Способ оценки вероятности ошибки на бит по результатам декодирования кодовых слов

Способ оценки вероятности ошибки на бит по результатам декодирования кодовых слов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области электрорадиотехники, а именно к технике радиосвязи, и может быть использовано в системах передачи данных, использующих помехоустойчивое кодирование линейным блоковым кодом, для оценки вероятности ошибки на бит для текущего режима.

В процессе функционирования адаптивных систем передачи данных возникает задача выбора режима работы для обеспечения необходимого уровня достоверности принимаемых сообщений. Для этого необходимо производить оценку качества канала связи для текущего режима. Часто для этого используются различные тестовые или служебные сигналы. Однако это приводит к необходимости прерывать поток полезной информации, поэтому необходимо применять подходы, которые позволяют сформировать оценку и принять решение по информационному сигналу без использования тестов. Известно, что кодирование с помощью линейного блокового кода с параметрами (n, k, d) является достаточно распространенным. Именно такой вид кодирования часто используется в системах передачи данных по ненадежным каналам связи, в которых возможны ошибки. При этом возникает задача оценить качество таких каналов, то есть вероятность ошибки на бит по результатам декодирования такой кодовой конструкции.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является патент РФ на изобретение №2434334 «Способ оценки достоверности приема сигналов с многопозиционной относительной фазовой модуляцией», который принят за прототип. В способе содержится источник сообщений, кодер, модулятор, канал связи, демодулятор, декодер, получатель сообщений, блок вычисления оценки вероятности ошибки на бит, причем выход кодера соединен со входом модулятора, выход модулятора соединен со входом канала связи, выход демодулятора соединен со входом декодера. Предложенный способ не позволяет оценить вероятность ошибки на бит, если в принятом кодовом блоке количество ошибок больше исправляющей способности кода.

Целью изобретения является получение оценки вероятности ошибки на бит по информационному потоку бит, который закодирован с помощью линейного блокового помехоустойчивого кода.

Поставленная цель достигается тем, что способ оценки вероятности ошибки на бит по результатам декодирования кодовых слов состоит в том, что на передающей стороне в источнике сообщений формируют последовательность бит длиной k бит, которую необходимо передать, и с выхода передают ее на вход кодера, в котором с помощью линейного блокового кода с параметрами (n, k, d), кодируют последовательность, получая, таким образом, кодовое слово длиной n бит, подлежащее передаче, а с выхода кодовое слово передают на вход модулятора, в котором осуществляют модуляцию в соответствии с заданной схемой модуляции и получают информационный сигнал, и с выхода модулятора передают сигнал в канал связи, а с выхода канала связи передают сигнал на вход демодулятора, в котором получают принятую кодовую комбинацию, которая может содержать ошибки из-за наличия искажений в канале связи, далее с выхода передают кодовую комбинацию на вход декодера, в котором декодируют комбинацию и получают информационное слово, а также число q обнаруженных ошибок, и с первого выхода декодера передают информационное слово на вход получателя сообщений, а со второго выхода декодера передают число q, равное количеству обнаруженных декодером ошибок в полученном кодовом слове, на вход блока проверки условия, а в блоке проверки условия проверяют, равно ли полученное число q числу или нет, где - это значение количества ошибок, для которых оценивают вероятность появления, то есть вероятность ошибки на бит определяют из уравнения для заданного числа , и если оно равно, то с выхода блока проверки условия на вход блока накопления передают единицу, а если оно не равно - то передают ноль, в блоке накопления накапливают последние N полученных значений, при этом N выбирают заранее так, чтобы оценка вероятности была максимально возможно точной, далее накопленный массив с выхода передают на вход сумматора, в котором суммируют полученные значения и с выхода передают результат суммирования на вход делителя, в котором производят деление полученной величины на N, а затем результат деления с выхода передают на вход блока вычисления оценки вероятности ошибки на бит, в котором получают оценку вероятности ошибки на бит по таблице соответствия вероятности появления синдрома, равного от вероятности ошибки на бит, вычисленной заранее, получая, таким образом, искомую вероятность ошибки на бит.

Структурная схема предлагаемого способа изображена на чертеже.

Способ оценки вероятности ошибки на бит содержит источник сообщений 1, выход которого подключен ко входу кодера 2, выход которого соединен со входом модулятора 3. Выход модулятора соединен со входом канала связи 4, выход которого подключен ко входу демодулятора 5. При этом выход демодулятора 5 соединен со входом декодера 6, первый выход которого соединен со входом получателя сообщений 7, а второй выход соединен со входом блока принятия решения 8, выход которого подключен ко входу блока накопления 9. Выход блока накопления 9 при этом подключен ко входу сумматора 10, выход которого соединен со входом делителя 11. При этом выход делителя 11 соединен со входом блока вычисления оценки вероятности ошибки на бит 12.

Структура предлагаемого способа оценки вероятности ошибки на бит получена из следующих предположений.

Будем считать, что применяется линейный блоковый код с параметрами (n, k, d) и для его декодирования используется алгоритм вычисления синдрома, указывающего позиции и количество обнаруженных кодом ошибок. Тогда вероятность события, что при декодировании принятого кодового слова длиной n, декодер обнаружит ошибок, имеет вид:

,

где ρ_m - соответствующие веса кода, p - вероятность ошибки на бит, - подсчитанное количество произошедших указанных событий.

Данное выражение получено из следующих соображений. Рассмотрим вероятность события, состоящего в том, что при декодировании принятого кодового слова длиной n, код обнаружит одну ошибку. Оно произойдет, если в слове произошла действительно 1 ошибка, либо принятое слово находится на расстоянии 1 по Хэммингу от любого другого разрешенного слова. Если принятое слово находится на расстоянии 1 от ложного слова (расстояние между ложным и истинным словом при этом равно m), то это значит, что в принятом слове может быть (m+1) или (m-1) ошибка. Аналогичные выводы можно сделать и для случаев, когда произошло более 1 ошибки.

В общем случае данные вероятности не составляют полную группу событий, поскольку часть принятых кодовых слов могут находиться вне сферы Хэмминга. Поэтому данные зависимости являются справедливыми при выполнении следующего условия: , где [] - оператор вычисления целой части. Будем считать, что количество принятых кодовых слов N достаточно велико. В этом случае имеется возможность определить частости таких событий , которые будут являться несмещенными оценками соответствующих вероятностей . Таким образом, удается установить аналитическую связь между искомой вероятностью ошибки на бит и доступной для измерения оценки вероятности появления синдрома, равного . При этом не важно, какое истинное количество ошибок будет в принятых кодовых словах. Решить полученное уравнение можно любым численным методом, например методом золотого сечения. Предлагается составить таблицу соответствия значений вероятности ошибки на бит и количества синдромов определенного вида в блоке, содержащем N кодовых слов. Так, для получения решения можно использовать нулевой синдром.

Работа способа осуществляется следующим образом.

На передающей стороне в источнике сообщений 1 формируют последовательность бит длиной k бит, которую необходимо передать, и с выхода передают ее на вход кодера 2, в котором с помощью линейного блокового кода с параметрами (n, k, d) кодируют последовательность, получая, таким образом, кодовое слово длиной n бит, подлежащее передаче, а с выхода кодовое слово передают на вход модулятора 3, в котором осуществляют модуляцию в соответствии с заданной схемой модуляции и получают информационный сигнал, и с выхода модулятора 3 передают сигнал в канал связи 4, а с выхода канала связи 4 передают сигнал на вход демодулятора 5, в котором получают принятую кодовую комбинацию, которая может содержать ошибки из-за наличия искажений в канале связи, далее с выхода передают кодовую комбинацию на вход декодера 6, в котором декодируют комбинацию и получают информационное слово, а также число q обнаруженных ошибок, и с первого выхода декодера 6 передают информационное слово на вход получателя сообщений 7, а со второго выхода декодера 6 передают число q, равное количеству обнаруженных декодером ошибок в полученном кодовом слове, на вход блока проверки условия 8, а в блоке проверки условия 8 проверяют, равно ли полученное число q числу или нет, где - это значение количества ошибок, для которых оценивают вероятность появления, то есть вероятность ошибки на бит определяют из уравнения для заданного числа , и если оно равно, то с выхода блока проверки условия 8 на вход блока накопления 9 передают единицу, а если оно не равно - то передают ноль, в блоке накопления 9 накапливают последние N полученных значений, при этом N выбирают заранее так, чтобы оценка вероятности была максимально возможно точной, далее накопленный массив с выхода передают на вход сумматора 10, в котором суммируют полученные значения и с выхода передают результат суммирования на вход делителя 11, в котором производят деление полученной величины на N, а затем результат деления с выхода передают на вход блока вычисления оценки вероятности ошибки на бит 12, в котором получают оценку вероятности ошибки на бит по таблице соответствия вероятности появления синдрома, равного от вероятности ошибки на бит, вычисленной заранее, получая, таким образом, искомую вероятность ошибки на бит.

Отличительной особенностью описанного способа является возможность оценивать вероятность ошибки на бит по кодированному потоку бит без введения избыточности и вне зависимости от количества ошибок в кодовых словах. Наличие такого способа позволяет отказаться от применения тестовых сигналов для оценки качества канала связи в режиме использования помехоустойчивого кодирования, что приводит к повышению скорости передачи данных.

Предлагаемый способ обеспечивает получение оценки вероятности ошибки на бит для текущего режима при использовании кодирования с помощью линейного блокового кода с параметрами (n, k, d) вне зависимости от количества ошибок, содержащихся в принятых кодовых словах, а также не зависит от вида применяемой модуляции.

Способ оценки вероятности ошибки на бит по результатам декодирования кодовых слов, содержащий источник сообщений, кодер, модулятор, канал связи, демодулятор, декодер, получатель сообщений, блок вычисления оценки вероятности ошибки на бит, причем выход кодера соединен со входом модулятора, выход модулятора соединен со входом канала связи, выход демодулятора соединен со входом декодера, отличающийся тем, что введены блок проверки условия, вход которого подключен ко второму выходу декодера, а выход соединен с входом блока накопления, выход которого подключен ко входу сумматора, выход которого соединен со входом делителя, при этом выход делителя подключен ко входу блока вычисления оценки вероятности ошибки на бит, при этом выход источника сообщений соединен со входом кодера, а выход канала связи соединен со входом демодулятора, первый выход декодера соединен со входом получателя сообщений, при этом на передающей стороне в источнике сообщений формируют последовательность бит длиной k бит, которую необходимо передать, и с выхода передают ее на вход кодера, в котором с помощью линейного блокового кода с параметрами (n, k, d) кодируют последовательность, получая, таким образом, кодовое слово длиной n бит, подлежащее передаче, а с выхода кодовое слово передают на вход модулятора, в котором осуществляют модуляцию в соответствии с заданной схемой модуляции и получают информационный сигнал, и с выхода модулятора передают сигнал в канал связи, а с выхода канала связи передают сигнал на вход демодулятора, в котором получают принятую кодовую комбинацию, которая может содержать ошибки из-за наличия искажений в канале связи, далее с выхода передают кодовую комбинацию на вход декодера, в котором декодируют комбинацию и получают информационное слово, а также число q обнаруженных ошибок, и с первого выхода декодера передают информационное слово на вход получателя сообщений, а со второго выхода декодера передают число q, равное количеству обнаруженных декодером ошибок в полученном кодовом слове, на вход блока проверки условия, а в блоке проверки условия проверяют, равно ли полученное число q числу l или нет, где l - это значение количества ошибок, для которых оценивают вероятность появления, то есть вероятность ошибки на бит определяют из уравнения для заданного числа l, и если оно равно, то с выхода блока проверки условия на вход блока накопления передают единицу, а если оно не равно - то передают ноль, в блоке накопления накапливают последние N полученных значений, при этом N выбирают заранее так, чтобы оценка вероятности была максимально возможно точной, далее накопленный массив с выхода передают на вход сумматора, в котором суммируют полученные значения и с выхода передают результат суммирования на вход делителя, в котором производят деление полученной величины на N, а затем результат деления с выхода передают на вход блока вычисления оценки вероятности ошибки на бит, в котором получают оценку вероятности ошибки на бит по таблице соответствия вероятности появления синдрома, равного l от вероятности ошибки на бит, вычисленной заранее, получая, таким образом, искомую вероятность ошибки на бит.