Кодек несистематического сверточного кода Советский патент 1990 года по МПК H03M13/23 

Изобретение относится к вычислительной технике и технике связи. Его использование в системах цифровой связи позволяет повысить помехоустойчивость. Кодек состоит из передающей стороны 1, приемной стороны 2 и канала 3 связи. Передащая сторона 1 имеет кодер 4. Приемная сторона 2 содержит вычислитель 6 синдрома, вычислитель 7 оценок, анализатор 9 синдрома, коммутатор 10 и мажоритарный элемент 11. Благодаря введению на передающей стороне кодера 5, на приемной стороне- блока 8 сумматоров по модулю два, декодеров 12, 13, генератора 14 импульсов, ключевого элемента 15, элемента ИЛИ 16, формирователя 17 временного интервала и порогового счетчика 18, кодек реализует получение квазиортогонального несистематического сверточного кода, минимальный вес кодовых слов которого больще, чем ортогонального несистематического сверточного кода. 2 ил.

Фиг. 1

Изобретение относится к вычислительной технике и технике связи и может быть использовано в системах цифровой связи.

Цель изобретения - повышение помехоустойчивости .

На фиг.1 приведена блок-схема ко декаЈ на фиг,2 схема его конкретной реализации.

Кодек несистематического сверточ- ного кода состоит из передающей 1 и приемной 2 сторон и канала 3 связи. Передающая сторона 1 содержит первый 4 и второй 5 кодеры, приемная сторо- на 2 - вычислитель 6 синдрома, вычислитель 7 оценок, блок 8 сумматоров по модулю два, анализатор 9 синдрома, коммутатор 10, мажоритарный элемент 11, первый 12 и второй 13 деко- деры, генератор 14 импульсов, ключевой элемент 15, элемент ИЛИ 16, формирователь 17i временного интервала и пороговый счетчик 18. На фиг.1 ро- казаны также вход 19, первьш 20 и второй 21 выходы кодека.

Первый кодер 4, генерирующий кодовые слова ортогонального несистематического сверточного кода, предназначен для формирования по информа- ционным символам символов проверочной последовательности. Б качестве кодера используется (фиг.2) регистр

22сдвига, связанный с сумматорами

23и 24 по модулю два. Длина регист- ра сдвига, число сумматоров по модулю два и их связи определяются порождающими полиномами ортогонального несистематического сверточного кода

Второй кодер 5 предназначен для формирования добавочных проверочных разрядов в порождающих полиномах квазиортогонального несистематического сверточного кода, позволяющих обнаружить факты ошибочного декодирования принятых информационных сигналов на приемной стороне 2. Второй кодер 5 представляет собой регистр 25 сдвига связанный с первым 26 и вторым 27 сумматорами по модулю два, число раз рядов регистра 25 и связи обусловлены видом дополнительных полиномов в порождающих полиномах квазиортогонального несистематического сверточного кода.

Вычислитель 6 синдрома предназначен для умножения принятых из канала 3 связи проверочных последовательностей квазиортогонального несистемати

ческого сверточного кода на порождающие полиномы ортогонального несистематического сверточного кода Р.. (х и Р01 (х) и для формирования синдром- ной последовательности из проверочной последовательности, которая принята, и проверочной последовательности, сформированной на приемной стороне 2. Вычислитель 6 синдрома представляет собой регистры 28 и 29 сдвига и сумматор 30 по модулю два, связи разрядов регистров 28 и 29 с сумматором 30 определяются порождающими полиномами Р0( (х) и Рог(х) ортогонального несистематического сверточного кода.

Вычислитель 7 оценок предназначен цля формирования сигналов оценок EJ, ортогональных относительно информационного символа, из кодовых слов ортогонального несистематического сверточного кода и представляет собо регистры 31 и 32 сдвига, связанные с сумматорами 33 и 34 по модулю два. Длина регистров сдвига, число сумматоров по модулю два и их связи определяются структурой проверок для каждых конкретных полиномов ортогонального несистематического сверточного кода.

Блок 8 предназначен для исключения из рассмотрения на входах вычислителя 7 оценок дополнительных проверочных последовательностей М(х)х хРв|(х) и М(х) Раг(х), образованных умножением информационной последовательности М(х) на дополнительные порождающие полиномы Рд|(х) и Рл2(х) в кодере, генерирующем кодовые слова квазиортогонального несистематического сверточного кода. Блок 8 представляет собой сумматоры 35 и 36 по модулю1 два.

Анализатор 9 синдрома предназначен для обнаружения ошибок в проверочных символах и представляет собой регистр 37 сдвига с обратными связями для записи последовательности синдромов S и соединенный с ним логический блок 38, вырабатывающий следующие сигналы:

T,S,

S, S

+

+ S, S6 + S5S4 + SjS4S

Последовательньй выход регистра 37 сдвига подключен к ключевому элементу 15 и пороговому счетчику 18. Коммутатор 10 предназначен для исключения из рассмотрения на входе мажоритарного элемента 11 той оценки Е-, номер которой совпадает с номером отличной от нуля функции Т:, в случае, если .

Мажоритарный элемент 11 предназначен для принятия решения о достоверности принятых символов по большинству оценок Е: на первом выходе, а также формирования на втором выходе на основе оценок Е сигнала Т0. Таким образом,

„

(Е, Е2-Е (Ё,- Е2-Е (Е,

VE4) ,-Ё4)

(Е,-Е2 (К, +

Е, Е4) +

Е2-Е,-Ё4) +(Е,- E2-EVE4)

Первый 12 и второй 13 декодеры представляют собой схемы умножения декодированной информационной последовательности на полиномы вида Р (х)

Р0, (х)-Р„(х) и Р (х)Р

ог

Г

о r qz

(х),

Ра,(х) и Ра2(х). Первый декодер 12 образован регистром 39 сдвига и сумматорами 40 - 42 по модулю два, второй декодер 13 - регистром 43 сдвига и сумматором 44 по модулю два (так как в этом примере Рл,(х)Ра 2(х)).

Генератор 14 импульсов формирует импульсы, необходимые для работы фор мирователя 17 временного интервала. Ключевой элемент 15 предназначен для подачи импульсов с выхода генератора 14 импульсов на вход формирователя 17 временного интервала в промежуток времени от момента поступления на первый управляющий вход ключевого элемента 15 сигнала о наличии ошибок с второго выхода анализатора 9 синдрома до момента поступления на его второй управляющий вход сигнала с выхода элемента ИЛИ 16.

Формирователь 17 временного интервала предназначен для установления временного интервала анализа информации, поступающей на вход порогового счетчика 18. В качестве формирователя 17 временного интервала используется счетчик, порог срабатывания которого выбирается исходя из допусти- мой вероятности трансформации сообщений, длины кодовых ограничений, корректирующей способности квазиорто10

20

30

35 805676

тонального несистематического свер- точного кода.

Пороговый счетчик 18. предназначен для подсчета количества сигналов ошибок, поступающих с второго выхода анализатора 9 синдрома, и выдачи сигнала о наличии ошибок на выход 21 в случае переполнения. Порог срабатывания порогового счетчика 18 выбирается исходя из корректирующих свойств квазиортогонального несистематического сверточного кода и требований по допустимой вероятности трансформации сообщений.

При работе кодека возможны три случая: декодирование информации происходит при отсутствии ошибок; декодирование информации происходит при наличии ошибок, уровень которых меньше или равен корректирующей способности ортогонального несистематического сверточного кода; декодирование информации происходит при наличии 25 ошибок, уровень которых больше корректирующей способности ортогонального несистематического сверточного кода.

В рассматриваемом кодеке за счет введения дополнитечьных кодера и декодеров, незначительно увеличивающих длину кодовых ограничений получаемого квазиортогонального несистематического сверточного кода, появляется возможность получения такого кода, минимальный вес кодовых слов которого увеличивается по сравнению с кодовыми словами ортогонального несистематического сверточного кода, приближаясь к весу лучших несртогональных кодов. И если в первом и втором случаях кодек работает идентично известным кодекам ортогонального несистематического сверточного кода, сохраняя основное преимущество ортогонального несистематического сверточного кода - простоту технической реализации, то в третьем случае благодаря возросшему минимальному весу кодовых слов квазиортогонального несистематического сверточного кода появляется возможность обнаружения ошибок, вес которых больше веса ошибок, которые способны исправлять несистематический сверточный код.

Кодек работает следующим образом.

В исходном состоянии в регистрах 22, 25, 28, 29, 31, 32, 37 сдвига кодеров 4 и 5, вычислителя 6 синдрома, вычислителя 7 оценок, анализато40

45

50

55

pa 9 и декодеров 12 и 13 синдрома записаны нулевые сигналы. Содержимое порогового счетчика 18 и формирователя 17 временного интервала также равно нулю. Выход генератора 14 импульсов ключевым элементом 15 отключен от входа формирователя 17 временного интервала. В мажоритарном элементе 11 установлено пороговое значение

U О /ИМ Н

2 , где do мин - минимальное

кодовое расстояние ортогонального несистематического сверточного кода.

В пороговом счетчике 18 установлен js ) ) рк(х) PQ;J(x)-, порог Y

do мин

допустимого числа

П2Р0, (х) М(х) Ркг(х) Р01 (х),

ошибок на интервале W тактов в принимаемых из канала 3 св.язи закодированных последовательностях, сигнал с выхода порогового счетчика 18 появится в том случае, если пороговое значение Y окажется превышенным. В формирователе 17 временного интервала установлен порог числа тактов W, и сигнал на его выходе появится в случае, если число W окажется превышенным.

На вход 19 кодека (вход кодера 4) в последовательном коде поступают с тактовым периодом UT сигналы двоичной информационной последовательности М(х). Эта последовательность продвигается с тактовой частотой по разрядам регистра 22 сдвига кодера 4 и далее по разрядам регистра 25 сдвига кодеру 5. В процессе этого движения последовательность М(х) с помощью сумматоров 23, 24, 26, 27 по модулю

20

75

П2Р0, (х) М(х) Ркг(х) Р01 (х),(3)

которые поступают на вход сумматора 30 по модулю два, в котором покомпонентно сравниваются с последовательностью М(х)(Р + Р ), поступающей на третий вход вычислителя 6 с второго выхода декодера 12, т.е.

Р02(х)+П2 РЛ1(х)+М(х)х

oi

30

&(х)П, {р (х) + Р (х)М(х) РО, (х)-Р02(х)

е

Р х +Рл, (х)

РО, (х)+Р0, (х)- Р0, (х)-х +

02

01

+Ра2(х)О1

(х)+Р02(х)РЈ, (х) +

+Р0( (х)-Ра2(х)} 0.

35

Таким образом, если в канале 3 связи ошибок не возникло, то в регистр 37 сдвига анализатора 9 синдрома записывается нулевой синдром, т.е.

два, входящих в состав кодеров 4 и 5, до S(x)0. Одновременно с этим последопреобразуется в последовательности вида

М(х)(х)-хе + Рда(х)М(х)х

Р„,,(х);

М(Х), (х)-х8 хР,(х), Р„,(х)М(х)х

(1)

которые в последовательном коде поступают на входы канала 3 связи. При этом сигналы проверочных последовательностей М(х) Рц (х) и М(х)-Рк2(х) искажаются воздействием помех Е,(х) и Ел(х), т.ев из канала 3 связи поступают двоичные последовательности вида

М(х) М(х)

«1

кг

$Е,(х); (х)(х).

(2)

В случае отсутствия ошибок, т.е. Е ((х)Е2(х)0, последовательности вида (1) поступают в разряды регистров 28 и 29 сдвига вычислителя 6 синдрома и продвигаются по ним с тактовой частотой. В процессе этого движения эти последовательности преобразуются в последовательности вида

) ) рк(х) PQ;J(x)-,

П2Р0, (х) М(х) Ркг(х) Р01 (х),(3)

которые поступают на вход сумматора 30 по модулю два, в котором покомпонентно сравниваются с последовательностью М(х)(Р + Р ), поступающей на третий вход вычислителя 6 с второго выхода декодера 12, т.е.

Р02(х)+П2 РЛ1(х)+М(х)х

oi

0

&(х)П, {р (х) + Р (х)М(х) РО, (х)-Р02(х)

е

Р х +Рл, (х)

РО, (х)+Р0, (х)- Р0, (х)-х +

02

01

+Ра2(х)О1

(х)+Р02(х)РЈ, (х) +

+Р0( (х)-Ра2(х)} 0.

Таким образом, если в канале 3 связи ошибок не возникло, то в регистр 37 сдвига анализатора 9 синдрома записывается нулевой синдром, т.е.

вательности вида (1) поступают на первый и второй входы блока 8 (сумматоры 35, 36 по модулю два), на третий и четвертый входы которого по- 5 ступают последовательности M(x)-Pj, (х) и М(х)- Pg(x) с выходов декодера 13 (на фиг.2 у декодера 13 первый и вто- , рой выходы объединены). На первом и втором выходах блока 8 формируются последовательности ортогонального несистематического сверточного кода М(х) Р0, (х) и М(х)- Р02(х), которые поступают на входы вычислителя 7 оценок. На выходах вычислителя 7 оценок на каждом такте работы происходит формирование сигналов оценок Е1, ортогональных относительно каждого информационного символа последовательности М(х). Эти оценки поступают на

0

коммутатор 10, где происходит исключение из рассмотрения на входе мажоритарного элемента 11 той оценки Ej , номер которой совпадает с отличной от нуля функцией Тj, в случае, если Т0 1. Если в канале 3 связи нет ошибок, следовательно, , и первые выходы анализатора 9 синдрома не подключаются к первым управляющим входам комму-JQ татора 10. Система оценок EJ поступает на мажоритарный элемент 11 (здесь формируется функция Т0 0), где на каждом такте работы происходит принятие решения о достоверности каждо- го символа информационной последовательности М(х). Далее информационная последовательность М(х) поступает на входы декодеров 12 и 13, где она продвигается с тактовой частотой по раз- -JQ рядам регистров 39 и 43 сдвига и выходит на информационный выход 20 устройства. В процессе этого движения последовательность М(х) с помощью сумматоров 40 - 42 и 44 по модулю 25 два преобразуется на выходе первого декодера 12 в последовательность вида

30

М(х) Р (Х)+Р (х)М(х) Р02(х)

Ра, (х)

+Ро,

V

(х),

которая поступает на управляющий вход вычислителя 6 синдрома, на выходах второго декодера 13 - в последовательности вида

);

P(x),

(5)

которые поступают на входы блока 8. Нулевой синдром, записанный в регист 37 сдвига анализатора 9 синдрома, не оказывает влияния на остальные блоки приемной стороны 2 : не изменяется содержимое порогового счетчика 18 и состояние формирователя 17 временног интервала и ключевого элемента 15. Кроме того, сигнал Ошибка на выходе 21 отсутствует, а также каждый символ информационной последовательности М(х) по цепи обратной связи с выхода мажоритарного элемента 11 поступает на управляющий вход вычислителя 7 оценок и соответствующие разряды регистров 31 и 32 сдвига,одновременно сигнал Е, с первого выхода

вычислителя 7 оценок поступает на управляющий вход анализатора 9 синдрома.

В случае, если в канале 3 связи на длине кодового ограничения воЗник- ла однократная или двукратная ошибка, кодек работает следующим образом. Как и в предыдущем случае, последовательности вида (2) поступают в разряды регистров 28 и 29 сдвига вычислителя 6 синдрома и продвигаются по ним с тактовой частотой ДТ. В процессе движения эти последовательности преобразуются к виду

П| р02(х)н(х) )+Е((х) );

ПгР0,

(х)) Pk2(x)+Ez(x) Р0, (х),

(6)

JQ-JQ5

5

которые поступают на входы сумматора 30 по модулю два, на котором покомпонентно сравниваются с последовательностью М(х) ЈР (Х)+Р (х)|, поступающей на третий вход вычислителя 6 с выхода первого декодера 12, т.е.

Ј(х)П,(х) Рог(х)+П(х) Р01 (х) + 0 +М(х)(х)+р (x)n(x).Pk((x) + +Е ,(х) Р0,(х)(х)- Р„2(х)+Е2(х) Рог(х)+М(х)-Р01(х)-Р.( (х)+М(х)х

Р«,х)

P«ja(x)#).

0

5

0

5

Таким образом, в регистр 37 сдвига анализатора 9 синдрома записывается ненулевой синдром. Одновременно с этим последовательности вида (2) поступают на первый и второй входы блока 8, а с его выходов снимаются последовательности ортогонального несистематического сверточного кода, пораженные ошибками первой или второй кратности, которые поступают в вычислитель 7 оценок. Пусть для определенности в канале 3 связи возникла двукратная ошибка, тогда в соответствии с алгоритмом работы кодека в коммутаторе 10 происходит исключение из рассмотрения на входе мажоритарного элемента 1t той оценки Е J , номер которой совпадает с отличной от нуля функцией Tj, формируемой в логическом блоке 38 анализатора 9 синдрома и подключаемой к первым управляющим входам коммутатора

10 при Т 1. Скорректированная систе,о

ма оценок ЕI поступает на мажоритарный элемент 11, где происходит приня т ие решения о достоверности каждого информационного символа последовательности М(х). Так как кратность возникшей в канале 3 связи ошибки не превышает корректирующей способности Кода, то на приемной стороне 2 про- 1|сходит исправление двукратной ошибки, и трансформации сообщения нет. Далее информационная последователь- фость поступает на декодеры 12 и 13, йродвигаясь по разрядам регистров

39и 43 сдвига, и в последовательном коде выходит на выход 20 кодека. В процессе этого движения последовательность М(х) с помощью сумматоров

40- 42 по модулю два преобразуется На выходе первого декодера 12 в последовательность вида (4), которая поступает на третий вход вычислителя 6 синдрома, на выходах второго декодера 13 - в последовательности вида (5), которые поступают на входы блока 8.

На выходах блока 8 формируются последовательности ортогонального несистематического сверточного кода, пораженные двукратной ошибкой вида (7)

М(х) Р К((х)+Е , (х) +М(х) Р j,(х); м(х) Р кг(х)+Ег(х)+М(х). Ра2(х).

(7)

Так как синдром, записанный в регистре 37 сдвига анализатора 9 синдрома, ненулевой, то пороговый счетчик 18 осуществляет подсчет числа ошибок, поступивших с второго выхода анализатора 9 синдрома на его счетный вход. Одновременно сигналы оши-, бок с второго выхода анализатора 9 синдрома поступают на первый вход ключевого элемента 15, подключая выход генератора 14-импульсов к входу формирователя 17 временного интервала. Поскольку по условию количество ошибок мало, формирователь 17 временного интервала подсчитывает W тактов и формирует на своем выходе сигнал раньше, чем переполнится пороговый счетчик 18. Сигнал с выхода формирователя 17 временного интервала через элемент ИЛИ 16 осуществляет сброс содержимого формирователя 17

5

0

5

0

5

0

5

0

5

временного интервала, порогового счетчика 18 и возвращает в исходное состояние ключевой элемент 15, отключив выход генератора 14 импульсов от входа формирователя 17 временного интервала. На выходе порогового счетчика 18 сигнал Ошибка не появляется, а достоверная информация с выхода 20 поступает к получателю. Очередной сигнал вызывает повторение указанных операций.

В случае, если в канале 3 связи на длине кодового ограничения возникла трех- и более кратная ошибка, исправляющей способности ортогонального несистематического сверточного-кода, входящего в состав квазиортогонального несистематического сверточного кода, недостаточно для коррекции ошибок. Работа кодека аналогична. Пороговый счетчик подсчитывает число импульсов ошибок с второго выхода анализатора 9 синдрома и формирует сигнал Ошибка, если произойдет его переполнение на временном интервале W. Сигнал Ошибка не формируется только в том случае, если сами ошибки Е,(х) и ЕЈ(Х) формируют последовательность,.являющуюся кодовым словом квазиортогонального несистематического сверточного кода (т.е. ошибки переводят сигналы одного кодового слова в другое, трансформируют его), или последовательность, отличающуюся от кодового слова квазиортогонального несистематического сверточного кода в числе разрядов V 6 t0. В первом случае на пороговый счетчик 18 не поступает ни одного сигнала, а во втором поступает V сигналов, которые не вызывают переполнения счетчика.

Таким образом, в предлагаемом кодеке достигается повышение помехоустойчивости.

Формула изобретения

Кодек несистематического сверточного кода, содержащий канал связи, на передающей стороне - первый кодер, вход которого является входом кодека, на приемной стороне - вычислитель синдрома, первый и второй входы которого подключены к одноименным выходам канала связи, выход вычислителя синдрома подключен к информационному входу анализатора синдрома, первые выходы которого соединены с первыми управляющими входами коммутатора, выходы которого подключены к входам мажоритарного элемента, первый выход которого соединен с управляющим входом вычислителя оценок, выходы которого подключены к соответствующим информационным входам коммутатора, второй выход мажоритарного элемента соединен с вторым управляющим входом коммутатора, управляющий вход анализатора синдрома подключен к первому выходу вычислителя оценок, отличающийся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, на передающей стороне введен второй кодер, первый - третий выходы первого кодера соединены с одноименными входами второго кодера, первый и второй выходы которого подключены к одноименным входам канала связи, на приемной стороне введены первый и второй декодеры, генератор импульсов, формирователь временного интервала, ключевой элемент, элемент ИЛИ, пороговый счетчик и блок сумматоров по модулю два, первый и второй входы которого подключены к одноименным выходам канала связи, входы первого и второго декодеров объединены и подА

-%ЗШ1СШ

тҐ

0

5

0

5

ключены к первому выходу-МЭ-AOJI г арного элемента, выход первого декодера соединен с чретъим входом вычислителя синдрома, першш и второй выходы второго декодера подключены к третьему и четвертому входам блока сумматоров по модую два, перхун г второй выходы которого гордпнены с одноименными реформа цнонны.чи входами вычислителя оценок, третий BJIXOT, второго декодера является первым выходом кодека, в юрой выход ллизэтора синдрома подключен к счетному входу порогового счетчика и первому управляющему вход члюченогм эчег С а, ш - ход генератора нмгольс.в соединен с информационным входом ключевого элемента, выход которого подключен к информационному входу формирователи временного интервала, выход которого соединен с первым гходом опемеита ИЛИ, выход которого подключен к гто-- рому управляющему входу ключевого элемента и входам обнуления Формирователя временного интервала и порогового счетчика, выход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ и является вторым выходом кодека.

30