Устройство восстановления кодовой последовательности

Устройство восстановления кодовой последовательности

Иллюстрации

Показать все

Реферат

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. Л.Ф.Бородин. Введение в теорию помехоустойчивого кодирования. М., Советское радио, 1968 г., с.281,...,284; а также устройства по патентам РФ на изобретения № 2166235; 2209519; 2209520).

Кроме того, известны методы выработки оценок надежности принятых двоичных символов на основе метрики логарифмического отношения правдоподобия (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) и создания на этой основе схем итеративного (турбо)декодирования.

Наиболее близким устройством такого же назначения является устройство для восстановления стираний и исправления ошибок в кодовой последовательности (см. а.с. СССР № 658757, 1979 года), содержащее блок приема, один из выходов которого через анализатор сигналов и накопитель подключен к блоку восстановления стираний, первый выход которого подключен к управляющему входу накопителя, а второй выход - к одному из выходов блока исправления стираний, другой вход которого подключен к другому выхода блока приема.

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.

Технический результат - повышение достоверности восстановления стираний и исправления ошибок в кодовой последовательности.

Для достижения технического результата в 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, информационный выход которого подключен к одному из входов блока исправления стираний, введены накопитель кодовой комбинации, блок оценок демодуляции и 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 другому выходу накопителя, а второй вход подключен к второму выходу накопителя кодовой комбинации, вход которого подключен к другому выходу блока приема, а первый выход - к другому входу блока исправления стираний.

На чертеже приведена структурная электрическая схема предложенного устройства восстановления кодовой последовательности.

Устройство восстановления кодовой последовательности 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 4, информационный выход которого подключен к одному из входов блока исправления стираний 5, блок коррекции 6, выход которого подключен к второму входу блока восстановления стираний 4, управляющий выход которого подключен к второму входу блока коррекции 6, первый вход которого подключен к выходу блока оценок демодуляции 7, первый вход которого подключен к другому выходу накопителя 3, а второй вход подключен к второму выходу накопителя кодовой комбинации 8, вход которого подключен к другому выходу блока приема 1, а первый выход к - другому входу блока исправления стираний 5.

Устройство работает следующим образом.

Блок приема 1 регистрирует поступающие сигналы и передает их текущие значения в двоичной форме в накопитель кодовой комбинации 8. Например, с передатчика была отправлена кодовая комбинация кода (7, 4, 3):

1 1 0 1 0 0 1.

На приеме в блоке 1 эта комбинация выделяется из общего потока данных (показано прямыми обратными скобками ...0 1] 1 1 1 1 0 0 1 [0 0...). Последние три символа в комбинации являются проверочными. Они образованы по схеме:

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 интервалу стирания h. Вход блока 1 является информационным входом устройства.

Пусть конфигурация стираний в принятой комбинации имеет вид:

...0 0] 0 1 0 1 1 0 0 [0 0...,

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

Анализатор сигналов 2 вырабатывает оценку надежности для каждого текущего символа i кодовой последовательности. Для этого от символа с номером i отсчитываются j_в символов в сторону возрастания номеров и одновременно j_y - в сторону их убывания, образуя, таким образом, скользящие окна анализа двоичной последовательности. Общая оценка надежности i-го символа определяется как

где S - число стираний, попавших в зону анализа j_в и j_y.

Выход анализатора сигналов 2 подключен к входу накопителя 3, который накапливает оценки надежности F_i для каждого символа кодовой комбинации. После завершения обработки символов очередной кодовой комбинации оценки F_i одновременно считываются в блок восстановления стираний 4 и в блок оценок демодуляции 7. Например, при j_в=j_y=3 для анализируемой кодовой комбинации получаем:

Блок восстановления стираний 4 определяет возможность физического восстановления комбинации избыточного систематического 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 4 формируется вторичный поток стираний, основанный на показателях F_i. По результатам выбора осуществляется анализ возможности однозначного исправления стертых символов. В случае успешного исхода стирания исправляются в блоке исправления стираний 5, в противном случае по управляющему выходу блока 4 на второй вход блока коррекции 6 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, имеющих минимальные показатели, и возникает ситуация неопределенности. Например, по полученной конфигурации оценок комбинации кода (7, 4, 3) необходимо выбрать только два символа для стирания. При этом оценка “4” однозначно указывает на самый ненадежный символ, а для стирания второго символа необходимо выбирать между трех символов с оценкой “5”. Среди символов с низкими показателями надежности наиболее вероятно появление ошибок. Для разрешения ситуации неопределенности используется информация из накопителя кодовой комбинации 8, блока оценок демодуляции 7 и блока коррекции 6.

Накопитель кодовой комбинации 8 запоминает принятую кодовую комбинацию.

Блок оценок демодуляции 7 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 8 ей соответствовала единица и, соответственно, “минус”, если в блоке 8 был ноль.

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

Заметно, что в информационном блоке 8 на третьей позиции зафиксирован ошибочный бит относительно переданной комбинации.

Блок коррекции 6 корректирует оценки надежности символов для разрешения ситуации неопределенности. Для этого из кодовой комбинации выбираются те двоичные символы, которые образуют конкретный проверочный символ. Например, для h₁, выбираются символы x₁, х₂ и х₃.

Для принятой комбинации кода получим:

Работа блока начинается в выборе проверочного символа, имеющего максимальный показатель надежности и соответствующих информационных символов. Среди информационных символов осуществляется свертка единичных бит таким образом, чтобы выбрать один символ с наименьшим показателем надежности. Число незадействованных единиц устанавливает степень отрицательной единицы, которая в последующем используется для коррекции знака проверочного символа. Суммарные оценки в блоке 6 оцениваются за несколько итераций по принципу подсчета апостериорных вероятностей (принцип Байеса). При этом на первом шаге апостериорная оценка принимается равной нулю.

Коррекция осуществляется по формуле:

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 свернутых единиц.

Например, в полученной последовательности блок 6 выбирает проверочный бит h₃ как наиболее надежный. Ему соответствует последовательность: +7 +5 +4 | +7, из которой выбирается символ с надежностью +4 и символ со значением +5, как самые ненадежные. Символ +7 на этом этапе не учитывается как наиболее надежный. Следовательно, n=1. Отсюда на первом шаге итерации получаем:

- новое значение апостериорной оценки для символа +5;

- новое значение для символа +4.

Второй шаг итерации:

- значение коррекции для символа +5;

- значение коррекции для символа +4.

Ряд оценок в результате коррекции принимает вид:

+7 +12 +5 +11 -5 -6 +7.

Из этого ряда выбирается проверочный символ h₂ с его новыми информационными оценками: +12 +5 +11| -6.

Первый шаг итерации:

Второй шаг итерации:

Ряд оценок в результате коррекции принимает вид:

+7 +12 -1 +12 -5 -6 +7.

Из этого ряда выбирается проверочный символ h₁ с его новыми информационными оценками: +7 +12 -1| -5.

Первый шаг итерации:

Второй шаг итерации:

Ряд оценок в результате коррекции принимает вид:

+12 +12 -6 +12 -5 -6 +7.

Декодирование откорректированной кодовой комбинации не вызывает сомнений.

Блок исправления стираний 5 осуществляет окончательное декодирование принятой кодовой комбинации. Выход этого блока является информационным выходом устройства.

Использование полной информации об условиях приема символов кодовой комбинации повышает достоверность прием информации. Кроме того, в отличие от известных устройств, использующих алгебру логарифмов правдоподобия, предложенное устройство оперирует с целыми числами, что обеспечивает снижение сложности устройства.

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, информационный выход которого подключен к одному из входов блока исправления стираний, отличающееся тем, что введены накопитель кодовой комбинации, блок оценок демодуляции и 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 другому выходу накопителя, а второй вход подключен к второму выходу накопителя кодовой комбинации, вход которого подключен к другому выходу блока приема, а первый выход к другому входу блока исправления стираний.