некоторых каскадных кодов. В предельном случае при достаточной величине интегральной оценки, синхронизация многоблочных сообщений будет возможна, даже если все каскадные коды многоблочного сообщения по отдельности не синхронизируются. Такой подход повышает вероятность цикловой синхронизации многоблочного сообщения.

Известен способ кодовой цикловой синхронизации сообщений, при котором на передающей стороне формируют выходную последовательность, состоящую из следующих друг за другом информационных и проверочных символов помехоустойчивого кода, которую затем вместе с синхронизирующей последовательностью передают по каналу связи. На приемной стороне в скользящем окне приема принятую синхронизирующую последовательность сравнивают с переданной синхронизирующей последовательностью, и при совпадении принятой синхронизирующей последовательности и переданной синхронизирующей последовательности устанавливают цикловую синхронизацию, совпадающую с местоположением начала скользящего окна приема. При несовпадении принятой синхронизирующей последовательности и переданной синхронизирующей последовательности скользящее окно приема смещают на один символ по входной последовательности и опять сравнивают принятую синхронизирующую последовательность и переданную синхронизирующую последовательность и так повторяют до тех пор, пока принятая синхронизирующая последовательность не совпадет с переданной синхронизирующей* последовательностью. [Передача дискретных сообщений. Под ред. В. П. Шувалова. - М. Радио и связь. 1990. стр. 348-349].

Однако этот способ не обеспечивает достаточной вероятности синхронизации многоблочных сообщений, поскольку решение об установлениисинхронизации принимают по правильно принятой синхронизирующей последовательности и хотя бы одна ошибка в синхронизирующей последовательности приводит к неприему помехоустойчивого кода.

Известен способ кодовой цикловой синхронизации, заключающийся в том, что принятую входную последовательность, состоящую из нескольких следующих друг за другом слов, каждое из которых представляет собой поразрядную сумму по модулю два помехоустойчивого циклического кода, синхронизирующей последовательности и нумерующей последовательности умножают на проверочный полином помехоустойчивого циклического кода и на проверочный полином нумерующей последовательности и получают сумму синдрома помехоустойчивого циклического кода и синхронизирующей последовательности. Затем выделяют нумерующую последовательность принятого помехоустойчивого циклического кода, сравнивают ее с нумерующими последовательностями ранее принятых помехоустойчивых циклических кодов и запоминают число совпадений нумерующей последовательности с ранее принятыми нумерующими последовательностями в одном из счетчиков совпадений. Причем при совпадении нумерующей последовательности с ранее принятыми нумерующими последовательностями число в соответствующем счетчике совпадений увеличивают на 1, и в случае превышения числа, записанного в соответствующем счетчике совпадений порогового значения, принимают решение о кодовой цикловой синхронизации входной последовательности. (Патент РФ №2401512 МПК H04L 7/08 Квашенников В.В., Сосин П.А Способ кодовой цикловой синхронизации. Приор. 16.03.2009, опубл. 10.10.2010, Бюл.№28).

Однако при этом способе вероятность установления цикловой синхронизации многоблочного сообщения также недостаточно высокая из-за того, что решение о синхронизации принимается для каждого помехоустойчивого циклического кода и не формируется интегральная достоверность для цикловой синхронизации всего многоблочного сообщения.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ кодовой цикловой синхронизации сообщений (прототип), заключающийся в том, что на передающей стороне формируют последовательность кодовых слов в виде следующих друг за другом внутренних слов каскадного кода, каждое из которых представляет собой сумму по модулю два помехоустойчивого циклического кода и синхронизирующей последовательности. На приемной стороне входную последовательность, принятую в скользящем окне приема, делят на порождающий полином помехоустойчивого циклического кода. В результате деления получают сумму синдрома помехоустойчивого циклического кода и синхронизирующей последовательности. Далее из полученной суммы вычитают синхронизирующую последовательность и выделяют синдром помехоустойчивого циклического кода. Затем по синдрому помехоустойчивого циклического кода вычисляют комбинацию ошибок в помехоустойчивом циклическом коде и оценивают ее вес. Далее по весу комбинации ошибок вычисляют достоверности следующих друг за другом слов помехоустойчивого циклического кода. Затем эти достоверности суммируют вместе, и далее сравнивают суммарную достоверность слов помехоустойчивых циклических кодов с пороговым значением. При суммарной достоверности слов помехоустойчивых циклических кодов больше порогового значения устанавливают цикловую синхронизацию, совпадающую с началом скользящего окна приема, при суммарной достоверности слов помехоустойчивых циклических кодов меньше либо равной пороговому значению, скользящее окно приема смещают на один символ по входной последовательности и вычисление суммарной достоверности слов помехоустойчивых циклических кодов продолжают.(Патент РФ №2295198 МПК7 Н 04 L 7/08 Зимихин Д.А., Квашенников В.В. Способ кодовой цикловой синхронизации, Приор. 08.06.2005, опубл. 10.03.2007, бюл. №7).

Недостатком этого способа является недостаточно высокая вероятность установления синхронизации многоблочного сообщения, обусловленнаятем, что цикловую синхронизацию устанавливают по достоверности одного каскадного кода многоблочного сообщения и не учитывают достоверности других соседних каскадных кодов.

Цель изобретения - повышение вероятности установления синхронизации многоблочного сообщения, и как следствие, повышение вероятности приема сообщений, за счет того, что вычисляют интегральную достоверность последовательности каскадных кодов многоблочного сообщения и при достижении интегральной достоверности порогового значения принимают решение о цикловой синхронизации всего многоблочного сообщения.

Для достижения цели предложен способ кодовой цикловой синхронизации многоблочных сообщений, заключающийся в том, что на передающей стороне формируют последовательность кодовых слов в виде следующих друг за другом внутренних слов каскадного кода, каждое из которых представляет собой сумму по модулю два помехоустойчивого циклического кода и синхронизирующей последовательности. На приемной стороне входную последовательность, принятую в скользящем окне приема, делят на порождающий полином помехоустойчивого циклического кода. В результате деления получают сумму синдрома помехоустойчивого циклического кода и синхронизирующей последовательности. Далее из полученной суммы вычитают синхронизирующую последовательность и выделяют синдром помехоустойчивого циклического кода. Затем по синдрому помехоустойчивого циклического кода вычисляют комбинацию ошибок в помехоустойчивом циклическом коде и оценивают ее вес. Далее по весу комбинации ошибок вычисляют достоверности следующих друг за другом слов помехоустойчивого циклического кода. Затем эти достоверности суммируют вместе, и далее сравнивают суммарную достоверность слов помехоустойчивых циклических кодов с пороговым значением. При суммарной достоверности слов помехоустойчивых циклических кодов больше порогового значения устанавливают цикловую синхронизацию,совпадающую с началом скользящего окна приема, при суммарной достоверности слов помехоустойчивых циклических кодов меньше либо равной пороговому значению, скользящее окно приема смещают на один символ по входной последовательности и вычисление суммарной достоверности слов помехоустойчивых циклических кодов повторяют. Новым является то, что на передающей стороне формируют многоблочное сообщение, состоящее из каскадных кодов и проверочных каскадных кодов, на приемной стороне на основе суммарной достоверности принятых каскадных кодов вычисляют интегральную достоверность многоблочного сообщения. Далее оценивают величину интегральной достоверности многоблочного сообщения и, в случае превышения первого порогового значения, величину интегральной достоверности обнуляют и принимают решение о цикловой синхронизации. При этом, если цикловая синхронизация текущего каскадного кода совпадает с ранее вычисленной цикловой синхронизацией многоблочного сообщения, то интегральную достоверность многоблочного сообщения увеличивают на величину суммарной достоверности текущего каскадного кода, а если не совпадает, то интегральную достоверность уменьшают на величину суммарной достоверности текущего каскадного кода. Причем, при достижении интегральной достоверности второго порогового значения величина интегральной достоверности не изменяется до конца многоблочного сообщения. При этом при уменьшении интегральной достоверности ниже третьего порогового значения интегральную достоверность обнуляют, и вычисление интегральной достоверности начинают заново. Причем перед первым символом внешнего кода каскадного кода добавляют символ, значение которого равно номеру каскадного кода в многоблочном сообщении.

Осуществление способа кодовой цикловой синхронизации многоблочных сообщений рассмотрим на примере синхронизации многоблочных сообщений, состоящих из каскадных кодов и проверочных каскадных кодов. Такое многоблочное сообщение формируют при кодировании итеративнымкодом Эйлайса с проверкой на четность многомерного куба, в узлах которого расположены каскадные коды. Формирование многоблочных сообщений подробно описано в известном источнике (Патент РФ №2710911 МПК7 H04L 1/20; Н03М 13/29 Квашенников В.В., Манаев Д.Н. Способ передачи многоблочных сообщений в комплексах телекодовой связи, Приор. 04.03.2019, опубл. 14.01.2020, бюл. №2).

Внутренним кодом каскадного кода является помехоустойчивый циклический двоичный код Боуза - Чоудхури - Хоквингема (БЧХ - код), а внешним - код Рида-Соломона. Вначале на передающей стороне исходное сообщение объемом К m-ичных (m>1) символов кодируют m-ичным помехоустойчивым кодом Рида-Соломона. В результате кодирования получают кодовое слово кода Рида-Соломона (N,K), информационная длина которого равна К, а блоковая - N символов. Причем перед первым символом кода Рида-Соломона каскадного кода добавляют символ, значение которого равно номеру каскадного кода в многоблочном сообщении.

Далее информацию кодируют двоичным кодом БЧХ с порождающим многочленом g(x). Код БЧХ имеет параметры: n - блоковая длина кода, k - информационная длина кода. В результате кодирования кодом БЧХ всех символов кода Рида - Соломона, а также номера каскадного кода получают N+1 слов кода БЧХ(n,k) или двоичную последовательность, длина которой составляет n(N+1) бит.

Далее складывают поразрядно по модулю два символы кодов БЧХ с символами двоичной синхронизирующей последовательности. В качестве синхронизирующей последовательности выбирают последовательность с хорошими синхронизирующими свойствами, например, код Рида-Маллера (РМ) 1-го порядка (последовательность максимального периода). Синхронизирующая последовательность генерируется заранее в линейном сдвиговом регистре с обратными связями, описываемыми примитивным порождающим полиномом подходящей степени. Например, для порождающего полинома степени 10 будем иметь синхронизирующую последовательностьдлины 2¹⁰-1=1023 бит.При этом синхронизирующую последовательность делят на части piix) длины n-k символов каждая и символы этих частей синхронизирующей последовательности суммируют с соответствующими n-k символами проверочной части соответствующего кода БЧХ: р₃(х)=p₁(x)+р₂(х). Для выполнения этой операции длина синхронизирующей последовательности должна быть не менее V=(n-k)(N+1). Между словами БЧХ в каскадном коде и отрезками синхронизирующей последовательности (кода РМ) устанавливается взаимно однозначное соответствие. Проверочную часть первого слова БЧХ складывают с первым отрезком синхронизирующей последовательности, проверочную часть второго - со вторым отрезком синхронизирующей последовательности и так далее. Такое сложение выполняют со всеми словами кода БЧХ каскадного кода.

На приемной стороне входную последовательность, сформированную в виде суммы по модулю два помехоустойчивого циклического кода БЧХ и синхронизирующей последовательности, используют для кодовой цикловой синхронизации. В канале связи из-за искажений сигнала возникают ошибки и на слова кода БЧХ р₃(х) накладывается комбинация ошибок е(х).

Поэтому слово кода БЧХ на приемной стороне можно записать

p₄(х)=p₁(х)+p₂(х)+e(х)

Затем входную последовательность, принятую в скользящем окне приема, длина которого равна длине кода БЧХ, делят на порождающий полином g(x) кода БЧХ. В результате деления получают сумму синдрома кода БЧХ и синхронизирующей последовательности. Далее из полученной суммы вычитают синхронизирующую последовательность и выделяют синдром кода БЧХ

s(x)=р₄(х)modg(x)-р₂(х).

Синдром кода БЧХ используют для декодирования кода БЧХ. Декодирование может осуществляться, например, по алгоритму перестановочного декодирования Касами-Рудольфа либо по схеме табличного декодирования Меггита (Колесник В.Д., Мирончиков Е.Т. Декодирование циклических кодов. - М.: Связь, 1968. - 251 с).

В результате декодирования получают комбинацию ошибок е(х) принятого слова кода БЧХ. Далее оценивают вес комбинации ошибок, то есть число ошибок в i-ом слове кода БЧХ

Число ошибок в слове кода БЧХ определяет достоверность этого слова. Чем меньше ошибок в слове кода, тем более достоверным будет слово, поэтому достоверность слова кода БЧХ оценим

В знаменателе добавляется 1, чтобы избежать деления на 0 при неискаженном слове кода БЧХ.

Суммарную достоверность каскадного кода вычисляют как сумму достоверностей последовательности слов кодов БЧХ, входящих в каскадный код

Цикловую синхронизацию одного каскадного кода можно выполнять по суммарной достоверности, для чего ее сравнивают с некоторым пороговым значением

γ>γ_p

В случае многоблочного сообщения цикловая синхронизация осуществляется по интегральной достоверности, что позволяет синхронизироваться, если некоторые или даже все каскадные коды не синхронизируются. Текущую интегральную достоверность вычисляют в виде суммы предыдущей накопленной интегральной достоверности и текущей суммарной достоверности данного каскадного кода, входящего в многоблочное сообщение

Ω₀>Ω_-1+γ

Полученную интегральную достоверность многоблочного сообщения теперь сравнивают с первым пороговым значением. В случае превышения интегральной достоверности первого порогового значения величину интегральной достоверности обнуляют и принимают решение об установлении цикловой синхронизации.

Ω₀>Ω₁⇒Ω₀=0.

Первое пороговое значение выбирают из условия обеспечения высокой вероятности установления синхронизации. Достаточно высокая вероятность обеспечивается при наличии трех безошибочных кодов БЧХ. Поэтому можно принять Ω₁=3.

Начало многоблочного сообщения будет определяться по первому коду БЧХ каскадного кода, кодирующего номер каскадного кода. При правильной цикловой синхронизации некоторого каскадного кода многоблочного сообщения, цикловая синхронизация текущего каскадного кодабудет совпадать с ранее вычисленной цикловой синхронизацией многоблочного сообщения. В этом случае интегральную достоверность многоблочного сообщения увеличивают на величину суммарной достоверности текущего кодового слова. При ложной цикловой синхронизации некоторого каскадного кода многоблочного сообщения, то есть при вставке или выпадении символов между каскадными кодами, интегральную достоверность уменьшают на величину суммарной достоверности текущего кодового слова.

При уменьшении интегральной достоверности ниже второго порогового значения на длине многоблочного сообщения интегральную достоверность обнуляют, и вычисление интегральной достоверности начинают заново.

Ω₀<Ω₃⇒Ω₀=0.

Второе пороговое значение интегральной достоверности выбирают из условия высокой вероятности ложной синхронизации Ω₃=1.

Декодирование первого кода БЧХ в каскадном коде позволяет определить номер каскадного кода в многоблочном сообщении, а, значит, определить начало первого каскадного кода и начало всего многоблочного сообщения.

В предлагаемом способе на приемной стороне в скользящем окне после снятия синхронизирующей последовательности с входной последовательности кодов БЧХ выполняют их декодирование и определяют число ошибок в каждом коде БЧХ. По числу ошибок формируют оценки достоверности кодов БЧХ. Затем формируют суммарную достоверность каскадного кода, учитывающую достоверности отдельных кодов БЧХ. На основе суммарных достоверностей каскадных кодов вычисляют интегральную достоверность многоблочного сообщения, что позволяет повыситьвероятность установления цикловой синхронизации многоблочных сообщений.

Достигаемым техническим результатом предлагаемого способа кодовой цикловой синхронизации многоблочных сообщений является повышение вероятности установления цикловой синхронизации, а значит, и увеличение вероятности приема сообщения.

Изобретение относится к области кодовой цикловой синхронизации сообщений при передаче цифровой информации. Техническим результатом является повышение вероятности установления цикловой синхронизации. На передающей стороне формируют многоблочное сообщение, состоящее из каскадных помехоустойчивых кодов и проверочных каскадных помехоустойчивых кодов. На приемной стороне декодируют внутренние коды каскадных кодов и определяют число ошибок во внутренних кодах. По числу ошибок сначала вычисляют достоверности внутренних кодов, а затем определяют суммарные достоверности каскадных помехоустойчивых кодов многоблочного сообщения. Далее по суммарным достоверностям определяют интегральную достоверность многоблочного сообщения и в случае превышения первого порогового значения величину интегральной достоверности обнуляют и принимают решение об установлении цикловой синхронизации. 3 з.п. ф-лы.

1. Способ кодовой цикловой синхронизации многоблочных сообщений, заключающийся в том, что на передающей стороне формируют последовательность кодовых слов в виде следующих друг за другом внутренних слов каскадного кода, каждое из которых представляет собой сумму по модулю два помехоустойчивого циклического кода и синхронизирующей последовательности, на приемной стороне входную последовательность, принятую в скользящем окне приема, делят на порождающий полином помехоустойчивого циклического кода, в результате деления получают сумму синдрома помехоустойчивого циклического кода и синхронизирующей последовательности, далее из полученной суммы вычитают синхронизирующую последовательность и выделяют синдром помехоустойчивого циклического кода, затем по синдрому помехоустойчивого циклического кода вычисляют комбинацию ошибок в помехоустойчивом циклическом коде и оценивают ее вес, далее по весу комбинации ошибок вычисляют достоверности следующих друг за другом слов помехоустойчивого циклического кода, затем эти достоверности суммируют вместе и далее сравнивают суммарную достоверность слов помехоустойчивых циклических кодов с пороговым значением, при суммарной достоверности слов помехоустойчивых циклических кодов больше порогового значения устанавливают цикловую синхронизацию, совпадающую с началом скользящего окна приема, при суммарной достоверности слов помехоустойчивых циклических кодов меньше либо равной пороговому значению скользящее окно приема смещают на один символ по входной последовательности и вычисление суммарной достоверности слов помехоустойчивых циклических кодов повторяют, отличающийся тем, что на передающей стороне формируют многоблочное сообщение, состоящее из каскадных кодов и проверочных каскадных кодов, на приемной стороне на основе суммарной достоверности принятых каскадных кодов вычисляют интегральную достоверность многоблочного сообщения, далее оценивают величину интегральной достоверности многоблочного сообщения и в случае превышения первого порогового значения величину интегральной достоверности обнуляют и принимают решение об установлении цикловой синхронизации.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что если цикловая синхронизация текущего каскадного кода совпадает с ранее вычисленной цикловой синхронизацией многоблочного сообщения, то интегральную достоверность многоблочного сообщения увеличивают на величину суммарной достоверности текущего каскадного кода, а если не совпадает, то интегральную достоверность уменьшают на величину суммарной достоверности текущего каскадного кода.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при уменьшении интегральной достоверности ниже второго порогового значения на длине многоблочного сообщения интегральную достоверность обнуляют и вычисление интегральной достоверности начинают заново.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перед первым символом внешнего кода каскадного кода добавляют символ, значение которого равно номеру каскадного кода в многоблочном сообщении.