Способ оценки достоверности принимаемых кодовых комбинаций и исправления обнаруженных одиночных ошибочно принятых элементов сообщения Российский патент 2024 года по МПК H04L49/55 H04L7/02 

Изобретение относится к области радиотехники и предназначено для использования в каналах радиосвязи при приеме телеграфных сигналов. За аналог предлагаемого изобретения принят способ обнаружения и исправления ошибочно принимаемых элементов в сообщении, который заключаются в том, что в кодовую комбинацию помимо информационных элементов включают дополнительные избыточные элементы, которые позволяют каждую кодовую комбинацию проверять на достоверность и исключать из числа принимаемых те кодовые комбинации, которые не соответствуют критерию достоверности или исправлять в них ошибочно принятые элементы за счет информационной избыточности [См., например, Морелос-Сарагоса Р. Искусство помехоустойчивого кодирования. Методы, алгоритмы, применение / пер. с англ. В. Б. Афанасьева. - М.: Техносфера, 2006. - 320 с., Финк Л.М. Теория передачи дискретных сообщений. М.: Советское радио, 1970. 728 с]. Определение конкретного элемента в кодовой комбинации, который принят ошибочно, за счет кодовой избыточности снижает информационную эффективность канала связи, так как требует затрат части трафика на то, чтобы передавать необходимое число информационно избыточных элементов сообщения.

Недостатком является отсутствие возможности обнаруживать элементы, которые принимаются ошибочно.

Технический результат данного изобретения - повышение информационной эффективности и помехоустойчивости приема телеграфных сигналов.

При приеме телеграфных сигналов первая решающая схема представляет собой триггер, который аналоговый сигнал превращает в бинарную последовательность, имеющую телеграфные искажения, вызванные влиянием на сигнал в среде распространения различного рода аддитивными и мультипликативными помехами. Величина телеграфных искажений характеризует отношение сигнал/помеха в канале связи и может использоваться для оценки достоверности принимаемого сообщения. Для принятия окончательного решения на выходе демодулятора после триггера берутся отсчеты в моменты времени, которые соответствуют серединам элементарных посылок в принимаемом сообщении. Эта функция возлагается на регенератор, в котором осуществляется тактовая синхронизация и нивелируются телеграфные искажения. В процессе этой процедуры возможны ошибочные решения в случае, когда отклонения фронтов принимаемого элемента превышают половину длительности элементарной посылки.

Обычно для обнаружения и исправления ошибок в кодовых комбинациях используется информационная избыточность, которая заключается в том, что кодовые комбинации кроме информационных символов содержат дополнительные символы, с помощью которых эти комбинации проверяются на качество их приема и либо принимаются как достоверные, либо бракуются и стираются, либо восстанавливаются за счет информационной избыточности. Самым простым методом обнаружения ошибочно принимаемых элементов является метод проверки на четность числа элементов «1» или «0» в одной кодовой комбинации.

Предлагаемый способ позволяет обнаруживать недостоверные кодовые комбинации за счет фиксации отклонения за пределы допустимых значений фронтов принимаемых элементов, входящих в эти комбинации и при обнаружении за счет кодовой избыточности одиночных ошибок в кодовых комбинациях определять элементы с наибольшим отклонением фронтов в бинарной последовательности после триггера, и считая прилегающие к этим фронтам элементы принятыми ошибочно, исправлять их.

Изобретение способа оценки достоверности принимаемых кодовых комбинаций и исправления обнаруженных одиночных ошибочно принятых элементов сообщения относится к области радиотехники и предназначено для использования в каналах радиосвязи при приеме телеграфных сигналов.

За прототип заявляемого способа оценки достоверности принимаемых кодовых комбинаций принят патент на изобретение №2683280 [Хазан В.Л. Устройство тактовой синхронизации с оценкой качества принимаемого сообщения. Опубл. 27.03.2019]. Данное устройство тактовой синхронизации с оценкой качества принимаемого сообщения содержит последовательно соединенные формирователь импульсов, циклический переключатель, совокупность периодически синхронизируемых фронтами элементарных посылок параллельно включенных генераторов бинарных последовательностей, сумматор бинарных последовательностей, синхронизируемый генератор тактовых импульсов. Совокупность генераторов формирует бинарные импульсные последовательности, период которых равен длительности элементарных посылок, длительность импульсов равна заданному ограниченному интервалу времени, а между сумматором бинарных последовательностей и синхронизируемым генератором тактовых импульсов включен ключ, который управляется включенным на выходе сумматора анализатором уровня результирующего импульса, который обеспечивает синхронизацию генератора тактовых импульсов на интервалах времени, когда результирующий импульс на выходе сумматора выше заданного уровня, и прекращает синхронизацию тактового генератора на интервалах времени, когда результирующий импульс на выходе сумматора ниже заданного уровня. Устройство тактовой синхронизации, принятое за прототип, производит оценку качества принимаемого сообщения, но не обнаруживает элементы, которые принимаются ошибочно и не исправляет обнаруженные за счет кодовой избыточности одиночные ошибки в кодовых комбинациях.

В заявляемом способе кроме оценки достоверности принимаемых кодовых комбинаций производится исправление одиночных ошибочно принятых элементов сообщения при обнаружении их за счет кодовой избыточности. Используя характер краевых искажений в бинарной последовательности на выходе триггера демодулятора за счет характера телеграфных искажений определяются моменты времени, которые являются наиболее вероятными моментами принятия ошибочных решений и соответствующий этим моментам времени принятый ошибочно элемент трансформируется. Таким образом при использовании данного метода исправления ошибочно принятых элементов не требуется вводить в кодовую комбинацию избыточные элементы для исправления ошибок, что повышает информационную эффективность канала связи с одновременным увеличением его помехоустойчивости.

Квинтэссенция заявляемого способа заключается, в определении величины отклонения фронтов элементов сообщения на выходе триггера от средних значений моментов их местоположения на оси времени принимаемых элементов. В случае, когда в течение одной кодовой комбинации наблюдаются отклонения фронтов, превышающие допустимые значения в количестве более одного, то такая кодовая комбинация стирается как недостоверно принятая. В случае, когда методом проверки на четность фиксируется факт появления ошибки в кодовой комбинации, то наиболее вероятно ошибочно принятым считается элемент, у которого фронт находится в непосредственной близости от момента стробирования напряжения на выходе триггера.

Техническая задача:

Способ имеет преимущество перед прототипом в том, что имеет возможность обнаруживать ошибочно принятые элементы.

Заявленный способ имеет преимущество перед аналогом в том, что за счет кодовой избыточности не снижает информационную эффективность канала связи.

Алгоритм обнаружения и исправления ошибочно принятых элементов поясняется эпюрами напряжений, приведенными на фиг. 1.

На фиг. 1 (a) эпюра соответствует случаю отсутствия помех в канале связи (телеграфные искажения в бинарной последовательности отсутствуют). На фиг. 1 (b) эпюра соответствует случаю присутствия в канале связи незначительного уровня шума, который практически не приводит к появлению ошибок. На фиг. 1 (с) эпюра отражает случай, когда уровень шума достигает такого уровня, который приводит к появлению одиночных ошибок в кодовых комбинациях, которые могут быть исправлены за счет свойств телеграфных искажений в бинарной последовательности на выходе триггера. Следующая эпюра на фиг. 1 (d) соответствует большому уровню шума, при котором вероятность ошибок очень велика и в бинарной последовательности на выходе триггера на интервале одной кодовой комбинации может появиться более двух фронтов, которые находятся в непосредственной близости от момента стробирования этой бинарной последовательности. Последняя эпюра на фиг. 1 (е) отражает случай отсутствия сигнала в канале связи. В этом случае вероятность ошибочного приема элементов сообщения равна 0.5 (например в моменты глубоких замираний сигнала) и большое количество фронтов бинарной последовательности на выходе триггера находится в непосредственной близости от моментов ее стробирования, что приводит к большой вероятности стирания принимаемых кодовых комбинаций как за счет обнаружения больших отклонений фронтов бинарной последовательности на выходе триггера от их среднего местоположения, так и за счет кодовой избыточности.

Известно, что отклонение по времени фронтов элементов сообщения от их среднего значения подчиняется нормальному закону распределения вероятностей [Абдулав Д.А., Арипов М.Н. Передача дискретных сообщений в задачах и упражнениях. - М.: Радио и связь, 1985. - 128 с]. На фиг. 2 приведена гистограмма распределения отклонений фронтов элементов сообщения от среднего значения в случае вероятностей ошибочного приема элементов равной 10^-3. На фиг. 3 приведены эпюры отклонений для положительных и отрицательных фронтов элементов сообщений также для случая вероятностей ошибочного приема элементов равной 10^-3. На фиг. 3 пунктиром изображены возможные местоположения фронтов элементов при передаче сигнала типа меандр. Плотность пунктирных линий характеризует вероятность попадания фронтов бинарной последовательности на выходе триггера на тот или иной участок интервала времени, соответствующий длительности элемента сообщения. Из приведенного на фиг. 3 рисунка видно, что в точке стробирования напряжения на выходе триггера в зоне защитного интервала времени ΔТ вероятность появления фронтов элементов при малой вероятности ошибочного их приема очень мала. При этом обращает на себя внимание тот факт, что если фронт элемента, принятого ошибочно, предшествует точке стробирования, то ошибочно принимается элемент, находящийся на оси времени после этого фронта. Если же фронт элемента, принятого ошибочно появляется после времени, соответствующей точке стробирования, то ошибочно принимается элемент, находящийся на оси времени до этого фронта. Это свойство бинарной последовательности на выходе триггера можно использовать для исправления обнаруженных за счет кодовой избыточности одиночных ошибочно принятых элементов сообщения.

Алгоритм определения недостоверных кодовых комбинаций и исправления одиночных ошибок следующий:

1. В зоне момента времени стробирования бинарной последовательности на выходе триггера для вынесения решения о значении принимаемого элемента формируется, как показано на фиг. 3, защитный интервал времени ΔТ, который в случае попадания в него фронта бинарной последовательности сигнализирует о недостоверности элементов, прилегающих к фронту бинарной последовательности как слева, так и справа от него.

2. В случае, когда на интервале одной кодовой комбинации в зону защитного интервала времени попадают два или большее количество фронтов, то такая кодовая комбинация независимо от решения декодирующего устройства признается недостоверной и стирается. Таким образом, обнаруживаются недостоверные кодовые комбинации, в которых было трансформировано четное количество элементов - случай, который не может быть обнаружен методом проверки достоверности кодовой комбинации на четность элементов «1» или «0».

3. Если со стороны декодирующего устройства поступает сигнал о недостоверности принимаемой кодовой комбинации, то определяется фронт, который находится ближе всех фронтов к точке стробирования бинарной последовательности на выходе триггера.

4. Если фронт бинарной последовательности предшествует моменту времени взятия отсчета, то трансформируется элемент, который следует после данного фронта, если же фронт бинарной последовательности следует за моментом времени взятия отсчета, то трансформируется элемент, который предшествует этому фронту.

Изобретение относится к способу оценки достоверности принимаемых кодовых комбинаций и исправления обнаруженных одиночных ошибочно принятых элементов сообщения. Технический результат – обеспечение возможности обнаруживать ошибочно принятые элементы. Предлагаемый способ позволяет обнаруживать недостоверные кодовые комбинации за счет фиксации отклонения за пределы допустимых значений фронтов принимаемых элементов, входящих в эти комбинации и при обнаружении за счет кодовой избыточности одиночных ошибок в кодовых комбинациях определять элементы с наибольшим отклонением фронтов в бинарной последовательности после триггера, и, считая прилегающие к этим фронтам элементы принятыми ошибочно, исправлять их. 3 ил.

Способ оценки достоверности принимаемых кодовых комбинаций и исправления обнаруженных одиночных ошибочно принятых элементов сообщения с использованием оценок величины телеграфных искажений, отличающийся тем, что на выходе демодулятора после триггера обнаруживаются фронты элементов, которые попадают в ограниченную по длительности защитную зону, расположенную по обе стороны от моментов стробирования бинарной последовательности регенератором для принятия решения о значении принимаемого элемента и в случае попадания на интервале принимаемой кодовой комбинации в защитную зону количества фронтов большего двух принимаемая кодовая комбинация признается недостоверной и стирается, если же за счет кодовой избыточности в кодовой комбинации обнаруживается один ошибочно принятый элемент, то в бинарной последовательности определяется фронт, который наиболее близко расположен к точке стробирования бинарной последовательности на выходе триггера, и ошибочно принятый элемент исправляется следующим образом: если этот фронт бинарной последовательности опережает момент стробирования, то трансформируется элемент, который следует за фронтом, если же этот фронт бинарной последовательности запаздывает относительно момента стробирования, то трансформируется элемент, который предшествует этому фронту.