Пороговый декодер сверточного кода

;гера. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ Н АВТОРСНОМУ СВИ ское свидетельство СС Н 04 Ь 1/10, 1978ое свидетельство СССР Н 04 1 1/10, 1978(54)(57) ПОРОГОВЫЙ ДЕКОДЕР СВЕРТОЧНОГО КОДА, содержащий объединенные повходу кодер и корректор ошибок,а также анализатор синдрома, выходы которого через пороговый элемент и блокзапрета коррекции подключены к входам корректора шибок и анализаторасиндрома,о т л и ч а ю щ и й с ятем,что,с целью повышения помехоустойчивости, в него введены формировательсиндромной последовательности, муль-типлексор;блок совпадения,пороговыйсчетчик, формирователь временного интервалаЯ-триггер, блок формированиятактовых импульсов,.К -1 группа, каждая состоящая из последовательнос.оединенных пороговвга элемента и ЯО 107865 блока запрета коррекции, при этом выход кодера подключен через форми- рователь синдромной .последовательности, к второму входу которого подключен проверочный выход дискретного канала,к соответствующему входу анализатора синдрома соответствующие вы 1ходы которого подключены к входам (-1 пороговых элементов, а выходы К -1 блоков запрета коррекции подключены к соответствующим входам корректора ошибок и анализатора синдрома, причем выходы К пороговых элементов подключены к первым входам мультиплексора, к вторым входам которого и к тактовым входам блока совпадения и формирователя временного интервала подключе- щ ны выходы блока формирования тактовых импульсов, выход мультиплексора подключен к первому входу блока совпадения, выход которогб через пора-говый счетчик подключен к С -входу Я- триггера, к к -входу которого, вто рым входам порогового счетчика и фор мирователя временного интервала под- аввы ключен выход форьярователя временна-го интервала, а выход 2 -триггера под чему входу блока совпа- аДвходам К, - блоков зап- Я)и к Я -входу 2 -триг- СлИзобретение относится к электросвязи и может использоваться для повышения достоверности в системахсвязи при передаче данных, цифровыхсигналон радиовещания и телевиденияприкодировании и декодировании их 5сверточными кодами.Известен кодек сверточного кода,содержащий на передающей стороневходные и выходные полусумМаторы,синхрогенератор передачи и кодер, а 1 Она приемной стороне - формировательсигнала синдрома, приемник синхросигнала, синхрогенератор приема, корректор ошибок,К входных и и - 1 выходных полусумматоров, гдеЙ -числоинформационных ветвей, ь - общеечисло ветвей сверточного кода 1 1,Недостаток укаэанного кодеканизкая помехоустойчивость из-за эффекта размножения ошибок декодерам,Наиболее близким к предлагаемомуявляется пороговый декодер сверточного кода, содержащий объединенныепо входу кодер и корректор ошибок,а также анализатор синдрома, выходыкоторого через пороговый элемент иблок запрета коррекции подключены квходам корректора ошибок и анализатора синдрома 2 3,Недостатком известного пороговогодекодера является наличие эффектаразмножения ошибок, что снижает помехоустойчивость, так как если в случае появления одной ошибки в информационной последовательности производится коррекция в кодере (исправле ние ошибки) и коррекция н анализаторе синдрома АС (очищение регистрасдвига синдрома от размножения ошибки), то при появлении трех ошибок, изкоторых одна информационная, производится коррекция ошибочного символа, а коррекция регистра сдвига АСне производится, т,е. очищения регистра сдвига АС не происходит, следовательно,декодер способен к размно жению. ошибок, По этой же причине декодер способен к размножению ошибокпри поступлении четырех ошибок.При возникновении в канале связидлительных пакетов ошибок мультиплексору (обнаружителю пакетов ошибок ) потребуется дополнительно не менее ъ/2тактов (ьт-длина регистра сдвига РС.и АС и определяется максимальной сте"пенью образующих многочленов) дляобнаружения ошибок, так как информация об ошибках с выхода РС АС навход мультиплексора(обнаружителя пакетов ошибок) поступает в последовательном коде и тем самым увеличивается вероятность пропуска ошибок и 60уменьшение помехоустойчивости декодера. Известный пороговый декодерреализуют для низкочастотных свврточных кодов со скоростью кодаЙ: 1/и, п)2 3 65 Цель изобретения - повышение помехоустойчивости за счет устраненияэффекта размножения ошибок,Указанная цель достигается тем,что пороговый декодер сверточногокода, содержащий объединенные повходу кодер и корректор ошибок, атакже анализатор синдрома, выходыкоторого через пороговый элемент иблок запрета коррекции подключены квходам корректора ошибок и анализатора синдрома, введены формировательсиндромной последовательности, мультиплексор, блок совпадения, пороговый счетчик, формиронатель временного интервала,1) -триггер, блок формирования тактовых импульсов, К группа, каждая состоящая из последовательно соединенных пороговогоэлемента и блока запрета коррекции,при этом выход кодера подключенчерез формирователь синдромной последовательности, к второму входукоторого подключен проверочный выходдискретного канала, к соответствующему входу анализатора сйндрома, соответствующие выходы которого подключены к входам Кпороговых элементов, а выходы Кблоков запрета1 коррекции подключены к соответствующим входам корректора ошибок ианализатора синдрома, причем выходыК пороговых элементов подключены кперным входам мультиплексора, к вторым входам которого и к тактовымвходам блока совпадения и формирователя временного интернала подключены выходы блока формирования тактовых импульсов, выход мультиплексораподключен к первому вхоцу блока совпадения, выход которого через пороговый счетчик подключен к С-входуП- триггера, к Р -входу которого,вторым входам порогового счетчика иформирователя временного интервалаподключен выход формиронателя временного интервала, а выход Д -триггераподключен к третьему входу блокасовпадения, к вторым входам К блоковзапрета коррекции и к 1) -входу 1) -триггера.На чертеже приведена структурнаясхема предлагаемого порогового декодера,Пороговый декодер снерточного кода содержит кодер 1, формирователь 2синдрома, анализатор 3 синдрома, Кпороговых элементов 4, К блоков 5запрета коррекции, корректор 6 ошибок, мультиплексор 7, блок 8 формирования тактовых импульсов блок 9совпадения, пороговый счетчик 10,формирователь 11 временного интервала, 0 -триггер 12,Кодер 1 по принятым информационным символам формирует символы проверочной последовательности. В качестве кодера 1 используется регистрсдвига РС со встроенными сумматора.ми по модулю два Длина РС определяется максимальной степенью порождающих полиномав й ,- 1, 2, 3.,Ксверточного кода со скоростьюо- , п =Ко+1, а число сумматоров памодулю два равно (7 КО - 1), при этомвыходной сумматор многоходовой ( ивходов),оФормирователь 2 синдрома служитдля формирования синдромнай последовательности иэ принятой проверочнойпоследовательности и проверочнойпоследовательности, сформированнойна приемной стороне, В качестве формирователя 2 синдрома используется 15сумматор по модулю два.Анализатор 3 синдрома предназначен для обнаружения и исправленияошибок в информационных символах и,представляет собой РС с обратными 2 Освязями и с встроенными сумматорамипо модулю два, Принципиальная электрическая схема анализатора 3 синдрома полностью опред(еляется порождающими полиномами 6 ), ) =1,2,3,К,Пороговые элементы 4 предназначены для принятия решения о достоверности принятых информационных символов, Связи пороговых элементов (ПЭ)с ячейками памяти РС анализатора 3синдрома определяются соответствующими порождающими полиномами С),:1 г 2 гс КоПри числе ортогональных проверок7:4 порог устанавливается равнымТ 3,3. Следовательно, алгоритм работыПЭ следующий: при поступлении навход ПЭ трех или четырех ненулевыхсимволов (при 7:4 и Т)3 таких комбинаций пять: 1-1110, 2-1101, 3-1011,404-0111, 5-1111) с соответствующихячеек памяти РС анализатора синдрома принимается решение об исправлении информационного символа, С выхода ПЭ на корректор ошибок поступает 45логическая единица, а во всех остальных случаях коррекция символа непроизводится.Блок 5 запрета коррекции предназначен для запрета поступления коррекОции с выхода соответствующего ПЭ накорректор ошибок при возникновениив канале связи ошибок, превосходящихкорректирующую способность сверточного кода. 55Корректор 6 ошибок представляет собой совокупность последовательных РС, число которых определяется скоростью кода, т.е. Й:Ко /по, Длина РС, т.е. количество разрядов или 60 ячеек памяти, определяется максимальио степенью порождающих полиномов Ь , ): 1,2, , КО. РС заканчива" й)ется сумматором по модулю два, на один вход которого поступают симво лы соответствующей инФормационнойпоследовательности, а на второй входсимволы коррекции,Мультиплексор 7 предназначен дляпреобразования у:1, 2. , К входных параллельных потоков в адинпоследовательный поток, Скорость передачи выходного потока в К раз больше скорости передачи входного потока.Блок 8 Формирования тактовых импульсов предназначен для формирования тактовых импульсов, необходимыхдля функционирования декодера и являющихся самостоятельным устройствомдекодера,Блок 9 совпадения предназначендля стробиравания выходной информации мультиплексора при записи ее впороговый счетчик 10 и блокировкивходной информации порогового счетчика при превышении порога. Страбирование информации осуществляетсятактовой частотой с выхода блока 8Формирования тактовых частот, а блокировка - выходным импульсом Ь -триггера 12,. Пороговый счетчик 10 предназначендля блокировки выходов ПЭ 4 при возникновении в канале связи ошибок,превышающих корректирующую способ-ность сверточного кода, Пороговыйсчетчик состоит иэ собственно счетчика и дешифратора, Порог выбирается равным П); д -минимальноекодовое расстояние свертачного кода.При превышении порога с выхода дешифратора на вход 3 -триггера 12 поступает импульс, переводящий Р -триггер в положение, когда с его инверсного выхода снимается логическийнольТриггер остается в таком положении до поступления на Й-.вход импульса с выхода дешифратора Формирователя 11 временного интервала, Коэффициент счета выбирается равным2Формирователь 11 временного интервала служит для установления временного интервала анализа информации,поступающей на вход порогового счетчика 10, и формирования импульсов,следующих с периодом, равным интервалу анализа. В качестве формирователя временного интервала анализакода используется счетчик с коэффи"циентом счета равным (щ +1), т,е.К ц (п +1), п -наивысшая степеньпорождающих полинамав О( ,:1,2КоФормирователь 11 временного интервала анализа состоит из собственно счетчика и дешифратора.Р -триггер 12 предназначен для формирования импульса запрета коррек" ции принятой информации при возникновении в канале связи сшибок, прв 107 8654вышающих исправляющую способностьсверточного кода.Рассмотрим принцип работы порогового декодера на примере сверточногокода со скоростью кода Р:1 /и =Фз;о3:4; д:3+1:4+1:5, т,е кратностьюисправляемых ошибок 6: = (-:2 на2длине кодового расстояния ПА =(оп+1)аоо:(26+1). 5:135, т - максимальнаястепень порождающих полиномов ОВ),) =1,2,34. 10Принятые символы К:4 информационных подпотоков одновременно поступают на входы соответствующих РС,корректора 6 ошибок и на соответствующие входы кодера 1. В кодере 1 15из принятых информационных символовформируются символы проверочной последовательности, которые поступаютна один из входов формирователя 2синдрома, на второй вход которого с 20выхода дискретного канала связи поступают символы принятой проверочной последовательности, Производится формирование символов синдромнойпоследовательности, структура которой зависит от типа ошибок как винформационных, так и проверочныхсимволах,Символы синдромной последовательности поступают на вход анализатора 3 синдрома, производится заполнение символами РС анализатора синдрома в течение в:26 тактов,На в+1 такте производится анализ пороговыми элементами структурысиндромной последовательности ипринятие решения о достоверностипервого блока из К:4 информационныхсимволов, Решение о достоверностидекодирования: если на вход ПЭ с ).Санализатора 3 синдрома поступит ненулевых символов больше установленного порога, т,е, более Т:3, топринимается решение, что информационный символ принят ошибочным и свыхода ПЭ одновременно на корректор 456 ошибок и на ссответствующие сумматоры по модулю два РС анализатора 3синдрома поступает импульс коррекции (логическая единица) .Предположим, что в принятой инфор мации два ошибочных символа (пустьбудут в первом и третьем информационных подпотоках), т,е. число ошбокне превышает корректирующей способности кода. 55В соответствии с алгоритмом порогового д .кодирования с выхода первого и третьего пороговых элементов 4 импульсы коррекции (логическая единица) одновременно поступают на один 60 из входов первого и третьего блоков 5 запрета коррекции и на входы мультиплексора 7. С выходов второго и четвертого пороговых элементов 4 на входы соответствующих блоков 5 65 запрета коррекции и на входы мультийлексора 7 поступают логические нулиВ мультиплексоре 7 производитсяобъединение параллельных потоков впоследовательный поток, Скорость выходного последовательного потока вХ:4 раз больше скорости входных по"токов и тем самым достигается согласование работы порогового счетчика10 и пороговых элементов 4,Через блок Ъ совпадения, который,стробируется частотой равной К-импульсы с выходов пороговых элементов 4 поступают на вход пороговогосчетчика 10, который также тактируется частотой КЕ , В связи с тем,что на длине кодового ограничениячисло ошибок, превышающих корректирующую способность кода, может встречаться в любом месте, коэффициентсчета выбирается равным К счв,2т,е, максимальной степени образующего полинома, Порог дешифратораустанавливается равным трем, но установка в нулевое состояние производится формирователем временногоинтервала анализа, С выхода дешифратора порогового счетчика 10 на тактируемый вход С Э -триггера 12 поступает логический ноль и с выходаЭ-триггера 12 на вторые входы блоков 5 запрета коррекции логическаяединица, импульсы коррекции поступятодновременно на корректор 6 ошибоки на соответствующие входы сумматоров по модулю два РС анализатора 3синдрома,Производится одновременно коррекция ошибочных символов в первом ив третьем информационных подпотокахи коррекция символов синдромной пос.-,ледовательности,Предположим, что на этой же длине,кодового Ограничения А ошибочнымпринят еще один информационный символ (например, во втором информационном подпотоке). В зависимости отструктуры синдромной последовательности в РС анализаторе 3 синдромаошибочно сработают один или болеепороговых элементов 4, При этом будет достигнут или превышен порогсрабатывания дешифратора пороговогосчетчика 10, С выхода дешифраторана вход С 3 -триггера 12 поступитлогическая единица, которая перебрасывает триггер во второе состояние.С инверсного выхода 3 -триггера 12поступает логический ноль одновременно на вход 3 -триггера 12 и блокирует его в этом состоянии, на входблока 9 совпадения и блокирует. входпорогового счетчика 10, на входы блоков 5 запрета коррекции и блокируетпрохождение импульса коррекции свыходов пороговых элементов 4 накорректор 6 ошибок и на входы сумматоров цо модулю два РС аналиэато.ра 3 синдрома, За время блокировкипроисходит также полная или частич-.ная смена (перезапись) синдромнойпоследовательности в РС анализатора 3 синдрома, умен ьшает ся тем с амым 5вероятность размножения ошибок, Таким образом, не происходит ошибочнойкоррекции информационных символов исимволов синдромной последовательности, исключая тем самым возможность 1 Ораспространения ошибок на выходе декодера и обеспечивая реализацию корректирующей способности сверточногокода. В результате повышается помехоустойчивость порогового декодиро- )5вани я,По окончании времени анализа,которое задается формирователем 11временного интервала анализа, входным импульсрм дешифратора пороговыйсчетчик 10 и Э -триггер 12 устанавливаются в первоначальное состояние(установка в ноль). С выхода Я -триггера 12 на вхбд блока 9 совпадения,на входы блоков 5 запрета коррекциии на вход В 3-триггера поступаетлогическая единица и производитсяразблокировка данных устройств.Предположим, что в принятой информации ошибочным являются три (пакет иэ трех ошибок) информационныхсимвола.В соответствии со структурой синдромной последовательности, записанной в РС анализатора 3 синдрома, пороговыми элементами 4 принимается 35решение о достоверности принятыхинформационных символов и символовсиндромной последовательности, т,е,к размножению ошибок, Однако размножения ошибок не происходит, так как 40при поступлении на вход пороговогосчетчика 10 импульсов коррекции превышен порог (число ненулевых символов более Т:3). С выхода дешифратора порогового счетчика 10 на вход С 45Э-триггера 12 поступит высокий уровень (логический ноль) и блокируетпрохождение импульсов коррекции свыходов пороговых элементов 4 на корректор б ошибок и на входы соответствующих сумматоров по модулю дваРС анализатора 3 синдрома. Такимобразом, исключается ошибочнаякоррекция информационных символови символов синдромной последовательности и, следовательно, исключается эффект размножения ошибок,На выход декодера посгунаст толькопакет ошибок из трех с:имвог 1 ов. Одно.временно блокируется вход блока 9совпадения, Длительность блокировкивходов блоков 5 запрета коррекции нблока 9 совпадения определяется работой формирователя временного ин -тервала анализа 11. По окончаниивремени анализа (К ц, формирователявременного интервала анализа равен1 +1 такт) пороговый счетчик 10и В -триггер 12 устанавливаются впервоначальное (нулевое) состояние.За время блокировки, как указы -валось выше производится частичнаяили полная перезапись синдромнойпоследовательности в РС анализатора3 синдрома, что также приводит куменьшению вероятности ошибочногоцекодирования.Аналогичным образом устраняетсяошибочное цекодирование и размножение ошибок при возникновении в канале связи больших пакетов ошибок,значительно превосходящих корректирующую способность сверточного кодаТаким образом, блокировка импульсов коррекции с выходов пороговыхэлементов 4 при возникновении в канале связи ошибок, превосходящих корректирующую способность сверточногокода, т.е, Ь )Э/2 (где Ь -величинапакета ошибок, 3/2: 1 рш - кратность гарантированно исправляемыхошибок), исключает ошибочную коррекцию информационнных символов и символов синдромной последовательностии тем самым исключается эффект размножения ошибок и реализация корректирующей способности сверточногокода. Кроме того, блокировка соответствующих входов сумматоров по модулю два РС анализатора 3 синдромапозволяет произвести частичную илиполную смену символов синдромнойпоследовательности РС анализатора 3синдрома и уменьшить тем самым вероятность ошибочного декодированияи размножения ошибок, в результатечего повышается помехоустойчивостьили корректирующая способность .порогового декодирования,Исследования корректирующей способности сверточного кода на лабораторном макете подтверждают то, чторазмножение ошибок практическиустранено, Энергетический выигрышкодирования - декодирования равняется 3 дБ.1078654 Составитель С, Осмоловский вятковская Техред Ж.Кастелевич КорректорЗимедакт Закаэ 987/54 Тираж ВНИИПИ Государст по делам изобр 113035 р Москва, Ж35 Поденного комитета СССРтений и открытий5, Раушская наб., д, 4