СПОСОБ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОЙ РАДИОСВЯЗИ
METHOD OF NOISE-RESISTANT RADIO COMMUNICATION

Изобретение относится к способам помехоустойчивого кодирования и декодирования каналов радиосвязи с частотной модуляцией (ЧМ). Такие каналы преобладают в радиосетях технических средств охраны (ТСО). Особенностью микросхем радиоканалов ТСО с частотной модуляцией, препятствующей применению обычных кодов, создающих участки с преобладанием однородных символов, являются искажения демодулированного сигнала, вносимые автоматической подстройкой частоты микросхемы приемника, сдвигающей частоту приемника в сторону частоты F1 или F2 преобладающих символов "0" или "1". Этот сдвиг снижает помехоустойчивость приема.
Для устранения этих преобладаний широкое применение в радиоканалах с ЧМ получил код Манчестер, описанный, например, в журнале "Сети и системы связи", №9 (43), 5 июля 1998 г. Этот код преобразует "0" в "01" и "1" в "10", а затем модулятор ЧМ преобразует "01" в "F1, F2" и "10" в "F2, F1". Очевидно, что информационная скорость передачи у кода Манчестер в два раза ниже скорости символов канала (кодовая скорость R=1/2). Кодовое расстояние этого кода d=2 позволяет обнаруживать одиночные ошибки. Энергетического выигрыша кодирования (ЭВК) код Манчестер не дает.
Известны два кода, дающие ЭВК. Первый описан в патенте RU №2213416, H04L 1/10. Второй код описан в патенте RU №2214678, H04L 1/10.
У первого кода длина информационного блока - 4, длина кодовых слов - 16, R=1/4 и d=4. Он исправляет одиночные ошибки и обнаруживает двойные. Недостатком этого кода, препятствующим его применению вместо кода Манчестер, является необходимость или расширять полосу частот для сохранения скорости информации, или снижать скорость передачи информации относительно кода Манчестер, что не всегда возможно.
У второго кода информационный блок - 8, длина кодовых слов - 16, R=1/2 и d=5. Он исправляет двойные ошибки и его кодовая скорость такая же, как и у кода Манчестер - в два раза выше, чем у первого кода. Он не требует расширения полосы. Недостатком этого кода, препятствующим его применению вместо кода Манчестер, является неполное устранение преобладаний в некоторых кодовых словах, снижающих помехоустойчивость, устранение которых требует усложнений. Из-за этих недостатков оба эти кода не нашли широкого применения в каналах с частотной модуляцией.
Наиболее близким к предлагаемому способу является способ по патенту RU №2214678, H04L 1/10, выбранный в качестве ближайшего аналога. Задачей изобретения является повышение помехоустойчивости при сохранении кодовой скорости такой же, как у кода Манчестер.
Предметом изобретения является способ помехоустойчивого кодирования и декодирования, согласно которому при кодировании информационную последовательность расчленяют на блоки по 4 бита каждый, выбирают каждым блоком кодовое слово из ансамбля 16-ти кодовых слов, которое передают по каналу, связи, а при декодировании для принятого кодового слова выбирают по максимуму правдоподобия информационный блок ближайшего кодового слова, отличающийся тем, что упомянутый ансамбль 16-ти кодовых слов получают циклическим сдвигом и инверсией базовых кодовых слов 11100100 или 11001010, обеспечивающих соответственно меньшее количество переходов 0/1 и 1/0 в кодовых словах или меньшую общую длину однородных символов на стыках разных кодовых слов.
Предлагаемый способ реализует любой их двух ансамблей кодовых слов, представленных ниже в таблице.
1
2
3
0000
11100100-0
11001010-0
0001
01110010-4
01100101-6
0010
00111001-6
10110010-4
0011
10011100-4
01011001-4
0100
01001110-4
10101100-4
0101
00100111-4
01010110-4
0110
10010011-6
00101011-4
0111
11001001-4
10010101-6
1000
00011011-8
00110101-8
1001
10001101-4
10011010-2
1010
11000110-2
01001101-4
1011
01100011-4
10100110-4
1100
10110001-4
01010011-4
1101
11011000-4
10101001-4
1110
01101100-2
11010100-4
1111
00110110-4
01101010-2
Информационные блоки - тетрады (полубайты) представлены в колонке 1, а в колонках 2, 3 приведены соответствующие им кодовые слова вместе с кодовыми расстояниями - количеством символов, не совпадающих с первым - базовым словом.
Из таблицы видно, что 7 слов (блоки 0001-0111) каждого ансамбля получены путем циклического сдвига базового слова, соответствующего блоку "0000", и 8 слов (блоки 1000-1111) получены инверсией (заменой 0 на 1 и 1 на 0) базового слова и его циклических сдвигов. Количество переходов 0/1 и 1/0 в словах первого ансамбля 3-4, а в словах второго ансамбля - 5-6. Количество переходов в первом ансамбле больше отличается от количества переходов в шумах, чем во втором, что облегчает обнаружение сигнала. Но у второго ансамбля на стыках слов максимальное количество однородных символов - 4, а у первого - 6, что в некоторых случаях дает неприемлемое смещение частоты при работе АПЧ. Выбор ансамбля зависит от особенностей радиоканала ТСО.
2
2
2
Аналогичные распределения 15-ти кодовых расстояний имеет каждое кодовое слово в каждом ансамбле. Расстояния каждого слова к 10-ти кодовым словам такие же (d=4), как у способа, являющегося ближайшим аналогом, к трем - значительно больше (d=6, 6, 8) и к двум ближайшим кодовым словам d=2 - такое же, как у кода Манчестер. Вероятностью ошибочного приема 13-ти кодовых слов с d≥4 можно пренебрегать и считать, что помехоустойчивость каждого слова предложенного способа ограничивают два ближайших кодовых слова с расстояниями d=2 такими же, как у кода Манчестер. Вероятность ошибки (ВО) при приеме ближайшего кодового слова - Q соответствует вероятности возникновения двух ошибок в обоих символах расстояния до ближайшего слова. Общее количество пар символов на длине кодового слова 8 символов - 28. При ВО канала q имеем ВО приема одного ближайшего слова Q=q/28 и ВО приема любого из двух ближайших слов - Q=q/14. Для каждых 2-х символов кодового слова Манчестер - Q=q. Видно, что у предлагаемого способа такие же ВО декодирования, как у кода Манчестер, будут при вероятности ошибок канала q в 3,74 раза большей, чем у кода Манчестер.
Основная область применения предлагаемого способа, имеющего ту же кодовую скорость, что и код Манчестер, - замена кода Манчестер.
Другая область применения предлагаемого способа - работа в качестве внутреннего кода, подающего слова из 8 символов внешнему коду по патенту RU №2214678, 05.01.2003 г, выдающему в канал слова длиной 16 бит, если возможна работа при кодовой скорости R=1/4, требующей расширения полосы канала или снижения информационной скорости. Такой каскадный код имеет значительные преимущества по сравнению с кодом ближайшего аналога с той же кодовой скоростью. Этот каскадный код имеет при R=1/4 для двух блоков d=10 и для 14-ти блоков d≥20, что значительно больше, чем d=4 у ближайшего аналога. Таким образом, предлагаемый способ позволяет решить поставленную задачу - повысить помехоустойчивость радиосвязи с ЧМ при сохранении кодовой скорости такой же, как у кода Манчестер.