Устройство для декодирования сообщений, передаваемых дискретными частотными сигналами

СО 1 ОЗ ГОНЕ ГСКИХСОЦИЛЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 263 г)5 Н 03 М 13/ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ М,Марков, В.М,Ли ,Радченко ) ы связи с шумопРадио и связ ство СС 8, 1978,(54) УСТРОИСТВО ДЛЯ Д СООБЩЕНИЙ, ПЕРЕДА РЕ 1 НЫМИ ЧАСТОТНЫМ (57) Изобретение относи ЕКОДИРОВАНИЯВАЕМЫХ ДИСКИ СИГНАЛАМИся к вычислительг. ОГУДЛРСТНЕННЫИ КОМИТЕТО ИЗОЬРЕ 1 ЕНИЯЛ 1 И 01 КРЫТИЯМРИ ГКНТ ГССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(56) Варакин Л.Е, Системдобными сигналами. -1985,Авторское свидетельй. 726665, кл. Н 03 М 5/О ной технике и технике связи. Его использование в системах передачи информации позволяет повысить помехоустойчивость и упростить процесс цикловой синхронизации. Устройство содержит преобразователи 1 последовательного кода в параллельный, элемент ИЛИ 2, формирователь 3 тактовых импульсов и блок 10 выделения максимума. Благодаря введению блока 4 коммутации, сумматоров 5, делителя б частоты, блоков 7 сравнения, блоков 8 буферной памяти, элемент 9 задержки и коммутатора 11 в гстройстве обеспечивается декодирование, а начальный такт декодируемой нукать выбирается по максимуму признаков этой буквы на всех возможных тактах. 3 ил.Изобретение относится к вычислительнои технике и технике связи и может бытьиспользовано в системах передачи информации,Цель изобретения - повышение помехоустойчивости и упрощение процесса цикловой синхронизации,На фиг 1 приведена блок-схема устройства, на фиг. 2 показан вид частотно-временной матрицы; фиг, 3 иллюстрируетспособ коммутации в блоке соединений.Устройство содержит преобразователи1 последовательного кода в параллельный,элемент ИЛИ 2, формирователь 3 тактовыхимпульсов, блок 4 коммутации, сумматоры5, делитель 6 частоты, блоки 7 сравнения,блоки 8 буферной памяти, элемент 9 задержки, блок 10 выделения максимума и коммутатор 11, На фиг. 1 обозначены входы 12 ив ы ходы 13.Преобразователи 1 последовательногокода в параллельный являются регистрамиСДВИГд.Блоки 8 буферной памяти могут былгьвыполнены на К-разрядных регистрах,где Кдлина кодового слова,В основе работы устройства лежит следующее.Устройство предназначено для декодирования сообщений, передаваемых дискретными частотными (ДЧ) сигналамиПодобные сигналы передаются с помощьючастотно-временных частиц (ЧВМ) Гуть передачи сигналов частотно-временными матрицами в следующем.Частотно-временная область делитсяна полосы шириной Л 1 по оси частот и Лтпо оси времени (фиг 2). Образование сигнала состоит в выборе определенного числаотдельных элементов, расположенных вразличных частях области, При представлении в двоичном виде заштрихованные элементы являются единицами, а пустыенулями. Количество частотных полос и равное ему количество временных тактов назовем размером ЧВМ и обозначим его Л 1.На практике наибольшее распространение получили ДЧ-сигналы первого порядка,т е обладающие только одним частотнымэлементом во временной полосе, У такихДЧ-сигналон разрешение ЧВМ имеют одинаковый вес, 1.е. одинаковое количествоедИниц.Поскольку количество разрешенныхЧВМ достаточно мало (например, при размере ЧВМ М3 можно построить только 3ЧЕМ, не имеющих ни одного общего элемента), то кодирование минимального элемента сообщения (буквы) производитсясочетанием из 5 матриц. Величина 5 Опре10 15 20 25 30 35 40 50 55 деляется количеством букв в длфдните кодз,количеством, а знаци, и рдзлером рззре. шенных ЧВМ и требованиями к помехоустойчивости кода Обычно число В букв алфавита сравнительно невелико соотнетстненно мало и количество матриц н букве, Таким образом, при использовании ДЧ-сигндлов имеется два уровня кодирования: букВа кодируется последовательностью иэ Я матриц, каждая иэ которых в свою очередь кодируется последовательностью двоичных символов.Поскольку кодирование сообщения производится на двух уровнях. то декодер можно построить по-рдзному В первом случае декодер по существу состои 1 из двух декодеров. Во внутреннем декодере анализируется последовательность двоичных гимнолон, гоотне 1 с 1 нующдя ЧГМ. Восстд нонленндя ВО Внутреннем декодеос пОГледондтепьность из 5 гп-ичных символов (гп число разрешающих 1 ВМ), поступает Во Внешний декодер где декодируется 1,е, преобразуется в букву 1 способ каскадного декодирования)ВО Втором случае дндлизируетгя целиком отрезок, соответствующий элементарному сообщению, и по Всей гонокупности признаков принимдетгя решение О том кдкдя буква была передана сппгоб декод ро- НДНИЯ В ЦЕЛОМ).Каскадное декодирование не может быть оптимальным методом декодиронд ния, если кодирование произведено г, избыточностью, даже когдд внешний и ннутрг.нний декодеры Оптимальны по какому-либо критерию После тоО кдк гп ич ый кодовый ГимВОп Выбран ВО Внутреннем дГ- кодере, его апосгериопные вероятности н ддпьнейшем процессе принятия решения НЕ УчЯСтВУЮт, И НО ВНЕШНИЙ ДЕКОДЕР ВВОДИТСЯ отОНОЕ РЕШЕНИЕ О КОДОВОМ СИМВОЛЕ. Только В случае кодирования без избыточности, когда Все последовательности кодовых символов являются допустимыми и априорно рдвнонероятными, последовательность наиболее вероятных (в апостериОрном гмысле) символов обрдзует наиболее вероятную кодовую комбинацию, и следовательно, только н этом случае потери информации при каскадном декодировании не происходит. В случае же декодирования в целовал может использондтьгя нся информация, содержащаяся Г, принятом сигнале за исключе ием дпостсп Орной ве 1 кчтности Выделг;нного демодулятог 1 ол двоичного сигл нонаПоскольку при использовании ДЧ-сиг ндлон количесгно букв длфднитд и количест- НО дВОИВНЬХ СИЛ 1 НОПОН В буКНаХ дОСтатОЧНОС)Е(Ч,Х) .,) (Ч-Х 1), Г= 1В, (1) где ч 1- имвол принятой комбинации ч; 1 т символ буквы алфавита хт; Ь т лиество букв в алфавите сообще ния. и - количество двоичных символов в букве,минимально, и обьявляет, что было передано сообщение х,Декодер минимального евклидовпго расстояния удобно редлизовать с помощью следующего условия, когда реш 1 ние о передаче буквы х принимается, если для всех ц:вы пол няется 12) гд. Ч размерость ",Б,"Л,5 - количество матриц д бу ,.1С, . 1, если .илзол цриня 1:и комдции в 1)1-и позиции совпадает с силвелелв 1 ц)1-и позиции буквы х,1,)С 11 О в т го т ивоцолож с л слу деБ случае, егли вес букв длфдв,тд :ообщения пос:тоянен что справедливо, ппскольку используются именно такиесигналы, то услове (2) с;тдновится избьточным. При погтоянном весе (одинаковом количестве единиц) букв алфавита условие (2)можно заменить условием У Е )Е(")(3) де с) вес (количество единиц) ь букве алфавита1Е = 1 при наличии ситлволд единицы в )-и позиции принятой котлбинацииде у пук. вы х, дОлжна находиться еди ица,Е, ") - О - в противоположном слу ае Таким образом, декодер производит суммирование ситлволов в позициях приняои комбинации, соответствующих позицилалы, имеется возможность построить декодер. Оптимальны 1 по критерию макси. мдльноо правдоподобия. Если шум в кандле предполагается гауссовским, то декодер максимального правдоподобия идентичен декодеру минимального евклидова расстояния. Этот декодер находит значение г при котором евклидово расстояниеям единиц для каждой буквы, д затем выбирает максимальную из этих сумм.Деодеры, в которых реализованы про.верки по условиям (2) и (3), будут принимать 5 одинаковые решения Э 1 о ясно иэ следующих соображений,Двоичные символы совпадающие убукв х, и х, не оказывают влияния на принятое решение, так как они дают одинако О выи вклад в суммы в правых и левых частяхнеравенств, независимо от того, искажены они или нет. Пусть у букв х, и хс не совпадают с)символов, Поскольку вес у букв одинаков, то у буквы х, не совпадает с буквой х 4 15 с),/2 единиц и д,/2 нулей, Если при передаче буквы х будет искажено 11 единиц и 1 о нулей, то условие (2) примет вид с)н - 1 - 11 111 (4)2 О Условие (3) в,том же случае примет вид с)11)о(5) Неравенство (4) после элементарныхпреобразований принимает вид (5), а это значит, что декодеры идентичны.Таким образом декодер для сообще О ний, переддваел;ых с цолоцью Д 1 сигналп построенныи цп причципу декодирования в це;ол и принимающий ресг.: о передатой или иной буквь по угловию (3) являетг.я оптлдльнытл по кри 3 с, терию максимального правдоподобия.Прежде чем декодировать букву, необходимо установить цик оную синхронизацию (синхронизацию по букве), т.е, опр.делить начальный такт буквы из К = ЯхМ 4 О возможных тактов (К - количество тактов вбукве). Алфавит гоцбцения строится так, что 1 эы любая комбинация на стыке двух букв итлелд как можно больше отличий от любой рдзрешеннои комбинд 1 ии.Поэтому буква, декодированная при истиннои начальной фазе цикла(буквы), будет иметь значительно больше признаков, чем буквд, декодированная при неверно установленной начдльнои фазе. Следовательно, следует принимать решение о передаче той иэ К декодировднных на К возможных тактах букв, у которои количество признаковб;, т ма с илэльноУстройство работает следующим обра зомНд входы 12 поступают двоичные последовательности разнесенные во времени и по М каналам, Кдждолу каналу соответствует один иэ входов 12. Эти последовательности поступают нд входь преобразователей1 и через элемент ИЛИ 2 - на вход формирователя 3. С приходом импульсов на входы 12 формирователь 3 начинает вырабатывать тактовые импульсы с фазой, соответствующей фазе приходящих информационных символов, Тактовые импульсы поступают на синхрониэирующие входы преобразователей 1 и производят в них последовательные сдвиги двоичной последовательности, поступающей на их информационные входы Состояние каждого преобразователя 1 оп. ределяется символами, поступающими по соответствующему частотному каналу. Состояние матрицы, отражающей состояние буквы и записанной в преобразователях 1,1 - 1 й) длины К, на каждом такте при помощи блока 4 отображается на сумматорах 5, Блок 4 коммутации работает следующим образом (фиг, 3),Пусть буквы В 1 и В 2 передаются по двум каналам, имеют длину 4 такта и представляют собой совокупность двоичных цифр (фиг, За). Блок 4 коммутации (фиг, 3 б) осуществляет подключение тех разрядов, е которых для данной буквы должна быть единица, к сумматору 5 этой буквы, Например, если для буквы В 1 в первом канале на нто ром и четвертом тактах должны быть единицы, то в блоке 4 именно эти разряды заведены на сумматор 5.1 буквы В 1. Если же на входы блока 4 коммутации подать двоичную последовательность, характерную для буквы В 2 (наличие единиц на перном и третьем тактах), то характерные для буквы В 2 признаки поступают уже а сумматор 5 2Таким образом блок 4 вместе с сум маторами 5 позволяет на каждом такте получать информацию о том, какое количество признаков соответствует тои или иной букве.В принятой комбинации двоичных символов количество В используемых сумматоров 5 равно количеству В букв н алфавите сообщения, Каждый сумматор 5 соответствует одной определенной букве и показывает на каждом такзе, сколько единиц имеет двоичная последовательность в позициях, где у той буквы, которои соответствует данный сумматор 5, должны быть единицы.Блоки 7 сравнения имеют по деа входа.На первые входы каждого блока 7 посзупет информация с выхода соответствующего сумматора 5, на вторые - информация с . выходов соответствующего блока 8 буферной памяти. Блоки 8, 7 сравнения Осущест.вляют сравнение значения числа на первых входах со значением числа на вторых ехо дах, Если значения числа на первых входах прееыцзак)т число. поступающее на вторые ВХОДЫ. тСГ ЗНаЧЕНИЕ ЧИСЛа ПРИЗНаКОН С СООГ- ветствующего сумматора 5 без изменения поступает на входы соответствующего бло ка 8 буФерной памяти, в котором осуществляется хранение данного значения до прихода следующего, Это значение после записи его в одном из блоков 8 буферной памяти сразу же появляется на выходах это го блока 8, а также на взорых входах соответствующего блока 7 сравнения и на соответствующих входах блока 10 выделения максимумов. Таким образом, блоки 7 сравнения осуществляют выбор и запись е 15 блоки 8 буферной памяти максимальногочисла признаков для соответствующей буквы сбросами информации в блоках 8, которые производятся чг рез каждые К тактов.Рсзульто, ы с блоков 8 буферной памяти 20 паступакзт ца сг)атнг тстзук)щис входы блока10 максимумов )исло выходов у блок 10 рано числу В букв передаваемого алфаьи) а, и каждый выход соответствует Одной определенои букве Если на данном )акте на 1-м блоке 8 ) буФерной памяти количество прьлзнэкое, соответствующих определеннои букнг, оказалось больше, чем на оста )ьных элементах, )о сигнал появится на 1.м выходе блок,) 10 ныделсия максимумов Тзким об р зм, г) клкдГ)м такте а О зГ)м их выходовблОк. 10 поянлясгсЯ сыгал, Гоноцящий О )рисмс клкои л, бо букнь)1 о устоойстно декодирования ачинае 1 заботать н Обязательно на том тэкте, като рци соответствует нэчалу передаваемойбуквы И для того, чгобы можно было говориь и цр)леме какои.либо буквы с максилльцой достонеростью, нужноосущгзс) ни ге выбор максимального резуль.Гата ЧИГЛа ПРИЗНаКОВ, Соатве)СтЕУЮЩИХ Ка кои либо букве, н интервале е К так гон. Для этоса н устрайсп)е имеется делитель 6 частг)ты, ко;орый запускается с приходом на его вход срного импульса Г, формирователя 3 и осуществляет цодсчез К тактов, выдавая ИМцуЛЬ" На Сг)ОЕЛЛ ЕЬ,ХОд" ТОЛЬКО На К-М таК- те, Импульс с ныхода делителя б частоты )ос)уест на упраеляющии вход коммутатора 11, на одном из информационных еходое которого уже иместся сигнал с бла а 10 ны деления максимумов, говорящий О прлеме какой-либо буквы В коммутаторе 11 при этом Открывается соотнетстеующии элемент И на время длигепьности импульса с делите 1 я б, и на Оознетстеующсм выходе кг)ммутетора 11 цоянг)естся сигна 1 Крскле ТОГО, ИЬЛцуЛЬС С ЕцхОда дЕЛИтЕЛЯ б ЧаСтатЫ пос) упеет а вход злсмента 9 задержки, ) де ОСУЩЕСГНЛЯЕтСЯ ЕГО ЗаДЕР)ККа а ВРЕМЯ СРа батыеан)ля блоков 8 и аличия имг)ульса авыходе делителя б, после чего импульс без изменения выдается с выхода элемента 9 на входы сброса информации блоков 8 буферной памяти, в результате осуществляется сброс информации, накопленной за К тактов, Сброс информации в блоках 8 буферной памяти должен произойти до прихода в них последующей информации с (К+ 1)-го такта,Рассмотрим пример работы устройства для случая трех ЧВМ размером ЗХЗ, которые отображаются следующими матрицами двоичных элементов;001 010 100 М 1 = 010 М 2 = 100 МЗ = 001100 001 010Пусть алфавит хода состоит иэ трехбукв, каждая из которых кодируется двумяиэ этих матриц;В 1 = М 1 М 2 В 2 = М 1 МЗ ВЗ = М 2 МЗТогда в двоичном виде каждую матрицу можно представить в виде матрицы размером бХЗ.001010 001100В = 010100 В 2 = 010001100001 100010010100ВЗ = 100001001010Следовательно, регистры преобразователеи 1 должны иметь 6 разрядов, М = В = 3.Предположим, передавалась буква В 1, Если она принята беэ искажений, то на выходе сумматора 5.1 соответствующего ей, будет код числа, равного 6, а на выходах сумматоров 5,2 и 5 3 - соответственно 3 и О, Следовательно, должно быть принято решение о приеме буквы В 1 т к. она имеет максимальное количество признаков в принятой комбинации.Теперь предположим, что при передачебуквы В 1 произошло искажение отдельныхее символов и принята комбинация001111 Х= 000000 111001 Тогда на выходах сумматоров 5.1-5,3 будут коды чисел 4. 3 и 2, т,е. и в этом случае будет принято решение о приеме буквы В 1.Однако в реальной ситуации отсутствует информация о начальном такте. При этом считаем что гинхрониэация должна устанавливаться и поддерживаться при декодировании именно информационной, а не какой-либо специальной синхропоследовательности букв.5 Устройство предназначено для кодов, укоторых на стыках букв не возникает комбинаций, совпадающих с буквами алфавита. В случае, если комбинации на стыках букв отличаются от любой буквы сильнее, чем бук вы между собой, то вероятность, что накаком-либо такте какая-то буква будет иметь больше признаков, чем переданная буква на истинном такте, меньше вероятности ошибочного декодирования при установ ленной синхронизации, т,е, наихудшие ситуации возникают в уж рассмотренном примере.Но даже в случае, когда на стыках буквесть комбинации, более похожие на какую либо букву алфавита, чем буквы между собой, можно считать, что имеются просто более похожие между собой буквы алфавита, т.е, применимы проведенные выше рассуждения, Следовательно, можно провести 25 декодирование так же, как в рассмотренномпримере. на каждом иэ возможных тактов, а затем выбрать тот такт, на котором декодированная буква имеет наибольшее количество признаков по сравнению с буквами, декодированными на других тактах, или, что эквивалентно, выбрать для ка,хдсй буквы тот такт, где она имеет максимальное количество признаков, а затем выбрать букву, для которой оно наибольшее.При передаче последовательности буквВ 1, В 2, ВЗ необходимо рассмотреть 6 матриц размером 6 ХЗ, которые последовательно находятся в регистрах преобразователей 1.1-1.3, При этом, скорее всего, делитель 6 40 частоты начнет отсчет шести тактов не спервого такта буквы, Пусть это будет третий такт. Тогда имеем шесть двоичных матриц для каждого такта:45 101000 010001 Х 1 = 010001 Х 2 = 100010 000110 001100 100011 000110ХЗ = 000100 Х 4 = 001000О 1 ООО 11 ООО001100 011000Х 5 = 010001 Х 6 = 100011100010 0001 00Следовательно, на первом-шестом тактах в сумматорах 5.1-5.3 будут коды следующих чисел: 2, 4, 2; О, О, 3; 2, О, 1; 3, 2, 1; 3, 6, 3; 1, 2, 3, 1667263 1255 В результате на выходах первого блока 8 1 буферной памяти, соответствующего букве В 1, через б тактов будет код числа максимальной суммы, равного 3, на выходах блока 8.2 для буквы В 2 будет код числа 6, з на выходах блока 8.3 для буквы ВЗ буде 1 код числа 3. На втором выходе блока 10 выделения максимума, соответствующем букве В 2, появится сигнал, что означает декодирование буквы В 2. Эта буква действительно передавалагь, ее начальный такт был пятым в примере. За следующие б тактов будет декодирована буква ВЗ. Пусть теперь в процессе передачи произошли искажения информации. Например, один из каналов был поражен мощной помехой, а в остальных были искажения отдельных символов из-за флюктуаций шума, В результате буквы В 1, В 2 и ВЗ приняли следующий вид 111111 111111В 1 = 011100 В 2 = 010001 000000 000110 111111 111111Х 1 = 110001 Х 2 = 100010 000000 000000 111111 111111ХЗ = 000100 Х 4= 001000 000001 000011 В сумматорах 5,1-5,3 по тактам будутнакапливаться коды следующих чисел 3. 4,4; 2, 2, 3; 4, 2, 2; 3, 3, 3; 3, 5, 4; 2, 2, 4,Через б тактов на выходах блоков8 1 8.3 буферной памяти будут коды чисел 4,5,4,В блоке 10 выделения максимума будетопределено, что наибольшее количествопризнаков имеет буква В 2, т.е. несмотря намногочисленные искажения, будет принятоверное решение о приеме буквы В 2,10 15 20 25 30 35 40 45 50 Таким образом устроиство обеспечивает декодирование в целом и является оптимальным по критерию максимального правдоподобия, а начальный такт буквы выбирается по максимуму признаков буквы нд всех возможных тактах,Формула изобретения Устройство для декодирования сообщений, передаваемых дискретными частотными сигналами, содержащее М преобразователей последовательного кода в параллельный (М - количество полос частотной области передаваемых сигналов), информационные входы которых обьединены с соответствующими входами элемента ИЛИи являются соответствующими входами устройства, выход элемента ИЛИ подключен к входу формирователя тактовых импульсов, выход которого соединен с так товыми входами всех преобразователей последовательного кода в параллельный, и блок выделения максимума, о т л и ч а ю. щ е е с я тем, что, с целью повышения помехоустоичивости и упрощения процесса цикловой синхронизации, в устройство введены блок коммутации, В сумматоров В - число букв алфавита используемого кода), В блоков сравнения, В блоков буферной памяти, коммутатор, элемент задержки и делитель частоты, вход которого подключен к выходу формирователя тактовых импульсовы, выход делителя частоты непосредс венно и через элемент задержки соединен соответственно с управляющим входом коммутатора и входами разрешения записи всех блоков буфернои памяти, выходы всех преобразователей последовательного кода в параллельный подключены к соответствующим входам блока коммутации, псрвый - В-й выходы которого соединены с входами соответственно первого - В-го сумматоров, выходы которых подключены к первым входам одноименных блоков сравнения, вы;оды которых соединень 1 с информационными входами одноименных блоков буферной памяти, выходы которых подключены к вторым входам одноименных блоков сравнения и соответствующим входом блока вь:бора максимума, первый В-й выоды ко 1 орого соединены с одноименными информационными входами коммутатора, пергый - В-й выходы которого являются соответс 1. ующими выходами устройства.