Устройство для моделирования передачи сообщений Советский патент 1988 года по МПК G06N7/08 

со

QO

со

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для выбора оптимального по помехоустойчивости кода в системах пе- редачи дискретной информации.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет моделирования выбора оптимального по помехоустойчивости корректирующего ко- да.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства; на фиг. 2 - функциональная схема блока памяти матрицы переходных вероятностей; на фиг.З функциональная схема коммутатора; на фиг. 4 - функциональная схема блока определения состояний; на фиг. 5 - функциональная схема блока определения случайного кода; на фиг. 6 - функциональная схема блока памяти; на фиг. 7 - функциональная схема блока выбора кода; на фиг. 8 - функциональная схема блока задания времени ожидания; на фиг. 9 - временные дна- граммы.

Устройство (фиг. 1) содержит первую группу установочных входов 1, по которым заносятся коды вероятностей (Матрицы переходных вероятностей, блок 2 регистров памяти, коммутатор 3, блок 4 определения состояний, генератор 5 случайного кода, блок 6 памяти, вторую группу установочных входов 7 по которьм устанавливается начальное состояние устройства, блок 8 выбора кода, группу выходов 9 устройства, группу блоков 10 задания времени ожидания, генератор 11 пуассонов ского потока импульсов, элемент ИЛИ 12, элемент И 13, генератор 14 тактовых импульсов и элемент 15 эадержки.

Блок 2 регистров памяти (фиг. 2) содержит регистры 16 памяти и имеет выходы 17.

Коммутатор 3 (фиг. 3) содержит элементы И 18, управляюцие входы 19, элементы ИЛИ 20, выходы 21 и управляющий вход 22.

Блок 4 определения состояний (фиг. 4) содержит группу управляющих входов 23, группу схем 24 сравнения, выходы 25 и группу элементов И 26,

Генератор 5 случайного кода (фиг. содержит элементы И 27, элемент И 28, генератор 29 пуассоновского потока импульсов, регистр 30 сдвига и кодер 31.

.

5 0 5

0 0

5

Блок 6 памяти (фиг. 6) содержит элементы ИЛИ 32, триггеры 33 и элементы ИЛИ 34.

Блок 8 выбора кода (фиг. 7) содержит группу элементов ИЛИ 35, выходы 36 и группу элементов И 37.

Блок 10 задания времени ожидания (фиг. 8)содержит управляющий вход 38, первый элемент И 39, группу элементов И 40, второй элемент И 41, тактовый вход 42, кольцевой регистр 43 сдвига, одновибраторы 44, элемент ИЛИ 45 и выход 46.

В основу работы устройства положена следукпцая модель.

Информация в канале связи передается корректирующим кодом (п,т), где п - длина кода; ш - число информационных разрядов. Число ошибок в кодовой комбинации может меняться от нуля до п. В этом случае существует автоматная модель канала, описываемая в виде матрицы переходных вероятностей ИР,II , где элемент P, j определяет вероятность перехода процесса передачи кодовой комбинации с i ошибками в коде (i 0,п) в процессе передачи за время it кодовой комбинации с J ошибками (J 6,п), причем ut п/В, где В - скорость модуляции в канале. Таким образом, если код обнаруживает 1 ошибок, то согласно автоматной модели канала Р jo вероятность защитного отказа определяется

е

1е

IP,.

1-0

где PJ - финальные состояния автомата (вероятности финальных состояний),

вероятность неправильного декодирования

п

РП

Вероятности Pj определяются из матрицы-строки финальных вероятностей вероятностного автомата

IIP; II llPell llPijIl ,

где llPjK - матрица-строка начальных

состояний автомата; N - сколь угодно большое число.

Очевидно, что канал может пребывать в разных состояниях, а время пребывания в этих состояниях опре3П

деляется функ1шей распределения времени пребыв. нния (ожидания) в состоянии i-A,(t) Следовательно, если применить коды различной корректирующей способности (п, гп), (п , ,т),. . , (пр,т), обнаруживающие соответственно /l,lj,,..,lp ошибок, и определить эмпирические функции A(t) (i 1,Р), то возможно на основе данных функционирования модели канала формировать управляюнгую информацию о выборе соответствующих корректирующих кодов в зависимости от помеховой обстановки в канале.

Устройство работает следующим образом.

Пусть при передаче информации по дискретному каналу связи в аппаратуре передачи данных может быть примен но m корректирующих кодов с длинами п,, п , ... п, которые соответственно обнаруживают 1,, 1,..., If ошибок в передаваемой информации (в кодовой комбинации), Выбор кода осу- щестБляется в зависимости от существующей помеховой обстановки в канале, причем управляющие сигналы, по которым выбирается код, формирует для АПД предлагаемое устройство.

По установочным входам 1 вводятся коды матрицы переходи к вероятностей которая имеет вид

00

POO+F

01

РОП

р +р

10

Рщ

по

р +р

по hi

где P.,j

вероятность перехода устройства из состояния, в котором прогнозируется i ошибок, в состояние, при котором прогнозируется j ошибок в канале связи в кодовой комбинации. Матрица Р ||РпН является модель канала передачи дискретной информации, вьтолненной в виде вероятностно го автомата.

По установочным входам 7 заносится информация о начальном состоянии канала. Таким образом, перед началом работы коды матрицы переходных вероятностей Р заносятся в регистры. По одному из установочных входов в устройство вводится начальное состояние Пут.ть например, сигнал подан на

5

о 5 0

5

0

5

Q

5

14

установочный вход 7 блока 6 памяти (фиг. 6), Этот сигнал в блоке 6 памяти через злемент ИЛИ 32 проходит на единичный вход триггера 33, и устанавливает его в единичное С(:1стоя- ние. На выходе 19 блока 6 появляется потенциал. После этого устройство готово к работе.

Априорной информацией являются также A-(t) - функция распределения времени пребывания канала (автоматной модели) в состояних, когда число ошибок меньше либо равно l|(,m).

Модель времени пребывания канала в данном состоянии реализуется в блоке 10 задания времени ожидания (фиг. 8), который настраивается на моделирование потока сигналов согласно распределения Aj(t) следующим образом. Задается минимальное значение иР - изменения интервала распределения чисел равномерно распределенного ряда. Тогда число разрядных выходов регистра 43 выбирается по формуле g 1/ЛР. На графике функции распределения устанавливается величина времени t,, которая соответствует верхнему значению интервала П,лР. На время t настраивается однорибратор Д4т , затем устанавливается величи- ип t , которая соответствует верхнему значению интервала О, 2дР 1 и од- ионибратор АА настраивается на время t и т.д. т.е. время t; по графику А ;(|;) соответствует вероятности по оси ординат йР и одновибратор 44t настроен на время t. Одновибратор 44. настраивается на некоторое максимально возможное время, величина которого определена опытом эксплуатации канапа.

При -начале работы устройства импульс с выхода генератора 14 тактовых импульсов через открытый элемент И 13 проходит на управляющие входы 22 коммутатора 3 и генератора 5 случайного кода. Этот же импульс задерживается элементом 15 задержки на время, большее времени переходных процессов в блоке 6 памяти, но меньшее длительности импульса генератора 14.

В генераторе 5 случайного кода (фиг. 5) генератор 29 пуассоновско- го потока импульсов через открытый элемент И 28 подает импульсы на тактовый вход циклически замкнутого регистра 30 сдвига, в одном из рядов

которого записана единица. Частота импульсов генератора пуассоновского потока импульсов выбирается такой, что записанная в регистр 30 единица за время между поступлением сигналов на вход 22 успевает сделать многократное переключение по всем разрядам регистра 30. Тогда в момент опроса потенциал равновероятно находится на любом из выходов регистра 30, По приходу импульса rta вход 22 закрывается элемент И 28 и на одном из выходов регистра 30 появляется сигнал,

ра 33, и сбрасывает его в нулевое состояние .

Далее сигнал с выхода 19 блока

6 попадает на одноименный вход блока 8 выбора кода (фиг. 7). Лля данной ситуации число прогнозируемых ошибок l-j 3, тогда сигнал с входа 19 подается на четвертые входы элементов

ИЛИ 35. Пусть в схеме (фиг.7) 1,2, тогда сигнал от входа 19 подается на соответствующие входы элементов ИЛИ 35, начиная с второго, что вызывает появление на их вьсходах сигна

Изобретение относится к вычис- лительной т-зхнике и может быть использовано для выбора оптимального по помехоустойчивости кода в системах п(редачи дискретной информации. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет моделирования выбора оптимального по помехоустойчивости корректирук1Р1его коца. Для достижения цели устройство дополнительно содержит элемент И, элемент ИЛИ, элемент задержки, блок выбора кода и группу блоков задания времени откидания, при этом блок выбора кода состоит из элементов ИЛИ и элементов И. Устройство позволяет фcp fиpoвaть управляющие сигналы для аппаратуры передачи данных о выборе кода D зависимости от прогнозируемой помеховой обстановки. 9 ил. (Л

который кодируется кодером 31 в код 15 лов, которые подаются на входы соответствующих элементов И 37. Однако сигнал имеется на выходе только элемента И 37,, так как остальные элементы И 37 закрыты сигналом с выхода элемента ИЛИ 352- Потенциалы с выходов элементов ИЛИ 35 подаются также на выходы 9 устройства. Эти сигналы направляются к аппаратуре передачи данных и несут информацию, что

живающие более трех оптбрк, а код 1 использовать нельзя.

С выхода 36 7 блока 8 сигнал подаА числа, равновероятно расположенного в интервале от нуля до единицы. Этот код через открытые элементы И 27 поступает на выходы 23.

Импульс с выхода элемента И 13 20 подается также и на вход 22 коммутатора 3 (фиг. 3). Данный импульс в коммутаторе 3 подается на третьи входы всех элементов И 18, и так как по тенциал с выхода 19 блока 6 подан 25 для передачи информации следует при- соответственно на вход 19 коммутато- менять корректирующие коды, обнару- ра 3 и на вторые входы элементов И 18 второго столбца, эти элементы И открываются и коды переходных вероятностей второй строки матрицы с въпсо- 30 ется на вход 36 второго блока 10 за- цов регистров 16 блока 2 через откры- дания времени ожидания и открывает тые элемЕН1Ъ1 И 18 и элементы ИЛИ в нем элемент И 39 (фиг. 8). На так- 20 подаются на входы 21 блока 4 опре- товый вход 42 блока подаются деления состояний (фиг. 4).сы от генератора 11 пуассоновских

35 потоков импульсов, которые через

В блоке 4 определения состояний элемент И 41 подаются на тактовый коды второй строки матрицы Р сравнива- вход циклически замкнутого регистра ются со случайным кодом А числа, рав- 43. При определенных условиях, а номерно распределенного в интервале именно частота генератора 11 значи- 10,1, который подан на входы 23 до тельно выше частоты генератора 14,

в момент подачи сигналов на входы 36 и 38 блока 10 при закрытом элементе И 41 единица фиксируется равновероятно на любом из выходов регистра 43. 45 Пусть сигнал появился на втором вько- де регистра 43. Тогда сигнал проходит через открытый второй элемент И 40 на вход второго одновибратора 44 и тогда сигналы имеются на выходах схем запускает его. Одновибратор вырабаты- 24 сравнения, начиная с четвертой, од-5о вает импульс определенной длительнос- нако, сигнал имеется только на выхо- ти. Сигнал с выхода одновибратора 44 де 25 блока 4, так как открыт только через, элементы ИЛИ 45 и 12 подаетсй элемент И 26j. Сигнал с входа 254 на вход элемента И 13 и закрывает его. блока 6 памяти проходит через элемент Сигналы от генератора 14 через эле- ИПИ 32 на единичный вход триггера gg мент И 13 не проходят и на все время длительности сигнала, вьфабатывае- мого одновибратором 44, устройство находится в состоянии, которое зафиксировано в блоке 6 памяти и которое

блока 4. Схемы 24 сравнения выдают сигнал на своем выходе, если случайный код А меньше либо равен коду переходных вероятностей. Пусть выполнено условие

Р.1 А P,,-t-Pi,,+P,5 ,

33( и устанавливает его з единичное состояние. На выходе 194 появляется потенциал, который через элемент ИЛИ 1 подается на нулевой вход триггеветствующих элементов И 37. Однако сигнал имеется на выходе только элемента И 37,, так как остальные элементы И 37 закрыты сигналом с выхода элемента ИЛИ 352- Потенциалы с выходов элементов ИЛИ 35 подаются также на выходы 9 устройства. Эти сигналы направляются к аппаратуре передачи данных и несут информацию, что

для передачи информации следует при- менять корректирующие коды, обнару- ется на вход 36 второго блока 10 за- дания времени ожидания и открывает в нем элемент И 39 (фиг. 8). На так- товый вход 42 блока подаются сы от генератора 11 пуассоновских

живающие более трех оптбрк, а код 1 использовать нельзя.

С выхода 36 7 блока 8 сигнал подадля передачи информации следует при- менять корректирующие коды, обнару- ется на вход 36 второго блока 10 за- дания времени ожидания и открывает в нем элемент И 39 (фиг. 8). На так- товый вход 42 блока подаются сы от генератора 11 пуассоновских

прогнозирует число ошибок в кодовых комбинациях не более трех.

После окончания сигнала одновибра- тора 44 элемент И 13 открывается и очередной импульс от генератора 14 тактовых импульсов подается на входы элемента 15 задержки и управляющие входы коммутатора 3 и блока 5. Генератор 5 случайного кода вьфабатывает случайный код А, аналогично описанному. В соответствии с предыдущим состоянием устройства из блока 2 через коммутатор 3 на входы блока 4 подаются коды четвертой строки матрицы переходных вероятностей, где они сравниваются со случайным кодом А,. Пусть

4п

Это свидетель15 мацжэнн.ым входам блока памяти, адресные входы которого являются второй группой установочных входов устройства, а выходы блока памяти соединены соответственно с управляющими вхоА, iP,+P,-...+P

ствует о том, что сигнал имеется только на выходе последней схемы 24 срав- 20 дами коммутатора, информационные вхо- нения блока 4 и соответственно на пос- ды которого подключены соответственно леднем выходе 25 блока 4. Этим сигна- к раэрядным выходам регистров блока лом триггер 33h, в блоке 6 устанавливается в единичное состояние и через элемент ИЛИ 34 сбрасывает триггер 33 в нулевое состояние. С выхода

регистров памяти, отличающееся тем, что, с цепью расши- 25 рения функциональных возможностей за счет моделирования выбора оптимального по помехоустойчивости корректирующего кода, он дополнительно содержит элемент И, элемент ИЛИ, эле- налов на выходе 9« устройства и выхо- ЗО мент задержки, блок выбора кода и де 36 блока 8. Сигнал с выхода 9, группу блоков задания времени ожида- говорит о прогнозе наличия 1 ошибок ния, в кодовых комбинациях. Сигнал с выхода 36 блока 8 подается на управляющий вход блока 10, в котором пос- выходы элементов ИЛИ блока выбора коле прихода задержанного импульса от да являются информационными выхода19 триггера 33 блока 6 сигнал подается на вход 19 f, элемента ИЛИ 35 лока 8. Это вызывает появление сиг., блок выбора кода состоит из m элементов ИЛИ и (m-l) элементов И, где m - число используемых кодов.

генератора 14 запускается один из од новибраторов 44, который закрывает элемент И 13 на соответствующее время. Далее устройство функционирует по описанной схеме.

Формула изобретения

Устройство для моделирования передачи сообщений, содержащее генератор тактовых импульсов, генератор пуассоновского потока импульсов, блок регистров памяти, разрядные входы которых являются первой группой установочных входов устройства, коммутатор, генератор случайного кода, блок памяти и блок определения состояния, состоящий из п схем сравнени и (п-1) элементов И, где п - максимальная длина корректирующего кода« выход i-й схемы сравнения (i-1,n) соединен с i-м и инверсными входами элементов И, имеющих номер, равный

или больший 1, прямой вход К-го элемента И (К 2,п-1) соединен с выходом (К+1)-й схемы сравнения, первая информационная группа входов каждой схемы сравнения подключена соответственно к выходам коммутатора, а вторые информационные группы входов всех схем сравнения соединены соответ0 ственно с выходами генератора случайного числа, выход Равно первой схемы сравнения и выходы элементов И блока определения состояния подключены соответственно к инфор5 мацжэнн.ым входам блока памяти, адресные входы которого являются второй группой установочных входов устройства, а выходы блока памяти соединены соответственно с управляющими вхо0 дами коммутатора, информационные вхо- ды которого подключены соответственно к раэрядным выходам регистров блока

регистров памяти, отличающееся тем, что, с цепью расши- рения функциональных возможностей з счет моделирования выбора оптимального по помехоустойчивости корректирующего кода, он дополнительно со держит элемент И, элемент ИЛИ, эле- мент задержки, блок выбора кода и группу блоков задания времени ожида ния, выходы элементов ИЛИ блока выбора к да являются информационными выхода., блок выбора кода состоит из m элементов ИЛИ и (m-l) элементов И, где m - число используемых кодов.

ми устройства, выход j-ro элемента ИЛИ блока выбора кода (,m-1) подключен к J-M инверсным входам всех

элементов И, имеющих номер с j-ro

по (т-1)-й, блока выбора кода, прямой вход j-ro элемента И блока выбора кода подключен к выходу (j-«-1)-ro элемента ИЛИ блока выбора кода, каждый блок задания времени ожидания группы содержит первый и второй элементы И, кольцевой регистр сдвига, группу элементов И, группу одновибра- торов и элемент ИЛИ, входы которого

соединены соответственно с выходами одновибраторов группы, входы которых соединены соответственно с выходами элементов И группы своего блока задания времени ожидания, первые входы

которых соединены соответственно с азрядными входами кольцевого регистра сдвига, вторые входы элементов И группы блока задания времени ожидания подключены к выходу первого эле5139793

мента И и инверсному входу второго элемента И блока задания времени ожидания, выход второго элемента И которого подключен к входу сдвига кольцевого регистра сдвига, выходы первого элемента ИЛИ и элементов И блока выбора кода соединены соответственно с первыми входами элементов И блоков задания времени ожидания 10 группы, вторые входы первых элементов И всех блоков задания времени ожидания группы соединены с выходом элемента задержки устройства, а прямые входы вторых элементов И всех бло-15 ков задания времени задержки подключены к выходу генератора пуассоновс- кого потока импульсов, выходы элементов ИЛИ всех блоков задания за время

Фиг.1

I О

задержки группы подключены соответственно к входам элемента ИЛИ устройства, выход элемента ИЛИ которого соединен с инверсным входом элемента И устройства, прямой вход которого подключен к выходу генератора тактовых импульсов, а выход соединен с тактовым входом коммутатора, входом запуска генератора случайного кода и входом элемента задержки, j-й элемент ИЛИ блока выбора кода имеет 1,входов, где 1 - корректирующая способность 1-го кода, подключенных соответственпо

-1 ; -ВЫХОДЫ

но с первого блока памяти, входы м-го элемента ИЛИ блока выбора кода соединены соответственно с выходами

блока памяти.

7л,

2f/ 2f/ 2// 2f/ w/ f/; 2/; 2f/ г// f p/j if

VuB.5

ДГ

/r

1,

f 23|

25к

fPiLZ.6

ffJlLZ.S

I