Способ оптимального приема дискретных сообщений в целом в каналах связи с межсимвольной интерференцией Советский патент 1982 года по МПК H04B1/06 H04L27/00 

Изобретение относится к электросвязи и может быть использовано в системах телеграфии, передачи данных и в других -системах передачи дискретных сообщений. Известен способ оптимального приема дискретных сообщений в целом, который предусматривает умножение при нимаемой смеси полезного сигнала с шумом на периодически повторяющийся опорный сигнал, интегрирование полученных произведений, формирование всех ожидаемых в месте приема кодовых комбинаций, перемножение их элементов с величинами, полученными после интегрирования, вторичное интегрирование каждого из этих произведений сравнение его результатов и выбор наи большего из них, выявляющий наиболее вероятную переданную комбинацию Однако в этом способе необходимо выполнение большого числа операций, что требует большого объема оборудова ния при его реализации. Указанный недостаток обусловлен необходимостью формировать и использовать при обработке все возможные комбинации символов. Кроме того, этот способ непригоден при приеме в каналах с межсимйольной интерференцией. Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является способ оптимального приема дискретных сообщений в целом в каналах с межсимвольной интерференцией, основанный на выделении квадратурных компонентов принимаемого сигнала, преобразовании их в сигналы, пропорциональные корреля,ции между соответствующими квадратурными компонентами принимаемого и опорных сигналов, попарном суммировании сигналов корреляции, также сравнении суммарных сигналов и определении наибольшего суммарного сигнала ... Однако, в этом способе приема необходимо- выполнение большого числа входящих в него операций и, следова .тельно, большой объем оборудования, требуемый для его осуществления,так как необходимо формировать и использовать при проведении перечисленных выше операций все возможные варианты ожидаемого сигнала, число которых Л1(где m - основание кода, п символов и принимаемой комбинации) может быть весьма велико. Например, в случае приема цепочки из 10 двоичных символов необходимо вести обработку одновременно для 2 Т02 различных вариантов ожидаемого сигнала. Этот недостаток во многи случаях практически вообще исключает возможность реализации данного споJco6a приема. Цель изобретения - упрощение способа путем сокращения числа операций определения корреляции и суммирования. Поставленная цель достигается тем что в способе оптимального приема дискретных сообщений в целом в каналах связи с межсимвольной интерферен цией, основанном на выделении квадратурных компонентов принимаемого сигнала, преобразовании их в сигналы прог«эрциональные корреляции между со ответствующими квадратурными компонентами принимаемого и опорных сигналов, попарном суммировании сигналов корреляции, а также сравнении суммарных сигналов и определении наи большего суммарного сигнала, после попарного суммирования сигналов корреляции преобразуют суммарные сигналы в контрольные сигналы, полярность каждого из которых задана элементами управляющей кодовой комбинации и дополнительно суммируют контрольные сигналы, с последующим определением наибольшего из выделенных контрольных сигналов путем поочерёдного выбо ра управляющих кодовых комбинаций, попарно отличающихся друг от друга только одним элементом,до управляющей кодовой комбинации,изменение которой поочередно во всех элементах уменьша ет выделенный наибольший контрольный сигнал и по указанной управляющей ко довой комбинации определяют принятое в целом дискретное сообщение. Данный способ приема в отличие от известного не требует формирования и 55 участия в операциях обработки всех возможных вариантов ожидаемого сигнала в коли мест ее N т. В процессе об работки .нужны голько mn элементарных сигналов, соответствующих возможным символам в различных позициях комбинации, а при использовании системы двоичных противоположных сигналов даже только П сигналов. В процессе приема, который заключается в поиске комбинации с максимальным результатом обработки, перебираются не все возможные комбинации, а лишь небольшая их часть в определенной последовательности, ведущей к искомой комбинации. Можно показать, что такой перебор, в отличие от полного перебора, охватывает не более(т -1)П комбинаций. В приведенном ранее примере потребуется вместо сигналов 10 и перебор не более 100 комбинаций. Таким образом, общий объем выполняемых при приеме операций обработки резко сокращается, что приводит к сокращению числа требуемых для осуществления приема перемножителей, сумматоров, интеграторов и Другого оборудования. В качестве примера рассмотрим реализацию описанного способа оптимального приема при использовании двоичных противоположных сигналов. Пусть передается некоторая комбинация Гце /ЛfiV i;i почка), символов А а, , а , где а О или 1; символ 1 передается элементарным сигналом S(t), а символ О - элементарным сигналом S(t). На приеме им соответствуют сигналы S(t) и -S(t). Тогда ожидаемый полезный сигнал в месте приема sV(i).| i5 i-(U4lT,iH.2,...,2 о/( -Рп. 4 Г ,если ац 1 «-К , .если a|j О Т - длительность сигнала. S(t), равная длительности передачи отдельного символа. (Каждый из сигналов (К-1)т |из-за рассеяния в канале связи имеет длительность, большую Т, что ведет к межсимвольной интерференции и исключает возможность примене ° Рассмотренного выше в качестве аналога). На вход приемного устройства сигнал S(t) поступает в смеси с шумом n(t) Z(t) S;,(t)+n{t) (2) Оптимальное правило решения при приеме на фоне белого гауссовского шума Предписывает выбирать комбинацию для которой достигается maxV , (3) v,Jxit)Sx,W t4jYit s;.ii)dt-av, о о . где x(t),y(t) - квадратурные компоненты обрабатываемой смеси Z(t) ; , S.(t) ,51-(1) - квадратурные компо/ ненты сигнала S(t); Tg - время анализа; JV - пороговый уровень. Предлагаемый способ предусматривает формирование величин, выражающих кор реляцию смеси Z(t) с элементарными сигналами S Tt-CK-l )Т1 C,.f2.1tls t.(kH))S;x (5 « t-ii HlTJdt+JYltisirt-ikHiTldt.. о Затем из величины С формируются .величины с учетом (l) и (А) по правилу .. Д м ,-,,, но. не всех возможных комбинаций .|ot{ ot ос (т.е. не для всех if, а лишь для некоторых в определен ной последовательности, начиная с не которой исходной комбинацииiJDt oinl например {-1 ,-1,.,. ,-1 ), что соответствует А 0,0,...,0 , На первом шаге поочередно изменяются все элементы комби.нации. В приведенном примере это озн чает, что берутся комбинации (1,-1, - 1,... ,-1) , (-1,1 ,-1,.. ,-1) , ... , {-1 ,-1 ,-1,... ,1) . Из полученных IH-1 (вместе с начальным значений V выбирается Максимальное. Та комбинация, при которой получается этот максимум (например, это (1, -1, -1-1)), берется в качестве исходной для следующего шага, который аналогичен предыдущему. В данном примере на этом шаге перебираются комбинации |-1,-1,-1,....-1) (1,1,-1-1) ,..., (1-1 ,-1,..., 1) . Этот процесс повторяется до тех пор, пока на некотором шаге все Vj не получаются меньше предыдущего максимума. Это свидетельствует, что на предыдущем шаге найден 1аксимум величины и соответствующая ему кодовая комбинация является оптимальным решением при приеме. На чертеже дана структурная электрическая схема одного из возможных вариантов устройства, реализующего описанный способ оптимального приема Устройство содержит квадратурный расщепитель 1, блок 2 формирования опорных сигналов, умножители 3. интеграторы 4, сумматоры 5, первый запоминающий блок 6, инверторы 7, блок 8 управления дополнительный сумматор 9, второй запоминающий блок 10, блок 11 сравнения и выбора. Устройство работает следующим образом. Принимаемый сигнал в виде смеси с шумом Z(t) вида (l) поступает на квадратурный расщепитель 1, который выделяет из него квадратурные компоненты ), y(t). Блок 2 формирования опорных сигналов выдает квадра- турные компоненты элементарных сигналов (K-l)T3, (K-l)T, .к 1,2,...,П. Квадратурные компоненты входной смеси умножаются на соответствующие квадратурные компоненты ожидаемых элементарных сигналов с помощью умножителей 3. Полученные произведения интегрируются интеграторами , из выходных сигналов которых путем сложения каждых двух квадратурных компонентов в сумматорах 5 получаются величины С,..Сц, поступающие в первый запоминающий блок 6, в котором хранятся также значения пороговых уровней для всех V 1,2,..., 2. Из первого запоминающего блока 6 указанные сигналы поступают на инверторы 7 включаемь1е или выключаемые в соответствии с сигналами управления, поступающими с блока 8 управления. Эти сигналы отвечают проверяемой на оптимальность кодовой комбинации (aJ,,...,a;;V) согласно (6 и (l) . Затем со знаком + или - величины Сц и уровень Л поступают на дополнительный сумматор 9 который формирует величину V , подаваемую во второй запоминающий блок 10, Значения V , / получени«е для разных (т.е. разных комбинаций), сравниваются :блоком 11 сравнения и выбора. В зависимости от результата сравнения он либо посылает на блок 8 управления сигнал выдачи очередной группы сигналов управления инверторами 7 . отвечающихочередной группе проверяемых кодовых комбинаций« либо сигнал останова и выдачи найденной оптимальной кодовой комбинации, т.е. результата «оптимального приема. Рассмотренный пример схемы конкретного устройства, реализующего предполагаемый способ приема, не 79 (исчерпывает его сущности. Способ мо 1жет быть реализован и иначе, например, с использованием средств вычислительной техники. Положительный эффект, достигаемый при применении описанного способа приема в целом по сравнению с известными аналогами и прототипом, обусловлен устранением в этом способе полного перебора всех гп возможных вариантов ожидаемого сигнала или ожидаемой кодовой комбинации (где m основание кода, П - длина комбинации) В известных способах приема операции корреляционной обработки смеси прини- 15

маемого полезного сигнала с шумом выполняются для всех упомянутых вариантов, поэтому общее число таких операций очень быстро растет с увеличением длины обрабатываемых комбинаций, а следовательно, увеличивается и объем требуемого оборудования. Уже при небольших значениях П , порядка 8-10, известный способ приема оказывается практически нереализуемым. Предложен- 25 ный способ позволяет резко снизить число перебираег х вариантов сигнала до {гс -l)tl . Соответственно снижается общее число операций, объем требуемого оборудования, его вес, габариты и стоимость. Или же,если сохранить преж ний объем оборудования, появляется возможность существенно увеличить длину обрабатываемых кодовых комбинаций и тем самым - помехоустойчивость (при приеме в целом, чем длиннее обрабатываемая комбинация, тем выше помехоустойчивость). Формула изобретения Способ оптимального приема дискрет ных сообщений в целом в каналах свярования сигналов корреляции преобразуют суммарные сигналы в контрольные сигналы, полярность каждого из которых задана элементами управляющей кодовой комбинации и дополнительно суммируют контрольные сигналы с последующим определением наибольшего из выделенных контрольных сигналов путем поочередного выбора управляющих 6 зи с межсимврльной интерференцией, основанный на выделении квадратурных компонент принимаемого сигнала, преобразовании их в сигналы, пропорциональные корреляции между соответствующими квадратурными компонентами принимаемого и опорных сигналов, попарном суммировании сигналов корреляции , а также сравнении суммарных сигналов и определении наибольшего суммарного сигнала, отличающийся тем, что, с целью упрощения способа путем сокращения числа операций определения корреляции и суммирования, после попарного суммикодовых комбинаций, попарно отличающихся друг от друга только одним элементом, до управляющей кодовой комбинации, изменение которой поочередно во всех элементах уменьшает выделенИый наибольший контрольный сигнал и по указанной управляющей кодовой комбинации определяют принятое в целом дискретное сообщение. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Финк Л.М. Теория передачи дискретных сообщений. М., Связь, 1970, с. 636. 2.Кловский Д.Д., Николаев Б.И. Инженерная реализация радиотехнических схем. М., Связь, 1975, с. 37iO (прототип).