СПОСОБ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОГО КОДИРОВАНИЯ ТРОИЧНЫМ КОДОМ С ШИРОКОПОЛОСНОЙ ПЕРЕДАЧЕЙ ДАННЫХ Российский патент 2025 года по МПК G08C19/00 H03M13/00 

Настоящее изобретение относится к области техники связи и, в частности, к способам защиты дискретной информации помехоустойчивым кодом для последующей широкополосной передачи сообщений по зашумленному каналу связи.

Известен способ двоичного помехоустойчивого кодирования, основанный на вычислении функции, зависящей от каждого символа информационного слова [1]. Способ построения кодового слова основан на повторении информационного слова и добавлении к нему корректирующего блока, полученного при помощи нелинейного преобразования типа хеш-функция. Недостатком данного изобретения является крайне низкое число исправляемых ошибок на блок переданной информации, а также отсутствие однозначного соответствия между информационным словом и результатом преобразования хеш-функции.

Кроме того, существует способ кодирования информации, основанный на применении каскадного помехоустойчивого кода с внешним кодом Рида-Соломона и внутренним кодом Голея [2]. В способе описан алгоритм каскадного помехоустойчивого кодирования, позволяющий значительно повысить достоверность принятых сообщений путем не только исправления ошибочных символов, но и восстановления стертых символов. Недостатками данного способа являются высокая длительность и большое число итераций восстановления стертых символов кодового слова внутреннего кода, вытекающие в высокую вычислительную сложность декодирования и значительные требования к объему памяти декодера.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ, в котором описан алгоритм преобразования информационных сообщений в замещающий логический троичный код на основе заданных правил кодирования [3]. Его недостатком является неравномерная длительность передачи символов алфавита кода и неалгебраическая процедура формирования символов кодового слова троичного кода.

Задача изобретения состоит в повышении помехоустойчивости данных, передаваемых по зашумленному каналу связи, за счет использования троичного кода и широкополосной передачи сообщений в цифровых системах связи.

Суть изобретения выражена в способе формировании символов кодового слова троичного помехоустойчивого кода, полученных путем параллельного кодирования входного блока информации двумя двоичными блоковыми кодами с последующей передачей всех символов (n₁, k₁, d₁) кода на позициях, классифицируемых как позиции «энергонесущих» символов (n₂, k₂, d₂) кода, без передачи «пассивных» символов (n₂, k₂, d₂) кода, способе использования полученного кодового слова троичного помехоустойчивого кода для неполной передачи всего объема кодовых комбинаций ортогонального кода с последующим вычислением линейной суммы по столбцам этих кодовых комбинаций и способе декодирования символов принятого сообщения путем вычисления взаимной корреляционной функции между принятым сообщением и матрицей Адамара, определения символов кодового слова троичного помехоустойчивого кода, разбиения кодового слова троичного помехоустойчивого кода на кодовые слова двоичных (n₁, k₁, d₁) и (n₂, k₂, d₂) кодов, а также декодирования этих кодовых слов.

Способ помехоустойчивого кодирования троичным кодом с широкополосной передачей данных выполняет функцию формирования символов кодового слова троичного помехоустойчивого кода и неполной передачи всего объема кодовых комбинаций ортогонального кода, отличающуюся тем, что применяется процедура ведения передачи символов (n₁, k₁, d₁), кода на позициях, классифицируемых как позиции «энергонесущих» символов (n₂, k₂, d₂) кода, на основе разделения символов (n₂, k₂, d₂) кода на «пассивные» и «энергонесущие», а также тем, что передается линейная сумма по столбцам выбранных кодовых комбинаций ортогонального кода, представленных в «позитиве» или «негативе», в зависимости от символа кодового слова троичного помехоустойчивого кода.

Способ применения помехоустойчивого кодирования троичным кодом при широкополосной передаче данных представляет собой поэтапный процесс формирования символов кодового слова троичного помехоустойчивого кода и неполной передачи всего объема кодовых комбинаций ортогонального кода путем вычисления линейной суммы по столбцам выбранных кодовых комбинаций. Изобретение состоит из двух основных этапов, для устройства-передатчика и приемника соответственно.

Алгоритм передающей части состоит из двух этапов:

- формирование символов троичного помехоустойчивого кода;

- неполная передача всего объема кодовых комбинаций ортогонального кода.

На фиг. 1 представлена функциональная схема системы, реализующей предложенный способ формирования и передачи сигналов, где 1 - устройство разбиения входного пакета информации на два информационных слова, 2 - кодирующее устройство (n₁, k₁, d₁) кода, 3 - кодирующее устройство (n₂, k₂, d₂) кода, 4 - устройство формирования символов троичного кода, 5 - кодирующее устройство ортогонального кода.

На фиг. 2 представлена функциональная схема системы, осуществляющей прием и декодирование сформированных сигналов, прошедших через зашумленный канал связи, где 6 - блок вычисления взаимной корреляционной функции, 7 - пороговый детектор, 8 - устройство преобразования троичного кода в двоичные (n₁, k₁, d₁) и (n₂, k₂, d₂) коды, 9 - декодирующее устройство (n₁, k₁, d₁) кода, 10 - декодирующее устройство (n₂, k₂, d₂) кода, 11 - устройство формирования выходного пакета информации.

На вход передающего устройства поступает пакет информационных символов длины к, принадлежащих полю GF(2). Блоком 1 данный пакет символов разбивается на два информационных слова с длинами k₁ и k₂ символов. Полученные информационные слова кодируются соответствующими им двоичными помехоустойчивыми кодами (n₁, k₁, d₁) и (n₂, k₂, d₂) в блоках 2 и 3 соответственно. Вес кодового слова [n₂, k₂, d₂) кода должен быть равен n₂/2 для любого информационного слова. Требуется, чтобы выполнялось равенство n₁=n₂/2. Для символов кодового слова (n₁, k₁, d₁) кода задано взаимно однозначное соответствие из символов поля GF{2) в символы алфавита {+1, -1}. На данном этапе сформированы два кодовых слова с длинами n₁ и n₂ символов над алфавитами {+1, -1} и {0, 1} соответственно. Символы кодового слова (n₂, k₂, d₂) кода классифицируются на «энергонесущие» и «пассивные» по следующему закону: «1» - «энергонесущий» символ, «О» - «пассивный» символ. Ведется передача символов только «энергонесущих» позиций кодового слова (n₂,k₂,d₂) кода. В блоке 4 происходит формирование символов кодового слова троичного помехоустойчивого кода по следующему закону: символы кодового слова (n₁, k₁, d₁) кода помещаются на «энергонесущие» позиции символов кодового слова (n₂, k₂, d₂) кода. Таким образом формируется блок длины n₂ символов над алфавитом {+1, 0, -1}, являющийся кодовым словом троичного помехоустойчивого кода.

Сформированное кодовое слово троичного помехоустойчивого кода поступает на кодирующее устройство ортогонального кода - блок 5. Кодирование ортогональным кодом происходит путем умножения каждого символа кодового слова троичного помехоустойчивого кода длины n₂ на соответствующую ему по номеру позиции кодовую комбинацию - строку матрицы Адамара длины n₂, в результате чего кодовые комбинации ортогонального кода представляются «в позитиве», если соответствующие строки умножены на «+1», «в негативе», если соответствующие строки умножены на «-1», не передаются, если соответствующие строки умножены на «0».

Из полученных кодовых комбинаций вычисляется линейная сумма по столбцам, формирующая последовательность из десятичных символов, лежащих в диапазоне от -n₂/2 до +n₂/2. Данная последовательность символов передается в канал связи.

Приемное устройство осуществляет посимвольный прием данных из канала связи. В блоке 6 вычисляется взаимная корреляционная функция принятого сообщения и матрицы Адамара. Результат взаимной корреляционной функции представляет собой блок символов, значения которых лежат в диапазоне от -2⋅n₂ до +2⋅n₂. Данный блок символов проходит через пороговый детектор 7, настроенный на уровни равные -n₂/2 и +n₂/2. Значения, лежащие в диапазоне от -n₂/2 до +n₂/2 принимаются равными «0», значения больше +n₂/2 устанавливаются равными «+1», значения меньше -n₂/2 устанавливаются равными «-1».Таким образом извлекается кодовое слово троичного помехоустойчивого кода с установленным алфавитом {+1, 0, -1}. Разделение кодового слова троичного помехоустойчивого кода на кодовые слова исходных (n₁, k₁, d₁) и (n₂, k₂, d₂) двоичных кодов происходит в блоке 8 по закону, обратному их объединению. Полученные кодовые слова в блоках 9 и 10 декодируются соответствующими декодерами (n₁, k₁, d₁) и (n₂, k₂, d₂) кодов, в результате чего на выходе приемного устройства блоком 11 восстанавливается исходный пакет информационных символов.

Проиллюстрируем работу передающего и приемного устройства следующим примером. На вход передающего устройства поступил пакет информационных символов [0 0 0 1 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1]. Устройством 1 он разбивается на информационные слова [0 0 0 1 1 1 0] и [0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1] для (n₁, k₁, d₁) и (n₂, k₂, d₂) кодов соответственно. На выходе устройства 2 получено кодовое слово [-1 -1 -1 1 1 1-1 1]. На выходе устройства 3 получено кодовое слово [0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 1 1 1 0]. На выходе устройства 4 сформирован троичный код [0 0-1-1 0-1 0 0 0 1 1 1-1 1 0 0]. Устройство 5 формирует последовательность [0 -2 0 -2 2 0 2 0 -6 4 2 4 -4 -2 4 -2] для передачи по каналу связи. Пусть принятая с зашумленного канала связи последовательность имеет вид [-1 -5 2 -1 2 0 1 2 -6 3 4 4 -5 -2 3 -4]. Заметим, что шумом было искажено 11 символов из переданных 16 Результатом вычисления взаимной корреляционной функции устройством 6 будет следующая последовательность: [-3 3 -25 -15 3 -7 -11 -1 3 13 9 23 -23 19 -1 -3]. На выходе порогового детектора 7 будет сформировано принятое слово троичного кода [0 0-1 -1 0 0-1 0 0 1 1 1 -1 1 0 0]. Результатом работы устройства 8 будут последовательности [-1 -1 -1 1 1 1 -1 1] и [0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 1 1 0 0]. На выходе декодера (n₁, k₁, d₁) кода будет сформировано информационное слово [0 0 0 1 1 1 0], в котором были исправлены все ошибки. На выходе декодера (n₂, k₂, d₂) будет сформировано информационное слово [0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 1], в котором осталось 3 неисправленных ошибки. В результате работы устройства 11 будет сформирован следующий пакет информационных символов: [0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 1]. Предлагаемый способ позволяет исправлять значительное число ошибок в канале связи, что иллюстрирует данный пример, в котором при передаче 16 символов по каналу связи из них было искажено 11, а неисправленными осталось только 3 при длине троичного кода всего 16 символов, что является демонстрацией повышения помехоустойчивости передачи данных.

Основным достоинством данного способа является эффективное использование двух двоичных помехоустойчивых кодов для формирования троичного помехоустойчивого кода, ведущее к значительному повышению достоверности данных, переданных по зашумленному каналу связи.

Источники информации:

1. Патент ЕА на изобретение №9629.

2. Патент РФ на изобретение №2310273.

3. Патент РФ на изобретение №2480840 - прототип.

Изобретение относится к области техники связи. Технический результат - повышение достоверности данных, принятых с зашумленного канала связи, за счет использования троичного помехоустойчивого кода с широкополосной передачей данных в цифровых системах связи. Для этого предложен способ помехоустойчивого кодирования троичным кодом с широкополосной передачей данных, заключающийся в формировании символов кодового слова троичного помехоустойчивого кода, полученных путем параллельного кодирования входного блока информации двумя двоичными блоковыми кодами с последующей передачей всех символов первого кода на позициях "энергонесущих" символов второго кода без передачи "пассивных" символов второго кода, использовании полученного троичного кода для неполной передачи всего объема кодовых комбинаций ортогонального кода с последующим вычислением линейной суммы по столбцам этих кодовых комбинаций и формирование символов кодового слова троичного помехоустойчивого кода на приеме путем вычисления взаимной корреляционной функции между принятым сообщением и матрицей Адамара, разбиении кодового слова троичного кода на кодовые слова двоичных кодов, и декодировании этих кодов. 2 ил.

Способ помехоустойчивого кодирования троичным кодом с широкополосной передачей данных, включающий формирование кодового слова троичного помехоустойчивого кода, формирование последовательности символов для передачи по каналу связи, отличающийся тем, что формирование кодового слова троичного помехоустойчивого кода основано на разбиении исходного блока двоичных символов на два информационных слова и параллельном кодировании этих слов двоичными и (n₂, k₂, d₂) кодами, для которых верно n₁ = n₂/2, последующей классификации символов (n₂, k₂, d₂) кода на «энергонесущие» и «пассивные», где «1» - «энергонесущий» символ, «0» - «пассивный» символ, использованием паузы при передаче «пассивных» символов (n₂, k₂, d₂) кода и ведением передачи всех символов (n₁, k₁, d₁) кода на позициях «энергонесущих» символов (n₂, k₂, d₂) кода; формирование широкополосной последовательности символов для передачи по каналу связи производится путем неполной передачи всего объема кодовых комбинаций ортогонального кода путем использования полученного кодового слова троичного помехоустойчивого кода для представления кодовых комбинаций ортогонального кода - строк матрицы Адамара в «позитиве», если строка матрицы Адамара, соответствующая по номеру позиции символу кодового слова троичного помехоустойчивого кода, умножена на «+1», в «негативе», если строка матрицы Адамара, соответствующая по номеру позиции символу кодового слова троичного помехоустойчивого кода, умножена на «-1», и принятия решения об отказе от передачи строки матрицы Адамара, соответствующей по номеру позиции символу кодового слова троичного помехоустойчивого кода, если она умножена на «0» с последующим вычислением линейной суммы по столбцам полученных кодовых комбинаций, а формирование символов кодового слова троичного помехоустойчивого кода на приеме производится путем вычисления взаимной корреляционной функции принятого слова с матрицей Адамара и разбиения кодового слова троичного кода на кодовые слова двоичных (n₁, k₁, d₁) и (n₂, k₂, d₂) кодов для их дальнейшего декодирования.