Способ передачи сообщений в системах связи

Изобретение относится к области техники связи и может быть использовано для передачи и приема сообщений, защищенных помехоустойчивым кодом. Сущность способа заключается в том, что на передающей стороне входную информацию кодируют помехоустойчивым кодом, к которому добавляют символы синхронизирующей последовательности и полученную последовательность символов передают в канал связи, на приемной стороне в принятой последовательности символов обнаруживают синхронизирующую последовательность и осуществляют цикловую синхронизацию принятой последовательности символов, далее выделяют помехоустойчивый код, осуществляют декодирование этого помехоустойчивого кода с обнаружением и исправлением ошибок в помехоустойчивом коде и декодированную информацию выдают получателю сообщения, причем на передающей стороне символы синхронизирующей последовательности формируют путем преобразования символов проверочной части помехоустойчивого кода, а на приемной стороне обнаружение синхронизирующей последовательности осуществляют путем проверки соответствия функциональной зависимости синхронизирующей последовательности и проверочной части помехоустойчивого кода. Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения, заключается в повышении достоверности приема информации в канале связи. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области техники связи и может быть использовано для передачи и приема сообщений, защищенных помехоустойчивым кодом.

В предлагаемом способе на передающей стороне системы связи входная информация сначала кодируется помехоустойчивым кодом. Затем формируется выходная последовательность, содержащая помехоустойчивый код и синхронизирующую последовательность. С помощью синхронизирующей последовательности на приемной стороне системы связи осуществляют цикловую синхронизацию помехоустойчивого кода. При этом символы синхронизирующей последовательности связаны определенными функциональными зависимостями с проверочными символами помехоустойчивого кода, что позволяет дополнительно использовать синхронизирующую последовательность для контроля правильности приема закодированной информации, без увеличения избыточности самого кода. Наиболее эффективно, с точки зрения упрощения реализации, способ может быть использован в случае, если зависимость между синхронизирующей последовательностью и проверочной частью кода представляет собой рекуррентную зависимость.

Известен способ передачи сообщений в системах связи, при котором на передающей стороне формируют выходную последовательность, представляющую собой поразрядную сумму по модулю два помехоустойчивого кода и синхронизирующей последовательности. На приемной стороне сначала обнаруживают синхронизирующую последовательность, а затем осуществляют цикловую синхронизацию помехоустойчивого кода. После установления цикловой синхронизации, вычисляют поразрядную сумму по модулю два принятой и синхронизирующей последовательностей, выделяют помехоустойчивый код, далее осуществляют декодирование этого помехоустойчивого кода и затем декодированную информацию выдают получателю сообщения (Болховитин Л.М., Журкин С.П., Квашенников В.В., Сосин П.А. Передача формализованных сообщений самосинхронизирующимся кодом с переменными параметрами. Техника средств связи, сер. ТПС, вып.8, 1990, стр.39).

Недостатком этого способа является высокая сложность реализации, обусловленная большим числом операций, необходимых для обнаружения синхронизирующей последовательности.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ (прототип) передачи сообщений в системах связи, в соответствии с которым на передающей стороне системы связи входную информацию кодируют помехоустойчивым кодом, далее к помехоустойчивому коду добавляют синхронизирующую последовательность и полученную последовательность символов передают в канал связи, на приемной стороне системы связи сначала осуществляют цикловую синхронизацию принятой из канала связи последовательности символов, для этого в принятой последовательности символов обнаруживают синхронизирующую последовательность, далее выделяют помехоустойчивый код, затем осуществляют декодирование этого помехоустойчивого кода с обнаружением и исправлением ошибок в помехоустойчивом коде и декодированную информацию выдают получателю сообщения (Лагутенко О.И. Модемы. Справочник пользователя. Оформление А.Лурье. Спб. Лань. 1997, стр.184).

Недостатком этого способа является низкая достоверность приема информации, поскольку для повышения помехоустойчивости используют только проверочную часть помехоустойчивого кода.

Цель изобретения - повышение достоверности приема информации за счет того, что для повышения помехоустойчивости используют не только проверочную часть помехоустойчивого кода, но и синхронизирующую последовательность.

Для достижения цели предложен способ, заключающийся в том, что на передающей стороне системы связи входную информацию кодируют помехоустойчивым кодом, далее к помехоустойчивому коду добавляют синхронизирующую последовательность и полученную последовательность символов передают в канал связи, на приемной стороне системы связи сначала в принятой последовательности символов обнаруживают синхронизирующую последовательность и осуществляют цикловую синхронизацию принятой из канала связи последовательности символов, далее выделяют помехоустойчивый код, затем осуществляют декодирование этого помехоустойчивого кода с обнаружением и исправлением ошибок в помехоустойчивом коде и декодированную информацию выдают получателю сообщения. Новым является то, что на передающей стороне системы связи синхронизирующую последовательность формируют как функцию проверочной части помехоустойчивого кода, на приемной стороне системы связи обнаружение синхронизирующей последовательности осуществляют путем проверки соответствия функциональной зависимости синхронизирующей последовательности и проверочной части помехоустойчивого кода и декодирование помехоустойчивого кода осуществляют с обнаружением и исправлением ошибок только в информационной части помехоустойчивого кода, считая проверочную часть помехоустойчивого кода неискаженной. При этом целесообразно, чтобы символы синхронизирующей последовательности и проверочной части помехоустойчивого кода были связаны между собой рекуррентной функциональной зависимостью.

На чертеже приведена последовательность операций, иллюстрирующая процесс обработки входной информации на передающей и приемной сторонах системы связи.

Предлагаемый способ передачи сообщений в системах связи реализуется следующим образом.

На передающей стороне формируют помехоустойчивый код, например помехоустойчивый систематический двоичный циклический код. Для этого исходное сообщение объемом k двоичных символов вначале кодируют этим помехоустойчивым кодом.

Для описания процедуры кодирования исходную информацию представляют в виде информационного полинома f(x), коэффициентами которого являются двоичные информационные символы.

Проверочную часть r(х) помехоустойчивого кода в полиномиальной форме записи записывают в виде

где g(x) - порождающий полином помехоустойчивого кода, n - блоковая длина, а k - информационная длина кода.

При выборе порождающего полинома g(x) помехоустойчивого кода руководствуются желаемой разрядностью остатка r(х) и способностью кода обнаруживать и исправлять ошибки. Выбор порождающего полинома помехоустойчивого кода также имеет немаловажное значение с точки зрения сложности реализации кодирования и декодирования кода. Процедуры кодирования и декодирования кода могут быть упрощены в случае выбора в качестве порождающего полинома помехоустойчивого кода порождающего полинома циклического кода. Ряд порождающих полиномов принят международными организациями в качестве стандартов. Рекомендацией ITU - Т (Международного Союза электросвязи) V.41 стандартизуется порождающий полином , для которого разрядность остатка r(х), т.е. проверочной части кода равна 16.

Увеличение числа разрядов проверочной части кода позволяет значительно повысить надежность передаваемых данных. Порождающий полином 32-й степени позволяет получить уже 32-разрядную часть помехоустойчивого кода. Этот порождающий полином стандартизован в рекомендации ITU - Т V.42 и представляется в виде

Помехоустойчивый код в полиномиальной форме после вычисления проверочной части записывают в виде

.

Далее к помехоустойчивому коду добавляют синхронизирующую последовательность с(х). Синхронизирующую последовательность формируют в виде функции проверочной части помехоустойчивого кода

В частности, синхронизирующую последовательность можно формировать с помощью соотношений, аналогичных тем, которые используют для получения проверочной части помехоустойчивого кода, но, как правило, с другим порождающим многочленом g₁(x)

где h=n-k - число разрядов проверочной части помехоустойчивого кода, m - суммарное число разрядов в проверочной части помехоустойчивого кода и синхронизирующей последовательности, m-h - число разрядов синхронизирующей последовательности и степень порождающего многочлена g₁(x) синхронизирующей последовательности, с₁(х) - дополнительная синхронизирующая последовательность, имеющая ту же разрядность, что и синхронизирующая последовательность с(х) - m-h.

В качестве порождающего многочлена g₁(x) синхронизирующей последовательности с(х) выбирают порождающий многочлен подходящего (по числу разрядов информационной и проверочной части) помехоустойчивого кода, а дополнительной синхронизирующей последовательностью c₁(x) может быть любая последовательность подходящей длины с хорошими синхронизирующими свойствами, например последовательность Баркера или последовательность максимальной длины (код Рида-Маллера 1-го порядка).

Выходной последовательностью передающей части системы связи будет последовательность, которую в полиномиальной форме записывают в виде

Далее символы выходной последовательности b(х), преобразованные в сигнал, поступают в канал связи. В канале связи за счет помех возможно искажение передаваемого сигнала. Это может привести к тому, что передаваемая последовательность будет принята с ошибками.

На приемной стороне системы связи сначала в последовательности, поступающей на вход приемной части, обнаруживают синхронизирующую последовательность. Для этого в каждом скользящем окне длины m символов считают первые h символов символами проверочной части помехоустойчивого кода r(х), последние m-h - символами синхронизирующей последовательности с(х) и проверяют соответствие функциональной зависимости символов синхронизирующей последовательности и проверочной части помехоустойчивого кода. Для такой проверки вычисляют полином по формуле

В том случае, если в скользящее окно длины m символов, действительно попала проверочная часть r(х) помехоустойчивого кода и синхронизирующая последовательность с(х), полином с₂(х), в соответствии с уравнением (2), будет равен дополнительной синхронизирующей последовательности c₁(х). При обнаружении этой дополнительной синхронизирующей последовательности c₁(x), вычисленной по формуле (3), одновременно обнаруживают наличие синхронизирующей последовательности с(х) и осуществляют цикловую синхронизацию принятой последовательности символов, т.е. определяют начало принятой последовательности символов.

Вычисления по формулам (2) и (3) могут быть существенным образом упрощены, если в качестве порождающего многочлена g₁(x) синхронизирующей последовательности с(х) выбирают порождающий многочлен помехоустойчивого циклического кода, т.е. многочлен, являющийся делителем многочлена x^m-1. В этом случае символы синхронизирующей последовательности связаны с символами проверочной части помехоустойчивого кода одним и тем же рекуррентным соотношением. При этом вновь вычисленные символы могут использоваться в качестве аргумента для получения следующих символов, т.е. будет иметь место рекуррентная процедура.

После установления цикловой синхронизации выделяют помехоустойчивый код a(х), который расположен в начале принятой последовательности символов. При искажении символов проверочной части помехоустойчивого кода искажаются также символы синхронизирующей последовательности, поэтому получение неискаженных символов синхронизирующей последовательности свидетельствует о высокой достоверности проверочной части помехоустойчивого кода. Это повышает достоверность приема помехоустойчивого кода, а следовательно, и декодированной информации.

В качестве примера рассмотрим систему связи, в которой передают сообщения, состоящие из 8 байт информации. Сообщения защищены помехоустойчивым кодом, порождающим многочленом которого является многочлен 32-й степени. В шестнадцатеричном коде этот многочлен представляют в виде . Синхронизирующую последовательность получают как функцию 32-разрядной проверочной части помехоустойчивого кода. Вычисление синхронизирующей последовательности выполняют с помощью 16-разрядного порождающего многочлена, который в шестнадцатеричном коде записывается в виде , и синхронизирующая последовательность будет иметь 16 разрядов. Дополнительная синхронизирующая последовательность в шестнадцатеричном коде задана в виде . В системе связи передают сообщение вида . На передающей части системы связи формируют последовательность, состоящую из помехоустойчивого кода и синхронизирующей последовательности. Проверочную часть помехоустойчивого кода вычисляют в соответствии с формулой (1), в нашем случае она будет равна , и слово помехоустойчивого кода запишется в виде .

Далее по формуле (2) вычисляют синхронизирующую последовательность как функцию проверочной части помехоустойчивого кода. Синхронизирующая последовательность будет иметь вид . Выходной последовательностью передающей части системы связи будет последовательность, состоящая из помехоустойчивого кода и синхронизирующей последовательности .

При приеме сообщения в скользящем окне длиной 48 бит вычисляют полином по формуле (3). При попадании в скользящее окно проверочной части кода и синхронизирующей последовательности в результате вычисления будет получена дополнительная синхронизирующая последовательность с хорошими синхронизирующими свойствами. Обнаружение этой последовательности свидетельствует о наличии помехоустойчивого кода. После выделения помехоустойчивого кода далее выполняют декодирование помехоустойчивого кода. Отметим, что поскольку порождающий многочлен g₁(x) синхронизирующей последовательности является порождающим многочленом циклического кода, то вычисление символов с синхронизирующей последовательности можно выполнять по рекуррентной формуле

где b_i - текущий символ, принятый из канала связи.

Декодирование помехоустойчивого кода осуществляют с обнаружением и исправлением ошибок только в информационной части помехоустойчивого кода. Поскольку разрядность информационной части кода равна 32, то для декодирования достаточно использовать 5-разрядный локатор позиции ошибок (Берлекэмп Э. Алгебраическая теория кодирования. М., Мир, 1971, стр.22). Проверочная часть помехоустойчивого кода имеет 32 разряда, что позволяет для декодирования помехоустойчивого кода использовать 6 таких локаторов позиции ошибок и исправить 6 ошибок в информационной части кода, а с помощью оставшихся 2-х разрядов проверочной части помехоустойчивого кода дополнительно обнаруживать ошибки. С другой стороны в прототипе для нумерации ошибок в 64-разрядном помехоустойчивом коде, локаторы позиции ошибок должны иметь 6 разрядов. Для декодирования можно использовать только 5 таких локаторов позиции ошибок, что позволяет исправить только 5 ошибок в помехоустойчивом коде, а с помощью оставшихся 2-х разрядов проверочной части помехоустойчивого кода дополнительно обнаруживать ошибки.

Предлагаемый способ, в отличие от прототипа, обеспечивает более высокую достоверность приема сообщения, поскольку синхронизирующая последовательность, помимо установления цикловой синхронизации, используется также для контроля правильности приема проверочной части помехоустойчивого кода. Это позволяет при декодировании помехоустойчивого кода обнаруживать и исправлять ошибки только в информационной части помехоустойчивого кода, заранее считая проверочную часть кода неискаженной.

Достигаемым техническим результатом предлагаемого способа передачи сообщений в системах связи является повышение достоверности принимаемой информации.

1. Способ передачи сообщений в системах связи, заключающийся в том, что на передающей стороне системы связи входную информацию кодируют помехоустойчивым кодом, далее вслед за символами помехоустойчивого кода добавляют символы синхронизирующей последовательности и полученную последовательность символов передают в канал связи, на приемной стороне системы связи сначала в принятой последовательности символов обнаруживают синхронизирующую последовательность и осуществляют цикловую синхронизацию принятой из канала связи последовательности символов, далее выделяют помехоустойчивый код, затем осуществляют декодирование этого помехоустойчивого кода с обнаружением и исправлением ошибок в помехоустойчивом коде и декодированную информацию выдают получателю сообщения, отличающийся тем, что на передающей стороне системы связи символы синхронизирующей последовательности формируют путем преобразования символов проверочной части помехоустойчивого кода, на приемной стороне системы связи обнаружение синхронизирующей последовательности осуществляют путем проверки соответствия символов синхронизирующей последовательности символам проверочной части помехоустойчивого кода и декодирование помехоустойчивого кода осуществляют только в информационной части помехоустойчивого кода, считая проверочную часть помехоустойчивого кода неискаженной.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что символы синхронизирующей последовательности и проверочной части помехоустойчивого кода связаны между собой рекуррентной функциональной зависимостью.