Устройство для вычисления вероятности передачи информации

Полезная модель относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использована для научных исследований, в которых необходимо проведение вычисления вероятности передачи информации с учетом возникновения ошибок в канале связи при заданном максимальном количестве ошибок в элементе передаваемого сообщения.
Устройство предназначено для непосредственного вычисления вероятности передачи информационного элемента сообщения от источника получателю с учетом возникновения ошибок в канале связи, описанных биномиальным законом распределения.
Известно вероятностное устройство нахождения аналитической вероятности для полной группы несовместных событий в неориентированном графе (Патент РФ на полезную модель № 188000, опубликовано 23.03.2019, бюл. № 9). Данное устройство позволяет находить аналитическую вероятность для полной группы несовместных событий и выполнять арифметические операции сложения и умножения над операндами, представленными в виде вероятностных отображений. Однако в данном устройстве отсутствуют блоки вычисления факториала числа, необходимые для расчета числа сочетаний ошибок в переданном информационном элементе сообщения. Таким образом, вычисление вероятности передачи по каналу связи от источника получателю комбинации символов, в которой возникают битовые ошибки, описанные биномиальным законом распределения ошибок, не представляется возможным.
Известно вероятностное арифметическое устройство (Патент РФ на полезную модель № 180966, опубликовано 02.07.2018, бюл. № 19). Данное устройство позволяет выполнять арифметические операции сложения, вычитания, умножения, деления и возведения в целую положительную степень над операндами, представленными в виде вероятностных отображений. Однако в данном устройстве отсутствуют блоки вычисления факториала числа, необходимые для расчета числа сочетаний ошибок в переданном информационном элементе сообщения. Таким образом, вычисление вероятности передачи по каналу связи от источника получателю комбинации символов, в которой возникают битовые ошибки, описанные биномиальным законом распределения ошибок, не представляется возможным.
Цель создания полезной модели - создание технического средства, определенного назначения (вычисление вероятности передачи информационного элемента сообщения заданной длины, с учетом возникновения в элементе сообщения битовых ошибок, описываемых биномиальным законом распределения).
Распределение ошибок в канале связи достаточно полно описывается биномиальным законом распределения. В соответствии с биномиальным законом распределения ошибок в канале связи вероятность битовой ошибки кратности i среди n символов, передаваемых по каналу связи, определяется как:
,
где  - коэффициент ошибок канала связи;
- число сочетаний ошибок кратности i среди n символов;
определяется по формуле:
.
Рассмотрим событие А, заключающееся в том, что при передаче по каналу связи от источника получателю комбинации символов n возникнет не более i битовых ошибок, при условии, что i=2.
1
2
3
Событие А можно рассмотреть как сумму несовместных событий В, В, В,
1
где В - событие, заключающееся в том, что при передаче по каналу связи комбинации символов n возникнет 0 ошибок;
2
B - событие, заключающееся в том, что при передаче по каналу связи комбинации символов n возникнет 1 ошибка;
3
B - событие, заключающееся в том, что при передаче по каналу связи комбинации символов n возникнет 2 ошибки.
Тогда вероятность события А с учетом формулы (1) можно представить как вероятность суммы несовместных событий:
С учетом выражений (1) и (2):
.
Таким образом, можно описать вероятность передачи от источника получателю любого информационного элемента сообщения (информационный пакет, адресная часть, контрольная сумма, квитанция), содержащего n символов и не более i битовых ошибок.
На фиг. 1 представлена структурная схема устройства.
Устройство содержит первый, второй и третий регистры 1, 2, 3, блок вычитания 4, реверсивный счетчик 5, первый, второй и третий блоки вычисления факториала 6, 7, 8, первый и второй блоки возведения в степень 9, 12, блок вычитаний из единицы 10, первый и второй блоки умножения 11, 15, блок деления 13, первый и второй блоки элементов И 14, 17, накапливающий сумматор 16, первый, второй и третий информационные входы устройства 18, 19, 20 и информационный выход устройства 21.
Первый, второй и третий информационные входы устройства 18, 19, и 20 соединены с первым, вторым и третьим регистрами 1, 2 и 3 соответственно, выходы первого регистра 1 соединены со входами блока вычитания 4 и первого блока вычисления факториала 6, выход второго регистра 2 соединен со входом реверсивного счетчика 5, выходы третьего регистра 3 соединены со входами первого блока возведения в степень 9 и блока вычитания из единицы 10, выходы блока вычитания 4 соединены со входами второго блока вычисления факториала 7 и второго блока возведения в степень 12, выходы реверсивного счетчика 5 соединены со входами блока вычитания 4, первого блока возведения в степень 9, третьего блока вычисления факториала 8 и второго элемента И 17, выход первого блока вычисления факториала 6 соединен со входом блока деления 13, выходы второго и третьего блоков вычисления факториала 7 и 8 соединены со входами первого блока умножения 11, выход первого блока умножения 11 соединен со входом блока деления 13, выход блока вычитания из единицы 10 соединен со входом второго блока возведения в степень 12, выходы первого и второго блока возведения в степень 9 и 12 и блока деления 13 соединены со входами первого блока элементов И 14, выходы первого блока элементов И соединены со входами второго блока умножения 15 и реверсивного счетчика 5, выход второго блока умножения 15 соединен со входом накапливающего сумматора 16, выход накапливающего сумматора 16 соединен со входом второго элемента И 17.
В качестве блоков вычисления факториала возможно использование устройства для вычисления факториала [Патент СССР на изобретение № 1297071].
Устройство функционирует следующим образом. С первого, второго и третьего информационных входов 18, 19, 20 поступают данные о длине информационного элемента, максимально допустимом количестве ошибок в информационном элементе, коэффициенте ошибок в канале связи на первый, второй и третий регистры 1, 2, 3 соответственно. С первого регистра 1 данные о длине информационного элемента считываются в блок вычисления факториала 6 и в качестве уменьшаемого - в блок вычитания 4. Со второго регистра 2 данные о максимально допустимом количестве ошибок в информационном элементе считываются в реверсивный счетчик 5. С третьего регистра 3 данные о коэффициенте ошибок в канале связи считываются в блок вычитания из единицы 10 и в качестве числа, возводимого в степень, - в первый блок возведения в степень 9. Реверсивный счетчик 5 выдает свое текущее значение на блок вычитания 4 в качестве вычитаемого, на первый блок возведения в степень 9 в качестве степени возводимого числа, и на третий блок вычисления факториала. С блока вычитания 4 значение полученной разницы считывается во второй блок вычисления факториала 7 и во второй блок возведения в степень 12 в качестве степени возводимого числа. Со второго и третьего блоков вычисления факториала 7, 8 результаты вычисления поступают на первый блок умножения 11. С первого блока вычисления факториала 6 результат вычисления считывается в блок деления 13 в качестве делимого, а с первого блока умножения 11 результаты вычисления считывается в блок деления 13 в качестве делителя. С блока вычитания из единицы результат вычисления поступает на второй блок возведения в степень в качестве числа, возводимого в степень. С первого и второго блоков возведения в степень 9, 12 и с блока деления 13 результаты вычисления через первый блок элементов И 14 поступают на второй блок умножения 15, при этом с первого блока элементов И 14 на реверсивный счетчик 5 поступает сигнал об уменьшении значения реверсивного счетчика 5 на единицу. Со второго блока умножения 15 результат вычисления поступает в накапливающий сумматор 16. При возникновении ситуации, когда значение реверсивного счетчика 5 станет равным нулю, реверсивный счетчик 5 посылает положительный сигнал на второй блок элементов И 17 и с накапливающего сумматора через второй блок элементов И 17 общий результат вычисления вероятности поступает на информационный выход блока вычисления вероятности 21.
Таким образом, при создании полезной модели решена техническая проблема создания средства определенного назначения (вычисление вероятности передачи информационного элемента сообщения заданной длины, с учетом возникновения в элементе сообщения битовых ошибок, описываемых биномиальным законом распределения). Заявленная полезная модель является техническим решением, относящимся к устройству, т.к. формула полезной модели содержит совокупность относящихся к устройству существенных признаков (а именно перечень используемых элементов и связей между ними), достаточную для решения указанной задачи и достижения технического результата. Приведенные признаки относятся к существенным, т.к. они влияют на возможность получения технического результата, т.е находятся в причинно-следственной связи с указанным результатом. Отсутствие одного или нескольких признаков приведет к неработоспособности устройства и не позволит получить заявленный результат.
Реализация и использование предлагаемой полезной модели позволяет проводить вычисление вероятности передачи информационного элемента сообщения заданной длины, с учетом возникновения в элементе сообщения битовых ошибок, описываемых биномиальным законом распределения.
Технический результат данной полезной модели заключается в том, что при реализации и использовании данного устройства обеспечивается расширение арсенала средств определенного назначения, позволяющих проводить вычисление вероятности передачи информационного элемента сообщения от источника получателю.
Представленное устройство может также быть использовано при проведении моделирования процессов обмена информацией между источником и получателем, для получения в качестве исходных данных вероятностных значений передачи информационных элементов сообщения.
Описанное устройство для вычисления вероятности передачи информации может быть осуществлено с применением известных в области радиоэлектроники узлов и блоков, соединенных между собой, обеспечивающих конструктивное и функциональное единство.