Устройство для исправления ошибок при многократном повторении сообщений

 

Изобретение относится к телемеханике и импульсной технике и может быть использовано в системах передач и обработки дискретной информации для коррекции ошибок в каналах связи. Цель изобретения - повышение помехоустойчивости за счет расширения набора решающих правил и учета сигналов стираний для коррекции наиболее ненадежных символов. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для исправления ошибок при многократном повторении сообщений, содержащее три регистра сдвига 1 - 3, счетчик 5, решающий блок 6, введены четвертый регистр сдвига 4, блок управления 7, детектор качества 8 с соответствующими связями, что позволяет увеличить число комбинаций, подвергаемых обработке, тем самым увеличивается исправляющая способность устройства и достоверность принимаемого сообщения. 6 ил., 4 табл.

Изобретение относится к телемеханике и импульсной технике и может быть использовано в системах передачи и обработки дискретной информации для коррекции ошибок в каналах связи.

Известно устройство для адаптивного приема и мажоритарного декодирования, содержащее 3 регистра сдвига, ключ, три переключателя, решающий блок, кодопреобразователь [1].

Недостатком данного устройства является ограниченность функциональных возможностей, проявляющаяся в том, что анализируются не все состояния повторений сообщения.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для адаптивного мажоритарного декодирования телемеханических дублированных сигналов, содержащее три регистра сдвига, последовательно включенный ключ и счетчик, выходы которого через соответствующие элементы И и регистры сдвига подключены к входам решающего блока и к своим установочным входам, при этом выходы элементов И подключены к дополнительным входам решающего блока, выход которого соединен с управляющим входом ключа, сбросовый вход которого объединен с вторым входом элементов И [2].

Недостатком данного устройства является низкая помехоустойчивость, проявляющаяся в неспособности устройства принимать мажоритарные решения по "трем" на шестом, девятом, двенадцатом повторах, "по пяти" на восьмом, одиннадцатом, "по семи" на десятом, тринадцатом повторах.

В то же время при использовании каналов низкого качества вследствие интенсивного воздействия помех возможны случаи, когда не искажены четвертый или пятый и шестой повторы или когда верны один или два из четвертого, пятого, шестого повторов и правильно приняты седьмой и восьмой, возможно правильны два или три из трех повторов, начиная с седьмого, включительно, кроме того могут быть искажены десятый и хотя бы три из шести повторов, начиная с седьмого и т.д., поэтому с большой вероятностью можно утверждать, что известным устройством исправляются не все ошибки после приема тринадцати повторов.

Цель изобретения - повышение помехоустойчивости.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для исправления ошибок при многократном повторении сообщений с учетом сигналов стираний. Устройство содержит n-разрядные регистры сдвига 1-4, решающий блок 6, блок управления 7, детектор качества 8.

Устройство осуществляет мажоритарную обработку по трем, пяти, семи повторам, начиная с первого, четвертого, седьмого, десятого, тринадцатого, что позволяет при использовании каналов низкого качества принимать правильное решение в случаях, описанных выше.

На фиг. 2 приведен алгоритм работы устройства.

В верхней части фиг. 2 в упрощенном виде показано, что по приходу третьего, шестого, девятого, двенадцатого повторов на выход устройства выдается результат мажоритарной обработки "по трем", по приходу пятого, восьмого, одиннадцатого повторов выдается результат обработки "по пяти" и по приходу седьмого, десятого, тринадцатого повторов выдается результат мажоритарной обработки "по семи". В нижней части фиг. 2 представлен принцип циркуляции обрабатываемой информации в регистрах сдвига. Столбцы 1, 2, 3... обозначает повторы сообщения, строки RG1-RG4 обозначают код числа единиц, записываемый со счетчика в регистры RG1-RG4. Причем зачерненные ячейки означают, что решение выдается на выход устройства одновременно с записью в регистры сдвига. Так по приходу первого повтора в регистр RG1 записывается первый повтор, а в регистр RG2 записываются соответствующие этому повтору сигналы стираний 1. С приходом второго повтора информация выходит из RG1 и поступает на счетчик, где формируется код числа единиц двух повторов с учетом сигналов стираний первого и второго повторов и записывается в регистры RG1 и RG2, причем в регистр RG1 записываются младшие разряды кода, а в регистр RG2 - старшие разряды. С приходом третьего повтора с выходов регистров RG1 и RG2 код числа единиц 2-х повторов подается на счетчик, где с учетом сигналов стираний третьего повтора формируется код числа единиц трех повторов и записывается в регистры RG1 и RG2 и одновременно информация, которая записывается в регистр RG2 подается на выход устройства. Это и есть результат мажоритарной обработки по "трем" с учетом сигналов стираний. Аналогично работают регистры RG3 и RG4 по приходу четвертого, пятого, шестого повторов. В это же время в регистрах RG1 и RG2 происходит перезапись информации через счетчик в эти же регистры. Решение мажоритарной обработки "по пяти" формируется из кода числа единиц четвертого и пятого повторов и кода числа единиц первых трех повторов. Подробнее принцип формирования мажоритарных решений с учетом сигналов стираний описан ниже.

Счетчик 5 предназначен для подсчета числа единиц в однотипных элементах принимаемых повторов и их коррекции с помощью сигналов стирания. Счетчик состоит из двух однотипных схем, одинаковых по строению и отличающихся тем, что работают они с разными регистрами сдвига и на различных тройках повторов.

На фиг. 3 представлен возможный вариант схемы счетчика кода числа единиц и сигналов стирания. Счетчик содержит синхронные Т-триггеры с установочными R-входами 26-29, элементы ИЛИ 20-25, 43-46, 53-54, элементы И 1-19, 30-42, 47-51, входы 1-6, управляющие входы УI-18, вход синхроимпульсов. Управляющие входы У1-У3 представляют собой входы, на которые подаются потенциалы во время соответствующих повторов 1-3. На управляющие входы У8 подаются управляющие потенциалы во время 4, 5, 6 повторов. Управляющие потенциалы формируются в блоке управления.

На фиг. 4 представлен блок управления. Принцип построения блока и его работа описаны ниже.

Счетчик работает следующим образом. С приходом первого повтора, поступающего на первый вход счетчика с помощью управляющего потенциалы У1 через элементы 1, 24, 26, он записывается в регистр RG1. Сигналы стираний, соответствующие ненадежным символам первого повтора, записываются в регистр RG2. По окончании первого повтора в регистре RG1 будет записан первый повтор, а в регистре RG2 - соответствующие ненадежным символам первого повтора сигналы стираний.

С приходом второго повтора из регистра RG1 выходит первый повтор и поступает на третий вход счетчика, на четвертый его вход поступают сигналы стираний первого повтора. Второй повтор поступает на первый вход счетчика, соответствующие ему сигналы стираний - на второй вход. Во время второго повтора работает элементы 2-4, 6-9, 20, 22, 14, 16, 24, 25, управление производит управляющий потенциал У2. Алгоритм обработки первого и второго повторов с учетом сигналов стираний этих повторов приведен в табл. 1, где столбцы обозначают различные комбинации первого, второго повторов и их символов стираний. RG1 и RG2 обозначают результат обработки, записываемый в эти регистры. Код числа единиц одноименных символов первого и второго повторов формируются следующим образом: 0 + 0 = 00 0 + 0 = 01 1 + 0 = 01 1 + 1 = 10 Представляют интерес комбинации 3, 6, 9, 12 (см. табл. 1), в которых реализован учет сигналов стирания. В остальных комбинациях сигналы стирания не учитываются. Рассмотрим комбинацию 3. В первом повторе символ "0", во втором символ "1", символ второго повтора соответствует сигналу стирания. Учитывая, что в первом повторе этот символ был "0" без сигналов стирания, с большей вероятностью можно сказать, что во втором повторе не надежный символ также "0".

Поэтому в регистры RG1, RG2 записывается код числа единиц уже с учетом сигналов стираний. Аналогично принимаются решения для комбинаций 6, 9, 12. По окончании второго повтора в регистры RG1, RG2 будет записан код числа единиц первого и второго повтора, с учетом сигналов стираний этих повторов, причем в регистр RG1 записываются младшие разряды кода числа единиц, а в регистр RG2 - старшие разряды.

С приходом третьего повтора на первый вход счетчика и соответствующих ему сигналов стираний на второй, третий и четвертый входы счетчика поступает код числа единиц первого и второго повторов из регистров RG1 и RG2. Обработка информации во время третьего повтора реализована на элементах 5, 10, 11, 12, 15, 17, 21, 23-28 при помощи управляющего потенциала У3. Алгоритм обработки первых трех повторов с учетом сигналов стирания третьего повтора приведен в табл. 2.

Представляют интерес комбинации 3, 9, в которых производится учет сигналов стираний третьего повтора. Так, например, комбинация 9 означает, что в первых двух повторах было две "1", а в третьем повторе был "0", но ему соответствовал сигнал стирания. Принимается решение, что в третьем повторе данный символ "1", т.е. вместо кода "10" в регистры RG1, RG2 будет записан код "11".

Результат мажоритарной обработки трех повторов одновременно с записью в регистры выдается на выход устройства через решающий блок.

По приходу четвертого, пятого, шестого повторов работает вторая часть схемы счетчика кода числа единиц и сигналов стираний совместно с регистрами RG3 и RG4, аналогично первым трем повторам. В это время в первой части счетчика производится перезапись кода числа единиц первых трех повторов с выходов регистров RG1 и RG2 на их входы, через элементы 18, 24, 26, 19, 25, 28 (см. фиг. 3).

Мажоритарная обработка "по трем", "по пяти", "по семи" обеспечивает решающий блок, функциональная схема которого представлена на фиг. 6. Он содержит элементы И 1-6, 8-19, 22, 23, элементы ИЛИ 7, 20, 21, 24, входы 1-9, управляющие входы У1-У6, выход блока является выходом устройства.

Принятие решений в блоке осуществляется следующим образом с приходом третьего повтора на втором выходе счетчика формируется результат мажоритарной обработки "по трем", который подается на пятый вход решающего блока, а в нем - на элемент И 11. Благодаря управляющему потенциалу П3, он проходит на вход элемента ИЛИ 24 и поступает на выход устройства.

Управляющий потенциал работает на 3, 9, 15 повторах, аналогично с приходом шестого повтора на четвертом выходе счетчика формируется результат мажоритарной обработки "по трем" четвертого, пятого, шестого повторов и поступает на девятый вход решающего блока через элемент И 10, открытый управляющим потенциалом П6, и элемент ИЛИ 24 на выход устройства. Управляющий потенциал П6 включен на 6, 12 повторах (см. фиг. 5). С приходом пятого повтора с первого и второго выходов счетчика на третий и пятый входы блока решающих правил подается код числа единиц первого, второго и третьего повтора, а с третьего и четвертого выхода счетчика на седьмой и девятый входы решающего блока подается код числа единиц четвертого и пятого повтора. Принятие решения мажоритарной обработки "по пяти" осуществляется в соответствии с табл. 3.

Столбцы таблицы 1-4 соответствуют выходам единице-четырем счетчика. Столбец "maj 5" показывает принятие решения схемой по приходу той или иной комбинации кода числа единиц. Столбцы 4, 3 показывают в данном случае, что в них записан код числа единиц четвертого и пятого повторов, а в столбцах 1, 2 - код числа единиц первого, второго и третьего повторов, причем разряды 2 и 4 старшие. Так запись в четвертой строке означает, что в первых трех повторах была одна "1" и в четвертом, пятом повторах одна "1", на выходе "maj 5" - "0". Запись в двенадцатой строке означает, что в первых трех повторах было три "1", а в четвертом и пятом - ни одной, на выходе - "1".

Знак " ≈" в 3, 7, 11, 15 строках означает, что такая комбинация кода числа не существует, так как в четвертом и пятом повторах не может быть три единицы.

Реализация табл. 3 получена (см. фиг. 6) с помощью элементов 16-19, 21. Элемент И 23 служит для выдачи мажоритарного решения "по пяти" на 5, 11... повторах с помощью управляющего потенциала П5, подаваемого с пятого выхода блока управления на пятый управляющий вход блока.

Результат мажоритарной обработки пяти повторов идет на выход устройства. Аналогично происходит обработка "по пяти" и с приходом восьмого повтора. С первого и второго выходов счетчика на третий и пятый входы поступает код числа единиц седьмого и восьмого повторов, а с третьего и четвертого выходов счетчика на седьмой и девятый входы решающего блока поступает код числа единиц четвертого, пятого и шестого повторов.

Мажоритарная обработка "по пяти" осуществляется на элементах 12-15, 20, 22 с помощью управляющего потенциала П2, подаваемого с второго выхода блока управления на второй управляющий вход решающего блока. Результат мажоритарной обработки поступает на выход устройства.

Седьмой повтор, кроме записи в регистр RG1, поступает на первый вход решающего блока и одновременно с ним на второй, четвертый, шестой, восьмой входы решающего блока поступает код числа единиц предыдущих повторов (см. фиг. 6). Из RG1, RG2 поступает код числа единиц первого, второго и третьего повторов. Из регистров RG3, RG4 код числа единиц четвертого, пятого и шестого повторов. Сущность мажоритарной обработки "по семи" представлена в табл. 4.

Столбцы RG1-RG4 показывают возможные комбинации кода числа единиц в шести повторах, причем в регистрах RG4 старшие разряды кода числа единиц. Столбец "7" представляет возможные состояния в седьмом повторе. Столбец "maj 7" показывает результат мажоритарной обработки "по семи".

Так, запись в пятнадцатой строке табл. 4 означает, что в первом, втором, третьем повторах была одна "1", в четвертом, пятом, шестом - три "1", в седьмом повторе - "1". Т.е. в семи повторах было пять "1". Результат мажоритарной обработки "1".

Реализация табл. 4 представлена в решающем блоке на элементах 1-7. Результат мажоритарной обработки "по семи" на седьмом, тринадцатом повторах подается на вход элемента И 9, на второй вход которого подается управляющий потенциал П1 с первого выхода блока управления. С выхода элемента И 9 мажоритар по семи поступает через элемент ИЛИ 24 на выход устройства.

Аналогично происходит обработка при поступлении на первый вход решающего блока десятого повтора. В этом случае табл. 4 не изменяется, так как в регистрах RG1-RG2 записан код числа единиц седьмого, восьмого и девятого повторов, а в регистрах RG3, RG4 - код числа единиц четвертого, пятого и шестого повторов. С помощью управляющего потенциала П4 результат мажоритарной обработки "по семи" на десятом повторе подается на выход устройства.

Детектор качества 8 представляет собой схему с информационными входами и двумя выходами. На первом выходе (в однопороговой схеме) формируются сами информационные символы, на втором выходе (двухпороговая схема) принимается решение о надежности информационных символов, т.е. выдается в случае ненадежного символа сигнал стирания.

Авторы не претендуют на новизну детектора качества. Подробнее же принцип его построения и работы описан в известном техническом решении.

Блок управления 7 предназначен для своевременной подачи синхроимпульсов на счетчик и регистры сдвига RG1-RG4 и распределения управляющих потенциалов, подаваемых на счетчик 5 и решающий блок 6 (см. фиг. 1).

Возможный вариант реализации блока управления представлен на фиг. 4. Он содержит элементы И 1-7, элементы ИЛИ 8, 9, асинхронный RS-триггер 10 и разрядный счетчик 11, шестиразрядный счетчик 12, дешифратор 12, три входа, восемь выходов, управляющих потенциалов, выход синхроимпульсов.

Временные диаграммы, характеризующие работу блоков управления, представлены на фиг. 5, где Вх - информация, поступающая на вход декодера маркеров, не входящего в состав данного устройства; 1, 2 - входы управления; 3 - вход последовательности синхроимпульсов; П1-П8 - управляющие потенциалы, подаваемые на соответствующие выходы блока управления; СИ - выходные синхроимпульсы.

Блок управления начинает управление с приходом на его первый вход импульса, свидетельствующего о том, что в канале связи принят маркер последовательности повторов сообщений. Этот импульс обнуляет счетчики 11/12, тем самым блок управления приводится в исходное состояние.

После декодирования первого и последующих маркеров повторов на второй вход блока управления подаются импульсы, соответствующие окончанию этих маркеров. Импульс, поданный на второй вход блока управления, поступает на S-вход триггера 10 и на счетный вход счетчика 12. Этот импульс сосчитывается счетчиком 12 и дешифратор 13 вырабатывает на нулевом выходе управляющий потенциал, поступающий на вход элемента И 1. Триггер 10 в этот момент перебрасывается в единичное состояние и на счетный вход счетчика 11 через элемент И 7 поступают синхроимпульсы. Разрядность счетчика 11 соответствует количеству информационных символов в одном повторе. По приходу n-го синхроимпульса на вход счетчика он выдается на его выход и обнуляет триггер 10, тем самым прерывая последовательность синхроимпульсов, поступающих на счетчик 11. Обнуление триггера 10 приводит к прерыванию управляющего потенциала П1 на выходе элемента И 1.

Благодаря этому, все управляющие потенциалы П1-П6 действуют только во время прихода и обработки символов. Управляющие потенциалы П7, П8 формируются на выходах элементов ИЛИ 8, 9, на входы которых поступают управляющие потенциалы П1-П6. Синхроимпульсы, поступающие на третий вход блока управления, должны приходить синфазно с информационными символами, поступающими на первый вход счетчика 5 и решающего блока 6 (фиг. 1). Таким образом количество синхроимпульсов и их фаза совпадают с количеством и фазой информационных символов.

Работает устройство следующим образом: на первый вход блока управления поступает импульс, свидетельствующий о том, что из канала связи принят маркер последовательности повторов сообщения. Этот импульс обнуляет счетчики 11, 12. На второй вход блока управления приходит импульс, свидетельствующий о наличии маркера повтора. С этого момента на первом выходе появляется управляющий потенциал П1. Первый синхроимпульс поступает на синхровход счетчика и синхровходы регистров. Одновременно с первым синхроимпульсом на первый (информационный) вход поступает первый информационный символ первого повтора. Если первый элемент "1", то триггер 26 под воздействием синхроимпульса перебросится в "1", и в регистр RG1 запишется "1", после чего по срезу синхроимпульса триггер 26 обнулится, одновременно с помощью управляющего потенциала П1 сигнал стирания запишется в триггер 28, а затем в регистр RG2 и также по срезу синхроимпульса обнулится. Таким образом по окончанию первого повтора он окажется записанным в регистр RG1, а соответствующие ему сигналы стираний - в регистр RG2. Далее следует пауза, соответствующая длительности маркера повтора.

По окончанию маркера второго повтора на синхровход счетчика поступает первый синхроимпульс одновременно с информационным символом, поступающим на первый вход счетчика, на второй вход поступает соответствующий сигнал стирания, на третий вход поступает сигнал стирания, соответствующий символу первого повтора. Происходит формирование кода числа единиц двух повторов с учетом их сигналов стираний и записывается в регистры RG1, RG2. По окончании каждого символа триггеры обнуляются синхроимпульсами и готовы к приему следующих символов повтора. По окончании второго повтора код числа единиц первых двух повторов с учетом сигналов стираний будет записан в регистры RG1, RG2.

По окончании маркера третьего повтора на первый вход счетчика поступают информационные символы третьего повтора, на второй вход - соответствующие им сигналы стираний, на третий и четвертый вход поступает код числа единиц первых двух повторов. Происходит формирование кода числа единиц трех повторов, который записывается в регистры RG1 и RG2 и одновременно выдается результат мажоритарной обработки "по трем" на выход устройства. По окончанию третьего повтора в регистрах RG1 и RG2 будет записан код числа единиц первых трех повторов.

С приходом четвертого повтора он с помощью управляющего потенциала П4 будет записан в регистр RG3, а соответствующие ему сигналы стираний - в регистр RG4.

Пятый повтор поступает на первый вход счетчика, на второй вход поступают соответствующие ему сигналы стираний, на пятый вход поступает из регистра RG3 четвертый повтор, на шестой вход соответствующие четвертому повтору сигналы стираний. В счетчике стираний формируется код числа единиц четвертого и пятого повторов с учетом сигналов стираний и одновременно с записью в регистры RG3, RG4 поступает на седьмой и девятый входы решающего блока, на третий и пятый входы которого подается код числа единиц первых трех повторов, и на выходе блока формируется результат мажоритарной обработки "по пяти".

По приходу шестого повтора он поступает на первый вход счетчика, на второй вход поступают соответствующие ему сигналы стираний, на пятый и шестой входы поступает код числа единиц четвертого и пятого повторов. На третьем и четвертом выходах счетчика формируется код числа единиц четвертого, пятого и шестого повторов с учетом сигналов стираний, который одновременно с записью в регистры RG1 и RG2 поступает на девятый вход решающего блока, а затем на выход устройства. После окончания шестого повтора в регистрах RG1 будет записан код числа единиц первых трех повторов, в регистрах RG3, RG4 - код числа единиц четвертого, пятого и шестого повторов.

С приходом седьмого повтора он одновременно с записью в регистр RG1 поступает на первый вход решающего блока, на второй и четвертый вход которого поступает код числа единиц первых трех повторов, а на шестой и восьмой входы поступает код числа единиц четвертого, пятого и шестого повторов. С помощью управляющего потенциала П1 и элементов 1-9 принимается решение мажоритарной обработки "по семи". По окончанию седьмого повтора в регистре RG1 будет записан седьмой повтор, в регистре RG2 - соответствующие ему сигналы стираний, в регистрах RG3, RG4 - код числа единиц четвертого, пятого, шестого повторов. После этого процесс обработки информации продолжается по циклу.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПРАВЛЕНИЯ ОШИБОК ПРИ МНОГОКРАТНОМ ПОВТОРЕНИИ СООБЩЕНИЙ, содержащее первый, второй и третий регистры сдвига, выходы которых соединены соответственно с первым, вторым и третьим информационными входами счетчика и решающего блока, выход решающего блока является информационным выходом устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости устройства, в него введены четвертый регистр сдвига, блок управления и детектор качества, первый вход которого является информационным входом устройства, первый выход детектора качества соединен с четвертыми информационными входами решающего блока и счетчика, второй выход детектора качества соединен с пятым информационным входом счетчика, первый - четвертый выходы которого соединены с информационными входами соответственно первого - четвертого регистров сдвига и соответственно с пятым - восьмым информационными входами решающего блока, выход четвертого регистра сдвига соединен с шестым информационным входом счетчика и девятым информационным входом решающего блока, первый и второй входы блока управления являются одноименными управляющими входами устройства,третий вход блока управления и второй вход детектора качества объединены и являются тактовым входом устройства, первый - шестой выходы блока управления соединены с одноименными управляющими входами решающего блока и счетчика, седьмой и восьмой выходы блока управления соединены с одноименными управляющими входами счетчика, девятый вход блока управления соединен с синхровходом счетчика и синхровходами регистров сдвига.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8