Устройство для моделирования канала передачи дискретной информации

 

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано для решения задач моделирования канала передачи дискретной информации. Цель изобретения - повышение точности моделирования при нестационарных характеристиках искажений в канале передачи дискретной информации . Устройство содержит два блока памяти, два элемента И, генератор тактовых импульсов, генератор сообщений , генератор случайного кода, блок задания времени ожидания, блок генерации интервалов нестационарности , блок задания мат-риц переходных вероятностей, блок задания законов распределений, коммутатор и блок анализа сообщений. 6 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕаЪБЛИК

ПЩ <10 д!! 4 G 06 F IS/20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ . И АВТОРСКОМУ/ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21 ) 3903 75/24-24 (22) 31.05.85 (46) 30.1!.86. Бюл. И 44 (7l) Таганрогский радиотехнический институт им. В. Д. Калмыкова (72) В. И. Финаев и П. В. Шпренгер (53) 681.3(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У !0499!5, кл. 0 06 F 15/20, 1982.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1088006, кл. G 06 F 15/20, 1983. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ

КАНАЛА ПЕРЕДАЧИ ДИСКРЕТНОЙ ИНФОРМАЦИИ (57) Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано для решения задач моделирования канала передачи дискретной информации. Цель изобретения — павышение точности моделирования. при нестационарных характеристиках искажений в канале передачи дискретной информации. Устройство содержит два блока памяти, два элемента И, генератор тактовых импульсов, генератор сообщений, генератор случайного кода, блок задания времени ожидания, блок генерации интервалов нестационарности, блок задания матриц переходных вероятностей, блок задания законов распределений, коммутатор и блок анализа сообщений. 6 ил.

l 27 3943

ИэоГ>ретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для решения задач моделирования канала передачи дискретной информации.

Цель изобретения — повьппение точ-, ности моделирования при нестационарных характеристиках искажений в канале передачи дискретной информации.

На фиг. 1 приведена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2— функциональная схема генератора сообщений; на фиг. 3 — функциональная схема блока анализа сообщений; на фиг, 4 — функциональная схема блока задания матриц переходных вероятностей; на фиг. 5 — функциональная схе" ма блока задания законов распределений; на фиг. 6 — функциональная схема блока генерацчи интервалов нестационарностей.

Устройство содержит генератор 1 сообщений, блок 2 анализа сообщений„ блок 3 задания матриц переходных вероятностей, блок 4 задания законов распределения, блок 5 генерации интерналон нестационарности, второй блок 6 памяти, блок 7 задания времени ожидания, генератор 8 случайного кода, первый элемент И 9, нторой элемент И 1О, генератор 11 тактоных импульсов, коммутатор 12, первый блок

13 памяти.

Генератор 1 сообщений содержит вход 14, группу элементов И 15, элемент И 16, генератор 17 пуассононского потока импульсон, регистр 18 сдвига, элементы ИЛИ 19, формирователи 20 импульсов, выходы 21.

Блок 2 анализа сообщений содержит первую 22 и вторую 23 группы элементов И, первую группу 24 счетчиков импульсов, первый 25 н второй 26 элементы ИЛИ, счетчик 27 импульсов, третью группу 28 элементов И, вторую группу счетчиков 29 импульсов, группу входов 30, третий 31 и четвертый

32 элементы ИЛИ, третью 33 и четвер" тую 34 группы счетчиков импульсов.

Блок 3 задания матриц переходных вероятностей содержит коммутатор 35, группу входов Зб, группу узлов 37 памяти, выходы 38 узел 39 памяти, выходы 40.

Блок 4 задания законов распределения содержит группу однотипных узлов, каждый из которых содержит первую группу элементов И 41, группу схем >2 сравнения, входы 43, выходы

44, нторую группу элементов И 45.

Блок 5 генерации интервалвн нестационарности состоит иэ группы одHoTHBHbtx g9JIoB кажДый H3 содержит первую группу элементов

И 46, группу схем 47 сравнения, вторую группу элементов И 48. Блок также содержит группу элементов

ИЛИ 49, группу элементон И 50, вход

if

° ° ° P ол

>Е

° ..Р, ;f if о

4 а 4 9 ° Ь 0 ° Ю

>Е

Рп> Рла

>Е

Pï0

5I. Блок 7 содержит группу генераторов 52 случайного сигнала и элемент

ИЛИ 53.

Устройстно моделирования нестационарного канала передачи цифровой информации работает следующим обраФ зом.

Имитация поступления сообщений в виде корректирующего кода длиной и двоичных символов от m источников сообщений осуществляется генератором I

1 сообщений при поступлении импульсов на его вход от генератора ll тактовых импульсов -через открытый элемент

И 10. Формально нестационарная модель канала описывается н виде вероятностного автомата. На участках стационарного состояния моделью канала передачи дискретной информации также является вероятностный автомат.

Определяют формально модель канала.

Под состоянием i канала при передаче сообщения Г-го .потока (f = I, ni) понимают передачу и-разрядкой кодовой комбинации с i ошибками. Разбивают весь отрезок сколь угодно длиl тельного функциониронания канала на стационарные участки, длительности которых случайны. Можно выделить множества М,(i = 1, P) участков стационарности, которые имеют одинаковую автоматную модель, описываемую с помощью матриц переходных вероятностей

11Р; при передаче сообщений f-го потока. Время существования этих участков стационарности из множеств

М; выражается функцией распределения

А; (t ) для каждого значения

73943

Чгде ю; = г и;

Ч я i2 1Р (2) "2t ъъ "7p

/ /\ pz

15 к4 4

1!Я. ° JI в

1Ф

p„„ % ) где элемент ; = Е

1=0

В регистрах узла ся элементы матрицы г % л4

II 1l и т " р (4) г%

oi Рг

3 l2

Множество участков стационарности функционирования канала передачи дискретной информации можно рассматри" вать как некоторые обобщенные состояния канала. Смена состояний описывается также автоматной моделью, заданной в виде матрицы переходных вероятностей j! i; )!

Время пребывания автомата в i-oM состоянии определяется функцией распределения А; (t). Матрицы (1) и (2) полностью определяют нестационарную модель канала передачи дискретной информации. В соответствии с нестационарной моделью канала, заданной аналитическими выражениями (1) и (2), осуществляется моделировани. его функционирования.

Изменение состояний нестационарности моделируется блоком 5 генераторов интервалов нестационарности, блоком 6 памяти.и блоком 7 задания времени ожидания. Изменение состояний 1 канала внутри определенного блоком 5 интервала нестационарности (состояние М1) моделируется блоком

4 задания законов распределений, коммутатором 1-2 и блоком 13 памяти.

Синхронизация работы блоков устройства осуществляется генератором II тактовых импульсов.

В блоке 3 задания матриц переход.ных вероятностей в регистрах узлов

37 памяти хранятся элементы матрицы

И

S0

Р, 39 памяти хранятГенератор 8 случайного кода вырабатывает код числа А, величина которого равновероятно распределена н иктернале (0 1) .

Рассматривается процедура моделиронания переходон какала иэ одного состояния нестационаркости н другое.

Предполагают, что н рассматриваемый такт времени истекло некоторое i-oe состояние нестационарности с функцией распределения времени пребывания в нем А; (). Тогда на i-м ныходе блока 6 памяти был потенциал, что соотнетстновало нахождению канала н

1-м интервале (состоянии) нестационарности со стационарным распределением ошибок в кодовых комбинациях.

Как только i-oe состояние нестационарности и текает, ка выходе блока 7 задания времени ожидания присутствует потенциал равный нулю. Ввиду того, что в рассматриваемый такт потекциап есть íà i-м выходе блока 6 памяти, то открыты элементы И 46 i-ro узла блока 5, а также в коммутаторе 35 блока 3 открыты соответствующие элементы И. На первые входы схем 47 сравнения подаются иэ узла 39 памяти блока 3 коды вероятностей матрицы

)! 77, !! . На вторые входы схем 47 сравнения подается код А числа с выходов генератора случайного кода 8, Если число А ь, то на выходе схемы 471j

I) сравнения находится потенциал, причем потенциал с выхода схемы 47 срав11 кения с меньшим числом через элементы И 48 запрещает появление потен циалон на выходах элементов И 48 с большим значением индекса 1.

Таким образом, моделируется переход канала связи в g-oe состояние нестационарности. В этом случае потенциал находится на j-м выходе блока 5 . генерации интервала нестационарности.

Данный потенциал поступает на нход блока 6 памяти. Этим фиксируется пребывание канала в 1-ом состоянии не" стационарности со стационарным распределением ошибок в кодовых комбинациях. Кроме того, потенциал с выхода

36 блока 6 памятй поступает на вход

J-ro генератора случайного сигнала блока 7 задания времени задержки, длительность сигнала которого опре40 дах узлов 45 — 45ь сравнения. Поа тенциал присутствует на выходе элемента И 45 < и на выходе 44ь блока

4. Данный потенциал поступает на соответствующий вход коммутатора 12, 45 проходит на выход коммутатора 12 и поступает на соответствующий вход блока 13 памяти, В последнем фикси5 12 деляет время пребывания (длительность интервала) канала связи в )-ом интервале (состоянии) нестационарности.

Так осуществляется моделирование переходов канала из одного j-ro состояния нестационарности в другое

J-oe состояние. Потенциал с выхода блока 7 закрывает элемент И 9, что запрещает срабатывание блока 5 на время длительности потенциала с вы.хода блока 7, а также открывает элемент И 10 что разрешает процесс мо" делирования изменений состояний канала внутри определенного J-ro состояния нестационарности. Рассматри. вается работа устройства при моделировании этого процесса.

На каждом такте генератора 11 тактовых импульсов импульсами.с его выхода через элемент И 10 по входу

14 запускается генератор 1 сообщений (фиг. 3). С приходом импульса по входу 14 элементы И 15 открываются, а элемент И 16 закрывается. На одном иэ выходов регистра 18 сдвига фиксируется на время длительности импульса по входу 14 потенциал..Элементы

ИЛИ 19 имеют число входов, определяемое исходя из заданных интенсивностей потоков сообщений. Пусть, например, m = 3, и интенсивности пото" ков ы, = 5,сс 4, о = 1 (сообщений в единицу времени). Тогда элемент

ИЛИ 19, имеет пять входов, ИЛИ 19 имеет четыре входа, ИЛИ 19 > одновходовый, а регистр 18 сдвига имеет десять разрядных выходов. Таким образом, на выходах 21 генератора t сообщений появляются потенциалы (длительность, задаваемой формирователями 20),,интенсивность появления которых определяется заданными интенсивностями потоков. Пусть потенциал формируется íà f-oM выходе 21 генератора 1, указывая на то, что в канал поступило сообшение f-го потока, закодированное кодом длины (и-1)

Далее рассматривается кодирование ко кодом, длиной — 1, так как матрица

llew>j ll имеет размерность и х и; в ней учитывается пребывание канала в состоянии ноль ошибок. На фиг. 5 приведена схема для реализации матрицы размерности (n-1) х (n-1). Ввиду того, что канал находится в g-ом состоянии нестационарности и на его вход поступило сообщение f-го потока, то в коммутаторе 35 блока зада73943 Ь ния матриц переходных вероятностей

3 открыты соо ветствугзщие злементы

И и коды матрицы ()P .j, хранящиеся в регистрах узла 37 памяти блока 3, подаются на первые информационные входы 38 блока 4, Рассматривается процесс моделирования состояний канала внутри J-ro интервала нестационарности. Пусть в

10 предшествующий рассматриваемому моменту времени канал находится в h-эм состоянии, т ° е. на выходе 30ь (h =

I, m) блока 13 памяти находится потенциал, каторгой подается на вход.

30 второй группы блока 2 анализа сообщений и управляющий вход 30 „ блока

4. Наличие потенциала на выходе 30> блока 13 памяти говорит о том, что в коде имеется (h-1) ошибок. В следуg0 ющий рассматриваемый такт времени генератор 8 случайного кода генери" рует со своих выходов 43 код числа

А, равномерно распределенного в интервале от нуля до единицы. Вследствие того, что в блоке 4 имеется по-. тенциал на управляющем входе 30, е то открыты элементы И 41> — 41 „ и

% коды строки h матрицы 11 Р; 11 через элементы И 41 подаются на первые . группы входов схем 421, — 421, срав- . нения, на вторые входы которых подается с входов 43 блока 4 код исла А генератора 8. В соответствии с распределением (3) выбирается последующее состояние. Процедура выбора ана35 логична указанной процедуре выбора состояния нестационарности в блоке

5. Пусть очередное состояние канала

g-м, т.е. потенциалы имеются на выхоруется время пребывания канала в g-è состоянии. Это говорит также о том., что в передаваемой кодовой комбииа50 ции f-ro потока при 1-ом состоянии нестационарности канала зафиксировано (g-t) ошибок. Регистрация данных об искажениях осуществляется в блоке

2 анализа сообщений. Набор статистических данных происходит следующим образом. Наличие потенциала ка входе

21 блока 2 свидетельствует о том,,что поступил в канал код f-го пото7 12739 ка. Наличие потенциала на нходе 30> говорит о том, что н коде зафиксировано (p;-1) ошибок. Тогда в счетчике

27 подсчитывается обшее число сообщений, н регистраторе 241 подсчитывается число сообшений i-ro потока.

Если ошибок в коде нет, то на входе

30, блока 2 имеется потенциал, и в счетчике 29 подсчитывается общее число кодоных комбинации, принятых

to без ошибок. Если корректирующий код, обнаруживает (К-1) ошибок, то события обнаружения ошибок соответствуют наличию потенциала на входах 30 -30» блока 2, а событиям необнаружения 15 ошибок соответствует наличие потенциала на входах 30»„- 30„ блока 2.

Тогда в счетчиках 29 фиксируется общее число кодовых комбинаций с обнаруженными ошибками. В счетчиках 20

29 — общее число кодовых комбина3 ций с необнаруженными оыибками. 3 счетчиках 33 подсчитывается число кодовых комбинаций i-ro потока с обнаруженными ошибками, а в счетчи25 ках 34 — число кодовых комбинаций

1 с необнаруженными ошибками. Из по" казаний счетчиков 24, 27, 29, 31 и

34 можно рассчитать в результате моделирования вероятности обнаружения 50 и необнаружения ошибок при передаче кода длиной (п-I) по моделируемому нестационарному каналу передачи дискретной информации, т.е. результат моделирования позволяет получить Э5 важные информационные оценки корректирующего кода для данного канала.

Формула изобретения

Устройство для моделирования канала передачи дискретной информации, содержащее генератор тактовых импульсов, генератор случайного кода, генератор сообщений, первый блок па- 45 мяти, первый элемент И, коммутатор, блок задания законов распределении, блок задания матриц переходных вероятностей и блок задания времени ожидания, блок задания законов распре- 50 делений включает группу идентичных узлов, каждый из которых содержит первую и вторую группу элементов И и группу схем сравнения, в каждом узле выходы элементов И первой группы 55 подключены к первым входам соответствующих схем сравнения группы, выход К-й схемы сравнения, группы (К=

43 8

1 и l соенюнсн с К м инчерс ным входом всех элементов И второй группы, ныход P-й схемы сравнения группы (P = 2, n) подключен к прямому входу Р-ro элемента И второй . группы, блок задания матриц переходных вероятностей содержит уэел памяти, коммутатор и группу узлов памяти, выходы которых подключены к соответствующим информационным входам коммутатора, блок анализа сообщений содержит четыре элемента ИЛИ, три группы элементов И, счетчик импульсон, четыре группы счетчиков импульсов, одноименные входы первого и второго элементов ИЛИ объединены и соединены с первыми нходами одноименных элементов И первой и второй групп и счетными нходами счетчиков импульсов первой группы, выход второго элемента ИЛИ подключен к счетному входу счетчика импульсов, выход первого элемента ИЛИ подключен к первым входам элементов И третьей группы, выходы которых соединены соответственно со счетными входами счетчиков импульсов второй группы, выход третьего элемента ИЛИ подключен к вторым входам элементов И первой группы и второму входу второго элемента И третьей группы, выход четвертого элемента ИЛИ подключен к вторым входам элементов И нторой группы и второму входу третьего элемента И третьей группы, выходы элементов И первой и второй групп соединены соответственно со счетными входами счетчиков импульсон третьей и четвертой групп, блок задания времени ожидания содержит группу генераторов случайного сигнала и элемент

ИЛИ, входы которого подключены соответственно к выходам генераторов случайного сигнала группы, выход генератора тактовых импульсов устройства соединен с первым входом первого элемента И и с входом запуска генератора случайного кода, группа выходов которого подключена соответственно к вторым входам схем сравнения всех узлов блока задания законов распределения, выходы первой схемы сравнения н выходы элементов И второй группы всех узлов блока задания законов распределения соединены соответственно с информационными входами коммутатора устройства, выходы которого подключены соответственно к адресным

9 l 273 входам первого блока памяти, выходы которого соединены с первыми входами элементов И первой группы соответствующего узла блока задания законов распределения, первый выход первого блока памяти подключен к второму входу первого элемента И третьей группы элементов И блока анализа сообщений, входы третьего и четвертого элементов

ИЛИ которого соединены с соответст- 10 вующими выходами первого блока памяти устройства, выходы генератора сообщений устройства соединены соответственно с входами первого элемента ИЛИ блока анализа сообщений и управляющи- 5

- ми входами первой группы коммутатора, блока задания матриц переходных вероятностей, выходы коммутатора которого подключены соответственно к вторым входам элементов И первой группы со- 20 ответствующего узла блока задания законов распределения, выход первого элемента И устройства соединен с управляющим входом коммутатора устройст" ва, а выход элемента ИЛИ блока зада- 25 ния времени ожидания подключен к второму входу первого элемента И устройства, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения точности моделирования при нестационарных характе-3 ристиках искажений в канале передачи дискретной информации, оно дополнительно содержит второй элемент И, второй блок памяти и блок генерации интервалов нестационарности, состоя- 35 щий иэ группы элементов ИЛИ, группы элементов И и группы узлов, каждый иэ которых содержит первую и вторую группу элементов И и группу схем сравнения, причем в каждом узле выходы элементов И первой группы соединены с первьми входами соответствующих схем сравнения группы, выход К-й схемы сравнения группы с К-м

45 инверсным. входом всех элементов И

943 I!2 второй группы, выход Р-й схемы сра нения группы подключен к прямому входу P-го элемента И второй группы, выходы первых схем сравнения всех узлов подключены к соответст.вующим входам первого элемента ИБ1 группы блока, выходы Р-х схем сравн ния всех узлов подключены к соответ ствующнм входам P-x элементов ИЛИ группы блока, а выходы элементов

ИЛИ группы соединены с первыми вхс— дами соответствующих элементов И группы блока генерации интервалов нестационарности; вторые входы элементов И группы которого подключены к выходу второго элемента И устройства, прямой вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а инверсный вход подключен к выходу элемента ИЛИ блока saдания времени охидаиия входы запуска генераторов случайного сигнала которого подключены соответственно к управляющим входам второй группы коммутатора блока задания матриц переходных вероятностей, вторым входам элементов И первой группы соответствующего узла блока генерации интервалов нестационарности и соединены с соответствующими выходами второго блока памяти устройства, адресные входы которого подключены соответственно к выходам элементов

И группы блока генерации интервалов нестационарности, вторые входы схем сравнения всех узлов которого соединены соответственно с выходами генератора случайного хода устройства, выходы узла памяти блока задания матриц переходных вероятностей подключены к вторым входам соответствующих элементов И первой группы узлов блока генерации интервалов нестационарности, а выход первого элемента И устройства соединен с входом запуска генератора сообщений.

1273943

1273943 н г гг

r .Щу

М,ф .

Му

С ю

Mega

Мгл

М,л

С

38nr

Жм

С

° Ублг

Мюе

Жлл

Я

>dnn

i 2 7 l 9 3 б Г / / z g / р e r р г °

Мг % за м м, л „з м м, ы,„л ; л,„

gag

ca+ Ь

ы„! 273943 г р р Z p

4Ф 40i 4а ФОР Фй ФЕР 4Ф)р 4ФФ 40м

4Ь

/

Составитель В. Фукалов

Редактор С. Лисина Техред Л.Сердюкова Корректор Т. Колб

Тираа 67 - Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета CCCR по делам иэобретений и открытий

l13035, Москва, %-35, Раушская каб., д. 4/5

Закаа 6478/42

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ултород, ул. Проектная, 4 о