Устройство восстановления стираний

Изобретение относится к технике связи и может использоваться при проектировании новых и модернизации существующих систем передачи дискретной информации. Устройство восстановления кодовой последовательности, содержащее блок приема, один выход которого через анализатор сигналов подключен к накопителю, один выход которого подключен к первому входу блока восстановления стираний, первый управляющий выход которого подключен ко второму входу блока коррекции, выход которого подключен ко второму входу блока восстановления стираний, при этом информационный выход этого блока подключен к одному из входов блока исправления стираний, другой вход этого блока подключен к первому выходу накопителя кодовой комбинации, вход которого подключен к другому выходу блока приема, а второй выход подключен ко второму входу блока оценок демодуляции, первый вход которого подключен к другому выходу накопителя, при этом дополнительно введены последовательно включенные блок коммутации проверок и блок проверок на четность, первый выход которого подключен к первому входу блока коррекции, а второй выход подключен к третьему входу блока коммутации проверок, причем первый вход этого блока подключен к выходу блока оценок демодуляции, а второй вход подключен ко второму управляющему выходу блока восстановления стираний. Технический результат - повышение достоверности восстановления стираний и исправления ошибок в кодовой последовательности. 1 ил.

 

Изобретение относится к технике связи и может использоваться при проектировании новых и модернизации существующих систем передачи дискретной информации.

Известны устройства восстановления стираний и исправления ошибок, использующие индексы достоверности символов (оценки надежности символов) для повышения достоверности приема информации (см. Р.Морелос-Сарагоса. Искусство помехоустойчивого кодирования. Методы, алгоритмы, применение. М.: Техносфера, 2005, С.103, ..., 105; а также устройства по патентам РФ на изобретения №2166235; 2209519; 2209520; 2256294).

Кроме того, известны методы выработки индексов достоверности принятых двоичных символов на основе стирающего канала связи (см. Лычагин Н.И., Агеев С.А., Гладких А.А., Васильев А.В. «Системы и средства связи, телевидения и радиовещания», №1, 2, 2006, С.49-55), а также методы использования указанных оценок для получения логарифмического отношения правдоподобия при декодировании кодовых комбинаций (см. Скляр, Бернард. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение, 2-е издание: Пер. с англ. - М.: Издательский дом «Вильямс», 2003 г., с.500-503).

Наиболее близким устройством такого же назначения является устройство восстановления кодовой последовательности (см. патент РФ на изобретения №2256294), содержащее блок приема, один выход которого через анализатор сигналов подключен к накопителю, один выход которого подключен к первому входу блока восстановления стираний, информационный выход которого подключен к одному из входов блока исправления стираний, а также накопитель кодовой комбинации, блок оценок демодуляции и блок коррекции, выход которого подключен ко второму входу блока восстановления стираний, управляющий выход которого подключен ко второму входу блока коррекции, первый вход которого подключен к выходу блока оценок демодуляции, первый вход которого подключен к другому выходу накопителя, а второй вход подключен ко второму выходу накопителя кодовой комбинации, вход которого подключен к другому выходу блока приема, а первый выход к другому входу блока исправления стираний.

К недостаткам работы аналогов предлагаемого устройства следует отнести неполное использование введенной в код избыточности из-за использования метрики Хэмминга, а в качестве недостатка работы прототипа следует указать однозначную зависимость результата декодирования от полного перебора всех проверочных соотношений и отсутствие в процедуре корректировки критерия правильности выбора новых данных для исправления принятой последовательности.

Технический результат - повышение достоверности приема информации путем эффективного использования введенной в код избыточность за счет контроля четности проверочных соотношений и их целенаправленного выбора из общего списка на этой основе, а также введения критерия правильности корректировки индексов достоверности в ходе обработки информации, которые обеспечивают повышение достоверности приема данных.

Для достижения технического результата в устройство восстановления стираний, содержащее блок приема, один выход которого через анализатор сигналов подключен к накопителю, один выход которого подключен к первому входу блока восстановления стираний, первый управляющий выход которого подключен ко второму входу блока коррекции, выход которого подключен ко второму входу блока восстановления стираний, при этом информационный выход этого блока подключен к одному из входов блока исправления стираний, другой вход этого блока подключен к первому выходу накопителя кодовой комбинации, вход которого подключен к другому выходу блока приема, а второй выход подключен ко второму входу блока оценок демодуляции, первый вход которого подключен к другому выходу накопителя, отличающееся тем, что введены последовательно включенные блок коммутации проверок и блок проверок на четность, первый выход которого подключен к первому входу блока коррекции, а второй выход подключен к третьему входу блока коммутации проверок, при этом первый вход этого блока подключен к выходу блока оценок демодуляции, а второй вход подключен ко второму управляющему выходу блока восстановления стираний.

Изобретение поясняется с помощью чертежа, на котором приведена структурная электрическая схема предложенного устройства восстановления стираний.

Устройство восстановления стираний содержит блок приема 1, один выход которого через анализатор сигналов 2 подключен к накопителю 3, один выход которого подключен к первому входу блока восстановления стираний 9, информационный выход которого подключен к одному из входов блока исправления стираний 10, блок коррекции 8, выход которого подключен ко второму входу блока восстановления стираний 9, первый управляющий выход которого подключен ко второму входу блока коррекции 8, первый вход которого подключен к выходу блока проверки на четность 7, вход которого подключен к выходу блока коммутации проверок 6, а второй выход блока 7 блока подключен к третьему входу блока 6, второй вход которого подключен ко второму управляющему выходу блока восстановления стираний 9, блок оценок демодуляции 4, первый вход которого подключен в другому выходу накопителя 3, а второй вход подключен ко второму выходу накопителя кодовой комбинации 5, вход которого подключен к другому выходу блока прием 1, при этом выход накопителя кодовой комбинации 5 подключен к другому входу блока исправления стираний 10.

Работа устройства рассматривается на примере систематического кода (15, 11, 3).

Блок приема 1 регистрирует поступающие сигналы и передает их текущие значения в двоичной форме в накопитель кодовой комбинации 5. Например, с передатчика была отправлена кодовая комбинация кода:

На приеме в блоке 1 эта комбинация выделяется из общего потока данных (показано прямыми обратными скобками) и фиксируется в блоке 5

Последние четыре символа в комбинации являются проверочными. Они образованы по схеме, соответствующей проверочной матрицы кода:

Или в иной форме:

здесь знак ⊕ означает сложение по модулю два.

Кроме того, в блоке приема 1 вырабатывается сигнал стирания, поступающий в виде логической единицы в анализатор сигналов 2 по симметричному интервалу стирания ρ. Вход блока 1 является информационным входом устройства. В блоке 1 совместный поток информационных символов и поток стираний разделяются, но между ними всегда сохраняется соответствием по номерам разрядов.

В потоке стираний не стертым в первичной последовательности информационных символов присваивается значение ноль, а стертым позициям символов присваивается значение единица.

Пусть конфигурация стираний для принятого кодового вектора имеет вид:

здесь стертые элементы обозначены единицами, а правильно принятые символы отмечены нулями.

Для определения оценки надежности символа назначаются два скользящих окна размерами K₁ и К₂ битов каждое, при этом K₁=K₂. Окна следуют по выделенной из потока данных последовательности стираний одно за другим, перекрываясь между собой, на интервале одного оцениваемого бита, например, при К₁=К₂=3 получаем:

Первоначально каждому окну присваивается вес K₁+1 и K₂+1. Если в окно попало i стираний, то вес окна уменьшается на эту величину. Общая оценка определяется как сумма оценок первого и второго окна. Если анализируемый символ - стирание, то от общей оценки отнимется единица. Это усиливает различимость оценок надежности. Оценка надежности вычисляется для анализируемого символа , попавшего в оба окна в соответствии с выражением

Выход анализатора сигналов 2 подключен к входу накопителя 3, который накапливает оценки надежности R_j для каждого символа кодовой комбинации. После завершения обработки символов очередной кодовой комбинации оценки R_j одновременно считываются в блок восстановления стираний 9 и в блок оценок демодуляции 4. Например, при К₁=К₂=3 для анализируемой кодовой комбинации получаем:

Блок восстановления стираний 9 определяет возможность физического восстановления комбинации избыточного систематического кода при конкретной конфигурации стираний. Используя критерий максимума правдоподобия, блок вводит ранговые метрики отдельно для проверочных и информационных символов. Таким образом, в блоке 9 формируется вторичный поток стираний, в который входят символы с наименьшими показателями для данного набора оценок R_j. По результатам выбора осуществляется анализ возможности однозначного исправления стертых символов. В случае успешного исхода стирания исправляются в блоке исправления стираний 10, в противном случае по управляющему выходу блока 9 на второй вход блока коррекции 8 подается сигнал о получении дополнительной информации результатов обработки кодовой комбинации.

Необходимость получения такой информации возникает в ситуации, когда на длине кодовой комбинации получается больше, чем d-1 оценок (здесь d - метрика Хэмминга), имеющих минимальные показатели. Например, по полученной конфигурации оценок комбинации кода (15, 11, 3) необходимо выбрать только два символа для стирания. При этом оценка «3» однозначно указывает на самые ненадежные символы. Среди символов с низкими показателями надежности наиболее вероятно появление ошибок. Для разрешения ситуации неопределенности используется информация из накопителя кодовой комбинации 5, блока оценок демодуляции 4 и блока коррекции 8.

Накопитель кодовой комбинации 5 запоминает принятую кодовую комбинацию.

Блок оценок демодуляции 4 объединяет данные об оценках надежности каждого символа кодовой комбинации и их информационной значимости. При этом оценка надежности получает знак «плюс», если в накопителе кодовой комбинации 5 ей соответствовала единица, и соответственно «минус», если в блоке 5 был ноль.

Например, для приведенных выше кодовой комбинации и конфигурации стираний получаем:

Заметно, что в информационной последовательности на пятой и седьмой позиции зафиксированы ошибочные биты (показаны курсивом) относительно переданной комбинации, при этом в пятом разряде зафиксировано правильное стирание, а в седьмом разряде зафиксирована ошибка. Стирания в третьем, четвертом, восьмом и девятом разрядах - ложные.

Блок коммутации проверок 6 формирует проверочные соотношения в соответствии с проверочной матрицей и для ускорения процесса обработки кодовой комбинации направляет каждое соотношение в блок проверок на четность 7. В блоке 7 каждое проверочное соотношение обрабатывается по формуле: (-1)^n-1=sign(h_z), где z - номер проверочного соотношения, а n - число сворачиваемых положительных оценок надежности, но только среди информационных разрядов.

Для принятой комбинации кода в блоке 6 получим:

Данные блока 7 показывают, что только для номеров проверочных символов z=1, z=2 и z=4 выполняется условие проверки на четность. Эта информация поступает в блок коммутации проверок 6, который выбирает первое соотношение и направляет его в блок коррекции 8.

Суммарные оценки в блоке 8 корректируются за несколько итераций по принципу подсчета апостериорных вероятностей (принцип Байеса). При этом на первом шаге апостериорная оценка принимается равной нулю. В корректируемой последовательности (информационные биты) выбираются два самых ненадежных символа, а остальные сворачиваются. Исходная корректируемая оценка R_j дополняется новой оценкой Q_j, получаемой в ходе работы блока 8. Если в результате работы блока 8 получены оценки вида |R_j|<|Q_j|, то корректировка осуществляется верно. В любом другом случае у корректируемых символов требуется замена знака. Коррекция осуществляется по формуле:

L(d₁)+L(d₂)≈(-1)^1-n×sign[L(d₁)]× sign[L(d₂)]×min(|L(d₁)|,|Ld₂)|).

Здесь функция sign(•) возвращает знак своего аргумента;

L(d₁) - оценка надежности символа, участвующего в формировании проверочного бита;

L(d₂) - оценка надежности проверочного символа;

n - число сворачиваемых единиц среди информационных разрядов.

Например, в полученной последовательности

блок 6 выбирает наиболее ненадежные символы -3 и +3. Остальные символы на данном этапе работы устройства не учитываются как надежные. Следовательно, n=2. Отсюда на первом шаге итерации получаем:

- новое значение апостериорной оценки для символа -3;

- новое значение для символа +3.

Второй шаг итерации:

- значение коррекции для символа -3, при этом |R₃|<|Q₃|;

- значение коррекции для символа+3, условие (|R₄|<|Q₄|) выполнено.

Первое проверочное соотношение в результате коррекции принимает вид: , но его коррекция продолжается.

- новое значение апостериорной оценки для символа +4;

- новое значение для символа - 4.

Второй шаг итерации:

- значение коррекции для символа -+4, при этом |R₈|<|Q₈|;

- значение коррекции для символа -4, при этом (|R₉|<|Q₉|).

Первое проверочное соотношение принимает окончательный вид:

За счет полученных данных обновляются данные второго проверочного соотношения, которое принимает в блоке 6 вид:

Из этого ряда в блоке 8 выбираются символы x₅=-3 и x₇=-5 как наименее надежные, при этом n=2.

Первый шаг итерации:

Второй шаг итерации:

Заметно, что условие |R_j|<|Q_j| не соблюдено, поэтому блок 8 меняет знак у символа x₅ и повторяет проверку в новых условиях:

Первый шаг итерации:

Второй шаг итерации:

Условие |R_j|<|Q_j| вновь не соблюдено. Блок 8 осуществляет одновременную замену знаков у x₅ и x₇, повторяя проверку.

Первый шаг итерации:

Второй шаг итерации:

Условие |R_j|<|Q_j| выполнено. Второе проверочное соотношение принимает в блоке 6 вид:

Блок 6 корректирует третье проверочное соотношение:

а блок 7 выполняет проверку на четность и передает оценки на корректировку в блок 8. Первый шаг итерации при корректировке третьего проверочного соотношения:

Второй шаг итерации:

Условие |R_j|<|Q_j| выполнено. Проверочное соотношение имеет вид:

Четвертое проверочное соотношение не имеет слабых символов, и кодовая комбинация восстанавливается в блоке 10. Выход этого блока является информационным выходом устройства.

Использование полной информации об условиях приема символов кодовой комбинации повышает достоверность приема информации, позволяет эффективно использовать введенную в код избыточность.

Таким образом, контроль четности проверочных соотношений и целенаправленный на этой основе их выбор из общего списка, а также введение критерия правильности корректировки индексов достоверности в ходе обработки информации обеспечивают повышение достоверность приема данных, позволяют эффективно использовать введенную в код избыточность. При d=3 за счет последовательного приближения к правильному решению устройство обеспечило восстановления всех стертых символов и исправление одной ошибки, не совпавшей со стиранием.

Устройство восстановления стираний, содержащее блок приема, один выход которого через анализатор сигналов подключен к накопителю, один выход которого подключен к первому входу блока восстановления стираний, первый управляющий выход которого подключен ко второму входу блока коррекции, выход которого подключен ко второму входу блока восстановления стираний, при этом информационный выход этого блока подключен к одному из входов блока исправления стираний, другой вход этого блока подключен к первому выходу накопителя кодовой комбинации, вход которого подключен к другому выходу блока приема, а второй выход подключен ко второму входу блока оценок демодуляции, первый вход которого подключен к другому выходу накопителя, отличающееся тем, что введены последовательно включенные блок коммутации проверок и блок проверок на четность, первый выход которого подключен к первому входу блока коррекции, а второй выход подключен к третьему входу блока коммутации проверок, при этом первый вход этого блока подключен к выходу блока оценок демодуляции, а второй вход подключен ко второму управляющему выходу блока восстановления стираний.