Устройство для приема избыточной информации Советский патент 1990 года по МПК G08C19/28 

Изобретение относится к электросвязи, а именно к устройствам приема избыточных сигналов в целом, может найти применение в системах передачи дискретной информации, при приеме избыточных сигналов в целом, использующих коды большой мощности и подвергавшихся воздействию случайной помехи с неизвестным законом распределения амплитуд -мешающего воздействия, и является усовершенствованием устройства по авт.св. 1101873.

Целью изобретения является повышение помехоустойчивости устройства для приема избыточной информации в каналах с помехой, выражаемой стационарным случайным процессом с неизвестным распределением вероятностей мгновенных значений (иначе - распределенной по неизвестному-закону) .

Сущность изобретения заключается в следующем.

Для каждого элементарного сигнала Z;, сложного избыточного сигнала, решения Z| 1, или Z; О выносятся в результате непараметрической процедуры Критерий знаков Фишера, т.е. в результате статистической обработки, для создания возможности статистической обработки элементарный сигнал Z; повторяется п раз. Но положительный эффект достигается не за счет п повторов каждого элемента сигналов, так как увеличение числа повторов Z- хотя и позволяет с большей достоверностью передавать информацию, но и возрастают затраты времени и энергии. Выигрыш в помехоустойчивости достигается в первую очередь за счет применения именно непараметрической процедуры, что обеспечивает высокую помехоустойчивость в реальной помеховой обстановке, когда законы распределения помехи точно- неизвестны, а если и известны, то описывают процесс приближенно и не точно.

5

IB

в 2

N)

Элементарные сигналы Z 4 сложного избыточного сигнала сравниваются с V пороговым (значение Vn0p выбирается как и в известном устройстве и не имеет принципиального значения) и (У; 1 при Z; Vn ,

О ПРИ Z; 1 У„

Затем число единиц подсчитывается (В) и сравнивается с числом В (из табл.А2 L2J) для значения об 0,5, т.е. вероятность ошибочного отвержения гипотезы О равна 0,5. Значение 0,5 выбрано, так как одинаково нежелательным ошибки 1 вместо О и О вместо 1.

На чертеже представлена структурная схема устройства для приема избыточной информации.

Устройство содержит приемник 1, пороговый селектор 2, вычитатель 3, буферные блоки 4 и 5 памяти, блок 6 усилителей, блок 7 сумматоров, регистр 8, пороговые селекторы 9 и 10, регистр 11, коррелятор 12, декодер 13, блок 14 сравнения, регистр 15, счетчик 16, ключ 17.

Пороговый селектор 2 содержит элемент 18 сравнения и источник 19 порогового напряжения Блок 6 усилителей содержит генератор 20 линейно- измеряющего напряжения и усилители 21, - 21„.

Блок 7 сумматоров содержит сумматоры 22 - 22 п, пороговый селектор 9 содержит источник 23 порогового напряжения, элементы 24 сравнения и пороговый элемент 25.

Пороговый селектор 10 содержит источник 26 порогового напряжения и элементы сравнения 27 - 27h„

Вновь введенный узел 28 формирования двоичного сигнала содержит счетчик 29, блоки 30 и 31 сравнения и блок 32 памяти, генератор 33 единиц, вычитатель 34, ключи 35 и 36, инвертор 37, элемент И 38.

Устройство работает следующим образом.

На вход приемника 1 поступает сложный избыточный Сигнал. Каждый элементарный сигнал Ј сложного избыточного сигнала повторяется п раз. Таким образом появляется возможность статистической обработки принимаемых сигналов, где п повторов элементар- ного сигнала рассматривается как п статистических испытаний, и в результате анализа повторов элементарного

5

0

5

0

5

0

5

0

5

сигнала выносится решение о значении элементарного сигнала. Само по себе введение п повторов элементарного сигнала дает выигрыш, обусловленный лишь n-кратным увеличением затрат энергии на передачу одного элементарного сигнала. Но, кроме этого, теперь есть возможность статистической обработки сигнала и не просто традиционными методами, рассчитанными на гауссовский шум, а устойчивым непараметрическим методом Критерия знаков Фишера, рассчитанным на помеху с неизвестным законом распределения вероятности мгновенных значений.

На вход приемника 1 поступает сложный избыточный сигнал. На выходе приемника 1 появляется (последовательно) совокупность аналоговых сигналов, соответствующих элементам входного сигнала. Каждый аналоговый сигнал подается на вход порогового селектора 2, а именно на вход элемента 18 сравнения, на другой вхрд которого поступает пороговое напряжение от источника 19 порогового напряжения (величина его устанавливается как и в известном устройстве) вручную.

В элементе 18 сравнения осуществляется сравнение величин входных сигналов с пороговым напряжением. Если величина входного аналогового сигнала меньше величины порогового напряжения, то на выходе элемента сравнения появляется сигнал (f 0, в противном случае 1.

Сигналы 1 или ty; 0 поступают на первый вход элемента И 38, на второй вход которого подан символ 1 из генератора 33 единиц, на выход которого проходят лишь сигналы 1 (элемент И здесь играет роль селектора единиц). Счетчик 29 подсчитывает число единиц В и выдает это число на вторые входы блоков

30и 31 сравнения. На первый вход блока 30 подается число В из блока 32 памяти, на первый вход блока 31 поступает (n-b) из вычитателя 34. Сигнал с выхода блока 30 сравнения открывает ключ 35, на выходе которого появляетсясимвол 1 из генератора единиц. Если сработает блок

31сравнения, то сигнал с его ВЫХОДА открывает ключ 36, на выходе которого появляется символ О из инвер51

s

тора 37, подключенного на выход генератора 33 единиц. Таким образом, более точно, чем в известном устройстве, формируется символ 1 или О. Блок 30 сравнения выдает сигнал на выход в случае, если В Ь, тогда как блок 31 срабатывает в случае В (n-b). Число b есть значение из таблицы А2 2, где оЈ 0,5 - вероятность ошибочного отвержения гипотезы 0 0, где Z; б + 1; И.

Введенные блоки позволяют реализовать в предлагаемом устройстве Критерий знаков Фишера, т.е. непараметрический метод математической статистики, позволяющий в условиях произвольно изменяющейся помеховрй обстановки (т.е. закон распределения вероятностей мгновенных значений неизвестен) совершать ошибок при принятии решения значительно меньше, чем при использовании традиционных методов, ориентированных на помеху с гауссовским распределением. Таким образом повышается помехоустойчивость устройства.

Блок памяти 32 содержит значения таблицы А2 для случая ti 0,5, так как в предлагаемом устройстве одинаково нежелательна ошибка как в пропуске сигнала & 0, так и в ложной регистрации его 05 0, оттого принято об 0,5. Входом таблицы является п - число повторов элементарного сигнала. Каждому значению п соответствует свое значение ,Ь;Ь(Л 0,5, п 3, р 0,5) 2 ,Ь(... п 5,...) 3 Ь(... п 7,...) 4 Ь(... п 9,...) 5 и т.д.

При об 0,5 р

0.5, Ь -

Блок 32 памяти в этом случае (oi 0,5; р 0,5) выполняет операцию

---, запоминает значение Ь и выдает его в блок сравнения и блок вычитания, при этом значение п вводится в него, например, вручную.

Блоки 30 и 31 собственно осуществляют проверку статистических, гипотез 3 (Нс; 0 0, против альтернативных гипотез).

Блок 30; Н0 против альтернативы 9 0 .(т.е. Zj 1).

575786

9 0, если В 5r b/W; n; 1/2

, если В Ъ/oi; п; 1/2

Блок 31: Н0 против альтернативы 10 О

, если В 6 /n-bAt i; n; 1/2// 10

б -0, если В /n-b/ci; n; 1/2//

В вычитателе 3 из величины двоичного сигнала вычитают величину соответ- 15 ствующего аналогового сигнала.

В результате в декодере 13 после- ( довательно записывается кодовая комбинация, соответствующая посимвольному приему входного сигнала. Деко- 20 дер 13 после соответствующих операций записывает (последовательно) в ре- - гистр 11 двоичную разрешенную кодовую комбинацию, являющуюся ближайшей к двоичной посимвольной. В регистр 8 25 памяти также последовательно записывается и хранится в нем двоичная кодовая комбинация посимвольного приема. В блок 5 записывается и хранится совокупность аналоговых сигналов, 30 полученных из вычитателя 3. Из блока 5 эти сигналы параллельно подаются на усилители 21 с регулируемым коэффициентом усиления. Запускается генератор 20, и коэффициент усиления ,5 усилителей 21 увеличивается (начальный коэффициент усиления равен 1).

Выходные сигналы усилителей 21 подаются на элементы 24 сравнения, к другим входам которых подключен 40 источник 23 порогового напряжения. Как только в каком-нибудь элементе 24 сравнения выходной сигнал усилителя 21 превысит величину порогового напряжения, то сразу сработает поро- 45 говый элемент 25 и генератор 20 вы ключается. Усиленные сигналы с выхода усилителей 21 подаются на входы соответствующих одноразрядных сумматоров 22, где суммируются с вели- 50 чинами сигналов, поступающих на другие входы сумматоров с ячеек регистра 8. Далее результирующие сигналы преобразуются в двоичные сигналы посредством элементов 27 сравнения «с и источника 26 порогового напряжения и параллельно поступают в декодер 13.

Сформулированная декодером 13 разрешенная двоичная кодовая комбинация, ближайшая к полученной, записывается в регистр 11, сбрасывая из него предыдущую кодовую комбинацию,

Одновременно с поступлением в регистр 11 кодовая комбинация поступает в корректор 12, где вычитается коэффициент корреляции между этой кодовой комбинацией и комбинацией аналоговых величин из блока 4 памяти.

Если вычисленный коэффициент корреляции больше предыдущего, то кодовая комбинация из регистра 11 чрез ключ 17, открывшийся по сигналу из блока 14 сравнения, поступает в регистр 15 памяти. Если коэффициент корреляции меньше предыдущего, то ничего не происходит, и кодовая комбинация, хранящаяся в регистре 11, изменяется на следующую из декодера 13.на очередном такте.

При поступлении на вход коррелятора 12 i-й по счету кодовой комбинации (а значит, и на вход счетчика 16) счетчик 16 выдает сигнал, по которому кодовая комбинация иэ регистра 15 поступает на выход.

Таким образом, кодовая комбинация, наиболее близкая к комбинации аналоговых величин, хранящейся в буферном блоке 4 памяти, выдается получателю.

Формула изобретения

1. Устройство для приема избыточной информации по авт.св. № 1101873, отличающееся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, в него введен узел формирования двоичного сигнала между выходом первого порогового селектора и вторым входом вычитателя.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что узел формирования двоичного сигнала содержит блок памяти, блоки сравнения, счетчик, ключи, инвертор, вычитатель, элемент И и генератор единиц, выход которого соединен непосредственно с

первыми входами элемента И и первого ключа и через инвертор с первым вхо- дом второго ключа, выход блока памяти соединен непосредственно с первым входом первого блока сравнения

и через вычитатель - с первым входом второго блока сравнения, выходы первого и второго блоков сравнения соединены с вторыми входами одноименных ключей, выходы которых объедийены и являются выходом узла, выход элемента И через счетчик соединен с вторыми входами блоков сравнения, второй вход элемента И является входом узла.

Изобретение относится к электросвязи. Цель изобретения - повышение помехоустойчивости устройства - достигается за счет введения узла формирования двоичного сигнала, реализующего процедуру непараметрической обработки сигналов "Критерий знаков" Фишера, позволяющую осуществлять прием сигналов при неизвестном законе распределения помехи в канале связи. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.