Устройство для моделирования канала передачи дискретной информации

к енгер СССР1982,СР1983.АНИЯ етельствР 15/20ельствоР 15/20МОДЕЛИРОКРЕТНОЙ ИН ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ОПИСАНИЕ И НОМУ СВИДЕТЕЛЬС(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯКАНАЛА ПЕРЕДАЧИ ДИ(57) Изобретение относитсяк област вычислительной техники и может быть использовано для решения задач моделирования канала передачи дискретной информации. Цель изобретения - павышение точности моделирования при не- стационарных характеристиках искажений в канале передачи дискретной нн" формации. Устройство содержит два блока памяти, два элемента И, генератор тактовых импульсов, генератор сообщений, генератор случайного кода, блок задания времени ожидания, блок генерации интервалов нестационарности, блок задания матриц переходных вероятностей, блок задания законов распределений, коммутатор и блок анализа сообщений. 6 ил,2739 ч 3 г 8 г Р Р ф г Р4 Ь ФЪ фиг 4 р фиг фФр йЬ 4 у Во Составитель В. Фукалов.Редактор С, Лисина Техред Л.Сердюкова Корректор Т, Колб изводстэенно-полиграфическое предприятие, г. Ултород, ул з 6418/47рственногообретений1 -35, Рауш Тираа 673ВНИИПИ Госудапо делам иэ3035, Москва, Ж Подписи комитет открыт кая каб1 О 15 20 25 30 35 40 45 ИэоГретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для решения задач моделирования канала передачи дискретной инФормации.Цель изобретения - повьппение точ-,ности моделирования при нестационарных характеристиках искажений в кана"ле передачи дискретной информации.На Фиг, 1 приведена блок-схемапредлагаемого устройства; на фиг, 2 "функциональная схема генератора сообщений; на фиг. 3 - Функциональнаясхема блока анализа сообщений, нафиг, 4 - функциональная схема блбказадания матриц переходных вероятностей; на фиг. 5 - функциональная схе"ма блока задания законов распределений; на фиг. 6 - функциональная схема блока генерацчи интервалов нестационарностей.Устройство содержит генератор 1сообщений, блок 2 анализа сообщенийблок 3 задания матриц переходных вероятностей, блок 4 задания законовраспределения, блок 5 генерации интерналон нестационарности, второйблок 6 памяти, блок 7 задания времени ожидания, генератор 8 случайногокода, пеРвый элемент И 9, второй элемент И 10, генератор 11 тактоных импульсов, коммутатор 12, первый блок13 памяти.Генератор 1 сообщений содержитвход 14, группу элементов И 15, элемент И 16, генератор 17 пуассононского потока импульсон, регистр 18сдвига, элементы ИЛИ 19, формирователи 20 импульсов, выходы 21,Блок 2 анализа сообщений содержитпервую 22 и вторую 23 группы элементов И, первую группу 24 счетчиков импульсов, первый 25 н второй 26 элементы ИЛИ, счетчик 27 импульсов, третью группу 28 элементов И, вторуюгруппу счетчиков 29 импульсов, группу входов 30, третий 31 и четвертый32 элементы ИЛИ, третью 33 и четвер"тую 34 группы счетчиков импульсов,Блок 3 задания матриц переходныхвероятностей содержит коммутатор 35,группу входов 36, группу узлов 37памяти, выходы 38, узел 39 памяти,выходы 40.Блок 4 задания законов распределения содержит группу однотипных узлов, каждый из которых содержит первую группу элементов И 41, группусхем 42 сравнения, входы 43, выходы44, нторую группу элементов И 45. Блок 5 генерации интервалвн нестационарности состоит иэ группы однотипных узлов, каждый иэ которых содержит первую группу элементовИ 46, группу схем 47 сравнения,вторую группу элементов И 48. Блоктакже содержит группу элементов ИЛИ 49, группу элементон И 50, вход еЕ Роо Ро;Е Е о о 1 еее ее еЕ еЕ Рл Рла РллРло 51. Блок 7 содержит группу генераторов 52 случайного сигнала и элемент ИЛИ 53,Устройстно моделирования нестационарного канала передачи цифровой информации работает следующим обраезом.Имитация поступления сообщений в виде корректирующего кода длиной и двоичных символов от ш источников сообщений осуществляется генератором 1 сообщений при поступлении импульсов на его вход от генератора 1 тактовых импульсов -через открытый элемент И 1 О. Формально нестационарная модель канала описывается н виде вероятностного автомата. На участках стационарного состояния моделью канала передачи дискретной информации также является вероятностный автомате Определяют Формально модель канала.Под состоянием ь канала при передаче сообщения Г.го потока (Г = 1,щ) понимают передачу и-разрядной кодо" вой комбинации с х ошибками. Разбивают весь отрезок сколь угодно длительного функциониронания канала на стационарные участки, длительности которых случайны. Можно выделить множества М,(х = 1, Р) участков стационарности, которые имеют одинаковую автоматную модель, описываемую с помощью матриц переходных вероятностей 1 Р;, при передаче сообщений Г-го потока. Время существования этих участков стационарности из множеств М; выражается Функцией распределения А; (1 ) для каждого значения% ) где элемент в; = Е 1 :о В регистрах узла ся элементы матрицы3 12Множество участков стационарности функционирования канала пеГедачи дискретной информации можно рассматри" вать как некоторые обобщенные состояния канала. Смена состояний описывается также автоматной моделью, заданной в виде матрицы переходных вероятностей )В; 11 Время пребывания автомата в -оисостоянии определяется функцией распределения А, (С). Матрицы (1) и (2)полностью определяют нестационарнуюмодель канала передачи дискретнойинформации. В соответствии с нестационарной моделью канала, заданнойаналитическими выражениями (1) и (2),осуществляется моделирование егофункционирования,Изменение состояний нестационарности моделируется блоком 5 генераторов интервалов нестационарности,блоком 6 памяти,и блоком 7 заданиявремени ожидания. Изменение состояний 1 канала внутри определенногоблокои 5 интервала нестационарности(состояние М 1) моделируется блоком4 задания законов распределений,коммутатором 12 и блоком 13 памяти.Синхронизация работы блоков устройства осуществляется генератором 11тактовых импульсов.В блоке 3 задания матриц переход.ных вероятностей в регистрах узлов37 памяти хранятся элементы матрицы Генератор 8 случайного кода вырабатывает код числа А, величина которого равновероятно распределена н интервале 0,Рассматривается процедура модели . ронания переходон канала иэ одного состояния нестационарности н другое, Предполагают, что н рассматриваемый такт времени истекло некоторое -ое состояние нестационарности с функцией распределения времени пребывания в нем А; (С). Тогда на х-м ныходе блока 6 памяти был потенциал, что соотнетстновало нахождению канала в -м интервале (состоянии) нестационарности со стационарным распределением ошибок в кодовых комбинациях, Как только -ое состояние нестационарности и текает, на выходе блока 7 задания времени ожидания присутствует потенциал равный нулю, Ввиду того, что в рассматриваемый такт потенциал есть на -м выходе блока 6 памяти, то открыты элементы И 46 -го узла блока 5, а также в коммутаторе 35 блока 3 открыты соответствующие элементы И. На первые входы схем 47 сравнения подаются иэ узла 39 памяти блока 3 коды вероятностей матрицыНа вторые входы схем 47 сравнения подается код А числа с выходов генератора случайного кода 8, Если число А , то на выходе схемы 471111сравнения находится потенциал, причем потенциал с выхода схемы 47 срав 11 нения с меньшим числом 1 через элементы И 48 запрещает появление потен. циалон на выходах элементов И 481 с большим значением индекса 1.Таким образом, моделируется переход канала связи в 1-ое состояние нестационарности. В этом случае потенциал находится на 1-м выходе блока 5 . генерации интервала нестационарности. Данный потенциал поступает на нход блока 6 памяти. Этим фиксируется пребывание канала в 1-ом состоянии не" стационарности со стационарным распределением ошибок в кодовых комбина" циях. Кроме того, потенциал с выхода 36 блока б памятУпоступает на вход ,1-го генератора случайного сигнала блока 7 задания времени задержки, длительность сигнала которого опре40дах узлов 451, - 45, сравнения, Поьтенциал присутствует на выходе элемента И 45 и на выходе 44 ь блока 4. Данный потенциал поступает на соответствующий вход коммутатора 12, 45проходит на выход коммутатора 12 и поступает на соответствующий вход блока 13 памяти. В последнем фикси 5 12 деляет время пребывания длительность интервала) канала связи в,)-ом ннтер 1 вале (состоянии) нестационарности. Так осуществляется моделирование переходов канала из одного )-го состояния нестационарности в другое ,1-ое состояние, Потенциал с выхода блока 1 закрывает элемент И 9, что запрещает срабатывание блока 5 на время длительности потенциала с выхода блока 7, а также открывает элемент И 10, что разрешает процесс мо" делирования изменений состояний канапа внутри определенного )-го со" стояния нестационарности. Рассматри, вается работа устройства при модели" ровании этого процесса.На каждом такте генератора 11 тактовых импульсов импульсами с его выхода через элемент И 10 по входу14 запускается генератор 1 сообщений (фиг, 3). С приходом импульса по входу 14 элементы И 15 открь 1 ваются, а элемент И 16 закрывается. На одном иэ выходов регистра 18 сдвига фиксируется на время длительности импульса по входу 14 потенциалЭлементыИЛИ 19 имеют число входов, определяемое исходя из заданных интенсивностей потоков сообщений. Пусть, например, ш = 3, и интенсивности пото"ков ы, = 5,к = 4, о= 1 (сообщенийв единицу времени). Тогда элементИЛИ 19, имеет пять входов, ИЛИ 19имеет четыре входа, ИЛИ 19 з одновходовый, а регистр 18 сдвига имеет десять разрядных выходов. Таким образом, на выходах 21 генератора 1сообщений появляются потенциалы(длительность, задаваемой формирова"телями 20)интенсивность появлениякоторых определяется заданными интенсивностями потоков. Пусть потенциал формируется на Г-ом выходе 21генератора 1, указывая на то, что вканал поступило сообшение Г-го потока, закодированное кодом длины (и)Далее рассматривается кодирование кокодом, длиной - 1, так как матрица3 Р,имеет размерность и х п; в нейучитывается пребывание канала в состоянии ноль ошибок. На фиг. 5 приведена схема для реализации матрицыразмерности (и) х (и-), Ввиду того, что канал находится в )-ом состоянии нестационарности и на еговход поступило сообщение Г-го потока, то в коммутаторе 35 блока зада 33943 Ь ния матриц переходных вероятностей3 открыты соответствующие злементыИ и коды матрицы Р, хранящиесяв регистрах узла 37 памяти блока 3,подаются на первые информационныевходы 38 блока 4,Рассматривается процесс моделирования состояний канала внутри )-гоинтервала нестационарности. Пусть вО предшествующий рассматриваемому моменту времени канал находится в И-эмсостоянии, те. на выходе 30 (И =1, ш) блока 13 памяти находитсяпотенциал, которчй подается на вход.30 второй группы блока 2 анализа сообщений и управляющий вход 30блока4, Наличие потенциала на выходе 30блока 13 памяти говорит о том, что вкоде имеется (И) ошибок. В следу 20 ющий рассматриваемый такт временигенератор 8 случайного кода генери"рует со своих выходов 43 код числаА, равномерно распределенного в интервале от нуля до единицы, Вследствие того, что в блоке 4 имеется потенциал на управляющем входе 30ето открыты элементы И 41 ь - 41, и%коды строки И матрицыР; 1 черезэлементы И 41 подаются на первыегруппы входов схем 421, - 421, срав- .нения, на вторые входы которых подается с входов 43 блока 4 код числа Агенератора 8. В соответствии с распределением (3) выбирается последующее состояние. Процедура выбора ана 35логична указанной процедуре выборасостояния нестационарности в блоке5. Пусть очередное состояние канала д-м, т.е. потенциалы имеются на выхоруется время пребывания канала в я-м состоянии. Это говорит также о том., что в передаваемой кодовой комбииации Г-го потока при 1-ом состоянии нестационарности канала зафиксировано (д) ошибок. Регистрация данныхоб искажениях осуществляется в блоке 2 анализа сообщеьий. Набор статистических данных происходит следующимобразом. Наличие потенциапа ва входе 21 блока 2 свидетельствует о том,1 12739 ка. Наличие потенциала на нходе 30 говорит о том, что н коде зафиксировано (р) ошибок, Тогда в счетчике 27 подсчитывается обшее число сообщений, н регистраторе 241 подсчитывается число сообшений -го потока. Если ошибок в коде нет, то на входе 30, блока 2 имеется потенциал, и в счетчике 29 подсчитывается общее число кодоных комбинации, принятыхч10 без ошибок. Если корректирующий код , обнаруживает (К) ошибок, то события обнаружения ошибок соответствуют наличию потенциала на входах 30 -30 блока 2, а событиям необнаружения 15 ошибок соответствует наличие потенциала на входах 30- 30 блока 2, Тогда в счетчиках 29 фиксируется общее число кодовых комбинаций с обнаруженными ошибками. В счетчиках 20 29 - общее число кодовых комбина 3ций с необнаруженными оыибками. В счетчиках 33 подсчитывается число кодовых комбинаций ь-го потока с обнаруженными ошибками, а в счетчи 25 ках 34 - число кодовых комбинацийс необнаруженными ошибками. Из по" казаний счетчиков 24, 27, 29, 31 и 34 можно рассчитать в результате мо" делирования вероятности обнаружения 30 и необнаружения ошибок при передаче кода длиной (п) по моделируемому нестационарному каналу передачи дискретной информации, т.е. результат моделирования позволяет получить Э 5 важные информационные оценки корректирующего кода для данного канала. Формула изобретения40 Устройство для моделирования канала передачи дискретной информации, содержащее генератор тактовых импульсов, генератор случайного кода, генератор сообщений, первый блок па мяти, первый элемент И, коммутатор, блок задания законов распределении,блок задания матриц переходных вероятностей и блок задания времени ожидания, блок задания законов распре делений включает группу идентичных узлов, каждый из которых содержит первую и вторую группу элементов И и группу схем сравнения, в каждом узле выходы элементов И первой группы 55 подключены к первым входам соответствующихсхем сравнения группы, выход К-й схемы сравнения, группы (К= 43 81, и - 1) соединен с К-м инверсным входом всех элементов И второй группы, ныход Р-й схемы сравнения группы (Р = 2, п 1 подключен к прямому входу Р-го элемента И второй, группы, блок задания матриц переходных вероятностей содержит уэел памяти, коммутатор и группу узлов памяти, выходы которых подключены к соответствующим информационным входам коммутатора, блок анализа сооб" щений содержит четыре элемента ИЛИ, три группы элементов И, счетчик импульсон, четыре группы счетчиков импульсов, одноименные входы первого и второго элементов ИЛИ объединены и соединены с первыми нходами одноименных элементов И первой и второй групп и счетными нходами счетчиков импульсов первой группы, выход второго элемента ИЛИ подключен к счетному входу счетчика импульсов, выход первого элемента ИЛИ подключен к первым входам элементов И третьей группы, выходы которых соединены соответственно со счетными входами счетчиков импульсов второй группы, выход третьего элемента ИЛИ подключен к вторым входам элементов И первой группы и второму входу второго элемента И третьей группы, выход четвертого элемента ИЛИ подключен к вторым входам элементов И нторой группы и второму входу третьего элемента И третьей группы, выходы элементов И первой и второй групп соединены соответственно со счетными входами счетчиков импульсон третьей и четвертой групп, блок задания времени ожидания содержит группу генераторов случайного сигнала и элемент ИЛИ, входы которого подключены соответственно к выходам генераторов случайного сигнала группы, выход генератора тактовых импульсов устройства соединен с первым входом первого эле" мента И и с входом запуска генерато"ра случайного кода, группа выходовкоторого подключена соответственнок вторым входам схем сравнения всехузлов блока задания законов распределения, выходы первой схемы сравненияи выходы элементов И второй группывсех узлов блока задания законов распределения соединены соответственнос информационными входами коммутатора устройства, выходы которого подключены соответственно к адресным9 273 входам первого блока памяти, выходы которого соединены с первыми входами элементов И первой группы соответствующего узла блока задания законов распределения, первый выход первого блока паияти подключен к второму входу первого элемента И третьей группы элеиентов И блока анализа сообщений, входы третьего и четвертого элементов ИЛИ которого соединены с соответст вующими выходами первого блока памяти устройства, выходы генератора сообщений устройства соединены соответственно с входами первого элемента ИЛИ блока анализа сообщений и управляющи. ми входами первой группы комиутвтора,блока задания матриц переходных вероятностей, выходы коммутатора которого подключены соответственно к вторым входам элементов И первой группы со- О ответствующего узла блока задания законов распределения, выход первого элемента И устройства соединен с управляющим входои коммутатора устройст" ва, а выход элемента ИЛИ блока задания времени ожидания подключен к второму входу первого элемента И устройства, о т л и ч в ю щ е е с я тем,что, с целью повьппения точности моделирования при нестационарных характе-Зо ристиках искюкений в канале передачи дискретной информации, оно дополнительно содержит второй элемент И, второй блок паияти и блок генерации интервалов нествционарности, состоящий иэ группы элементов ИЛИ, группы элементов И и группы узлов, квкдый иэ которых содержит первую и вторую группу элементов И и группу схем сравнения, причем в каждом узле выходы элеиентов И первой группы соединены с первьщи входами соответствующих схем сравнения группы, выход К-й схемы сравнения группы с К-м45инверсным, аходои всех элементов И 943 12второй группы, выход Р-й схемц сра нения группы подключен к прямому входу Р-го элемента И второй группы, выходы первых схем сравнения всех узлов подключены к соответст.вующим входам первого элемента ИЕ 1 группы блока, выходы Р-х схем срввл ния всех узлов подключены к соответ ствующни входам Р-х элементов ИЛИ группы блока, а выходы элементов ИЛИ группы соединены с первыми входами соответствующих элементов И группы блока генерации интервалов нестационарности; вторые входы элементов И группы которого подключены к выходу второго элемента И. устройства, прямой вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а инверсный вход подключен к выходу элеиента ИЛИ блока задания времени ожидания, входы запуска генераторов случайного сигнала которого подключены соответственно к управляющим входаи второй группы коммутатора блока задания матриц переходных вероятностей, вторыи входам элементов И первой группы соответствующего узла блока генерацииинтервалов нестационарности и соединены с соответствующими выходами второго блока памяти устройства, адресные входы которого подключены соответственно к выходам элементов И группы блока генерации интервалов нестационарности, вторые входы схем сравнения всех узлов которого соединены соответственно с выходами генератора случайного хода устройства, выходы узла памяти блока задания иатриц переходных вероятностей подключены к вторым входам соответствующих элементов И первой группы узлов блока генерации интерваловнестационарности, а выход первжоэлемента И устройства соединен свходом запуска генератора сообщений.гг р 8 " Р г Збм МФ ЗЬ Ме Жг Чр Щ -ау %з фФ Ж Жл