Устройство для адаптивного мажоритарного декодирования телемеханических дублированных сигналов

(19 03 М 13/02 ПИ ЗОБРЕТЕ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Авторское свидетельство СССРР 1005151, кл. С 08 С 25/ОО,Н О 4 т. 1/О 8, Н Оз М 13/Ог,Н 04 Т, 17/30, 1981.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АДАПТИВНОГО МАЖОРИТАРНОГО ДЕКОДИРОВАНИЯ ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКИХ ДУБЛИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ(57) Изобретение относится к телемет рии и может использоваться в системах передачи и обработки дискретнойинФормации. Устройство осуществляетмажоритарное декодирование кодов, используя сигнал стирания и регулировкуширины полосы стираний, что повышаетпомехоустойчивость устройства. Устройство содержит ключ 1, счетчик 2,элементы И 3-5, регистры 6 сдвига,опознаватель 7 символов, решающийблок 8, блок 9 исправления ошибок,входы 10-16 и выход 17 решающего блока и анализатор 18 помех, выполненныйна усилителях 19, 20, пороговом блоке21, переключателе 22, сумматоре 23 ивычитателе 24. 2 табл., 3 ил.Изобретение относится к телеметрии:, может использоваться в системах передачи и обработки дискретной ин" формации и является усовершенствованием устройства по ант, св.1005151.Целью изобретения является повы" шение помехоустойчивости устройстваНа фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 - функци- О ональная схема блока исправления ошибок; на фиг, 3 - функциональная схема решающего блока.Устройство для адаптивного мажоритарного декодирования телеметрических 5 дублированных сигналов содержит (фиг. 1) ключ , счетчик 2, элементы И 3-5, регистры 6 сдвига, опознаватель 7 символов, решающий блок 8, блок 9 исправления ошибок, входы 1 О и выход 17 решающего блока 8 и анализатор 18 помех, выполненный на первом и втором усилителях 1 9 и 20, пороговом блоке 21, переключателе22, сумматоре 23 и вычитателе 24.Блок 9 исправления ошибок содержит (Фиг. 2) переключатель 25, элементы И 26-30, элемент ИЛИ-НЕ 31, сумматор 32 по модулю два, элемент ИЛИ 33, элемент И 34-40, сумматор 41 по модулю два, элементы ИЛИ 42, 43, элементы 44, 45 ЗАПРЕТ и элемент ИЛИ 46.Решающий блок 8 содержит (фиг. 3) переключатели 47-49, элементы И 50-53, элементы ИЛИ 54-56, ключи 57-62 и35 элемент ИЛИ 63.Анализатор 18 помех реализует процедуру обучения с выравненными ошибками, которая описывается следующим математическим выражением: (п+1) = Ч(п) + рКп)(п),(п)т ( П; где (и) ( ) у( )уП, Ч(п) - коэффициенты усиления усилителя 19 с регулируе 50 мым коэффициентом усиления;- шаг, с которым данная процедура сходится к минимуму вероятности ошибки и реализуется коэффи 55циентом усиления усилителя 20 с постоянным коэффициентом усиления, выставляемым вручную или автоматически в зависимости отхарактера нестационарнойпомехи в канале связисс Ч(п);У(п) - образцы канальных сигналов, искаженные помехой ипоступающие на вход анализатора 18 помех;П - величина порога блока 21,и сходимость которой к минимум нероятности ошибки доказана.По указанному алгоритму в зависимости от уровня помех в канале связина выходе анализатора 18 помех вырабатывается сигнал, уровень которогопропорционален изменению помехи,действующей в данный момент временив канале связи. Этот сигнал регулирует ширину полосы "стираний" опознавателя 7 символов.Опоэнаватель 7 символов предназначен для анализа каждого принимаемого элемента кодовой комбинации ивыработки сигнала стирания (Х 4) втом случае, если принятый элемент неможет быть отождествлен ни с ,110Блок 9 исправления ошибок выполняет следующие Функции. При приемепервого и второго повторений блок .9производит их поэлементное сравнение,учитывая сигнал стирания для соответствующего элемента второго повторения, указывающий на искажение данного элемента, затем искаженный элемент инвертируется, при приеме третьего, четвертого, пятого, шестого,седьмого повторений работа блока 9задана в табл. 1,В табл. 1 приняты следующие обозначения: М - указывает количествопринятых повторений сообщения; ХХ Х- код максимального числа единиц или нулевой код в одноименныхэлементах соответствующего числа повторений; Х 4 - сигнал стирания, вырабатываемый, если принятый элементне может быть отождествленни с"О";(1 = 3, 4, 5, 6, 7)сигнал управления, действующий новремя следования третьего - седьмогоповторений соответственно; 2 - выходной сигнал блока 9 исправления ошибок,Ключпредназначен для ввода информации в счетчик 2. Счетчик 2 ссдержит три двоичных разряда 2 2 я3 1452 и предназначен для подсчета числа(И) принятых "1" для одноименных разрядов принимаемых повторений.Элементы И 3-5 предназначены длясчитывания разрядов счетчика 2, результат считывания записывается в одноименные разряды регистров 6 сдвига,задерживается в них на время приемаодного повторения сообшения и с ихвыходов подается на установочные входы счетчика 2. Принимаемый одноименный элемент очередного повторенияопределяет очередное состояние счетчика 2,Решающий блок 8 после приема(2 ш - 1, где ш = 2, 3, 4, 5, б, 7)одноименных элементов по состояниюразрядов счетчика 2 принимает решение о приеме нО" или 1", еслиУ ( ш, то формирует "0", а если Ъш,то - "1",Переключатели 47-49 в исходномсостоянии подключают решающую схемублока 8 к входам, а при подаче управляющего синхросигнала - к выходамрегистров 6 сдвига, Результат мажоритарной обработки после приема трехповторений определяется только состоянием второго разряда счетчика 2и соответственно состоянием разрядоврегистра 6., поэтому в его формировании логические элементы блока 8 неучаствуют и он непосредственно черезключ 58 и элемент ИЛИ 63 выдается навыход устройства.В формировании и выдаче результата мажоритарной обработки по критерию "три из пяти" участвуют элементыИ 50, ИЛИ 54, ключ 57 и элемент ИЛИ63, по критерию "четыре из пяти"ключ 62 и элемент ИЛИ 63, по критерию "пять иэ девятин - элементы И51, 53, ИЛИ 55, 56, ключ 61 и элемент ИЛИ 62, по критерию "шесть изодиннадцати" - элементы И 51, 53,ИЛИ 56, 63 и ключ 59, по критерию"семь из тридцати" - элементы И 51,53, ключ 60 и элемент ИЛИ 63.Устройство работает следующим образом,Исходное состояние счетчика 2и регистров 6 - нулевое, ключ 1 открыт. Сигнал У(п), искаженный помехой, поступает на вход опоэнавателя 7 символов и вход анализатора 18помех, где подается на выходы усилителей 19 и 20. С выхода усилителя19 усилений в Ч раз аналоговый сиг 3599 4нал поступает на вход порогового блока 21, где производится сравнениеполученного произведения Ч(п) У(п)с порогом П, уровень которого,выставляется при настройке устройствапутем подачи на вход анализатора 18известных сигналов беэ помехи и регулировки порога П по минимуму сигна ла на выходе анализатора 18. По результатам сравнения блок 21 управляет переключателем 22, коммутируяего вход, либо на первый, либо навторой выход, подавая тем самым сиг нал 1 У(п) с выхода усилителя 20на прямой или инверсный входы сумматора 23. В результате сигнал"1(п)в сумматоре 23 либо складывается ссигналом Ч(п) У(п), поступающим наего первый вход, либо от него вычитается, т.е. на выходе сумматора 23получают Ч(п) 7(п) +7(п). Этотсигнал и сигнал с выхода усилителя19 Ч(п) У(п) поступают соответствен но на входы вычитателя 24, на выходекоторого формируется сигнал с приращением, пропорциональным величине+1(п), т.е. пропорциональный изменению помехи на входе анализатора18. Сигнал с выхода анализатора 18помех поступает на управляющий входопознавателя 7 символов, где регулирует ширину полосы стираний пропорционально изменяющейся помехе.В это же время первое повторениепоступает на вход блока 9 исправления ошибок, где через переключатель25 по первому открытому выходу иэлементы ИЛИ 43, ЗАПРЕТ 44,.ИЛИ 46выдается на выход блока 9. С выхода 40блока 9 элементы первого повторениячерез открытый ключ 1 поступают навход счетчика 2. Если принимаемыйэлемент "1", то в первый разряд счетчика 2 записывается "1", Синхроимпульс СИ 1 на элементе И 3 считываети записывает "1" в регистр 61, а СИ2 устанавливает счетчик 2 в состояние "0", подготавливая к приему очередного элемента. Синхроимпульс СИ 3обеспечивает сдвиг "1" из первогон 1разряда во второй. При приеме 0элемента состояние счетчика 2 не меняется, а в регистр 6 записывается"0" (имеет место только сдвиг инфор мации). Таким образом, по окончанииприема первого повторения оно оказывается записанным в регистр 6 Состояние регистров 6, бз нулевое.5 1 О 15 20 25 30 5 14Синхроимпульс СИ 3 сдвигает информа" цию в регистре б на один разряд и первый элемент первого повторения с выхода регистра 6 поступает на установочный вход первого разряда счет" чика 2 и на вход блока 9. Если этотэлемент , то первый разряд счетчика 2 .устанавливается в то же состояние. Первый элемент второго понторения через переключатель 25 по вто" рому (открытому на время следования элементов второго повторения сигналом управления) выходу поступает на вход сумматора 32, на второй вход которого поступает элемент первого повторения по четвертому входу блока 9 исправления ошибок. На сумматоре 32 по модулю два происходит поразрядное сравнение обоих элементов, Результат сравнения поступает на один из входов элемента И 34, на другой вход которого подается сигнал стирания, если опознаватель 7 определил, что данный элемент не надежен и выдал сигнал на второй вход блока 9 исправ ления ошибок, Инвертирование элемента второго повторения на сумматоре 41 происходит в случае, когда на обо. их входах элемента И 34 одновременно появляется сигнал несовпадения двух повторений, формируемый сумматором 32, и сигнал стирания, выявленный опознавателем 7 символов, Результат обработки с выхода сумматора 41 через элементы ИЛИ 43, ЗАПРЕТ 44, ИЛИ 46 поступает на счетчик 2. Если результат обработки первого элемента второго повторения также , то состояние счетчика 2 изменяется первый разряд устанавливается в 0, а второй разряд - в "1". Действующий вслед эа этим СИ 1 считывает состояние счетчика 2, гри этом в первый разряд регистра 6, записывается "0", а в первый разряд регистра 6 - "1". Далее СИ 2 сбрасывает счетчик 2 в 0, а СИ 3 двигает информации в регистрах 6 на один разряд и устанавливает счетчик 2 в состояние, соответствующее второму элементу первого повторения. Далее на вход блока 9 поступает второй элемент второго повторения, где сравнивается с одноименным элементом первого повторения аналогично изложенному. Результат сравнения поступает на вход счетчика 2 и переводит его в соответствующее состояние, которое считывается СИ 1 53599 6 и записывается в регистры 6 6 после чего СИ 2 сбрасывает счетчик 2 в "0", а СИ 3 сдвигает информацию в регистрах 6, 6 и подготавливает счетчик 2 к приему очередного элемента и т.д.С началом приема третьего повторения закрывается второй выход переключателя 25 и открывается первый выход, Код числа единиц, считываемый с выходов регистров 6, 6, кроме установки счетчика 2 в соответствующее состояние, поступает на входы блока 9 исправления ошибок. В случае, если упомянутый код имеет максимальное значение 01 (что аналогично наличию двухв одноименных элементах двух повторений) и присутствует сигнал стирания, соответствующий одноименному ненадежному элементу третьего повторения, то эти условия вызывают срабатывание элемента И 26, с выхода которого единичный сигнал поступает на вход элемента И 35. На другой вход элемента И 35 подается управляюший сигнал , открывающий его на время следования элементов третьего повторения, что приводит к появлении сигнала на его выходе,откуда через элемент ИЛИ 42 единичный сигнал запрещает прохождение ненадежного элемента третьего повторения через элемент ЗАПРЕТ 44 на выходустройства, В то же время через элемент ЗАПРЕТ 45 и элемент ИЛИ 46 этотсигнал поступает на вход счетчика 2,увеличивая код числа единиц до величины 11. В случае, когда с выхода 40 регистров 6 снимается нулевой код000, срабатывает элемент ИЛИ-НЕ 31,сигнал с выхода которого поступаетчерез открытый, если есть сигналстирания, элемент ИЛИ 33 на первый 45 вход элемента И 40, на второй входкоторого поступают управляющие сигналы, где . = 3, 4, 5, 6, 7, открывающие его на время следованиятретьего-седьмого повторения. Сигналс выхода элемента И 40 через элементИЛИ 42 подается одновременно на информационный вход элемента ЗАПРЕТ 45и на запрещающий вход элемента ЗАПРЕТ44, препятствуя прохождению соответствующего элемента -го повторенияна выход блока 9, В то же время, наличие сигнала на запрещающем входеэлемента ЗАПРЕТ 45 препятствует прохождению сигнала с выхода элемента5О ИЛИ 42 через авнет ЗАИРЕ 1 45 навыход блока 9, в ледствие чего состояние разрядив счетчика 2 не меняется, оставсс нулевьм.При приеме каждо о элемента гретьего повторения состояние первогои второго разрядов счетчика 2 можетоказаться в одном из следующих состояний: 00,10,01,11. Синхросигнал11, соответствующий окончанию приемавторого повторения и необходимомукачеству канала связи, открываетключ 58 решающего блока 8. Информационная "1" формируется и выдаетсяна выход устройства для состояний01 и 11 счетчика 2 (две или три единицы из трех возможных). Информационный 0 формируется и выдается навыход устройства для состояний 00и 10 счетчика 2 (три или два нуля изтрех возможных). Если результат мажоритарной обработки два из трех"необходимо выдать повторно, то навход 16 блока 8 подается синхросигнал 111, который поступает на управляющие входы переключателей 47-49 ина управляющий вход клича 58, Переключатели 47-49 подключают решаемуксхему блока 8 к выходам регистров 6,ключ 58 открывается. Содержимое регистров 6, 6 поступает в решающийблок 8, где формируется мажоритарныйрезультат, выдаваемый (повторно) через ключ 58 на выход устройства.Продолжается прием четвертогоповторения, которое обновляет содержимое регистра 6 сдвига. Так, например, если для 3-го элемента сообщения после приема трех повторений зафиксировано состояние 11 (принято1" во всех трех повторениях), топри поступлении "1" и в четвертом тповторении без сигнала стирания, онапроходя через переключатель 25, элементы ИЛИ 43, ЗАПРЕТ 44, ИЛИ 46 блока 9, переведет счетчик 2 в состояние 001, и в регистры 6, 6 присчитывании информации СП 1 запишется "0", а в регистр 6 - "1",В случае, когда в четвертом повто11ренин в 3 -м разряде следует 0 иприсутствует сигнал стирания , то с раба тыв аит элементы И 2 7 , 3 6 , ИЛИ 4 2 ,сигнал с выхода которого запрещает11 11прохождение информационного 0 чере з элемент ЗАПР ЕТ 44 , В т о же в ремя, проходя через элементы ЗАПРЕТ4 5 , ИЛИ 4 6 и а выход блока 9, сигнал 15 20 25 30 35 40 45 50 55 изменяет .остояние счетчика 2. После окончания приема 1 Ч повторения состояния регистров 6 сдвига будет характеризовать число принятых "1" для каждого разряда сообщения (табл. 2).При приеме пятого повторения в блоке 9 по коду максимального числа единиц четырех повторений и при наличии сигнала стирания срабатывают элементы И 28, 27, формируя сигнал "1", увеличиваищий значение разрядов счетчика 2 до величины 101. При необходимости выдачи результата мажоритарной обработки три из пятисинхросигнал 1 Ч открывает ключ 57 и с поступлением очередных элементов пятого повторения обновляется состояние счетчика 2, результат считывается, запоминается в регистрах 6 и одновременно проходит в решающий блок 8. Для состояний 110, 001 и 101 формируется "1", а для состояний 000, 100 и 010 - "0". Результат через клич 57 выдается на выход устройства, Повторная выдача производится при подаче синхросигнала 7, который подключает решающую схему блока 8 к выходу регистров 6 и открывает ключ 57, Запомненный в регистрах 6 двоичный код, соответствующий числу принятых единиц для каждого разряда сообщений, выдается в решающий блок 8, где формируется и выдается (повторно) на выход устройства результат мажоритарной обработки "три из пяти".В блоке 9 исправления ошибок, при наличии кода максимального числа единиц в пятых повторениях (101) и сигнала стирания, срабатывают элементы И 29, 38, сигнал с выхода которых, проходя на выход блока 9, увеличивает содержимое разрядов счетчика 2 на единицу, делая код равным 110, При приеме седьмого повторения в блоке 9 срабатывают элементы И 30, 39, если есть условие максимального кода числа единиц в одноименных разрядах шести повторений и присутствует сигнал стирания. Сигнал на выходе решающего блока 8 в этом случае формирует в счетчике 2 код 111, так как максимальная емкость счетчика 2 И= 7 (состояние разрядов 111), то пе будет иметь место эффект исправления стираний при дальнейшем приеме очередного повторения, но продолжается работа схемы мажоритарной обработки принимаемых повторений.Фо рмула5 И ХХй Хз Х 4О О О40 2 1 1 О О О О О О О О.О О 1 О 1 О О О 345 1 1 О О О О 1 О О 1 О О 4 О О 1 БОО О О5 О 1 О О О 1 О 1 О 1 6 О О О61 1 1 1 О О О О 1 9 1453Результат мажоритарной обработки покритерию "четыре из семи" полностьюопределяется состоянием третьего разряда счетчика 2 после приема соответствующего элемента седьмого повторения, а следовательно, содержимым регистра 6 сдвига. Поэтому этотрезультат снимается или с выхода разряда 2 счетчика 2 через элементыИ 5, переключатель 49 и ключ 62 навыход устройства (при действии синхросигнала Ч), или с выхода регистра 6 через переключатель 49, ключ62 на выход устройства (при действиисинхросигнала Ч 1),Аналогично происходит прием и обработка по критерию "пять из девяти",шесть иэ одиннадцати" и семь изтринадцати. Отличие состоит в том,что при приеме числа "1" 17) У (1, ==7) состояние счетчика 2 не доляноменяться, Это достигается подачейСИ 3 на управляющие входы переключателей 47-49, При этом на время счи бтывания информации с регистров 6 решающий блок 8 подключается к выходампоследних, Если считывается состояние 111, то появляется сигнал на выходе 17 (срабатывают элементы И 51,ИЛИ 54) блока 8, который размыкаетключ 1, исключая возможный прием "1"очередного повторения, Состояниесчетчика 2 (111) не меняется и вновьпереписывается в регистры 6При счи 35тывании СИ 1 открывает ключ 1, подготавливая к приему очередного сообщения,Таким образом, устройство обладает более высокой помехоустойчивостью, так как при выполнении мажоритарного декодирования кодов с (2 ш)повторением, где ш = 2, 3, 4, 5, 6,7, используется сигнал стирания.Причем ширина полосы стираний, откоторой зависит вероятность повторения сигнала стирания Р и вероятностьпоявления необнаруженной ошибки Р(вероятность непоявления сигнала стирания при искажении элемента кодовойкомбинации) в случае воздействия нестационарных помех является оптимальной, так как для ее регулировки используется алгоритм минимума среднего квадрата ошибки.При приеме .со стиранием вероятность правильного приема равна Р- 1 - Р - Р . Отсюда видно, что при 599 О оптимизации ширины полосы стираний уменьшаются Р , Р и повышается Г . и э о б р е т е н и я Устройство для адаптивного мажоритарного декодирования телемеханических дублированных сигналов по авт, св. У 1005151, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения помехоустойчивости устройства, в него введен анализатор помех, выполненный на усилителях, пороговом блоке, переключателе, сумматоре и вычитателе, выход первого усилителя соединен непосредственно с первым входом вычитателя, первым прямым выходом сумматора и через пороговый блок с управляющим входом переключателя, выход второго усилителя соединен с информационным входом переключателя, первый и второй выходы которого соединены соответственно с вторым прямым и инверсным входами сумматора, выход сумматора соединен с вторым входом вычитателя, выход которого соединен с управляющим входом первого усилителя и вторым входом опознавателя символов, информацион" ные входы первого и второго усилителей анализатора помех объединены и подключены к второму информацион-. ному входу устройства.1Таблица 11453599 Ж,ф Редактор Н. Гунько Решетник ГКНТ ССС оизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород Проектна Заказ 7301ВНИИПИ Госу оставитель М. Никуленков ехред М.Ходанич Коррек 5 Тираж 879 Подписноеарственного комитета по Изобретениям и открытия 113035, Москва, Ж-Э 5, Раушская наб., д. 4/5