Устройство фильтрации неравномерных кодов

Изобретение относится к технике связи и может использоваться при проектировании новых и модернизации существующих систем передачи дискретной информации. Достигаемым техническим результатом является повышение достоверности приема сжатых сообщений за счет использования полной информации об условиях приема символов кодовой комбинации неравномерного кода. Устройство фильтрации неравномерных кодов содержит блок приема, анализатор сигналов, накопитель, блок оценок демодуляции, накопитель кодовой комбинации, блок коррекции, блок восстановления стираний, блок исправления стираний, формирователь входного сигнала, первый умножитель, второй умножитель, запоминающее устройство, линию задержки, блок нормировки и анализатор выходного сигнала. 3 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 оценки надежности символов для повышения достоверности приема информации (см. Бородин Л.Ф. Введение в теорию помехоустойчивого кодирования. М.: Советское радио, 1968 г., с.281-284; а также устройства по патентам РФ на изобретения №2166235, опубл. 27.04.2001; №2209519, опубл. 27.07.2003; №2209520, опубл. 27.07.2003).

Недостатками данных аналогов является то, что они не полностью используют информацию о приеме двоичных сигналов.

Кроме того, известны способы построения кодовых последовательностей с помощью неравномерных кодов Хаффмана (см. Хэмминг Р.В. Теория кодирования и теория информации: пер. с англ. М.: Радио и связь, 1983, с.52-55, а также патент РФ на изобретения №94023230, опубл. 27.05.1996).

Недостатками данных способов является построение неравномерных кодов без учета влияния канала связи.

Наиболее близким устройством такого же назначения является устройство для восстановления стираний и исправления ошибок в кодовой последовательности (см. патент РФ на изобретение №2256294, опубл. 10.07.2005 года), содержащее блок приема, анализатор сигналов, накопитель, блок оценок демодуляции, накопитель кодовой комбинации, блок коррекции, блок восстановления стираний и блок исправления стираний.

К причинам, препятствующим достижению высокой достоверности приема информации, относится то, что устройство не полностью использует информацию о приеме двоичных сигналов и, следовательно, имеет недостаточную достоверность приема информации. Это обусловлено тем, что при прохождении сжатых с помощью неравномерных кодов сообщений по каналу связи из-за искажений возникает эффект размножения ошибок, который помехоустойчивое кодирование не устраняет.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, - разработка устройства фильтрации неравномерных кодов, учитывающего информацию о кодовой последовательности неравномерных кодов для повышения достоверности приема сжатых сообщений.

Технический результат достигается тем, что в известное устройство восстановления кодовой последовательности, содержащее блок приема, анализатор сигналов, накопитель, блок оценок демодуляции, блок коррекции, накопитель кодовой комбинации, блок восстановления стираний и блок исправления стираний, введены формирователь входного сигнала, первый умножитель, второй умножитель, запоминающее устройство, линия задержки, блок нормировки и анализатор выходного сигнала. Блок приема, первый выход которого через анализатор сигналов подключен к накопителю, первый выход которого подключен к первому входу блока восстановления стираний, информационный выход которого подключен к второму входу блока исправления стираний, блок коррекции, выход которого подключен к второму входу блока восстановления стираний, управляющий выход которого подключен к второму входу блока коррекции, первый вход которого подключен к выходу блока оценок демодуляции, первый вход которого подключен к второму выходу накопителя, а второй вход подключен к второму выходу накопителя кодовой комбинации, вход которого подключен к второму выходу блока приема, а первый выход подключен к второму входу блока исправления стираний. К выходу блока исправления стираний подключен вход формирователя входного сигнала, выход которого подключен к первому входу первого умножителя, к второму входу которого подключен выход второго умножителя, к первому входу которого подключен выход запоминающего устройства, к второму входу подключен выход линии задержки. Выход первого умножителя через блок нормировки подключен к входу линии задержки и к входу анализатора выходного сигнала.

Перечисленная новая совокупность существенных признаков обеспечивает возможность повышения достоверности приема информации за счет применения фильтрации неравномерных кодов.

Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностью признаков, тождественных всем признакам заявленного технического решения, отсутствуют, что указывает на соответствие изобретения условию патентоспособности “новизна”.

Результаты поиска известных решений в данной и смежной областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного объекта, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из уровня техники также не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности “изобретательский уровень”.

Заявляемое устройство поясняется чертежами, на которых показаны:

на фиг.1 - функциональная схема устройства фильтрации неравномерных кодов;

на фиг.2 - дерево неравномерного кода;

на фиг.3 - график зависимости вероятности ошибки блока от длины последовательности неравномерного кода при заданной вероятности ошибки в канале связи.

Устройство фильтрации неравномерных кодов содержит блок приема 1, первый выход которого через анализатор сигналов 2 подключен к накопителю 3, первый выход которого подключен к первому входу блока восстановления стираний 7, информационный выход которого подключен к второму входу блока исправления стираний 8, блок коррекции 5, выход которого подключен к второму входу блока восстановления стираний 7, управляющий выход которого подключен к второму входу блока коррекции 5, первый вход которого подключен к выходу блока оценок демодуляции 4, первый вход которого подключен к второму выходу накопителя 3, а второй вход подключен к второму выходу накопителя кодовой комбинации 6, вход которого подключен к второму выходу блока приема 1, а первый выход подключен к второму входу блока исправления стираний 8, к выходу которого подключен вход формирователя входного сигнала 9, выход которого подключен к первому входу первого умножителя 11, к второму входу которого подключен выход второго умножителя 12, к первому входу которого подключен выход запоминающего устройства 10, к второму входу подключен выход линии задержки 14, выход первого умножителя 11 через блок нормировки 13 подключен к входу линии задержки 14 и к входу анализатора выходного сигнала 15.

Блок приема 1, анализатор сигналов 2, накопитель 3, блок оценок демодуляции 4, блок коррекции 5, накопитель кодовой комбинации 6, блок восстановления стираний 7, блок исправления стираний 8, формирователь входного сигнала 9, запоминающее устройство 10, блок нормировки 13 могут быть выполнены на процессоре цифровой обработки сигнала DSP 96002 фирмы Motorola (см. М.С.Куприянов, Б.Д.Матюшкин. Цифровая обработка сигналов: процессоры, алгоритмы, средства проектирования. С-Пб.: Политехника, 1998 г., стр.23-24).

Умножители 11 и 12, линия задержки 14 могут быть выполнены по схемам (см. Л.М.Гольденберг, Б.Д.Матюшкин, М.Н.Поляк. Справочник. М.: Радио и связь, 1985 г., стр.48-49).

Анализатор выходного сигнала 15 может быть выполнен по схеме (см. А.А.Сикарев, С.Н.Лебедев. Микроэлектронные устройства формирования и обработки сложных сигналов. М.: Радио и связь, 1983 г., стр.202-205).

Устройство работает следующим образом.

Вход блока приема 1 является информационным входом устройства. Блок приема 1 регистрирует поступающие сигналы и передает их текущие значения в двоичной форме в накопитель кодовой комбинации 6. Кроме того, в блоке приема 1 вырабатывается сигнал стирания, поступающий в виде логической единицы в анализатор сигналов 2. Он вырабатывает оценку надежности для каждого текущего символа кодовой последовательности. Выход анализатора сигналов 2 подключен к входу накопителя 3, который накапливает оценки надежности для каждого символа кодовой комбинации. После завершения обработки символов очередной кодовой комбинации оценки одновременно считываются в блок восстановления стираний 7 и в блок оценок демодуляции 4. Блок восстановления стираний 7 определяет возможность физического восстановления комбинации кода при конкретной конфигурации стираний. Работая в метрике Хэмминга, блок выбирает d-1 символов кодовой комбинации с наименьшими оценками надежности (здесь d - минимальное кодовое расстояние). Таким образом, в блоке 7 формируется вторичный поток стираний, основанный на показателях надежности. По результатам выбора осуществляется анализ возможности однозначного исправления стертых символов. В случае успешного исхода стирания исправляются в блоке исправления стираний 8, в противном случае по управляющему выходу блока 7 на второй вход блока коррекции 5 подается сигнал о получении дополнительной информации результатов обработки кодовой комбинации.

Накопитель кодовой комбинации 6 запоминает принятую кодовую комбинацию.

Блок исправления стираний 8 осуществляет окончательное декодирование принятой кодовой комбинации помехоустойчивого кода.

С выхода блока исправления стираний 8 очередная кодовая комбинация поступает на вход формирователя входного сигнала 9. Здесь происходит ее запись для дальнейшей поэлементной обработки каждого двоичного символа. Двоичные посылки (“0” или “1”) преобразуются в многопозиционную кодовую комбинацию длины N, где N - число узлов дерева неравномерного кодирования без корневой вершины (см. фиг.2); k - номер шага.

Кодовая посылка “0” преобразуется в
1-Pош	Pош	1-Pош	Pош	...	Pош
1		N
Кодовая посылка “1” преобразуется в
Pош	1-Pош	Pош	1-Pош	...	1-Pош
1		N

где Р_ош - вероятность ошибки в канале связи.

Далее сформированная кодовая комбинация поступает на первый вход первого умножителя 11, на второй вход которого поступает кодовая комбинация , полученная на выходе второго умножителя 12, перемножением кодовой комбинации из линии задержки 14 и матрицы переходных вероятностей дерева неравномерного кода π, хранящейся в запоминающем устройстве 10:

Результирующая кодовая комбинация на выходе первого умножителя 11:

где ⊗ - прямое произведение кодовых комбинаций;

нормируется в блоке нормировки 13:

и записывается в линию задержки 14. Далее кодовая комбинация поступает на анализатор выходного сигнала 15, где определяется номер разряда, содержащего максимальное значение:

где y(k)=0, если a(k) нечетное число;

y(k)=1, если a(k) четное число.

Анализатор выходного сигнала 15 осуществляет окончательное декодирование принятой кодовой посылки неравномерного кода. Выход анализатора является информационным выходом устройства.

Экспериментальная проверка характеристик устройства фильтрации неравномерных кодов была выполнена на ЭВМ в пакете прикладной математики MathCad 12.0 при следующих исходных данных:

1) число букв алфавита источника равно 256;

2) число вершин дерева неравномерного кодирования N равно 506;

3) L - длина последовательности неравномерного кода изменяется от 0 до 10000;

4) вероятность ошибки блока определяется по формуле p_{ош блок}=1-(1-p_{ош n})^L, где p_{ош n} - средняя вероятность ошибки символа неравномерного кода.

Результаты расчета, представленные на фиг.3 (сплошной линией показано значение вероятности ошибки блока от вероятности ошибки в канале связи для устройства прототипа, пунктирной - для заявляемого устройства), показывают, что заявленное устройство фильтрации неравномерных кодов имеет лучшие характеристики достоверности приема по сравнению с прототипом.

Таким образом, использование полной информации об условиях приема символов кодовой комбинации неравномерного кода повышает достоверность приема информации.

Устройство фильтрации неравномерных кодов, содержащее блок приема, первый выход которого через анализатор сигналов подключен к входу накопителя, при этом накопитель накапливает оценки надежности для каждого символа кодовой комбинации, первый выход которого подключен к первому входу блока восстановления стираний, информационный выход которого подключен к второму входу блока исправления стираний, блок коррекции, выход которого подключен к второму входу блока восстановления стираний, управляющий выход которого подключен к второму входу блока коррекции, первый вход которого подключен к выходу блока оценок демодуляции, первый вход которого подключен к второму выходу накопителя, а второй вход подключен к второму выходу накопителя кодовой комбинации, вход которого подключен к второму выходу блока приема, а первый выход подключен к второму входу блока исправления стираний, отличающееся тем, что дополнительно введены формирователь входного сигнала, первый умножитель, второй умножитель, запоминающее устройство, линия задержки, блок нормировки и анализатор выходного сигнала, выход блока исправления стираний подключен к входу формирователя входного сигнала, выход которого подключен к первому входу первого умножителя, к второму входу которого подключен выход второго умножителя, к первому входу которого подключен выход запоминающего устройства, при этом запоминающее устройство хранит матрицу переходных вероятностей дерева неравномерного кода π, к второму входу подключен выход линии задержки, выход первого умножителя через блок нормировки подключен к входу линии задержки и к входу анализатора выходного сигнала.