СПОСОБ УСТРАНЕНИЯ ПРОСКАЛЬЗЫВАНИЙ СИНХРОНИЗАЦИИ В ЦИФРОВЫХ СЕТЯХ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ ПРИ ПОМОЩИ СВОЙСТВ СВЕРТОЧНЫХ КОДОВ
METHOD FOR ELIMINATING SYNCHRONIZATION SLIDES IN DIGITAL DATA TRANSMISSION NETWORKS USING CONVOLUTIONAL CODES PROPERTIES

Область техники.
Заявленный способ относится к области техники связи, а именно к синхронизации цифровых сетей передачи данных и может быть использован при передаче данных в условиях сбоев синхронизации, вызывающих проскальзывания.
Уровень техники.
а) Описание аналогов.
Известен способ обнаружения проскальзываний синхронизации                      (патент US № 4833675), заключающийся в добавлении избыточности в передаваемую кодовую последовательность.
Недостатком данного способа является невозможность обнаружения места проскальзывания синхронизации и восстановления верного следования бит кодовой последовательности.
Известен способ обнаружения проскальзываний синхронизации (патент US № 5068879), заключающийся в обнаружении места проскальзывание синхронизации.
Недостатком данного способа является невозможность устранения проскальзывания синхронизации кодовой последовательности.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному является способ непрерывной настройки синхронизации в телекоммуникационной системе (патент US № 5933468), включающий этапы: обнаружения места проскальзывания на основе сдвига бит синхронизации и вставку бит данных для восстановления синхронизации.
Способ – прототип определяет место проскальзывания синхронизации на основе места смещения бит синхронизации. Ошибочный блок помещается в память процессора, попавшие в этот блок данные подменяются рассчитанными на основании наиболее вероятного прогноза изменений сигнала.
Для реконструкции кадра в ошибочный блок дополнительно вставляется (удаляется) произвольный бит, что сопровождается вытеснением имеющихся бит по цепочке вправо.
Недостатками прототипа является высокая вероятность отказа выполнения процедуры коррекции синхронизации. Кроме этого, зависимость вероятности правильного применения процедуры коррекции от числа обнаруженных ошибок бит синхронизации и блока, в котором обнаружен первый ошибочный бит синхронизации. Невыполнение процедуры коррекции в случае, когда первый ошибочный бит синхронизации обнаружен в одной или нескольких последних блоков кадра.
Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностью признаков, тождественных всем признакам заявленного технического решения, отсутствуют, что указывает на соответствие заявленного способа условию патентоспособности «новизна».
Результаты поиска известных решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного объекта, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из уровня техники также не выявлена известность отличительных существенных признаков, обусловливающих тот же технический результат, который достигнут в заявляемом способе, следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».
В заявленном изобретении предложен способ, позволяющий устранить выявленные недостатки.
Раскрытие изобретения (его сущность)
а) технический результат, на достижение которого направлено изобретение
Задачей изобретения является разработка способа устранения проскальзываний синхронизации в цифровых сетях передачи данных при помощи свойств сверточных кодов.
Технический результат достигается тем, что в способе устранения проскальзываний синхронизации в цифровых сетях передачи данных при помощи свойств сверточных кодов область проскальзывания синхронизации обнаруживается путем анализа нарастания метрик путей при декодировании по алгоритму Витерби, восстановление синхронизации осуществляется за счет вставки или удаления бит данных до стандартного количества бит кадра данных, исправление ошибочно вставленных бит осуществляется за счет повторного декодирования по алгоритму Витерби.
б) совокупность существенных признаков
Предлагаемый способ отличается от известных тем, что область проскальзывания синхронизации обнаруживается путем анализа нарастания метрик путей при декодировании по алгоритму Витерби, восстановление синхронизации осуществляется за счет добавления или удаления бит данных до стандартного количества бит кадра данных, исправление ошибочно вставленных бит осуществляется за счет повторного декодирования по алгоритму Витерби.
в) причинно-следственная связь между признаками и техническим результатом
В заявленном способе увеличивается вероятность обнаружения области проскальзывания синхронизации, вероятность верного восстановления кадра увеличивается за счет повторного помехоустойчивого декодирования.
Краткое описание чертежей
Заявленный способ поясняется чертежами, на которых изображены:
На фиг. 1 изображена структурная схема выполнения устранения проскальзывания синхронизации в цифровых сетях передачи данных, где
1 – счетчик бит данных,
2 – устройство управления,
3 – блок хранения данных,
4 – вычислитель метрик ветвей,
5 – запоминающее устройство метрик ветвей,
6 – вычислитель метрик путей,
7 – запоминающее устройство метрик путей,
8 – блок выбора путей;
На фиг. 2 представлена блок–схема алгоритма устранения проскальзывания синхронизации в цифровых сетях передачи данных, основанная на сравнении количества принятых бит со стандартным количеством бит кадра данных и декодировании по алгоритму Витерби;
На фиг. 3 показана область проскальзывания синхронизации и остановки декодирования.
Осуществление изобретения.
Реализация заявленного способа поясняется следующим образом.
В цифровых сетях передачи данных по мере накопления фазового сдвига сигналов передачи и приема возникают проскальзывания синхронизации. Проскальзывания синхронизации приводят к удалению или добавлению лишних бит кодовой последовательности переданных данных. Возникает проблема в правильности обработки данных.
Одним из способов уменьшения влияния искажений кодовой последовательности при передаче цифрового сигнала является применение помехоустойчивого кодирования. Помехоустойчивые коды позволяют исправлять одиночную или групповую ошибку изменения бит кодовой последовательности, но не ошибку добавления или удаления бит кодовой последовательности.
Широкое применение при передаче цифрового сигнала нашли сверточные коды. Сверточные коды способны исправлять одиночную или групповую ошибку изменения бит кодовой последовательности, а свойства сверточных кодов позволяют обнаружить область проскальзывания синхронизации, с последующим восстановлением количества и верной последовательности бит данных.
Одним из методов декодирования сверточных кодов является алгоритм Витерби. Данный метод осуществляет поиск наиболее подходящего списка состояний, которые имеют наибольшую вероятность произошедших событий.
Алгоритм Витерби основан на методе максимального правдоподобия. На каждом такте декодирования для каждой ветви решетки кода вычисляется метрика - число, характеризующее степень отличия бит, генерируемых данной ветвью от принятого кодового слова. Ошибка по каждой ветви служит метрикой расстояния Хэмминга и соответствует числу отличающихся от требуемых принятых символов. Суммарная метрика по каждому из возможных путей определяется как метрика путей.
Алгоритм Витерби выбирает путь с наименьшей суммарной метрикой и отбрасывает те пути, которые превышают некоторую пороговую величину в данный момент времени.
Интенсивность нарастания метрик путей при декодировании кодовой последовательности, принятой без ошибок и искаженной групповой ошибкой изменения бит, достигает определенного значения (область влияния ошибки), после этого рост значения метрик путей прекращается. При декодировании кодовой последовательности искаженной ошибкой добавления или удаления бит кодовой последовательности наблюдаем нарастание метрик путей при каждом последующем такте декодирования фиг. 3.
Таким образом, наблюдая за нарастанием метрик путей при декодировании возможно определить место пропущенного или добавленного бита, остановить процесс декодирования, вернуться к месту начала нарастания метрик путей, вставить или удалить бит данных и возобновить процесс декодирования. За счет вставки или удаления бит данных до стандартного количества бит кадра данных происходит восстановление синхронизации.
В предлагаемом способе осуществляется поиск области проскальзывания синхронизации на основе анализа нарастания метрик путей при декодировании кодовой последовательности по алгоритму Витерби, восстановление синхронизации осуществляется за счет вставки или удаления бит данных до стандартного количества бит кадра данных, исправление ошибочно вставленных бит осуществляется за счет повторного декодирования по алгоритму Витерби.
При получении данных, после демодуляции сигнала, счетчик бит данных 1 (фиг. 1) производит расчет принятых бит и отправляет полученное значение на устройство управления 2.
В устройстве управления 2 происходит сравнение количества принятых бит со стандартным количеством бит кадра данных. В соответствии с результатами сравнения, устройство управления принимает решение о способе декодирования. При совпадении количества принятых бит со стандартным размером кадра осуществляется декодирование кодовой последовательности по алгоритму Витерби без восстановления синхронизации. При несовпадении количества принятых бит со стандартным значением кадра данных осуществляется поиск области проскальзывания синхронизации на основе анализа нарастания метрик путей и декодирование кодовой последовательности по алгоритму Витерби с восстановлением синхронизации (фиг. 2).
После прохождения счетчика бит данных 1 (фиг. 1) кодовая последовательность направляется в блок хранения данных 3. Блок хранения данных 3 передает кодовую последовательность в вычислитель метрик ветвей 4, который вычисляет и передает данные о значении метрик в запоминающее устройство метрик ветвей 5. Запоминающее устройство метрик ветвей 5 передает значение метрик в вычислитель метрик путей 6. Хранение данных метрик путей осуществляется в запоминающем устройстве метрик путей 7. Данные из запоминающего устройства метрик путей передаются и анализируются в блоке выбора путей 8. При нарастании метрик путей блок выбора путей 8 отправляет сигнал в устройство управления 2. Устройство управления 2 останавливает процесс декодирования и возвращается в область проскальзывания синхронизации фиг.3.
В области проскальзывания синхронизации, в зависимости от результата сравнения количества принятых бит со стандартным размером кадра данных фиг. 2, устройство управления 2 принимает решение о добавлении или удалении бит данных в кодовом слове. После процесса восстановления бит кодовой последовательности, кодовая последовательность декодируется повторно.
Промышленная применимость.
Заявленное техническое решение реализовано с использованием промышленно выпускаемой элементной базы и может быть использовано в технике связи.