METHOD OF PROCESSING AND RECEIVER OF MESSAGES OF CIRCULAR SINGLE-WIDE NETWORKS OF DATA TRANSMISSION WITH REPETITIONS
СПОСОБ ОБРАБОТКИ И ПРИЕМНИК СООБЩЕНИЙ ЦИРКУЛЯРНЫХ ОДНОСТОРОННИХ СЕТЕЙ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ С ПОВТОРЕНИЯМИ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится к технике связи и может быть использовано в приемниках циркуляционных односторонних сетей передачи данных с повторениями. Из уровня техники известна СИСТЕМА РАДИОСВЯЗИ С ШУМОПОДОБНЫМИ СИГНАЛАМИ [заявка на изобретение РФ №94002883, опубл.: 20.04.1996 г.], которая включает передающую и приемную стороны. Приемная сторона содержит параллельно демодулятор и пару решающих схем, которые подключены к мажоритарному элементу, реализующий решающее правило 2 и более из 3. Прием сигналов характеризуется тем, что для обеспечения повышенной достоверности выходные символы демодулятора и решающих схем подают на мажоритарный элемент, который производит обработку принятых символов по правилу 2 и более из 3, при этом решение о принятом двоичном символе выносят на выходе мажоритарного элемента.
Недостатком данного аналога является невысокая оперативность доведения сообщения, которая обусловлена тем, что приемник производит мажоритарную проверку каждого символа вне зависимости от качества принятого символа.
Наиболее близким по технической сущности является УСТРОЙСТВО ДЛЯ МАЖОРИТАРНОГО ДЕКОДИРОВАНИЯ ПРИ ТРЕХКРАТНОМ ПОВТОРЕНИИ КОДОВОЙ КОМБИНАЦИИ [заявка на изобретение РФ №95120718, опубл.: 20.08.1996 г.], которое содержит детектор качества, блок коррекции, регистр сдвига, декодер, коммутатор, первый и второй блоки памяти, мажоритарный элемент и блок синхронизации. Работа указанного устройства характеризуется тем, что символы первого повторения с тактовой частотой следования поступают в регистр сдвига, где запоминаются, а также в декодер, где декодируются. Под воздействием синхроимпульсов с третьего выхода блока информационные символы первого повторения со второго выхода декодера через коммутатор записываются в первый регистр сдвига блока памяти. Одновременно при наличии синхроимпульса на шестом выходе блока синхронизации в блок памяти записывают факт наличия или отсутствия ошибок в принимаемом повторении (наличие или отсутствие сигнала на первом выходе декодера). При приеме второго повторения детектор качества анализирует качество принимаемых символов с выдачей сигнала стирания в случае, если параметры символа попадают в зону недостоверного приема. Принимаемый символ и соответствующие ему стирания поступают в блок коррекции, куда также подаются символы первого повторения, хранимые в регистре сдвига. В блоке коррекции происходит коррекция ненадежно принятых символов на основе ранее принятых, как более качественных. Скорректированная комбинация записывается в регистр сдвига, а также поступает в декодер. Результат декодирования с первого выхода декодера поступает в блок памяти, где запоминается, а информационные символы второго повторения через коммутатор под воздействием синхроимпульсов с четвертого выхода блока синхронизации записываются в регистр сдвига второго блока памяти.
Недостатком прототипа является низкая оперативность доведения сообщение, обусловленная тем, что устройство отсеивает символы с неудовлетворительным качеством приема и не использует их в дальнейшей обработке, несмотря на то что наличие в указанных символах ошибок носит вероятностный характер.
Техническим результатом изобретения является повышение оперативности доведения сообщений в каналах связи циркулярных односторонних сетей передачи данных с повторениями.
Указанный технический результат достигается за счет того, что способ обработки сообщений циркулярных односторонних сетей передачи данных с повторениями, характеризующийся декодированием символов сообщения, их накоплением, проверкой наличия ошибок в символах сообщения, а также выполнением мажоритарных проверок, отличающийся тем, что способ обработки характеризуется демодуляцией поступающих сигналов, передачей символов в декодер, проверкой в декодере наличия ошибок в символьной последовательности сообщения и передачей безошибочно полученных сообщений на интерфейс представления данных, при этом декодер отправляет ошибочно принятые сообщения в блок накопления, в котором из одноименных символов указанных сообщений, где указанная одноименность характеризуется одинаковым порядком следования символов в сообщении, формируют символьную матрицу, при накоплении трех ошибочных сообщений передают символьную матрицу в блок формирования векторов, который из столбцов указанной матрицы поочередно формирует символьные векторы и отправляет их в блок мажоритарных проверок, в котором производят мажоритарную проверку указанных векторов и передают результаты проверок в блок формирования логических сообщений до тех пор, пока блок формирования векторов не отправит на проверку последний столбец символьной матрицы, при этом блок формирования векторов передает в блок формирования логических сообщений метку окончания, после чего блок формирования логических сообщений передает декодеру сформированное сообщение, который при наличии в указанном сообщении ошибки отсеивает его, при поступлении в блок накопления очередного ошибочного сообщения его добавляют в символьную матрицу новой строкой и передают указанную матрицу в блок формирования векторов, который последовательно для каждого столбца из комбинаций его символов формирует вектор, длина, которого может составлять любое нечетное число, начиная с трех, при это для очередного формирования векторов не допускаются ранее используемые для этого комбинации символов, после получения метки окончания блок формирования логических сообщений передает на вход декодера сформированное сообщение, при обнаружении ошибки в указанном сообщении декодер отправляет в блок формирования векторов метку повтора, при этом блок формирования векторов выбирает новые комбинации символов столбцов матрицы, из которых формирует очередные последовательности векторов.
В частности, проверку наличия ошибок производят путем контроля символа четности, который следует в символьной последовательности сообщения через заданное количество символов или путем контроля циклического избыточного кода.
В частности, при поступлении в блок накопления сообщения, длина которого отлична от длины ранее принятых ошибочных сообщений, указанный блок начинает формировать новую символьную матрицу.
В частности, блок формирования логических сообщений производит накопление результатов мажоритарных проверок.
В частности, мажоритарные проверки производят по мажоритарным правилам два и более из трех или три и более из пяти или четыре и более из семи или пять и более из девяти или шесть и более из одиннадцати или семь и более из тринадцати.
В частности, безошибочно принятое логическое сообщение декодер передает на интерфейс представления данных.
Указанный технический результат достигается за счет того, что приемник сообщений циркулярных односторонних сетей передачи данных с повторениями, содержащий декодер, выход которого соединен с блоком накопления и блок мажоритарных проверок, отличающийся тем, что содержит последовательно соединенные демодулятор, декодер и интерфейс представления данных, при этом декодер имеет дополнительный информационный выход, который связан с блоком накопления сообщений, который последовательно связан с блоком формирования векторов, блоком мажоритарных проверок и блоком формирования логических сообщений, при этом выход блока формирования логических сообщений связан со вторым информационным входом декодера, управляющий выход которого соединен с управляющим входом блока формирования векторов, а управляющий выход блока формирования векторов соединен с управляющим входом блока формирования логических сообщений. В частности, блок накопления, блок формирования векторов, блок мажоритарных проверок и блок формирования логических сообщений образую блок логической обработки.
В частности, интерфейс представления данных реализован в виде информационного пользовательского дисплея.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 представлена функциональная схема приемника сообщений циркуляционных односторонних сетей передачи данных с повторениями.
На фиг. 2 представлена таблица расчета количества различных мажоритарных проверок для различного количества ошибочного полученных сообщений.
0
На фиг. 3 представлен график вероятностно-временных характеристик доведения сообщений при вероятности ошибки элементарного символа в канале связи р=0,1 для прототипа.
0
На фиг. 4 представлен график вероятностно-временных характеристик доведения сообщения при вероятности ошибки элементарного символа в канале связи р=0,1 для предложенного способа обработки.
0
На фиг. 5 представлен график вероятностно-временных характеристик доведения сообщений при вероятности ошибки элементарного символа в канале связи р=0,15 для прототипа.
0
На фиг. 6 представлен график вероятностно-временных характеристик доведения сообщения при вероятности ошибки элементарного символа в канале связи р=0,15 для предложенного способа обработки.
0
На фиг. 7 представлен график вероятностно-временных характеристик доведения сообщений при вероятности ошибки элементарного символа в канале связи р=0,2 для прототипа.
0
На фиг. 8 представлен график вероятностно-временных характеристик доведения сообщения при вероятности ошибки элементарного символа в канале связи р=0,2 для предложенного способа обработки.
На чертеже обозначено: 1 - демодулятор, 2 - декодер, 3 - интерфейс представления данных, 4 - блок логической обработки, 5 - блок накопления сообщений, 6 - блок формирования векторов, 7 - блок мажоритарных проверок, 8 - блок формирования логических сообщений.
Осуществление изобретения
Реализацию изобретения проиллюстрируем на примере устройства и работы приемника сообщений циркуляционных односторонних сетей передачи данных с повторениями. Приемник содержит демодулятор 1, на вход которого, как правило, подключают антенно-фидерную систему с устройствами первичной аналоговой обработки сигналов (на чертеже не указаны), при этом демодулятор 1 последовательно соединен с декодером 2 и интерфейсом представления данных 3.
Также приемник сообщений циркуляционных односторонних сетей передачи данных с повторениями содержит блок логической обработки сообщений 4, который функционально включает последовательно соединенные блок накопления сообщений 5, блок формирования векторов 6, блок мажоритарных проверок 7 и блок формирования логических сообщений 9, при этом второй информационный выход декодера 2 подключен к блоку накопления сообщений 5, а выход блока формирования логических сообщений 8 подключен ко второму входу декодера 2, кроме того, управляющий выход декодера 2 подключен к управляющему входу блока формирования векторов 6, управляющий выход которого подключен к управляющему входу блока формирования логических сообщений 8.
Интерфейс представления данных 3 может быть выполнен в виде информационного дисплея пользователя или в виде программы преобразования данных с целью их дальнейшей обработки, например, для накопления их в базе данных.
В блоке 5 предусмотрена возможность проведения мажоритарных проверок следующих типов:
, ,
где m -  нечетное число, начиная с 3-х - основание типа мажоритарной проверки;  - знак округления до большего целого числа.
Приемник сообщений циркулярных односторонних сетей передачи данных с повторениями работает следующим образом.
В общем случае приемник может работать как в режиме обнаружения, так и в режиме исправления ошибок. Если ошибок в принятом сообщении нет или все ошибки исправлены, то сообщение выдается на интерфейс представления данных 3 и считается доведенным до пользователя. При обнаружении ошибок во всех сообщениях из цикла повтора, а также при обнаружении ошибок во всех сформированных в блоке логической обработки 4 логических сообщениях сообщение считается не доведенным до пользователя.
Первоначально принятый антенно-фидерной системой аналоговый сигнал преобразуют в цепи аналоговой обработки с целью фильтрации сигнала и понижения его частоты.
i
1
2
N
После этого в соответствии с модуляцией аналогового сигнала демодулятор 1 выделяет из сигнала информационные символы S сообщения в количестве N, формирует из них информационный вектор символов сообщения {S, S,…, S} и передает его в декодер 2.
Декодер 2 оценивает наличие ошибок в информационном векторе и в случае отсутствия ошибок передает его на интерфейс представления данных 3, который выводит полученное сообщение, например, на пользовательский дисплей.
Декодер 2 может оценивать правильность принимаемых сообщений путем проверки периодически повторяющихся через определенное количество символов в сообщении символов четности или путем контроля циклического избыточного кода (CRC).
1
2
N
Декодер 2 отправляет вектор символов {S, S, …, S} ошибочно принятых сообщений размерностью 1×N в блок логической обработки 4, в котором указанный вектор первоначально поступает в блок накопления сообщений 5.
1;
2
N
В блоке накопления сообщений 5 декомпозируют ошибочно принятые сообщения и при поступлении очередного вектора символов {S S, …, S} из одноименных символов формируют столбцы символьной матрицы размерностью M×N, где М - количество поступивших векторов размерность 1×N. В данном случае под одноименностью символов подразумевается одинаковый порядок следования символов в сообщении.
При накоплении в блоке 5, по крайней мере, 3 ошибочных сообщений он передает символьную матрицу размерностью 3×N в блок формирования векторов 6.
1i
2i
3i
i
1
2
N
После чего блок 6 формирует из столбцов символьной матрицы вектора {S, S, …, S}, где i - порядковый номер столбца матрицы, и поочередно отправляет их в блок мажоритарных проверок 7, в котором производится мажоритарная проверка поступающих на вход векторов по правилу 2 и более из 3. Результат проверки - D блок мажоритарных проверок 7 отправляет в блок формирования логических сообщений 8, в котором производится формирование вектора логического сообщения до тех пор, пока блок формирования векторов 6 не отправит на проверку последний столбец символьной матрицы и на управляющем выходе не сформирует метку окончания, которую передаст в блок 8, при этом блок 8 отправляет вектор символов логического сообщения {D, D, …, D} на второй вход декодера 2, который оценивает наличие ошибок в поступившем символьном векторе. При отсутствии ошибки в указанном векторе декодер 2 передает его на интерфейс представления данных 3 и отсеивает вектор с ошибочными символами.
При поступлении в блок накопления 5 очередного ошибочного сообщения он добавляет его в символьную матрицу новой строкой, затем передает символьную матрицу в блок формирования векторов 6.
1i
2i
Mi
При поступлении расширенной символьной матрицы блок 6 будет формировать из столбцов указанной матрицы вектора меньшей размерность, длина указанных векторов - K может составлять любое нечетное число, начиная с 3, при этом для формирования векторов размерностью K×1 не допускаются ранее формировавшиеся комбинации столбцов символьной матрицы. При поступлении в блок 6 матриц с нечетным количеством строк, начиная с 3, блок 6 первоначально будет формировать вектора {S, S, …, S}, где М - количество строк символьной матрицы.
Для нахождения количества мажоритарных проверок конкретного типа на множестве из М накопленных сообщений, с учетом ранее проведенных проверок на множестве (М-1) сообщений, необходимо из общего числа мажоритарных проверок существующих на М вычесть те мажоритарные проверки, которые проведены на М-1 повторе, т.е.:
.
Расчет количества МП типов 2 и более из 3, 3 и более из 5, 4 и более из 7, 5 и более из 9 и 6 и более из 11 на множестве из М сообщений, с учетом ранее проведенных мажоритарных проверок представлен в таблице, изображенной на фиг. 2.
2i
3i
4i
1i
3i
4i
Блок 6 при поступлении символьной матрицы с 4 строками будет отправлять в блок 7 векторы {S, S, …, S}, где 2, 3 и 4 - порядковые номера строк символьной матрицы, i - порядковый номер столбца матрицы размерностью 4×N. После отправки блоком 6 в блок формирования логических сообщений 8 метки окончания блок 8 выдаст вновь сформированное логическое сообщение в декодер 2, при этом, в случае отнесения декодером 2 указанного сообщения к категории ошибочного, декодер на управляющем выходе сформирует метку повтора и отправит ее в блок формирования векторов 6, который начнет формирования векторов из новых комбинаций строк символьной матрицы, например, {S, S, …, S}.
При поступлении на вход блока накопления сообщения длиной L, он отнесет его к категории новых сообщений и начинает формировать новую символьной матрицу.
Доведенным до пользователя сообщение считается тогда, когда хотя бы одно сообщение из серии повторов принято без ошибки или тогда, когда хотя бы в одном логическом сообщении не обнаружено ошибок.
Оценим оперативность доведения сообщений с учетом предложенного способа обработки сообщений относительно прототипа.
Пусть в блоке 5 накоплено 12 ошибочно принятых сообщения, тогда существуют следующие типы мажоритарных проверок - 2/3, 3/5, 4/7, 5/9, 6/11.
Введем допущения:
0
пусть вероятность ошибки элементарного символа на всем множестве принимаемых сообщений одинакова и равна р.
пусть прием всех сообщений осуществляется независимым друг от друга образом.
время выполнения мажоритарных проверок несоизмеримо мало по сравнению со временем ожидания очередного сообщения из канала связи.
Применение мажоритарных проверок обеспечивает повышение достоверности сообщения и, соответственно, обеспечивает снижение вероятности ошибки на элементарный символ. Определить данную вероятность ошибки можно по следующему выражению:
,
где (n/m) - тип мажоритарной проверки.
Следовательно, данные вероятности ошибки характеризуют логические сообщения, сформированные мажоритарными проверками. Тогда вероятность доведения логического можно определить следующим образом:
(2/3)
(2/3)
N
(3/5)
(3/5)
N
(4/7)
(4/7)
N
(5/9)
(5/9)
N
(6/11)
(6/11)
N
0
0
0
0
0
p=(1-p), p=(1-p), p=(1-p), p=(1-p), p=(1-p),
где N - длина сообщения.
Тогда при приеме первого ошибочного сообщения, вероятность его доведения равна:
.
При приеме второго ошибочного сообщения (т.е. М=2), применяя принцип целесообразности применения противоположных событий в теории вероятностей, вероятность доведения сообщения можно найти по выражению:
При приеме третьего ошибочного сообщения (М=3), в блоке логической обработки 4, согласно предлагаемому способу, реализуется мажоритарные проверки типа два и более из трех (2/3), следовательно, применяя указанный принцип целесообразности, вероятность доведения сообщения при этом будет формироваться следующим образом:
Подобным образом, используя принцип целесообразности применения противоположных событий в теории вероятностей, можно рассчитать вероятности доведения сообщения до пользователя больших количествах ошибочно принятых сообщений. Обобщенное выражение, определяющее вероятность доведения сообщения до пользователя, при произвольном значении ошибочно полученных сообщений - М, с учетом представленного способа обработки, есть:
,
(ni/mi)
mi
M
где р - , C - количество мажоритарных проверок конкретного типа.
0
Очевидно, что величины  показывают вероятности доведения сообщения с учетом предложенного способа обработки сообщений, т.е. являются вероятностно-временными характеристиками (ВВХ) доведения сообщения. По ВВХ принято оценивать оперативность доведения сообщений, при этом можно сравнить ВВХ доведения сообщения с учетом предлагаемого способа обработки и без такового. Соответствующие графики вероятностей доведения, при вероятности ошибки элементарного символа в канале связи р=0,1; 0,15; 0,2 представлены на фиг. 3-8.
Из анализа графиков следует, что оперативность доведения сообщений повышается для каждого значения вероятности ошибки элементарного символа, следовательно, достигается заявленный технический результат изобретения - повышение оперативности доведения сообщений в каналах связи циркулярных односторонних сетей передачи данных с повторениями.