Декодирующее устройство помехоустойчивого каскадного кода переменной длины

Декодирующее устройство помехоустойчивого каскадного кода переменной длины

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области электросвязи и может быть использовано в системах передачи дискретной информации для декодирования помехоустойчивого каскадного кода переменной длины.

Устройство, описанное в настоящей заявке, применяется для декодирования каскадного кода, блоковая длина которого заранее не известна на приемной стороне. В частности, устройство может использоваться для декодирования каскадных кодов в адаптивных системах передачи информации. В таких системах для повышения правильности приема при изменении помеховой обстановки в канале связи передают помехоустойчивый каскадный код, имеющий различную блоковую длину. В канале связи высокого качества передают короткий каскадный код с небольшой избыточностью, а в канале низкого качества - длинный каскадный код с большой избыточностью. Предлагаемое устройство обеспечивает определение блоковой длины каскадного кода и его декодирование.

Известно декодирующее устройство помехоустойчивого каскадного кода переменной длины, содержащее буферное запоминающее устройство и устройство цикловой синхронизации, входы которых объединены и являются информационным входом декодирующего устройства помехоустойчивого каскадного кода переменной длины, выходы буферного запоминающего устройства и устройства цикловой синхронизации подключены к декодирующему устройству короткого каскадного кода и к декодирующему устройству длинного каскадного кода, выходы которых соединены с входами схемы ИЛИ, выход которой является информационным выходом устройства декодирования помехоустойчивого каскадного кода переменной длины [Шабанов В.К. К вопросу о декодировании каскадных кодов переменной длины. Техника средств связи, сер. ТПС, 1988, вып.4].

Однако это устройство имеет высокую сложность, поскольку содержит два декодирующих устройства: декодирующее устройство короткого каскадного кода и декодирующее устройство длинного каскадного кода.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является декодирующее устройство помехоустойчивого каскадного кода переменной длины (прототип), содержащее буферное запоминающее устройство и устройство цикловой синхронизации, входы которых объединены и являются информационным входом декодирующего устройства помехоустойчивого каскадного кода переменной длины, выходы буферного запоминающего устройства и устройства цикловой синхронизации подключены к декодирующему устройству внутреннего кода, выход которого соединен с декодирующим устройством внешнего кода, выход которого является информационным выходом декодирующего устройства помехоустойчивого каскадного кода переменной длины [Квашенников В.В., Слепухин Ф.В. Система передачи информации помехоустойчивым кодом с переменными параметрами. Системы и средства связи, телевидения и радиовещания, №1-2, 2003, стр.54].

Недостатком этого устройства является отсутствие функциональных узлов для определения короткого или длинного помехоустойчивого каскадного кода, что приводит к невысокой помехоустойчивости декодирования кода. В зависимости от качества канала связи передается либо длинный, либо короткий каскадный код, однако декодирующее устройство не определяет длинный или короткий каскадный код. При этом возможны различные варианты. Если при передаче короткого каскадного кода устройство декодирует длинный каскадный код, то слова внутреннего кода каскадного кода, которые не передавались для короткого каскадного кода, декодируются в стирания и трансформации, что снижает помехоустойчивость декодирования кода. Если при передаче длинного каскадного кода устройство декодирует короткий каскадный код, то помехоустойчивость устройства снижается из-за небольшой избыточности короткого каскадного кода.

Цель изобретения - повышение помехоустойчивости декодирования каскадного кода переменной длины за счет того, что в устройство введены функциональные узлы, определяющие наличие короткого или длинного каскадного кода на входе устройства.

Для достижения цели предложено устройство, содержащее буферное запоминающее устройство и устройство цикловой синхронизации, входы которых объединены и являются информационным входом устройства, выходы буферного запоминающего устройства и устройства цикловой синхронизации подключены к декодирующему устройству внутреннего кода, выход которого соединен с декодирующим устройством внешнего кода, выход которого является информационным выходом устройства. Новым является то, что в устройство введены формирователь временных интервалов, счетчик кодовых слов и блок анализа, при этом вход синхронизации устройства соединен с входом формирователя временных интервалов, другой вход которого соединен с выходом устройства цикловой синхронизации, выход формирователя временных интервалов связан с входами счетчика кодовых слов и блока анализа, другой вход которого соединен с выходом счетчика кодовых слов, вход которого связан с выходом декодирующего устройства внутреннего кода и выход блока анализа соединен с декодирующим устройством внешнего кода.

На чертеже приведена структурная схема предлагаемого устройства.

Декодирующее устройство помехоустойчивого каскадного кода переменной длины содержит буферное запоминающее устройство 1, устройство цикловой синхронизации 2, декодирующее устройство внутреннего кода 3, формирователь временных интервалов 4, счетчик кодовых слов 5, блок анализа 6, декодирующее устройство внешнего кода 7.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

На передающей стороне помехоустойчивой системы связи формируют либо короткий каскадный код с блоковой длиной, равной n₂, либо длинный каскадный код с блоковой длиной n₁ (n₁>n₂). Для этого на передающей стороне исходное сообщение объемом k m-ичных (m>1) символов вначале кодируют m-ичным помехоустойчивым кодом, например, m-ичным помехоустойчивым кодом Рида-Соломона. Код Рида-Соломона является внешним кодом или кодом первой ступени помехоустойчивого каскадного кода.

В результате кодирования информации получают кодовое слово кода Рида-Соломона (n, k), информационная длина которого равна k, а блоковая - n символов.

Далее информацию кодируют двоичным кодом, например двоичным кодом Боуза - Чоудхури - Хоквингема (БЧХ - коды). Код БЧХ является внутренним кодом или кодом второй ступени помехоустойчивого каскадного кода. Код БЧХ имеет параметры: n_b - блоковая длина кода, k_b - информационная длина кода.

Исходной информацией для каждого слова кода БЧХ являются символы кода Рида-Соломона, рассматриваемые как последовательность двоичных символов. В результате кодирования кодом БЧХ всех символов кода Рида - Соломона получают n двоичных слов кода БЧХ (n_b, k_b) или двоичную последовательность с₁. Эта двоичная последовательность является помехоустойчивым каскадным кодом.

Далее символы каскадного кода, преобразованные в сигналы, поступают в канал связи. В канале связи возможно искажение передаваемых сигналов и это приводит к тому, что символы каскадного кода будут приняты с ошибками.

Каскадный код, символы которого поступают на вход приемника, может иметь блоковую длину, равную либо n₁ либо n₂ (n₁>n₂). Декодирующему устройству каскадного кода заранее неизвестна блоковая длина каскадного кода. Вначале символы каскадного кода поступают на вход буферного запоминающего устройства 1 и устройства цикловой синхронизации 2. Устройство цикловой синхронизации 2 определяет конец каскадного кода. Это устройство может быть выполнено, например, как описано в источнике "Патент РФ №2197788 МПК 7 Н04L 7/04, Квашенников В.В., Слепухин Ф.В., Трушин С.А. Устройство кодовой цикловой синхронизации. приор. 05.03.2001, опубл. 2003".

Объем буферного запоминающего устройства 1 рассчитан на запись всех символов длинного каскадного кода, то есть рассчитан на запись n₁×n_b символов. Буферное запоминающее устройство может быть реализовано, например, в виде регистра сдвига, на который постоянно подана рабочая тактовая частота, равная скорости поступления символов из канала связи.

Сигнал с устройства цикловой синхронизации 2, соответствующий концу каскадного кода, поступает на декодирующее устройство внутреннего кода 3. По этому сигналу символы с выхода буферного устройства 1 переписываются в декодирующее устройство внутреннего кода 3. Одновременно сигнал с устройства цикловой синхронизации 2 поступает на формирователь временных интервалов 4, на вход синхронизации которого подается рабочая тактовая частота. Формирователь временных интервалов 4 задает интервалы времени, равные времени декодирования t₂ и t₁, слов внутренних кодов короткого и длинного каскадного кода соответственно.

Декодирующее устройство внутреннего кода 3 выполняет декодирование слов внутреннего кода каскадного кода. Это устройство может быть выполнено, как описано в источнике "Патент РФ на полезную модель №42143, МПК 7 Н03М 13/05. Квашенников В.В. Декодирующее устройство помехоустойчивого кода. Приор. 07.05.2004, опубл. 20.11.2004". Декодирующее устройство внутреннего кода 3 осуществляет декодирование слов внутреннего кода длинного каскадного кода, переписанных из буферного запоминающего устройства 1. При передаче длинного каскадного кода декодируется n₁ слов внутреннего кода, а при передаче короткого каскадного кода декодируется n₂ слов внутреннего кода и n₁-n₂ слов, состоящих из символов, принятых из канала связи в моменты времени, когда для короткого кода символы кода не передаются, то есть состоящих из символов шума канала. На выходе декодирующего устройства внутреннего кода 3 при успешном декодировании кода получают символы внешнего кода каскадного кода. Эти символы поступают на декодирующее устройство внешнего кода 7. Символы внешнего кода каскадного кода, соответствующие словам внутреннего кода каскадного кода, ошибки в которых обнаружены, но не могут быть исправлены, стирают. Сигналы успешного декодирования слов внутреннего кода (нестертых слов) с декодирующего устройства внутреннего кода 3 поступают на счетчик кодовых слов 5. Одновременно с формирователя временных интервалов 4 на счетчик кодовых слов 5 в течение интервала времени декодирования короткого каскадного кода t₂ подается разрешающий сигнал, и счетчик кодовых слов 5 подсчитывает количество s слов внутреннего кода, которые были приняты на месте слов внутреннего кода каскадного кода, которые передают для длинного каскадного кода и не передают в случае короткого каскадного кода. По окончании интервала времени t₂ сигнал с выхода формирователя временных интервалов 4 поступает на счетчик кодовых слов 5 и блок анализа 6. По этому сигналу двоичная комбинация, соответствующая количеству s кодовых слов внутреннего кода, переписывается с выхода счетчика кодовых слов 5 в блок анализа 6 и счетчик кодовых слов 5 обнуляется. После этого счетчик кодовых слов 5 в течение интервала времени, равного t₁-t₂, подсчитывает количество s₂ слов внутреннего кода, принятых на месте слов внутреннего кода каскадного кода, которые передают как для длинного каскадного кода, так и для короткого каскадного кода. При передаче длинного каскадного кода количество s может изменяться в диапазоне от 0 до n₁-n₂ в зависимости от качества канала связи. По окончании интервала времени t₁-t₂ по сигналу с формирователя временных интервалов 4 показание счетчика кодовых слов 5, то есть двоичная комбинация, выражающая количество s₂ слов внутреннего кода, переписывается в блок анализа 6. Блок анализа 6 по двум показаниям счетчика кодовых слов 5, равным количеству s и s₂ принятых слов внутреннего кода, определяет наличие длинного или короткого каскадного кода. Количество s принятых кодовых слов из числа переданных n₁-n₂ кодовых слов для длинного каскадного кода выражается уравнением

где γ - вероятность приема слов внутреннего кода каскадного кода.

Вероятность приема слов внутреннего кода каскадного кода γ характеризует качество канала связи, поскольку при изменении качества канала изменяется количество принятых кодовых слов внутреннего кода каскадного кода. Вероятность приема слов внутреннего кода каскадного кода γ будем оценивать частотой приема слов внутреннего кода по формуле

При приеме короткого каскадного кода количество s определяется числом трансформированных слов внутреннего кода, набранным из канала связи в моменты времени, когда для короткого кода символы кода не передаются, то есть состоящих из символов шума

где β - вероятность необнаруженной ошибки в словах внутреннего кода каскадного кода, состоящих из символов шума.

Вероятность β необнаруженной ошибки оценивают выражением [Элементы теории передачи информации. Под. ред. Л.П.Пуртова, М., Связь, 1972, стр.127].

Как правило, n_b-k_b≫1 и справедливо неравенство γ>β.

Критерием, по которому определяют наличие короткого или длинного каскадного кода в канале связи, будет значение количества s кодовых слов. Разность

ε=s_дл-s_кор=γ(n₁-n₂)-β(n₁-n₂)=(γ-β)(n₁-n₂)>0,

т.к. γ-β>0 и n₁-n₂>0.

Поэтому существует некоторое пороговое значение

при превышении которого определяют длинный каскадный код в канале связи, то есть справедливы логические выражения

Далее, соответственно, декодируют длинный или короткий внешний код каскадного кода.

Выбор оптимального порогового значения s₁ имеет немаловажное значение при реализации предлагаемого устройства. В нестационарном канале связи с переменными параметрами оценка порогового значения s₁ должна изменяться в зависимости от качества канала связи в текущий момент времени.

Подставляя в формулу (5) значения переменных из уравнений (1)-(3) получим следующую оценку порогового значения s₁

В предлагаемом устройстве оценку порогового значения s₁ осуществляют по формуле (7). Эта оценка вычисляется в каждом сеансе приема каскадного кода после определения количества s₂ слов внутреннего, принятых на месте слов внутреннего кода каскадного кода, которые передают как для длинного каскадного кода, так и для короткого каскадного кода и оценки качества канала связи s₂/n₂ (оценки средней вероятности приема слов внутреннего кода каскадного кода).

Сначала в блоке анализа 6 на основании количества кодовых слов s₂, полученных с выхода счетчика кодовых слов 5, вычисляют по формуле (7) оценку порогового значения s₁. Затем в блоке анализа 6, на основании количества s кодовых слов, подсчитанных счетчиком кодовых слов 5, используя логическое выражение (6), определяют длинный или короткий каскадный код. Для выполнения указанных вычислений блок анализа 6 может быть реализован, например, на микроконтроллере. В этом случае счетчик принятых кодовых слов подключен к входному порту микроконтроллера. Сигнал с выхода формирователя временных интервалов 4 используют в качестве сигнала прерывания микроконтроллера, по которому данные из входного порта считываются во внутреннюю память микроконтроллера и инициализируется процесс вычисления по формуле (7) и логическому выражению (6). Затем сигнал длинного или короткого каскадного кода через выходные порты блока анализа 6 поступает на декодирующее устройство внешнего кода 7.

Декодирующее устройство внешнего кода 7 декодирует в соответствии с поступившим сигналом короткий или длинный внешний код, и передает декодированную информацию на выход декодирующего устройства помехоустойчивого каскадного кода переменной длины.

Предлагаемое устройство обеспечивает определение короткого или длинного каскадного кода, что увеличивает помехоустойчивость декодирования каскадного кода с переменными параметрами. Заявленное техническое решение расширяет арсенал средств данного назначения, позволяет использовать декодирующее устройство в каналах связи низкого качества.

Достигаемым техническим результатом предлагаемого декодирующего устройства помехоустойчивого каскадного кода переменной длины является повышение помехоустойчивости декодирования кода.

Декодирующее устройство помехоустойчивого каскадного кода переменной длины, содержащее буферное запоминающее устройство и устройство цикловой синхронизации, входы которых объединены и являются информационным входом устройства, выходы буферного запоминающего устройства и устройства цикловой синхронизации подключены к декодирующему устройству внутреннего кода, выход которого соединен с декодирующим устройством внешнего кода, выход которого является информационным выходом устройства, отличающееся тем, что в устройство введены формирователь временных интервалов, счетчик кодовых слов и блок анализа, при этом вход синхронизации устройства соединен с входом формирователя временных интервалов, другой вход которого соединен с выходом устройства цикловой синхронизации, выход формирователя временных интервалов связан с входами счетчика кодовых слов и блока анализа, другой вход которого соединен с выходом счетчика кодовых слов, вход которого связан с выходом декодирующего устройства внутреннего кода и выход блока анализа соединен с декодирующим устройством внешнего кода.