Устройство для моделирования канала передачи дискретной информации Советский патент 1986 года по МПК G06N7/08 

1 Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для решения задач моделирования канала передачи дискретной информации. Цель изобретения - повьппение точности моделирования при нестационарных характеристиках искажений в кана ле передачи дискретной информации. На фиг. 1 приведена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг„ 2 функциональная схема генератора сооб щений; на фиг. 3 - функциональная схема блока анализа сообщений; на фиг. 4 - функциональная схема блока задания матриц переходных вероятностей; на фиг. 5 - функциональная схе ма блока задания законов распределений; на фиг. 6 - функциональная схемй блока генерации интервалов нестационарностей. Устройство содержит генератор 1 сообщений, блок 2 анализа сообщений, блок 3 задания матриц переходных вероятностей, блок 4 задания законов распределения, блок 5 генерации интервалов нестационарностй, второй блок 6 памяти, блок 7 задания времени ожидания, генератор 3 случайного кода, первый элемент И 9, второй эле мент И 0, генератор 11 тактовых импульсов, коммутатор 12, первый блок 13 памяти. Генератор 1 сообщений содержит вход I4, группу элементов И 15, элемент И 16, генератор 17 пуассоновского потока импульсов, регистр 18 сдвига, элементы ИЛИ 19, формирователи 20 импульсов, выходы 21. Блок 2 анализа сЬобщений содержит первую 22 и вторую 23 группы элементов И, первую группу 2А счетчиков им пульсов, первый 25 и второй 26 элементы ИЛИ, счетчик 27 шипульсов, тр тью группу 28 элементов И, вторую группу счетчиков 29 импульсов, группу входов 30, третий31 и четвертый 32 элементы ИЛИ, третью 33 и четвертую 34 группы счетчиков импульсов Блок 3 задания матриц переходных вероятностей содержит коммутатор 35 группу входов 36, группу узлов 37 памяти, выходы 38, узел 39 памяти, выходы 40. Блок 4 задания законов распределе ния содержит группу однотипных узлов , казвдый из которых содержит первую группу элементов И 4, группу 4: , . схем 42 сравнения, входы 43, выходы 44, вторую группу элементов И 45. Блок 5 генерации интервалов нестационарности состоит из группы однотипных узлов, каждый из которых содержит первую группу элементов И 46, группу схем 47 сравнения, вторую группу элементов И 48. Блок также содержит группу элементов ИЛИ 49, .группу элементов И 50, вход 51. Блок 7 содержит группу генерато- ров 52 случайного сигнала и элемент ИЛИ 53. Устройство моделирования нестационарного канала передачи цифровой информации работает следующим образом. Имитация поступления сообщений в виде корректирующего кода длиной п двоичных символов от m источников сообщений осуществляется генератором 1 сообщений при поступлении импульсов на его вход от генератора II тактовых импульсов-через открытый элемент и 10. Формально нестационарная модель канала описывается в внде вероятностного автомата. На участках стационарного состояния моделью канала передачи дискретной информации также является вероятностный автомат. Определяют формально модель канала. Под состоянием i канала при передаче сообщения f-го -потока (f 1, m) понимают передачу п-разрядной кодовой комбинации с i огаибками. Разбн- . вают весь отрезок сколь угодно длительного функционирования канала на стационарные участки, длительности которых случайны. Можно выделить множества М. (i I , Р) участков стационарности, которые имеют одинаковую автоматную модель, описьгеаемую с помощью матриц переходных вероятностей ЦР; |j при передаче сообщений f-ro потока. Время существования этих участков стационарности из множеств М; выражается функцией распределения А; (t) для каждого значения Множество участков стационарност функционирования канала пегедачи ди скретной информации можно рЬссматри вать как.некоторые обобщенные состо ния канала о Смена состояний описыва ется также автоматной моделью, зада ной в виде матрицы переходных вероятностей,. , Время пребывания автомата в 1-ом состоянии определяется функцией рас пределения А; (t). Матрицы (I) и (2 полностью определяют нестационарную модель канала передачи дискретной информации. В соответствии с нестационарной моделью канала, заданной аналитическими выражениями (l) и (2 осуществляется моделирование его функционирования. Изменение состояний нестационарности моделируется блоком 5 генераторов интервалов нестационарности, блоком 6 памяти.и блоком 7 задания времени ожидания. Изменение состояний J канала виутри определенного блоком 5 интервала нестационарности (состояние Mj) моделируется блоком 4 задания законов распределений, коммутатором 12 и блоком 13 памяти. Синхронизация работы блоков устройства осуществляется генератором 11 тактовых импульсов. В блоке 3 задания матриц переход ных вероятностей в регистрах узлов 37 памяти хранятся элементы матрицы f .« х1 kl где элемент ;; 2 ;: . J J В регистрах узла 39 памяти хранят ся злемеиты матрицы rS j-Генератор 8 случайного кода вырабатьшает код числа А, вел1счина которого равновероятно распределена .в интервале о, Q. Рассматривается процедура модели рования переходов канала из одного состояния нестацйонарности в другое. Предполагают, что в рассматриваемый такт времени истекло некоторое i-oe состояние нестационарности с функцией раС 1ределения времени пребывания в нем А; (t)o Тогда на i-м выходе блока 6 памяти был потенциал, что соответствовало нахождению канала в i-M интервале (состоянии) нестационарности со стационарньгм распределением ошибок в кодовых комбинациях. Как только i-oe состояние нестационарности истекает, на выходе блокл 7 задания времени ожидания присутствует потенциал равный нулю. Ввиду того, что в рассматриваемый такт потенциал есть на i-м выходе блока 6 памяти, то открыты элементы И 46 i-ro узла блока 5, а также в коммутаторе 35 блока 3 открыты соответствующие элементы И, На первые входы схем 47 сравнения подаются из узла 39 памяти блока 3 коды вероятностей матрицы н;; jj о На вторые входы схем 47 сравнения подается код А числа с выходов генератора случайного кода 8. Если число Asf;- , то на выходе схемы 47fj сравнения находится потенциал, причем потенциал с выхода схемы сравнения с меньшим числом J через элементы И 48 запрещает появление потен- циалов на выходах элементов И 48 j с большим значением индекса J. Таким образом, моделируется переход канала связи в J-oe состояние не- стационарности,, В этом случае потенциал находится на j-м выходе блока 5 , генерации интервала нестационарности. Данный потенциал поступает на вход блока 6 памяти. Этим фиксируется пребывание канала в j-ом состоянии нестационарности со стационарным распределением ошибок в кодовых комбинациях. Кроме того, потенциал с выхода 36 блока 6 памят поступает на вход J-ro генератора случайного сигнала блока 7 задания времени задержки, дпительность сигнала которого впреSделяет время пребывания (длительност интервала) канала связи в j-ом имтер вале (состоянии) нестаиионарности. Так осуществляется моделирование переходов канала из одного j-ro состояния нестационарности в другое J-oe состояние. Потенциал с выхода блока 7 закрывает элемент И 9, что запрещает срабатывание блока 5 на время длительности потенциала с выхода блока 7, а также открывает элемент И 10, что разрешает процесс моделирования изменений состояний канала внутри определенного J-ro состояния нестационарности. РассмаГтри, вается работа устройства при моделировании этого процесса. На каждом такте генератора 1t так товых импульсов импульсами с его выхода через элемент И 10 по входу 14 запускается генератор 1 сообщений (фиг, 3). С приходом импульса по входу 14 элементы И 15 открываются, а элемент И 16 закрывается. На одном из выходов регистра 18 сдвига фиксируется на время длительности импульса по входу 14 потенциал..Элементы ИЛИ 19 имеют число входов, определяемое исходя из заданных интенсивностей потоков сообщений. Пусть, например, m 3, и интенсивности потоковЫ| 5,oi.j 4,ос, 1 (сообщений в единицу времени). Тогда элемент ИЛИ 19, имеет пять входов, ИЛИ 19 имеет четыре входа, ИЛИ 195 одновходовый, а регистр 18 сдвига имеет десять разрядных выходов. Таким образом, на выходах 21 генератора 1 сообщений появляются потенциалы (длительность,- задаваемой формирователями 20),.интенсивность появления которых определяетсязаданными интенсивностями потоков. Пусть потенциал формируется на f-ом выходе 21/ генератора 1, указьгоая на то, что в канал поступило сообшение f-ro потока, закодированное кодом длины (n-l Далее рассматривается кодирование ко кодом, длиной - 1, так как матрица yp;j II имеет размерность п х п; в ней учитывается пребывание канала в состоянии ноль ошибок. На фиг. 5 приведена схема для реализации матрицы размерности (п-1) х (п-1). Ввиду того, что канал находится в j-OM состоянии нестационарности и на его вход поступило сообщение f-ro потока, то в коммутаторе 35 блока зада43ния матриц переходных вероятностей 3 открыты соответствуютие элементы И и коды матрицы .. 11 , Хранящиеся 37 памяти блока 3, в регистрах узла подаются на перрые информационные входы 38 блока 4, Рассматривается процесс моделирования состояний канала внутри j-ro интервала нестационарности. Пусть в предшествующий рассматриваемому момеНту времени канал находится в h-oM состоянии, т.е. на выходе 30,, (h I, m) блока 13 памяти находится потенциал, которой подается на вход 30 второй группы блока 2 анализа сообщений и управляющий вход 30 блока 4. Наличие потенциала на выходе 30 блока 13 памяти говорит о том, что в коде имеется (h-1) ошибок. В следующий рассматриваемый такт времени генератор 8 случайного кода генерирует со своих выходов 43 код числа А, равномерно распределенного в интервале от нуля до единицы. Вследствие того, что в блоке 4 имеется потенциал на управляющем входе Зр,, то открыты элементы И 4Ц| - 41, и коды строки h матрицы 1 PJ.IIчерез элементы И 41 подаются на первые группы входов схем 42ц сравнения, на вторые входы которых подается с входов 43 блока 4 код числа А генератора 8. В соответствии с распределением (З) выбирается последующее состояние. Процедура выбора аналогична указанной процедуре выбора состояния нестационарности в блоке 5, Пусть очередное состояние канала g-M, т.е. потенциалы имеются на выходах узлов 45.- 45v,| сравнеиия, Потенциал присутствует на выходе элемента И 45ц и на выходе 44 ц блока 4. Данный потенциал поступает иа соответствующий вход коммутатора 12, проходит на вьтход коммутатора 12 и поступает на соответствующий вход блока 13 памяти. В последнем фиксируется время пребывания канала в g-м состоянии. Это говорит также о том. что в передаваемой кодовой комбинации f-ro потока при j-ом состоянии нестационарностй канала зафиксировано (g-1) ошибок. Регистрация данных об искажениях осуществляется в блоке 2 анализа сообщеций. Набор статистических данных происходит следуквдим образом. Наличие потенциала па входе 2 блока 2 свидетельствует о том, что поступил в канал код f-ro лото7ка. Наличие потенциала на входе ЗОп говорит о том, что в коде зафиксиро BaHo(g-l) ошибок. Тогда в Летчике 27 подсчитывается обшее число сообщений, в регистраторе 24/ подсчитывается число сообщений i-ro потока. Если ошибок в коде нет, то на входе 30, блока 2 имеется потенциал, и в счетчике 29. подсчитывается общее число кодовых комбинацийJ принятых без ошибок. Если корректирующий код , обнаруживает (К-1) ошибок, то события обнаружения ощибок соотйетствую наличию потенциала на входах блока 2, а событиям необнаружения опшбок соответствует наличие потенциала на входах 30j.,- 30 блока 2. Тогда в счетчиках 29j фиксируется общее число кодовых комбинаций с об наруженными ошибками. В счетчиках 29, - общее число кодовьи комбинаций с необнаруженными ошибками, В счетчиках 33 подсчитывается число кодовых комбинаций 1-го потока с обнаруженными ошибками, а в счетчиках 34- - число кодовых комбинаций с необнаруженными ошибками. Из показаний счетчиков 24, 27, 29, 31 и 34 можно рассчитать в результате моделирования вероятности обнаружения и необнаружения ошибок при передаче кода длиной (п-1) по моделируемому нестационарному каналу передачи дискретной информации, т,е, результат моделирования позволяет получить важные информационные оценки корректирующего кода для данного канала. Формула изобретения Устройство для моделирования канала передачи дискретной информации содержащее генератор тактовых импульсов, генератор случайного кода генератор сообщений, первый блок памяти, первый элемент И, коммутатор, блок задания законов распределении блок задания матриц переходных вероятностей и блок задания времени ожидания, блок задания законов распределений включает группу идентичных узлов, каждый из которых содержит первую и вторую группу элементов И и группу схем сравнения, в каждом уз ле выходы элементов И первой Грутты подключены к первым входам соответствующих схем сравнения группы, выход К-й схемы сравнения, группы (К 43 - 1, п - 1; соединен с К-м инверсным входом всех элементов Н второй группы, пыход Р-й схемы сравнения группы (Р 2, п) подключен к прямому входу Р-го элемента И второй , группы, блок задания матриц переходных вероятностен содержит узел памяти, коммутатор и группу узлов памяти, выходы которых подключены к соответствующим информационным входам коммутатора, блок анализа сообщений содержит четыре элемента ИЛИ, три группы элементов И, счетчик импульсов, четыре группы счетчиков импульсов, одноименные входы первого и второго элементов ИЛИ объединены и соединены с первыми входами одноименных элементов И первой и второй групп и счетньп-ш входами счетчиков импульсов первой группы, выход второго элемента ИЛИ подключен к счетному входу счетчика импульсов, выход первого элемента ИЛИ подключен к первым входам элементов И третьей группы, выходы которых соединены соответственно со счетными входами счетчиков импульсов второй группы, выход третьего элемента ИЛИ подключен к BTOpbw входам элементов И первой группы и второму входу второго элемента И третьей группы, выход четвертого элемента ИЛИ подключен к вторым входам элементов И второй группы и второму входу третьего элемента И третьей группы, выходы элементов И первой и второй групп соединены соответственно со счетными входами счетчиков импульсов третьей и четвертой групп, блок задания времени ожидания содержит группу генераторов случайного сигнала и элемент ИЛИ, входы которого подключены соответственно к выходам генераторов случайного сигнала группы, выход генератора тактовых импульсов устройства . соединен с первым входом первого элемента И и с входом запуска генератора случайного кода, группа выходов которого подключена соответственно к вторым входам схем сравнения всех узлов блока задания законов распредеения, выходы первой схемы сравнения и выходы элементов И второй группы всех узлов блока задания законов распределения соединены соответственно с информационными входами коммутатоа устройства, выходы которого подлючены соответственно к адресным входам первого блока памяти, выходы которого соединены с первыми входами элементов И первой группы соответствующего узла блока задания законов распределения, первый выход первого блока памяти подключен х второму входу первого элемента И третьей группы элементов И блока анализа сообщений, входы третьего и четвертого элементов ИЛИ которого соединены с соответствующими выходами первого блока памяти устройства, выходы генератора сообщений устройства соединены соответствен но с входами первого элемента ИЛИ блока анализа сообщений и управляющими входами первой группы коммутатора блока задания матриц переходных вероятностей, выходы коммутатора которого подключены соответственно к вторым входам элементов И первой группы соответствующего узла блока задания, за конов распределения, выход первого элемента И устройства соединен с управляющим входом коммутатора устройс ва, а выход элемента ИЛИ блока задаиия времени ожидания подключен к вто рому входу первого элемента И устрой отличающееся что, с целью повьппения точности моделирования при нестационарных характеристиках искажений в канале передачи дискретной информации, оно дополнительно содержит второй элемент И, второй блок памяти и блок генерации интервалов нестационарностн, состоящий из группы элементов ИЛИ, группы элементов И и группы узлов, каждый из которых содержит первую и вторую группу элементов И и группу схем сравнения, причем в каждом узле выходы элементов И первой группы соединены с первыми входами соответствующих схем сравнения группы, выход К-й схемы сравнения группы с К-м инверсным, входом всех элементов И второй группы, выход Р-й схемы срл нения группы Подключен к прямому входу Р-го элемента И второй группы, выходы первых схем сравнения всех узлов подключены к соответствующим входам первого элемента КГП группы блока, выходы Р-х схем срари ния всех узлов подключены к соотврт ствующим входам Р-х элементов ИЛИ группы блока, а выходы элементов ИЛИ группы соединены с первыми входами соответствующих элементов И группы блока генерации интервалов нестационарности; вторые входы элементов И группы которого подключены к выходу второго элемента И. устройства, прямой вход которого соединен с вьпсодом генератора тактовых импульсов, а инверсный вход подключен к выходу элемента ИЛИ блока задания времени ожидания, входы запуска генераторов случайного сигнала которого подключены соответственно к управляющим входам второй группы коммутатора блока задания матриц переходных вероятностей, вторым входам элементов И первой группы соответствующего узла блока генерации интервалов нестационарности и соединены с соответствующими выходами второго блока памяти устройства адресные входы которого подключены соответственно к вьгходам элементов И группы блока генерации интервалов нестационариости, вторые входы схем сравнения всех узлов которого соединены соответственно с выходами генератора случайного хода устройства, выходы узла памяти блока задания матриц переходных вероятностей подключены к вторым входам соответствующих элементов И первой группы уэлов блока генерации интервалов нестационарности, а выход первого элемента И устройства соединен с входом запуска генератора сообщений.

г// efg

I Г

4fff //

0

.0

,4ff&p

t4ff/

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано для решения задач моделирования канала передачи дискретной информации. Цель изобретения - повышение точности моделирования при нестационарных характеристиках искажений в канале передачи дискретной информации. Устройство содержит два блока памяти, два элемента И, генератор тактовых импульсов, генератор сообщений, генератор случайного кода, блок задания времени ожидания, блок генерации интервалов нестационарности, блок задания мат-риц переходных вероятностей, блок задания законов распределений, коммутатор и блок анализа сообщений. 6 ил. (Л

DTTTT

Фиг-А

ss м/, sSffSsff sj 3s y 3S/S

L111 , i ,H л i л i л i Л i / i .Ц A i j i 1а@@Э&@@Шта SH та

/ J5 4 4 y 7

V V V т V V V V V V r ч V V V YV V v

sS

/.

ад

...

г 11 ..г

i

.

п

ЭЭЙ @Эё

тХ r Лтх

г/

И sfr

Crfffti/ fy fxSfffvifuf

44f7f

Aof, Щ 40 Щ Щ Щ 40

Lli likU Д Д. Д

3@-й@Итатас2

I 1 I

-ч 55/

и

1 jrj ФФ -ФД

flf 40

I ) I 7/у .х I

yajrA/ cpaSffe vg

ш

L..

SJ

Д ц

Ы I у