Устройство контроля качества дискретного канала связи Советский патент 1990 года по МПК H03M13/23 H04B3/46 

СД

СО

;о

15

Изобретение относится к вычислительной технике и технике связи и может быть использовано при разработке и эксплуатации аппаратуры переда- чи данных, использующей снерточное кодирование„

Цель изобретения - повышение точности контроля и расширение области применения за счет использования любых классов сверточных кодов.

На фиг. 1 приведена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - пример выполнения сверточного кодера на фиг. 3 - то же, обратного сверточного кодера; на фиг. 4 - график зависимости вероятности Р ошибки в дискретном канале от соотношения Fio/N сигнал-шум для разных каналов.

Устройство содержит декодер 1 сверточного кода, блок 2 выделения тактовых импульсов, обратный сверточный кодер 3, блок 4 задержки, блок 5 выделения ошибок, блок 6 стробирования, счетчик 7 ошибок, буферный регистр 8, табличный преобразователь 9 кода и формирователь 10 прореженных импульсов о На фиг. 1 показаны также сверточный кодер 11 и канал 12 связи, Блок 5 выделения ошибок представляет со- бой полусумматор. Блок 6 стробирования является элементом Ио Декодер 1 сверточного кода представляет собой декодер по максимуму правдоподобия, работающий на основе алгоритма Витер- бИс Принимаемый устройством и декодируемый в декодере 1 сверточньм код формируется сверточным кодером 11, содержащим (фиг. 2) регистр 13 сдвига, полусумматоры 14 и коммутатор 15. Длина регистра 13 определяет длину К кодового ограничения, а соединения разрядов регистра 13. с полусумматорами 14 задает вид используемого кода. .Кодер 11 .(фиг.2) задает кодовые гене- раторы в двоичном виде (11101, 11001) или в восьмеричном виде (35, 31К Длина кодового ограничения такого кода равна 5.

Информационная последовательность I(D) поступает на вход регистра сдвига и в течение времени, равного длительности одного информационного символа, с помощью коммутатора генерируется два кодовых символа, которые пос тупают в канал 12 передачи данных. Таким образом, скорость кода в данном случае равна R 1/2. В общем случае скорость кода может быть равной

0

г

(5

0 5 п45

35

0

5

где k и Г1 - целые полонсительные числа и k 11 Сверточный код, один из кодовых генераторов.которого в двоичной форме имеет вид 100,.,„,0, называется систематическим, а сверточный код, не обладающий таким свойством, - несистематическим. Выстропросматриваемым называется несистематический сверточный код с К 1/2, кодовые генераторы которого, представленные в двоичной форме, отличаются только в одной позиции. Например, кодовые генераторы быстропросматриваемого кода (11101, 11001) .отличаются только в третьей справа позиции.

В большом классе систем передачи данных применяются несистематические сверточные коды, не являющиеся быст- ропросматриваемыми и обеспечивающие больший энергетический выигрьш кодирования.. Однако быстропросматриваемые коды позволяют восстанавливать переданную информацию без декодирования (и, следовательно, без .исправления ошибок) с минимальным коэффициентом размножения ошибок, равным двум. Например, небыстропросматриваемый код (23, 31) обеспечивает энергетический выигрыш кодирования на 0,5 дБ больше, чем быстропросматриваемый код (35, 31) при той же сложности аппаратуры декодирования. Однако коэффициент размножения ошибок для кода (23 31) равен 6 вместо 2 для быстропросматриваемого сверточно о кода (35 31)-.

Обратный сверточный кодер 3, как следует из его названия, предназначен для операции, обратной той, что выполняется кодером 11 и .служит для восстановления последовательности 1(D) информационных символов без исправления ошибок. Поэтому выполнение кодера 3 также обратно выполнению кодера 11. Обратный кодер 3 включает в себя (фиг. 3) коммутатор 16, регистры 17 сдвига и полусумматор 18. На фиг. За показано выполнение обратного сверточного кодера 3 для кода (35, 31), на фиг. 3 - для кода (23, 31).

Формирователь 10 прореженных импульсов представляет собой последовательное соединение делителя частоты и формирователя коротких импульсов. Табличный преобразователь 9 кода реал изуетс.я на программируемом ПЗУ.

Устройство работает следующим об- разом

На информационньш вход кодера 11, являющийся входом системы передачи информации, поступает последовательность I(D) информационных символов. На тактовый вход кодера 11 поступают тактовые импульсы F,. Последовательность T(D) кодовых символов с выхода кодера 11 передается по дискретному каналу 12, качество которого необхо- I димо контролировать. С выхода дискретного канала 12 последовательность T(D) кодовых символов с внесенными каналом 12 ошибкам} поступает на вход декодера 1, обратного кодера 3 и блока 2 выделения тактовых импульсов, который вьщеляет из последовательности 1(0) тактовые импульсы с частотой и фазой, равными частоте и фазе импульсов F,. Тактовые импульсы F используются для синхронизации ос- тальных блоков устройства.

Декодер 1 исправляет большинство ошибок, внесенных дискретным каналом 12, а на его выходе существует хорошая оценка I(D) последовательности I(D) информационных символов, поступающей на вход кодера 11„ Кодер 3 восстанавливает последовательность 1(0) информационных символов без исправления ошибок и при этом размножает ошибки, вносимые дискретным каналом 12, причем вероятность Р ошибки на выходе кодера 3 будет в коэффициент размножения Кр раз больше, чем на его входе. Последовательность I(D) задерживается блд.- ком 4 задержки с целью выравнивания задержек последовательностей I(D) и

( относительно последовательности T(D) „

Блок 5 выделения ошибок выполняет сравнение последовательности I(D) информационных символов на выходе декодера 1 с их оценкой i(D), получаемой на выходе блока 4 задержки. Такое сравнение дает на выходе блока 5 оценку E(D) количества ошибок, внесенных дискретным каналом 12. Последовательность E(D) подается на блок 6

1599997

10

15

на выходе формирователя 10 назовем интервалом анализа. В течение этог интервала счетчик 7 ошибок подсчит вает количество импульсов на выход блока 6 или, что то же самое, коли ство ошибок, выделенных в последов тельность E(D). Код количества ошибок с выхода счетчика 7 оши бок подается на входы буферного ре стра 8. По фронту импульсов, форми емых формирователем 10, код количе ва ошибок запоминается в регистре а счетчик 7 ошибок обнуляется. Код количества ошибок, хранимый в буфер ном регистре 8, вьщается на его вьт ды и присутствует на них до прихода следующего фронта импульсов на упра ляющем входе регистра 8 Таким обра

20

зом,

на выходах регистра 8 постоянн

25

присутствует код количества ошибок, накопленных счетчиком 7 на предьщу- щем интервале анализа.

Длительность интервала анализа и емкость счетчика 7 ошибок выбираетс следующим образом. Для получения до товерных результатов о вероятности ошибки в последовательности E(D) ко личество ошибок, накопленных счетчи 7 в течение интервала анализа, долж быть не менее ста. Тогда длительнос интервала анализа может быть опреде лена как М 100/Р, где Р - оценка вероятности ошибки в канале 12, полу ченная подсчетом ошибок в последова- 35 тельности E(D), а значение М измеряе ся количеством информационных тактовы импульсов F, в течение которых про30

изводится накопление ошибок. Получен ное значение М увеличивается до бли40 жайшего числа, являющегося степенью числа два. Значение М определяетг- к эффициент деления частоты в формиров теле 10. Значение оценки Р определяется по графику зависимости оценки в

45 роятности ошибки от соотношения сигнал-шум в дискретном канале 12 для максимального рабочего соотношения 5 игнал-шум в канале 6дБ, Р 0,025, тогда М 100/Р 100/

.. --- J- ..,j Л Л. .f ff t / I

стробирования, где стробируется такто-50 /0,025 4000. Выбираем длительность

выми импульсами F-, поступающими с блока 2. Благодаря стробированию количество импульсов на выходе блока 6 равно количеству ошибок, вьщеленных в последовательность Е(В)„

Формирователь 10 прореженных импульсов через каждые М тактовых импульсов F формирует короткие импульсы. Промежуток между импульсами

интервала анализа М 4096 тактовых импул ьсов. Емкость счетчика 7 ошибок определяется как L М-Р где р - оценка вероятности ошибки в дискрет- 55 ном канале 12, определяемой при минимальном соотношении сигнал-шум. Так, например, при 2 дБ вероятность Р 0, а емкость счетчика 7 ошибок L М.Р 4096 О,25 1024.

1599997

10

15

на выходе формирователя 10 назовем интервалом анализа. В течение этого интервала счетчик 7 ошибок подсчитывает количество импульсов на выходе блока 6 или, что то же самое, количество ошибок, выделенных в последова-. тельность E(D). Код количества ошибок с выхода счетчика 7 ошибок подается на входы буферного регистра 8. По фронту импульсов, формируемых формирователем 10, код количества ошибок запоминается в регистре 8, а счетчик 7 ошибок обнуляется. Код количества ошибок, хранимый в буферном регистре 8, вьщается на его вьто- ды и присутствует на них до прихода следующего фронта импульсов на управляющем входе регистра 8 Таким обра20

зом,

на выходах регистра 8 постоянно

25

присутствует код количества ошибок, накопленных счетчиком 7 на предьщу- щем интервале анализа.

Длительность интервала анализа и емкость счетчика 7 ошибок выбирается следующим образом. Для получения достоверных результатов о вероятности Р ошибки в последовательности E(D) количество ошибок, накопленных счетчиком 7 в течение интервала анализа, должно быть не менее ста. Тогда длительность интервала анализа может быть определена как М 100/Р, где Р - оценка вероятности ошибки в канале 12, полученная подсчетом ошибок в последова- 5 тельности E(D), а значение М измеряется количеством информационных тактовых импульсов F, в течение которых про0

изводится накопление ошибок. Полученное значение М увеличивается до бли0 жайшего числа, являющегося степенью числа два. Значение М определяетг- коэффициент деления частоты в формирователе 10. Значение оценки Р определяется по графику зависимости оценки ве5 роятности ошибки от соотношения сигнал-шум в дискретном канале 12 для максимального рабочего соотношения 5 игнал-шум в канале 6дБ, Р 0,025, тогда М 100/Р 100/

-- J- ..,j Л Л. .f ff t / I

/0,025 4000. Выбираем длительность

/0,025 4000. Выбираем длительность

интервала анализа М 4096 тактовых импул ьсов. Емкость счетчика 7 ошибок определяется как L М-Р где р - оценка вероятности ошибки в дискрет- ном канале 12, определяемой при мини мальном соотношении сигнал-шум. Так, например, при 2 дБ вероятность Р 0, а емкость счетчика 7 ошибок L М.Р 4096 О,25 1024.

7159

Для обеспечения требуемой емкости счетчик 7 ошибок должен быть десятиразрядным,.

Зависимость между оценкой Р. вероятности ошибки и вероятнортью Р ошибки в дискретном канале 12 нелинейна Следовательно, код количества ошибок на выходе буферного регистра 8, прямо пропорциональный оценке Р вероятности, неточно отражает значение вероятности Р ошибки в дискретном канале 12о Для получения более точного представления значения Р код количества ошибок с выходов регистра 8 подается на входы табличного преобразователя 9 кода, который преобразует код количества ошибок в последовательности E(D) в двоичньш код вероятности ошибки в дискретном канале 12, Таким образом, на выходах преобразователя 9, являющихся выходами устройства, постоянно существует двоичный код Р вероятности ошибки, отражающей качество дискретного канала 12. Информация для записи в ППЗУ преобразователя 9 определяется следуюш 1м образом. Для каждого возможного значения кода количества ошибок S на выходах буферного ре

гистра 8 рассчитывается значение оценки вероятности ошибки по формуле Р S M, Затем по графикам зависимостей вероятности Р ошибки в дискретном канале 12 и ее оценки Р от соотношения сигнал-шум в дискретном канале 12 определяется для каждого значения веро- ятности Р соответствующее значение вероятности ошибки в канале Р. Двоичный код, соответствующий вероятности Р, записывается в ППЗУ по адресу, равному коду количества ошибок на вы- ходах регистра 8. Зависимость Р и Р от соотношения сигнал-шум в канале передачи данных может быть определена путем расчетов, либо экспериментально

На фиг. 4 для сравнения приведены зависимости вероятности Р ошибки на выходе дискретного канала с квадратичной фазовой модуляцией ФМ-4; кривая А, на выходе декодера 1 для кода (35, 31) кривая В и для кода (23,31) кривая С.

Увеличение точности контроля качества дискретного канала в предлагае

У9:

5

5

0

0

8

мом устройстве достигается за счет компенсации нелинейной зависимости оценки вероятности ошибки от вероятности ошибки в дискретном канале.

Устройство рассчитано на использование любых классов сверточных кодов с декодированием по алгоритму Витерби,

Формула изобретения

Устройство контроля качества дискретного канала связи, содержащее декодер соерточного кода, информационный 13ХОД-которого объединен с входом блока выделения тактовых импульсов и информационным входом обратного сверточного кодера и является входом устройства, выход блока выделения тактовых импульсов подключен к тактовым входам блока задержки, декодера сверточного кода и обратного сверточного кодера, выход которого соединен с информационным входом блока задержки, выход которого и выход декодера сверточного кода подключены к первому и второму входам блока выделения ошибок, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что, с целью повышения точности контроля и расширения области применения за счет использования любых классов сверточных кодов, в устройство введены счетчики ошибок, буферный регистр, табличный преобразователь кода, блок стробиров ния и формирователь прореженных импульсов, вход которого объединен с nepBbjB входом блока стробирования и подключен к выходу блока выделения тактовых импульсов, выход блока вьщеления ошибок соединен с вторым входом блока стробирования, выход которого подключен к счетному входу счетчика ошибок, выход формирователя прореженных импульсов соединен с входом разрешения та- писи буферного регистра и входом обнуления счетч: ка ошибок, выходы которого подключены к информационным входам буферного регистра, выходы которого соединены с входами табличного преобразователя кода, выходы которого являются выходами устройства

Фиъ.2

Ч/4. / 7 (Ю)

Изобретение относится к вычислительной технике и технике связи, может применяться в аппаратурах передачи данных, использующих сверточное кодирование, и позволяет повысить точность контроля и расширить область применения за счет использования любых классов сверточных кодов. Устройство содержит декодер 1 сверточного кода, блок 2 выделения тактовых импульсов, обратный сверточный кодер 3, блок 4 задержки и блок 5 выделения ошибок. Благодаря введению блока 6 стробирования, счетчика 7 ошибок, буферного регистра 8, табличного преобразователя 9 кода и формирователя 10 прореженных импульсов в устройстве обеспечивается точное определение вероятности ошибки в канале 12 связи при кодировании информации в сверточном кодере 11 любым сверточным кодом. 4 ил.

V f7

Г,Г)

1

ГГЛ)

75

/72

ГгГВ)

77/

7Г27) frj) U

-

Tz)

10

.дб -1 О 1 2 3 56 18 9 10 11

ФигЛ