Устройство для декодирования сообщений, передаваемых дискретными частотными сигналами

 

Изобретение относится к вычислительной технике и технике связи. Его использование в системах передачи информации позволяет повысить помехоустойчивость и упростить процесс цикловой синхронизации. Устройство содержит преобразователи 1 последовательного кода в параллельный, элемент ИЛИ 2, формирователь 3 тактовых импульсов и блок 10 выделения максимума. Благодаря введению блока 4 коммутации, сумматоров 5, делителя 6 частоты, блоков 7 сравнения, блоков 8 буферной памяти, элемента 9 задержки и коммутатора 11 в устройстве обеспечивается декодирование, а начальный такт декодируемой буквы выбирается по максимуму признаков этой буквы на всех возможных тактах. 3 ил.

СО1ОЗ ГОНЕ ГСКИХ

СОЦИЛЛИСТИЧ1:СКИХ

РЕ СПУБЛИК г (5!)5 Н 03 М 13/00

ГОГУДЛРСТНЕННЫИ КОМИТЕТ

Г1О ИЗОЬР! 1 РНИЯЛ1 И О! КРЫТИЯМ

ПРИ I КН1 ГССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ (7с 3

Ю (7с

6д

3.В

©!. г.!

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4697604/24 (22) 26.05.89 (46) 30.07.91. Бюл. М 28 (72) M.À.Áîÿðøèíoâ, M,М.Марков, В.M.Ëèxapee, И.Ç.Климов и Д.HÇ.Радченко (53) 621.376:681.32 (088.8) (56) Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. — M.: Радио и связь, 1985.

Авторское свидетельство СССР

N 726665, кл. Н 03 М 5/08, 1978. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДЕКОДИРОВАНИЯ

СООБЩЕНИЙ, ПЕРЕДАВАЕМЫХ ДИСКРЕ1НЫМИ ЧАСТОТНЫМИ СИГНАЛАМИ (57) Изобретение относится к вычислитель. Ы, „1667263 А1 ной технике и технике связи. Его использование в системах передачи информации позволяет повысить помехоустойчивость и упростить процесс цикловой синхронизации. Устройство содержит преобразователи

1 последовательного кода в параллельный, элемент ИЛИ 2, формирователь 3 тактовых импульсов и блок 10 выделения максимума.

Благодаря введению блока 4 коммутации, сумматоров 5, делителя 6 частоты, блоков 7 сравнения, блоков 8 буферной памяти, элемент 9 задержки и коммутатора 11 в гстройстве обеспечивается декодирование, а начальный такт декодируемой нукеры выбирается по максимуму признаков этой буквы на всех возможных тактах. 3 ил.

1667263

Изобретение относится к вhl÷èñëèтельнои технике и технике связи и может быть использовано в системах передачи информации.

Цель изобретения — повышение помехоустойчивости и упрощение процесса цикловой синхронизации.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства; на фиг. 2 показан вид частотно-временной матрицы; фиг. 3 иллюстрирует способ коммутации в блоке соединений.

Устройство содержит преобразователи

1 последовательного кода в параллельный, элемент ИЛИ 2, формирователь 3 тактовых импульсов, блок 4 коммутации, сумматоры

5, делитель 6 частоты. блоки 7 сравнения, блоки 8 буферной памяти, элемент 9 задержки, блок 10 выделения максимума и коммутатор 11. На фиг. 1 обозначены входы 12 и выходы 13.

Преобразователи 1 последовательного кода в параллельный являются регистрами сдвига.

Блоки 8 буферной памяти могут былгь выполнены на К-разрядных регистрах, где К -- длина кодового слова.

В основе работы устройства лежит следующее.

Устройство предназначено для декодирования сообщений, передаваемых дискретными частотными (ДЧ) сигналами

Подобные сигналы передаются с помощью частотно-временных частиц (ЧВМ) Гу ь передачи сигналов частотно-временными матрицами в следующем.

Частотно-временная область делится на полосы шириной Л f по оси частот и Л т по оси времени (фиг. 2). Образование сигнала состоит в выборе определенного числз отдельных элементов, расположенных в различных частях области. При представлении в двоичном виде заштрихованные элементы являются единицами, э пустые нулями. Количество частотных полос и равное ему количество временных тактов назовем размером ЧВМ и обозначим его N.

На практике наибольшее распростране ние получили ДЧ-сигналы первого порядка, т.е. обладающие только одним частотным элементом но временной полосе. У таких

ДЧ-сигнэлон разрешение ЧВМ имеют одинаковый нес, 1.е. одинаковое количество едИниц.

Поскольку количество разрешенных

ЧВМ достаточно мало (например, при размере ЧВМ N -- 3 можно построить только 3

ЧЕМ, не имеющих ни одного общего эле мента), то кодирование минимального элемента сообщения (буквы) производится сочетанием из S матриц. Величина S onpe

55 деляется количеcTBoM букв в алфавите кодл, КОЛИЧЕСтНОМ, а ЗНЭ И1. И РЗЗЛ<г.POM РЗЗРЕшенных ЧВМ и требованиями к помехоустойчивости кода. Обычно число В букв алфавита сравнительно невелико. соотнетственно мало и количество матриц н букве, Таким образом, при использовании ДЧ-сигнзлов имеется два уровня кодирования: буква кодируется последовательностью иэ S матриц, каждая иэ которых в свою очередь кодируется последовательностью двоичных символов.

Поскольку кодирование сообщения производится на двух уровнях. то декодер можно построить по-разному В первом случае декодер по существу состои< из двух декодеров. Во внутреннем декодере анализируется последонзтельность днои <ных символов, Гоотне<стнующзя ЧГ М. ВосстзНовл< НН",ß ВО ННУТРЕI<НI.M ДЕVOÄPOP- ПОГЛP. донзтельность из 5 m-ичных символов (

Во втором случае анзлизиpycTr целикoM отрезок, соотípтсTâóþùèé элеMеíTарному сообщению, и по всей Гонокупности признаков принимзетсsi рец<:.ние о TQM какая буква была передзнз (спг<сг<б декод1 роНЗНИЯ B ЦЕЛОМ).

Ка<.кздное декодирование не мож.:1 быть оптимальным методом декодирона ния, если кодирование произведено с избыточностью, даже когда внешний и ннутрг.нний декодеры оптимзльнь< по какому-либю критерию После Toln кзк IIгп Bич<<ый кодовый Гим вол BI |бран Bo BI

B!IäBBBI- ного демодулятог ом двоичного

СИ1ЛНОЛЗ

Поскольку при использовании ДЧ-сиг нзлон количесгно букв злфзнитз и количество дноичных сил<волов н буквах достаточно

1е< )7253 малы. Имеется возможность построить дек О д е р . О Г1 т и м а л ь н ь< 1 и О к р и т е р и ю м а к с и мал ьно! о правдоподобия. Если шум в канале предполагается гауссовским, то декодер максимального правдоподобия идентичен декодеру минимального евклидова расстояния. Этот декодер находит значение г при котором евклидово расстояние

li

d(-(v.xr) =,> (vl-xlI), г= 1,...,В, (1) где < < 1-ll .имвол принятой комбинации v;

1-и символ буквы алфавита хг, h I величество букв в алфавите сообщения.

cI — количество двоичных символов в букве, минимально, и обьявляет, что было передано сообщение х, Декодер минимального евклидовогo расстояния удобно реализовать с помощью следующего условия, когда реш 1ние о передаче буквы х принимается, если для «гех ц - вы пол няется

12) гд» < ) размер«ое,!ь <,Б "Л.

5 .колич«с. тво маrpиц б<у (lr l

С,,l - 1, если .им«ол приня1:и к: 1<

r1ЗцИИ В I)! Й Г<ОЗИЦИИ СО«паДОЕТ С ГI; -1(<ОЛОК1 в ijl-и «озиции буквы х,„ (l i

Г<((0 в поо: e«Or!olio I

В случае, егли «<.c букв алф «.<та:ооб щения пое:тоянен что справедливо, пп скольку используются именно такue сигналы, то усло«ие (2) стано«ится избь<точным. При погтоянном весе (одинаковом Ко личестве единиц) Оукв алфавита усло«ие (2) можно заменить условием (3)

Де d вес (количес!во единиц) ь. букве алф е< в и т а (<)

El(= 1 при наличии символа единицы г, )-и позиции принятой rомбинации i д<.

Таким образом, декодер производит суммирование сиf « 1! 1 (4)

Условие (3) в .

Г)н

l1 > lp (5) Неравенство (4) после элементарных преобразований принимает вид (5), а это значит, что декодеры идентичны.

Таким образом декодер для сообщений, передаваемых с помоьцью Д 1-сигналп» построенныи пп причципу декодирования R цело» и llpIII<èI

Прежде чем декодиро«а!ь бу,.ву, необходимо установить цик <о«ую синхрониза:. I, и ю (с и í х р о н и 3 а ц и ю и о б у к в е), т . P... опр<-делить начальный такт буквы из К = SxN

40 возможных гактов (К вЂ” количеcTBQ тактов в бук e). Алфавит oonálöåíèÿ строится так, чтобы любая комбинация на стыке двух букв имела как можно больше отличий От любой разрешеннои комбина (ии.

Поэтому буква, декодированная при истиннои начальной фазе цикла (буквы), будет име!ь значительно больше признаков, чем буква, декодированная при неверно установленной нача<ьнои фазе. Следовательно, следует принимать решение о передаче той иэ К декодированных на К возможных тактах букв, у которои количество признаков буд.т максимально.

Ycrpoéñ!«o работает следующим обраЗОМ

На входы 12 поступаю- двоичные последовательности. разнесенные Во времени и по N каналам. КаждoI <ó каналу соответствует Один из входов 12. Эти последовательности поступают на входы преобразователей ям единиц для каждой буквы, а затем выбирает максимальную из этих сумм.

Декодеры, в которых реализованы проверки по условиям (2) и (3), будут принимать

5 одинаковые решения. Э1о ясно иэ следующих соображений.

Двоичные символы. совпадающие у букв х, и х«, не оказывают влияния на принятое решение, так как они дают одинако10 выи вклад в суммы в правых и левых частях неравенств. независимо от того, искажены они или нет. Пусть у букв х, и хн не совпадают d < символов. Поскольку вес у букв одинаков, то у буквы х, не совпадает с буквой х4

15 d„/2 единиц и d,/2 нулей. Если при передаче буквы xr будет искажено 11 единиц и lp нулей, то условие (2) примет вид

1h672h3

1 и через элемент ИЛИ 2 — на вход формирователя 3. С приходом импульсов на входы

12 формирователь 3 начинает вырабатывать тактовые импульсы с фазой, соответствующей фазе приходящих информационных символов. Тактовые импульсы поступают на синхрониэирующие входы преобразователей 1 и производят в них последовательные сдвиги двоичной последовательности, поступающей на их информационные входы.

Состояние каждого преобразователя 1 определяется символами, поступающими по соответствующему частотному каналу. Состояние матрицы, отражающей состояние буквы и записанной в преобразователях

1.1 — 1.N длины К, на каждом такте при помощи блока 4 отображается на сумматорах 5, Блок 4 коммутации работает следующим образом (фиг. 3), Пусть буквы В1 и В2 передаются па двум каналам, имеют длину 4 такта и представляют собой совокупность двоичных цифр (фиг. За). Блок 4 коммутации (фиг, 3б) осуществляет подключение тех разрядов, н которых для данной буквы должна быть единица, к сумматору 5 этой буквы. Например, если для буквы В1 е первом канале на нто ром и четвертом тактах должны быть единицы, то в блоке 4 именно эти разряды заведены на сумматор 5.1 буквы В1. Если же на входы блока 4 коммутации подать двоичную последовательность, характерную для буквы В2 (наличие единиц на nepl.-nM и третьем тактах), то характерные для буквы В2 признаки поступают уже на сумматор 5.2.

Таким образом. блок 4 вместе с cyMMатораMè 5 позволяет на каждом такте получать информацию о том, хакан количество признаков соответствует той лли иной букве.

В принятой комбинации двоичных символов количество В используемых сумматоров 5 равно количеству B букв н алфавите сообщения. Каждый сумматор 5 соответствует одной определенной букве и показывает на каждом такле, сколько единиц имеет двоичная последовательность в позициях, где у той буквы, которои соответствует данный сумматор 5, должны быть единицы.

Блоки 7 сравнения имеют по дна входа.

На первые входы каждого блока 7 поступет информация с выхода соответствующего сумматора 5, на вторые — информация с выходов соответствующего блока 8 буферной памяти. Блоки 8, 7 сравнения Осуществляют сравнение значения числа на первых входах со значением числа на вторых ехо дах, Если значения числа на первых входах пренышают число. поступающее на вторые входы. то значение числа признаков с ooогветствующего сумматора 5 без изменения поступает на входы соответствующего бло5 ка 8 буФерной памяти, в котором осуществляется хранение данного значения до прихода следующего. Это значение после записи его в одном иэ блоков 8 буферной памяти сразу же появляется на выходах это10 го блока 8, а также на вларых входах соответствующего блока 7 сравнения и на соответствующих входах блока 10 выделения максимумов. Таким образом, блоки 7 сравнения осуществляют выбор и запись в

15 блоки 8 буферной памяти максимального числа признаков для соответствующей буквы сбросами информации в блоках 8, которые производятся через каждые К тактов.

Ре:)ульт ., ы с блок(1 8 буферной памяти

20 паступак)т II;3 (.ooTI)c тст Зук)щие входы блока

10 м ксимумон. 1«сло выходов у блnê» 10 равно числу В букв передаваемого алфаьи1 а, и Y ã" кдый ВыхОД саот 1)еTcT BvET ОДНОЙ Оп ределеннои букве. Если на данном 1акте на

)-M блоке R,J буФерной памяти количество признаков, соответствующих Определеннои букве, оказалось больше, чем на оста )ьных элементах. 1о сигнал появится на ) -м выходе блок,) 10 нь1деления максимумов. Так)лм об3Р Р «ОМ, i:;I Каждс)М ТЗКТЕ На О,лНГ)М ИХ НЫ ХОДОВ блок 1 1 ) Г1оянл!-:ОГСЯ сигнал, Гпнорягций О

1)риеMo I лкаи л,.бо букньl Io y(тООйстнО декодирования начинаеработать н» Обязательна на том такте, като35 рыи (:Оотнетствует нэчалу передаваемой буквы. И для того, чг()бы можно было говори ь О с)р«еь)е какаи-либо буквы с макси"лль;)ой достонерностью, нужно осуLL/(3(31нL)гl, выбор максимального резульгатэ числа признаков, соответствующих какои либо букве, н» интервале н К так гон. Для это)О н устройстве имеется делитель 6 часTnTbI. ко;орый запускается с приходом на

ЕГО НхОД II(! РНОго ИМПУЛЬСа С. фОРМИРОВатЕЛЯ

3 и ocущестнляет подсче1 К тактов, выдавая импуль" на сновM вь)ход только на К-м такге, Импульс с ныхода делителя б частоты

1ос)уплат на упранляющии вход ком;лутатора 11, на одном из информационных нходон которого уже иместся сигнал с б1)О а 10 выделения максимумов, говорящий О прлеме какой-либо буквы. В коммутаторе 11 при этом Открывается соотнегстнующии элемент И на ерная длисепьности импульса с

ДЕЛИ)ЕЛЯ б, И I.à .Оатвнте(ЕУЮЩО. л НЫХОДЕ

vnMI yT;)Topa 11 1)оян1)яeтся сигнал KI3oMe того, импульс с выхода делителя б частоты пос)упнет на нхад (I))oMeI!Ta 9 =-ндержки, )де

Gcóùåñ.T13ë÷åTñя его задер>кка на время сра батываMI1ë блоvo(3 8 «11аличия импульсI на

1667263

10 выходе делителя б, после чего импульс без изменения выдается с выхода элемента 9 на входы сброса информации блоков 8 буферной памяти, в результате осуществляется сброс информации, накопленной за К тактов. Сброс информации в блоках 8 буферной памяти должен произойти до прихода в них последующей информации с (К+ 1)-го такта.

Рассмотрим пример работы устройства для случая трех IBM размером 3Х3, которые отображаются следующими матрицами двоичных элементов:

001 010 100

M1 = 010 М2 = 100 МЗ = 001

100 001 010

Пусть алфавит хода состоит иэ трех букв, каждая из которых кодируется двумя иэ этих матриц:

В1 = М1М2 В2 = М1МЗ ВЗ = М2М3

Тогда в двоичном виде каждую матрицу можно представить в виде матрицы размером бХЗ.

001010 001100

B! = 010100 В2 = 010001

100001 100010

B3 = 100001

Следовательно, регистры преобразователеи 1 должны иметь 6 разрядов, N = Б = 3.

Предположим, передавалась буква В1.

Если она принята беэ искажений, ro на выходе сумматора 5.1. соответствующего ей, будет код числа, равного 6, а на выходах сумматоров 5.2 и 5.3 — соответственно 3 и О.

Следовательно, должно быть принято решение о приеме буквы В! т к. она имеет максимальное количество признаков в принятой комбинации.

Теперь предположим, что при передаче буквы В! произошло искажение отдельных ее символов и принята комбинация

001111

Х= 000000

111001

Тогда на выходах сумматоров 5.1-5.3 буду коды чисел 4. 3 и 2, т.е. и в этом случае будет принято решение о приеме буквы В1.

Однако в реальной ситуации отсутствует информация о начальном такте. При этом считаем. что гинхрониэация должна устанавливаться и поддерживаться при декодировании именно информационной, а не какой-либо специальной синхропоследовательности букв.

5 Устройство предназначено для кодов, у которых на стыках букв не возникает комбинаций, совпадающих с буквами алфавита. В случае, если комбинации на стыках букв отличаются от любой буквы сильнее, чем бук10 вы между собой, то вероятность, что на каком-либо такте какая-то буква будет иметь больше признаков, чем переданная буква на истинном такте, меньше вероятности ошибочного декодирования при установ15 ленной синхронизации, т.е. наихудшие ситуации возникают в уж рассмотренном примере.

Но даже в случае, когда на стыках букв есть комбинации, более похожие на какую20 либо букву алфавита, чем буквы между собой, можно считать, что имеются просто более похожие между собой буквы алфавита, т.е. применимы проведенные выше рассуждения. Следовательно, можно провести

25 декодирование так же, как в рассмотренном примере. на каждом иэ возможных тактов, а затем выбрать тот такт, на котором декодированная буква имеет наибольшее количество признаков по сравнению с буквами, декодированными на других тактах, или, что эквивалентно, выбрать для ка,хдсй буквы тот такт, где она имеет максимальное количество признаков, а затем выбрать букву, для которой оно наибольшее.

При передаче последовательности букв

В1, В2, ВЗ необходимо рассмотреть 6 матриц размером 6ХЗ, которые последовательно находятся в регистрах преобразователей

1.1-1.3. При этом, скорее всего, делитель 6

40 частоты начнет отсчет шести тактов не с первого такта буквы. Пусть это будет третий такт. Тогда имеем шесть двоичных матриц для каждого такта:

101000 010001

Х1 = 010001 Х2 = 100010

000110 001100

100011 000110

ХЗ = 000100 Х4 = 001000

O » OOO » OOO1

001100 011000

Х5 = 010001 Х6 = 100011

100010 0001ОО

Следовательно, на первом-шестом тактах в сумматорах 5.1-5.3 будут коды следующих чисел: 2, 4, 2; О, О, 3; 2. О, 1; 3, 2, 1; 3, 6,3;1,2,3, 1667263

111111

ВЗ = 000001

001010

Тогда

111111

X5 = 010001

000110

111111

Хб= 100010

001100

В результате на выходах первого блока

8.1 буферной памяти, соответствующего букве В1, через 6 тактов будет код числа максимальной суммы, равного 3, на выходах блока 8.2 для буквы В2 будет код числа 6, а на выходах блока 8.3 для буквы ВЗ буде1 код числа 3. На втором выходе блока 10 выделения максимума, соответствующем букве В2, появится сигнал, что означает декодирование буквы В2. Эта буква действительно передавалагь, ее начальный такт был пятым в примере. 3а следующие 6 тактов будет декодирована буква ВЗ.

Пусть теперь в процессе передачи произошли искажения информации. Например, один из каналов был поражен мощной помехой, а в остальных были искажения отдельных символов из-за флюктуаций шума. В результате буквы В1, В2 и ВЗ приняли следующий вид:

111111 111111

В1 = 011100 В2 = 010001

000000 000110

111111 111111

Х1 = 110001 X2 = 100010

000000 000000

1 I 1111 111111

X3 = 000 1 00 X4= 00 1 000

000001 000011

В сумматорах 5.1-5.3 по тактам будут накапливаться коды следующих чисел: 3. 4, 4; 2, 2, 3; 4, 2, 2; 3, 3, 3; 3, 5, 4; 2, 2, 4.

Через 6 тактов на выходах блоков

8 1 8.3 буферной памяти будут коды чисел 4,5,4, В блоке 10 выделения максимума будет определено, 4То наибольшее количество признаков имеет буква В2, т.е. несмотря на многочисленные искажения, будет принято верное решение о приеме буквы В2.

Таким образом. устроиство обеспечивает декодирование в целом и является оптимальным по критерию максимального правдоподобия, а начальный такт буквы выбирается по максимуму признаков буквы на всех возможных тактах.

Формула изобретения

Устройство для декодирования сообщений, передаваемых дискретными частотными сигналами, содержащее N преобразователей последовательного кода в параллельный (N — количество полос частотной области передаваемых сигналов), информационные входы которых обьединены с соответствующими входами элемента

ИЛИ и являются соответствующими входами устройства, выход элемента ИЛИ подключен к входу формирователя тактовых импульсов, выход которого соединен с так товыми входами всех преобразователей последовательного кода в параллельный, и блок выделения максимума, о т л и < а ющ е е с я тем, что, с целью повышения помехоустоичивости и упрощения процесса цикловой синхронизации, в устройство введены блок коммутации, В сумматоров ( — число букв алфавита используемого кода), В блоков сравнения, Б блоков буферной памяти, коммутатор, элемент задержки и делитель частоты, вход которого подключен к выходу формирователя тактовьix импульсовы, выход делителя частоты непосредс венно и через элемент задержки соединен соответственно с управляющим входом коммутатора и входами разрешения записи всех блоков буфернои памяти. выходы всех преобразователей последовательного i:ода в параллельный подключены к соответствующим входам блока коммутации, псрвый—

В-й выходы которого соединены с входами соответственно первого — В-го сумматоров, выходы которых подключены к первым входам одноименных блоков сравнения, вы;оды которых соединены с информационными входами одноименных блоков буферной памяти, выходы которьlx подключены к вторым входам одноименных блоков сравнения l1 соответствующим входом блока вь:бора максимума, первый В-й вы<оды которого соединены с одноименными информационными входами коммутатора, пергый - В-й выходы которого являются соответс1 ..ующими выходами устройства.

1667263

bg Eu 8t

tg tg tg ty 1tE t3 t4

8ptgtg t

l tJ tt tt

Составитель О.Ревинский

Редактор А.Маковская Техред М.Моргентал Корректор В,Гирняк

Заказ 2534 Тираж 463 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

1ггпнал

Рюью у-mammal

PpwAI